宝马1系冷却系统控制原理及典型故障解析

◆文/技师帮 毛永俊 杨再枝

与其他车系不同，宝马车系很多车型仪表台上显示的发动机温度不是来自于发动机冷却系统，而反应的是机油的温度(宝马E88 120i连机油温度表都没有,系统内部依据冷却液温度来触发报警提示)。许多宝马车主经常说他车子的“水温”高达130℃以上，发动机温度太高了。其实这很正常，因为发动机机油温度在135℃左右并不异常，有时候甚至更高，比如激烈驾驶、高负荷低速行驶，都可能导致机油温度超过135℃，只要不超过145℃，并持续5S以上就不会有问题！在讲述宝马X 1冷却系统控制原理之前，我们先来看一个案例。

一辆2011款宝马1系120(开发序列号为E88)，该车搭载的是N46自然吸气发动机和ZF6速自动变速器。客户反映该车在发动机大修后，行驶过程中仪表台上提示发动机温度过高。

经试车，确认故障确实存在。该车启动后，处于怠速状态下，发动机无任何异常，热车后行驶一段路程，仪表台上就会提示发动机过热，且高温警告灯亮红色。靠边停车并熄火后，再次启动发动机时，报警消失，再行驶一段路程后，又开始报警。并如此反复。

确定故障现象后，从最基本的常规检查入手，用ISTA-D读取故障码，未发现任何故障码。读取冷却液温度，具体数据为95℃，完全正常。

为什么仪表台上会提示温度过高，并报警呢？考虑到该车发动机刚大修不久，于是又检查了汽缸垫，未见任何异常，并确定是原厂件。各螺栓的扭紧力矩等装配数据也都在规定范围内，未发现问题。检测发动机散热器出水口处的冷却液温度传感器，温度也显示正常。检测汽缸漏气量及冷却系统尾气检测也都未发现问题。至此，基本排除了机械装配等方面的故障原因。

继续模拟故障现象出现时的发动机转速，原地加油，让发动机转速在2500～3000r/m in的范围内，并保持3m in左右，仪表台上的故障灯亮红色后，用ISTA-D读取发动机冷却液温度，显示96℃，完全在正常范围之内。

故障诊断至此，要想有进一步的突破，就必须清楚宝马车系冷却系统的工作原理及高温报警的设置条件。

宝马120i采用的是特性线冷却系统，其节温器具有两大功能：普通温控及特性线温控。该车的报警条件两个：冷却液温度过高和发动机机油温度过高，只要满足其中一个条件，系统就会报警。下面详细介绍该车的冷却系统及报警系统的原理及功能。

一、常规温控功能

常规温控功能也就是普通节温器功能，对发动机冷却的控制仅取决于冷却液温度。控制可分成三个阶段：

1.节温器关闭：此阶段俗称“小循环”，只有发动机中的冷却液流动，冷却器回路关闭。

2.节温器打开：此阶段俗称“大循环”，全部冷却液流过水箱，从而使用最大可供使用的冷却功率。

3.节温器控制范围：此阶段冷却液部分流过水箱。在控制范围中，通过调整节温器的开启角度，可将发动机温度保持在某个范围之内。在节温器的控制范围内，借助节温器的特性曲线功能，有目的地调节冷却液的温度。为此可以在发动机的部分负荷区设置一个比较高的冷却液温度，在这部分负荷区由于工作温度的提高改善了燃烧，并由此获得来更低的油耗和更少的排放。在满负荷区，高的工作温度会产生不利影响(由于爆震点火角提前角减小)，因此，在满负荷时，借助按特性曲线(图1)工作的节温器有针对性地降低冷却液温度。

图1 节温器特性曲线图

图2 按特性线工作的节温器结构

在部分负荷区借助该节温器可有针对性地提高冷却液温度。通过提高冷却液温度，在这些发动机工况下可减小燃油消耗，发动机控制单元根据特性线控制按特性曲线工作的节温器。 影响特性曲线的因素包括：发动机负荷、发动机转速、车速、进气温度、冷却液温度。按特性线工作的节温器是整体式节温器，即节温器和节温器盖是一体的。按特性曲线工作的节温器的主要机械结构与普通的节温器相同。此外，膨胀材料 (蜡) 装有加热元件。图2是按特性线工作的节温器结构图。

二、按特性曲线工作的节温器的功能

调校按特性曲线工作的节温器，使得其在不影响一体式加热系统的情况下，在液节温器上的冷却液温度达到 103℃时节温器打开(发动机进口)。由于冷却液在发动机中得到加热，在发动机出口处(用于DME和组合仪表显示的冷却液温度传感器的安装位置)测得的温度约为110℃。发动机在此工作温度下，按特性曲线工作的节温器无需进行控制干预就自动打开。在DME控制单元进行控制干预时，节温器中的加热元件被通电(12V)。与没有附加加热的情况相比，采用加热元件加热的膨胀元件的节温器可在较低的冷却液温度下打开(节温器控制范围80～103℃ )。

如果在发动机出口处的冷却液温度超过113℃，无论其他参数如何，DME都会激活按特性曲线工作的节温器的加热装置。

三、机油状态传感器的功能和原理

发动机油位、品质、温度是由机油状态传感器(简称OEZS)来负责监测，并在中央信息显示屏和仪表上显示出来。发动机机油温度和机油状态也由OEZS来测定及计算，并将信号发送到发动机电脑DME内进行数据分析。经过分析处理后的信号数据通过PT-CAN传输到网关SGM，再通过K-CAN发送至组合仪表和中央显示器上。该传感器通过测定发动机油位可避免发动机油位过低，从而防止造成发动机损坏；通过测定机油状态可准确判断出机油品质，提醒何时需要更换发动机油；通过油温传感器测量机油温度，防止机油温度过高，并适时发出警告信息，避免发动机损坏。

机油状态传感器由两个上下叠加在一起的柱状电容器构成(图3)。机油状态通过底部较小的电容器(图3中6所示)来测量，两个彼此内嵌的金属管(图3中2和3所示)用作电容器电极，电介质是两个电极之间的发动机油(图3中4所示)。发动机油的电气特性随着损耗的加剧和燃油添加剂的分解而发生变化。

电容器(机油状态传感器)电容随发动机油(电介质)电气特性的变化而变化。也就是说，电容值经过传感器内集成的电子分析装置(图3中7所示)处理后转化为一个数字信号，该数字传感器信号作为发动机机油状态信息发送至发动机电脑DME。DME对该实际值进行处理，以便计算出下次换油保养周期。传感器(图3中5所示)的中间部分负责测量发动机油位，该部分与油底壳内的油位高度处于同一位置。因此，电容器电容随油位(电介质)降低而发生变化。该电容值经过传感器电子装置处理后转化成数字信号并发送至DME。机油状态传感器底座上装有一个白金温度传感器(图3中9所示)，用于测量发动机机油温度。

了解该传感器的功能及原理后，我们再回到上文所述的故障案例。用ISTA-D读取发动机的油温数据，结果显示机油温度高达164℃，仪表台上的发动机温度报警灯被点亮也就不难理解了。启动发动机并原地给油，以模拟故障现象再次出现。当机油温度达到135℃时，再持续加油，机油温度很快就跳跃至150℃，后来甚至跳到160℃、170℃，而且温度在150～170℃之间无规律地跳动。一般情况下，即使发动机真的出现了高温，机油温度应该是直线上升，而不是阶梯性的跳跃。检查相关线路，发现一切正常，因此基本可以判定是机油温度传感器存在故障！仔细检查机油温度传感器，结果发现该车上的传感器为副厂件。更换机油温度传感器后试车，并读取相关数据，水温107℃，机油温度在126～129℃之间，一切正常。至此，故障被彻底排除！

图3 机油状态传感器结构图

该车高温报警实际是由系统通过机油温度传感器读取的机油温度过高所引起的，但在诊断过程中，起初误以为是水温过高导致的，因此走了一段弯路。通过本案例，提醒汽修同行们，在遇到类似故障时，一定要先研究系统的工作原理，并进行相关数据分析之后再下手，以便少走弯路。

最后，需要特别提醒的是：在宝马1系列车型上，如果遇到仪表台上有变速器温度过高的报警提示，有时并不是变速器油实际温度过高导致，而有可能是由于发动机信息缺失导致系统计算出来的变速器油温过高。