电子水泵概述

2020-10-24屈佳闻张元东王天臻

汽车电器 2020年10期

屈佳闻，张元东，王勇，王天臻

（宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波 315336）

1 电子水泵结构及工作原理

水泵是汽车发动机冷却系统的重要组成部件，主要作用是负责驱动冷却液循环，吸收发动机多余的热量并通过散热装置传递到外部空气中，避免发动机温度过高。发动机温度过高会使机油润滑能力下降，导致机件磨损加剧，温度高到一定值会导致发动机拉缸或烧瓦等严重故障出现，最终导致发动机烧毁报废。

水泵分为传统机械水泵和电子水泵两种。传统发动机一般使用的是机械水泵，是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。电子水泵工作原理如下：ECU （电子控制单元）根据水温等反馈信号，通过PWM （脉冲宽度调制）调节占空比的大小，并把信号传到电子水泵内部的控制器，控制器根据占空比大小控制电机转动，从而驱动叶轮转子旋转，进而实现冷却液循环［1］。

传统机械水泵是基于发动机转速而工作的，这也就导致了即使在对流量需求不高的冷启动和低负荷高转速工况下仍然需要很大功率来驱动，在此时提供的冷却能力远大于发动机实际需求的冷却能量，而且需要很大功率来驱动。这样机械水泵冷却能力有很大部分被浪费了，既要耗费很多额外的驱动能力，冷却效果又与发动机实际所需有一定差异，就会造成发动机的动力性和经济性的下降。而电子水泵可以根据冷却装置对冷却液的需求来精确控制流量［2］。随着科技的发展及对燃油效率的高要求，电子水泵的应用越来越多，目前市场上混动及新能源发动机都开始使用电子水泵。

电子水泵由泵壳、叶轮、密封圈、电机壳、电器插头、电机总成、轴承、转子、控制器、控制器座、后盖、固定螺栓等组成［3］，如图1所示。ECU根据水温等反馈信号，通过PWM调节占空比的大小，控制器通过电气插头连接线束，然后根据占空比大小控制电机驱动叶轮和转子，进而实现冷却液循环，确保对冷却液流量的精确控制；密封圈是保证泵壳和电机壳、控制器座和后盖之间的密封性；泵壳、电机壳、后盖是将电子水泵的内部元件密封在一个无尘环境，确保电子水泵工作可靠性，如图2所示。

图1 电子水泵结构图

2 电子水泵的特点

1）提供适时适量冷却能力，耗能低、效率高，根据水温等信息实现对冷却液流量的精确控制，减少冷却液流动距离并实现水泵排量降低60%左右［4］。

2）减少摩擦，电子水泵采用电力驱动，相比机械水泵采用附件皮带驱动，减少了摩擦功，NEDC （新欧洲驾驶周期，是欧洲的续航测试标准）循环可实现油耗降低2%左右［5］。

3）加速暖机，对于混合动力的发动机，由于启停频繁，需要较快的暖机速度，电子水泵由于排量可实时控制，因此在冷启动时降低冷却液流量可达到加速暖机、降低油耗和排放的效果［6］。

4）使用寿命更长，连续工作时间在2万小时以上。

5）漏水风险大大降低，机械水泵的叶轮是采用过盈配合压装在水泵轴承上的，而电子水泵的集成式磁力叶轮是由安装在水泵壳体的磁芯驱动的，这样可实现水腔和外部的分离，可去除水封，也就降低了摩擦损失和漏水的风险［7］。

6）控制方式灵活（PWM、总线）［8］。

7）多重工作保护（过温、过压、过流等）。

图2 电子水泵工作原理

3 电子水泵失效模式及失效原因

1）水温异常升高，电子水泵性能降低［6］，性能降低可能发生有两种原因：①叶轮组件与空心轴过盈设计过小，导致叶轮与空心轴连接不可靠，叶轮打滑，从而造成叶轮转速不达标，水泵性能降低；②镶嵌件防转结构设计不合理，导致镶嵌件与注塑叶轮出现打滑，从而造成叶轮转速不达标，水泵性能降低。

2）电子水泵转速时有时无，最终降为零，停止工作，导致水泵不工作的原因总结有以下5点：①芯片或电子器件失效，铜箔厚度不满足设计要求，导致温度升高时铜箔烧断；②防水透气阀密封圈材料选择不合理，在极限环境下老化，导致气密性不合格，水汽进入干区，水泵短路，水泵停止工作；③控制器簧片与漆包线焊接面积设计不合理，接触段强度不够，导致簧片与漆包线断裂，水泵无法工作［9］；④控制器处的电容之间或者电容和支架之间未涂胶固定，导致电容只依靠针脚与簧片之间的焊接支撑，在振动情况下，电容整体晃动，使针脚受循环负荷引起疲劳断裂，导致水泵转速降为零；⑤散热胶选择不合理，导致散热胶膨胀产生大量空洞，使PCB （印刷线路板）无法正常散热，导致过温失效。