واتر پمپ

وظیفه – انواع – اجزا

همان‌طور که در مقالات قبلی اشاره شد. تمامی موتورهای احتراق داخلی تمایل به گرم‌شدن را دارند. ازاین‌رو مهم است که سیستم خنک کاری خودرو برای جلوگیری از بالا رفتن دمای بیش از حد مجاز به طور دائم کنترل شود.یکی از قطعات بسیار مهم و حیاتی در سیستم خنک کاری موتور واتر پمپ یا همان (پمپ آب ) می‌باشد. که در صورت خرابی می‌تواند باعث عوامل زیان باری برای موتور خودرو از جمله: خرابی سرسیلندر و یا سوختن واشر سرسیلندر گردد.
در این مقاله درباره وظیفه واترپمپ در موتورهای احتراق داخلی، انواع آن در صنایع خودروسازی، اجزای تشکیل‌دهنده و عیوب شایع در این قطعه توضیحاتی ارائه خواهد شد

وظیفه واترپمپ

وظیفه واترپمپ به جریان در آوردن مایع خنک کاری جهت تبادل حرارتی در موتور است. واتر پمپ، مایع خنک کاری (ضد یخ به همراه آب) را از قسمت رادیاتور توسط پروانه‌ای که در قسمت هوزینگ واترپمپ تعبیه شده، به سمت موتور، به جریان در می‌آورد و پس از باز شدن ترموستات این جریان دوباره برای خنک کاری به سمت رادیاتور به جریان می‌یابد.

1-فیلتر کابین 2-لوله بالای رادیاتور 3-واترپمپ 4-ترموستات 5-رادیاتور موتور 6-کندانسور کولر 7-فن خنک کاری 8-لوله بخاری 9- رادیاتور بخاری
شکل 1- محل نصب واترپمپ و اجزای سیستم خنک کاری موتور

انواع واتر پمپ

پمپ‌ها را می‌توان از نقطه‌نظرات گوناگون دسته بندی کرد. در ادامه یکی از روش‌های دسته بندی واتر پمپ در شکل شکاره 2 نشان داده شده است.

شکل 2- دسته بندی واتر‌پمپ خودرو

واترپمپ مکانیکی

همان‌طور که در قسمت قبلی اشاره شده بود. واترپمپ‌های مکانیکی معمولاً در کنار بلوکه سیلندر و یا مقابل به بلوکه سیلندر نصب می‌شود، حرکت دورانی جهت چرخش پروانه داخلی پمپ از طریق حرکت دورانی میل‌لنگ توسط تسمه تایم یا زنجیر تایم صورت می‌گیرد. با افزایش دور موتوراستردش آب نیز در داخل سیستم خنک کاری موتور افزایش می‌یابد. (لازم به ذکر می‌باشد که در نوع واتر پمپ مکانیکی یک اتلاف انرژی به جهت درگیر بودن واترپمپ با تسمه تایم وجود دارد)

اجزای تشکیل‌دهنده واترپمپ مکانیکی

1-چرخ‌دنده (هاب) 2-حفره محل نصب پیچ اتصال 3-بلبرینگ 4 – کاسه نمد (فیبر و فنر) 5 –پروانه
شکل 3- اجزا واترپمپ مکانیکی

همان‌طور که در شکل شماره 3 مشاهده می‌کنید. با درگیرشدن تسمه تایم موتور با چرخ‌دنده واتر پمپ، شفت اصلی و پروانه که توسط یک یا دو عدد بلبرینگ در بدنه ثابت شده است، به گردش درمی‌آید، و باعث ایجاد جریان مایع خنک کاری در مدار می‌شود. لازم به ذکر است که واترپمپ توسط کاسه نمد (فیبر و فنر) آب‌بندی می‌شود تا مانع ورود مایع خنک کاری به قطعات داخلی واتر پمپ شود.

A- مجراهای واترپمپ
شکل 4-حفرهای واترپمپ

بر روی واتر پمپ دو مجرای خروجی وجود دارد که یکی از مجراها برای ریخته‌گری واترپمپ و خروج بخارات است و دیگری برای خروج مایع خنک کاری از واترپمپ جهت جلوگیری از آسیب‌دیدن قطعات داخلی واترپمپ است. شکل 4 این موارد را نشان می‌دهد.

انجام‌وظیفه اصلی مجموعه واتر پمپ بر عهده پروانه است. معمولاً واتر پمپ‌ها فقط دبی دارند به این مفهوم که مایع خنک کنده موتور را به جریان می‌اندازند اما فشار ایجاد نمی‌کند بنابراین معمولاً از فرم‌های پیچیده ایجاد فشار برای محفظه داخلی ولتر پمپ و پروانه آن استفاده نمی‌شود. شکل 5 نمونه‌ای از شکل پروانه‌های مورداستفاده در واتر پمپ‌های مختلف را نشان می‌دهد.

A: از نوع بسته (Close impeller) B: از نوع باز (Open impeller)
شکل 5- نمونه‌های از پروانه‌های واتر پمپ

یکی دیگر از اجزا به‌ظاهر معمولی اما مهم، واشرهای مورداستفاده در واتر پمپ‌ها هستند. این واشرها در محل بسته شده واتر پمپ روی بلوکه سیلندر قرار گرفته و از نشتی مایع خنک‌کننده در آن محل جلوگیری می‌کنند.

شکل 6- واشر واترپمپ و محل نصب آن

واترپمپ برقی

ساختار واترپمپ برقی شباهت کمی با واترپمپ مکانیکی دارد. با این تفاوت که انرژی حرکتی جهت گردش پروانه واترپمپ برقی از طریق جریان الکتریکی تولید می‌شود و دیگر هیچ تماسی با تسمه تایم و یا زنجیر تایم ندارد و سرعت گردش مایع خنک کاری در موتور از طریق برنامه‌ریزی ECU تغییر می‌کند. اتلاف انرژی و مصرف سوخت در خودروهای که دارای واتر پمپ برقی هستند. به دلیل درگیر نبودن واتر پمپ به‌صورت مکانیکی با موتور، بسیار پایین است.
در خودروهای هیبرید یا میکرو هیبرید که دارای آپشن STOP&START هستند، به‌خصوص خودروهایی که دارای سیستم توربو شارژ هستند. داشتن واترپمپ برقی در جهت کارکرد بهتر نیروی محرکه خودرو بسیار هایز اهمیت است.
همان‌طور که می‌دانید خودروهای که دارای واترپمپ مکانیکی هستند. پس از خاموش‌کردن خودرو، گردش آب در کانال‌های سیستم خنک کاری موتور و توربو شارژ قطع می‌شود و دما به‌شدت پس از خاموش شدن خودرو در توربو شارژر و موتور بالا می‌رود. ازاین‌رو داشتن واترپمپ برقی و فعال‌بودن آن پس از خاموش شدن خودرو جهت خنک کاری توربو شارژر و موتور بسیار مهم است و باعث بالارفتن عمر مفید موتور و توربو شارژ خواهد شد. (شکل 7)

شکل 7-واتر پمپ برقی سری BMW

اجزای واترپمپ برقی

شکل 8 اجزا نوعی اتر پمپ برقی را نشان می‌دهد.

1-هوزینگ 2-پروانه 3-اورینگ 4-کاور جداکننده 5-استاتور 6-اورینگ آب‌بندی 7-بدنه 8-کانکتور 9-برد الکترونیکی 10- کاور بالای
شکل 8-اجزای واترپمپ برقی

پروانه: این قسمت از رتور که دارای تیغه‌های حرکتی است. مایع خنک کاری موتور را در مدار سیستم خنک کاری به جریان درمی‌آورد.
استاتور: این قطعه میدان مغناطیسی را از طریق سیم‌پیچ‌های داخلی ایجاد می‌کند. تا روتور (پروانه) به چرخش درآید.
برد الکترونیکی: این واحد با اطلاعاتی که ECU موتور به‌صورت PWM می‌دهد. سرعت جریان مایع خنک کاری را در مدار افزایش یا کاهش می‌دهد.

کاربری واتر پمپ کمکی

همان طور که در شکل شماره 9 مشاهده می‌کنید در خودروهای جدید و پیشرفته سیستم‌های خنک کاری به سیستم‌های مدیریت حرارتی تبدیل شده تا هر قسمت از خودرو در دمای کارکردی مناسب خود قرار گیرد. در خودروهای که دارای توربوشارژ هستند، خنک کاری هوای فشرده شده توسط قطعه ای به نام اینتر کولر انجام می‌شود. همان طور که می‌دانید هوای گرم نسبت به هوای سرد، دارای چگالی واکسیژن کمتری می‌باشد واین امر باعث می‌شود بازده حجمی موتور کاهش یابد یا در موتور پدیده ناک صورت گیرد.

1-سیکل اصلی با واترپمپ مکانیک 2-سیکل پشتیبان موتور با واترپمپ برقی 3- سیکل پشتیبان توربو شارژر با واتر پمپ برقی
شکل 9 – کاربری واتر پمپ کمکی

همانطور که در شکل 9 مشاهده می‌شود واتر پمپ برقی به دو صورت به‌عنوان کمکی سیستم استفاده می‌شود این استفاده می‌تواند به‌صورت هم‌زمان یا مجزا باشد. در نوع اول سیکل کمکی بخش سر سیلندر را تحت پوشش خود قرار می‌دهد در اینجا خنک کاری اطراف اتاق احتراق و مکانیزم سوپاپ مدنظر است. در نوع دوم سیکل توربو شارژر را پوشش می‌دهد. (شکل 9- بخش 3) برای جلوگیری از سوختن رسوبات روغن روی شفت توربو، پمپ آب برقی کمکی، بعد از خاموش شدن موتور، چند دقیقه فعال بوده و طی سیکل خاصی که معمولاً برعکس جریان حرکت عادی مایع خنک‌کننده در موتور است. دمای شفت توربو شارژر را کاهش می‌دهد عملکرد این سیستم در یک مقاله به‌صورت مجزا بررسی خواهد شد.

عیوب شایع

همان‌طور که در شکل شماره 10 مشاهده می‌کنید. یکی از عیوب شایع واترپمپ‌های مکانیکی خرابی کاسه نمد یا همان فیبر و فنر است که باعث نشتی مایع خنک کاری و خرابی بلبرینگ و گیرپاژ کردن بلبرینگ واترپمپ می‌شود.

شکل 10- نشتی واترپمپ

همان‌طور که در شکل شماره 11 مشاهده می‌شود. زنگ‌زدگی و خوردگی پروانه واترپمپ به دلیل نداشتن یا تنظیم نبودن حجم ضدیخ در موتور، باعث پایین آمدن دبی حجمی مایع خنک کاری در مدار سیستم خنک کاری موتور و با رفتن دما موتور خواهد شد.

شکل 11-خوردگی پروانه واترپمپ

بر اساس شکل شماره 12،پارگی تسمه دینام در خودروهایی که گردش چرخ‌دنده یا پولی واتر پمپ از طریق تسمه تایم نباشد. این موضوع باعث عدم عملکرد واترپمپ و جوش آوردن موتور می‌شود.

شکل 12 – پارگی تسمه واترپمپ

در این مقاله به‌صورت خاص به معایب واتر پمپ اشاره شد در قسمت عیب‌یابی سیستم خنک‌کننده موتور تمامی اجزا مورد بررسی و عیب‌یابی قرار خواهد گرفت
نویسنده:مهندس بهروز خطیبی