奧迪A8車 FSI發動機熱量管理系統結構與原理分析

南京交通職業技術學院 （211188） 蔣浩豐

奧迪A8車 FSI發動機熱量管理系統結構與原理分析

南京交通職業技術學院 （211188） 蔣浩豐

奧迪A8車 FSI發動機熱量管理系統是一種把發動機的熱量進行最佳分配的電控調節系統，負責工作的是新研制的管理模塊“熱量管理系統”（ITM），它整體集成在發動機控制單元中。通過對熱量的管理，使發動機處于最佳的工作狀態，同時降低能量損失，系統會始終考慮加熱和空調系統的需求，通過冷卻液截流閥和電控節溫器對冷卻液的流量進行調節。

1 奧迪A8車 FSI發動機熱量管理系統的構成及主要元件結構

發動機在燃燒過程中，氣缸與燃燒室內的氣體溫度最高達2 073 ℃～2 273 ℃。因此，必須在發動機上設置冷卻裝置，在發動機高溫工作時對發動機進行冷卻，確保發動機正常工作。然而對于發動機的冷卻強度的控制是至關重要的，冷卻不足，會造成發動機過熱導致充氣量下降從而影響發動機的功率。同時，過高的溫度會使潤滑油黏度降低，導致機件磨損加劇，影響發動機的使用壽命。冷卻過度會使發動機過冷，影響可燃混合氣的形成，從而加大油耗。冷卻系的組成由冷卻液泵、節溫器、冷卻風扇、散熱器等組成。對于冷卻強度的控制，通常是通過節溫器控制大小循環。

奧迪A8車 FSI發動機的熱量管理系統就是在冷卻系的基礎上，對發動機產生的熱量進行調節，具體方法是：通過一系列的閥門將冷卻液分配到發動機、變速器和車廂。系統會始終考慮到加熱和空調系統的需求，以確保達到最佳的舒適性。空調控制單元和變速器控制單元通過CAN總線將其所需的熱量反饋給發動機控制單元。發動機控制單元對這些信息和發動機所需熱量進行權衡，確定優先順序，從而控制熱量管理系統組件。圖1為發動機熱量管理系統結構圖，圖2為發動機熱量管理系統管路圖。

1.1 冷卻液截流閥

發動機在冷機狀態時，發動機控制單元（J623）通過氣缸蓋冷卻閥（N489）關閉冷卻液截流閥（球閥），并封閉冷卻液小循環回路（圖3）。

發動機控制單元會根據邊緣條件（環境溫度、空調設置、發動機和變速器的溫度）關閉冷卻液循環回路中的所有閥門，使冷卻液停止流動。這樣，發動機的暖機速度會比普通的發動機更快。冷卻液靜止階段約120 s。但是，靜止的冷卻液也不適用于某些例外情況，例如按下除霜鍵以后，加熱裝置急需熱的冷卻液來防止車窗玻璃起霧。

冷卻液靜止階段過后，加熱裝置管路中的冷卻液截流閥打開（圖4），熱的冷卻液通常首先全部流入加熱裝置，從而使車廂溫度迅速達到人身體舒適的水平。

車廂內達到設定的理想溫度后，就打開變速器冷卻液閥（N488），將熱的冷卻液提供給ATF熱交換器，從而使熱的冷卻液流向變速器。由此，可以更快地加熱ATF油，減小變速器內的摩擦，節省燃油消耗。當外部溫度高，無需進行車廂加熱時，空調系統不需要獲取熱量，此時就將冷卻液直接用于變速器油加熱。

當發動機部件溫度經過發動機調節裝置溫度傳感器（G694）的測量達到約105 ℃時，氣缸蓋冷卻液閥（N489）和冷卻液截流閥（球閥）將立即打開。

1.2 特性曲線節溫器（F265）

節溫器在冷卻系統中起著至關重要的作用，能調節冷卻液的大小循環，是冷卻系統中一個重要的因素。奧迪A8車的特性曲線節溫器采用全電動調節，通過采集溫度信號可以對節溫器的開度隨時進行控制，讓機體組件處于最佳的溫度下進行工作。電子控制冷卻系統以最小的更改改變了傳統的冷卻循環，完成了冷卻循環的重新布置，冷卻液的分配方法與節溫器合成一個信號單元，發動機氣缸體上不需要任何溫度調節裝置。

當冷卻液溫度達到95 ℃時，F265打開，接通大循環。把發動機的高溫通過冷卻液帶到車外，保證發動機的正常工作。

當發動機全負荷運轉時，發動機控制單元給特性曲線節溫器通電，特性曲線節溫器會關閉一些，將冷卻液溫度控制在99 ℃，在較高的冷卻液溫度下，有利于動力傳動系統的平穩運行。

1.3 冷卻液溫度傳感器（G62）

奧迪A8車為什么可以對冷卻液溫度進行如此準確的控制呢？這當然少不了冷卻液溫度傳感器的作用。發動機控制單元通過接收冷卻液溫度傳感器的信號了解冷卻液的溫度，當車輛的工作條件發生改變時，會計算出最佳的工作狀態，通過改變冷卻液截流閥的狀態和節溫器的開度對冷卻液的溫度進行調節，從而能達到最理想的工作狀態。冷卻液溫度傳感器的構成如圖5所示，它安裝在氣缸蓋溫度最高的地方，采用螺紋連接，擰在氣缸蓋上，直接感受氣缸蓋的溫度，螺紋的連接方式增加了熱傳導的面積，溫度反映十分靈敏。該傳感器采用熱敏電阻的工作原理，電阻與溫度之間有良好的線性關系，電阻率高，熱容量小，反映速度快，在測溫范圍內化學物理特性穩定。

此傳感器的目的是為了監控冷卻液截流閥的臨界溫度，并防止冷卻液靜止階段出現局部過熱現象，在氣缸蓋靠近燃燒室的地方安裝了冷卻液溫度傳感器。如果冷卻液溫度超過了特性曲線范圍，發動機控制單元將立即打開冷卻液截流閥（球閥）打開通向冷卻液泵的小循環回路。當負壓不足時，承受彈簧負荷的真空管總是將通向冷卻液泵的進口打開。一方面解決了局部出現過熱的問題，另一方面也對冷卻液進行實時監控。

2 奧迪A8 FSI 發動機熱量管理系統工作原理

2.1 熱量管理系統工作原理

2.1.1 冷卻液流量的控制

熱量管理系統的核心在于調節冷卻液流量和流向，從而實現冷卻液溫度的控制。在流量的調節上主要有兩個部件，一個是冷卻液截流閥，另一個是電控節溫器。發動機控制單元通過接收傳感器的信號感知冷卻液的溫度，為了達到理想的溫度，通過調節冷卻液截流閥的狀態和電控節溫器的開度控制冷卻液溫度。冷卻液截流閥在汽車剛起步時起主導作用，在冷卻液截流閥球閥處于關閉狀態時，切斷冷卻液的回流，使得帶有熱量的冷卻液流向車身所需要的部位，使汽車迅速達到所需要的溫度。當汽車溫度達到目標溫度時，冷卻液截流閥球閥打開，進行小循環狀態。電控節溫器的作用是可以調節流量，通過接收傳感器的信號任意改變節溫器的開度，可以防止發動機內部出現局部過熱現象，延長發動機壽命，調節發動機溫度。

圖6為發動機采用熱量管理與普通冷卻系統的油液溫度變化對比。從圖中可以看出帶有熱量管理系統的冷卻液在低溫時，溫度上升比較快，使發動機更早的進入穩定的工作狀態，減少熱機時間。當發動機進入熱機狀態時冷卻液的溫度又低于不帶有熱量管理系統的發動機冷卻液的溫度，降低了發動機的工作溫度，延長發動機的使用壽命。

2.1.2 冷卻液流向的控制

冷卻液的流向調節是通過熱量管理模塊控制的，它會根據車身的狀況制定出最佳的分配路線。熱量管理模塊通過控制發動機控制單元，變速器控制單元以及空調控制單元實現對冷卻液流向的控制，結合圖1，進行如下分析。

在汽車冷機起動時，冷卻液截流閥處于關閉狀態，截斷了小循環回路。使得冷卻液溫度迅速升高，減少發動機熱機的時間。發動機以最快速度的進入最佳工作狀態。隨著溫度的升高，冷卻液截流閥打開，進行小循環，防止發動機溫度過高。隨著發動機溫度繼續升高，氣缸蓋冷卻液電磁閥（N489）向特性曲線節溫器（F265）提供反饋，F265打開進行大循環。熱的冷卻液首先到達前后暖風熱交換器，對車廂進行加熱，使得達到人體舒適水平。緊

接著打開變速器冷卻液電磁閥（N488），對變速器油液進行加熱，減小變速器內的阻力，節省燃油，減少機件的磨損。當變速器油液溫度過高時，則關閉電磁閥（N488），打開變速器冷卻閥（N509），這樣冷的冷卻液就可以從散熱器經過冷卻閥（N509）到冷卻液連續循環泵（V51）再到達ATF熱交換器，對變速器進行冷卻，防止油液的變質。

3 結語

發動機熱量管理系統的使用，使得汽車的性能更加優越。熱量管理系統就是在冷卻系的基礎上對冷卻液進行更深層次的調節，將發動機產生的熱量充分的應用。這種應用可以讓車輛更加舒適，同時也有利于延長發動機的使用壽命。

2015-08-16）