奧迪A8車 FSI發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理分析

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （211188） 蔣浩豐

奧迪A8車 FSI發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理分析

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （211188） 蔣浩豐

奧迪A8車 FSI發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理系統(tǒng)是一種把發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量進(jìn)行最佳分配的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)工作的是新研制的管理模塊“熱量管理系統(tǒng)”（ITM），它整體集成在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中。通過對(duì)熱量的管理，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳的工作狀態(tài)，同時(shí)降低能量損失，系統(tǒng)會(huì)始終考慮加熱和空調(diào)系統(tǒng)的需求，通過冷卻液截流閥和電控節(jié)溫器對(duì)冷卻液的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1 奧迪A8車 FSI發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理系統(tǒng)的構(gòu)成及主要元件結(jié)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒過程中，氣缸與燃燒室內(nèi)的氣體溫度最高達(dá)2 073 ℃～2 273 ℃。因此，必須在發(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)置冷卻裝置，在發(fā)動(dòng)機(jī)高溫工作時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻，確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。然而對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻強(qiáng)度的控制是至關(guān)重要的，冷卻不足，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)過熱導(dǎo)致充氣量下降從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。同時(shí)，過高的溫度會(huì)使?jié)櫥宛ざ冉档?，?dǎo)致機(jī)件磨損加劇，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。冷卻過度會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過冷，影響可燃混合氣的形成，從而加大油耗。冷卻系的組成由冷卻液泵、節(jié)溫器、冷卻風(fēng)扇、散熱器等組成。對(duì)于冷卻強(qiáng)度的控制，通常是通過節(jié)溫器控制大小循環(huán)。

奧迪A8車 FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量管理系統(tǒng)就是在冷卻系的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體方法是：通過一系列的閥門將冷卻液分配到發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和車廂。系統(tǒng)會(huì)始終考慮到加熱和空調(diào)系統(tǒng)的需求，以確保達(dá)到最佳的舒適性。空調(diào)控制單元和變速器控制單元通過CAN總線將其所需的熱量反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元對(duì)這些信息和發(fā)動(dòng)機(jī)所需熱量進(jìn)行權(quán)衡，確定優(yōu)先順序，從而控制熱量管理系統(tǒng)組件。圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理系統(tǒng)管路圖。

1.1 冷卻液截流閥

發(fā)動(dòng)機(jī)在冷機(jī)狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（J623）通過氣缸蓋冷卻閥（N489）關(guān)閉冷卻液截流閥（球閥），并封閉冷卻液小循環(huán)回路（圖3）。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)根據(jù)邊緣條件（環(huán)境溫度、空調(diào)設(shè)置、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的溫度）關(guān)閉冷卻液循環(huán)回路中的所有閥門，使冷卻液停止流動(dòng)。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)速度會(huì)比普通的發(fā)動(dòng)機(jī)更快。冷卻液靜止階段約120 s。但是，靜止的冷卻液也不適用于某些例外情況，例如按下除霜鍵以后，加熱裝置急需熱的冷卻液來防止車窗玻璃起霧。

冷卻液靜止階段過后，加熱裝置管路中的冷卻液截流閥打開（圖4），熱的冷卻液通常首先全部流入加熱裝置，從而使車廂溫度迅速達(dá)到人身體舒適的水平。

車廂內(nèi)達(dá)到設(shè)定的理想溫度后，就打開變速器冷卻液閥（N488），將熱的冷卻液提供給ATF熱交換器，從而使熱的冷卻液流向變速器。由此，可以更快地加熱ATF油，減小變速器內(nèi)的摩擦，節(jié)省燃油消耗。當(dāng)外部溫度高，無(wú)需進(jìn)行車廂加熱時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)不需要獲取熱量，此時(shí)就將冷卻液直接用于變速器油加熱。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)部件溫度經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置溫度傳感器（G694）的測(cè)量達(dá)到約105 ℃時(shí)，氣缸蓋冷卻液閥（N489）和冷卻液截流閥（球閥）將立即打開。

1.2 特性曲線節(jié)溫器（F265）

節(jié)溫器在冷卻系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，能調(diào)節(jié)冷卻液的大小循環(huán)，是冷卻系統(tǒng)中一個(gè)重要的因素。奧迪A8車的特性曲線節(jié)溫器采用全電動(dòng)調(diào)節(jié)，通過采集溫度信號(hào)可以對(duì)節(jié)溫器的開度隨時(shí)進(jìn)行控制，讓機(jī)體組件處于最佳的溫度下進(jìn)行工作。電子控制冷卻系統(tǒng)以最小的更改改變了傳統(tǒng)的冷卻循環(huán)，完成了冷卻循環(huán)的重新布置，冷卻液的分配方法與節(jié)溫器合成一個(gè)信號(hào)單元，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上不需要任何溫度調(diào)節(jié)裝置。

當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到95 ℃時(shí)，F(xiàn)265打開，接通大循環(huán)。把發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫通過冷卻液帶到車外，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元給特性曲線節(jié)溫器通電，特性曲線節(jié)溫器會(huì)關(guān)閉一些，將冷卻液溫度控制在99 ℃，在較高的冷卻液溫度下，有利于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

1.3 冷卻液溫度傳感器（G62）

奧迪A8車為什么可以對(duì)冷卻液溫度進(jìn)行如此準(zhǔn)確的控制呢？這當(dāng)然少不了冷卻液溫度傳感器的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過接收冷卻液溫度傳感器的信號(hào)了解冷卻液的溫度，當(dāng)車輛的工作條件發(fā)生改變時(shí)，會(huì)計(jì)算出最佳的工作狀態(tài)，通過改變冷卻液截流閥的狀態(tài)和節(jié)溫器的開度對(duì)冷卻液的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能達(dá)到最理想的工作狀態(tài)。冷卻液溫度傳感器的構(gòu)成如圖5所示，它安裝在氣缸蓋溫度最高的地方，采用螺紋連接，擰在氣缸蓋上，直接感受氣缸蓋的溫度，螺紋的連接方式增加了熱傳導(dǎo)的面積，溫度反映十分靈敏。該傳感器采用熱敏電阻的工作原理，電阻與溫度之間有良好的線性關(guān)系，電阻率高，熱容量小，反映速度快，在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。

此傳感器的目的是為了監(jiān)控冷卻液截流閥的臨界溫度，并防止冷卻液靜止階段出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，在氣缸蓋靠近燃燒室的地方安裝了冷卻液溫度傳感器。如果冷卻液溫度超過了特性曲線范圍，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將立即打開冷卻液截流閥（球閥）打開通向冷卻液泵的小循環(huán)回路。當(dāng)負(fù)壓不足時(shí)，承受彈簧負(fù)荷的真空管總是將通向冷卻液泵的進(jìn)口打開。一方面解決了局部出現(xiàn)過熱的問題，另一方面也對(duì)冷卻液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 奧迪A8 FSI 發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理系統(tǒng)工作原理

2.1 熱量管理系統(tǒng)工作原理

2.1.1 冷卻液流量的控制

熱量管理系統(tǒng)的核心在于調(diào)節(jié)冷卻液流量和流向，從而實(shí)現(xiàn)冷卻液溫度的控制。在流量的調(diào)節(jié)上主要有兩個(gè)部件，一個(gè)是冷卻液截流閥，另一個(gè)是電控節(jié)溫器。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過接收傳感器的信號(hào)感知冷卻液的溫度，為了達(dá)到理想的溫度，通過調(diào)節(jié)冷卻液截流閥的狀態(tài)和電控節(jié)溫器的開度控制冷卻液溫度。冷卻液截流閥在汽車剛起步時(shí)起主導(dǎo)作用，在冷卻液截流閥球閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，切斷冷卻液的回流，使得帶有熱量的冷卻液流向車身所需要的部位，使汽車迅速達(dá)到所需要的溫度。當(dāng)汽車溫度達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，冷卻液截流閥球閥打開，進(jìn)行小循環(huán)狀態(tài)。電控節(jié)溫器的作用是可以調(diào)節(jié)流量，通過接收傳感器的信號(hào)任意改變節(jié)溫器的開度，可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。

圖6為發(fā)動(dòng)機(jī)采用熱量管理與普通冷卻系統(tǒng)的油液溫度變化對(duì)比。從圖中可以看出帶有熱量管理系統(tǒng)的冷卻液在低溫時(shí)，溫度上升比較快，使發(fā)動(dòng)機(jī)更早的進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)，減少熱機(jī)時(shí)間。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入熱機(jī)狀態(tài)時(shí)冷卻液的溫度又低于不帶有熱量管理系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

2.1.2 冷卻液流向的控制

冷卻液的流向調(diào)節(jié)是通過熱量管理模塊控制的，它會(huì)根據(jù)車身的狀況制定出最佳的分配路線。熱量管理模塊通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，變速器控制單元以及空調(diào)控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻液流向的控制，結(jié)合圖1，進(jìn)行如下分析。

在汽車?yán)錂C(jī)起動(dòng)時(shí)，冷卻液截流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，截?cái)嗔诵⊙h(huán)回路。使得冷卻液溫度迅速升高，減少發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)的時(shí)間。發(fā)動(dòng)機(jī)以最快速度的進(jìn)入最佳工作狀態(tài)。隨著溫度的升高，冷卻液截流閥打開，進(jìn)行小循環(huán)，防止發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度繼續(xù)升高，氣缸蓋冷卻液電磁閥（N489）向特性曲線節(jié)溫器（F265）提供反饋，F(xiàn)265打開進(jìn)行大循環(huán)。熱的冷卻液首先到達(dá)前后暖風(fēng)熱交換器，對(duì)車廂進(jìn)行加熱，使得達(dá)到人體舒適水平。緊

接著打開變速器冷卻液電磁閥（N488），對(duì)變速器油液進(jìn)行加熱，減小變速器內(nèi)的阻力，節(jié)省燃油，減少機(jī)件的磨損。當(dāng)變速器油液溫度過高時(shí)，則關(guān)閉電磁閥（N488），打開變速器冷卻閥（N509），這樣冷的冷卻液就可以從散熱器經(jīng)過冷卻閥（N509）到冷卻液連續(xù)循環(huán)泵（V51）再到達(dá)ATF熱交換器，對(duì)變速器進(jìn)行冷卻，防止油液的變質(zhì)。

3 結(jié)語(yǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)熱量管理系統(tǒng)的使用，使得汽車的性能更加優(yōu)越。熱量管理系統(tǒng)就是在冷卻系的基礎(chǔ)上對(duì)冷卻液進(jìn)行更深層次的調(diào)節(jié)，將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量充分的應(yīng)用。這種應(yīng)用可以讓車輛更加舒適，同時(shí)也有利于延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

2015-08-16）