Насос охлаждающей жидкости: устройство и принцип работы

Как известно, жидкость в системе жидкостного охлаждения двигателя постоянно циркулирует по малому и большому кругу. Данный процесс является цикличным. Насос охлаждающей жидкости, который еще принято называть помпа системы охлаждения, отвечает за принудительную циркуляцию жидкости. Встречается также распространенное заблуждение, когда указанный насос ОЖ в отдельных источниках обозначают определением «водяной насос». Сегодня это утверждение почти окончательно утратило свою актуальность, так как вода в системе охлаждения современного ДВС практически никогда не используется.

Рекомендуем прочитать также статью об устройстве радиатора системы охлаждения. Из этой статьи Вы сможете узнать о том, из чего изготавливают данный элемент, его роли в системе жидкостного охлаждения ДВС, распространенным неисправностям и способам их устранения.

Устройство центробежного насоса

Помпа зачастую устанавливается в передней части бензинового и дизельного силового агрегата. Решение оснащается двумя типами привода. Механический привод наиболее распространен. Механизм устроен так, что усилие передается от коленвала или распределительного вала силовой установки. Для этого используется ременная передача. Электрический тип привода основан на использовании электродвигателя, который дополнительно имеет собственную систему управления. Помпа системы охлаждения имеет ряд конструктивных элементов:

• корпус,
• вал,
• подшипник,
• рабочее колесо (крыльчатка),
• сальник насосной камеры,
• прокладка,

Насос охлаждающей жидкости является насосом центробежного типа. В процессе работы помпа способна создать давление в системе охлаждения на приблизительной отметке около 1-й атмосферы. Такого давления вполне достаточно для того, чтобы точка кипения антифриза в системе сдвинулась вверх на 20 градусов по Цельсию.

Конструктивно насос ОЖ состоит из рабочего колеса, которое закреплено на валу со шкивом. Данное колесо может также иметь название «крыльчатка». Вся конструкция заключена в отдельном корпусе. Корпус помпы изготавливают из чугуна, а также можно встретить изделия из литого алюминия или магниевых сплавов. Встречаются и более удешевленные версии, когда отдельные элементы насоса изготовлены из пластмассы. В корпусе помпы имеются особые каналы, по которым реализован подвода и отвод охлаждающей жидкости к крыльчатке.

Корпус насоса жестко фиксируется на блоке цилиндров двигателя, а между блоком ДВС и корпусом помпы размещается специальная уплотнительная прокладка. Стоит понимать, что важную роль в работе помпы играет качественная герметизация насоса и наилучшее уплотнение. Именно указанная уплотнительная прокладка не позволяет вытекать охлаждающей жидкости из насоса в том месте, где помпа соединяется с рубашкой охлаждения двигателя. Там, где вал выходит из корпуса насоса, дополнительно установлен сальник помпы. Данные решения надежно герметизируют устройство и уплотняют стык корпуса насоса и блока, тем самым эффективно предотвращается утечка охлаждающей жидкости из корпуса.

За принудительную циркуляцию жидкости в системе отвечает рабочее колесо в корпусе насоса. Колесо выполнено так, что имеет специальные лопасти особой формы. Именно по этой причине колесо называют крыльчаткой, которая закрепляется на валу привода.

Приводной вал фиксируется в корпусе на подшипниках, которые отвечают за вращение вала. На противоположной стороне приводного вала установлен приводной шкив, который приводится в действие механическим способом от двигателя или отдельным электромотором.

Принцип работы помпы

Когда двигатель запущен и жидкостной насос начинает работу, тогда вращение рабочего колеса от привода (в большинстве случаев обеспечивается ремнем от шкива коленчатого вала) создает на входе насоса разрежение. Благодаря этому охлаждающая жидкость, которая находится в радиаторе и расширительном бачке, подается в насос. Далее жидкость оказывается уже внутри насоса и попадает на крыльчатку. После того, как она пройдет по лопастям рабочего колеса, центробежная сила выбросит ОЖ на выход из помпы. Оттуда жидкость поступит в рубашку охлаждения блока цилиндров силового агрегата. Если подробнее проследить путь ОЖ в системе после запуска ДВС, получаем следующее:

1. Жидкость, находящаяся в нижнем бачке радиатора, через канал в центре корпуса жидкостного насоса проходит внутрь помпы.
2. Вращение крыльчатки создает центробежную силу, которая буквально отбрасывает охлаждающую жидкость к стенкам корпуса помпы. Так как в системе появилось давление, созданное насосом, это давление обеспечивает нагнетание охлаждающей жидкости через особый канал в распределительную трубку, которая расположена в головке блока цилиндров мотора.
3. Через отверстие этой трубки охлаждающая жидкость первым делом окажется в патрубках около разогретых выпускных клапанов.

Указанная схема движения жидкости в такой последовательности обеспечивает немедленное и первоочередное охлаждение именно тех деталей силового агрегата, которые максимально нагреваются. Далее жидкость следует по рубашке двигателя, охлаждая остальные теплонагруженные элементы мотора.

Если основной клапан термостата закрыт, тогда охлаждающая жидкость проходит по рубашке охлаждения и попадает в перепускной канал, по которому происходит её возврат обратно в центробежный жидкостной насос. Если термостат открыт, то во время движения жидкости по большому кругу она поступает обратно в помпу из нижнего радиаторного бачка. Подвод жидкости реализован через нижний подводящий патрубок.

Системы с дополнительным насосом

Существуют системы охлаждения двигателя, в которых могут быть установлены сразу два насоса охлаждающей жидкости. Если основной насос отвечает за главную функцию, то дополнительный насос может выполнять одну из целого ряда функций зависимо от конструкции самого двигателя:

• Обеспечение дополнительного охлаждение двигателя, что актуально для стран с высокой круглогодичной температурой наружного воздуха.
• Дополнительная центробежная помпа позволяет работать автономному отопителю, который может быть включен в общую схему системы охлаждения силовой установки,
• Охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов,
• Еще один насос может использоваться для охлаждения турбокомпрессора на таких двигателях, которые оборудованы наддувом,
• Вторая помпа может быть установлена для того, чтобы прокачивать охлаждающую жидкость после остановки двигателя. Такое решение используется для того, чтобы избежать перегрева силовой установки уже после остановки мотора и деактивации основного механического насоса.

В подавляющем большинстве случаев дополнительный насос охлаждающей жидкости оборудован электрическим приводом. Дополнительная помпа является элементом, который управляется системой управления ДВС. Управление устройством реализовано по команде электронного блока управления силовым агрегатом автомобиля. Получается, что включение и выключение помпы происходит под контролем ЭБУ.

Отключаемая помпа

Стоит отметить некоторые центробежные насосы охлаждающей жидкости, которые являются устройствами отключаемого типа и устанавливаются на отдельных моделях двигателей, среди них встречаются моторы с турбиной. Такие отключаемые насосы способны обеспечить максимально быстрый прогрев двигателя при холодном запуске. Добиться результата становится возможным благодаря тому, что происходит отключение циркуляции охлаждающей жидкости в рубашке двигателя до того момента, пока температура силового агрегата не достигает отметки в 30°С. Сама охлаждающая жидкость находится в двигателе постоянно, но без движения. Это позволяет мотору и жидкости в нем прогреваться намного быстрее, что очень актуально в условиях эксплуатации двигателя при низких температурах. Еще одним плюсом использования отключаемой помпы является снижение нагрузок на холодный мотор при прогреве, что ведет к увеличению его ресурса и снижению расхода горючего.

Подача охлаждающей жидкости в таких насосах прерывается с помощью заслонки, которая является кольцевой диафрагмой. Именно она перекрывает канал подачи жидкости из помпы. Примечательно то, что крыльчатка в насосе продолжает вращение. Указанная диафрагма соединяется с мембраной при помощи специальных рычагов. Мембрана перемещается тогда, когда на неё начинает действовать разрежение. Предназначенный для этого канал соединяет пространство перед диафрагмой с впускным коллектором, который и является источником вакуума.

Такая вакуумная магистраль перекрыта регулировочным клапаном,  который включен в общую систему управления двигателем. Когда клапан открывается, на мембрану начинает воздействовать разрежение и она перемещается, тем самым нейтрализуя эффект от работы вращающейся крыльчатки жидкостного центробежного насоса. Если происходит закрытие клапана, мембрана вернется в исходное положение под действием пружины, а диафрагма освободит рабочее колесо и насос начнет работать по обычному принципу.

Распространенные неисправности насоса охлаждающей жидкости

Помпа охлаждающей жидкости является достаточно простым механизмом, который зачастую служит долго. Очень важно своевременно производить замену антифриза, при этом использовать качественную охлаждающую жидкость и разбавлять концентрат только качественной дистиллированной водой в рекомендованных пропорциях. Так или иначе, но проблемы с насосом в процессе эксплуатации встречаются. К наиболее распространенным видам неисправностей механизма можно отнести:

• разрушение крыльчатки,
• нарушение жесткости крепления рабочего колеса на валу,
• клин подшипников вала,
• течь сальника вала или уплотнительной прокладки корпуса помпы,
• низкое качество насоса и/или непрофессионально выполненный монтаж элемента,
• ухудшение плотности соединений по причине повышенных вибраций неисправного двигателя, что ведет к протеканию охлаждающей жидкости,
• старение и пересыхание сальника и уплотнителя,

Подшипники насоса, на которых вращается вал центробежной помпы, представляют собой решение закрытого типа. Такие закрытые подшипники помпы не требуют дополнительной смазки, но обычно не подлежат замене по окончании ресурса. Это касается также сальника вала крыльчатки, ведь при возникновении течей через него охлаждающей жидкости данный элемент не меняют.

На основе сказанного выше может сложиться впечатление, что замена составляющих элементов помпы системы охлаждения практически невозможна, а сам элемент не является ремонтопригодным. На самом деле это не так. Отдельные детали можно заменить, но практика показывает, что помпу обычно меняют целиком, не прибегая к разбору и восстановлению. Это обусловлено относительно невысокой стоимостью нового насоса и является наиболее целесообразным решением.

Помпу обычно меняют параллельно очередной плановой замене роликов и ремней/цепи ГРМ по пробегу через каждые 50-80 000 км. или согласно рекомендациям производителей автомобиля. При  условии возникновения любых симптомов неисправности жидкостного насоса деталь меняют раньше, а также ориентируются на качество и рекомендованный ресурс самой детали в том случае, если Вы используете неоригинальные аналоги. Если же неожиданная  поломка насоса застала Вас врасплох, а новую помпу достать нет никакой возможности, тогда читаем дальше.

 Поломка помпы и течь охлаждающей жидкости

Внимание! Открывать крышку радиатора или расширительного бачка на разогретом двигателе крайне опасно! Это может привести к серьезным ожогам! Обязательно дайте двигателю остыть. Только после остывания двигателя медленно отвинчивайте указанные крышки, продолжая соблюдать при этом максимальную осторожность.

Если герметичность системы не нарушена, уровень охлаждающей жидкости в норме, но жидкостной насос не обеспечивает циркуляцию жидкости, это закономерно приводит к тому, что температура двигателя быстро повысится. На это укажут показания на панели приборов при условии полностью исправного датчика. Всегда помните, что даже нескольких минут езды в таком режиме даже с минимальными нагрузками на мотор уже будет достаточно для закипания ОЖ в радиаторе и заклинивания силовой установки.

При обнаружении перегрева по причине отказа помпы или выявлении интенсивной течи на заведенном и/или заглушенном моторе, нужно немедленно прекратить дальнейшее движение. Помпу может уже почти заклинить по причине разрушения подшипников, о чем скажет характерный металлический звук в процессе работы. Вполне очевидно, что в случае сильной течи тоже нельзя ехать дальше даже тогда, когда Вы имеете возможность долить ОЖ до нормального уровня. Лучше добраться с такими неисправностями до места ремонта, но уже не своим ходом, или приступить к ремонту на месте.

Еще одним признаком поломок помпы является слабое подтекание или следы утечки антифриза в том месте, где установлен центробежный насос. Если явной и сильной течи нет, тогда необходимо дать двигателю остыть. Только затем можно долить ОЖ до нормального уровня.  После долива возможно продолжить движение, так как циркуляция жидкости все равно будет обеспечивать нормальное охлаждение. Главное в таком случае-постоянный контроль уровня жидкости в расширительном бачке и регулярный долив по дороге до ближайшего СТО, так как нормальная эксплуатация машины становится невозможной.

Учтите, что рядовые нагрузки на мотор при наличии даже слабой течи из помпы недопустимы, так как течь может немедленно увеличиться и стать интенсивной при условии продолжения эксплуатации двигателя в обычных режимах.

Ремонт помпы своими руками

Центробежный насос охлаждающей жидкости двигателя представляет собой разборной узел. Если Вы по какой-либо причине решите отказаться от установки новой помпы и начнете ремонт имеющегося насоса, тогда существует возможность замены отдельных его элементов. Можно попытаться заменить подшипники центробежной помпы, вал, крыльчатку и т.д. Такой подход иногда позволяет снизить стоимость ремонта, но найти нужные запчасти не всегда удается в свободной продаже.

Необходимо отметить, что доступ к насосу для его частичной или полной разборки зачастую затруднен. Некоторые модели автомобилей устроены так, что Вам будет необходимо сначала немного открутить подушки силового агрегата.  Делать это нужно будет снизу, так что очень желательно наличие смотровой ямы, определенных навыков и подручного инструмента.