При згорянні палива у двигуні утворюється тепло. Охолоджуюча рідина поглинає тепло з блоку циліндрів двигуна та головки блоку циліндрів, а потім віддає його через радіатор у навколишнє повітря. Водяний насос забезпечує циркуляцію охолоджувальної рідини у замкнутій системі охолодження.

Принцип дії водяного насоса - перекачування рідини за рахунок використання відцентрової сили: в робочу камеру надходить охолоджувальна рідина (антифриз) і крильчатка, що обертається, перекачує її у відвідний патрубок.

Крильчатка водяного насосу є ключовим компонентом, який забезпечує правильне функціонування насосу. Існують різноманітні варіанти крильчаток: з пластика або металу, закриті або відкриті.

Якщо розглядати схему руху охолоджувальної рідини, то водяний насос розташовується після радіатора перед двигуном. Таке рішення дозволяє не піддавати механізм насоса високим температурам: антифриз до нього надходить охолодженим.

Механічні водяні насоси розташовані, залежно від конструкції, або зовні, на двигуні у власному корпусі (відкритого типу), або вбудовані безпосередньо в блок циліндрів двигуна (закритого типу).

Водяні насоси відкритого типу приводяться в дію за допомогою ременя, який, крім цього, приводить у дію й інші допоміжні механізми, такі як генератор, насос гідропідсилювача або компресор кондиціонера. Передача зусилля здійснюється при цьому через клиновий ремінь або поліклиновий ремінь (Poly-V-ремінь, Polyrib).

В сучасних легкових автомобілях часто застосовуються вбудовані водяні насоси закритого типу, які приводяться в дію через привідний зубчастий ремінь газорозподільного механізму. Завдяки такому способу монтажу конструкція цих водяних насосів простіше, для них потрібно менше деталей, ніж для водяних насосів відкритого типу. Однак виконувати заміну водяних насосів, що приводяться в дію зубчастим ременем, складніше, ніж водяних насосів з клиноремінним приводом. При заміні необхідно відкривати і розбирати всю зубчасто-ремінну передачу ГРМ двигуна. Це є складним втручанням у систему приводу розподільчого валу. Для багатьох двигунів для цього необхідно володіти спеціальними знаннями в області ремонту двигунів.

Спеціальні інструменти та регульовані параметри, такі як фази газорозподілу, натяг ременя і, можливо, початок подачі палива паливним насосом високого тиску потрібні для багатьох двигунів. Вже невеликі відхилення чи помилки при виконанні цих робіт можуть призвести до серйозних пошкоджень двигуна.

Будова водяного насоса

В механічних водяних насосах використовуються дворядні кулькові підшипники або, при більш високому навантаженні, комбіновані кулько-роликові підшипники. Підшипники заповнені консистентним мастилом на весь термін служби. Щоб не допустити попадання всередину води і бруду підшипники з обох сторін герметизовані радіальними ущільнювальними кільцями для валу. Опорний вал водяних насосів одночасно є внутрішньою обоймою підшипника. Це означає, що кульки або ролики виконують кочення безпосередньо по поверхні валу насоса.

Комплект ущільнювальних кілець являє собою, власне, ущільнення водяного насоса. Принципово воно складається з двох контактних кілець і одної спіральної пружини. Поєднання сполучених ковзних частин складається, як правило, із контактних кілець, виконаних із різних матеріалів. В залежності від вимог до терміну служби і умов експлуатації використовуються твердий карбон (графіт), оксид алюмінію, карбід вольфраму або карбід кремнію. Спіральна пружина розтискає контактні кільця, щоб зберігалась дія ущільнення, якщо система охолодження не знаходиться, під тиском.

Як і майже у всіх інших конструкціях, де дві поверхні переміщуються одна по другий, потрібний мастильний матеріал, що зменшує тертя. В комплекті ущільнювальних кілець функцію змащування та охолодження двох контактних кілець бере на себе охолоджуюча рідина. Внаслідок тиску в системі охолодження і обертання валу насоса охолоджувальна рідина попадає між контактними кільцями і забезпечує рідинне тертя, яке характеризується низьким зношуванням. Для забезпечення функціонування і досягнення передбаченого строку служби через ущільнення завжди повинен проходити невеликий потік охолоджуючою рідини.

Завдяки цьому принципу функціонування з зовнішньої сторони насосу можливі невеликі витоки охолоджуючої рідини. Ці невеликі витоки обумовлені конструкцією і не є несправністю.

Об'єм охолоджувальної рідини, що потрапляє між контактними поверхнями кілець на зовнішню сторону, є дуже незначними і, як правило, випаровується ще у водяному насосі. Для цього на корпусі насоса є так звані отвори вентиляції та витоку, з яких охолоджуюча рідина може вийти в навколишнє середовище. Охолоджуючі рідини на базі гліколю містять барвники та присадки. З цієї причини із зовнішньої сторони в області отворів витоку на водяному насосі залишаються кольорові сліди.

Без отворів витоку між комплектом ущільнювальних кілець і опорою насоса збиралася б охолоджуюча рідина, яка проникала б в підшипник насоса.

Згадані вище, помітні візуально залишки охолоджуючої рідини біля отвору витоку часто по незнанню розцінюються як негерметичність водяного насоса. Ці невеликі витоки, однак, не є підставою для заміни водяного насоса.

Щоб уникнути такого непорозуміння багато виробників двигунів вирішили виконувати водяні насоси з резервуаром біля отвору витоку. Виступаюча з водяного насосу мінімальна кількість охолоджуючої рідини уловлюються в цей резервуар. Таким чином, охолоджуюча рідина залишається в резервуарі і непомітна зовні; там вона і випаровується.

На сучасних автомобілях преміум-класа все частіше застосовують електричні водяні насоси (Coolant Water Aggregate, CWA).

Насоси охолоджуючої рідини з електроприводом

Насоси охолоджувальної рідини з механічним приводом безпосередньо від двигуна прокачують рідину в працюючому двигуні навіть при відсутності потреби в охолодженні. Насоси охолоджуючої рідини з електроприводом завдяки вбудованому електронному управлінню включаються в роботу плавно, залежно від необхідної ефективності охолодження. Вони можуть використовуватися як основні, байпасні або циркуляційні насоси і включатися в роботу незалежно від двигуна і в міру необхідності.

При холодному пуску двигуна насос охолоджувальної рідини з електроприводом спочатку не прокачує рідину через контур. В результаті двигун швидше досягає робочої температури. Навіть коли двигун працює на холостому ходу або після того, як він був вимкнений, електричний насос охолоджувальної рідини може забезпечувати достатню продуктивність охолодження, оскільки він не пов'язаний з обертами двигуна. Таке охолодження двигуна при необхідності знижує споживану потужність і, таким чином, знижує втрати на тертя та витрату палива. Таким чином, використання насосів охолоджуючої рідини з електроприводом у сучасних системах охолодження допомагають знизити шкідливі викиди у навколишнє середовище.

Ще одна перевага полягає в тому, що електричні насоси охолоджувальної рідини можна встановлювати окремо, поза двигуном. Вони мають порівняно малу вагу і не вимагають обслуговування завдяки безщітковій конструкції. При робочій напрузі 12-360 В вони досягають потужності 15-1000 Вт. Електродвигун, що приводить у дію насос охолоджувальної рідини, охолоджується тією ж рідиною. Плавне регулювання здійснюється через контур керування за допомогою сигналу з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Таким чином, обсяг подачі може регулюватися незалежно від обертів двигуна, відповідно до фактичних вимог, а температура охолоджуючої рідини може підтримуватися постійною для даної системи. Оскільки електричні насоси інтегровані в електрообладнання автомобіля, стає можливою їх діагностика. Залежно від типу приводу (двигун внутрішнього згоряння, гібридний, електричний) та конструкції системи транспортного засобу можуть бути встановлені один або декілька насосів.

Насоси охолоджуючої рідини з електроприводом знаходять застосування в різних системах:

• Охолодження двигуна

• Охолодження наддувного повітря

• Охолодження системи рециркуляції відпрацьованих газів

• Охолодження приводного механізму та блоку акумуляторних батарей в електромобілях та гібридних транспортних засобах

• Охолодження трансмісії

• Охолодження різних механізмів відбору потужності