七、维持电控汽车的热平衡

无论冷却系统还是空调系统，说到底它们是一种热交换装置。一个工作正常的冷却系统和空调系统，必然处于热平衡状态。在自然界，无论热还是冷，都不可能无缘无故地增加或者减少，热量总是从一个地方传递（包括辐射）到另一个地方。所谓“热平衡”，就是载体吸收的热与散失的热相当，否则就会出问题。汽修人员的主要职责就是如何防止发热过多或者散热不足。

1.冷却系统的热平衡

众所周知，发动机的温度直接反映它的工作状态。若温度超出发动机所能承受的极限，会带来灾难性后果；若温度过低（特别是在冷起动时，发动机的温度上升较为缓慢），发动机的效率又会很低。

传统发动机的冷却系统（图1-17）属于被动式的，水泵的转速与发动机曲轴的转速成正比，虽然结构简单和成本低廉，可是这种冷却系统的设计目标是针对满负荷时的散热量。为了防止特殊情况下发生过热现象，冷却系统的容积普遍较大，因而在部分负荷时，过大的散热潜力导致了发动机功率的浪费。这种情况对于轻型汽车尤其明显，因为轻型汽车大多数时间在市区和部分负荷下运行，往往显得冷却过度。由于大部分时间内不能保持热平衡，从而引起燃油的较高损耗。

解决方案是采用可控式冷却方式，并且纳入汽车的热量管理系统。可控式冷却系统由以下几部分组成：一是传感器，其中温度传感器把发动机的热状况信号传递给控制单元。二是执行器，包括电动水泵和节温器。这种水泵的转速可变，而且能够关闭。三是控制单元，它根据发动机的工况以及存储的温度特性曲线来控制电动水泵工作，调节冷却量，使冷却液温度始终维持在正常值，即达到热平衡，因此能降低发动机的功率消耗，节省燃油2%～5%。

在某些情况下（如发动机暖机阶段），需要发动机快速达到工作温度，发动机热量管理系统可能让电子水泵停止运转。而在另外一些情况下，如在发动机长时间高负荷运转后停机，电子水泵可能还会转动一段时间，防止发动机的温度急剧上升。

由此可见，电子水泵是否工作，并不完全取决于发动机是否运转。即使发动机的转速恒定，电子水泵的转速仍然处于动态变化之中。这样能够准确地为发动机提供不同工况下所需要的冷却量，使发动机的温度状况与行驶工况相匹配。假设某型发动机的经济运行温度是120℃，而当时发动机的实际温度只有105℃，控制单元识别到发动机的温度太低，就指令电子水泵减小转速和流量，使发动机的温度适当提高，以确保发动机处于较低的燃油消耗水平和在较低的机械摩擦因数下运行。

以奥迪A6 V6T FSI发动机为例，它采用了可关闭水泵技术，水泵叶片通过电子控制的连接轴阀与带轮连接或断开。在发动机冷起动时，使水泵叶片停转，暂停发动机冷却液循环，所以发动机的升温速度几乎是未配置可变水泵的2倍，大大缩短了暖机的时间，减少了燃油的消耗。在发动机升温后，热量管理系统会通过换热器为变速器油液升温，使变速器系统也较快达到最佳工作温度。

热管理技术的原理是在发动机预热阶段通过一个专门的风扇或可调节水泵阻止冷却水循环，从而降低热量流失。这样机油就会迅速上升到运行温度，明显减小摩擦损失。

奥迪A83.0 TDI（V6）柴油发动机的曲轴箱和气缸盖分别拥有自己的冷却循环系统，它们通过一个连接阀相互连通。在发动机预热阶段（通常是在负载较轻的情况下），冷却液停留在曲轴箱内，因此不会从系统中带出能量。通过气缸盖循环的冷却剂给内部空间加热，同时也负责废气再循环系统的冷却。

奥迪A8的发动机有一个软件模块控制多个调节器，这些调节器可将热流在动力传动系统与车内空间之间进行最佳分配。只要有足够热的冷却液，8速tiptronic变速器还可通过一个热交换器实现加热。

图1-17 冷却系统总体布置

2.空调系统的热平衡

热平衡在空调系统中表现得淋漓尽致。汽车空调器的作用是将热量从一个空间（车内）转移到另一个空间（车外）。以排查制冷失效故障为例，维持空调系统热平衡不外乎以下两个途径。

首先要控制发热量。汽车内的热量主要来自以下几方面：车外的热空气、阳光的照射、路面的热量、驾乘人员的体热、发动机散热、变速器散热等。其次要增加散热量，保持散热系统性能正常。如果发热量过多，而散热量不足，驾乘人员会感觉“不制冷”；如果发热量不多，而散热过分，驾乘人员会感觉“不制热”。如果上述两方面平衡了，空调系统就是正常的；上述两方面不平衡，空调系统就存在故障。空调系统任何一个零件失常，都可能破坏这种热平衡。

在汽车空调系统中，至少存在两对热平衡关系：一是蒸发器与冷凝器的热平衡；二是压缩机与膨胀阀的热平衡（图1-18）。

图1-18 空调系统的热平衡

蒸发器吸收车厢内的热量，依靠冷凝器散发到大气中去。如果冷凝器堵塞、散热风扇工作异常等原因引起散热不良，会造成气态制冷剂不能正常地液化，系统的压力和温度将逐渐升高，导致空调高压系统的压力过高，制冷效果变差。另一方面，如果由于环境温度过高、长时间使用外循环或者车厢密封不严等原因，造成蒸发器吸收的热量过多，超过了冷凝器的散热能力，也会引起系统的制冷效果不好。此时如果适当增强冷凝器的散热，有助于蒸发器吸收热量，或者减少蒸发器的吸热，都可以平衡蒸发器和冷凝器之间的热关系，使空调系统恢复正常。

压缩机与膨胀阀是另一对平衡关系。压缩机通过压缩制冷剂产生的高压，要依靠膨胀阀释放出来。如果压缩机磨损，或者活塞密封不严，会造成压缩机的排气量减少，相对于膨胀阀输送的液体量产生了不平衡。另一方面，如果压缩机正常，但是膨胀阀的开度调节不准确，或者热力膨胀阀的位置安装不当，也会造成热不平衡，降低制冷效果。

现在常用的热力膨胀阀系利用蒸发器出口制冷剂温度的变化来调节阀孔开度的大小。当蒸发器出口制冷剂蒸气的温度过高时，膨胀阀阀孔的开度变大：当蒸发器出口制冷剂蒸气的温度较低时，膨胀阀阀孑L的开度变小，这样能够使膨胀阀与蒸发器的热负荷相适应。

一辆2010款大众途安出租车，装备半自动空调系统，外控式变排量压缩机。该车在高速行驶过后，空调器吹出的冷风逐渐变成了热风，之后再无冷风吹出。检查发现，高压管较烫，低压管结霜；ECU没有故障码存储，数据流正常；向右转动温度调节旋钮的位置（18→22），低压管会融霜；把温度调节旋钮的位置固定在18，将内循环模式改为外循环模式，也可以使低压管融霜，空调系统恢复正常。分析其中的原因，关键是热平衡失调。由于驾驶人将温度调节旋钮固定在18，变排量压缩机便以最大制冷功率运行，系统处于完全制冷状态，但是驾驶人长时间使用内循环模式，造成低热负荷环境。事实上，在液态制冷剂流过蒸发器时，必须得到与之相匹配的热空气量（即热负荷）。如果热空气量不足，或者含热量不够，由于制冷系统失去了乘客厢难以持久的供热需要，妨碍了蒸发器制冷功率的正常发挥，最终导致低压管结霜。改变其中一个成因（调高车厢内的温度，或者改为外循环模式），使吸热量与散热量趋于平衡，故障也会被排除。

总之，维持空调系统两个热平衡关系，是提高汽车空调系统维修效果的关键。