奧迪EA839 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)組成及工作原理分析

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蔣浩豐

1 奧迪EA839發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)介

奧迪EA839發(fā)動(dòng)機(jī)采用了最新的創(chuàng)新溫度管理（ITM）系統(tǒng)，創(chuàng)新溫度管理系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)的一個(gè)子系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)子系統(tǒng)將其狀態(tài)（如加熱要求、熱負(fù)荷等）發(fā)送給創(chuàng)新溫度管理系統(tǒng)。創(chuàng)新溫度管理根據(jù)需求激活相應(yīng)的執(zhí)行元件。創(chuàng)新溫度管理系統(tǒng)是針對(duì)于奧迪EA839發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的一項(xiàng)智能起動(dòng)和暖機(jī)程序的，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，冷卻液預(yù)熱快，三元催化轉(zhuǎn)換器達(dá)到工作溫度所需時(shí)間更短。

2 奧迪EA839發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)組成

如圖1所示，奧迪EA839發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)由可控式冷卻液泵、冷卻液截止閥、電加熱式節(jié)溫器、冷卻液循環(huán)泵、冷卻液續(xù)動(dòng)泵等部件組成，主要部件的相關(guān)介紹如下。

（1）可控式冷卻液泵?？煽厥嚼鋮s液泵安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前端，由多楔傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)。它將冷卻液輸送入氣缸蓋和氣缸體中的冷卻液循環(huán)管路中。另外，氣缸蓋的循環(huán)管路中還集成有廢氣渦輪增壓器、機(jī)油冷卻液熱交換器和駕駛室暖風(fēng)管路。可控式冷卻液泵配有一個(gè)調(diào)節(jié)滑閥，該調(diào)節(jié)滑閥借助真空被推動(dòng)。在有相應(yīng)的需求時(shí)，可以讓冷卻液不流動(dòng)（呈靜止?fàn)顟B(tài)）?？煽厥嚼鋮s液泵是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元和機(jī)械式冷卻液泵切換閥（N649）來操控的?？煽厥嚼鋮s液泵的工作示意如圖2所示。

（2）冷卻液截止閥。冷卻液截止閥安裝在氣缸排2的氣缸蓋上，它的作用是為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)快速預(yù)熱，當(dāng)它關(guān)閉時(shí)可以中斷從氣缸體到氣缸蓋的冷卻液液流。而這時(shí)冷卻液只流經(jīng)氣缸蓋和連接在氣缸蓋上的部件，如廢氣渦輪增壓器、機(jī)油冷卻液熱交換器及駕駛室暖風(fēng)管路。當(dāng)氣缸體內(nèi)的冷卻液熱起來后，該閥才會(huì)打開。冷卻液截止閥是一個(gè)機(jī)械式旋轉(zhuǎn)活塞閥，由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過氣缸蓋冷卻液電磁閥（N489）來激活。當(dāng)該閥被激活時(shí)，旋轉(zhuǎn)活塞會(huì)通過一個(gè)拉桿借助真空轉(zhuǎn)動(dòng)90°，從而中斷液流。如果該閥沒有被激活，那么該閥在彈簧力的作用下保持打開狀態(tài)。冷卻液截止閥的工作示意如圖3所示。

圖1 奧迪EA839發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)組成示意

（3）電加熱式節(jié)溫器（F265）。電加熱式節(jié)溫器安裝在氣缸體前方，它負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)小循環(huán)和大循環(huán)之間的冷卻液分配，并將冷卻液送至可控式冷卻液泵。該節(jié)溫器會(huì)根據(jù)負(fù)荷來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的冷卻液溫度，而發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的冷卻液溫度由發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的冷卻液溫度傳感器（G82）來檢測(cè)。因此，在部分負(fù)荷時(shí)，冷卻液溫度會(huì)被調(diào)節(jié)至105 ℃以下，從而大大減少了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦。而在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大時(shí)，該節(jié)溫器會(huì)將冷卻液溫度調(diào)節(jié)至90 ℃。在達(dá)到電加熱式節(jié)溫器開啟溫度時(shí)，電加熱式節(jié)溫器可借助于蠟膨脹元件打開朝向主散熱器方向的橫截面，與此同時(shí)，旁通通道的橫截面將會(huì)被關(guān)閉。通過蠟芯內(nèi)的一個(gè)加熱元件可以按特性曲線來降低這個(gè)開啟溫度，這個(gè)加熱元件是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元來操控的。電加熱式節(jié)溫器的工作示意如圖4所示。

（4）冷卻液循環(huán)泵（V50）和冷卻液續(xù)動(dòng)泵（V51）。V50負(fù)責(zé)暖風(fēng)熱交換器的冷卻液循環(huán)，V51負(fù)責(zé)廢氣渦輪增壓器內(nèi)的冷卻液循環(huán)。V50的激活請(qǐng)求來自空調(diào)控制單元，在需要暖風(fēng)時(shí)、智能起停模式中發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)和在有余熱需求時(shí)，都會(huì)激活V50。在某些工作條件下（比如車輛以最高車速行駛、爬陡坡或外部溫度很高時(shí)），當(dāng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，余熱可能會(huì)導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)過熱，那么V51可以繼續(xù)工作，與此同時(shí)散熱器風(fēng)扇也將工作，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。V50和V51結(jié)構(gòu)相同，且都是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)進(jìn)行控制。

3 EA839發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)工作原理

3.1 冷卻系統(tǒng)不循環(huán)

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)，可控式冷卻液泵由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元來操控并切換為零供液（即前文所說的可控式冷卻液泵處于關(guān)閉狀態(tài)）。此時(shí)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的冷卻液不流動(dòng)，冷卻液就能快速升溫，尤其是氣缸蓋內(nèi)的冷卻液升溫更快（氣缸蓋上集成有一體式排氣支管）。冷卻液溫度傳感器（G62）將冷卻液溫度信號(hào)發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，當(dāng)冷卻液溫度升到一定值時(shí)，可控式冷卻液泵開始打開，進(jìn)入氣缸蓋小循環(huán)。

圖2 可控式冷卻液泵工作示意

圖3 冷卻液截止閥的工作示意

圖4 電加熱式節(jié)溫器的工作示意

3.2 氣缸蓋小循環(huán)

當(dāng)可控式冷卻液泵打開后，冷卻液就流向兩側(cè)的氣缸蓋和氣缸體，但此時(shí)冷卻液截止閥被激活（即N489通電），如前文所述，氣缸體中的冷卻液液流被堵住，冷卻液只能流向氣缸蓋和連接在氣缸蓋上的部件，冷卻液的流動(dòng)途徑為：冷卻液經(jīng)可控式冷卻液泵輸送至氣缸排1氣缸蓋、冷卻液續(xù)動(dòng)泵、廢氣渦輪增壓器，與氣缸排2氣缸蓋內(nèi)的冷卻液匯合后再流向機(jī)油冷卻液熱交換器、電加熱式節(jié)溫器，最后流回可控式冷卻液泵。注意此時(shí)電加熱式節(jié)溫器并沒有打開，冷卻液從它的旁通通道流過。從流向可以看出，此階段流過的都是“用熱大戶”，如廢氣渦輪增壓器、機(jī)油冷卻液熱交換器等，而氣缸體中的冷卻液處于封閉狀態(tài)，于是冷卻液溫度會(huì)迅速升高。

3.3 氣缸體小循環(huán)

冷卻液溫度傳感器（G62）檢測(cè)氣缸體內(nèi)的冷卻液溫度，如果氣缸體內(nèi)的冷卻液溫度達(dá)到100 ℃左右，則冷卻液截止閥不再被激活（即N489斷電）。冷卻液截止閥打開，則氣缸體中的冷卻液開始流動(dòng)。冷卻液的流動(dòng)途徑分為兩路：氣缸蓋小循環(huán)和氣缸體小循環(huán)，氣缸蓋小循環(huán)如上文所述，而氣缸體小循環(huán)的路徑為：冷卻液經(jīng)可控式冷卻液泵輸送至氣缸排1的氣缸體和氣缸排2的氣缸體、冷卻液截止閥、電加熱式節(jié)溫器，最后流回可控式冷卻液泵。注意此時(shí)電加熱式節(jié)溫器還是沒有打開，冷卻液依舊從它的旁通通道流過。

3.4 冷卻系統(tǒng)大循環(huán)

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的冷卻液溫度傳感器（G82）傳遞的冷卻液溫度信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元判斷電加熱式節(jié)溫器需要打開，則通電加熱，加速石蠟熔化，電加熱式節(jié)溫器打開后使冷卻液流向散熱器，進(jìn)而形成冷卻系統(tǒng)大循環(huán)，最終將發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的冷卻液溫度調(diào)節(jié)在90 ℃～105 ℃。

4 結(jié)語

綜上所述，奧迪EA839發(fā)動(dòng)機(jī)的創(chuàng)新溫度管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的4種循環(huán)模式，是奧迪所有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中最復(fù)雜但同時(shí)也是最高效的。它對(duì)冷卻液溫度調(diào)節(jié)更加精確，且系統(tǒng)壓力損失也非常小。