汽车发动机水泵设计

汽车发动机水泵设计

—— 叶海见

一、 水泵分类

1、根据泵的工作原理和结构分：

叶片式泵、容积式泵 （和其他类型的泵）如：喷射泵、空气升液泵、电磁泵等 叶片式泵如：离心泵、旋涡泵、混流泵、轴流泵等

容积式泵如：往复泵、转子泵 两种

往复泵：电动泵、蒸气泵

电动泵:柱塞（活塞）泵、隔膜泵、计量泵

转子泵：齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵等

2、根据介质上分：

清水泵、污水（污物）泵、油泵、耐腐蚀泵等；

3、从使用安装方式上分：

管道式泵、液下式泵、潜水式泵等。

二、 结构

三、 性能参数

1、流量Q

流量是泵在单位时间内输送出去的液体量（体积或质量）。

体积流量用Q表示，单位是：m3/s，m3/h，l/s等。

质量流量用Qm表示，单位是：t/h，kg/s等。

质量流量和体积流量的关系为：

Qm=ρQ

式中 ρ——液体的密度（kg/m3，t/m3），常温清水ρ=1000kg/m3。

2、扬程H

扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口处（泵进口法兰）到泵出口处（泵出口法兰）能量的增值。也就是一牛顿液体通过泵获得的有效能量。其单位是N·m/N=m，即泵抽送液体的液柱高度，习惯简称为米。

3、转速n

转速是泵轴单位时间的转数，用符号n表示，单位是r/min。

4、汽蚀余量NPSH

汽蚀余量又叫净正吸头，是表示汽蚀性能的主要参数。汽蚀余量国内曾用Δh表示。

5、功率和效率

泵的功率通常是指输入功率，即原动机传支泵轴上的功率，故又称为轴功率，用P表示；

泵的有效功率又称输出功率，用Pe表示。它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。

因为扬程是指泵输出的单位重液体从泵中所获得的有效能量，所以，扬程和质量流量及重力加速度的乘积，就是单位时间内从泵中输出的液体所获得的有效能量——即泵的有效功率： Pe=ρgQH(W)=γQH(W)

式中 ρ——泵输送液体的密度（kg/m3）；

γ——泵输送液体的重度（N/m3）；

Q——泵的流量（m3/s）；

H——泵的扬程（m）；

g——重力加速度(m/s2)。

轴功率P和有效功率Pe之差为泵内的损失功率，其大小用泵的效率来计量。泵的效率为有效功率和轴功率之比，用η表示。

四、 汽车发动机水泵

理论 1：

（一）、输水量

根据发动机所需的散热量，利用热能计算

wcwmw(t2t1)……………………………………………………………………… ①

mwqVww3600……………………………………………………………………… ②

由①、②式可得

wcwqVww(t2t1)3600………………………………………………………… ③

要精确的计算w比较困难，一般按下式估算：

wqwP………………………………………………………………………………… ④

考虑水泵叶轮与外壳间隙的泄露量，水泵的实际输水量应为：

qVP＝1VqVw…………………………………………………………………………… ⑤

由以上得水泵的实际输水量应为：

式中：w —— 冷却系统每小时散热量，KJ/h；

cw —— 冷却液的比热，KJ/(kg·K)，水为4.187 KJ/(kg·K)；

mw —— 冷却液每小时流量， kg/h；

t1 —— 发动机进水温度，℃，为防止气缸腐蚀，一般不低于75℃；

t2 —— 发动机出水温度，℃；一般取85～90℃，为保证冷却均匀，(t2t1)一般为5～7℃

cw —— 冷却液的比热，KJ/(kg·K)，水为4.187 KJ/(kg·K)；

qVw —— 循环水量，m3/S

w —— 冷却液的密度，kg/m3，水为1000 kg/m3；

qw —— 发动机额定功率，kJ/kW·h

P —— 发动机功率， kW

V —— 水泵容积效率，

其中，qw可按下列范围取值： 1V一般取1.2～1.5

分开式燃烧室：

非增压发动机 3100～3700

增压发动机 2500～3100

直接喷射式柴油机

非增压发动机 2200～2850

增压发动机 1650～2200

汽油机 4500～5700

理论 2：

1、冷却系统散走的热量按下式估算：

QwAgeNehn （kJ/S） 3600

式中：

A —— 传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，汽油机0.23～0.30，柴油机0.18～0.25； ge —— 内燃机燃料消耗率，kg/kW.h；

Ne —— 内燃机功率，kW；

hn —— 燃料低热值，kJ/kg。

其中：

Qw—— 如有机油散热器，且为水油散热器，另曾5～10％；

A —— 汽油机0.23～0.30，柴油机0.18～0.25；

Ne —— 取Ne max（最大功率，额定工况）为计算值，Me max（最大扭矩工况）为验算值； ge —— 额定工况时，汽油机取0.21～0.27kg/kW.h，柴油机取0.30～0.34 kg/kW.h。

由以上可得简化公式：

汽油机 Qw＝（0.85～1.10）Ne

柴油机 Qw＝（0.50～0.78）Ne

其中：

低压缩比（ε＜8）的汽油机，冷却系统分配热量多，Qw取上限，即Qw＝（1.00～1.10）Ne；高压缩比（ε＞8）、燃烧室布置紧密的汽油机，Qw取下限，即Qw＝（0.85～0.95）Ne；

车用柴油机取Qw＝（0.60～0.75）Ne，增压直喷取Qw＝（0.50～0.60）Ne。

2、根据比热容计算冷却液循环量：

Qwcwmwtw

mw＝Vww

由上式得：

Vw

式中： Qw cwwtw

tw——内燃机温升，6～12℃；

w——冷却液比重，水为1000kg/m3；

cw——冷却液比热，水为4.187kJ/kg.℃

3、冷却空气需要量：

Qwcpmata

ma＝Vaa

由上式得：

Va

式中： Qw cpata

ta——冷却空气温升，10～30℃；

a——冷却空气比重，水为1.01kg/m3；

cp——冷却空气比热，水为1.047kJ/kg.℃。

理论1、2比较：