ウォーターポンプを知る

Aug 19, 2023

エンジンのウォーター ポンプは、漏れが発生するか、ベアリングの故障により交換が必要になるまで気付かれません。 交換が必要な場合、ほとんどのエンジンに取り付けられているため、作業は通常面倒です。

ほとんどのウォーター ポンプはエンジン駆動で、遠心設計になっています。 ポンプには、入口、出口、羽根車と、羽根車が入る空洞があります。

別々の入口側と出口側は、それぞれ圧力側と吸引側と呼ばれます。 ポンプの圧力側は冷却剤をラジエーターに送ります。 吸気側はそれをエンジンに送り返します。 ポンプに出入りする冷却剤の流れの方向は、エンジンのサーモスタットの位置と温度定格を特定するためにも使用されます。 サーモスタットが上部ラジエターホースと一直線にある場合、これは正圧側の配置です。 下部のラジエーターホースに接続されている場合は吸気側になります。

エンジン全負荷時のラジエーターは、液体温度が約 20°F 低下するように設計されています。 動作温度が 180°F を下回らないように設定されている場合、正圧側サーモスタットは 180°F に校正され、吸込側サーモスタットは 160°F に校正されます。 冷却水温度は吸入側サーモスタットの定格温度が高いほど影響を受けるため、これは注意することが重要です。

すべてではないにしても、ほとんどのエンジンはバイパス回路を使用します。 その目的は、エンジンが冷えており、サーモスタットがラジエーターへの移動を許可していないときに、エンジンを通る冷却液の移動（流れ）を可能にすることです。 バイパスは冷却剤の移動を促進することを目的としており、その設計により流量が制限されています。

ウォーターポンプのシールは、冷却剤がシャフトの周囲からインペラーキャビティから出て、ベアリングとシールが存在する鋳物の水抜き穴から漏れるのを防ぎます。 サーモスタットが閉じている、または部分的に閉じているときにエンジンの回転数が継続的に高レベルになると、ポンプの吸入側に液体が不足し、真空が発生し、時間の経過とともにシャフト シールの完全性に影響を及ぼします。

この場合、ポンプは水抜き穴から冷却剤を漏らし始めます。 これは、サーモスタットが閉じているときにバイパス回路を通る流れが不足するためです。

サーモスタットが閉じている間にエンジンの回転数を上げすぎないようにすると、ウォーター ポンプの寿命が大幅に延びます。 エンジンに負荷をかけて使用することも可能です。 ウォーターポンプの速度はキャビテーションの回転数以下に保つ必要があります。 エンジンメーカーによって速度ガイドラインが提供されていないため、これはイライラさせられます。 私が採用しているルールは、冷却液が冷たい間はエンジンの最高速度の半分を超えないようにすることです。

サーモスタットは、クラックオープン定格に達すると直線的に動作することに注意してください。 そうすれば、高速時のポンプシールへの影響は減少します。 どのエンジンでも適切な暖機手順は軽負荷に置くことであるため、これは最初に聞こえるほど負担ではありません。

クーラントを新鮮に保ち、適切に添加剤を添加することは、システムのフィルターのメンテナンスと同様に、ウォーター ポンプの寿命を延ばすのに大いに役立ちます (エンジンがそのように装備されている場合)。

ドライブ（ファン）ベルトを締めすぎるとウォーターポンプのベアリングに過度のストレスがかかると主張する人もいます。 実際にはそれは不可能です。 ウォーターポンプの効率を高めるために、ベルトをきつく締めておくことをお勧めします。 シャフトとベアリングは非常に堅牢で、ベルトのプリロードの影響を受けません。

ウォーターポンプを交換する必要がある場合は、必ず純正メーカーのポンプを選択してください。 そのソースが入手できず、アフターマーケットの同等品を使用する必要がある場合は、警告してください。 交換用のウォーターポンプがエンジンに正しくボルトで固定されていないのを見たことはありませんが、元のウォーターポンプではこのような問題が発生したことのないエンジンでも、特定の条件下でウィルフィットポンプを使用するとエンジンが熱くなるという状況を経験しました。 。

ポンプの流れは、インペラの速度と設計、インペラが動作するキャビティの形状、および吸入ポートと圧力ポートの品質によって決まります。 上記の問題の最も一般的な説明は、インペラとキャビティの設計が元のメーカーの設計からアフターマーケット会社によって変更されたというものです。 この違いは、エンジンとラジエーターを通る流れに影響します。

たとえば、フォード車の 4.6 リッター エンジンのポンプ インペラとキャビティは、ピックアップや灌漑ポンプに搭載される 4.6 リッター エンジンで使用されるものとは異なる場合があります。 インペラフィンの設計とその材質はすべて流れに影響を与えます。 たとえば、最も効率の悪いインペラは、組み立てを容易にするために 1 つのフィンが開いたままになっている板金で作られたスター型です。 最も効率的なポンプは、きれいに鋳造されたスクロール インペラを備えています。 このようなインペラは、特にサーモスタットが閉じており、冷却剤がバイパス回路を通過しているときに、最も多くの流れを提供し、キャビテーションの傾向が最も少なくなります。

ウォーターポンプの流量曲線は、その設計だけでなく動作速度にも依存します。 その速度は、クランクシャフトの回転数と、クランクシャフトとウォーターポンププーリーの比率の結果です。

ポンプの回転が遅すぎたり、速すぎたりすると、流量が低下することに注意することが重要です。 駆動が遅すぎると、冷却剤を移動させるのに十分なエネルギーが不足します。 ポンプの回転が速すぎると、キャビテーション (気泡) が発生し、流量が大幅に低下します。

V ベルトの代わりにサーペンタインを使用するほとんどのエンジンでは、ウォーター ポンプが逆方向に回転します。 これらは、鏡像のインペラとキャビティ設計を備えています。 これらは逆回転ウォーターポンプとして識別されます。 このようなポンプを標準的な回転用途に取り付けると、冷却剤の流れがほとんどまたはまったくないため、エンジンはほぼすぐにオーバーヒートします。

ほとんどのトラックや灌漑用エンジンでは、負荷がかかると流量が増えるため、プーリー比が高くなります。 比率を決定するには、ドライブ プーリーの直径をウォーター ポンプ プーリーの直径で割ります。 ベルトがかかる位置のできるだけ近くで測定する必要があります。 エンジンに 8 インチのクランクシャフト プーリーと 6 インチのウォーター ポンプ プーリーがある場合、方程式は 8 ÷ 6、つまり 1.33 となります。 したがって、ウォーターポンプはクランクシャフトプーリー速度の 1.33 倍で回転します。 エンジン rpm が 3,000 の場合、ウォーター ポンプは 3,990 rpm で回転します。

ほとんどのエンジンでは、プーリー比は 1.25:1 ～ 1.4:1 が望ましいと考えられています。

いくつかの低回転高負荷エンジン (灌漑ポンプで使用されているものなど) が 2:1 のプーリー比を採用しているのを見てきました。 これは、エンジン速度が固定され、負荷が一定であり、ラジエーターとエンジンの両方に冷却水を素早く移動させる必要があるためです。

定置型エンジンは車両のような高い空気流の恩恵を受けられないため、ラジエーターを通る乱流を増やす必要があります。 コンバイン、飼料収穫機、その他ほとんどの機械のエンジンにも同じことが言えます。