一种汽车智能水泵的开发与研究

杨玲玲+宛东

【摘 要】本文根据现有汽车发动机冷却系统中的水泵一直随发动机转动造成汽车水泵故障率高、能耗高的问题，设计了一种汽车智能水泵，该智能水泵在汽车发动机工作时，水温低时不工作，当发动机水温太高需要冷却时才工作，大大降低了汽车水泵的故障率并节约能耗。

【关键词】汽车 智能水泵 设计 开发

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）02C-0191-02

在现代汽车发动机的缸体中，有一个大的水循环系统，它有多条供冷却水循环的水道，且与汽车前部的散热器通过水管相连接。而在发动机的上出水口处，就装有汽车水泵，水泵是发动机冷却系统的重要部件，它的作用是泵送冷却液，使冷卻液在发动机的冷却水道内快速流动，以带走发动机工作时产生的热量，保持发动机正常工作温度。目前，汽车发动机广泛采用离心式水泵，其基本结构由水泵壳体、皮带轮、水泵轴及轴承或轴连轴承、水泵叶轮和水封装置等零件组成。汽车水泵通过风扇皮带带动，将发动机缸体内水道内的热水泵出，冷水泵入。其基本工作原理为：发动机通过皮带轮带动水泵轴承及叶轮转动，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水道或水管流出。叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力降低，水箱中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经水管被吸入叶轮中，实现冷却液的往复循环。

一、传统汽车水泵的缺点

在发动机故障中，水泵的故障占有一定的比例，例如水温过高是发动机的常见故障，而有相当一部分水温过高是由水泵的故障引起的。一般来说，发动机的水泵在使用了10万公里左右时就进入了故障高发期，为了保证维修质量，很多水泵在损坏后只能采取整体更换的维修方式，只有少部分商用汽车发动机的水泵可以采取单独更换轴承或水封等部件的维修方式。且汽车水泵由主动元件发动机的动力带动，对水进行循环，对相关设备及主动元件进行冷却。由于这种水泵当主动元件发动机一工作就带动水泵工作，因此导致耗能大水泵工作时间长。而相关设备及主动元件发动机在发动机刚开始工作的一段时间并不需要进行冷却，必须等设备及主动元件发动机工作到一定程度，设备及主动元件发动机温度上升到一定高度时才需要进行冷却使设备及主动元件发动机保持正常工作。在设备及主动元件开始工作时就进行冷却容易导致设备及主动元件发动机工作困难，使设备损坏及耗能，不适合应用于汽车发动机冷却系统等设备中。

针对这个缺点，笔者设计了一种汽车智能水泵，以解决现有汽车水泵一直随发动机转动的缺点，减少能耗，增强水泵、发动机及相关设备的使用性能并延长其使用寿命。

二、智能水泵的设计方案

现开发研制一种新型的汽车智能水泵，在现有汽车水泵电路中加入控制电源，当设备及发动机开始工作时不需要进行冷却，控制电源不需要通电。通过控制电源控制，皮带轮轴承绕着水泵壳空转，水泵不工作。当发动机温度上升到一定温度需要进行冷却使设备及主动元件发动机保持正常工作时，只要控制电源通电。使水泵主轴旋转，带动水泵叶轮组旋转，此时水泵工作；当发动机的温度又降低，不再需要进行冷却时，控制电源断电，水泵停止工作。从而汽车发动机工作时，水温低时不工作，当发动机水温升高需要冷却时才工作。

此智能水泵由水泵皮带轮1、铝制铸成的壳体2、电磁线圈3、磨擦板4、驱动盘5、弹簧6、皮带轮轴承7、密封圈8、水泵叶轮组9、螺栓10、水泵主轴11、水泵轴承12、控制电源13 、密封圈14组成（见图1）。控制电源13与电磁线圈3一头连接，电磁线圈3另一端与水泵内壳连接，电磁线圈3固定在水泵的外壳上，驱动盘5与水泵的水泵主轴11相连接，水泵主轴11通过密封圈8和水泵轴承12与密封圈14伸进水泵的内壳2连接水泵叶轮组9，螺栓10将水泵主轴11与水泵叶轮组9固定连接成一体，水泵皮带轮1通过皮带轮轴承7安装在水泵头盖上，可以自由转动。当控制电源13接通时，电流通过电磁离合器的电磁线圈3，电磁线圈3产生电磁吸力，使水泵的驱动盘5与磨擦板4、皮带轮1结合，将发动机的扭矩传递给水泵主轴11，使水泵主轴11旋转，水泵主轴11带动水泵叶轮组9旋转，水泵进行工作，当13控制电源断电时，电磁线圈3的吸力消失，在弹簧片6作用下驱动盘5与磨擦板4、皮带轮1脱离，水泵停止工作。从而汽车发动机工作时，水温低时不工作，当发动机水温升高需要冷却时才工作，解决了现有汽车发动机冷却系统中水泵一直随发动机转动的缺点。结构如图1所示。

三、智能水泵的工作原理

结合图1对智能水泵的工作原理进行详细阐述。

如图1所示，汽车智能水泵由水泵皮带轮1、铝制铸成的壳体2、电磁线圈3、磨擦板4、驱动盘5、弹簧6、皮带轮轴承7、密封圈8、水泵叶轮组9、螺栓10、水泵主轴11、水泵轴承12、控制电源13、密封圈14等部件组成。控制电源13与电磁线圈3一头连接，电磁线圈3另一端与水泵内壳连接，电磁线圈3固定在水泵的外壳上，驱动盘5与水泵的水泵主轴11相连接，水泵主轴11通过密封圈8和水泵轴承12与密封圈14伸进水泵的内壳2连接水泵叶轮组9，螺栓10将水泵主轴11与水泵叶轮组9固定连接成一体，水泵皮带轮1通过皮带轮轴承7安装在水泵头盖上，可以自由转动。

当设备及主动元件发动机开始工作时不需要进行冷却，控制电源13不需要通电。发动机的曲轴通过V带驱动，传动带环绕在曲轴带轮和水泵皮带轮1之间，曲轴一转动带动水泵轮及皮带轮轴承7与空转，由于此时控制电源12断电，电磁线圈3的吸力消失，在弹簧片6作用下驱动盘5与磨擦板4、皮带轮1脱离，皮带轮通过皮带轮轴承7绕着水泵壳空转，水泵不工作。

当设备及主动元件发动机温度上升到一定温度需要进行冷却使设备及主动元件发动机保持正常工作时，只要控制电源13通电。电流通过电磁离合器的电磁线圈3，电磁线圈3产生电磁吸力，使水泵的驱动盘5与磨擦板4、皮带轮1结合，将发动机的扭矩传递给水泵主轴11，使水泵主轴11旋转，带动水泵叶轮组9旋转，水泵工作。

发动机的温度又降低，不再需要进行冷却时，控制电源13断电后，电磁线圈3的吸力消失，在弹簧片6作用下驱动盘5与磨擦板4、皮带轮1脱离，水泵停止工作。

由于此智能水泵可根据各设备及主动元件发动机设定的实际冷却温度通过各设备及主动元件发动机控制系统控制，实现了汽车发动机工作时，水温低时不工作，当发动机水温升高需要冷却时才工作，解决了现有汽车发动机冷却系统中水泵一直随发动机转动的问题。

四、结束语

本文通过分析目前汽车水泵存在的问题，在汽车水泵电路中加入新的控制电源，使得汽车智能水泵可根据各设备及发动机设定的实际冷却温度通过各设备及主动元件发动机控制系统控制。该设计的智能水泵结构简单，既能降低水泵的故障率，又能减少能耗，同时可以减轻发动机的负荷，增强水泵、发动机及相关设备的使用寿命，提升整车的可靠性，符合汽车节能减排发展的大趋势，为现代化汽车技术的发展提供技术参考。

【参考文献】

[1]陈家瑞.汽车构造：上册[M].北京：人民交通出版社，2007

[2]汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册（基础篇、试验篇、设计篇和制造篇）[M].北京：人民交通出版社出版，2001

[3]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2010

[4]颜伏伍.汽车发动机原理[M].北京：人民交通出版社，2007

[5]王望予.汽车设计[M].北京：北京机械工业出版社，2007

【基金项目】广西高校科学技术研究项目（KY2015YB476）

【作者简介】杨玲玲（1981— ），女，山东威海人，硕士，柳州铁道职业技术学院汽车学院讲师，研究方向：汽车设计制造、检测维修等。

（责编 卢 雯）