ニュース - 冷却システム内でウォーター ポンプはどのように機能するか

冷却システム内でウォーターポンプはどのように機能するのか

ウォーターポンプは車のエンジンの前部に取り付けられます。冷却液の循環を維持し、エンジンを理想的な動作温度に保ちます。気候に応じて、50%の冷却剤と50%の水の混合物を送り出す必要があるため、実際には冷却剤ポンプと呼ばれるべきです。

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冷却システムが必要な理由

エンジンの理想的な動作温度は約 200°F、つまり 90℃ です。この温度は、オイルが滑らかに流れ、シリンダー内で良好な燃焼が起こるのに十分な高温ですが、熱によってエンジンが損傷するほど高温ではありません。ただし、エンジンがかかると温度はそれよりもはるかに高くなります。したがって、燃焼プロセスに近いエンジン部品を冷却する必要があり、そのために冷却システムが必要です。

冷却システムは通常、ほぼ同じ構造を持ち、同じように動作します。おそらく、これから遭遇するすべての車両に当てはまります。

冷却剤はどのように機能するのか

水とエチレングリコールの混合物である冷却液は、エンジンの最も高温の部分から熱を運び、ラジエーターに運び、そこで冷却されます。

エンジンが動作温度に達すると、冷たい冷却剤がポンプによってラジエーターの底から引き出され、エンジン ブロックの前部にポンプで送り込まれます。熱はシリンダーの周りを移動し、バルブを冷却するヘッドに達し、その後シリンダーヘッドから出てラジエーターに戻って冷却されます。

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インナーシリンダーのヘッドには、ラジエターへの冷却水の流れを制御できる温度制御バルブのようなサーモスタットバルブがあります。エンジンが冷えているときはサーモスタットが閉じており、水は暖まるまでエンジン システム内に留まります。冷却液が所定の温度に達すると、サーモスタットが開き、冷却液がラジエーターの周りを流れることができ、車両の走行時の空気の流れによって冷却されます。

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ウォーターポンプの仕組み

機械式ウォーター ポンプは、ハウジング、インペラ、ベアリング アセンブリ、シールなどの部品で構成されています。エンジンの循環中に冷却水を維持します。

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ポンプはエンジンの前部に取り付けられ、クランクシャフトからベルトで駆動されるプーリーに接続されています。同じベルトがオルタネーターも駆動します。現在、一部のウォーター ポンプはタイミング ベルトによって駆動されるか、カムシャフトやクランクシャフトから直接駆動されます。どのような駆動方法であっても、ウォーターポンプはクランクシャフトからベルトで接続されています。つまり、エンジンが作動するとウォーターポンプも作動します。

エンジンが冷えているときは、サーモスタットが閉じられており、冷却液はラジエーターを通過しませんが、エンジン内で均一な加熱が行われるように、冷却液をエンジン内で循環させる必要があります。そのため、ウォーターポンプは常にポンプを作動させています。

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ウォーターポンプの部品

さて、ウォーターポンプの部品をチェックしてみましょう。部品的にはポンプハウジングはアルミ鋳物製で特別なところはありません。

ポンプの中央には、ハウジングを貫通するシャフトがあります。一方の端には、プーリーに取り付けるフランジがあります。このプーリーはクランクシャフトに掛けられたベルトに取り付けられています。それがポンプを駆動するのです。ポンプの反対側には、エンジンの穴の内側にあるインペラがあります。冷却水は、ラジエーターの底部に接続されているウォーターポンプ入口を通って、ここのポンプに入ります。

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冷却剤はこのチャネルに沿って引き上げられ、インペラの中心に流れ込みます。さらに、インペラには流体を回転させて外側に飛ばし、より多くの冷却剤を引き込む低圧領域を中央に作り出すブレードが付いています。

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これを遠心羽根ポンプといいます。ポンプハウジングのインペラーのすぐ周りに、ウォーターポンプに鋳込まれた螺旋状の形状があり、これはおそらくボリュートと呼ばれます。この渦巻きの形状により、水をポンプに引き込む圧力が発生します。羽根車を閉じるボリュートとこのプレートの組み合わせにより、冷却剤を単にランダムに放出するのではなく、冷却剤の閉じた経路が作成されます。

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最近のウォーターポンプは非常に強力です。通常のサイズのポンプでは、小さなプールを約 1 時間で空にすることができ、エンジン回転数が高い場合、エンジンの周囲のすべての冷却剤を毎分 20 回循環させることになります。

ウォーターポンプの交換時期

ウォーターポンプは生涯密閉されており、ユニット全体として交換されます。通常、タイミングベルトの交換と同時に行われます。これは、ここに取り付けるために多くの部品を分解する必要があるためです。ウォーターポンプは安価に購入できる部品ですが、交換すると工賃が非常に高くなります。

ウォーターポンプは一生密閉されており、消耗品として扱われるため、内部を作業することはできません。ポンプを交換する場合はプーリーを除いたユニットごと交換する必要があります。

機械式ウォーターポンプを見ると、シャフトまたはスピンドルがプーリーによって回転していることがわかります。手前にあるのがウォーターポンプのベアリングです。これはシャフトに直接組み込まれているため、一種の特別なベアリングであり、これがユニット全体として交換される主な理由です。

ベアリングには工場出荷時にグリースが塗布されています。シャフトに沿ってクーラントが漏れるのを止めることはできません。実際、ベアリングに水が入ると恐ろしいことになります。

シャフトに沿ってさらに戻ると、インペラに向かってメカニカル シールがあります。回転シャフトを加圧液体から密閉することは常に課題でした。ここのメカニカルシールはかなり優秀です。これは、バネによって非常に接近して押し付けられた 2 つの面で構成されています。そして、それらは冷却剤の薄い膜によって分離され、潤滑されています。それらの間のギャップは約 1 ミクロン、つまり 1,000 ミリメートルで、潤滑剤の静的な膜を含むのに十分な幅ですが、潤滑剤が通過できるほど広くはありません。

必然的に摩擦によりシールが熱くなり、この小さな液体の膜が沸騰すると蒸気が発生します。ただし、ベアリングにクーラントが入り込むことは絶対に避けたいです。というのは、それはグリースを分解し、後で大きな問題を引き起こすことになるからです。

そのため、メカニカルシールとベアリングの間にはウィープホールと呼ばれる小さな穴があります。フィルムとメカニカルシールの沸騰によって生成された少量の液体がその穴を通ってここのチャネルに逃げると、この特定のポンプでは液体はポンプの背面に導かれ、次に前面に流れ落ちます。エンジンブロックの。

現在、そこから液体が漏れるのはまったく正常です。時々、メーカーは技術情報を送り、水抜き穴の周りに少量の冷却剤が見つかった場合は、ウォーターポンプの交換をやめるよう技術者に伝え、それはまったく正常であると伝えます。

しかし、この周囲に液体や結晶化したクーラントが大量にある場合、特にこの下にあるオイルパンからクーラントが滴り落ちている場合は、ウォーターポンプに漏れがある可能性があります。

ウォーターポンプに水漏れがある場合、何が原因でしょうか?

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基本的に、ウォーターポンプは 3 つの方法のいずれかで故障します。

1.シール発行
ポンプから冷却液が漏れる場合は、シールが機能していないことが原因である可能性があり、ほとんどの場合、ベアリングの故障によってシール自体に余分な負担がかかります。解決策はウォーターポンプを交換することです。

2.ベアリングの問題
ポンプの音がうるさくなり、回しにくくなったとき。それはベアリングの磨耗でしょう。これを確認するには、エンジンからベルトを外し、プーリーを手で回すと、簡単かつスムーズに回転するはずです。ウォーターポンプから異音が発生する場合は、ベアリングに問題がある可能性があります。今回の解決策はウォーターポンプの交換です。

3.インペラの問題
最後に、インペラが故障する可能性があります。うーん、これは難しい問題です。なぜなら、外から見るとウォーターポンプには何も問題がないからです。しかし、羽根車がプラスチックの場合は羽根が折れてしまう可能性があり、この羽根車の場合は鋼鉄なので羽根が腐食して羽根がなくなってしまう可能性があります。

インペラの故障の兆候の 1 つは、エンジンが過熱しているにもかかわらず、ブロワーから熱が得られないことです。インペラの故障をチェックするには、エンジンを温度まで上げてサーモスタットを開き、エンジンを切り、ラジエーター上部のホースを握りながら誰かにエンジンを始動してもらいます。そして、冷却剤がすぐに脈動し始めるのが感じられるはずです。それを感じない場合は、インペラを疑ってください。インペラが破損した場合、解決策は何でしょうか?ウォーターポンプを交換します。

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ご同行いただきありがとうございました。エンジンのウォーターポンプについてお話しました。自動車部品に関する情報を皆様と共有できることを楽しみにしています。次回お会いしましょう。


投稿日時: 2022 年 8 月 1 日