N52发动机冷却系统、三级可变进气装置、控制模块解析
BMWCHE/2015-12-07/技术解析/阅读:次
一、冷却系统
(一)概述
(一)概述
传统发动机的冷却液泵输送量都是根据最高发动机冷却要求来设定的，而大部分情况下并不需要达到这种要求，因此多余冷却液大多以不使用的方式通过节温器在一个小循环回路内循环。N52发动机冷却系统也通过这种方式实现系统优化，从而避免功率损失。此外，该冷却系统能够根据发动机负荷调节温度范围。带有电动冷却液泵的 N52发动机冷却系统见下图。
1.散热器 2.散热器输出温度传感器
3.特性曲线式节温器(KFT) 4.电动冷却液泵(EWP)
3.特性曲线式节温器(KFT) 4.电动冷却液泵(EWP)
5.暧风装置热交换器 6.汽缸盖输出温度传感器
7.发动机油水热交换器(MOEWWT) 8.补液罐
7.发动机油水热交换器(MOEWWT) 8.补液罐
带有电动冷却液泵的冷却系统具有传统冷却系统的优点，此外，还可在发动机预热期间停用电动冷却液泵或在发动机静止期间让其继续运行，从而使发动机的冷却特性及效果得到较大改善。
(二)电动冷却液泵
1、结构及工作原理
N52发动机的电动冷却液泵结构见下图。
1.泵 2.发动机 3.电子模块(EWPU)
电动冷却液泵是一个电驱动式离心泵，其电子模块(EWPU)装在发动机连接盖板下，用于控制湿式转子电动机的功率。电子模块通过位串行数据接口与发动机控制模块相连。发动机控制模块根据发动机负荷、运行模式和温度传感器等数据确定冷却需求，并将相关信号发送至电子模块。
2、优点
电动冷却液泵的轴承利用冷却液进行润滑。有了电动冷却液泵就无需在发动机运转状态下实现暖机。在发动机关闭后，电动冷却液泵可以继续运行，以便散热。电动冷却液泵的优点见下表。
3、安装注意事项
安装电动冷却液泵时要注意，不能让该泵干运转。拆卸该泵进行保存时，泵内应加注冷却液。泵内未加注冷却液，泵的轴颈会黏住，影响以后泵的运行，造成整个热管理系统失灵，甚至造成发动机严重损坏。如果确实需要让泵进行干运转，那么必须在安装冷却液软管之前用手转动泵轮，保证有冷却液流过泵体。
4、加注冷却液和排气步骤
确保蓄电池电量充足，否则进行充电。加注冷却液和排气步骤如下：
(1)利用补液罐加注冷却液。加注冷却液至补液罐的下边缘处。
(2)堵住补液罐。
(3)打开点火开关。
(4)将暖风装置的温度调到最高，打开鼓风机(最低挡位)。
(5)将加速踏板踩到底并保持至少10s。切勿启动发动机。
(6)通过电动冷却液泵排气大约12min，然后检查 AGB内的液位，必要时加注至最高液位标记处。
(7)检査冷却循环回路和排液塞是否泄漏。
(8)如果需要多次重复上述操作步環，那么应完全关闭发动机，即关闭点火开关并拔出点火钥匙，约3min后从第三步开始操作。
(三)智能型热管理系统
1、控制原理
发动机控制模块根据实际冷却需求控制电动冷却液泵。当冷却需求较低且车外温度较低时，电动冷却液泵的功率较小。当冷却需求较高且车外温度较高时，电动冷却液泵的功率较大。在某些情况下甚至可以完全关闭电动冷却液泵，例如在暖机阶段为了迅速加热冷却液。但是，只有在不要求暖风运行且车外温度适合的情况下，才能完全关闭电动冷却液泵。
2、温度模式
在温度调节方面，电动冷却液泵的工作方式与传统冷却液泵不同。除了节温器特性曲线控制以外，热管理系统还可通过不同特性曲线控制电动冷却液泵。因此，发动机控制模块可以根据行驶状况调节发动机温度，这样就有4种温度控制模式。
(1)经济模式。经济模式的最高温度为112℃。发动机控制模块根据行驶状况启用经济模式，汽缸盖温度将被调到最高(112℃)。在经济模式下的温度范围内，发动机运行时的燃油需求相对较低，发动机内部摩擦减小。温度升高有助于降低油耗。
(2)正常模式。正常模式的最高温度105℃。
(3)高级模式。高级模式的最高温度为95℃。
(4)高级+KFT模式。该模式的最高温度为80℃。发动机控制模块根据行驶状况启用高级+KFT模式，从而利用冷却系统影响油耗和功率。在此模式下，汽缸盖温度降至80℃，容积效率得到提高，从而使发动机扭矩得到提高。
二、三级可变进气装置
(一)概述
发动机内产生的扭矩，在很大程度上取决于进气行程中新鲜空气进气质量。在各汽缸的进气行程中，气门开启时活塞下行使进气产生振荡。当进气汽缸的气流与该汽缸关闭的进气门相遇时，上述振荡就会与压力峰值产生的振荡相叠加，产生谐振或共振。
谐振可以使原始振荡放大或衰减。进气行程开始时，汽缸上进气门前出现的是压力峰值还是压力低谷，在很大程度上取决于叠加振荡在进气区域内的行程和发动机转速，即气流流速。因此，进气装置的几何形状和控制方式对汽缸换气质量影响很大。一根长度固定的进气管只能在特定发动机转速下产生最佳汽缸进气效果。为了在较大发动机转速范围内得到较高的扭矩，各种进气导管配置在不同的发动机上。例如，M54发动机装有一个带 DISA风门的二级可变进气装置。该 DISA风门由一个电磁阀和一个前置真空蓄能器控制。
在特定转速范围内提高扭矩是有条件的，例如对最高转速达7000r/min的 N52发动机，以前的二级可变进气装置就会在中等转速范围内产生一个扭矩低谷。为了在发动机中等转速范围内也产生较高扭矩，N52发动机装有三级可变进气装置，见下图。
1.进气集气管 3.谐振管 2.振荡管 4.溢流管
(二)控制原理
三级可变进气装置利用两个DISA执行机构和溢流管提高整个转速范围内的发动机扭矩。DISA执行机构有不同的挡位。以前，挡位的转换通过真空来实现。现在，这两个DISA执行机构分别由相应的电动机控制。电动机和DISA执行机构构成一个单元。
1、1挡谐振增压功能
当发动机怠速运转且转速范围较低时，DISA执行机构1和2处于关闭状态，进气经过节气门进入谐振管。进气量在谐振管内被分配，进气通过集气管和振荡管被送至各个汽缸内，这样各个汽缸都可获得等量的进气质量。N52发动机的l挡谐振增压功能见下图。
1、2、3、4、5、6.汽缸号
2、2挡谐振增压功能
当发动机处于中等转速时，DISA执行机构2打开。假设第一个汽缸的进气门刚刚关闭，在关闭进气门时气流产生一个压力峰值。该压力峰值通过振荡管和集气管送至点火顺序中的下一个汽缸处，从而改善下一个准备进气汽缸的新鲜空气进气质量。N52发动机的2挡谐振增压功能见图。
1、2、3、4、5、6.汽缸号
3、3挡谐振增压功能
当发动机转速较高时, 两个 DIsA执行机构都处于开启状态。此时假设第一个汽缸的进气门刚刚关闭，关闭进气门之前气流产生了一个压力山条值。 进气量通过振荡管、 溢流管和集气管进行输送。 N52发动机的3挡谐振增fli功能见图。
1、2、3、4、5、6.汽缸号
(三) DiSA执行机构
两个DISA执行机构的尺寸不同。DISA执行机构2安装在溢流管内，DISA执行机构1安装在振荡管前的进气集气管内，见下图。
1. DISA执行机构1 2.节气门 3. DISA执行机构2
DISA风门与驱动装置构成一个单元。DISA风门由电动机和齿轮机构驱动。DISA执行机构集成电子控制装置，电子控制装置根据发动机控制模块的脉冲宽度调制信号控制DISA执行机构。该机构只有两个调节位置：DISA风门关闭或开启。电动机和齿轮机构将 DISA风门移至相应的限位位置处。
三、发动机控制模块
(一)概述
作为 N52发动机的上一代产品，M54发动机的发动机控制模块信息见下表。
由于N52发动机有更多的扩展功能，因此发动机控制模块的版本升级到 MSV70(Siemens)，CPU的循环频率提高到60MHz。这种发动机控制模块应用在 E63底盘车型上。Valvetronic II系统不再设置单独的 Valvetronic控制模块，而是将其控制程序集成在发动机控制模块内，与版本为 MEV9.2的发动机控制模块(N46发动机)是一样的。
(二)控制功能
N52发动机控制模块的控制流程见下图。
N52发动机控制模块外观见下图。
N52发动机控制模块由7个模块组成，主要执行以下功能：点火控制、喷射控制、val- vetronicII系统调节、发动机温度调节(节温器阀特性曲线控制)、电动冷却液泵控制、爆震控制、空气系数调节、燃油箱通风控制、空调压缩机负荷请求、三级可变进气装置控制、风门控制装置(LKS)电磁铁控制、电动燃油泵模块控制、定速巡航控制、发电机控制、加热式曲轴箱通风、电子燃油监控和油位监控、智能型蓄电池传感器的输入和输出信号监控、自诊断、计算备用信号和激活应急运行功能等。
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