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第三代EA888发动机创新型热管理系统

2016-07-24初宏伟

汽车与驾驶维修(维修版) 2016年10期
关键词:液流冷却液冷却器

文:初宏伟

第三代EA888发动机创新型热管理系统

文:初宏伟

大众汽车近年来不断推出致力于冷却系统的精准控制新技术,如电控节温器技术、电控无级冷却风扇技术、双节温器技术、双循环冷却技术以及涡轮增压水冷技术等。最近在第三代EA888发动机上推出了创新型发动机热能管理系统,其冷却回路的主要特点是:在原来传统节温器控制大、小循环的基础上全新开发出运用电控旋转阀组件的创新型热量管理系统。创新型热量管理系统是针对发动机和变速器的一项智能冷起动和暖机程序,它可实现全可变发动机温度调节,对冷却液液流进行目标控制。在此,本文将对创新型热量管理系统的结构和原理进行详细介绍。

1.创新型热管理系统的结构

发动机温度调节执行器构件如图1所示,旋转阀组件包含:冷却液泵、2个旋转阀、恒温器、用于控制冷却液液流的发动机温度调节执行器N493、带转向角度传感器的齿轮以及驱动冷却液泵的平衡轴齿形皮带。

旋转阀组件主要特点是组件内包含2个旋转阀元件,由发动机温度调节执行器N493通过电力驱动。旋转阀1通过一根轴由发动机温度调节执行器N493直接驱动。旋转阀2通过一个中间齿轮(针齿轮)在旋转阀1上齿形门的作用力下运转。这表示旋转阀1和2是通过机械方式联动的,在运转时会互相影响。另一恒温器带有扩张元件,其功能是作为一项安全装置(紧急恒温器),发生故障时在113℃的温度下启动。

2.旋转阀组件的工作原理

执行器电机如图2所示,它通过一个齿轮驱动旋转阀1,控制冷却液在机油冷却器、发动机和主冷却器之间流动。发动机越热,执行器电机驱动旋转阀1旋转的驱动力越大。旋转阀2通过一个中间齿轮由旋转阀1上的齿形门驱动。控制板上的转向角传感器(霍尔传感器)将旋转阀位置发送至发动机控制单元。发动机停机且接续运行模式结束后,旋转阀自动设置为40°角。如果系统中有故障,发动机可通过紧急恒温器在此角度范围内运行。如果没有故障,且发动机起动,旋转阀角度被设置为160°。执行器是通过图谱由发动机控制单元驱动的。通过驱动相应的旋转阀,可实现不同的开关位置,从而让暖机较快,并将发动机温度保持在86~107℃。

3.创新型热管理系统调节过程

发动机控制单元根据热能管理系统控制逻辑图(图3)控制着正反转电机运动,进而无级调节2个旋转滑阀的开度,实现冷却液温度智能控制。具体逻辑图有3个基本控制范围:暖机范围、温度控制范围和持续运行模式范围。当旋转阀1上的齿形门处于145°角位置时,它会接合旋转阀2。冷却液流向气缸体,随着旋转阀2的旋转,液流增加。当旋转阀1处于85°时,旋转阀2在达到其最大旋转角度时断开联接,冷却液液流流向气缸体的通道完全打开。暖机范围又分为3个调节阶段:少量液流、暖机和调节(160°)。

冷却液循环的控制如图4所示。在以下内容中,将举例说明从暖机范围到温度控制范围再到接续运行模式的调节顺序。2个旋转阀位置各个阶段是不同的,且每个阶段无缝连接。其目的是尽可能使用气缸内燃油燃烧产生的热量来给发动机加热。如果车辆乘员需要在“静态冷却液”阶段进行加热,则会向车内提供热量。

(1)暖机(静态冷却液)

如图5所示,为保持发动机内燃烧产生的热量,旋转阀2关闭。这会中断冷却液泵的供给液流流向发动机气缸体。旋转阀1阻止来自发动机机油冷却器的回流以及来自主水冷却器的回流。Climatronic自动空调冷却液切断阀N422中断流向制暖和空调系统的冷却液液流。电动冷却液再循环泵V51关闭。

(2)暖机(少量液流)

如图6所示,暖机范围中的控制阶段旨在通过排气歧管的静态冷却液来防止气缸盖和涡轮增压器过热。当旋转阀1的角度为145°时,旋转阀2接合,并轻微开启,让冷却液流向气缸体。现在,少量冷却液流经气缸体、气缸盖和涡轮增压器,流回旋转阀组件和冷却液泵。从而防止热量聚集,气缸盖和涡轮增压器过热。

(3)暖机(少量液流)以及车内制暖

如图7所示,如果在此阶段需要对车内制暖,Climatronic自动空调冷却液切断阀N422开启,且电动冷却液再循环泵V51开始输送液体。旋转阀2暂时中断,冷却液流向气缸体。冷却液被导向气缸盖、涡轮增压器和加热器交换器。这会让发动机的暖机阶段更长。Climatronic自动空调冷却液切断阀N422和冷却液再循环泵V51的激活总是符合后续控制范围的需求。流到发动机气缸体的冷却液液流减少,或在需要时被旋转阀2阻止。

(4)暖机(开启发动机冷却功能)

如图8所示,在发动机暖机过程中开启发动机机油冷却器,旋转阀移至120°角位置,相关连接装置打开,让冷却液流至机油冷却器。因为旋转阀2仍然接合,该阀进一步旋转,从而增加流经气缸体的冷却液液流。发动机气缸体内分布大量热量,余热通过机油冷却器释放出去。

(5)温度控制范围

创新型热量管理系统以无缝方式从暖机范围过渡到温度控制范围。旋转阀组件调节是动态的,而且根据发动机负荷而定。如图9所示,为了释放余热,接自旋转阀组件的主冷却器连接件打开。为此,发动机温度调节执行器N493根据需要释放的热量的多少,将旋转阀1置于0°至85°的角度位置。当旋转阀1处于0°角位置时,接至主冷却器的连接件完全开启。

如果发动机在较低的负荷和转速下(部分负载范围)运行,如图10所示,热量管理系统会将冷却液温度调节至107℃。因为不需要全部的冷却力,旋转阀1暂时关闭接至主冷却器的连接装置。如果温度上升到门限值以上,接至主冷却器的连接装置再次开启。需要稳定地保持在开启和关闭状态,从而将温度尽可能恒定地保持在107℃。当负荷和发动机转速提升时,通过完全打开接至主冷却器的连接装置,冷却液温度减至85℃(满负荷范围)。

(6)关闭发动机时的接续运行模式

如图11所示,为防止冷却液在发动机停机时在涡轮增压器和气缸盖中沸腾,发动机控制单元通过图谱启动接续运行功能。在发动机停机后,此功能可运行多达15 min。在接续运行模式中,发动机温度调节执行器N493的旋转阀1处于160°至255°的位置。接续运行模式中对冷却程度的需求越高,则阀处于越高的角度位置。在255°时,接至主冷却器回流管路的连接装置完全打开,因此能传递最大的热量。旋转阀2处于接续运行模式位置,并未接合到旋转阀1中。冷却液再循环泵V51供给的冷却液分为两股支流,再流入冷却液回路。一条支流流过气缸盖,然后流回冷却液再循环泵V51。第二条支流通过旋转阀1流经涡轮增压器,流至主水冷却器,同样流回冷却液再循环泵V51。当处于接续运行模式位置时,不会再向气缸体供给冷却液。

(7)紧急模式

如图12所示,如果旋转阀组件的温度超过113℃,紧急恒温器打开通向主水冷却器的旁通阀。如果旋转阀组件发生故障,这一设计使得车辆能够继续行驶有限的距离。如果发动机控制单元没有从发动机温度调节执行器N493接收到任何位置反馈,则它会驱动旋转阀,这样,无论当前的发动机负荷和运行温度如何,可确保最佳的发动机冷却效果。

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