汽車水泵的案例
自主CAE|基于PERA SIM Fluid的汽車電子水泵分析
摘要：本文基于PERA SIM Fluid 通用流體仿真軟件建立了汽車電子水泵仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分多面體網格、對葉輪及蝸殼壁面進行邊界層控制，在物理模型設置中賦予材料參數及選擇合理的湍流模型、賦予計算域參考坐標系和轉速，在邊界條件中定義進出口類型，并給定參數、匹配好交界面后，進行求解方法的控制和輸出參數的監控，最終得到關注的性能結果，并通過云圖、矢量圖、流線等方式對仿真結果進行可視化分析，實現了汽車電子水泵的三維仿真。本文的工作對泵水力性能設計和優化具有一定的指導意義。
關鍵詞：汽車電子水泵；仿真；水力性能
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2.引言
隨著新能源汽車的快速發展，未來在節能減排、電動化等大背景及新趨勢下，電子水泵行業將迎來快速提升期。電子水泵作為汽車發動機能量轉換的核心部件之一，需具備汽車能運行于所有工況下的可靠性。目前，整車企業仍然是以國外品牌為主，國內汽車水泵的效率在設計工況下通常低于在汽車實際運行中，以城市工況為主，運行轉速較低，無法達到設計工況，其運行效率更低，因此，對現有水泵進行優化設計，以提高水泵效率顯得尤為重要。
優良的泵產品除了需滿足流量、揚程、汽蝕等性能要求外，還要求具備高可靠性、高效率等特點，能夠滿足裝置長周期安全運轉要求。本文基于PERA SIM Fluid 仿真軟件完成了汽車電子水泵仿真過程。
展開 【汽車水泵知識】
在汽車發動機的缸體里，有多條供冷卻水循環的水道，與置于汽車前部的散熱器(俗稱水箱)通過水管相連接，構成一個大的水循環系統，在發動機的上出水口，裝有一個水泵，通過風扇皮帶來帶動，把發動機缸體水道內的熱水泵出，把冷水泵入。在水泵的旁邊還有一個節溫器，汽車剛發動時(冷車)時，不打開，使冷卻水不經過水箱，只在發動機內循環(俗稱小循環)，待發動機的溫度達到95度以上時，就打開，發動機內的熱水被泵入水箱，汽車前行時的冷風吹過水箱，帶走熱量。
基本信息
結構
汽車發動機廣泛采用離心式水泵。其基本結構由水泵殼體、連接盤或皮帶輪、水泵軸及軸承或軸連軸承、水泵葉輪和水封裝置等零件構成，是汽車的主要組成部分。汽車微型水泵
工作原理
發動機通過皮帶輪帶動水泵軸承及葉輪轉動，水泵中的冷卻液被葉輪帶動一起旋轉，在離心力的作用下被甩汽車防凍液循環水泵向水泵殼體的邊緣，同時產生一定的壓力，然后從出水道或水管流出。葉輪的中心處由于冷卻液被甩出而壓力降低，水箱中的冷卻液在水泵進口與葉輪中心的壓差作用下經水管被吸入葉輪中，實現冷卻液的往復循環。
支撐水泵軸的軸承用潤滑脂潤滑，因此要防止冷卻液泄漏到潤滑脂造成潤滑脂乳化，同時還要防止潤滑脂的泄漏。水泵防止泄漏的密封措施有水封和密封墊。水封動密封環與軸通過過盈配合裝在葉輪與軸承之間，水封靜密封座緊緊的壓裝在水泵的殼體上，從而達到密封冷卻液的目的。
水泵殼體通過密封墊與發動機相連，并支撐著軸承等運動部件。水泵殼體上還有泄水孔，位于水封與軸承之間。一旦有冷卻液漏過水封，可從泄水孔泄出，以防止冷卻液進入軸承腔而破壞軸承潤滑并導致部件銹蝕。如果發動機停止后仍有冷卻液漏出，則表明水封已經損壞。
其他信息
水泵驅動
一般由發動機的曲軸通過V帶驅動。
展開 西泵股份PLM項目啟動
鼓勵著汽車、裝備、鋼鐵等信息化程度較高的企業構建智能制造系統。
項目啟動
河南省西峽汽車水泵股份有限公司建于1952年，作為一個老牌汽車行業企業，一直在通往智能制造的道路上探索與前進著。2017年11月30日啟動PLM項目實施。這是繼PDM、NC和ERP之后。企業對于提升信息化、實現智能化的又一重要舉措。出席此次啟動大會的有西泵股份總經理孫耀忠、技術副總馮長虹、生產銷售副總焦雷、相關部門骨干及實施公司上海湃睿信息科技有限公司副總經理曹少華、實施部門領導及成員。會上，雙方就未來實施目標、要點作重點宣貫，共建項目良好開端。湃睿科技有信心、有能力依照全球一致的精準實施方法為西泵股份交付一套實現價值的PLM解決方案
項目背景
河南省西峽汽車水泵股份有限公司建于1952年，現為河南省宛西控股股份有限公司控股企業，公司現有職工3400余人，注冊資金3.33億元，公司轄設6個全資子公司：鄭州飛龍汽車部件有限公司、南陽飛龍汽車零部件有限公司、河南飛龍（蕪湖）汽車零部件有限公司 、上海飛龍新能源汽車部件有限公司、西峽縣飛龍鋁制品有限公司、西峽縣西泵特種鑄造有限公司，1個控股子公司：重慶飛龍江利汽車部件有限公司。主導產品為汽車水泵、排氣歧管、渦輪增壓器殼體、電動水泵等，是國內生產汽車零部件的重要基地。產品涵蓋乘用車、商用車、新能源汽車、發電機、船舶、農業機械等領域。公司生產的“飛龍”牌汽車水泵分重、中、輕、轎、微五大系列1000多個品種，排氣歧管及渦殼800多個品種，進氣歧管35個品種，其中汽車水泵產品國內市場占有率達30% 。公司具備年產1100萬只汽車水泵、800萬只排氣歧管及300萬只渦殼的生產能力。
PLM項目實施
一、PLM項目規劃
1、P1-產品數據管理、項目管理
戰略:增加重用 (設計文檔，部件、流程)來縮短8%NPI周期。
展開 鑄造新聞：每天5分鐘，了解全新鑄造業（3月18日）
五、
瑞明汽車水泵殼體產線已落成
目前，專用于生產出口北美的汽車水泵殼體產線已正式落成，產品一上市就成為瑞明的銷售“黑馬”。公司通過實施汽車鋁合金鑄件智能工廠技術改造項目，全面提升企業自主能力，提高汽車零部件制造企業的智能制造應用水平。
來源：廣東省不銹鋼材料與制品協會、人民資訊、成都市鑄造行業協會、有色鑄造網
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車用電子水泵噪聲和振動特性試驗分析
摘 要: 設計試驗方案對不同的電子水泵進行NVH試驗，在不同工況下通過數據采集系統對電子水泵的噪聲和振動信號進行記錄和分析。試驗結果表明:電子水泵徑向噪聲明顯大于軸向噪聲;試驗泵的噪聲明顯大于對標泵;在電子水泵的加速過程中，轉速波動是電子水泵產生噪聲和振動突變的主要原因。通過分析電子水泵噪聲階次圖，發現電子水泵在4500Hz頻帶處產生結構共振噪聲;在高轉速工況下，流體動力噪聲對電子水泵的噪聲貢獻量較大;在中低速工況下，電磁噪聲對于電子水泵的噪聲貢獻量較大，脈沖寬度調制是電子水泵產生電磁噪聲的主要原因。研究結論對電子水泵的設計和控制方法提出改進意見，為電子水泵減振降噪提供試驗數據和研究方向。
關鍵詞:電子水泵;噪聲;振動;試驗分析
0 前言
隨著汽車零部件電子化的發展，為滿足發動機在變轉速工況下的熱需求和提升發動機性能及燃料經濟性，電子水泵得到了越來越廣泛的應用。目前，國內研發和生產的電子水泵已經基本滿足發動機在不同運行工況下準確和及時工作的要求，但是當汽車處于自動啟停或后冷卻狀態時，發動機停止工作，電子水泵工作產生的噪聲顯得格外明顯。目前，國內在汽車電子水泵水力設計、測試系統設計和控制器研發等方面已經取得一定的進展，但在噪聲試驗方法和噪聲特性分析等方面研究較少，電子水泵的噪聲和振動產生機制尚不明確。
本文作者在勻速工況和加速工況下對電子水泵的進行NVH(Noise Vibration Harshness)試驗，基于電子水泵在實際工作過程中噪聲和振動的試驗結果，對噪聲和振動產生機制進行分析，為后續減振降噪的方法研究和產品設計奠定基礎。
1 噪聲和振動試驗
1.1 試驗對象
汽車電子水泵屬于離心泵的一種，泵軸直接與電機相連，通過電子控制器或驅動電路控制定子繞組的勵磁來控制電機的運行。
展開 Cooper Standard采用Altair CFD求解器AcuSolve加速新一代水泵研發
行業：汽車
挑戰：模擬冷卻液通過汽車水泵的流動情況
Altair 解決方案：采用AcuSolve進行流體仿真
優點：高精度；大幅度減少實驗測試費用 ；對預測能力增強信心
背景介紹
Cooper Standard在19個國家共有22000名員工，為汽車工業供應流體輸送系 統、密封系統、外飾系統、熱吸排氣系統和AVS系統。機電部門是Cooper Standard 北美分公司的高級研發部門。它的目標是協調電子控制和機械系統，通過按需輸送 流體和減小傳統系統中的能量損失提高了整車效率。
為了設計新型水泵，CAE工程師Tom Lincoln采用計算流體動力學（CFD）軟 件來模擬冷卻液在裝置中的流動。他和他的團隊早在2003年就開始使用CFD仿真 軟件，并且CFD仿真已成為他們部門產品研發中重要的組成部分。
挑戰
很多年來，Lincoln一直沿用某種CFD軟件解決方案并可以獲得精確的結果，但 是每次CFD仿真的耗時十分巨大，致使研發團隊不得不考慮減小方案的數目。
仿真結果一般在產品研發后期才能得到，而這時改變設計是不容易實現的。另外以前使用的CFD軟件的許可證機制限制了團隊在項目上的合作以及對很多種方案的評估。“我們之前使用的CFD軟件按核數收費，”Lincoln解釋說，“所以即使我的筆記本有4個核數，但我卻每次只能使用1個或2個核。我們需要1個月來完成模型的建立、計算和分析。”
“我很驚訝AcuSolve的速度是那么快，我可以在一周內完成40種帶有4到5個部件的不同設計。然而使用之前的CFD軟件則需要花費一個月。
展開 分享 | 發動機自適應水泵系統設計
關鍵詞：汽車水泵,實時控制,RS485
作者：薛大偉、李鑫源、初巖、紀鑫、劉尊民，青島理工大學機械與汽車工程學院
當前水泵與發動機曲軸通過傳動皮帶進行連接，發動機啟動后與曲軸轉速成正比關系持續運轉，不能根據發動機在不同工況下的冷卻需求自動調節，主要表現在兩個方面：
①低溫環境下水泵持續運行，不能保證快速暖機的需求。
②發動機低扭矩平穩運轉過程中水溫較低時不能自動啟停控制，導致燃油經濟性略差。
國內外很多機構對發動機冷卻相關理論方法方面有諸多研究，并提出了高效率的發動機冷卻方案，如法雷奧公司1999年提出了智能熱調控電子調節冷卻系統[1]；天津大學楊鴻鑌對冷卻系統控制策略和控制效果進行了研究[2]；吉林大學呂良建立冷卻系統傳熱動力學模型[3]，并提出相關控制方法。但是，在應用方面尚缺少低成本、穩定可靠的成熟產品。
針對上述問題，設計了一種新型發動機自適應控制水泵系統，冷卻水泵與發動機皮帶通過電磁離合器連接，采用自適應算法控制水泵合理啟停；同時開發上位機測試軟件對發動機水溫及電磁開關狀態進行實時監測，并對歷史數據進行存儲和在線分析，可實現特殊環境下特種車輛的快速暖機，并在一定程度上提高發動機的燃油經濟性。
1 系統工作原理
系統分為上位機部分及下位機部分：下位機實現溫度數據的采集及對電磁離合器的控制等硬件功能；上位機實現數據的顯示、存儲、實時曲線及報表等軟件功能。
展開 先進陶瓷材料的研發與產業化應用發展狀況報告
康寧公司成立于1851年，是特種玻璃和新型陶瓷材料的全球領導商，基于160多年在材料科學和制造工藝領域的知識與積累，康寧創造出眾多被用于高科技消費電子、移動排放控制、電信和生命科學領域產品的關鍵組成部分已成為全球的光纖、光纜及光電材料、智能手機觸摸屏高功能玻璃、蜂窩陶瓷載體及汽車尾氣過濾器的主要供應商，見圖1（中、右），其蜂窩陶瓷技術和生產處于世界領先地位，康寧公司在全球有一百多處生產和研發基地。
在歐洲和美國的環境保護立法是很多新一代陶瓷產品商業化的推動因素。例如，很多類型的催化器載體，氣體過濾器，噴嘴，陶瓷膜，陶瓷泵密封件以及一些發動機部件。環境因素的推動作用未來必將在很多領域得以繼續，例如，發動機、焚化裝置、零排放泵等。
微粒過濾器和除氮氧化物的催化裝置也被引入到各種大小的柴油發動機。雪鐵龍公司將在它的一些新車中裝上SiC陶瓷微粒過濾器，美國好幾個州的發電廠正在開始一個很大的投資項目，以期在未來幾年降低氮氧化物的排放，預計到2020年美國對除氮氧化物的陶瓷催化劑的需求每年會超過10億美元。目前正在開發的介孔材料（有序納米結構的多孔材料）在催化、分離、吸附工程方面存在很廣闊的應用前景。
陶瓷泵密封件和滑動軸承（如圖2，左、中）在歐美已形成很大的穩定市場，一個趨勢是碳化硅陶瓷材料密封件的應用會越來越多，如汽車水泵、石油化工泵、離心機泵，磁流泵等，且使用壽命通常比這些整機長；此外還有應用于諸如高速壓縮機和核反應冷卻水泵中關鍵密封領域。近幾年開始應用于大型輪船和軍艦上的滑動軸承取得突破，例如德國賽瑯泰克公司生產的大型游輪螺旋推進系統中的SiC系列滑動軸承，如圖2（右）所示，直徑達1005mm的SiC密封環。
展開 壟斷汽車自動化裝配檢測線的這些供應商，你知道幾家？
下面向大家介紹10家提供自動化裝配檢測生產線的歐美廠商，以及在汽車生產線上的應用案例。
1. 意大利SAMAC液壓張緊器裝配測試線
意大利SAMAC公司是汽車行業自動化裝配測試生產線的專業生產廠家，其中包括汽車液壓張緊器裝配測試線，汽車油泵水泵裝配測試線，汽車剎車裝配測試線。
目前，意大利SAMAC公司的客戶遍布世界各地，如Borg Warner Morsetes、Dayco等。
汽車液壓張緊器裝配測試線需要裝配的零件，包括殼休、軸套、活塞、彈簧、通風盤、止回閥、棘輪夾、固定銷子。
意大利SAMAC提供的液壓張緊器的加工節拍一般在10-12秒左右。
2. 西班牙Gaindu公司自動化裝配生產線
西班牙Gaindu公司的產品專注于工業領域自動化生產線，包括汽車行業、中型和重型工業、發電站等。
西班牙Gaindu公司的自動化裝配生產線針對于汽車行業的應用有：
曲軸、凸輪軸、傳動軸：平端面、深孔加工、特定工序；
連桿：完整加工，如加工、漲斷、平衡軸；
其它：缸蓋、缸體、軸承帽，平衡軸。
展開 新能源汽車熱管理技術發展趨勢分析
隨車汽車舒適度的不斷提高、新式空調系統的不斷出現,促使空調壓縮機制造技術不斷進步。從分類上來看，汽車空調壓縮機多為油潤滑式容積式結構，主要列于表2。
表2 汽車空調壓縮機分類情況
斜盤式壓縮機是一種軸向往復活塞式壓縮機，由于其低成本、高效率的優勢主要在傳統車領域獲得廣泛應用，如奧迪、捷達以及富康等轎車均采用斜盤式壓縮機作為汽車空調的制冷壓縮機。
旋葉式壓縮機同往復式一樣主要依靠汽缸容積的變化來進行制冷，但它的工作容積變化除了周期性擴大和縮小外，其空間位置也隨主軸的轉動不斷發生變化。趙寶平等的研究中也指出，旋葉式壓縮機的工作過程一般只包括進氣、壓縮、排氣3個過程，基本上沒有余隙容積，所以它的容積效率可以達到80%～95%。
渦旋式壓縮機是一種新型壓縮機，主要適用于汽車空調，具有效率高、噪音低、振動小、質量小、結構簡單等優點，是一種先進的壓縮機。趙寶平等也提出，鑒于高效率和能與電驅動高度配合的優勢，渦旋式壓縮機已經成為電動壓縮機的最佳選擇。
電子膨脹閥控制器是整個空調制冷系統的一部分，李俊研究中提到，目前國內一些電動汽車廠商在電子膨脹閥控制器的研究上加大了投入，另外，一些獨立機構和專門廠商也加大了研發力度。電子膨脹閥作為節流裝置，能夠實現循環制冷劑溫度及壓力的控制，保證空調控制在一定的過冷度或過熱度范圍內，為循環介質發生相變創造條件。另外，儲液干燥器及換熱器風扇等輔助部件，可以有效除去管路加入循環介質中的雜質和水分、提高換熱器的換熱傳熱能力，進而提高熱泵空調系統的性能。
前面也提到，鑒于新能源汽車與傳統汽車的本質區別，增加了驅動動力總成、動力電池、電動部件等，采用驅動電機代替內燃機。進而導致了傳統汽車的發動機附件—水泵的工作方式產生了較大變化，新能源汽車的水泵多采用電動水泵代替傳統的機械式水泵。
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