车用电子水泵故障机理分析及解决方案.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 165 车用电子水泵故障机理分析及解决方案 窦坦彬 刘呈祥 庞世松 山东盛祥智能制造有限公司，山东 潍坊 262100 摘要：摘要：车用电子水泵作为汽车冷却系统的重要组成部分，承担着冷却发动机的关键任务，要想确保发动机稳定运行及其功能得到正常发挥，需要重点关注车用电子水泵的故障问题。然而，由于长时间高温运行、润滑不良等原因，车用电子水泵在使用过程中可能会遇到各种故障。为了解决这些故障，提高车用电子水泵的性能和可靠性，需要进行深入的机理分析和针对性的解决方案。关键词：关键词：车用电子水泵；故障机理；解决 中图分类号：中图分类号：U472.9 本文将针对车用电子水泵故障进行机理分析，并提出一系列解决方案。其中，我们将重点讨论了两个关键方面：改进润滑油和改进触承内滚珠。通过改进润滑油的配方和性能，以及优化触承内滚珠的设计和材料选用，我们可以有效地降低故障的发生率，提高电子水泵的性能和可靠性。1 车用电子水泵故障机理 1.1 轴承磨损 如果水泵的润滑系统存在故障，导致轴承无法得到足够的润滑和冷却，就会加剧摩擦和磨损。其次，灰尘、杂质和污染物的进入也会对轴承造成磨损。这些杂质会干扰轴承与轴的正常接触，产生摩擦和磨损。此外，当水泵长时间运行在高温环境下，润滑油的性能会下降，轴承表面的润滑膜受损，加剧了磨损的发生。当轴承磨损发生时，水泵的运转会变得不畅。摩擦力增加导致水泵的转动阻力增大，使得水泵效率下降。严重的磨损甚至可能导致轴承卡死，使水泵完全停止工作。当水泵失效时，冷却系统无法正常循环冷却液，发动机的温度会迅速升高，可能导致发动机过热、损坏或停机，严重影响车辆的正常行驶和安全性1。1.2 机械密封失效 机械密封通常用于防止冷却液从水泵中泄漏出来，保持系统的密封性。然而，在长时间的使用过程中，高温环境和振动等因素可能导致机械密封的失效。一种常见的机械密封失效是密封圈老化和磨损。密封圈由橡胶或硅胶等材料制成，用于封闭水泵的旋转轴与固定部件之间的间隙。随着时间的推移和高温的作用，密封圈可能会变硬、变脆或发生裂纹，导致密封性能下降，最终引起冷却液的泄漏。另一个导致机械密封失效的原因是密封面磨损。水泵的旋转部件与固定部件之间的接触面会因为长时间的摩擦而磨损，从而降低了密封效果。高温环境和振动会加剧密封面的磨损速度，使得密封性能逐渐减弱。当机械密封失效时，冷却液会从水泵的密封处泄漏出来，导致冷却系统无法保持正常的冷却效果2。1.3 泵业片损坏 泵叶片在水泵中起着推动冷却液流动的关键作用，当叶片损坏或磨损严重时，水泵无法有效地循环冷却液，导致冷却系统失效，进而引起发动机温度升高。首先，长期使用会导致叶片疲劳和变形。由于水泵在发动机运行过程中持续工作，叶片承受着旋转和冲击力，随着时间的推移，叶片可能会出现疲劳开裂、断裂或变形，从而降低了水泵的流量和效率。其次，液体腐蚀也是泵叶片损坏的常见原因。冷却液中的腐蚀性物质或化学反应可能会导致叶片表面的腐蚀和侵蚀，进而使叶片失去原有的形状和功能。此外，杂质的进入也会对泵叶片造成损害。如果冷却系统中存在颗粒物、沉积物或其他异物，它们可能会与叶片表面摩擦，导致叶片磨损和损坏。当泵叶片损坏时，水泵无法产生足够的流量和压力，冷却液无法有效地循环到发动机各个部位进行散热。这将导致冷却系统的失效，发动机温度会逐渐升高。如果发动机持续在高温下运行，会引起发动机过热，导致损坏甚至发动机停机，严重影响车辆的性能和可靠性3。1.4 怠速 在怠速状态下，发动机的转速相对较低，导致车用中国科技期刊数据库 工业 A 166 电子水泵的转速也较低，从而影响了冷却系统的循环效率。这可能导致冷却液循环速度减慢，冷却效果不佳，进而引起发动机过热的问题。在怠速状态下，水泵的转速可能无法达到最佳工作状态，造成冷却液流量的不足。冷却液的循环速度减慢会导致冷却效果下降，无法充分带走发动机产生的热量。特别是在高温环境或者高负荷工况下，发动机产生的热量更多，如果冷却系统无法及时有效地散热，就会导致发动机温度升高。长时间处于怠速状态可能会加剧冷却问题。例如，在交通堵塞或者长时间的停车等情况下，发动机会持续运转但转速较低，这会导致冷却液无法充分流动，无法有效地冷却发动机4。温度的持续上升可能会引起发动机过热，进而导致发动机性能下降、烧机油、缩短发动机寿命甚至发生严重故障。1.5 噪音 当水泵内部发生故障或受损时，其运转过程可能会产生异常噪音。这些噪音可能是由于摩擦、震动或不正常的运转所引起的。一种常见的引起噪音的情况是轴承磨损。当水泵轴承出现磨损时，摩擦产生的噪音会随着转子的旋转而增加。轴承磨损可能是由于长期使用、润滑不足或杂质进入轴承等原因引起的。如果不及时修复或更换受损的轴承，噪音可能会逐渐加剧，严重时甚至会导致水泵无法正常工作。另一个导致噪音的因素是泵叶片的损坏。泵叶片负责推动冷却液的流动，如果叶片损坏或磨损严重，会导致水泵产生噪音。叶片损坏可能是由于长期使用、液体腐蚀或杂质进入等原因引起的。叶片损坏会影响水泵的正常运转，产生不规则的流动和振动，进而导致噪音的产生5。1.6 水泵裂痕 长时间的使用、温度变化和振动等因素可能导致水泵的泵体出现裂纹。裂纹的存在会导致冷却液泄漏，进而引起冷却系统的失效。首先，长时间的使用会使水泵承受持续的热胀冷缩，从而产生应力，最终导致泵体出现裂纹。其次，温度的变化也会对泵体造成影响，特别是在温度快速升降的情况下，泵体的热胀冷缩程度会加剧，增加了裂纹的风险。此外，振动也是导致泵体裂纹的一个重要因素，车辆行驶过程中的震动会对水泵产生冲击力，长期积累下来可能导致泵体疲劳开裂。不正确的安装和材料疲劳也可能导致水泵出现裂纹。如果水泵安装不当，例如固定不稳或扭矩不正确，会导致泵体受到额外的应力，增加了裂纹产生的风险。另外，水泵所使用的材料也会受到疲劳的影响，长时间的使用和温度变化会逐渐削弱材料的强度和韧性，最终导致泵体出现裂纹。当水泵的泵体出现裂纹时，冷却液会从裂缝处渗漏出来，导致冷却系统的失效。冷却液泄漏会导致冷却效果下降，无法正常循环冷却发动机，从而引起发动机过热问题。发动机过热可能会导致诸如发动机损坏、缸盖变形、密封件失效等严重后果，甚至造成车辆无法正常运行6。2 车用电子水泵故障解决方案 2.1 解决轴承磨损问题 如果轴承磨损严重，最有效的解决方法是更换新的轴承。选择高质量、适配车型的轴承，确保其性能和耐久性。保证轴承的充分润滑对于减少磨损非常重要。检查润滑系统，确保润滑油的质量和量足够。定期更换润滑油，并遵循制造商的建议。定期对水泵进行清洁和保养，以防止灰尘、杂质等进入轴承。注意清理轴承周围的区域，确保无杂质积聚。过高的工作温度会加速轴承磨损。确保冷却系统正常运行，冷却液温度稳定在适当的范围内，以减少对轴承的热应力。水泵的不正确对齐和不平衡也可能导致轴承磨损。定期检查和调整水泵的对齐和平衡，以确保轴承承受的负荷均匀分布。定期检查水泵和轴承的工作状态，以及轴承的磨损程度。发现问题及时修复，避免进一步损坏。确保车辆正常运行，避免超负荷或长时间高转速运行，减少对水泵轴承的负荷。2.2 改进密封圈 为了改进密封圈，要选择高品质、耐高温和耐腐蚀的密封材料，例如聚四氟乙烯（PTFE）或氟橡胶（FKM），以提高密封圈的耐久性和耐化学物质侵蚀性。这样的材料具有优异的密封性能和耐用性，能够有效地抵抗高温、高压和腐蚀环境的影响。优化密封圈的结构设计，确保其与泵体和轴的配合紧密，并能够承受高速旋转和压力变化的工作条件。采用合适的密封圈截面形状和压缩程度，以确保稳定的密封效果。确保密封圈正确安装，避免过度或不足的压缩，以保证良好的密封效果。正确的安装方法和工具可以减少密封圈的损坏和泄漏风险。优化冷却系统，确保密封圈在适宜的工作温度范围内。高温环境可能导致密封圈变硬、老化或变形，影响其密封性能。适当的冷却可以延长密封圈的使用寿中国科技期刊数据库 工业 A 167 命和稳定性。同时，建立定期检查和监测机制，定期检查密封圈的状态和性能。通过及时发现和更换磨损或损坏的密封圈，可以减少泄漏和故障的风险。2.3 检查并维修泵业片 定期检查水泵和泵叶片的状况，进行必要的维护和保养工作，包括清洗泵体、更换冷却液、检查叶片的磨损情况等，及时发现并解决问题，可以避免叶片磨损和损坏的进一步恶化。选择具有良好抗腐蚀性能的冷却液，并按照制造商的建议进行更换周期和使用要求，避免使用过期或低质量的冷却液，以减少对叶片的腐蚀和侵蚀。定期清洗冷却系统中的沉积物和杂质，防止其进入泵体和与叶片表面摩擦，造成磨损和损坏，通过冲洗或使用合适的清洗剂来清除系统中的杂质。在设计和选择水泵时，考虑使用耐磨损和耐腐蚀的材料，以提高泵叶片的使用寿命和可靠性。优化叶片的结构和形状，确保其在运行过程中具有足够的强度和稳定性，减少疲劳和变形的风险。确保润滑和冷却系统正常工作，保持适当的润滑和冷却液流量，以减少叶片与冷却液之间的摩擦和热损伤。定期进行泵叶片的监测和测试，包括尺寸、表面质量和流量的检查，通过及时发现问题并采取相应的措施，可以预防叶片损坏和水泵故障，确保冷却系统的正常运行。2.4 怠速改进措施 针对怠速状态下的冷却问题，要选择高效的车用电子水泵，确保在低转速下也能提供足够的冷却液流量和压力，优化水泵的设计和叶片形状，以提高在怠速状态下的工作效率。在怠速状态下，可以考虑使用辅助冷却设备，如电扇或辅助水泵，增加冷却系统的流量和循环效率，提供额外的散热能力。在车辆设计阶段，应充分考虑怠速状态下的冷却需求，合理布置冷却系统的管路和散热器位置，确保冷却液能够充分流动并有效地冷却发动机各个部位。采用先进的发动机热管理系统，通过传感器监测发动机温度，并根据实时数据控制冷却系统的运行，在怠速状态下及时调整水泵的转速和冷却液流量，以满足发动机的散热需求。同时，还要尽量避免长时间处于怠速状态，特别是在高温环境或高负荷工况下，如果遇到交通堵塞或需要停车的情况，可以考虑选择合适的时间和地点，以减少发动机持续怠速的时间，从而减少冷却问题的发生。2.5 改善噪音问题 为了改善噪音问题，需要定期检查水泵轴承的状况，如果发现磨损或损坏，及时修复或更换受损的轴承，确保轴承正常润滑，并避免杂质进入轴承内部。如果泵叶片损坏或磨损严重，则需要及时更换受损的叶片，要选择高质量的叶片材料，确保其耐磨损和抗腐蚀性能，以减少噪音的产生。定期清洁冷却系统中的杂质和沉积物，避免它们进入水泵内部，使用适当的冷却液，并遵循制造商的建议进行更换周期，以减少腐蚀和污染的风险。同时，确保水泵正确安装，并调整水泵的位置和紧固度。也可以在水泵周围使用降噪材料或隔音材料，以减少传播到车辆内部的噪音。2.6 水泵裂痕预防 定期检查水泵的泵体，特别是注意检查是否存在裂痕。定期维护包括清洁冷却系统、检查冷却液的质量和液位，并确保冷却系统中的压力处于正常范围。选择适合车辆和环境条件的冷却液，并根据制造商的建议进行更换，合适的冷却液能够提供良好的冷却性能，并减少对泵体的腐蚀和损害。此外，水泵的安装应符合制造商的建议和要求，确保水泵的固定稳定，并正确施加扭矩，避免过度应力对泵体造成损害。还需要选择高质量的水泵产品，采用耐腐蚀、高强度和韧性的材料制造泵体，以减少裂痕的产生，优化水泵的设计，减少应力集中的区域，提高泵体的抗疲劳性能。3 结束语 车用电子水泵故障的解决方案需要综合考虑润滑油和触承内滚珠等多个因素。改进润滑油可以提高润滑效果和耐高温性能，减少摩擦和磨损；而改进触承内滚珠则可以增加承载能力和延长使用寿命。这些措施的综合应用将有助于降低故障发生的概率，提高车用电子水泵的稳定性和可靠性。通过不断优化和改进，我们可以为车用电子水泵的可靠运行和汽车冷却系统的高效工作提供更好的保障。参考文献 1曲少杰,张传佳.涡轮增压电子水泵故障分析及改善J.汽车零部件,2020(1):86-88.2李菁.车用电子水泵故障诊断系统的设计与实现D.武汉:武汉理工大学,2021.3王晓丽,夏朝辉,罗华建,等.发动机用主电子水泵电 容 失 效 问 题 分 析 及 解 决 方 案 J.汽 车 电中国科技期刊数据库 工业 A 168 器,2022(7):77-78.4高洪武.适用于注水泵故障维修的交互式电子手册在装备运维数字化中的应用J.石油石化物资采购,2021(27):184-186.5张金军,黄锐,冯贵锐,等.一种智能化的电动汽车电子水泵设计研究J.汽车实用技术,2019(8):30-32.6孟庆新,李蓉.某车型发动机电子水泵卡簧失效原因分析J.汽车实用技术,2019(10):119-121.作者简介：作者简介：窦坦彬（1984），男，山东潍坊人，大学本科学历，中级工程师、材料科学与工程专业。刘呈祥（1984），男，山东新泰人，大学本科学历，中级工程师、产品设计。庞世松（1982），男，山东潍坊人，大学本科学历，中级工程师，机械设计制造及其自动化。