自動車エンジンのウォーターポンプ（ポンプ）の設計と操作

シリンダー領域のエネルギー源から冷却ラジエーターを通って吹き出される空気にエネルギーを伝達することにより、エンジン内で熱交換が行われます。 通常ポンプと呼ばれるブレード付き遠心ポンプは、液体タイプのシステム内の冷却剤に動きを与える役割を果たします。 多くの場合、惰性で水が使用されますが、長い間、きれいな水が自動車に使用されていませんでした。

ポンプのコンポーネント

不凍液を循環させるポンプは理論的には非常に単純で、その動作は遠心力によるブレードの端への液体の排出に基づいており、そこから冷却ジャケットに液体が送り込まれます。 含まれるもの:

• シャフトの一端には金属またはプラスチックで作られた排出インペラがあり、もう一方の端にはVベルトまたはその他のトランスミッション用の駆動プーリーがあります。
• エンジンに取り付けて内部部品を配置するためのフランジを備えたハウジング。
• シャフトが回転するベアリング。
• 不凍液が漏れてベアリングに浸透するのを防ぐシール。
• ハウジング内の空洞。別個の部品ではありませんが、必要な流体力学的特性を提供します。

ポンプは通常、ベルトまたはチェーンを使用して、補助駆動システムが配置されている部分からエンジンに配置されます。

ウォーターポンプの物理学

液体熱剤を円運動させるためには、ポンプの入口と出口の間に圧力差を作る必要があります。 このような圧力が得られると、不凍液は圧力が高いゾーンからエンジン全体を通って相対真空のポンプ入口まで移動します。

水塊を動かすにはエネルギーが必要です。 すべてのチャネルおよびパイプの壁に沿った不凍液の液体摩擦により循環が妨げられ、システムの容積が大きくなるほど流量が高くなります。 大きなパワーを伝達し、最大限の信頼性を得るには、ほとんどの場合、クランクシャフト ドライブ プーリーからの機械式ドライブが使用されます。 電気モーターを備えたポンプもありますが、その使用は最も経済的なモーターに限定されており、主なことは燃料消費量を最小限に抑えることであり、機器のコストは考慮されていません。 または、追加のポンプを備えたエンジン（たとえば、プレヒーターやデュアルキャビンヒーターを備えたエンジン）でも使用できます。

どのベルトでポンプを駆動するかについては、単一のアプローチはありません。 ほとんどのエンジンはタイミングベルトを使用していますが、一部の設計者は冷却システムのタイミングシステムの信頼性に依存する価値がないと判断し、そこにあるポンプは外部オルタネーターベルトまたは追加のオルタネーターベルトのXNUMXつから駆動されます。 エアコンのコンプレッサーやパワステポンプと同様です。

インペラを備えたシャフトが回転すると、その中心部に供給された不凍液がブレードの形状に追従し始め、同時に遠心力を受けます。 その結果、出口パイプに過剰な圧力が発生し、サーモスタットバルブの現在の位置に応じて、ブロックまたはラジエーターからの新しい部分が中心に補充されます。

故障とそのエンジンへの影響

ポンプの故障は、強制的なものと致命的なものに分類できます。 そうでないはずはなく、冷却の重要性は非常に高いのです。

ポンプの自然磨耗や製造上の欠陥により、ベアリング、オイルシール、インペラが劣化し始める可能性があります。 後者の場合、これがおそらく製造上の欠陥または材料品質の犯罪的な節約の結果である場合、ベアリングとオイルシールは必然的に老朽化しますが、唯一の問題はタイミングです。 ベアリングが故障すると、通常、ハム音やカリカリという音、時には甲高いホイッスル音で問題を知らせます。

ほとんどの場合、ポンプの問題はベアリングに遊びが現れることから始まります。 設計は一見シンプルですが、ここでは負荷が高くなります。 これは次の要因によるものです。

• ベアリングは工場で一度潤滑されており、運転中に新たに潤滑することはできません。
• 転動体、ボール、ローラーが配置されているベアリングの内部キャビティのシールが何であれ、大気中の酸素がそこに侵入し、ユニットが高温になると潤滑剤の急速な劣化が発生します。
• ベアリングは二重の負荷を受けます。これは、部分的にはシャフトを介して液体媒体中で高速回転するインペラに大きな力を伝達する必要があるためであり、主に駆動ベルトの高い張力によっても発生します。駆動ベルトは、回転中にしばしば締め付けられることもあります。オートテンショナーが装備されていない場合は修理します。
• ポンプの回転に別個のベルトが使用されることは非常にまれです。通常は、巨大なローターと可変回転抵抗を備えたいくつかのかなり強力な補助ユニットが共通のドライブにぶら下がっています。これらには、発電機、カムシャフト、パワー ステアリング ポンプ、さらにはエアコン用コンプレッサー。
• ラジエーターの強制空気流用の巨大なファンをポンププーリーに取り付ける設計もありますが、現時点ではほとんどの人がこの解決策を放棄しています。
• 不凍液の蒸気がシールを失ったシールを通ってベアリングに侵入する可能性があります。

高品質のベアリングは故障しなくても、磨耗によりベアリングに遊びが生じる場合があります。 一部のノードではこれは非常に安全ですが、ポンプの場合はそうではありません。 そのシャフトは複雑な設計のオイルシールでシールされており、システム内部からの過剰な圧力によって加圧されます。 ベアリングの遊びにより、高周波振動が長時間続く環境では動作しません。 熱い不凍液が一滴ずつベアリングに侵入し始め、潤滑剤が洗い流されたり、劣化が引き起こされ、最終的には雪崩のような摩耗が発生します。

この現象の危険性は、ポンプがタイミング ベルトによって駆動されることが多く、エンジン全体の安全性がそれに依存していることです。 ベルトは熱い不凍液が注がれる状況で動作するように設計されていないため、すぐに摩耗して破損します。 ほとんどのエンジンでは、これは単に停止するだけでなく、まだ回転しているエンジンのバルブ開放段階の中断につながり、バルブ プレートがピストン ヘッドに接触することで終了します。 バルブステムが曲がってしまい、エンジンを分解して部品交換が必要になります。

この点に関して、新しいタイミングドライブキットを定期的に取り付けるたびに予防的にポンプを交換することを常にお勧めします。その頻度は説明書に明確に示されています。 たとえポンプがかなり良く見えたとしても。 信頼性はより重要であり、エンジン前部の予定外の分解に費用を費やす必要はありません。

すべてのルールには例外があります。 ポンプの交換の場合、工場設備よりも明らかに長寿命の製品を使用しているためです。 しかし、それらははるかに高価でもあります。 何を優先するか、頻繁に交換するか、それとも素晴らしいリソースを選択するか - 誰もが自分で決めることができます。 どんなに素晴らしいポンプでも、低品質の不凍液、時期尚早な交換、ベルトドライブ張力の機構や技術の違反によって、知らず知らずのうちに機能しなくなる可能性があります。