奥迪EA839 发动机冷却系统组成及工作原理分析

南京交通职业技术学院 蒋浩丰

1 奥迪EA839发动机冷却系统简介

奥迪EA839发动机采用了最新的创新温度管理（ITM）系统，创新温度管理系统是发动机控制单元内的一个子系统，发动机的各个子系统将其状态（如加热要求、热负荷等）发送给创新温度管理系统。创新温度管理根据需求激活相应的执行元件。创新温度管理系统是针对于奥迪EA839发动机和变速器的一项智能起动和暖机程序的，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，冷却液预热快，三元催化转换器达到工作温度所需时间更短。

2 奥迪EA839发动机冷却系统组成

如图1所示，奥迪EA839发动机冷却系统由可控式冷却液泵、冷却液截止阀、电加热式节温器、冷却液循环泵、冷却液续动泵等部件组成，主要部件的相关介绍如下。

（1）可控式冷却液泵。可控式冷却液泵安装在发动机前端，由多楔传动带驱动。它将冷却液输送入气缸盖和气缸体中的冷却液循环管路中。另外，气缸盖的循环管路中还集成有废气涡轮增压器、机油冷却液热交换器和驾驶室暖风管路。可控式冷却液泵配有一个调节滑阀，该调节滑阀借助真空被推动。在有相应的需求时，可以让冷却液不流动（呈静止状态）。可控式冷却液泵是由发动机控制单元和机械式冷却液泵切换阀（N649）来操控的。可控式冷却液泵的工作示意如图2所示。

（2）冷却液截止阀。冷却液截止阀安装在气缸排2的气缸盖上，它的作用是为了让发动机快速预热，当它关闭时可以中断从气缸体到气缸盖的冷却液液流。而这时冷却液只流经气缸盖和连接在气缸盖上的部件，如废气涡轮增压器、机油冷却液热交换器及驾驶室暖风管路。当气缸体内的冷却液热起来后，该阀才会打开。冷却液截止阀是一个机械式旋转活塞阀，由发动机控制单元通过气缸盖冷却液电磁阀（N489）来激活。当该阀被激活时，旋转活塞会通过一个拉杆借助真空转动90°，从而中断液流。如果该阀没有被激活，那么该阀在弹簧力的作用下保持打开状态。冷却液截止阀的工作示意如图3所示。

图1 奥迪EA839发动机冷却系统组成示意

（3）电加热式节温器（F265）。电加热式节温器安装在气缸体前方，它负责调节小循环和大循环之间的冷却液分配，并将冷却液送至可控式冷却液泵。该节温器会根据负荷来调节发动机出口处的冷却液温度，而发动机出口处的冷却液温度由发动机出口处的冷却液温度传感器（G82）来检测。因此，在部分负荷时，冷却液温度会被调节至105 ℃以下，从而大大减少了发动机内部摩擦。而在发动机负荷较大时，该节温器会将冷却液温度调节至90 ℃。在达到电加热式节温器开启温度时，电加热式节温器可借助于蜡膨胀元件打开朝向主散热器方向的横截面，与此同时，旁通通道的横截面将会被关闭。通过蜡芯内的一个加热元件可以按特性曲线来降低这个开启温度，这个加热元件是由发动机控制单元来操控的。电加热式节温器的工作示意如图4所示。

（4）冷却液循环泵（V50）和冷却液续动泵（V51）。V50负责暖风热交换器的冷却液循环，V51负责废气涡轮增压器内的冷却液循环。V50的激活请求来自空调控制单元，在需要暖风时、智能起停模式中发动机停机时和在有余热需求时，都会激活V50。在某些工作条件下（比如车辆以最高车速行驶、爬陡坡或外部温度很高时），当关闭发动机后，余热可能会导致冷却系统过热，那么V51可以继续工作，与此同时散热器风扇也将工作，以防止发动机过热。V50和V51结构相同，且都是由发动机控制单元通过脉宽调制（PWM）信号进行控制。

3 EA839发动机冷却系统工作原理

3.1 冷却系统不循环

当发动机冷起动时，可控式冷却液泵由发动机控制单元来操控并切换为零供液（即前文所说的可控式冷却液泵处于关闭状态）。此时整个发动机内的冷却液不流动，冷却液就能快速升温，尤其是气缸盖内的冷却液升温更快（气缸盖上集成有一体式排气支管）。冷却液温度传感器（G62）将冷却液温度信号发送给发动机控制单元，当冷却液温度升到一定值时，可控式冷却液泵开始打开，进入气缸盖小循环。

图2 可控式冷却液泵工作示意

图3 冷却液截止阀的工作示意

图4 电加热式节温器的工作示意

3.2 气缸盖小循环

当可控式冷却液泵打开后，冷却液就流向两侧的气缸盖和气缸体，但此时冷却液截止阀被激活（即N489通电），如前文所述，气缸体中的冷却液液流被堵住，冷却液只能流向气缸盖和连接在气缸盖上的部件，冷却液的流动途径为：冷却液经可控式冷却液泵输送至气缸排1气缸盖、冷却液续动泵、废气涡轮增压器，与气缸排2气缸盖内的冷却液汇合后再流向机油冷却液热交换器、电加热式节温器，最后流回可控式冷却液泵。注意此时电加热式节温器并没有打开，冷却液从它的旁通通道流过。从流向可以看出，此阶段流过的都是“用热大户”，如废气涡轮增压器、机油冷却液热交换器等，而气缸体中的冷却液处于封闭状态，于是冷却液温度会迅速升高。

3.3 气缸体小循环

冷却液温度传感器（G62）检测气缸体内的冷却液温度，如果气缸体内的冷却液温度达到100 ℃左右，则冷却液截止阀不再被激活（即N489断电）。冷却液截止阀打开，则气缸体中的冷却液开始流动。冷却液的流动途径分为两路：气缸盖小循环和气缸体小循环，气缸盖小循环如上文所述，而气缸体小循环的路径为：冷却液经可控式冷却液泵输送至气缸排1的气缸体和气缸排2的气缸体、冷却液截止阀、电加热式节温器，最后流回可控式冷却液泵。注意此时电加热式节温器还是没有打开，冷却液依旧从它的旁通通道流过。

3.4 冷却系统大循环

根据发动机出口处的冷却液温度传感器（G82）传递的冷却液温度信号，发动机控制单元判断电加热式节温器需要打开，则通电加热，加速石蜡熔化，电加热式节温器打开后使冷却液流向散热器，进而形成冷却系统大循环，最终将发动机出口处的冷却液温度调节在90 ℃～105 ℃。

4 结语

综上所述，奥迪EA839发动机的创新温度管理系统可以实现冷却系统的4种循环模式，是奥迪所有发动机冷却系统中最复杂但同时也是最高效的。它对冷却液温度调节更加精确，且系统压力损失也非常小。