浅析汽车发动机水泵的工作原理与故障

程双安

（1.宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江 宁波 315336；2.浙江吉利动力总成有限公司，浙江 宁波 315800）

1 引言

发动机冷却系统对其性能的影响显著，发动机冷却系统关键零件的热负荷和性能研发是行业内共同探讨的热点。冷却水泵作为发动机非常重要的组成部分，影响着汽车的正常运行与寿命，因此对其工作原理与故障进行深入的了解与掌握[1]。

发动机冷却系统是汽车的“心脏”，如果汽车“心脏”出现故障，汽车就会出现不能正常行驶等情况，并且还会出现对发动机造成损害[2]。由此可见，水泵对汽车发动机的重要性，水泵的性能提升、结构改进是现代汽车研发中最为主要的工作之一，本文对汽车水泵常见故障现象及出现原因进行简要阐述，并提出相应的改善意见，期望对汽车水泵技术提升及质量改善有所帮助。

2 汽车发动机水泵的构造、工作原理

2.1 汽车发动机的构造

汽车发动机的不同构造中又包含了较多的组件如图1示，供给系：进排气管路、燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、喷油器组件、燃油仪表、空气滤清器组件、进气歧管、排气歧管等组成；冷却系：水箱、节温器、散热器、水泵、风扇、水温表和放水开关等组成；润滑系：机油仪表、机油泵组件、主油道、机油滤清器、集滤器、油压感应塞、限压阀等组成；起动系：蓄电池、点火开关、启动继电器及起动机等组成；配气机构：气门、气缸盖、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧上座、锁夹、正时齿轮、进排气凸轮轴、摇臂及液压挺柱等组成。其中还包括点火系，对于发动机水泵的各个系统需要完全地配合与正常运行才能确保整个系统的工作[3]。

图1 汽车发动机的构造图

2.2 汽车发动机水泵的结构

图2 典型离心式冷却循环水泵结构图

汽车上大多采用水冷却，小部分内燃机车采用空气冷却。当发动机温度较低时，从水泵来的水经分水管、水套、出水口流回到水泵。由于节温器主阀门关闭，水不能流入散热器只能从节温器的副阀门流入水泵，此循环称为小循环。由于冷却水不通过散热器，所以水的温度不会下降，反而提高，使之满足发动机的工作要求。该结构具有外形尺寸小、重量轻、供水量大、结构简单等特点，是应用最为广泛的一种结构型式[4]。典型离心式冷却循环水泵结构如图2 所示，主要由水泵体、叶轮、轴承、轴、水封和皮带轮等组成。

2.3 汽车发动机水泵的工作原理

发动机冷却水泵的周围有多个零部件，其结构设计必须满足发动机的整体布置要求，以致水泵进出水的流道走向、蜗室的形状与断面、水泵进出口布局、叶轮进口结构及基本尺寸确定等往往难以满足正常的水力设计要求，从而直接影响了包括效率在内的运行性能的提高[5]。叶轮的结构几何参数对水泵运行性能具有决定性的影响，发动机冷却水泵一般采用无前盖板的半开式叶轮结构。

对于泵的轴承要进行润滑时，冷却液会引起润滑效果不佳或无法润滑，因此要保证冷却液不会发生泄漏的现象。在对轴承与叶轮进行配合时，要让两者之间密封性好，这样才不发生冷却液泄漏。

当皮带轮作用时，水泵轴承与叶轮能够发生转动，其中冷却液也会随之转动，在离心力的驱动下产生作用，从出水道或水管流出。

3 汽车水泵常见故障及原因

3.1 出现怠速问题

在冬季或特别寒冷的地区，由于阻力的影响，会严重影响到水泵的正常运行，从而大大的影响到整个发动机的运行，会引起汽车出现怠速的现象，特别是在该地区，如果阻力大到一定的程度时，会出现熄火的现象，严重影响到汽车的正常行驶。

3.2 水泵的泄漏

水泵发生泄漏现象在水泵故障中比较常见，根据前面的论述主要是由于轴承与叶轮之间的密封效果不好，从而导致两者间发生内部泄漏[6]。但由于密封件和其他外部部件发生老化或者泄漏现象，也会引起水泵发生外部泄漏现象。

3.3 出现噪音现象

汽车发动机水泵异响，这种声音是转动的摩擦声，类似“噌噌噌”的声音。声音随着发动机转速加快，发出的噪音也随之增大，说明水泵内部已开始损坏，造成这一现象的原因是轴承损坏或叶轮在工作时出现松动，逐渐和轴承分离而产生的噪音。

水泵噪声测试工作非常繁琐，需要各个系统之间的配合。测试台架一般在室内，通过皮带驱动水泵运行，将整个系统进行屏蔽，对背景噪声进行减振与噪声处理，让其能够小于水泵工作的噪声（即10dB 以上）。这样就可以测试水泵的噪声故障问题。如图3 所示。

图3 汽车水泵半消声室噪声测试系统

3.4 水泵叶轮的损坏

水泵叶轮发生损坏，主要是由于水泵在装配过程中出现不当安装的问题。在对水泵进行安装时必须要按照标准作业来进行，如果安装比较随意时，就会出现叶轮受到损坏的现象。此外水泵内防冻液腐蚀也会造成叶轮发生损坏，不过随着防冻液的性能的提升，这种现象也会减少。需要对水泵进行定期的检测与处理维护，才不会让叶轮受到损坏。

3.5 水泵出现裂痕

由于水泵在工作过程中，会出现较大的振动现象，这样会引起水泵与轴承支撑点之间出现裂痕。例如，水泵中的零部件在长期的振动过程中会出现变形，这样会容易导致整个水泵与轴承间发生裂痕。

3.6 水温过高

从上述分析中我们发现，由于发动机冷却液系统工作不顺畅，从而引起水泵工作过程中的热量不能及时地排出，从而导致水温过高引起发动机无法正常工作。

4 对汽车发动机水泵的改进方案

汽车发动机水泵最为重要的组成零件是水泵壳体、轴、水封和轴承，因此需要对这些部件进行有的放矢的排查与检修，确保整个水泵工作的顺畅，不影响到汽车的正常运行。

4.1 对泵壳的改进

我们对水泵组件进行拆解后，检查时可以看到，里面积累很多杂物，这些杂物严重影响水泵的工作效率和产生质量问题， 为了解决这个问题，我们把水泵壳体上的两个排水孔减少为一个排水孔，将水泵壳体上的排水孔取消掉，这样做可以减少细微颗粒和杂质进入到水泵组件内部，对水泵安全运转起到很好的防护。

4.2 对轴承的改进

我们对拆解的轴承进行分析，从外观看轴承自身、轴承中的密封圈以及润滑脂均有可能出现故障导致整个水泵无法正常的工作，因此需要从以下方面进行改进。

4.2.1 密封圈的改进

对密封圈进行改进可以采取两种方法：第一种是轴承使用双唇的密封圈；第二种方法是将原有的双唇口改成三唇口形式的密封圈并进行封盖。不管使用哪个方案，都需要对轴承与叶轮间的结构进行严格的检查，要确保密封圈能够起到密封的作用，不会因为其他原因，导致密封效果不好，这就需要维护人员在日常工作中总结经验，能够及时准确无误地进行判断，从而改进密封圈。

4.2.2 对润滑油的改进

汽车水泵的轴承是一个较为特殊的轴承单元，它的使用环境多为温度高、湿度高、灰尘多，并且由于水温及环境影响，水泵轴承运行过程中的温度升高，会达到100℃左右，这样就对轴承的润滑油有极高的要求。从我们对故障件表面分析来看，故障件中润滑脂都出现变色现象，说明润滑脂中含脂量不达标，所以要求润滑脂生产厂家严格管控润滑脂的含脂量，并按标准作业加注润滑脂。

4.2.3 对轴承内滚珠的改进

轴承内的滚珠是保证轴承正常工作的重要部件，但滚珠出现损坏的情况却越来越多。对滚珠的硬度进行检测时发现，大部分滚珠都没有达到所需的硬度要求，这就使得轴承在高速运转时会产生大幅度磨损，最后彻底坏掉。所以应该对生产厂家的生产质量进行严格监督，保证滚珠的硬度达标、质量过关，这样才能有效解决轴承损坏的根本问题。

4.3 提高水泵的稳定性

由于发动机长时间的处于大负荷作业，就会造成水泵出现相应的故障，从而使冷却液的温度过高。对于这个主要问题的解决，需要从以下两方面着手：首先，应该从发动机的外表开始检查，例如：散热器、气缸体、管路连接、水泵密封性等，通过仔细观察，看看他们是否有漏水的现象，是否是皮带较松而造成运行时打滑，叶片是否出现了裂痕、异常磨损、气蚀等现象。可以打开发动机盖，用手触摸水箱进水管和出水管，看看是否存在温度差；如果存在温度差，则说明节温器存在故障，无法正常工作而导致水温过高，拆下节温器，放入盛装≥90℃开水的容器内，观察节温器上石蜡和弹簧是否产生位移；其次，正常启动发动机，调高空调的制冷来控制发动机的转速，能够以较低的转速慢慢上升到高速运转，这时观察冷却风扇的转速。风扇的转速应该是随着发动机温度的升高而不断升高。更换风扇离合器就可降低风扇的噪音，且温度达到90℃时，风扇就能全速运转。

5 结论

在当今飞速发展的时代，汽车这一领域有着非常重要的位置，作为人们生活当中不可或缺的一部分。随着汽车的需求量增加，对汽车的质量和性能也需要加强管控。因此，水泵作为汽车发动机冷却系统不可缺少的零件之一，要加强对水泵工作原理及故障的研究，其中对水泵结构与技术的创新显得尤为重要。希望本文中所提到的意见，能够给汽车发动机水泵的改进工作带来帮助，让汽车水泵能以最佳的性能在汽车的行驶中发挥出重要作用。