奧迪EA839 發動機冷卻系統組成及工作原理分析

南京交通職業技術學院 蔣浩豐

1 奧迪EA839發動機冷卻系統簡介

奧迪EA839發動機采用了最新的創新溫度管理（ITM）系統，創新溫度管理系統是發動機控制單元內的一個子系統，發動機的各個子系統將其狀態（如加熱要求、熱負荷等）發送給創新溫度管理系統。創新溫度管理根據需求激活相應的執行元件。創新溫度管理系統是針對于奧迪EA839發動機和變速器的一項智能起動和暖機程序的，它可實現全可變發動機溫度調節，對冷卻液液流進行目標控制，冷卻液預熱快，三元催化轉換器達到工作溫度所需時間更短。

2 奧迪EA839發動機冷卻系統組成

如圖1所示，奧迪EA839發動機冷卻系統由可控式冷卻液泵、冷卻液截止閥、電加熱式節溫器、冷卻液循環泵、冷卻液續動泵等部件組成，主要部件的相關介紹如下。

（1）可控式冷卻液泵。可控式冷卻液泵安裝在發動機前端，由多楔傳動帶驅動。它將冷卻液輸送入氣缸蓋和氣缸體中的冷卻液循環管路中。另外，氣缸蓋的循環管路中還集成有廢氣渦輪增壓器、機油冷卻液熱交換器和駕駛室暖風管路。可控式冷卻液泵配有一個調節滑閥，該調節滑閥借助真空被推動。在有相應的需求時，可以讓冷卻液不流動（呈靜止狀態）。可控式冷卻液泵是由發動機控制單元和機械式冷卻液泵切換閥（N649）來操控的。可控式冷卻液泵的工作示意如圖2所示。

（2）冷卻液截止閥。冷卻液截止閥安裝在氣缸排2的氣缸蓋上，它的作用是為了讓發動機快速預熱，當它關閉時可以中斷從氣缸體到氣缸蓋的冷卻液液流。而這時冷卻液只流經氣缸蓋和連接在氣缸蓋上的部件，如廢氣渦輪增壓器、機油冷卻液熱交換器及駕駛室暖風管路。當氣缸體內的冷卻液熱起來后，該閥才會打開。冷卻液截止閥是一個機械式旋轉活塞閥，由發動機控制單元通過氣缸蓋冷卻液電磁閥（N489）來激活。當該閥被激活時，旋轉活塞會通過一個拉桿借助真空轉動90°，從而中斷液流。如果該閥沒有被激活，那么該閥在彈簧力的作用下保持打開狀態。冷卻液截止閥的工作示意如圖3所示。

圖1 奧迪EA839發動機冷卻系統組成示意

（3）電加熱式節溫器（F265）。電加熱式節溫器安裝在氣缸體前方，它負責調節小循環和大循環之間的冷卻液分配，并將冷卻液送至可控式冷卻液泵。該節溫器會根據負荷來調節發動機出口處的冷卻液溫度，而發動機出口處的冷卻液溫度由發動機出口處的冷卻液溫度傳感器（G82）來檢測。因此，在部分負荷時，冷卻液溫度會被調節至105 ℃以下，從而大大減少了發動機內部摩擦。而在發動機負荷較大時，該節溫器會將冷卻液溫度調節至90 ℃。在達到電加熱式節溫器開啟溫度時，電加熱式節溫器可借助于蠟膨脹元件打開朝向主散熱器方向的橫截面，與此同時，旁通通道的橫截面將會被關閉。通過蠟芯內的一個加熱元件可以按特性曲線來降低這個開啟溫度，這個加熱元件是由發動機控制單元來操控的。電加熱式節溫器的工作示意如圖4所示。

（4）冷卻液循環泵（V50）和冷卻液續動泵（V51）。V50負責暖風熱交換器的冷卻液循環，V51負責廢氣渦輪增壓器內的冷卻液循環。V50的激活請求來自空調控制單元，在需要暖風時、智能起停模式中發動機停機時和在有余熱需求時，都會激活V50。在某些工作條件下（比如車輛以最高車速行駛、爬陡坡或外部溫度很高時），當關閉發動機后，余熱可能會導致冷卻系統過熱，那么V51可以繼續工作，與此同時散熱器風扇也將工作，以防止發動機過熱。V50和V51結構相同，且都是由發動機控制單元通過脈寬調制（PWM）信號進行控制。

3 EA839發動機冷卻系統工作原理

3.1 冷卻系統不循環

當發動機冷起動時，可控式冷卻液泵由發動機控制單元來操控并切換為零供液（即前文所說的可控式冷卻液泵處于關閉狀態）。此時整個發動機內的冷卻液不流動，冷卻液就能快速升溫，尤其是氣缸蓋內的冷卻液升溫更快（氣缸蓋上集成有一體式排氣支管）。冷卻液溫度傳感器（G62）將冷卻液溫度信號發送給發動機控制單元，當冷卻液溫度升到一定值時，可控式冷卻液泵開始打開，進入氣缸蓋小循環。

圖2 可控式冷卻液泵工作示意

圖3 冷卻液截止閥的工作示意

圖4 電加熱式節溫器的工作示意

3.2 氣缸蓋小循環

當可控式冷卻液泵打開后，冷卻液就流向兩側的氣缸蓋和氣缸體，但此時冷卻液截止閥被激活（即N489通電），如前文所述，氣缸體中的冷卻液液流被堵住，冷卻液只能流向氣缸蓋和連接在氣缸蓋上的部件，冷卻液的流動途徑為：冷卻液經可控式冷卻液泵輸送至氣缸排1氣缸蓋、冷卻液續動泵、廢氣渦輪增壓器，與氣缸排2氣缸蓋內的冷卻液匯合后再流向機油冷卻液熱交換器、電加熱式節溫器，最后流回可控式冷卻液泵。注意此時電加熱式節溫器并沒有打開，冷卻液從它的旁通通道流過。從流向可以看出，此階段流過的都是“用熱大戶”，如廢氣渦輪增壓器、機油冷卻液熱交換器等，而氣缸體中的冷卻液處于封閉狀態，于是冷卻液溫度會迅速升高。

3.3 氣缸體小循環

冷卻液溫度傳感器（G62）檢測氣缸體內的冷卻液溫度，如果氣缸體內的冷卻液溫度達到100 ℃左右，則冷卻液截止閥不再被激活（即N489斷電）。冷卻液截止閥打開，則氣缸體中的冷卻液開始流動。冷卻液的流動途徑分為兩路：氣缸蓋小循環和氣缸體小循環，氣缸蓋小循環如上文所述，而氣缸體小循環的路徑為：冷卻液經可控式冷卻液泵輸送至氣缸排1的氣缸體和氣缸排2的氣缸體、冷卻液截止閥、電加熱式節溫器，最后流回可控式冷卻液泵。注意此時電加熱式節溫器還是沒有打開，冷卻液依舊從它的旁通通道流過。

3.4 冷卻系統大循環

根據發動機出口處的冷卻液溫度傳感器（G82）傳遞的冷卻液溫度信號，發動機控制單元判斷電加熱式節溫器需要打開，則通電加熱，加速石蠟熔化，電加熱式節溫器打開后使冷卻液流向散熱器，進而形成冷卻系統大循環，最終將發動機出口處的冷卻液溫度調節在90 ℃～105 ℃。

4 結語

綜上所述，奧迪EA839發動機的創新溫度管理系統可以實現冷卻系統的4種循環模式，是奧迪所有發動機冷卻系統中最復雜但同時也是最高效的。它對冷卻液溫度調節更加精確，且系統壓力損失也非常小。