โครงสร้างปั๊มน้ำแบบอิเล็กทรอนิกส์และหลักการทำงาน
หากอุณหภูมิของเครื่องยนต์สูงเกินไป ความสามารถในการหล่อลื่นของเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์จะลดลง ซึ่งจะทำให้ชิ้นส่วนสึกหรอมากขึ้น หากอุณหภูมิสูงถึงค่าที่กำหนด จะทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรง เช่น กระบอกสูบเครื่องยนต์ครูดหรือกระเบื้องไหม้ และในที่สุดเครื่องยนต์ก็จะไหม้และเป็นเศษซากได้
ปั๊มน้ำเป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบระบายความร้อนเครื่องยนต์รถยนต์ หน้าที่หลักคือการขับเคลื่อนการไหลเวียนของน้ำหล่อเย็น ดูดซับความร้อนส่วนเกินของเครื่องยนต์ และถ่ายเทไปยังอากาศภายนอกผ่านแผงระบายความร้อน เพื่อหลีกเลี่ยงอุณหภูมิเครื่องยนต์ที่มากเกินไป
ปั๊มน้ำมีสองประเภท:ปั๊มน้ำแบบกลไกแบบดั้งเดิมและปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์. เครื่องยนต์แบบดั้งเดิมโดยทั่วไปจะใช้ปั๊มน้ำแบบกลไก ซึ่งจะขับเคลื่อนแบริ่งปั๊มน้ำและใบพัดให้หมุนผ่านรอก สารหล่อเย็นในปั๊มน้ำถูกขับเคลื่อนด้วยใบพัดเพื่อหมุนเข้าหากัน และถูกโยนไปที่ขอบของเปลือกปั๊มน้ำภายใต้การกระทำของแรงเหวี่ยง และในขณะเดียวกันก็สร้างแรงดันที่แน่นอน แล้วไหลออกจากทางออกหรือท่อน้ำ ความดันที่ศูนย์กลางของใบพัดลดลงเนื่องจากน้ำหล่อเย็นถูกโยนออกไปและสารหล่อเย็นในถังน้ำจะถูกดูดเข้าไปในใบพัดผ่านท่อน้ำภายใต้การกระทำของความแตกต่างของแรงดันระหว่างทางเข้าปั๊มและศูนย์กลางของใบพัด เพื่อให้ทราบถึงการหมุนเวียนของน้ำหล่อเย็นแบบลูกสูบ
ปั๊มน้ำแบบกลไกแบบดั้งเดิมทำงานตามความเร็วของเครื่องยนต์ ซึ่งนำไปสู่ความต้องการกำลังขนาดใหญ่ในการขับเคลื่อนแม้ในสภาวะสตาร์ทเย็นและโหลดต่ำในสภาวะความเร็วสูงที่มีความต้องการการไหลต่ำ และความสามารถในการทำความเย็นที่มีให้ในขณะนี้นั้นยิ่งใหญ่กว่ามาก ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความต้องการที่แท้จริงของเครื่องยนต์ และต้องใช้กำลังมากในการขับขี่ ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพกำลังและความประหยัดของเครื่องยนต์ลดลง
หลักการทำงานของปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์มีดังนี้ ECU (หน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์) ปรับขนาดรอบการทำงานผ่าน PWM (การปรับความกว้างพัลส์) ตามสัญญาณป้อนกลับ เช่น อุณหภูมิของน้ำ แล้วส่งสัญญาณไปยังตัวควบคุมภายใน ปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์ ขนาดจะควบคุมการหมุนของมอเตอร์ จึงช่วยขับเคลื่อนการหมุนของโรเตอร์ของใบพัด จึงทำให้การไหลเวียนของน้ำหล่อเย็นเกิดขึ้นได้
ปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์สามารถควบคุมการไหลได้อย่างแม่นยำตามความต้องการน้ำหล่อเย็นของอุปกรณ์ทำความเย็น ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและความต้องการประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่สูง การใช้งานปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์จึงเพิ่มมากขึ้น ปัจจุบันเครื่องยนต์ไฮบริดและพลังงานใหม่ในตลาดได้เริ่มใช้ปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์แล้ว ปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วย ปลอกปั๊ม ใบพัด แหวนซีล เคสมอเตอร์ ปลั๊กไฟฟ้า ชุดประกอบมอเตอร์ แบริ่ง โรเตอร์ ตัวควบคุม ตัวควบคุม เบาะนั่ง ฝาหลัง โบลท์ยึด ฯลฯ
ECU ปรับอัตราส่วนการทำงานผ่าน PWM ตามสัญญาณตอบรับ เช่น อุณหภูมิของน้ำ และตัวควบคุมจะเชื่อมต่อชุดสายไฟผ่านปลั๊กไฟฟ้า จากนั้นควบคุมมอเตอร์ให้ขับเคลื่อนใบพัดและโรเตอร์ตามอัตราส่วนการทำงาน จึงตระหนักถึง การไหลเวียนของน้ำหล่อเย็นและรับประกันการไหลของน้ำหล่อเย็นที่แม่นยำ ควบคุม; วงแหวนปิดผนึกเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแน่นระหว่างท่อปั๊มและท่อมอเตอร์ ที่นั่งตัวควบคุมและฝาหลัง ปลอกปั๊ม, ปลอกมอเตอร์และฝาด้านหลังจะต้องปิดผนึกส่วนประกอบภายในของปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากฝุ่นเพื่อให้แน่ใจว่าระบบอิเล็กทรอนิกส์มีความน่าเชื่อถือในการทำงานของปั๊มน้ำ
คุณสมบัติของปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์
▶ ให้ความสามารถในการทำความเย็นที่ทันเวลาและเหมาะสม ใช้พลังงานต่ำ และมีประสิทธิภาพสูง ควบคุมการไหลของน้ำหล่อเย็นได้อย่างแม่นยำตามอุณหภูมิของน้ำและข้อมูลอื่น ๆ ลดระยะการไหลของน้ำหล่อเย็น และลดการเคลื่อนที่ของปั๊มน้ำประมาณ 60%
▶ เพื่อลดแรงเสียดทาน ปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์จึงขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า เมื่อเทียบกับปั๊มน้ำแบบกลไกซึ่งขับเคลื่อนด้วยสายพานเสริม งานเสียดสีจะลดลง วงจร NEDC (New European Driving Cycle ซึ่งเป็นมาตรฐานการทดสอบความทนทานของยุโรป) สามารถลดการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงได้ประมาณ 2%
▶ เร่งวอร์มอัพ สำหรับเครื่องยนต์ไฮบริด เนื่องจากการสตาร์ทและหยุดบ่อยครั้ง จึงจำเป็นต้องมีความเร็วในการอุ่นเครื่องที่เร็วขึ้น เนื่องจากสามารถควบคุมการเคลื่อนตัวของปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์ได้แบบเรียลไทม์ การลดอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นระหว่างการสตาร์ทขณะเครื่องเย็นจึงสามารถเร่งการอุ่นเครื่องและลดการใช้เชื้อเพลิงและผลกระทบจากการปล่อยมลพิษได้
▶ อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และเวลาทำงานต่อเนื่องมากกว่า 20,000 ชั่วโมง
▶ ความเสี่ยงของน้ำรั่วลดลงอย่างมาก ใบพัดของปั๊มน้ำแบบกลไกนั้นติดตั้งแบบกดบนแบริ่งปั๊มน้ำโดยมีสิ่งรบกวนพอดี ในขณะที่ใบพัดแม่เหล็กในตัวของปั๊มน้ำแบบอิเล็กทรอนิกส์นั้นขับเคลื่อนโดยแกนแม่เหล็กที่ติดตั้งในเปลือกปั๊มน้ำ เพื่อให้ห้องเก็บน้ำและ การแยกส่วนด้านนอกจะทำให้ซีลน้ำหลุดออก ช่วยลดการสูญเสียจากแรงเสียดทานและความเสี่ยงที่น้ำจะรั่ว
▶ วิธีการควบคุมแบบยืดหยุ่น (PWM, บัส)
▶ การป้องกันการทำงานหลายแบบ (อุณหภูมิเกิน แรงดันไฟเกิน กระแสไฟเกิน ฯลฯ)
โหมดความล้มเหลวของปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์และสาเหตุความล้มเหลว
อุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้นผิดปกติ และประสิทธิภาพของปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์ลดลง ประสิทธิภาพการทำงานลดลงอาจเกิดขึ้นได้จากสองสาเหตุ:
▶การออกแบบการรบกวนระหว่างชุดใบพัดและเพลากลวงมีขนาดเล็กเกินไป ส่งผลให้การเชื่อมต่อระหว่างใบพัดกับเพลากลวงไม่น่าเชื่อถือ และใบพัดลื่นไถล ส่งผลให้ความเร็วของใบพัดต่ำกว่ามาตรฐานและประสิทธิภาพของปั๊มลดลง
▶การออกแบบโครงสร้างป้องกันการหมุนของอินเลย์ไม่สมเหตุสมผล ส่งผลให้เกิดการลื่นไถลระหว่างอินเลย์และใบพัดการฉีด ส่งผลให้ความเร็วของใบพัดต่ำกว่ามาตรฐานและประสิทธิภาพของปั๊มลดลง
▶ ความเร็วของปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์บางครั้งหยุด และในที่สุดก็ลดลงเป็นศูนย์และหยุดทำงาน สาเหตุของปั๊มน้ำไม่ทำงานสรุปได้ 5 ข้อดังนี้
- 1.ชิปหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ล้มเหลว และความหนาของฟอยล์ทองแดงไม่ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ ทำให้ฟอยล์ทองแดงไหม้เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
- 2.การเลือกวัสดุแหวนปิดผนึกวาล์วกันน้ำและระบายอากาศนั้นไม่มีเหตุผล อายุในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ส่งผลให้ความหนาแน่นของอากาศไม่มีเงื่อนไข ไอน้ำเข้าสู่พื้นที่แห้ง ไฟฟ้าลัดวงจรของปั๊มน้ำ และปั๊มน้ำหยุดทำงาน
- 3.การออกแบบพื้นที่เชื่อมระหว่างกกควบคุมและลวดเคลือบนั้นไม่สมเหตุสมผล และความแข็งแรงของหน้าสัมผัสไม่เพียงพอ ส่งผลให้กกและลวดเคลือบแตก และปั๊มน้ำไม่สามารถทำงานได้
- 4. ไม่มีกาวระหว่างตัวเก็บประจุที่ตัวควบคุมหรือระหว่างตัวเก็บประจุและวงเล็บ ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงอาศัยเฉพาะส่วนรองรับการเชื่อมระหว่างหมุดและกกเท่านั้น ภายใต้สภาวะการสั่นสะเทือน ตัวเก็บประจุจะสั่นโดยรวม ส่งผลให้พินเกิดความล้าและแตกหักเนื่องจากโหลดแบบวน ส่งผลให้ความเร็วของปั๊มลดลงเหลือศูนย์
- 5. การเลือกกาวกระจายความร้อนอย่างไม่สมเหตุสมผลทำให้เกิดการขยายตัวของกาวกระจายความร้อนและทำให้เกิดช่องว่างจำนวนมาก ซึ่งทำให้ PCB (แผงวงจรพิมพ์) ไม่สามารถกระจายความร้อนได้ตามปกติ ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวของความร้อนสูงเกินไป
