第三代EA888發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)新型熱管理系統(tǒng)

文：初宏偉

第三代EA888發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)新型熱管理系統(tǒng)

文：初宏偉

大眾汽車(chē)近年來(lái)不斷推出致力于冷卻系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制新技術(shù)，如電控節(jié)溫器技術(shù)、電控?zé)o級(jí)冷卻風(fēng)扇技術(shù)、雙節(jié)溫器技術(shù)、雙循環(huán)冷卻技術(shù)以及渦輪增壓水冷技術(shù)等。最近在第三代EA888發(fā)動(dòng)機(jī)上推出了創(chuàng)新型發(fā)動(dòng)機(jī)熱能管理系統(tǒng)，其冷卻回路的主要特點(diǎn)是：在原來(lái)傳統(tǒng)節(jié)溫器控制大、小循環(huán)的基礎(chǔ)上全新開(kāi)發(fā)出運(yùn)用電控旋轉(zhuǎn)閥組件的創(chuàng)新型熱量管理系統(tǒng)。創(chuàng)新型熱量管理系統(tǒng)是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的一項(xiàng)智能冷起動(dòng)和暖機(jī)程序，它可實(shí)現(xiàn)全可變發(fā)動(dòng)機(jī)溫度調(diào)節(jié)，對(duì)冷卻液液流進(jìn)行目標(biāo)控制。在此，本文將對(duì)創(chuàng)新型熱量管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.創(chuàng)新型熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器構(gòu)件如圖1所示，旋轉(zhuǎn)閥組件包含：冷卻液泵、2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥、恒溫器、用于控制冷卻液液流的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器N493、帶轉(zhuǎn)向角度傳感器的齒輪以及驅(qū)動(dòng)冷卻液泵的平衡軸齒形皮帶。

旋轉(zhuǎn)閥組件主要特點(diǎn)是組件內(nèi)包含2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥元件，由發(fā)動(dòng)機(jī)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器N493通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)閥1通過(guò)一根軸由發(fā)動(dòng)機(jī)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器N493直接驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)閥2通過(guò)一個(gè)中間齒輪（針齒輪）在旋轉(zhuǎn)閥1上齒形門(mén)的作用力下運(yùn)轉(zhuǎn)。這表示旋轉(zhuǎn)閥1和2是通過(guò)機(jī)械方式聯(lián)動(dòng)的，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)互相影響。另一恒溫器帶有擴(kuò)張?jiān)涔δ苁亲鳛橐豁?xiàng)安全裝置（緊急恒溫器），發(fā)生故障時(shí)在113℃的溫度下啟動(dòng)。

2.旋轉(zhuǎn)閥組件的工作原理

執(zhí)行器電機(jī)如圖2所示，它通過(guò)一個(gè)齒輪驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥1，控制冷卻液在機(jī)油冷卻器、發(fā)動(dòng)機(jī)和主冷卻器之間流動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)越熱，執(zhí)行器電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥1旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力越大。旋轉(zhuǎn)閥2通過(guò)一個(gè)中間齒輪由旋轉(zhuǎn)閥1上的齒形門(mén)驅(qū)動(dòng)?？刂瓢迳系霓D(zhuǎn)向角傳感器（霍爾傳感器）將旋轉(zhuǎn)閥位置發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)且接續(xù)運(yùn)行模式結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)閥自動(dòng)設(shè)置為40°角。如果系統(tǒng)中有故障，發(fā)動(dòng)機(jī)可通過(guò)緊急恒溫器在此角度范圍內(nèi)運(yùn)行。如果沒(méi)有故障，且發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，旋轉(zhuǎn)閥角度被設(shè)置為160°。執(zhí)行器是通過(guò)圖譜由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元驅(qū)動(dòng)的。通過(guò)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)閥，可實(shí)現(xiàn)不同的開(kāi)關(guān)位置，從而讓暖機(jī)較快，并將發(fā)動(dòng)機(jī)溫度保持在86～107℃。

3.創(chuàng)新型熱管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)熱能管理系統(tǒng)控制邏輯圖（圖3）控制著正反轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)2個(gè)旋轉(zhuǎn)滑閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)冷卻液溫度智能控制。具體邏輯圖有3個(gè)基本控制范圍：暖機(jī)范圍、溫度控制范圍和持續(xù)運(yùn)行模式范圍。當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥1上的齒形門(mén)處于145°角位置時(shí)，它會(huì)接合旋轉(zhuǎn)閥2。冷卻液流向氣缸體，隨著旋轉(zhuǎn)閥2的旋轉(zhuǎn)，液流增加。當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥1處于85°時(shí)，旋轉(zhuǎn)閥2在達(dá)到其最大旋轉(zhuǎn)角度時(shí)斷開(kāi)聯(lián)接，冷卻液液流流向氣缸體的通道完全打開(kāi)。暖機(jī)范圍又分為3個(gè)調(diào)節(jié)階段：少量液流、暖機(jī)和調(diào)節(jié)（160°）。

冷卻液循環(huán)的控制如圖4所示。在以下內(nèi)容中，將舉例說(shuō)明從暖機(jī)范圍到溫度控制范圍再到接續(xù)運(yùn)行模式的調(diào)節(jié)順序。2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥位置各個(gè)階段是不同的，且每個(gè)階段無(wú)縫連接。其目的是盡可能使用氣缸內(nèi)燃油燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)給發(fā)動(dòng)機(jī)加熱。如果車(chē)輛乘員需要在“靜態(tài)冷卻液”階段進(jìn)行加熱，則會(huì)向車(chē)內(nèi)提供熱量。

（1）暖機(jī)（靜態(tài)冷卻液）

如圖5所示，為保持發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量，旋轉(zhuǎn)閥2關(guān)閉。這會(huì)中斷冷卻液泵的供給液流流向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體。旋轉(zhuǎn)閥1阻止來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器的回流以及來(lái)自主水冷卻器的回流。Climatronic自動(dòng)空調(diào)冷卻液切斷閥N422中斷流向制暖和空調(diào)系統(tǒng)的冷卻液液流。電動(dòng)冷卻液再循環(huán)泵V51關(guān)閉。

（2）暖機(jī)（少量液流）

如圖6所示，暖機(jī)范圍中的控制階段旨在通過(guò)排氣歧管的靜態(tài)冷卻液來(lái)防止氣缸蓋和渦輪增壓器過(guò)熱。當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥1的角度為145°時(shí)，旋轉(zhuǎn)閥2接合，并輕微開(kāi)啟，讓冷卻液流向氣缸體。現(xiàn)在，少量冷卻液流經(jīng)氣缸體、氣缸蓋和渦輪增壓器，流回旋轉(zhuǎn)閥組件和冷卻液泵。從而防止熱量聚集，氣缸蓋和渦輪增壓器過(guò)熱。

（3）暖機(jī)（少量液流）以及車(chē)內(nèi)制暖

如圖7所示，如果在此階段需要對(duì)車(chē)內(nèi)制暖，Climatronic自動(dòng)空調(diào)冷卻液切斷閥N422開(kāi)啟，且電動(dòng)冷卻液再循環(huán)泵V51開(kāi)始輸送液體。旋轉(zhuǎn)閥2暫時(shí)中斷，冷卻液流向氣缸體。冷卻液被導(dǎo)向氣缸蓋、渦輪增壓器和加熱器交換器。這會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)階段更長(zhǎng)。Climatronic自動(dòng)空調(diào)冷卻液切斷閥N422和冷卻液再循環(huán)泵V51的激活總是符合后續(xù)控制范圍的需求。流到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體的冷卻液液流減少，或在需要時(shí)被旋轉(zhuǎn)閥2阻止。

（4）暖機(jī)（開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻功能）

如圖8所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過(guò)程中開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器，旋轉(zhuǎn)閥移至120°角位置，相關(guān)連接裝置打開(kāi)，讓冷卻液流至機(jī)油冷卻器。因?yàn)樾D(zhuǎn)閥2仍然接合，該閥進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，從而增加流經(jīng)氣缸體的冷卻液液流。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體內(nèi)分布大量熱量，余熱通過(guò)機(jī)油冷卻器釋放出去。

（5）溫度控制范圍

創(chuàng)新型熱量管理系統(tǒng)以無(wú)縫方式從暖機(jī)范圍過(guò)渡到溫度控制范圍。旋轉(zhuǎn)閥組件調(diào)節(jié)是動(dòng)態(tài)的，而且根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷而定。如圖9所示，為了釋放余熱，接自旋轉(zhuǎn)閥組件的主冷卻器連接件打開(kāi)。為此，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器N493根據(jù)需要釋放的熱量的多少，將旋轉(zhuǎn)閥1置于0°至85°的角度位置。當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥1處于0°角位置時(shí)，接至主冷卻器的連接件完全開(kāi)啟。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)在較低的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下（部分負(fù)載范圍）運(yùn)行，如圖10所示，熱量管理系統(tǒng)會(huì)將冷卻液溫度調(diào)節(jié)至107℃。因?yàn)椴恍枰康睦鋮s力，旋轉(zhuǎn)閥1暫時(shí)關(guān)閉接至主冷卻器的連接裝置。如果溫度上升到門(mén)限值以上，接至主冷卻器的連接裝置再次開(kāi)啟。需要穩(wěn)定地保持在開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)，從而將溫度盡可能恒定地保持在107℃。當(dāng)負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升時(shí)，通過(guò)完全打開(kāi)接至主冷卻器的連接裝置，冷卻液溫度減至85℃（滿負(fù)荷范圍）。

（6）關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的接續(xù)運(yùn)行模式

如圖11所示，為防止冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)在渦輪增壓器和氣缸蓋中沸騰，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)圖譜啟動(dòng)接續(xù)運(yùn)行功能。在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，此功能可運(yùn)行多達(dá)15 min。在接續(xù)運(yùn)行模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器N493的旋轉(zhuǎn)閥1處于160°至255°的位置。接續(xù)運(yùn)行模式中對(duì)冷卻程度的需求越高，則閥處于越高的角度位置。在255°時(shí)，接至主冷卻器回流管路的連接裝置完全打開(kāi)，因此能傳遞最大的熱量。旋轉(zhuǎn)閥2處于接續(xù)運(yùn)行模式位置，并未接合到旋轉(zhuǎn)閥1中。冷卻液再循環(huán)泵V51供給的冷卻液分為兩股支流，再流入冷卻液回路。一條支流流過(guò)氣缸蓋，然后流回冷卻液再循環(huán)泵V51。第二條支流通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥1流經(jīng)渦輪增壓器，流至主水冷卻器，同樣流回冷卻液再循環(huán)泵V51。當(dāng)處于接續(xù)運(yùn)行模式位置時(shí)，不會(huì)再向氣缸體供給冷卻液。

（7）緊急模式

如圖12所示，如果旋轉(zhuǎn)閥組件的溫度超過(guò)113℃，緊急恒溫器打開(kāi)通向主水冷卻器的旁通閥。如果旋轉(zhuǎn)閥組件發(fā)生故障，這一設(shè)計(jì)使得車(chē)輛能夠繼續(xù)行駛有限的距離。如果發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元沒(méi)有從發(fā)動(dòng)機(jī)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器N493接收到任何位置反饋，則它會(huì)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥，這樣，無(wú)論當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和運(yùn)行溫度如何，可確保最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻效果。