Гараж
Главная  /  Гараж  /  Современные водяные насосы. Все течет, все меняется

Современные водяные насосы.
Все течет, все меняется

Человеку, который хоть как-то разбирается в конструкции двигателя, не нужно объяснять принцип охлаждения - что может быть проще? Визит в компанию Saleri — одну из ведущих фирм-производителей водяных насосов, дал понять, что такой незамысловатый процесс, как охлаждение ДВС, в ближайшие годы ждут сильные перемены

.

Иллюстрации автора, Saleri и BMW

С начала 1930-х годов, когда в моторах только начали применять помпу с термостатом, в системе охлаждения мало что поменялось. Есть малый круг охлаждения, предназначенный для быстрого прогрева мотора, есть большой, который открывает термостат при определенной температуре. Не обходится автомобиль без радиатора, а то и не одного (в том же Bugatti Veyron их 10 штук!). И едва ли не главный элемент системы — водяной насос, то бишь помпа. Такая схема охлаждения весьма надежна, поэтому подавляющее большинство автомобилей до сих пор оснащаются именно по этому принципу. Ведь любое усложнение конструкции, как мы знаем, повышает вероятность поломки и снижает надежность. Но эволюция неизбежна. А вот оправданна ли?

Главная причина грядущих перемен — постоянно ужесточающиеся евронормы, которые направлены в первую очередь на повышение экологичности автомобиля. Благодаря этому почти все моторы постепенно уменьшаются в объеме, обзаводятся турбиной (и не одной), получают непосредственный впрыск, изменяемые фазы ГРМ… И, оптимизировав систему охлаждения, можно добиться как снижения расхода топлива и содержания вредных выбросов, так и повышения надежности двигателя.

Производство водяных насосов на заводе Saleri почти полностью автоматизировано

Компания Saleri была основана более 70 лет назад, но только в последние годы можно наблюдать значительные перемены: в 2010 году вступили в силу 10 собственных патентов компании. Способов оптимизировать циркуляцию охлаждающей жидкости в двигателе действительно много. Основная цель — сделать систему охлаждения полностью регулируемой. Да, обычные помпы и термостаты можно считать «подстраиваемыми»: чем выше обороты мотора, тем быстрее вращается крыльчатка помпы, и чем выше температура двигателя, тем сильнее открывается клапан термостата. Проблема классической схемы в том, что диапазон регулировки степени охлаждения слишком узок, а изменять температуру уже прогревшегося мотора можно разве что вентилятором, который работает по принципу «включен–выключен», предотвращая тем самым «закипание». И балансировать на грани, когда температура держится на допустимой отметке и достигается максимальное КПД, при таком раскладе практически невозможно. Недостаток обычной системы также заметен в момент прогрева холодного мотора: из-за высокого теплообмена охлаждающей жидкости стенки цилиндров просто не успевают прогреться. Быстрый прогрев двигателя необходим не только из-за практических соображений: современные нормы становятся все более требовательными к количеству токсичных веществ во время холодного пуска. Отчасти проблема была решена в современных моторах BMW, где был использован электронно-управляемый термостат. Но и это не панацея: регулировка температуры в этом случае происходит не так оперативно, как этого хотелось бы. Проблемы такого рода должна решить полностью регулируемая блоком управления система. Что если водяной насос будет регулируемым и частично выполнять функцию термостата?

Пока детали не пошли на конвейер, они тестируются в самых жестких условиях. Обеспечить оптимальное охлаждение мотора можно помпами с абсолютно разной конструкцией

Вот нам показывают обычную с виду помпу: шкив, корпус да крыльчатка. Выдает «необычность» разве что электроразъем: в компактной конструкции прячется электромагнитная муфта. Это сделано для того, чтобы в момент прогрева мотора жидкость не циркулировала в системе, охлаждая стенки. Есть и более простые решения: вот, например, узел, удостоенный звания «Золотой трофей» на выставке Equip Auto в 2011 году: эта помпа работает по традиционному циклу, но в ее конструкцию добавлен дроссель, приводимый в действие вакуумным или электрическим приводом. Устроено все просто: в зависимости от температуры блок управления дает команду приводу — насколько открывать клапан. Таким нехитрым способом можно регулировать поток проходящей через помпу жидкости и весьма точно контролировать температурный режим двигателя. Но есть еще более необычные способы оптимизации температуры: так, на двигателе Prince (BMW- PSA) шкив помпы при недостаточном прогреве вовсе не вращается. У компании Dayco есть весьма оригинальное решение: в движение шкив водяного насоса приводится с помощью промежуточного ролика, который притягивается к шкиву помпы посредством электромотора и передает ей вращение от коленвала.

Но, пожалуй, самое простое и одновременно эффективное решение — помпа с регулируемой производительностью, приводимая в движение электромотором. В этом случае решаются практически все проблемы, связанные с несовершенством обычной системы охлаждения:

1. Снижение вероятности перегрева. Во-первых, при использовании электроуправляемой помпы отпадает необходимость в малом круге циркуляции и, соответственно, в термостате. А это минус одна возможная неисправность. Во-вторых, даже в случае «закипания» мотора (допустим, не сработал вентилятор) помпа будет продолжать работать на максимальных оборотах, в то время как двигатель будет заглушен. Сама возможность работы помпы на максимальных оборотах вне зависимости от оборотов коленчатого вала минимизирует вероятность перегрева — в этом случае все зависит от надежности самой помпы.

2. Отпадает необходимость использования термостата и привязки помпы к ременному механизму двигателя. Это позволяет сделать систему охлаждения максимально компактной.

3. Возможность полного отключения помпы в момент прогрева — двигатель в этом случае будет прогреваться заметно быстрее. В особенности быстрый прогрев ДВС необходим в зимний период времени при малых пробегах. Преимущества очевидны: меньший износ деталей двигателя, повышение экономичности и снижение токсичности.

4. Оптимальное охлаждение в условиях мегаполиса. Пробки — одно из самых неблагоприятных условий для двигателя: при движении на практически холостых оборотах обычная помпа вращается на малой скорости, не обеспечивая достаточным охлаждением двигатель. В этом случае спасает вентилятор радиатора, но ненадолго: график температуры при этом оказывается крайне нестабильным. Имея возможность управлять производительностью помпы, мы получаем более стабильную и оптимальную температуру двигателя. Все это приводит к повышению КПД самого двигателя, росту его надежности и снижению расхода топлива.

5. Возможность применения предпускового обогревателя. Если есть возможность циркуляции ОЖ при выключенном двигателе, то для предпускового подогрева требуется лишь установка самого подогревателя без дополнительной помпы.

Понятное дело, что в борьбе за экономичность и экологию надежность силовых агрегатов зачастую уходит на второй план. И если с «гарантийными» машинами еще можно иметь дело, то, покупая подержанный автомобиль, покупатель десять раз подумает, прежде чем связываться с «высокими технологиями» — стоимость ремонта может оказаться прямо пропорциональна «уровню технологичности».

Что касается новых разработок в сфере охлаждения двигателя внутреннего сгорания, многие решения при правильном исполнении являются весьма удачными и надежными. Будем надеяться, что многолетний опыт и многочисленные разработки Saleri не пройдут даром.

Помпа с цилиндрическим клапаном, регулирующим скорость потока

Шкив со встроенной электромагнитной муфтой

Шкив со встроенной электромагнитной муфтой

Помпа с выдвигающимся клапаном

Электрическая помпа

Помпа, играющая роль термостата с дополнительным клапаном

 

SALERI ITALO S.P.A.

Компания Saleri Italo S.p.A. уже более 70 лет производит водяные насосы для легковых автомобилей. Если раньше львиная доля продукции приходилась на конвейерные поставки, то на данный момент доля вторичного рынка постепенно растет. Ожидаемый оборот продукции в 2013 году должен составить около €90 млн, из которых 60 % составляют продукты OEM (оригинальное оборудование) и 40 % — Aftermarket (вторичный рынок). В числе основных клиентов Saleri ведущие автомобильные производители: BMW, Ford, Audi, Fiat, GM и т. д.

В городе Люмедзане (Северная Италия) находятся головной офис и основной завод компании: в 2013 году планируемая мощность производства должна составить 3,5 млн единиц продукции. Для многих клиентов Saleri не только выпускает водяные насосы, но также участвует в совместных разработках систем охлаждения: 15 % сотрудников заняты в сфере исследований и разработок, которые проводятся здесь же — в центральном офисе в Люмедзане. Там же располагается испытательная лаборатория: водяные насосы тестируются в самых жестких условиях, начиная с 40-градусного мороза и заканчивая предельно высокими температурами (150 °С).