Zasnova in delovanje vodne črpalke (črpalke) v avtomobilskem motorju

Izmenjava toplote v motorju nastane s prenosom energije iz vira v območju cilindra na zrak, ki ga vpiha skozi hladilni radiator. Centrifugalna črpalka z lopaticami, običajno imenovana črpalka, je odgovorna za posredovanje gibanja hladilni tekočini v tekočem sistemu. Pogosto po vztrajnosti, voda, čeprav se čista voda v avtomobilih že dolgo ne uporablja.

Sestavni deli črpalke

Obtočna črpalka proti zmrzovanju je teoretično izdelana precej nezahtevno, njeno delovanje temelji na tekočini, ki jo centrifugalne sile vržejo na robove lopatic, od koder se vbrizga v hladilne plašče. Sestava vključuje:

• gred, na enem koncu katere je vbrizgalni rotor iz kovine ali plastike, na drugi pa pogonski jermen za klinasti jermen ali drug prenos;
• ohišje s prirobnico za pritrditev na motor in namestitev notranjih delov;
• ležaj, na katerem se gred vrti;
• oljno tesnilo, ki preprečuje puščanje antifriza in njegovo prodiranje v ležaj;
• votlina v telesu, ki ni ločen del, ampak zagotavlja potrebne hidrodinamične lastnosti.

Črpalka je običajno nameščena na motorju od dela, kjer je nameščen pogonski sistem dodatne opreme s pomočjo jermenov ali verig.

Fizika vodne črpalke

Da se tekoče toplotno sredstvo giblje v krogu, je potrebno ustvariti razliko v tlaku med vstopom in izhodom črpalke. Če dosežemo takšen tlak, se bo antifriz premikal iz območja, kjer je tlak višji, skozi celoten motor do vstopa v črpalko z relativnim vakuumom.

Gibanje vodnih mas bo zahtevalo stroške energije. Tekočinsko trenje antifriza na stenah vseh kanalov in cevi bo preprečilo kroženje, večji kot je volumen sistema, večji je pretok. Za prenos znatne moči in največje zanesljivosti se skoraj vedno uporablja mehanski pogon iz pogonske jermenice ročične gredi. Obstajajo črpalke z elektromotorjem, vendar je njihova uporaba omejena na najbolj varčne motorje, kjer so glavni minimalni stroški goriva, stroški opreme pa se ne upoštevajo. Ali v motorjih z dodatnimi črpalkami, na primer s predgrelniki ali dvojnimi grelci kabine.

Ni enotnega pristopa, s katerega jermena poganjati črpalko. Večina motorjev uporablja zobati jermen, vendar so nekateri oblikovalci menili, da ni vredno vezati zanesljivosti krmiljenja na hladilni sistem, črpalka pa se tja poganja iz zunanjega jermena alternatorja ali enega od dodatnih. Podobno kot kompresor klimatske naprave ali črpalka servo volana.

Ko se gred z rotorjem vrti, antifriz, ki se dovaja v njegov osrednji del, začne slediti profilu lopatic, medtem ko doživlja centrifugalne sile. Posledično ustvari nadtlak na odvodni cevi, središče pa se dopolni z novimi porcijami, ki prihajajo iz bloka ali radiatorja, odvisno od trenutnega položaja termostatskih ventilov.

Motnje v delovanju in njihove posledice za motor

Okvare črpalk lahko kategoriziramo kot obvezne ali katastrofalne. Drugih tu ne more biti, pomen hlajenja je izjemno velik.

Z naravno obrabo ali proizvodnimi napakami v črpalki se lahko ležaj, polnilna škatla ali tekač začnejo sesedati. Če je v slednjem primeru to verjetno posledica tovarniške napake ali kriminalnih prihrankov pri kakovosti materialov, potem se bosta ležajna in polnilna škatla neizogibno postarala, edino vprašanje je čas. Umirajoči ležaj običajno naznani svoje težave z brenčanjem ali škrtanjem, včasih z visokim žvižganjem.

Najpogosteje se težave s črpalko začnejo s pojavom zračnosti v ležajih. Kljub navidezni preprostosti zasnove so tukaj znatno obremenjeni. To je posledica naslednjih dejavnikov:

• ležaj je enkrat v tovarni napolnjen z mastjo in ga med delovanjem ni mogoče obnoviti.
• ne glede na tesnila notranje votline ležaja, kjer se nahajajo njegovi kotalni elementi, kroglice ali valji, tam prodre atmosferski kisik, ki pri visoki temperaturi sklopa povzroči hitro staranje maziva;
• ležaj doživi dvojno obremenitev, deloma zaradi potrebe po prenosu znatne moči skozi gred na rotor, ki se vrti v tekočem mediju z visoko hitrostjo, in predvsem zaradi velike napetosti pogonskega jermena, ki je poleg tega pogosto preveč zategnjen med popravilom, če ni na voljo samodejni napenjalec;
• zelo redko se za vrtenje črpalke uporablja ločen jermen, običajno na skupnem pogonu visi več dokaj močnih pomožnih enot z masivnimi rotorji in spremenljivim uporom vrtenja, to so lahko generator, odmične gredi, črpalka servo volana in celo klimatska naprava kompresor;
• obstajajo modeli, v katerih je ogromen ventilator za prisilno hlajenje radiatorja pritrjen na jermenico črpalke, čeprav so trenutno skoraj vsi zapustili takšno rešitev;
• hlapi antifriza lahko vstopijo v ležaj skozi tesnilno škatlo, ki pušča.

Tudi če visokokakovosten ležaj ne odpove, lahko zaradi obrabe v njem nastane zračnost. V nekaterih vozliščih je to precej varno, vendar ne v primeru črpalke. Njegova gred je zatesnjena z oljnim tesnilom kompleksne zasnove, ki ga pritiska prekomerni tlak iz notranjosti sistema. Dolgo časa ne bo mogel delovati v pogojih visokofrekvenčnih vibracij zaradi zračnosti ležajev. Vroči antifriz, ki prodira skozenj po kapljicah, bo začel vstopati v ležaj, izpirati mazivo ali povzročiti njegovo degradacijo in vse se bo končalo s plazom obrabe.

Nevarnost tega pojava je tudi v tem, da črpalko pogosto poganja zobati jermen, od katerega je odvisna varnost motorja kot celote. Jermen ni zasnovan za delo v pogojih, ko ga polijemo z vročim antifrizom, hitro se obrabi in zlomi. Pri večini motorjev to ne bo vodilo samo do zaustavitve, temveč tudi do kršitve faz odpiranja ventilov pri še vedno vrtečem se motorju, kar se bo končalo s srečanjem ventilskih plošč z dnom bata. Stebla ventilov se bodo upognila, morali boste razstaviti motor in zamenjati dele.

V zvezi s tem je vedno priporočljivo, da črpalko preventivno zamenjate ob vsaki načrtovani vgradnji novega krmilnega kompleta, katere pogostost je jasno navedena v navodilih. Tudi če črpalka izgleda zelo dobro. Zanesljivost je pomembnejša, poleg tega vam ni treba porabiti denarja za nenačrtovano demontažo sprednjega dela motorja.

Pri vsakem pravilu so izjeme. V primeru zamenjave črpalke je to posledica uporabe izdelkov, ki imajo očitno daljši vir kot celo tovarniška oprema. So pa tudi veliko dražji. Kaj naj raje, pogosta zamenjava ali neverjeten vir - vsak se lahko odloči sam. Čeprav lahko katero koli najbolj čudovito črpalko nehote ubije nizkokakovosten antifriz, njegova nepravočasna zamenjava ali kršitve mehanizma ali tehnologije napenjanja jermenskega pogona.