一種汽車(chē)智能水泵的開(kāi)發(fā)與研究

楊玲玲+宛東

【摘 要】本文根據(jù)現(xiàn)有汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中的水泵一直隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)造成汽車(chē)水泵故障率高、能耗高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)智能水泵，該智能水泵在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，水溫低時(shí)不工作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫太高需要冷卻時(shí)才工作，大大降低了汽車(chē)水泵的故障率并節(jié)約能耗。

【關(guān)鍵詞】汽車(chē) 智能水泵 設(shè)計(jì) 開(kāi)發(fā)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2017）02C-0191-02

在現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體中，有一個(gè)大的水循環(huán)系統(tǒng)，它有多條供冷卻水循環(huán)的水道，且與汽車(chē)前部的散熱器通過(guò)水管相連接。而在發(fā)動(dòng)機(jī)的上出水口處，就裝有汽車(chē)水泵，水泵是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要部件，它的作用是泵送冷卻液，使冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水道內(nèi)快速流動(dòng)，以帶走發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，保持發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度。目前，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用離心式水泵，其基本結(jié)構(gòu)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(chē)水泵通過(guò)風(fēng)扇皮帶帶動(dòng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)水道內(nèi)的熱水泵出，冷水泵入。其基本工作原理為：發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)水泵軸承及葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，水泵中的冷卻液被葉輪帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下被甩向水泵殼體的邊緣，同時(shí)產(chǎn)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(jìn)口與葉輪中心的壓差作用下經(jīng)水管被吸入葉輪中，實(shí)現(xiàn)冷卻液的往復(fù)循環(huán)。

一、傳統(tǒng)汽車(chē)水泵的缺點(diǎn)

在發(fā)動(dòng)機(jī)故障中，水泵的故障占有一定的比例，例如水溫過(guò)高是發(fā)動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障，而有相當(dāng)一部分水溫過(guò)高是由水泵的故障引起的。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)的水泵在使用了10萬(wàn)公里左右時(shí)就進(jìn)入了故障高發(fā)期，為了保證維修質(zhì)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的水泵可以采取單獨(dú)更換軸承或水封等部件的維修方式。且汽車(chē)水泵由主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力帶動(dòng)，對(duì)水進(jìn)行循環(huán)，對(duì)相關(guān)設(shè)備及主動(dòng)元件進(jìn)行冷卻。由于這種水泵當(dāng)主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)一工作就帶動(dòng)水泵工作，因此導(dǎo)致耗能大水泵工作時(shí)間長(zhǎng)。而相關(guān)設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)剛開(kāi)始工作的一段時(shí)間并不需要進(jìn)行冷卻，必須等設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)工作到一定程度，設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升到一定高度時(shí)才需要進(jìn)行冷卻使設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)保持正常工作。在設(shè)備及主動(dòng)元件開(kāi)始工作時(shí)就進(jìn)行冷卻容易導(dǎo)致設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)工作困難，使設(shè)備損壞及耗能，不適合應(yīng)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)等設(shè)備中。

針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)智能水泵，以解決現(xiàn)有汽車(chē)水泵一直隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的缺點(diǎn)，減少能耗，增強(qiáng)水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用性能并延長(zhǎng)其使用壽命。

二、智能水泵的設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)開(kāi)發(fā)研制一種新型的汽車(chē)智能水泵，在現(xiàn)有汽車(chē)水泵電路中加入控制電源，當(dāng)設(shè)備及發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)不需要進(jìn)行冷卻，控制電源不需要通電。通過(guò)控制電源控制，皮帶輪軸承繞著水泵殼空轉(zhuǎn)，水泵不工作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升到一定溫度需要進(jìn)行冷卻使設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)保持正常工作時(shí)，只要控制電源通電。使水泵主軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)水泵葉輪組旋轉(zhuǎn)，此時(shí)水泵工作；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度又降低，不再需要進(jìn)行冷卻時(shí)，控制電源斷電，水泵停止工作。從而汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，水溫低時(shí)不工作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升高需要冷卻時(shí)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(qū)動(dòng)盤(pán)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(jiàn)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(nèi)殼連接，電磁線圈3固定在水泵的外殼上，驅(qū)動(dòng)盤(pán)5與水泵的水泵主軸11相連接，水泵主軸11通過(guò)密封圈8和水泵軸承12與密封圈14伸進(jìn)水泵的內(nèi)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(guò)皮帶輪軸承7安裝在水泵頭蓋上，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制電源13接通時(shí)，電流通過(guò)電磁離合器的電磁線圈3，電磁線圈3產(chǎn)生電磁吸力，使水泵的驅(qū)動(dòng)盤(pán)5與磨擦板4、皮帶輪1結(jié)合，將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩傳遞給水泵主軸11，使水泵主軸11旋轉(zhuǎn)，水泵主軸11帶動(dòng)水泵葉輪組9旋轉(zhuǎn)，水泵進(jìn)行工作，當(dāng)13控制電源斷電時(shí)，電磁線圈3的吸力消失，在彈簧片6作用下驅(qū)動(dòng)盤(pán)5與磨擦板4、皮帶輪1脫離，水泵停止工作。從而汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，水溫低時(shí)不工作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升高需要冷卻時(shí)才工作，解決了現(xiàn)有汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中水泵一直隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

三、智能水泵的工作原理

結(jié)合圖1對(duì)智能水泵的工作原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。

如圖1所示，汽車(chē)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(qū)動(dòng)盤(pán)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(nèi)殼連接，電磁線圈3固定在水泵的外殼上，驅(qū)動(dòng)盤(pán)5與水泵的水泵主軸11相連接，水泵主軸11通過(guò)密封圈8和水泵軸承12與密封圈14伸進(jìn)水泵的內(nèi)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(guò)皮帶輪軸承7安裝在水泵頭蓋上，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)不需要進(jìn)行冷卻，控制電源13不需要通電。發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸通過(guò)V帶驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)帶環(huán)繞在曲軸帶輪和水泵皮帶輪1之間，曲軸一轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水泵輪及皮帶輪軸承7與空轉(zhuǎn)，由于此時(shí)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(qū)動(dòng)盤(pán)5與磨擦板4、皮帶輪1脫離，皮帶輪通過(guò)皮帶輪軸承7繞著水泵殼空轉(zhuǎn)，水泵不工作。

當(dāng)設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升到一定溫度需要進(jìn)行冷卻使設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)保持正常工作時(shí)，只要控制電源13通電。電流通過(guò)電磁離合器的電磁線圈3，電磁線圈3產(chǎn)生電磁吸力，使水泵的驅(qū)動(dòng)盤(pán)5與磨擦板4、皮帶輪1結(jié)合，將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩傳遞給水泵主軸11，使水泵主軸11旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)水泵葉輪組9旋轉(zhuǎn)，水泵工作。

發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度又降低，不再需要進(jìn)行冷卻時(shí)，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(qū)動(dòng)盤(pán)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(jù)各設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定的實(shí)際冷卻溫度通過(guò)各設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，水溫低時(shí)不工作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升高需要冷卻時(shí)才工作，解決了現(xiàn)有汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中水泵一直隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析目前汽車(chē)水泵存在的問(wèn)題，在汽車(chē)水泵電路中加入新的控制電源，使得汽車(chē)智能水泵可根據(jù)各設(shè)備及發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定的實(shí)際冷卻溫度通過(guò)各設(shè)備及主動(dòng)元件發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)控制。該設(shè)計(jì)的智能水泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既能降低水泵的故障率，又能減少能耗，同時(shí)可以減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，增強(qiáng)水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命，提升整車(chē)的可靠性，符合汽車(chē)節(jié)能減排發(fā)展的大趨勢(shì)，為現(xiàn)代化汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)參考。

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【基金項(xiàng)目】廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KY2015YB476）

【作者簡(jiǎn)介】楊玲玲（1981— ），女，山東威海人，碩士，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)學(xué)院講師，研究方向：汽車(chē)設(shè)計(jì)制造、檢測(cè)維修等。

（責(zé)編 盧 雯）