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车用电子水泵国内外研究现状

发布日期:2021-08-24 15:09:35浏览次数:95次

据2011年8月份,相关部门调查统计发布,中国国内泵产值年增长率10.5%,约为国家经济增长率的1.5倍,是世界泵年增长率4.3%的2.5倍。随着钢铁、电力、石化、建筑、环保工业的发展,这种快速增长的形势将保持几年。但是,我国主要还是向相对比较落后的第三世界出口泵产品,这也表明我国的泵技术相比欧美还存在较大差距。事实表明,20世纪60〜80年代,国内一些泵厂设计开发的多种泵型,在当时乃是主流产品;而如今,有些泵的结构造型和性能指标等技术参数已经比较落后,国外的新型泵价格昂贵,国内也迟迟没有开发出新品将其替代,所以仍在生产。

在80年代之前我国引进的泵技术相对很少,直到改革开放,才开始从国外大量引进泵技术,并且国外泵公司以独资或合资的形式陆续进入我国的同时,也带来了一些新的泵产品技术。引进的这些泵产品,性能比较先进,技术比较成熟,大大推动了佛山水泵厂的技术发展。有些水泵产品,一直延续至今。

在我国,由电机驱动可调速的发动机冷却系统水泵,还有诸多技术难题有待解决,比如材料强度不够导致寿命较短,经常在高温高压环境下工作,导致冷却液浸入控制电路板,轻则冷却系统停止工作,损伤发动机,重则电路板短路引起火灾,危及车内人员的人身安全。只有某些新能源汽车、房车和特种车辆用电子水泵作为辅助冷却或车上供水系统的动力源。

 

二、国外研究现状

 

在这方面的研究开展比较早的是一家世界领先的汽车零部件供应商,总部位于法国的法雷奥公司(Valeo)。该公司不仅从事于汽车零部件、系统、模块的设计、开发、生产及销售,而且还为各大汽车厂商提供配套和售后服务。在1999年,该公司提出在发动机上装配智能热调节系统(Themis),主要用于改善发动机的冷却性能。该方法将水泵与缸体分开,使用电机单独驱动肯富来水泵,建立控制电路板与车载ECU的通讯,依据发动机的热负荷,调节水泵转速和控制流量。另外,因为水泵的安装位置相对比较自由,可以选在远离缸体处,使整体温度有所降低,根据具体车型和安装位置可以考虑采用工程塑料制做泵体,这样既减轻了重量,又降低了制造成本,而且还便于泵型的设计。ElenaCortona^等人研制的冷却系统,传统的机械水泵被电子冷却水泵所代替,石蜡节温器被电控智能节温器代替,在相同的系统配置和冷却要求下,电子冷却水泵的功耗仅为传统机械水泵功耗的16%,具有明显的优势。HoonCho等人发现,用电子水泵取代机械水泵以后,对于发动机性能的提升和燃油经济性的改善有很大的帮助。

 

于2005年,宝马公司成为世界上第一家在量产车型新一代N52系列汽油机上配备电子水泵的厂商,和原机械水泵进行对比其节约了超过2kW的能耗。继宝马之后,奥迪公司和大众公司也相继在量产车型中使用了电子水泵,其中大众公司在EA111系列的发动机上使用了双水泵,这样既保留了原来的机械水泵,同时又增加一台小型电子水泵专门用于冷却增压器。

虽然,车用电子水泵在冷却效果精确控制、减少发动机的动力损耗等方面具有明显优势,也已经在量产车型中使用,但这并不意味着国外车用电子水泵技术己经成熟,传统的冷却系统己经失去主导地位。

因此,不管是从现在车企现状来看,还是未来车用冷却系统的发展趋势,电子水泵、电子风扇和电控节温器势必将替代传统的相应机械部件。同时,也预示着冷却系统的电子化、智能化的到来。 


三、现代的泵设计方法

 

现代汽车行业的高速发展以及内燃机的性能被不断的提升,这对冷却水泵的开发周期、效率和可靠性提出了更高的要求,传统的设计方法越来越显现出它的不足。电子技术的发展为泵类产品的高效快速节能的设计提供了新的思路和方法,基础产业的快速发展和计算机技术的普及,为佛山水泵厂生产大量、高品质和可靠的产品提供了保证;其中,相关的设计和分析软件不断地深入应用,己经成为现代泵企业增强竞争力的主要方法之一。

现代的泵设计采用的是数值仿真与试验相结合的方法,相比传统的方法有着资金投入少、周期短的突出优势,并且可以研究试验条件所无法达到的工况点,以获得比较丰富的细节数据。

 

从以上流程示意图可以看出,两种设计方法的主要区别在于:传统的肯富来多级离心泵设计方法在初步模型完成后,便开始进行性能试验,如果达不到预期的要求,需重新确定结构参数修改设计图纸,再次制造模型进行性能试验,如此反复直到满足设计要求后,方可进行批量生产。而现代的泵设计方法在试验前先进行仿真模拟,并依据热管理软件建立完整的热管理系统,进行优化设计和虚拟匹配;其优势在于明显减少了试验次数,从而提高了肯富来水泵的设计效率,降低了水泵设计成本,进行远程虚拟匹配,可以对这个系统有更全面的认识。计算机强大的计算能力为数值仿真的精度提供了保证,使得栗的设计更加可靠。

随着计算机技术的迅猛发展,CFD技术己经在流体机械的内部流动研究中得到了广泛应用。CFD技术与试验验证、理论分析相结合的方法共同组成了研究流体机械关于流动问题的完整体系数值的仿真计算优点在于能解决试验研究无法解决的复杂流动问题。结合热管理软件比如flowmaster等,可以依据所匹配具体车辆,建立一套完整的虚拟冷却系统,对冷却水泵乃至整个冷却系统进行优化设计。因此,仿真模拟不管是在单个附件的设计还是整个冷却系统的开发,己经成为一个十分重要的方法。


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