详解宝马车系N20发动机冷却系统

    一、发动机冷却
    1．概述
    N20发动机所用冷却系统与N55发动机非常相似，系统包括冷却液冷却和发动机机油冷却。N20发动机使用发动机机油／冷却液热交换器进行发动机机油冷却。通过数字式发动机电子系统内的热量管理协调器进行冷却系统调节，例如电动冷却液泵、特性曲线式节温器和电子扇。N20发动机冷却液循环回路如图1所示。

    冷却模块自身只有一个型号，只有热带国家规格且带有选装配置SA840高速调校的车辆上才附加安装一个独立式冷却液散热器，在右侧车轮罩内，电子扇的额定功率为600W。图2展示了相关部件的安装位置和布置方式。

    N20发动机冷却系统组件前视图如图3所示。

    2．热量管理系统功能
    热量管理系统确定当前冷却需求并相应调节冷却系统，在某些情况下甚至可以完全关闭冷却液泵，例如在暖机阶段让冷却液迅速加热时。在发动机停止运转且温度较高或冷却废气涡轮增压器时，冷却液泵在发动机静止状态下仍可继续输送冷却液。因此可以不根据发动机转速提出冷却功率要求。除特性曲线式节温器外，热量管理系统还能根据不同特性曲线控制冷却液泵。因此发动机管理系统可以根据行驶情况调节冷却液温度。以下温度范围通过发动机管理系统进行调节：
    109℃＝经济运行模式
    106℃＝正常运行模式
95℃＝高功率运行模式
80℃＝高功率运行模式和特性曲线式节温器供电
    发动机控制单元根据行驶情况识别到节省能量的“经济”运行范围时，发动机管理系统就会调节到较高温度109℃。在这个温度范围内发动机以相对较低的燃油需求量运行。温度较高时发动机内部摩擦减小。温度升高还有助于降低负荷较低情况下的耗油量。处于“高功率和特性曲线式节温器供电”运行模式时，驾驶员希望利用最佳发动机功率利用率。为此需将汽缸盖内的温度降至80℃。温度降低可以提高容积效率，从而提高发动机扭矩。发动机控制单元现在可根据相应行驶状况调节到特定运行范围，从而能够通过冷却系统影响耗油量和功率。系统保护如果发动机运行期间冷却液或发动机油温度过高，就会通过影响车辆的某些功能为发动机冷却系统提供更多能量。这些措施分为以下两种运行模式：
   （1）部件保护。冷却液温度超过117℃。主机油通道内机油压力和温度传感器上的发动机油温度超过143℃。措施：例如降低空调和发动机功率。
   （2）紧急情况。冷却液温度超过122℃。
主机油通道内机油压力和温度传感器上的发动机油温度超过151℃。措施：例如降低发动机功率至约90%。
    3．发动机内部冷却
    与N55动机一样，汽缸盖内的冷却液通道也围绕着喷射器并通过这种方式对其进行冷却。与N55发动机不同的是，在N20发动机曲轴箱内各汽缸之间的环岸上没有任何凹槽。取而代之的是，N20发动机的汽缸之间带有开孔，每侧两个位于中间，如图4所示。

    二、电动冷却液泵
    1．概述
    N20发动机所用电动冷却液泵与众多BMW发动机均相同，其额定电功率为400W。此冷却液泵是一个电动离心泵。由于发动机功率提高，电动冷却液泵的功率必须明显提高（N52: 200W和最大输送量7000L/h）。发动机机油冷却已与冷却液循环分离。
    2．功能描述
    发动机控制单元根据下列因素确定需要的冷却功率：发动机负荷、工作范围、温度传感器信号。
    发动机控制单元据此相应地控制电动冷却液泵，电动冷却液泵的电子控制装置自动调节转速，冷却液泵电机由系统的冷却液环绕冲洗，以此对电机和电子控制装置进行冷却，用冷却液对电动冷却液泵的轴承进行润滑，如图5所示。

    3．结构及内部连接
    冷却液泵中的电子控制装置对电机的功率进行电子控制，电子控制装置通过串行数据接口与发动机控制系统连接，通过总线端K1. 30为冷却液泵驱动装置供电，如图6所示。

    4．特性线及标准值
    对冷却液泵进行转速调节，涡轮增压机冷却液泵的工作点为0. 8bar。冷却液泵在最大燃油输送量9000L/h时功率为400W，如图7所示。

    涡轮增压器冷却液泵的额定值见表1。

    5．诊断提示—部件失灵
    在电动冷却液泵失灵时，预计将出现以下情况：在发动机控制单元中记录故障代码；以替代值紧急运行。
    一般提示：诊断在点火开关接通时启动。

    三、特性线节温器
    1．概述
    特性线节温器固定在冷却液泵壳体上。
    冷却液温度将影响：耗油量、功率、混合气形成的品质、有害物质的排放、部件的机械负载。
    优化这些参数时，不允许在不同的转速和负荷状态下采用固定的温度值。优化过程需要与各个工作点相对应的温度范围。通过特性线节温器，将接近最优化温度。

    2．功能描述
    通过发动机控制系统进行计算的输入端参数为：发动机转速、负荷、行驶速度、进气温度、冷却液温度。
    发动机控制系统根据上述输入端参数为每个工作点计算出最佳冷却液温度。可通过有目的地加热特性线节温器内的蜡元件以及根据需要控制电动风扇，来影响冷却液温度。在满负荷下，可通过较低的冷却液温度改善汽缸的进气程度，此外，还将通过较低的发动机温度，降低爆震危险，由此可正面影响功率和扭矩。特性线节温器如图8所示。

    有一个加热电阻位于特性线节温器的蜡元件内。发动机控制向这个加热电阻供电，由此将令蜡元件膨胀，并通过弹簧的弹簧力关闭汽缸盖的入口。该弹簧的任务是在蜡元件冷却时，将特性线节温器压回到静止位置。发动机冷机状态下的冷却循环是经过汽缸盖的入口，通过特性线节温器进入通向冷却液泵的回流管。
    3．结构及内部电路
    特性线节温器通过一个2芯插头连接进行连接，特性线节温器由发动机控制系统提供12V的车载电网电压。其触发通过发动机控制系统的接地一侧进行，如图9所示。

    4．温度变化和额定值
    加热元件的控制由发动机控制系统通过一条特性曲线，并根据实际行驶状况进行，如图10。

冷却液温度传感器的额定值见表2。

    5．诊断提示----部件失灵
    在特性线节温器失效时，预计将出现以下情况：发动机控制单元内出现故障代码存储记录；通过蜡元件进行的常规运行；美规：组合仪表内的排放警示灯亮起。

    四、冷却液温度传感器
    1．概述
    冷却液温度传感器拧在冷却液泵的壳体上，冷却液温度传感器将冷却液温度和发动机机油温度转换成一个电气参数（电阻值）。对此使用一个具有负温度系数（NTC）的电阻。冷却液温度还是用于下列计算的测量值：喷射量和怠速标准转速。
    2．功能描述
进行温度记录时，使用的是与温度有关的电阻器。该电路包括一个分压器，可对其测量与温度有关的电阻值。通过一条传感器特有的特性线转换成温度值。在冷却液温度传感器中安装有一个热敏电阻（NTC），其电阻值随温度的上升而下降，如图11所示。

    此电阻值根据温度在150～167kΩ的范围内变化，对应于－40～130℃的温度。
    3．结构及内部连接
    冷却液温度传感器通过一个2芯插头连接进行连接。此电阻是一个由发动机控制提供5V供电的分压器电路的部件，如图12所示。

    4．特性线及标准值
    电阻上的电压与冷却液温度有关。在发动机控制中存储了一个表格，此表格说明每个电压值的对应温度。借此可补偿电压和温度之间的非线性关系，如图13所示。

冷却液温度传感器的标准值见表3。

    5．诊断提示----部件失灵
    冷却液温度传感器失灵时，预计将出现以下情况：在发动机控制单元记录故障代码；以替代值紧急运行。

    五、水箱百叶窗驱动装置
    1．概述
    在前部车身中安装有一个通过伺服电机的主动式空气风门控制装置（水箱百叶窗驱动装置）。此主动式空气风门控制装置在需要时才打开水箱百叶窗，从而调节发动机和机组冷却的空气供应。
    2．功能描述
    发动机不断计算必要的制冷功率。只有确实需要提高冷却空气量时，发动机才打开水箱百叶窗。在行驶模式下通过关闭水箱百叶窗可缩短发动机的暖机阶段，因为在封闭更好的环境中可以更快达到工作温度。通过水箱的气流随着行驶速度的增大产生较高的空气阻力。在较高的速度范围内通过关闭水箱百叶窗可改善空气动力性能。于是降低耗油量并因此减小排放值，如图14所示。

    3．结构及内部连接
    水箱百叶窗驱动装置是一个直流电机。发动机控制系统通过LIN总线（局域互联网总线）与水箱百叶窗驱动装置连接。发动机控制系统通过一个按脉冲宽度调制的信号（PWM信号）控制水箱百叶窗驱动装置。水箱百叶窗有2个位置：打开和关闭，通过接线盒为水箱百叶窗驱动装置供电。、如图15所示。

    4．接通条件和标准值
    控制空气风门时要考虑下列评价标准：冷却液温度（冷却液温度传感器和水箱出口温度传感器，如果存在）、变速箱油温、机油温度、电子节温器的电流（如果存在）、负荷信号、发动机转速、行驶速度、电动风扇转速、挂车识别。
    水箱百叶窗驱动装置的标准值见表4。

    5．诊断提示----部件失灵
    水箱百叶窗驱动装置失灵时，预计将出现以下情况：在发动机控制单元中记录故障代码。
    一般提示：水箱百叶窗驱动装置保持在出现故障时其所处的位置，当冷却液温度传感器或电动风扇损坏时，水箱百叶窗的锁闭也被取消。

    六、电动风扇
    1．概述
    电动风扇的功率取决于车辆的机动化装置，电动风扇安装在冷却器后面。发动机控制系统控制电动风扇。发动机控制系统通过总线端K1. 30经一个继电器切换供电。电动风扇的断路继电器位置取决于规格：手套箱后部或者行李箱中蓄电池旁边。
    2．功能描述
    电动风扇由发动机控制单元通过一个按脉冲宽度调制的信号控制（分析通过风扇电子装置进行）。发动机控制单元通过一个按脉冲宽度调制的信号（7%～93%）控制水箱风扇的不同转速。小于7％和大于93％的脉冲负载参数都不会触发控制，而只被用于故障识别。水箱风扇转速受冷却液出口（水箱）处的冷却液温度和空调器中的压力影响。随着行驶速度的上升，水箱风扇转速被降低。在电动风扇空转时，发动机控制系统将频率降到10Hz。通过脉冲负载参数可以选择时间（最长11min和风扇转速，如图16所示。

    3．结构及内部连接
    电动风扇驱动装置是一个无刷电机。电动风扇有一个自己的分析电子装置，并通过一个按脉冲宽度调制的信号调节转速。正常运行时的脉冲负载参数（100Hz）被转换成转速信号。
    7％脉冲负载参数：待机模式（分析电子装置保持清醒）。
    11％脉冲负载参数：最小风扇转速（33％额定转速）。
    93％脉冲负载参数：最大风扇转速。
    97％脉冲负载参数：用于分析电子装置自诊断的命令。
    结构及内部连接如图17所示。

    4．特性线及标准值
    允许的工作温度介于－20～120℃之间。静态压力介于0～0.8×10 5Pa（0～0. 8bar）之间。与风扇功率有关的特性线如图18所示。

    5．诊断提示----部件失灵
    电动风扇失灵时，预计将出现以下情况：在发动机控制单元记录故障代码；功率降低（发动机过热时）；组合仪表上出现检查控制信息；发动机关闭后车前部的热临界部件会损坏（发动机停车升温）。
    一般提示：电子分析装置对临界状态进行一次内部故障诊断。如果识别到某个故障，则尽可能久地保持运行。如果通过脉冲宽度调制的控制失效，则用一个固定脉冲负载参数控制电动风扇紧急运行。
 

来源:网络