有網(wǎng)友咨詢(xún)，說(shuō)汽車(chē)真是一個(gè)神奇的東西，冷車(chē)啟動(dòng)后幾分鐘時(shí)間，水溫就達(dá)到正常了，暖風(fēng)也熱了，但是之后你不管怎么開(kāi)，溫度始終都能保持不變，這究竟是怎么做到的？這個(gè)問(wèn)題挺有趣的，相信有很多網(wǎng)友也想知道，下面我來(lái)詳細(xì)的給大家說(shuō)一說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量是如何來(lái)的，又是如何去的，冷卻系統(tǒng)是如何工作的，是如何讓發(fā)動(dòng)機(jī)既能快速升溫、又能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的溫度。

汽車(chē)上所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是一種內(nèi)燃機(jī)，它的本質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)化工具，即把燃料（汽油、柴油、乙醇、天然氣等）的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。但是這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程并不是一步就能完成的，而是首先把燃料燃燒，把燃料內(nèi)部?jī)?chǔ)存的化學(xué)能以熱能的形式釋放出來(lái)，然后熱能再推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)做功，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能對(duì)外輸出。大家都知道，推動(dòng)汽車(chē)行駛的是機(jī)械能而不是熱能，所以燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能就是內(nèi)燃機(jī)的基本工作原理。

那么燃料燃燒后釋放出的熱能能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎？答案是不能，所有的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程都必然伴隨著能量的損失。對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)化的效率還相當(dāng)?shù)牡停ㄍǔ０堰@個(gè)轉(zhuǎn)換效率稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率）。對(duì)于汽油機(jī)而言，現(xiàn)在最先進(jìn)的汽油機(jī)最高熱效率也只有41%，也就是說(shuō)，汽油機(jī)燃燒1kg的汽油所產(chǎn)生的熱量，最多只有41%的熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用來(lái)推動(dòng)汽車(chē)行駛，其余的熱量都白白浪費(fèi)掉了；而我們?cè)谌粘Ｐ旭傊?，發(fā)動(dòng)機(jī)的平均熱效率也就在30%左右。對(duì)于柴油機(jī)而言，熱效率能稍高一些，最高可以達(dá)到45%左右，日常行駛平均可以達(dá)到35%左右，這也是柴油車(chē)油耗更低、經(jīng)濟(jì)性更好的原因之一，所以很多特別注重經(jīng)濟(jì)性的卡車(chē)都使用柴油機(jī)，在歐洲很多乘用車(chē)也使用柴油機(jī)，這是與中國(guó)最大的不同。

那么燃料燃燒后多余的熱量哪兒去了呢？這些熱量一小部分用來(lái)保持發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作溫度，其余的都需要散發(fā)到周?chē)目諝庵腥?，這就是汽車(chē)在夏季成為一個(gè)個(gè)“熱島”的主要原因。那么如何讓發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況下都能保持正常的溫度，并且快速有效的將多余的熱量散發(fā)到空氣中，這就是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的功勞了。

首先來(lái)看看發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作溫度是怎么回事。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，燃燒室內(nèi)的最高溫度可以達(dá)到2000°C，而環(huán)境溫度一般在-30°~30°C之間，那么該如何平衡這種溫度差呢？工程師在長(zhǎng)期的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如果能把發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度控制在80°C~90°C之間，就可以把燃燒室的溫度控制在500~600°C左右，在這種狀態(tài)下燃料在燃燒室內(nèi)的燃燒狀態(tài)最好，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和各方面性能都處于最佳狀態(tài)，所以80°C~90°C就是所謂的發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度。當(dāng)然現(xiàn)在有些高強(qiáng)化的發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度可以達(dá)到100°C以上，比如說(shuō)轎車(chē)使用的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度一般在95°C~105°C之間，卡車(chē)使用的高強(qiáng)化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度一般在85°C~95°C之間（個(gè)別也有更高的，比如帶有熱管理系統(tǒng)的玉柴發(fā)動(dòng)機(jī)）。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高或者過(guò)低會(huì)怎么樣呢？前文說(shuō)過(guò)，發(fā)動(dòng)機(jī)最佳的工作溫度區(qū)間就是80°C~90°C，發(fā)動(dòng)機(jī)上各種零部件的最佳工作溫度和配合間隙都設(shè)計(jì)在這個(gè)區(qū)間，比如活塞與氣缸之間的間隙、活塞環(huán)的開(kāi)口間隙等等，同時(shí)機(jī)油的最佳工作溫度也在這個(gè)溫度范圍內(nèi)。如果溫度過(guò)低的話，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油粘度增大，發(fā)動(dòng)機(jī)磨損加劇，有數(shù)據(jù)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)80%的磨損量都是在低溫啟動(dòng)時(shí)造成的；如果發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高的話，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油粘度下降，潤(rùn)滑不良，零部件間隙減小甚至消失，最終造成拉缸、化瓦等嚴(yán)重的機(jī)械故障。所以發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命造成很大的影響。

那么如何保持發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作溫度呢？這就需要在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝冷卻系統(tǒng)。在汽車(chē)上冷卻系統(tǒng)的作用就是讓發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下都保持在正常的溫度范圍內(nèi)。不僅僅是給發(fā)動(dòng)機(jī)散熱，同時(shí)也要防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)冷，此外還要在冷啟動(dòng)時(shí)讓發(fā)動(dòng)機(jī)快速升溫，盡快達(dá)到正常的工作溫度。

根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻方式分為風(fēng)冷式和水冷式兩種。風(fēng)冷式只在一些特種車(chē)輛、部分工程機(jī)械以及摩托車(chē)上使用，總體來(lái)說(shuō)使用范圍較小，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度控制也不夠精確，在汽車(chē)上已經(jīng)很少使用了。現(xiàn)在的汽車(chē)上絕大多數(shù)使用的都是水冷式冷卻系統(tǒng)。雖然名字叫做“水冷”，但其實(shí)冷卻介質(zhì)并不是水，而是一種具有防凍和防沸功能的特殊冷卻液，它具有比熱容大、沸點(diǎn)高、冬季防凍等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)在高強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的使用需求。在正常使用情況下是嚴(yán)禁加水的，否則會(huì)導(dǎo)致冬季結(jié)冰、發(fā)動(dòng)機(jī)高溫 沸騰等嚴(yán)重的故障。

發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷系統(tǒng)學(xué)名為強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、節(jié)溫器、補(bǔ)償水桶、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和氣缸蓋中的水套以及其他附加裝置等，它的工作原理比較簡(jiǎn)單：水泵是冷卻系統(tǒng)中的動(dòng)力元件，它將冷卻系統(tǒng)中的冷卻液加壓，使之在系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)。冷卻液從氣缸壁吸收熱量之后溫度升高，然后向上流入氣缸蓋，最后流入散熱器，散熱器將冷卻液的熱量散發(fā)到周?chē)目諝庵?。為了加快散熱，通常使用風(fēng)扇來(lái)給流過(guò)散熱器的空氣加速。冷卻后的冷卻液從散熱器底部重新流入水泵，繼續(xù)參與循環(huán)。就這樣冷卻液源源不斷的循環(huán)流動(dòng)，將燃料燃燒后多余的熱量帶走并散發(fā)出去。

如果冷卻系統(tǒng)僅僅是這樣工作的話，它是不能滿(mǎn)足汽車(chē)工作需求的，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下產(chǎn)生的熱量是不一樣的，需要散發(fā)出去的熱量也是不一樣的。比如發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)時(shí)，需要迅速提升發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)需要保溫，盡可能少的散熱；在汽車(chē)低速低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要保持發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不降低，此時(shí)需要維持一定的冷卻強(qiáng)度；在發(fā)動(dòng)機(jī)高速高負(fù)荷工況下，需要冷卻系統(tǒng)最大限度的把多余的熱量散發(fā)出去，避免發(fā)動(dòng)機(jī)高溫，此時(shí)冷卻系統(tǒng)需要全負(fù)荷工作，等等。為了滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下的冷卻需求，因此在冷卻系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置，它可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的冷卻強(qiáng)度，讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能的保持在正常工作溫度范圍內(nèi)。常見(jiàn)的冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置有百葉窗、節(jié)溫器、電動(dòng)風(fēng)扇和風(fēng)扇離合器等，這些裝置才是冷卻系統(tǒng)的核心技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)能快速升溫、又能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的溫度，就是這些裝置在起作用。

1、百葉窗：很多老司機(jī)應(yīng)該能記得，在上世紀(jì)八九十年代的解放141、東風(fēng)140等汽車(chē)上，都有一個(gè)百葉窗調(diào)節(jié)器。在夏天把百葉窗全部打開(kāi)，加強(qiáng)水箱的散熱；在冬天把百葉窗關(guān)閉，讓水溫上升的更快。所以百葉窗的作用就是調(diào)節(jié)流過(guò)散熱器的空氣流量，當(dāng)它開(kāi)啟時(shí)，空氣可以全部流過(guò)散熱器，散熱強(qiáng)度高；當(dāng)它關(guān)閉時(shí)，空氣無(wú)法流過(guò)散熱器，散熱強(qiáng)度低。不過(guò)現(xiàn)在的汽車(chē)已經(jīng)很少使用百葉窗了，更多的使用電子風(fēng)扇和風(fēng)扇離合器來(lái)調(diào)節(jié)散熱器空氣流速和流量。

不過(guò)百葉窗也并沒(méi)有完全絕跡，在部分車(chē)型上仍在使用，并且越來(lái)越智能化，一般使用電控模塊根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度來(lái)調(diào)節(jié)百葉窗的開(kāi)啟角度。比如在寶馬車(chē)上使用的智能型百葉窗，它由一個(gè)電控單元控制，在發(fā)動(dòng)機(jī)水溫較低時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，使發(fā)動(dòng)機(jī)快速升溫；然后會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的升高，逐漸增大百葉窗的開(kāi)啟角度，使更多的空氣流經(jīng)散熱器，加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。此外還有福克斯ST等車(chē)型上的進(jìn)氣風(fēng)冷格柵主動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)，其實(shí)就是電控百葉窗。

2、節(jié)溫器：節(jié)溫器是發(fā)動(dòng)機(jī)上最重要的冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置，它的作用是隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和水溫的大小而自動(dòng)改變冷卻液的流量和循環(huán)路線，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在適宜的溫度下工作。當(dāng)它關(guān)閉時(shí)，冷卻水在發(fā)動(dòng)機(jī)中封閉運(yùn)行，不流經(jīng)散熱器，其水流路線短，散熱強(qiáng)度小，稱(chēng)為水冷卻系的小循環(huán)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可以快速升溫；當(dāng)它開(kāi)啟時(shí)，冷卻水流經(jīng)散熱器，其水流路線長(zhǎng)，散熱強(qiáng)度大，稱(chēng)水冷卻系的大循環(huán)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升較慢。不過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，大小循環(huán)一般是同時(shí)存在的。

發(fā)動(dòng)機(jī)的大循環(huán)和小循環(huán)水流量能差多少呢？對(duì)于普通的家用車(chē)來(lái)說(shuō)，一般冷卻系統(tǒng)中冷卻液的總量大約是6升，在小循環(huán)時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)中封閉運(yùn)行的冷卻液大約是2升，另外的4升在散熱器中。如果節(jié)溫器損壞，比如它不開(kāi)啟了，發(fā)動(dòng)機(jī)中就只有2升冷卻液冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)了，顯然是不夠的，所以發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)高溫、開(kāi)鍋；如果節(jié)溫器始終卡死在開(kāi)啟的位置上，那么發(fā)動(dòng)機(jī)就要加熱全部的6升冷卻液，并且熱量還會(huì)源源不斷的通過(guò)散熱器散發(fā)出去，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫不容易升高，長(zhǎng)時(shí)間處于冷態(tài)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)磨損加劇。

早期的節(jié)溫器都是機(jī)械式的，利用石蠟受熱膨脹的原理來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)，從而來(lái)控制冷卻液的大小循環(huán)。現(xiàn)在有越來(lái)越多的車(chē)型采用了電子節(jié)溫器，它的工作原理與石蠟式節(jié)溫器是一樣的，只是感溫和控制元件采用了電子元件，控制更精準(zhǔn)。此外，在節(jié)溫器上還標(biāo)注了它的開(kāi)啟溫度，對(duì)于某些柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，節(jié)溫器還分為高溫型（82°C開(kāi)啟）和低溫型（75°C開(kāi)啟）兩種，一般在夏季使用低溫型，盡早讓冷卻系統(tǒng)開(kāi)啟大循環(huán)，可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱；在冬季使用高溫型，讓大循環(huán)開(kāi)啟延遲，讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡快升溫。如果在冬季仍然使用低溫型的節(jié)溫器，發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)出現(xiàn)過(guò)冷的故障。

3、電子風(fēng)扇：在汽車(chē)散熱水箱的后面一般都會(huì)有一到兩個(gè)風(fēng)扇，它的作用是讓更多的空氣流經(jīng)散熱器，增強(qiáng)散熱器的散熱能力，加快冷卻液的冷卻速度?，F(xiàn)在的乘用車(chē)上基本都是使用電子風(fēng)扇，用電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元來(lái)控制它的啟停以及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的高低。在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低時(shí)不啟動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)超過(guò)正常溫度時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)，并且溫度越高轉(zhuǎn)速越快，對(duì)水箱的散熱作用就越大。如果由于某種原因?qū)е嘛L(fēng)扇停轉(zhuǎn)了，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)高溫；如果在水溫正常的情況下風(fēng)扇仍然高速旋轉(zhuǎn)，一般是溫控器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元或者相關(guān)的線路出故障了。此外現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)上都有一種保護(hù)機(jī)制，當(dāng)電子風(fēng)扇控制系統(tǒng)收不到任何信號(hào)或者信號(hào)錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)強(qiáng)制風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)，以加強(qiáng)散熱，避免發(fā)動(dòng)機(jī)高溫。

4、風(fēng)扇離合器：在商用汽車(chē)上，比如自卸卡車(chē)、半掛車(chē)、部分工程機(jī)械等，它們的冷卻風(fēng)扇是由曲軸直接驅(qū)動(dòng)的，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也與曲軸同步，它的冷卻強(qiáng)度是非常大的。為了能更好的控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，通常在曲軸和風(fēng)扇之間通過(guò)一個(gè)風(fēng)扇離合器實(shí)現(xiàn)來(lái)柔性連接。這個(gè)風(fēng)扇離合器一般是硅油式的，硅油具有受熱膨脹、粘度增大的特點(diǎn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫較低時(shí)，硅油粘度低，風(fēng)扇與曲軸的結(jié)合強(qiáng)度較低，雖然曲軸高速旋轉(zhuǎn)，但是風(fēng)扇轉(zhuǎn)速卻較低，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻強(qiáng)度較小，可以快速升溫；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫較高時(shí)，硅油粘度增大，風(fēng)扇與曲軸幾乎完全結(jié)合為一體，隨曲軸高速旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻強(qiáng)度大，避免發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。判斷風(fēng)扇離合器是否正常的一個(gè)方法就是在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較高時(shí)用手轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇，如果轉(zhuǎn)動(dòng)阻力較大說(shuō)明風(fēng)扇離合器是正常的，如果轉(zhuǎn)動(dòng)很輕松就說(shuō)明風(fēng)扇離合器已經(jīng)損壞，需要更換了。

現(xiàn)在我們就可以來(lái)回答文章開(kāi)頭提出的問(wèn)題了：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，節(jié)溫器關(guān)閉，冷卻系統(tǒng)處于小循環(huán)，同時(shí)風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，百葉窗關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)加大噴油量，此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率是很低的，20%都不到，更多的熱量用來(lái)給發(fā)動(dòng)機(jī)升溫，所以發(fā)動(dòng)機(jī)可以在幾分鐘之內(nèi)就把溫度提高到正常工作溫度；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度正常以后，冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置起作用，始終將發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制在一定范圍內(nèi)，并且會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷與溫度的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度，即使長(zhǎng)時(shí)間行駛也不會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)高或過(guò)低的情況。