Budowa i działanie pompy wodnej (pompy) w silniku samochodowym

Wymiana ciepła w silniku odbywa się poprzez przenoszenie energii ze źródła w obszarze cylindra do powietrza wdmuchiwanego przez chłodnicę. Odśrodkowa pompa łopatkowa, zwana potocznie pompą, odpowiada za nadawanie ruchu czynnikowi chłodzącemu w układzie cieczowym. Często przez bezwładność woda, choć czysta woda od dawna nie była używana w samochodach.

Elementy pompy

Pompa obiegowa płynu niezamarzającego jest teoretycznie wykonana dość bezpretensjonalnie, jej działanie opiera się na wyrzucaniu cieczy przez siły odśrodkowe na krawędzie łopatek, skąd jest wtryskiwana do płaszczy chłodzących. Skład obejmuje:

• wał, na którego jednym końcu znajduje się wirnik wtryskowy wykonany z metalu lub tworzywa sztucznego, a na drugim - koło pasowe do paska klinowego lub innej przekładni;
• obudowa z kołnierzem do montażu na silniku i mieszcząca części wewnętrzne;
• łożysko, na którym obraca się wał;
• uszczelnienie olejowe, które zapobiega wyciekaniu płynu niezamarzającego i jego przenikaniu do łożyska;
• wnęka w ciele, która nie jest oddzielną częścią, ale zapewnia niezbędne właściwości hydrodynamiczne.

Pompa jest zwykle umieszczana na silniku od strony, w której znajduje się układ napędowy osprzętu za pomocą pasków lub łańcuchów.

Fizyka pompy wodnej

Aby płynny czynnik grzewczy poruszał się po okręgu, konieczne jest wytworzenie różnicy ciśnień między wlotem a wylotem pompy. Jeśli takie ciśnienie zostanie osiągnięte, płyn niezamarzający będzie przemieszczał się ze strefy, w której ciśnienie jest wyższe, przez cały silnik do wlotu pompy ze względnym podciśnieniem.

Ruch mas wody będzie wymagał kosztów energii. Płynne tarcie płynu niezamarzającego na ściankach wszystkich kanałów i rur zapobiegnie cyrkulacji, im większa objętość układu, tym większe natężenie przepływu. Aby przenieść znaczną moc, a także maksymalną niezawodność, prawie zawsze stosuje się napęd mechaniczny z koła pasowego wału korbowego. Istnieją pompy z silnikiem elektrycznym, ale ich zastosowanie ogranicza się do najbardziej ekonomicznych silników, w których najważniejsze są minimalne koszty paliwa, a koszty sprzętu nie są brane pod uwagę. Lub w silnikach z dodatkowymi pompami, na przykład z podgrzewaczami lub podwójnymi nagrzewnicami kabiny.

Nie ma jednego podejścia, z którego paska napędzać pompę. Większość silników wykorzystuje zębaty pasek rozrządu, ale niektórzy projektanci uznali, że nie warto wiązać niezawodności rozrządu z układem chłodzenia, a pompa jest tam napędzana z zewnętrznego paska alternatora lub jednego z dodatkowych. Podobny do sprężarki klimatyzacji lub pompy wspomagania układu kierowniczego.

Gdy wał z wirnikiem obraca się, płyn niezamarzający dostarczany do jego środkowej części zaczyna podążać za profilem łopatek, doświadczając jednocześnie sił odśrodkowych. W efekcie powstaje nadciśnienie na rurze wylotowej, a środek jest uzupełniany nowymi porcjami pochodzącymi z bloku lub kaloryfera, w zależności od aktualnego położenia zaworów termostatycznych.

Awarie i ich konsekwencje dla silnika

Awarie pomp można podzielić na obowiązkowe lub katastrofalne. Innych tu nie może być, znaczenie chłodzenia jest niezwykle duże.

W przypadku naturalnego zużycia lub wad produkcyjnych pompy łożysko, komora dławnicowa lub wirnik mogą zacząć się zapadać. Jeśli w tym drugim przypadku jest to prawdopodobnie konsekwencja wady fabrycznej lub karalnych oszczędności na jakości materiałów, to łożysko i dławnica nieuchronnie się starzeją, pozostaje tylko kwestia czasu. Umierające łożysko zazwyczaj sygnalizuje swoje problemy buczeniem lub chrzęstem, czasem wysokim gwizdkiem.

Najczęściej problemy z pompą zaczynają się od pojawienia się luzu w łożyskach. Pomimo pozornej prostoty konstrukcji, ładują się tutaj znacząco. Wynika to z następujących czynników:

• łożysko jest jednorazowo wypełnione smarem w fabryce i nie można go wymienić podczas pracy.
• bez względu na uszczelnienia wnęki wewnętrznej łożyska, w której znajdują się jego elementy toczne, kulki lub wałeczki, przenika tam tlen atmosferyczny, który przy wysokiej temperaturze zespołu powoduje szybkie starzenie się smaru;
• łożysko jest podwójnie obciążone, częściowo z powodu konieczności przenoszenia znacznej mocy przez wał na obracający się z dużą prędkością wirnik w płynie, a przede wszystkim z powodu dużej siły naciągu paska napędowego, który również często jest nadmiernie napinany podczas naprawy w przypadku braku napinacza automatycznego;
• niezwykle rzadko do obracania pompy stosuje się osobny pasek, zwykle na wspólnym napędzie wisi kilka dość mocnych jednostek pomocniczych z masywnymi wirnikami i zmiennym oporem obrotu, może to być generator, wałki rozrządu, pompa wspomagania, a nawet klimatyzacja kompresor;
• istnieją konstrukcje, w których do koła pasowego pompy przymocowany jest ogromny wentylator do wymuszonego chłodzenia chłodnicy, chociaż obecnie prawie wszyscy porzucili takie rozwiązanie;
• opary płynu niezamarzającego mogą dostać się do łożyska przez nieszczelną dławnicę.

Nawet jeśli wysokiej jakości łożysko nie ulegnie uszkodzeniu, w wyniku zużycia może powstać w nim luz. W niektórych węzłach jest to całkiem bezpieczne, ale nie w przypadku pompy. Jego wał jest uszczelniony uszczelnieniem olejowym o złożonej konstrukcji, który jest dociskany przez nadciśnienie z wnętrza układu. Nie będzie mógł pracować w warunkach wibracji o wysokiej częstotliwości z powodu luzu łożyska przez długi czas. Wnikający przez nią gorący płyn niezamarzający kropla po kropli zacznie dostawać się do łożyska, wypłukiwać smar lub powodować jego degradację, a wszystko skończy się lawinowym zużyciem.

Niebezpieczeństwo tego zjawiska polega również na tym, że pompa jest często napędzana paskiem rozrządu, od którego zależy bezpieczeństwo całego silnika. Pasek nie jest przeznaczony do pracy w warunkach, w których jest zalewany gorącym płynem niezamarzającym, szybko się zużyje i pęknie. W przypadku większości silników spowoduje to nie tylko zatrzymanie, ale także naruszenie faz otwierania zaworów na silniku wciąż obracającym się, co zakończy się spotkaniem płytek zaworowych z dnami tłoków. Trzpienie zaworów wyginają się, trzeba będzie rozebrać silnik i wymienić części.

W związku z tym zawsze zaleca się profilaktyczną wymianę pompy przy każdym planowanym montażu nowego zestawu rozrządu, którego częstotliwość jest wyraźnie wskazana w instrukcji. Nawet jeśli pompa wygląda całkiem dobrze. Niezawodność jest ważniejsza, poza tym nie musisz wydawać pieniędzy na nieplanowany demontaż przodu silnika.

Od każdej reguły są wyjątki. W przypadku wymiany pompy wynika to z zastosowania produktów, które oczywiście mają dłuższy zasób niż nawet wyposażenie fabryczne. Ale są też znacznie droższe. Co preferować, częsta wymiana lub niesamowity zasób - każdy może sam zdecydować. Chociaż każda z najwspanialszych pomp może zostać nieświadomie zabita przez niskiej jakości płyn niezamarzający, jego przedwczesną wymianę lub naruszenia mechanizmu lub technologii napinania napędu pasowego.