汽车发动机冷却水泵的相关分析

李志华

【摘 要】本文对汽车发动机冷却水泵进行分析，在研究冷却系统整体设计和控制的基础上，分析冷却水泵工作中常见的一些问题。例如，发动机系统预热慢或者过热等问题，从技术层面上加以探讨。最终研究结果表明，使用电控水泵冷却系统，不仅可以有效解决上述问题，并且具有功率小、噪声小、节省燃油的优点。

【关键词】发动机；冷却系统；水泵

在汽车发动机传统冷却系统中，由于水泵和风扇的转速时常受到发动机转速的限制，因而无法准确地根据发动机工况来自动调节。在这种情况下，当汽车发动机冷却启动后，水泵工作性能会受到影响，发动机预热时间被延长。为了解决上述问题，本次课题研究，专门针对现代化的电控水泵冷却系统进行了研究设计，针对冷却水泵常出现泄露、散热能力差等现象，着重从控制层面入手。

1 汽车发动机冷却水泵问题概述

新时期，随着社会的进步、经济的发展，在交通和运输领域，人们对于汽车性能的要求也越来越高。无论是大型的货运、客运汽车，还是微小型的汽车，在日常使用中，由于汽车发动机受维护状况、设计、负荷、季节等因素的综合影响，经常出现一些故障，比如，预热时间延长、散热性能逐渐减弱等，而这种问题又不易被察觉，最终逐渐影响到整个汽车发动系统的运行效果。

在这里以货运汽车和城市公交车为例进行分析。在环境温度处于10℃左右时，汽车发动机系统内部的水泵冷却温度，要想接近或达到 80℃，至少需要16-25分钟；而当系统内部环境温度低于0℃的时候，汽车发动机的预热时间会更长。经过试验发现，造成这一现象的重要原因在于发动机系统结构内部冷却水泵和风扇受到了驱动方式的限制，在这种情况下，冷却水泵只能随着发动机的运转而运转，两者同步运行的过程中，循环水就会迅速的带走气缸周围的热量，造成汽车发动机预热时间延长。总之，现存的问题就是冷却水泵的运转，极大消耗了汽车发动机的有效功率。大型的货车在爬坡路段，一旦时间比较长，就会出现“开锅”现象；与货车相比较，公交车的运行速度一般比较慢，在这种情况下，汽车发动机冷却系统也无法充分利用迎面风来散热降温。

2 汽车发动机冷却水泵技术改进

关于冷却系统中水泵结构的设计，需要结合发动机整体来进行，展示的是发动机冷却系统中电控水泵的整体设计思路及流程框架。

如图2所示，在开始运行的过程中，通过水温传感器，可以将采集到的温度直接转化为数字信号，即水温信号，紧接着将其传输给ECU控制单元，ECU控制单元来对水温信号加以处理，在处理过后，发出更加可靠可行的指令，通过对电路的调节，来对水泵、风扇的转速进行控制，进而更好的把握住发动机冷却系统的散热性能。总之，该控制系统，属于一种动态随机测控系统。

在具体设计与实施上，即控制系统的设计，主要包含两个层面，硬件系统的设计和软件系统的设计。单纯以电控水泵的设计来说，该硬件系统的装置设计，即“水温信号-ECU控制单元-驱动电路-电控水泵” 。在相关硬件设备的选择上，首先是冷却水温度传感器的选择，传感器是一种转换器件，它的性能和质量的好坏，直接影响着整个水泵冷却系统的控制性能；其次是微处理器的选择，微处理器也就是人们常说的单片机，它是整个水泵冷却系统的核心部件，本次设计研究专门选用了EM78P458型号的单片机。

第二，软件控制系统的撒合计，软件系统的设计，主要是为了完成对汽车发动机冷却水温度信号的采样（循环采样），进而方便对采集到的信号进行数字滤波处理、上下限判断，再予以参数设置、驱动执行。在具体设计上，本系统主要包括7大模块，分别是①主程序模块、② 中断处理模块、③水温采样、④数字滤波、⑤水温控制、⑥计算模块、⑦ 驱动执行模块 。其中，计算模块为PID计算，驱动模块为PWM驱动。

硬软件控制装置设计完成之后，下一步则需要对其加以完善和强化，即设计系统抗干扰装置，包括硬件抗干扰设计、软件抗干扰设计。因为将控制系统安装到汽车上之后，一般都会受到点火系统、发电机系统的影响，也就是常见的电磁干扰，在这种情况下，将会影响整个系统工作的可靠性、安全性，因此，对于系统抗干扰装置性能的要求是非常高的。在硬件装置层面，可以选用抗干扰性能较强的屏蔽型变压器设备，电路可以采用独立型的电源供电设备。在软件装置层面，可以在原有的数字滤波技术基础上加以改进，对采样后的数字信号实施中值滤波处理，这样可以进一步提升水泵冷却系统检测的精准度。

3 总结

二十一世纪是高速发展的信息化时代，汽车工业作为我国国民经济支柱型产业，其发展也必须要顺应时代发展的大潮流，低碳循环经济方式是大势所趋。就目前来看，汽车工业的发展日益受到节能、环保、安全三方面的威胁和冲击。在这种严峻的局面下，无论是从国家政策法规约束层面来看，还是从市场经济本身来看，都时刻要求着设计者开发出新一代的汽车，尽可能使发动机处在最佳工况范围之内来运行。大量的工业生产与设计研究一再表明，单纯在机械本身上进行改进与完善，已经无法满足这一时代化要求，只会使得发动机结构变得更加复杂。本文提出的设计和完善理念，核心是一种集中控制思想，电子控制元件就具备这一性能，不仅结构紧凑、成本低，并且低耗节能、安全可靠。通过对汽车发动机冷却水泵进行改造，将传统的水泵系统结构改造为电子控制型的水泵，发动机的工作环境温度变得更加温度，预热时间也比改进前明显缩短。同时，燃油消耗也降低了8-10%，安全性能、经济成本、社会效益均比较佳。

【参考文献】

[1]吴杰.汽车发动机冷却系统水泵设计及流场仿真分析[D].重庆大学，2013.

[2]李维强，李伟，施卫东，等.汽车发动机冷却水泵的研究进展[J].排灌机械工程学报，2016（1）：9-17.

[3]蔡文新，熊盛林，方利志，等.发动机冷却用电动水泵的研发[C]//度apc联合学术年会.2012.

[责任编辑：李书培]