宝马B48 TU系列发动机分段冷却系统控制过程解析

黄宜坤

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳 110122）

宝马B48 TU系列发动机分段冷却系统控制过程解析

黄宜坤

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳 110122）

本文介绍了宝马B48 TU系列发动机分段冷却控制系统的功能、结构组成和控制过程，对发动机在不同运行工况下的冷却需求所采取的调节过程进行了解析，讨论了分段冷却控制的优缺点以及进一步优化该系统的目标和途径。

发动机；分段冷却控制；过程解析

随着汽车发动机技术的快速发展，对于发动机冷却系统的要求不断提高。宝马集团在新一代B48 TU系列发动机上采用了分段冷却控制，发动机分段冷却控制是全新开发的控制方案。

1 发动机分段冷却系统的功能

发动机分段冷却是根据发动机的工作范围通过控制电动分段冷却阀 （SCV）的位置来控制热量管理模块 （取代了电子节温器）所连接的发动机不同冷却回路的流通量。例如，在暖机阶段以及部分负荷运行模式下，可以根据需要阻断冷却液流过曲轴箱。在此情况下，冷却液只流经气缸盖。在暖机阶段可使发动机更快达到其运动温度，在部分负荷运行模式下可实现低排放发动机运行。

2 发动机分段冷却控制系统结构组成

图1 热管理模块内部连接关系

发动机采用分段冷却控制的冷却系统，其核心部件是热管理模块。热管理模块是一个新型的电动节温器，他取代了传统的电子节温器。热管理模块的电动驱动装置由一个直流马达、变速机构和位置传感器组成，其内部电路连接关系如图1所示。控制单元控制直流马达在规定的范围内调节旋转滑阀的位置，传感器进行监控。

一方面，热量管理模块内的一个旋转滑阀通过可变方式接通或封闭不同冷却通道的开启横截面，以此对不同发动机部件进行冷却；另外，还可以根据发动机运行时的冷却要求，通过调节开启横截面面积的大小，以精确方式调节热量管理模块所连接冷却通道的流量，达到最佳的冷却效果，其内部结构如图2所示。

图2 热管理模块结构图

3 分段冷却控制在不同发动机工况运行调节过程

热管理模块可以控制内部的旋转滑阀，根据旋转滑阀的扭转角度来改变不同冷却通道的打开或关闭的横截面积。热管理模块内旋转滑阀的位置在不同的发动机工作状态下工况下也不相同，如图3显示的是B48TU发动机从冷起动开始直至最大冷却需求时的不同发动机运行阶段的旋转滑阀调节过程和位置曲线关系。

图3 旋转滑阀调节过程和位置

3.1 冷起动阶段

调节过程图上A点表示发动机完全冷却后的冷起动。在冷起动阶段，冷却液只通过一个短接管路在冷却液泵内进行循环。热量管理模块内的旋转滑阀封闭冷却液管路，由此产生的过压使冷却液泵内的安全阀开启 （开启压力为2.2 bar）并使冷却液在冷却液泵内循环。

3.2 暖机阶段

B区域表示暖机阶段的旋转滑阀开启角度。在暖机阶段，在热量管理模块内除开启短接管路外还会开启暖风连接。冷却液经过气缸盖、废气涡轮增压器和发动机油/冷却液热交换器。此时电动分段冷却阀关闭，没有冷却液经过发动机缸体（分段冷却）。

3.3 正常运行温度阶段

C区域表示发动机达到运行温度时的旋转滑阀位置。在此阶段通过控制旋转滑阀的位置，并根据冷却液温度不同程度地开启相应冷却液管路的横截面。冷却液以不同体积流量经过小冷却液循环回路、大冷却液循环回路和暖风循环回路。根据负荷要求，通过电动分段冷却阀开启曲轴箱的冷却液接口，从而对曲轴箱进行冷却。曲轴箱冷却液循环回路关闭的情况覆盖较大发动机运行范围。

3.4 最大冷却需求

点E表示最大冷却需求位置。为在动态负荷较高和/或车外温度较高时提供最大冷却能力，散热器连接以100%开启且小冷却循环回路完全关闭。此外，暖风循环回路以90%关闭，这样可使最大冷却液体积流量通过大冷却液循环回路，从而实现最大冷却能力。

4 对于分段冷却控制的探讨

宝马B48 TU系列发动机热量管理模块的结构特点和控制过程具有降低制造成本、提高冷却系统控制精度的优点，对于降低发动机油耗和提高排放标准以及减少冷却系统的机械磨损等方面有较好的改善。

由于热量管理模块内部的旋转滑阀某一位置相对与多个冷却液管路开度的横截面积的大小在设计和制造过程中已经确定并且不能更改，导致发动机在较复杂工况下的冷却要求不能够完全提供，一旦出现这种现象，分段冷却系统将进入应急运行模式 （即按照发动机最大冷却要求的模式进行冷却调节），将不能发挥该系统的节能、减排等优点，需要进一步优化其内部结构和部件的线性关系，更好的发挥其功效。

［1］BMW集团.技术培训产品信息B38/B48发动机 ［Z］.2014：134.

［2］黄宜坤，李泰然.汽车发动机维修技术 ［M］.北京：北京理工大学出版社，2016.

On the Process Analysis of BMW B48 TU Engine Stepped Cooling Control

HUANG Yi-kun

This paper introduces the function,structure and control process of the stepped cooling control system of BMW B48 TU series engine,analyzes the adjustment process of the engine cooling requirements under different operating conditions,and discusses the advantages and disadvantages of stepped cooling control and further optimization of the system goals and ways.

engine,stepped cooling control,process analysis

U472

A

1008-3812（2017）06-009-02

2017-11-02

黄宜坤 （1977— ），男，山东省即墨人，实验师。研究方向：汽车电子电气技术。