一種汽車智能水泵的開發與研究

楊玲玲+宛東

【摘 要】本文根據現有汽車發動機冷卻系統中的水泵一直隨發動機轉動造成汽車水泵故障率高、能耗高的問題，設計了一種汽車智能水泵，該智能水泵在汽車發動機工作時，水溫低時不工作，當發動機水溫太高需要冷卻時才工作，大大降低了汽車水泵的故障率并節約能耗。

【關鍵詞】汽車 智能水泵 設計 開發

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）02C-0191-02

在現代汽車發動機的缸體中，有一個大的水循環系統，它有多條供冷卻水循環的水道，且與汽車前部的散熱器通過水管相連接。而在發動機的上出水口處，就裝有汽車水泵，水泵是發動機冷卻系統的重要部件，它的作用是泵送冷卻液，使冷卻液在發動機的冷卻水道內快速流動，以帶走發動機工作時產生的熱量，保持發動機正常工作溫度。目前，汽車發動機廣泛采用離心式水泵，其基本結構由水泵殼體、皮帶輪、水泵軸及軸承或軸連軸承、水泵葉輪和水封裝置等零件組成。汽車水泵通過風扇皮帶帶動，將發動機缸體內水道內的熱水泵出，冷水泵入。其基本工作原理為：發動機通過皮帶輪帶動水泵軸承及葉輪轉動，水泵中的冷卻液被葉輪帶動一起旋轉，在離心力的作用下被甩向水泵殼體的邊緣，同時產生一定的壓力，然后從出水道或水管流出。葉輪的中心處由于冷卻液被甩出而壓力降低，水箱中的冷卻液在水泵進口與葉輪中心的壓差作用下經水管被吸入葉輪中，實現冷卻液的往復循環。

一、傳統汽車水泵的缺點

在發動機故障中，水泵的故障占有一定的比例，例如水溫過高是發動機的常見故障，而有相當一部分水溫過高是由水泵的故障引起的。一般來說，發動機的水泵在使用了10萬公里左右時就進入了故障高發期，為了保證維修質量，很多水泵在損壞后只能采取整體更換的維修方式，只有少部分商用汽車發動機的水泵可以采取單獨更換軸承或水封等部件的維修方式。且汽車水泵由主動元件發動機的動力帶動，對水進行循環，對相關設備及主動元件進行冷卻。由于這種水泵當主動元件發動機一工作就帶動水泵工作，因此導致耗能大水泵工作時間長。而相關設備及主動元件發動機在發動機剛開始工作的一段時間并不需要進行冷卻，必須等設備及主動元件發動機工作到一定程度，設備及主動元件發動機溫度上升到一定高度時才需要進行冷卻使設備及主動元件發動機保持正常工作。在設備及主動元件開始工作時就進行冷卻容易導致設備及主動元件發動機工作困難，使設備損壞及耗能，不適合應用于汽車發動機冷卻系統等設備中。

針對這個缺點，筆者設計了一種汽車智能水泵，以解決現有汽車水泵一直隨發動機轉動的缺點，減少能耗，增強水泵、發動機及相關設備的使用性能并延長其使用壽命。

二、智能水泵的設計方案

現開發研制一種新型的汽車智能水泵，在現有汽車水泵電路中加入控制電源，當設備及發動機開始工作時不需要進行冷卻，控制電源不需要通電。通過控制電源控制，皮帶輪軸承繞著水泵殼空轉，水泵不工作。當發動機溫度上升到一定溫度需要進行冷卻使設備及主動元件發動機保持正常工作時，只要控制電源通電。使水泵主軸旋轉，帶動水泵葉輪組旋轉，此時水泵工作；當發動機的溫度又降低，不再需要進行冷卻時，控制電源斷電，水泵停止工作。從而汽車發動機工作時，水溫低時不工作，當發動機水溫升高需要冷卻時才工作。

此智能水泵由水泵皮帶輪1、鋁制鑄成的殼體2、電磁線圈3、磨擦板4、驅動盤5、彈簧6、皮帶輪軸承7、密封圈8、水泵葉輪組9、螺栓10、水泵主軸11、水泵軸承12、控制電源13 、密封圈14組成（見圖1）?？刂齐娫?3與電磁線圈3一頭連接，電磁線圈3另一端與水泵內殼連接，電磁線圈3固定在水泵的外殼上，驅動盤5與水泵的水泵主軸11相連接，水泵主軸11通過密封圈8和水泵軸承12與密封圈14伸進水泵的內殼2連接水泵葉輪組9，螺栓10將水泵主軸11與水泵葉輪組9固定連接成一體，水泵皮帶輪1通過皮帶輪軸承7安裝在水泵頭蓋上，可以自由轉動。當控制電源13接通時，電流通過電磁離合器的電磁線圈3，電磁線圈3產生電磁吸力，使水泵的驅動盤5與磨擦板4、皮帶輪1結合，將發動機的扭矩傳遞給水泵主軸11，使水泵主軸11旋轉，水泵主軸11帶動水泵葉輪組9旋轉，水泵進行工作，當13控制電源斷電時，電磁線圈3的吸力消失，在彈簧片6作用下驅動盤5與磨擦板4、皮帶輪1脫離，水泵停止工作。從而汽車發動機工作時，水溫低時不工作，當發動機水溫升高需要冷卻時才工作，解決了現有汽車發動機冷卻系統中水泵一直隨發動機轉動的缺點。結構如圖1所示。

三、智能水泵的工作原理

結合圖1對智能水泵的工作原理進行詳細闡述。

如圖1所示，汽車智能水泵由水泵皮帶輪1、鋁制鑄成的殼體2、電磁線圈3、磨擦板4、驅動盤5、彈簧6、皮帶輪軸承7、密封圈8、水泵葉輪組9、螺栓10、水泵主軸11、水泵軸承12、控制電源13、密封圈14等部件組成?？刂齐娫?3與電磁線圈3一頭連接，電磁線圈3另一端與水泵內殼連接，電磁線圈3固定在水泵的外殼上，驅動盤5與水泵的水泵主軸11相連接，水泵主軸11通過密封圈8和水泵軸承12與密封圈14伸進水泵的內殼2連接水泵葉輪組9，螺栓10將水泵主軸11與水泵葉輪組9固定連接成一體，水泵皮帶輪1通過皮帶輪軸承7安裝在水泵頭蓋上，可以自由轉動。

當設備及主動元件發動機開始工作時不需要進行冷卻，控制電源13不需要通電。發動機的曲軸通過V帶驅動，傳動帶環繞在曲軸帶輪和水泵皮帶輪1之間，曲軸一轉動帶動水泵輪及皮帶輪軸承7與空轉，由于此時控制電源12斷電，電磁線圈3的吸力消失，在彈簧片6作用下驅動盤5與磨擦板4、皮帶輪1脫離，皮帶輪通過皮帶輪軸承7繞著水泵殼空轉，水泵不工作。

當設備及主動元件發動機溫度上升到一定溫度需要進行冷卻使設備及主動元件發動機保持正常工作時，只要控制電源13通電。電流通過電磁離合器的電磁線圈3，電磁線圈3產生電磁吸力，使水泵的驅動盤5與磨擦板4、皮帶輪1結合，將發動機的扭矩傳遞給水泵主軸11，使水泵主軸11旋轉，帶動水泵葉輪組9旋轉，水泵工作。

發動機的溫度又降低，不再需要進行冷卻時，控制電源13斷電后，電磁線圈3的吸力消失，在彈簧片6作用下驅動盤5與磨擦板4、皮帶輪1脫離，水泵停止工作。

由于此智能水泵可根據各設備及主動元件發動機設定的實際冷卻溫度通過各設備及主動元件發動機控制系統控制，實現了汽車發動機工作時，水溫低時不工作，當發動機水溫升高需要冷卻時才工作，解決了現有汽車發動機冷卻系統中水泵一直隨發動機轉動的問題。

四、結束語

本文通過分析目前汽車水泵存在的問題，在汽車水泵電路中加入新的控制電源，使得汽車智能水泵可根據各設備及發動機設定的實際冷卻溫度通過各設備及主動元件發動機控制系統控制。該設計的智能水泵結構簡單，既能降低水泵的故障率，又能減少能耗，同時可以減輕發動機的負荷，增強水泵、發動機及相關設備的使用壽命，提升整車的可靠性，符合汽車節能減排發展的大趨勢，為現代化汽車技術的發展提供技術參考。

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【基金項目】廣西高?？茖W技術研究項目（KY2015YB476）

【作者簡介】楊玲玲（1981— ），女，山東威海人，碩士，柳州鐵道職業技術學院汽車學院講師，研究方向：汽車設計制造、檢測維修等。

（責編 盧 雯）