寶馬B48 TU系列發(fā)動機(jī)分段冷卻系統(tǒng)控制過程解析

黃宜坤

（遼寧省交通高等?？茖W(xué)校，遼寧 沈陽 110122）

寶馬B48 TU系列發(fā)動機(jī)分段冷卻系統(tǒng)控制過程解析

黃宜坤

（遼寧省交通高等專科學(xué)校，遼寧 沈陽 110122）

本文介紹了寶馬B48 TU系列發(fā)動機(jī)分段冷卻控制系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)組成和控制過程，對發(fā)動機(jī)在不同運(yùn)行工況下的冷卻需求所采取的調(diào)節(jié)過程進(jìn)行了解析，討論了分段冷卻控制的優(yōu)缺點(diǎn)以及進(jìn)一步優(yōu)化該系統(tǒng)的目標(biāo)和途徑。

發(fā)動機(jī)；分段冷卻控制；過程解析

隨著汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的要求不斷提高。寶馬集團(tuán)在新一代B48 TU系列發(fā)動機(jī)上采用了分段冷卻控制，發(fā)動機(jī)分段冷卻控制是全新開發(fā)的控制方案。

1 發(fā)動機(jī)分段冷卻系統(tǒng)的功能

發(fā)動機(jī)分段冷卻是根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作范圍通過控制電動分段冷卻閥 （SCV）的位置來控制熱量管理模塊 （取代了電子節(jié)溫器）所連接的發(fā)動機(jī)不同冷卻回路的流通量。例如，在暖機(jī)階段以及部分負(fù)荷運(yùn)行模式下，可以根據(jù)需要阻斷冷卻液流過曲軸箱。在此情況下，冷卻液只流經(jīng)氣缸蓋。在暖機(jī)階段可使發(fā)動機(jī)更快達(dá)到其運(yùn)動溫度，在部分負(fù)荷運(yùn)行模式下可實(shí)現(xiàn)低排放發(fā)動機(jī)運(yùn)行。

2 發(fā)動機(jī)分段冷卻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

圖1 熱管理模塊內(nèi)部連接關(guān)系

發(fā)動機(jī)采用分段冷卻控制的冷卻系統(tǒng)，其核心部件是熱管理模塊。熱管理模塊是一個新型的電動節(jié)溫器，他取代了傳統(tǒng)的電子節(jié)溫器。熱管理模塊的電動驅(qū)動裝置由一個直流馬達(dá)、變速機(jī)構(gòu)和位置傳感器組成，其內(nèi)部電路連接關(guān)系如圖1所示?？刂茊卧刂浦绷黢R達(dá)在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)滑閥的位置，傳感器進(jìn)行監(jiān)控。

一方面，熱量管理模塊內(nèi)的一個旋轉(zhuǎn)滑閥通過可變方式接通或封閉不同冷卻通道的開啟橫截面，以此對不同發(fā)動機(jī)部件進(jìn)行冷卻；另外，還可以根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)的冷卻要求，通過調(diào)節(jié)開啟橫截面面積的大小，以精確方式調(diào)節(jié)熱量管理模塊所連接冷卻通道的流量，達(dá)到最佳的冷卻效果，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 熱管理模塊結(jié)構(gòu)圖

3 分段冷卻控制在不同發(fā)動機(jī)工況運(yùn)行調(diào)節(jié)過程

熱管理模塊可以控制內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)滑閥，根據(jù)旋轉(zhuǎn)滑閥的扭轉(zhuǎn)角度來改變不同冷卻通道的打開或關(guān)閉的橫截面積。熱管理模塊內(nèi)旋轉(zhuǎn)滑閥的位置在不同的發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)下工況下也不相同，如圖3顯示的是B48TU發(fā)動機(jī)從冷起動開始直至最大冷卻需求時(shí)的不同發(fā)動機(jī)運(yùn)行階段的旋轉(zhuǎn)滑閥調(diào)節(jié)過程和位置曲線關(guān)系。

圖3 旋轉(zhuǎn)滑閥調(diào)節(jié)過程和位置

3.1 冷起動階段

調(diào)節(jié)過程圖上A點(diǎn)表示發(fā)動機(jī)完全冷卻后的冷起動。在冷起動階段，冷卻液只通過一個短接管路在冷卻液泵內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。熱量管理模塊內(nèi)的旋轉(zhuǎn)滑閥封閉冷卻液管路，由此產(chǎn)生的過壓使冷卻液泵內(nèi)的安全閥開啟 （開啟壓力為2.2 bar）并使冷卻液在冷卻液泵內(nèi)循環(huán)。

3.2 暖機(jī)階段

B區(qū)域表示暖機(jī)階段的旋轉(zhuǎn)滑閥開啟角度。在暖機(jī)階段，在熱量管理模塊內(nèi)除開啟短接管路外還會開啟暖風(fēng)連接。冷卻液經(jīng)過氣缸蓋、廢氣渦輪增壓器和發(fā)動機(jī)油/冷卻液熱交換器。此時(shí)電動分段冷卻閥關(guān)閉，沒有冷卻液經(jīng)過發(fā)動機(jī)缸體（分段冷卻）。

3.3 正常運(yùn)行溫度階段

C區(qū)域表示發(fā)動機(jī)達(dá)到運(yùn)行溫度時(shí)的旋轉(zhuǎn)滑閥位置。在此階段通過控制旋轉(zhuǎn)滑閥的位置，并根據(jù)冷卻液溫度不同程度地開啟相應(yīng)冷卻液管路的橫截面。冷卻液以不同體積流量經(jīng)過小冷卻液循環(huán)回路、大冷卻液循環(huán)回路和暖風(fēng)循環(huán)回路。根據(jù)負(fù)荷要求，通過電動分段冷卻閥開啟曲軸箱的冷卻液接口，從而對曲軸箱進(jìn)行冷卻。曲軸箱冷卻液循環(huán)回路關(guān)閉的情況覆蓋較大發(fā)動機(jī)運(yùn)行范圍。

3.4 最大冷卻需求

點(diǎn)E表示最大冷卻需求位置。為在動態(tài)負(fù)荷較高和/或車外溫度較高時(shí)提供最大冷卻能力，散熱器連接以100%開啟且小冷卻循環(huán)回路完全關(guān)閉。此外，暖風(fēng)循環(huán)回路以90%關(guān)閉，這樣可使最大冷卻液體積流量通過大冷卻液循環(huán)回路，從而實(shí)現(xiàn)最大冷卻能力。

4 對于分段冷卻控制的探討

寶馬B48 TU系列發(fā)動機(jī)熱量管理模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制過程具有降低制造成本、提高冷卻系統(tǒng)控制精度的優(yōu)點(diǎn)，對于降低發(fā)動機(jī)油耗和提高排放標(biāo)準(zhǔn)以及減少冷卻系統(tǒng)的機(jī)械磨損等方面有較好的改善。

由于熱量管理模塊內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)滑閥某一位置相對與多個冷卻液管路開度的橫截面積的大小在設(shè)計(jì)和制造過程中已經(jīng)確定并且不能更改，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在較復(fù)雜工況下的冷卻要求不能夠完全提供，一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，分段冷卻系統(tǒng)將進(jìn)入應(yīng)急運(yùn)行模式 （即按照發(fā)動機(jī)最大冷卻要求的模式進(jìn)行冷卻調(diào)節(jié)），將不能發(fā)揮該系統(tǒng)的節(jié)能、減排等優(yōu)點(diǎn)，需要進(jìn)一步優(yōu)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和部件的線性關(guān)系，更好的發(fā)揮其功效。

［1］BMW集團(tuán).技術(shù)培訓(xùn)產(chǎn)品信息B38/B48發(fā)動機(jī) ［Z］.2014：134.

［2］黃宜坤，李泰然.汽車發(fā)動機(jī)維修技術(shù) ［M］.北京：北京理工大學(xué)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

黃宜坤 （1977— ），男，山東省即墨人，實(shí)驗(yàn)師。研究方向：汽車電子電氣技術(shù)。