奥迪A8车 FSI发动机热量管理系统结构与原理分析

2015-11-22南京交通职业技术学院211188蒋浩丰

汽车维护与修理 2015年11期

南京交通职业技术学院（211188）蒋浩丰

南京交通职业技术学院（211188）蒋浩丰

奥迪A8车 FSI发动机热量管理系统是一种把发动机的热量进行最佳分配的电控调节系统，负责工作的是新研制的管理模块“热量管理系统”（ITM），它整体集成在发动机控制单元中。通过对热量的管理，使发动机处于最佳的工作状态，同时降低能量损失，系统会始终考虑加热和空调系统的需求，通过冷却液截流阀和电控节温器对冷却液的流量进行调节。

1 奥迪A8车 FSI发动机热量管理系统的构成及主要元件结构

发动机在燃烧过程中，气缸与燃烧室内的气体温度最高达2 073 ℃～2 273 ℃。因此，必须在发动机上设置冷却装置，在发动机高温工作时对发动机进行冷却，确保发动机正常工作。然而对于发动机的冷却强度的控制是至关重要的，冷却不足，会造成发动机过热导致充气量下降从而影响发动机的功率。同时，过高的温度会使润滑油黏度降低，导致机件磨损加剧，影响发动机的使用寿命。冷却过度会使发动机过冷，影响可燃混合气的形成，从而加大油耗。冷却系的组成由冷却液泵、节温器、冷却风扇、散热器等组成。对于冷却强度的控制，通常是通过节温器控制大小循环。

奥迪A8车 FSI发动机的热量管理系统就是在冷却系的基础上，对发动机产生的热量进行调节，具体方法是：通过一系列的阀门将冷却液分配到发动机、变速器和车厢。系统会始终考虑到加热和空调系统的需求，以确保达到最佳的舒适性。空调控制单元和变速器控制单元通过CAN总线将其所需的热量反馈给发动机控制单元。发动机控制单元对这些信息和发动机所需热量进行权衡，确定优先顺序，从而控制热量管理系统组件。图1为发动机热量管理系统结构图，图2为发动机热量管理系统管路图。

1.1 冷却液截流阀

发动机在冷机状态时，发动机控制单元（J623）通过气缸盖冷却阀（N489）关闭冷却液截流阀（球阀），并封闭冷却液小循环回路（图3）。

发动机控制单元会根据边缘条件（环境温度、空调设置、发动机和变速器的温度）关闭冷却液循环回路中的所有阀门，使冷却液停止流动。这样，发动机的暖机速度会比普通的发动机更快。冷却液静止阶段约120 s。但是，静止的冷却液也不适用于某些例外情况，例如按下除霜键以后，加热装置急需热的冷却液来防止车窗玻璃起雾。

冷却液静止阶段过后，加热装置管路中的冷却液截流阀打开（图4），热的冷却液通常首先全部流入加热装置，从而使车厢温度迅速达到人身体舒适的水平。

车厢内达到设定的理想温度后，就打开变速器冷却液阀（N488），将热的冷却液提供给ATF热交换器，从而使热的冷却液流向变速器。由此，可以更快地加热ATF油，减小变速器内的摩擦，节省燃油消耗。当外部温度高，无需进行车厢加热时，空调系统不需要获取热量，此时就将冷却液直接用于变速器油加热。

当发动机部件温度经过发动机调节装置温度传感器（G694）的测量达到约105 ℃时，气缸盖冷却液阀（N489）和冷却液截流阀（球阀）将立即打开。

1.2 特性曲线节温器（F265）

节温器在冷却系统中起着至关重要的作用，能调节冷却液的大小循环，是冷却系统中一个重要的因素。奥迪A8车的特性曲线节温器采用全电动调节，通过采集温度信号可以对节温器的开度随时进行控制，让机体组件处于最佳的温度下进行工作。电子控制冷却系统以最小的更改改变了传统的冷却循环，完成了冷却循环的重新布置，冷却液的分配方法与节温器合成一个信号单元，发动机气缸体上不需要任何温度调节装置。

当冷却液温度达到95 ℃时，F265打开，接通大循环。把发动机的高温通过冷却液带到车外，保证发动机的正常工作。

当发动机全负荷运转时，发动机控制单元给特性曲线节温器通电，特性曲线节温器会关闭一些，将冷却液温度控制在99 ℃，在较高的冷却液温度下，有利于动力传动系统的平稳运行。

1.3 冷却液温度传感器（G62）

奥迪A8车为什么可以对冷却液温度进行如此准确的控制呢？这当然少不了冷却液温度传感器的作用。发动机控制单元通过接收冷却液温度传感器的信号了解冷却液的温度，当车辆的工作条件发生改变时，会计算出最佳的工作状态，通过改变冷却液截流阀的状态和节温器的开度对冷却液的温度进行调节，从而能达到最理想的工作状态。冷却液温度传感器的构成如图5所示，它安装在气缸盖温度最高的地方，采用螺纹连接，拧在气缸盖上，直接感受气缸盖的温度，螺纹的连接方式增加了热传导的面积，温度反映十分灵敏。该传感器采用热敏电阻的工作原理，电阻与温度之间有良好的线性关系，电阻率高，热容量小，反映速度快，在测温范围内化学物理特性稳定。

此传感器的目的是为了监控冷却液截流阀的临界温度，并防止冷却液静止阶段出现局部过热现象，在气缸盖靠近燃烧室的地方安装了冷却液温度传感器。如果冷却液温度超过了特性曲线范围，发动机控制单元将立即打开冷却液截流阀（球阀）打开通向冷却液泵的小循环回路。当负压不足时，承受弹簧负荷的真空管总是将通向冷却液泵的进口打开。一方面解决了局部出现过热的问题，另一方面也对冷却液进行实时监控。

2 奥迪A8 FSI 发动机热量管理系统工作原理

2.1 热量管理系统工作原理

2.1.1 冷却液流量的控制

热量管理系统的核心在于调节冷却液流量和流向，从而实现冷却液温度的控制。在流量的调节上主要有两个部件，一个是冷却液截流阀，另一个是电控节温器。发动机控制单元通过接收传感器的信号感知冷却液的温度，为了达到理想的温度，通过调节冷却液截流阀的状态和电控节温器的开度控制冷却液温度。冷却液截流阀在汽车刚起步时起主导作用，在冷却液截流阀球阀处于关闭状态时，切断冷却液的回流，使得带有热量的冷却液流向车身所需要的部位，使汽车迅速达到所需要的温度。当汽车温度达到目标温度时，冷却液截流阀球阀打开，进行小循环状态。电控节温器的作用是可以调节流量，通过接收传感器的信号任意改变节温器的开度，可以防止发动机内部出现局部过热现象，延长发动机寿命，调节发动机温度。

图6为发动机采用热量管理与普通冷却系统的油液温度变化对比。从图中可以看出带有热量管理系统的冷却液在低温时，温度上升比较快，使发动机更早的进入稳定的工作状态，减少热机时间。当发动机进入热机状态时冷却液的温度又低于不带有热量管理系统的发动机冷却液的温度，降低了发动机的工作温度，延长发动机的使用寿命。

2.1.2 冷却液流向的控制

冷却液的流向调节是通过热量管理模块控制的，它会根据车身的状况制定出最佳的分配路线。热量管理模块通过控制发动机控制单元，变速器控制单元以及空调控制单元实现对冷却液流向的控制，结合图1，进行如下分析。

在汽车冷机起动时，冷却液截流阀处于关闭状态，截断了小循环回路。使得冷却液温度迅速升高，减少发动机热机的时间。发动机以最快速度的进入最佳工作状态。随着温度的升高，冷却液截流阀打开，进行小循环，防止发动机温度过高。随着发动机温度继续升高，气缸盖冷却液电磁阀（N489）向特性曲线节温器（F265）提供反馈，F265打开进行大循环。热的冷却液首先到达前后暖风热交换器，对车厢进行加热，使得达到人体舒适水平。紧

接着打开变速器冷却液电磁阀（N488），对变速器油液进行加热，减小变速器内的阻力，节省燃油，减少机件的磨损。当变速器油液温度过高时，则关闭电磁阀（N488），打开变速器冷却阀（N509），这样冷的冷却液就可以从散热器经过冷却阀（N509）到冷却液连续循环泵（V51）再到达ATF热交换器，对变速器进行冷却，防止油液的变质。