F1-03 电子水泵与按需冷却控制

课程代码 F1-03 · 板块 F 动力总成与整车其他热源 / 发动机冷却 时长 约 3.5 小时（9 讲） 前置 F1-01 发动机冷却系统设计；A2-02 泵与风机工作点匹配；K3-01 热管理控制策略总览 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义，是 F1-03 大纲的完整展开版

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你手上的事	直接看	还要配
给一台换装电子泵的机型算一笔「值不值」的账	第 1 讲：四个工况点的寄生功账——同一工作点上电子泵折到曲轴反而更贵，省下来的在高转速那一格；收益分三类，只有第一类落在 W 这条轴上	第 9 讲：收益必须连循环名与怠速占比一起报，否则两台车的数不可比
定一台电子泵的选型边界与可下发占空比包线	第 2 讲：下界 D_min＝max(三条)、上界 D_max＝min(四条)，另有一段 NVH 禁带是包线内部的洞 · 第 3 讲：汽蚀有两个端，低流量那一端按泵的最小连续流量 V̇_cont,min 判	第 1 讲：效率链与折算级（供应商给泵侧、整车账要曲轴侧）· 第 9 讲：三条下界各自怎么实测
写一版目标水温闭环加负荷前馈的控制策略	第 4 讲：误差方向全课写死 e＝T_cool,out−T_target · 前馈折算链是三步不是一步 · 限幅位置与抗饱和挂在哪一环 · 第 5 讲：图控节温器的纯迟延 t_delay 与蜡包惯性 τ_wax 是两个量，前馈要补提前量 t_lead	第 2 讲：限幅的两端就是包线 · 第 6 讲：模式切换的迟滞 ΔT_hys 与最小驻留 t_dwell
定冷起动零／微流量的持续条件与缸盖保底流量	第 6 讲：这一段最危险的不是温度而是反馈失灵——出水口成死水，闭环看不见缸盖热点	第 2 讲：保底流量 V̇_min,head 怎么反推成 D_flow,min · 第 9 讲：这一段只能用热点壁温实测收口
定 after-run 的进／出／断三组判据与它的整车约束	第 7 讲：两路触发取较严者 · 退出侧（阈值、时长、风扇跟不跟随、能耗预算）四件必须一起定 · 12 V 账里「保持总线不休眠」的功耗与泵功同量级	第 1 讲：after-run 属「买到新功能」那一类收益 · 第 8 讲：被截断与真失效怎么分
排查一台样机「起动后水温异常、怀疑泵坏了」	第 8 讲：四种故障签名（堵转／干转／高流量端汽蚀／低流量端再循环）要一起画，对照组少画一种，最需要鉴别的那一种就没了	第 7 讲：★ 上一次 after-run 被总线提前休眠截断，故障要到这一次起动才显形 · 第 6 讲：零／微流量段 T_cool,out 已失去代表性

⛔ 本课不覆盖

栏一 · 不讲哪些题目：①机械水泵那个硬件件——总成结构、水封与轴承、离合式／可变流量式的实现路径、机械泵与电子泵并联的硬件侧接口 → G5-06 机械水泵与可变流量/离合器水泵：总成结构、水封失效与混动并联（第 1 讲那几条皮带泵对照结论的部件依据也在那里）；②电子泵本体——结构、扬程—流量特性怎么取得、选型细节 → G5-01 电子水泵结构、扬程—流量匹配与选型；转速闭环与软起动 → G5-03 泵的无刷电机、驱动与噪声控制；③汽蚀与空气分离的机理与可靠性试验 → G5-04 泵的气蚀、空气分离与可靠性；④泵与风机工作点匹配的一般方法 → A2-02 泵与风机的工作点、特性曲线与匹配；⑤大小循环、节温器结构与系统压力口径 → F1-01 发动机冷却系统设计（大小循环、节温器）；缸盖／缸体流量分配的几何手段与关键区验收 → F1-02 精确冷却/分体冷却与缸盖缸体温度管理；暖机策略的整车热账分配 → F1-04 暖机策略与快速暖机热管理；⑥多路请求的仲裁与执行器需求生成的一般结构 → K3-08 冷却侧执行器需求生成与协同仲裁：电子水泵/冷却风扇/AGS；整域上下电时序、run-on 编排与休眠期能耗预算 → K3-11 热管理域的上下电时序、run-on 编排与休眠期能耗预算；PID／前馈的整定判据 → K3-05 PID/前馈/增益调度控制实战；⑦流量在线估计与内漏诊断算法 → K5-06 冷却液流量的在线估计与流量/内漏类故障诊断；降级动作的分级 → K5-02 热管理故障处理与降级策略；标定流程与工具 → K6-01 热管理标定流程与工具（INCA/CANape）；⑧去气罐接口分工与除气支路取点 → G10-02 膨胀水壶/去气罐（degas）设计与排气；增压器本体热管理 → F2-06 涡轮增压器本体热管理：涡壳/轴承体冷却、停机热浸与机油焦化、电动增压器；高压水暖加热器的高压下电时序 → G9-01 高压 PTC 加热器结构与安全设计；冷却液配方与添加剂 → H7-01 冷却液（乙二醇型）配方、性能与劣化。

栏二 · ⛔ 真正不给的数：①标准条款的内容、限值与等级号——本课会撞到的三处（GB/T 汽车电子水泵与冷却系统相关标准体系 · QC/T 汽车水泵行业标准体系 · ISO 26262）本课未独立核对过原文 ⇒ 只写它管什么、本课哪一步会撞到它，版次一律「以现行目录为准，引用前须核」，⛔ 一条条款、一个限值、一个等级号都不写 → 用之前自行核现行版原文；功能安全等级由整车层的危害分析与风险评估定，⛔ 本课不判。②本项目自己的验收阈值——你的平台的 D_min、目标水温 map 里的值、after-run 触发门限与续转时长 t_ar、退出阈值 T_exit 的验收值 → 由本项目的泵选型规范与热浸／台架实测给出，第 9 讲给「拿到它的路」。③教学假设之外的具体产品参数——供应商泵的 NPSHr 曲线与最小连续流量 V̇_cont,min 的具体值、驱动器结温降额的起始点、NVH 禁带的位置、堵转／干转判据的电流门限与判定时长 → 供应商数据表 ＋ G5-01 电子水泵结构、扬程—流量匹配与选型／G5-04 泵的气蚀、空气分离与可靠性／K5-06 冷却液流量的在线估计与流量/内漏类故障诊断（本课只给它们长什么样、去哪里要）。

⚠ 与栏二无关的一件，先说清免得你去别处找：凡判为平台相关量的，本课照给典型参考值——区间、常见值锚点、免责句与拿到它的路四件齐全，包括缸盖保底流量、D_min、目标水温、系统最大扬程需求、after-run 门限与时长、允许的水温超调、零／微流量段的持续时间、循环油耗收益，正文里逐个给。⚠ 它们是典型值，⛔ 不是验收依据，你的平台须实测确认。

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引言：换泵只买到一个自由度，省下来的那笔钱得靠控制律去挣

机械水泵的转速被皮带绑在曲轴上：发动机转多快，它就转多快。而冷却需求是由热负荷决定的，与转速只是弱相关。两条曲线在整个转速范围上只能相交于一点——那个定尺寸点。其余全程不是不足就是过量，而过量那一侧还被离心泵的相似律放大成转速的三次方。把它换成电子泵，这根绑绳就断了：流量成了一个可以独立下发的量。

接下来几乎每个项目都会发生同一件事：立项书上写「换电子泵，省寄生功、降油耗」，硬件招标先启动，控制策略排在后面。这门课要做的第一件事，就是把这个顺序反过来。

钉子①（交付物层）：本课的交付物是三张表——一条可下发占空比包线 [D_min, D_max]（含禁带）、一条把热负荷折成流量的需求生成律、一张 after-run 的进／出／断三判据表。⛔ 它不是「一台电子水泵」。

理由是一个你可以拿计算器跟着算的数。取一组教学假设值（⚠ 教学假设，不对应任何平台，⛔ 不得作为设计输入；全套值与四个工况点的完整结果在第 1 讲逐步算给你看）：冷却液取 50/50 乙二醇水溶液 @90 ℃，η_pump＝0.45、η_motor＝0.85、η_driver＝0.95 ⇒ η_total＝0.36；η_belt＝0.97、η_alt＝0.62。定尺寸点 90 L/min@30 kPa 上水力功率 P_h＝45.0 W，机械泵折到曲轴 P_crank＝103 W，电子泵折到曲轴 P_crank＝208 W——同一个工作点上，电子泵贵一倍（比值 2.02）。多出来的那一倍不是泵做得差，是电机、驱动器、发电机三级效率，换泵这个动作本身把它们买了进来。而同一套值算高转速那一格：机械泵被绑死在 2780 W，按真实需求给流只要 1200 W ⇒ 省 1580 W（56.8%）。

⇒ 两个数放在一起，结论只有一个：省下来的钱全部来自「大部分时间不需要那么多流量」这一句，也就是需求生成律。若换了泵而控制律仍照「转速→流量」的老映射给流，一分钱不省，还多付了两级效率。★ 这也是「电子水泵」与「按需冷却控制」被写在同一门课里的理由：前者是执行自由度，后者才是收益来源，单独拿走任何一半都不成立。

钉子②（判据层）：收益是工况占比加权的累积量，而约束是最坏那一帧的瞬时量——两者永远不在同一张表上。

省功要在整个循环上算：逐帧的 P_crank 差乘以那一格的时间占比，累积成 E_par。而防缸盖局部沸腾、防高流量端汽蚀、防低流量端吸入侧再循环、防电机失稳、防驱动器过温，全部要在单帧上守。⇒ 一句「循环平均 D_pump 只有 22%」与一句「某一帧掉进了低流量再循环区」完全可以同时为真，而且各自都对——它们量的根本不是同一件事。

本课因此把所有下界写成 max(·)、所有上界写成 min(·)：包线是逐帧成立的硬约束，⛔ 不许拿循环平均值去论证它满足，也⛔ 不许反过来用「有一帧越界」去否定循环收益——后者同样是把两类量混用。这条纪律你今天就能拿去审一份方案：先看它论证包线用的是哪一类量，若用的是循环统计量，不必细看后面的数，判据已经用错了；相应地，报收益时若不写循环名与怠速占比，那个百分比也没有被复核的资格。

⚠ 钉子② 同时是本课与 K3-08 冷却侧执行器需求生成与协同仲裁：电子水泵/冷却风扇/AGS 的分界：那门课解决「多路请求怎么仲裁成一个下发值」，本课解决「这一路请求的下发值本身允许落在哪」——包线在仲裁之前就该定死，⛔ 不是反过来。

再说本课最容易被读反的那一条：「按需冷却」被读成「把流量压小」。这一步在读者心里几乎是自动完成的——上面刚说完省功来自「大部分时间不需要那么多流量」，而全课出现频率最高的动作就是降 D_pump。而正确的读法方向相反：按需冷却把流量变成了一个双向的自由度——它同时要求你在需求高时给得更多、给得更早，在发动机停了之后还要接着给。它会走成三个方向，每个方向都对应一个很具体的动作。

方向 A：把下界当成还能再压的余量。动作是把 D_min 直接取成电机最低稳定转速对应的那一档，理由是「流量小 ⇒ NPSHr 小 ⇒ 汽蚀裕度更大 ⇒ 更安全」。三层后果，一层比一层难发现：① 汽蚀类风险有两个端，低流量那一端根本不按 NPSH 判（本课归纳）——它按泵的最小连续流量 V̇_cont,min 判，机理是吸入侧再循环，后果是长期剥蚀叶轮，而 NPSH 裕度在那里看起来一直很宽裕（V̇_cont,min 典型为额定流量的 10%~25%；⚠ 典型值、⛔ 不是验收依据，你的平台须向供应商要该产品该转速下的数据表值）；② 湿转子泵靠介质流动带走电机与驱动器的热，低于最小连续流量时它失去自冷，结温升高又会把 D_max 一起压下来 ⇒ 上下界同时向中间挤，而这两侧在标定台账上是两张不同的表，没有人会把它们放在一起看；③ 最要命的是反馈会先失灵：零／微流量时出水口是一段死水，T_cool,out 反而比缸盖热点更慢、更低 ⇒ 闭环看起来更稳，而 T_cool,head 与 T_metal,head 已经在走高——控制器不是判断错了，是看不见。

方向 B：把前馈当成省流量的手段。动作是把前馈增益调小，或者改成「超过目标水温之后再加流量」。而前馈的物理作用与「省」无关：水温闭环的等效时间常数 τ_loop 是分钟量级（典型 30~180 s，多数在 90 s 量级；⚠ 典型值、⛔ 不是验收依据，台架给一次热负荷阶跃再拟合一阶响应就能拿到你自己的值），热负荷阶跃传到 T_cool,out 要等这一整个时间常数 ⇒ 前馈是在误差出现之前先把流量给上去。把它调小，拿到的是大负荷阶跃时 T_cool,out 的超调；再用加大 K_p 去补，拿到的是迟延主导回路里的振荡——加大增益追不上迟延。这条第 5 讲会画给你看，整定判据本身去向 K3-05 PID/前馈/增益调度控制实战。

方向 C：把 after-run 当成白耗电。动作是缩短 t_ar 或干脆取消，理由是「发动机都停了，还耗蓄电池」。教学假设算例给出的量级正好相反：一次 300 s 的 after-run，泵花 0.386 W·h，而为了让泵能跑而必须保持总线不休眠的那部分要花 0.250 W·h（占 39%）⇒ 真正贵的不是泵，是唤醒（P_wake 这个记账项是本课归纳的）；若把风扇也拉进来续跑，光风扇那一项就是 16.7 W·h，总账变成约 17.3 W·h、涨约 27 倍——这才是本课「续跑只指泵」这条口径的由来（⚠ 教学假设值，⛔ 不作设计输入）。而取消 after-run 的后果不在停机那一刻显现：热回渗造成的局部沸腾与气阻，要到下一次起动才表现为「起动后水温异常／流量不足」，归因会径直指向泵或节温器，⛔ 指不到已经被砍掉的那段 after-run。

⇒ 三个方向共用一个自检问句，它比任何一条门限都好用：我这个动作，减少的是「给流的能力」，还是「不必要的给流」？前者永远是错的。

本课的射程：从「这台机型已经决定上电子泵、回路拓扑已定」这一刻接手，交出上面那三张表；⛔ 不从泵的部件结构讲起，也⛔ 不做到诊断算法与整车功能安全定级为止，上下游的去向已经逐条列在前面两栏里。

⚠ 本课有四处最容易整类漏掉的东西，它们的共同点是都不在最显眼的那条线索上：可下发占空比下界的第三条（泵最小连续流量）· 收益的第二三类（买到能力、买到新功能）· 模式里的排空气态与「下电但还没进 after-run 的等待态」· 失效模式里的整车侧那一种（总线提前休眠把 after-run 截断）。沿一条线索枚举时它们会整类消失，而剩下的清单看起来仍然是完整的。⇒ 本课因此在九件事上各画一个全集，并逐个追问「我沿什么线索数的、有没有不在这条线上却同属这个集合的」：本课在决定的量 · 包线的约束源 · 收益的类型 · 谁在请求流量 · 模式 · 失效模式 · after-run 要定死的判据 · 要标定的量 · 明确不讲不给数的东西。每一讲开头会复述本讲对应的那一个。

⚠ 两条配套纪律，读全文时都用得上：①未列入的项一律写出来并带去向，⛔ 不许靠沉默表示「不存在」或「禁止」——例如「风扇要不要跟着续跑」本课不判，这句话本身会写在第 7 讲里，判据类型与去向给 K3-08 冷却侧执行器需求生成与协同仲裁：电子水泵/冷却风扇/AGS；②凡属本课归纳的判据，正文一律当场标明——标出来是为了让你知道哪几条要拿自己的平台复核，⛔ 不是既成惯例。其中与既有课程接口有关、最要紧的是这七条：占空比的第三条下界 D_cont,min · 汽蚀两个端的划分 · 三类收益与「⛔ 不可相加」· P_crank 折算级口径 · after-run 的 12 V 账里 P_wake 这个记账项 · 零／微流量段「T_cool,out 失去代表性 ⇒ 闭环看不见热点」· 四种故障签名里第四种（低流量端再循环）在单帧上没有签名。⚠ 这七条⛔ 不是全部：正文另有若干处同样标着「本课归纳」（前馈折算链补成三步 · 限幅在求和之后 · 模式集合里的四个易漏态 · after-run 两路「进入取或、退出取与」的不对称合成 · 失效安全三种形态的分法与常通旁通的漏流代价 · 降级的六个动作与「每个动作都要配退出条件」）。⇒ 以正文里的标注为准，⛔ 别按这里的条数去核。

九讲怎么走：第 1 讲算账——皮带泵为什么只能在一个点上刚好够、相似律三条一起给、效率链与折算级怎么写死、三类收益为什么不可相加；第 2 讲把泵放进回路，定出包线的上下界与禁带，并说清 D_pump→n_pump→V̇ 两级映射都不是单值函数；第 3 讲讲压力这条链——泵进口为什么必须落在正压侧、汽蚀的两个端各按什么判、给定海拔与水温怎么手算裕度；第 4 讲写控制律：误差方向、前馈折算链的三步、限幅位置与抗饱和；第 5 讲把图控节温器纳进同一套结构，讲纯迟延与蜡包惯性这两个量以及前馈要补的提前量；第 6 讲讲模式管理与冷起动零／微流量，重点是那一段里反馈为什么会先失灵；第 7 讲讲停机热浸与 after-run 的进／出／断三组判据，以及它的整车侧约束与 12 V 能量账；第 8 讲讲失效安全与降级——两者是两层，四种故障签名要一起画；第 9 讲讲标定与验证，顺序就是依赖顺序：口径先于测量、静态先于动态、单点先于 map、台架先于整车。

⚠ 最后是三条写法约定，读之前先知道，全课不再改：①禁止裸写「占空比」——本课同时存在两个互不相干的占空比，泵的写 D_pump，图控节温器加热丝的写 D_thm，它们在第 5 讲同一页上同时出现而且方向相反（D_pump 增大＝流量增大；D_thm 增大＝等效开启温度降低），裸写一次就可能被读反；②禁止裸写「水温」——闭环被控量与目标水温 map 的输出一律指发动机出水口温度 T_cool,out（设定值记 T_target），缸盖热点侧的冷却液温度写 T_cool,head，金属写 T_metal,head；三者在正常大流量下相差不大，而零／微流量时差最大，那恰恰是本课最要紧的那一段；③禁止裸写 η、禁止用 Q 表示流量——效率一律带下标（η_pump／η_motor／η_driver／η_total／η_alt／η_belt），本课的 Q 系列一律是热，体积流量写 V̇（L/min）、质量流量写 ṁ（kg/s）。第 1、2 讲会把符号与口径逐条钉死。

第 1 讲　换泵买到的只是一个自由度：寄生功账怎么算、收益有几类

一台机型要不要把皮带水泵换成电子水泵，最后总要落到一句话上：值不值。这一讲就是把这句话拆成能算的东西——机械泵为什么在整个转速范围上只有一个点是对的、高转速段到底浪费了多少、把功从水力一路折到曲轴要经过几级、以及最要紧的一件：「值不值」这笔账其实有三本，只有第一本能折成瓦特。

这一讲不选泵，也不写控制律。它交付的是口径：后面八讲里凡是出现「省了多少」「贵了多少」，都必须能回到这一讲定下的折算级与比较基准上，否则那些数字互相之间根本不可比。⚠ 这一讲会反复出现「不需要那么多流量」这句话——每次读到它，请同时带上那个自检问句：我这个动作，减少的是「给流的能力」，还是「不必要的给流」？下界为什么必须存在，第 2、3 讲会各给一条判据。

本讲全程用同一套记法与同一组教学假设值（口径声明，读完再往下走）：

• 记法。体积流量记 V̇（L/min），质量流量记 ṁ（kg/s）；Q̇ 系列一律是热流量（W／kW），⛔ 本课不用 Q 表示流量或能量。功率按折算级分四个符号：水力 P_h、泵轴 P_shaft、输入电 P_elec、曲轴 P_crank。效率⛔ 不许裸写，分列 η_pump／η_motor／η_driver／η_total／η_alt／η_belt。在一个稳定工作点上泵压升等于回路总压损，本讲一律记 Δp_pump（kPa）；泵侧的扬程写法与回路侧压降的换算在第 2 讲写一次。
• 教学假设值（教学假设，不对应任何平台，⛔ 不得作为设计输入）。冷却液取 50/50 乙二醇水溶液 @90 ℃：ρ＝1020 kg/m³、c_p＝3.65 kJ/(kg·K)（配方、浓度与温度口径见 H7-01 冷却液（乙二醇型）配方、性能与劣化；⛔ 不得用纯水物性代替——乙二醇水溶液的比热更低、黏度更高，用纯水值会同时高估换热与高估汽蚀裕度，两处一起偏乐观）。效率：η_pump＝0.45、η_motor＝0.85、η_driver＝0.95 ⇒ η_total＝0.36；η_belt＝0.97、η_alt＝0.62 ⇒ η_alt·η_belt＝0.60。机械泵定尺寸点：n_eng＝1500 rpm、V̇＝90 L/min、Δp_pump＝30 kPa。系统阻力曲线固定为 Δp_pump＝30·(V̇/90)² kPa。目标进出口温差 ΔT_target＝6 K。
• 舍入。功率与能量三位有效数字，流量整数 L/min，效率两位小数。同一个数在本课任何两处同值同舍入——η_total 全课写 0.36（⛔ 不写 0.363），η_alt·η_belt 全课写 0.60。

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1.1 皮带泵把流量绑死在 n_eng 上：两端各错一个方向，而谁在左谁在右由定尺寸点决定

机械水泵挂在前端附件轮系上，泵转速＝i_belt·n_eng。按离心泵在同一条系统阻力曲线上的相似律，它给出的流量 V̇ ∝ n_eng、压升 Δp_pump ∝ n_eng²。泵一旦装上去，这条供流曲线就不可调了：它只有一个自变量，而那个自变量是发动机在干什么，⛔ 不是冷却系统需要什么。

冷却需求是另一回事。需要多少流量，由这一刻要由冷却液带走多少热决定：

ṁ ＝ Q̇_heat/(c_p·ΔT_target)　⇒　V̇ ＝ ṁ/ρ

Q̇_heat 与 n_eng 只是弱相关——同一个转速上，从怠速空载到大负荷爬坡，热负荷可以差好几倍。⇒ 供流曲线与需求曲线在整个转速范围上只能相交于一点。那一点就是定尺寸点：在这个转速上，机械泵给的流量恰好等于需求。离开这一点，供需必然错开，而错的方向由定尺寸点选在哪里决定。

把这两句话用教学假设值变成数（定尺寸点放在 1500 rpm、90 L/min）：

n_eng	机械泵供流 V̇	该工况的需求流量	差
750 rpm（怠速，大热负荷 Q̇_heat＝22 kW）	45 L/min	59 L/min	缺 14 L/min（24%）
1500 rpm（定尺寸点）	90 L/min	90 L/min	0
4500 rpm（Q̇_heat＝60 kW）	270 L/min	161 L/min	过量 1.68 倍

需求那一列是现算的：22 kW ÷ (3.65 kJ/(kg·K) × 6 K) ＝ 1.00 kg/s ÷ 1020 kg/m³ ＝ 59 L/min；60 kW 同法得 161 L/min。供流那一列只用了 V̇ ∝ n_eng：90 × 750/1500 ＝ 45 L/min，90 × 4500/1500 ＝ 270 L/min。

现在看那句到处都在被引用的话：「皮带泵流量正比于转速，怠速供流不足、高速过量。」

它是一句无条件全称，而它只在「定尺寸点选在低速大负荷」这个前提下成立。把定尺寸点挪到高速端，两个区就整体左移：怠速段变成过量，而低速大负荷段的缺口更大。同一台泵、同一条回路，只是选点不同，这句话的两半就可以整个调过来。而且即使定尺寸点选在低速，怠速轻载时机械泵仍然是过量的——那一格的需求远低于 59 L/min，而供流照样是 45 L/min。⇒ 正确的写法是按定尺寸点分两段，⛔ 不是把「怠速不足、高速过量」当成一条无条件的物理结论背下来。

今天就能用的一句自检：我知道这台机型的机械泵定尺寸点在哪里吗？——它是哪个转速、哪个流量、当时假设的 Q̇_heat 是多少。这三样答不上来，你手上关于「换电子泵能省多少」的所有结论都还没有底：因为「省」是相对于那条供流曲线算的，而那条曲线的位置就是定尺寸点定的。⇒ 拿到它的路：向前端附件驱动专业要泵的定尺寸工况点；或者从台架实测的泵特性曲线与回路阻力曲线的交点反推，再核对交点处的热负荷假设。

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1.2 相似律要三条一起给：转速比 3 就是功率比 27，而这是上界

相似律常常只被引用第三条（P ∝ n³）。只给第三条，读者是推不动的——他只能背下来。三条要一起给，成立条件是同一台泵、同一种介质、同一条系统阻力曲线：

相似律	说的是什么
V̇ ∝ n	转速翻倍，输送的体积流量翻倍
Δp_pump ∝ n²（泵侧写成扬程时是 H ∝ n²）	压升按转速平方涨
P_h ＝ Δp_pump·V̇ ∝ n³	前两条相乘的结果

有了前两条，第三条就不是背来的：功率是压升乘流量，一个涨 n²、一个涨 n，所以涨 n³。⇒ 转速比 3，水力功率比就是 27。

用教学假设值验一遍（这一步读者自己就能复算）：

• 定尺寸点：P_h ＝ Δp_pump·V̇ ＝ 30 kPa × 90 L/min ＝ 30 000 Pa × 0.001 50 m³/s ＝ 45.0 W；
• 4500 rpm（转速比 3）：Δp_pump ＝ 30·(270/90)² ＝ 270 kPa，V̇ ＝ 270 L/min ⇒ P_h ＝ 270 000 Pa × 0.004 50 m³/s ＝ 1220 W；
• 1220 / 45.0 ＝ 27。

⚠ 这个 27 是上界，你的平台要用自己的数复核。相似律的三个成立条件在整车上都会被打破：节温器与暖风阀开度一直在变，系统阻力曲线不是一条而是一族；高转速端泵内会出现汽蚀与滑移；泵效率本身随工作点漂移。⇒ 整车实测折算出来的指数常低于 3。

而这条方向性结论⛔ 不得反向使用：⛔ 不能由「相似律给出 27 倍」推出「整车实测也必须是 27 倍」，实测折出 15 倍并不说明谁测错了。⇒ 用它的正确姿势只有一个：拿它当高速段无效功的上界估计，用来判断「这件事值不值得往下算」，⛔ 不拿它当验收对象。

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1.3 效率链：机械泵两级、电子泵五级——⛔ 报「省了多少功」不写折到哪一级，等于没写口径

P_h 是泵真正对冷却液做的功。它离「油耗看得见的那一级」还隔着几级效率，而机械泵与电子泵隔的级数不一样——这就是本课所有口径争执的源头。

机械泵（两级）：P_crank ＝ P_h/(η_pump·η_belt) 电子泵，燃油车 12 V 链（五级）：P_crank ＝ P_h/(η_pump·η_motor·η_driver·η_alt·η_belt)

本课把四个折算级分开命名。全课任何一处功率对比都必须写明取的是哪一级，并且全程只能取一级：

折算级	符号	它是什么	谁会给你这个数
水力	P_h	泵对冷却液做的功＝Δp_pump·V̇	由工作点直接算
泵轴	P_shaft	P_h/η_pump	泵特性曲线上的效率岛
输入电	P_elec	P_h/η_total（只有电子泵有这一级）	供应商数据表，或整车电耗实测
曲轴	P_crank	见上面两条链	整车能量流台账

本课的默认对比口径是 P_crank——那才是油耗看得见的那一级。

两个最常见的口径错误。

① ⛔ 只用 η_pump 去算电子泵。供应商给的往往是泵侧效率，而电子泵吃进去的是电，中间还隔着电机与驱动器。用教学假设值看两个层级上各错多少：

• 在输入电这一级：真值 P_elec ＝ 45.0/0.36 ＝ 125 W；只除 η_pump 得 45.0/0.45 ＝ 100 W ⇒ 低估 20%。
• 在曲轴这一级：把电子泵当成机械泵那样只折两级，得 45.0/(0.45×0.97) ＝ 103 W；而它真实的曲轴侧代价是 45.0/(0.36×0.60) ＝ 208 W ⇒ 低估约一半。

⇒ 「电子泵效率更高」这种说法在同一个工作点上是站不住的：同点比，电子泵折到曲轴贵一倍（208/103 ＝ 2.02）。换泵本身⛔ 不省功，它买到的是一个自由度——流量不再被 n_eng 绑死。省下来的钱全部来自后面几讲的需求生成律。

② ⛔⛔ 混动／增程上，最后两级不是 η_alt·η_belt。燃油车链的最后两级是「曲轴→发电机→12 V」，所以要除 η_alt 再除 η_belt。混动与增程上电子泵的电取自高压系统，这两级要换成高压链的等效效率（发动机→发电机→高压母线→DC-DC→低压泵，或高压泵直接取电）。⇒ 两条链必须分开写，⛔ 不得把燃油车的 η_alt·η_belt 直接套上去——这一换会改变结论的大小甚至方向，1.6 节会说明哪一格的结论会跟着变。

效率链上各级的行业典型区间（用来判断你手上那份数据表给的数合不合常理）：

量	典型区间	常见锚点	拿到它的路
η_pump（小型汽车用离心式冷却水泵）	0.35~0.55	0.45 附近	供应商特性曲线上的效率岛，须写明产品、转速与介质；偏离设计点会显著下降
η_motor（无刷电机）	0.80~0.90	0.85 附近	供应商效率 map；低速小负载段显著更低——停机续跑与暖机段正好工作在那里
η_driver（电子换向与功率级）	0.92~0.97	0.95 附近	供应商数据表；随母线电压与结温变化
η_total＝η_pump·η_motor·η_driver	0.25~0.45	0.35 附近	三级相乘，或由供应商「输入电功率—流量—扬程」三维数据反算
η_alt（曲轴→12 V 发电机）	0.55~0.70	0.62 附近	整车能量流台账或发电机 map；随转速与负载率变化很大
η_belt（皮带传动）	0.95~0.98	0.97 附近	前端附件驱动系统的传动效率台账

⚠ 上表全部是典型值，⛔ 不是验收依据；你的平台须实测确认。另有两条取数纪律：① η_motor 与 η_driver 常被供应商合并成一个「电子泵效率」给出，取数时必须问清合并了哪几级，否则你会把同一级除两遍或漏一级；② 本讲教学算例固定取 η_total ＝ 0.36，它是教学假设值，⛔ 与上表的典型区间不混用。

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1.4 四个工况点的账：本课后面所有数字都从这一张表来

下面这张表把上面两节合到一起。⚠ 整张表是教学假设算例，不对应任何平台，⛔ 不得作为设计输入。本课后面各讲引用的功率数全部来自这里，⛔ 不另起第二组。

(a) 定尺寸点（1500 rpm，90 L/min@30 kPa）——同点比。

• P_h ＝ 30 kPa × 90 L/min ＝ 45.0 W
• 机械泵：P_shaft ＝ 45.0/0.45 ＝ 100 W ⇒ P_crank ＝ 100/0.97 ＝ 103 W
• 电子泵：P_elec ＝ 45.0/0.36 ＝ 125 W ⇒ P_crank ＝ 125/0.60 ＝ 208 W
• 比值 208/103 ＝ 2.02　⇒ 同一个工作点上，电子泵贵一倍。

(b) 高转速（4500 rpm，转速比 3）——省寄生功那一格。

• 机械泵被绑死：V̇ ＝ 270 L/min、Δp_pump ＝ 270 kPa ⇒ P_h ＝ 1220 W、P_shaft ＝ 2700 W、P_crank ＝ 2780 W
• 真实需求：Q̇_heat ＝ 60 kW ⇒ V̇ ＝ 161 L/min ⇒ Δp_pump ＝ 96.0 kPa ⇒ P_h ＝ 258 W
• 电子泵：P_elec ＝ 258/0.36 ＝ 717 W ⇒ P_crank ＝ 717/0.60 ＝ 1200 W
• 差：2780 − 1200 ＝ 省 1580 W（56.8%）

⚠ 这个 56.8% 是这一帧的功率差比例，⛔ 不是循环收益。循环收益要把每一帧的差乘上它在循环里的时间占比再累积（1.5 节末尾给写法）。

⚠ 这一格还顺带给出两条选型侧的提醒，都不是算错：① 电子泵这一格要 717 W 输入电功率，而乘用车发动机电子主泵峰值输入电功率的典型区间是 150~500 W（12 V 系统，多数平台在 300 W 附近；⚠ 典型值，⛔ 不是验收依据，须按你的平台实测确认；→ 由最大扬程需求点的 P_h 除以 η_total 反算，或读供应商数据表的峰值电流×额定电压）⇒ 它可能根本够不着这个点，而「够不够得着」正是第 2 讲选型与包线上界要回答的；换泵也不是只有「全换」一条路，机械泵与电子泵并联是另一条，硬件侧接口去向 G5-06 机械水泵与可变流量/离合器水泵：总成结构、水封失效与混动并联。② 机械泵这一格 P_shaft ＝ 2700 W，略高出乘用车机械水泵高转速端轴功率的典型区间 0.5~2.5 kW（多数在 1 kW 量级；⚠ 典型值，⛔ 不是验收依据；→ 台架直接测泵驱动扭矩，或由定尺寸点按相似律外推）——它就是1.2 节说的那个上界，实测通常更低。

(c) 怠速大热负荷（750 rpm，Q̇_heat ＝ 22 kW）——买到能力那一格。

• 机械泵：V̇ ＝ 45 L/min、Δp_pump ＝ 7.50 kPa ⇒ P_h ＝ 5.63 W、P_shaft ＝ 12.5 W、P_crank ＝ 12.9 W；而需求是 59 L/min ⇒ 缺 14 L/min（24%）
• 电子泵：给到 59 L/min、Δp_pump ＝ 12.9 kPa ⇒ P_h ＝ 12.7 W、P_elec ＝ 35.3 W、P_crank ＝ 58.8 W
• 差：58.8 − 12.9 ＝ 电子泵这一格多花 45.9 W，而它把 24% 的流量缺口补上了。

(d) 停机热浸续跑工作点（30 L/min@3.3 kPa）——买到新功能那一格。

• Δp_pump ＝ 30·(30/90)² ＝ 3.3 kPa（未舍入 3.33）⇒ P_h ＝ 1.67 W、P_elec ＝ 4.64 W
• 续转 300 s 的 12 V 能量账：泵 0.386 W·h；为保持总线不休眠而必须持续消耗的那一部分 0.250 W·h（占 39%）；若风扇也跟着续跑则再加 16.7 W·h（总账涨约 27 倍）。这三项各是什么、谁来发唤醒请求、什么条件退出，第 7 讲展开，本讲只把工作点摆进表里。
• ⚠ 这一格的电子泵工作在很低的转速上，而 η_motor 与 η_pump 在那里都显著低于额定点。教学算例为了能手算仍统一取 η_total ＝ 0.36 ⇒ 真实的这一格电耗会比 4.64 W 更高。→ 要真数就去要供应商在低占空比段的效率 map，或直接测该工作点的输入电功率与流量、扬程。

三条使用纪律。⛔ 整张表标明教学假设值，⛔ 不得作为设计输入；⛔ 表里任何一个数都不得被画进图上当成门槛竖线或验收线——它们是算例读数点，⛔ 不是限值；⚠ 循环加权收益不在这张表里，它要乘上循环占比，属另一类量。

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1.5 收益有三类，只有第一类落在 W 这条轴上

如果只按「省了多少寄生功、省了多少油」这一条轴去评估换泵这件事，会整类漏掉另外两项。★ 本课把按需冷却的收益归纳成三类（这个三分是本课自己归纳的，⛔ 不是既有的通行划分）：

	收益	它落在哪条轴上	教学算例里的样子
①	省寄生功：高转速段机械泵被绑死、供流远超需求，而 P ∝ n³ 把差距放大	W／kJ，可累积	(b) 格省 1580 W（56.8%，逐帧量）
②	买到能力：低速大热负荷段机械泵供流不足，电子泵把一个够不着的工况点变成够得着	达标／不达标，⛔ 不落在 W 上	(c) 格机械泵缺 14 L/min（24%）＝不达标；电子泵达标
③	买到新功能：发动机停了泵还能跑（停机热浸续跑）	有／没有，⛔ 不落在 W 上	(d) 格：机械泵这一格不存在

⛔⛔ 三类量纲互不相同，一律不得相加，也不得折成一个「总收益」数字。把三格加起来的做法在评审里很常见，因为它给出一个能写进 PPT 的单一数字；但它把两个二值判断当成了瓦特。

⛔ 反过来同样错：不许把 (c) 格的「多花 45.9 W」写成负收益。那一格的判据根本不是功率——它问的是「缸盖那一刻拿到该拿的流量了没有」。机械泵在那一格只花 12.9 W，是因为它没干该干的活；用花得少去证明它更优，等于用不达标去论证省钱。

报第一类收益之前，先把这六项对齐——今天就能用的一张清单。缺任何一项，两边的数就不可比：

1. 同一台车、同一条回路拓扑；
2. 同一循环，并写出循环名（WLTC／CLTC／某条实际道路工况）；
3. 同一环境温度 T_amb；
4. 同一热负荷序列；
5. 同一目标水温 map；
6. 同一折算级（1.3 节那四选一，本课默认 P_crank）。

⚠ 尤其⛔ 不许拿「换泵的同时也重标了目标水温 map」的整车实测去论证泵本身的收益——那是两项改动的合计，而后一项不换泵也能做。

⛔ 全课不许报一个不带窗口的「省了 X%」。报第一类收益必须同时给出：循环名 · 该循环里怠速与低速段的时间占比 · 环境温度。理由就是钉子二——收益是占比加权的累积量，而约束是最坏那一帧的瞬时量。城市／综合循环里怠速与低速段的时间占比典型落在 15%~30%（城市工况段更高；⚠ 典型值，⛔ 不是验收依据；→ 从循环定义文件里直接统计），同一套标定在两个循环上给出的收益能差一倍以上。

⇒ 算法就一条：逐帧算 P_crank 差 → 按循环时间占比加权累积成 E_par（kJ）→ 再折成燃油消耗。⛔ 单点工况的功率差是逐帧量，⛔ 不得直接当成循环收益；省功（逐帧）与省油（累积）⛔ 不可互推。落到最后那个数上：按需冷却相对机械泵的循环油耗收益典型落在 0.3%~1.5%，多数平台在 0.8% 附近（乘用车、综合循环口径）。⚠ 典型值，⛔ 不是验收依据，你的平台须实测确认，且必须写明循环名与怠速占比。→ 拿到它的路就是上面那条累积链。⛔ 这个数只覆盖三类收益里的第一类，⛔ 不得用它代表换泵的全部价值。

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1.6 混动／增程为什么收益最大：是「发动机停机时间占比」把后两类的权重顶上去了

「发动机频繁起停的机型收益最大」这句话经常被读成「混动更先进所以更省」。机理⛔ 不是这样。收益权重的算式很朴素：

某时段的收益权重 ＝ 该时段的时间占比 × 该时段的冷却需求

在频繁起停的机型上，这个乘积在三处被顶起来：

1. 停机时段的冷却需求由余热决定，与 n_eng 完全脱钩——而机械泵在这些时段的供流是零。这不是「省了多少」的问题，是第②类（够不着 ⇒ 够得着）与第③类（没有 ⇒ 有）在整段时间上直接生效。
2. 起停带来的热浸次数大幅增加——停机热浸续跑从「偶尔用一次」变成常态，第③类收益的使用频次跟着涨。
3. 发动机运行时多工作在高效区的窄带内——机械泵被绑在那一档转速上，第①类（按需给流省寄生功）的腾挪空间反而集中在少数几个点上。

⇒ 结论要写准：混动／增程上换泵的真实理由，往往是第②③类，⛔ 不是第①类那个百分比。

两条必须同时守住的纪律。

⛔ 不得把某一款混动车的收益百分比当成「混动都能省这么多」。停机时间占比强依赖循环与整车能量管理标定——同一台车换一条循环就变，换一版能量管理标定也变。本课未取得这个占比的可信行业典型区间（构造上它就不是一个可跨平台引用的量）⇒ 拿到它的路：从你的整车能量管理仿真结果或实测循环数据里，直接统计「发动机不着火」的时间占比，再连同循环名一起报。可以借来做量级参照的是两个已登记的典型值：循环里怠速与低速段的时间占比 15%~30%，以及循环油耗收益 0.3%~1.5%（多数 0.8%，而混动／增程通常落在区间上端）——⚠ 都是典型值，⛔ 不是验收依据。

⚠ 反方向的一项同样要算进去：混动／增程上电子泵的电取自高压系统，折算链与燃油车不同。1.3 节那条五级链的最后两级（η_alt·η_belt）要换成高压链的等效效率。⇒ 换链之后 (a) 格「同点贵一倍」这个结论会变——它可能变小、也可能变大，取决于那条高压链的等效效率与 0.60 谁高谁低。⛔ 不许把 2.02 这个比值照抄到混动机型上，请用你的高压链效率重算一遍这一格。

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1.7 寄生功怎么进整车能量流账：这是记账口径的迁移，⛔ 不是收益本身

换泵之后，整车能量流台账上会出现一个很容易被误读的现象：「附件损失」这一格变小了，而「电耗」那一格变大了。

原因只是账本边界变了：

• 机械泵的功直接记在曲轴侧的附件损失里；
• 电子泵的功记在 12 V（或高压）电耗里，再经发电机／DC-DC 与皮带链折回曲轴。

同一台车、同一件事，记在了不同的格子里。⇒ 这是记账口径的迁移，⛔ 不是收益。

两个必须防住的错：

• ⛔⛔ 不得把「附件损失下降」直接当成「油耗下降」——中间隔着发电机与皮带两级（燃油车链），而这两级本身还要耗功。只看附件损失那一格，你会把 208 W 的电子泵读成 0 W。
• ⛔ 不得双重计入：在电耗里算一遍、又在附件损失里算一遍。这在两个部门各自出账时特别容易发生，因为两边的口径都各自自洽。

⇒ 本课能给的只有两样：这一项该记在哪一格（电子泵记电耗，再按 1.3 节的链折回曲轴口径参与对比），以及折算链本身（两条链、级数不同）。整车能量流的账本结构怎么划分、各格之间怎么闭合，本课⛔ 不判，去向 B 板块的整车能量流课题。

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1.8 本讲的边界：驱动流量的那个硬件件，本课不讲

本课讲的是按需冷却的控制策略，以及电子泵在这条链上怎么用。本讲前三节关于皮带泵的三条对照结论（流量被 n_eng 绑死、P ∝ n³、定尺寸点只有一个）本课只用结论，⛔ 不推部件——它们的部件依据在别处。下面每一样都写出来并带去向，⛔ 不靠沉默表示它不在射程内：

不讲的	去向
机械水泵总成结构、水封与轴承、离合式或可变流量式机械泵的实现路径、机械泵与电子泵并联时的硬件侧接口	G5-06 机械水泵与可变流量/离合器水泵：总成结构、水封失效与混动并联
电子泵本体结构、扬程—流量特性怎么取得、选型细节、驱动器降额曲线、PWM／LIN 调速范围	G5-01 电子水泵结构、扬程—流量匹配与选型
泵的转速闭环与软起动	G5-03 泵的无刷电机、驱动与噪声控制
泵与风机工作点匹配的一般方法	A2-02 泵与风机的工作点、特性曲线与匹配
冷却液配方、浓度与物性	H7-01 冷却液（乙二醇型）配方、性能与劣化

⚠ 反过来也要说清本课可以写什么：泵的通用物理形式——相似律三条、效率链与四个折算级——本课写，因为它们是判断收益所必需的通用关系；而具体件的结构、特性曲线的取得方法与标定方法，归各自的主课。

标准。本讲不引任何标准条款。本课会撞到的标准是三个体系：汽车电子水泵与冷却系统相关的国家标准体系、汽车水泵的行业标准体系、以及功能安全体系（失效安全路径与降级动作要接进整车功能安全流程，第 8 讲）。本课只写它们管什么、本课哪一步会撞到它们，⛔ 不写条款内容、⛔ 不写限值、⛔ 不写等级号——等级由整车层的危害分析与风险评估定，本课不判。版次与日期一律以现行目录为准，引用前须核，⛔ 不钉死年份。

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本讲小结：机械泵的流量被 i_belt·n_eng 绑死，供需两条曲线只能交于一点，而两个错误方向谁在左谁在右由定尺寸点决定——「怠速不足、高速过量」是有前提的半句话。相似律三条一起给，转速比 3 就是功率比 27，但那是同一条阻力曲线上的上界，⛔ 不得反向要求实测也是 27。报功率必须写明折到哪一级：机械泵两级、电子泵五级，同一工作点上电子泵折到曲轴贵一倍（208 W vs 103 W）⇒ 换泵本身不省功，它买到的是一个自由度。收益有三类，只有第一类落在瓦特这条轴上，⛔ 三类不可相加；混动／增程收益最大是因为停机时间占比把第②③类的权重顶了上去，⛔ 不是因为泵更好。最后，寄生功从曲轴账挪进电耗账是记账口径的迁移，⛔ 不是收益。⇒ 下一讲把「需要多少流量」变成一条可下发的指令，并定死它允许落在哪个区间里。