有网友咨询，说汽车真是一个神奇的东西，冷车启动后几分钟时间，水温就达到正常了，暖风也热了，但是之后你不管怎么开，温度始终都能保持不变，这究竟是怎么做到的？这个问题挺有趣的，相信有很多网友也想知道，下面我来详细的给大家说一说发动机的热量是如何来的，又是如何去的，冷却系统是如何工作的，是如何让发动机既能快速升温、又能长期保持稳定的温度。

汽车上所使用的发动机是一种内燃机，它的本质是一种能量转化工具，即把燃料（汽油、柴油、乙醇、天然气等）的化学能转化为机械能。但是这个转化过程并不是一步就能完成的，而是首先把燃料燃烧，把燃料内部储存的化学能以热能的形式释放出来，然后热能再推动发动机的曲柄连杆机构旋转做功，转化为机械能对外输出。大家都知道，推动汽车行驶的是机械能而不是热能，所以燃料的化学能转化为热能再转化为机械能就是内燃机的基本工作原理。

那么燃料燃烧后释放出的热能能完全转化为机械能吗？答案是不能，所有的能量转换过程都必然伴随着能量的损失。对于汽车发动机来说，转化的效率还相当的低（通常把这个转换效率称为发动机热效率）。对于汽油机而言，现在最先进的汽油机最高热效率也只有41%，也就是说，汽油机燃烧1kg的汽油所产生的热量，最多只有41%的热量转化为机械能用来推动汽车行驶，其余的热量都白白浪费掉了；而我们在日常行驶中，发动机的平均热效率也就在30%左右。对于柴油机而言，热效率能稍高一些，最高可以达到45%左右，日常行驶平均可以达到35%左右，这也是柴油车油耗更低、经济性更好的原因之一，所以很多特别注重经济性的卡车都使用柴油机，在欧洲很多乘用车也使用柴油机，这是与中国最大的不同。

那么燃料燃烧后多余的热量哪儿去了呢？这些热量一小部分用来保持发动机正常的工作温度，其余的都需要散发到周围的空气中去，这就是汽车在夏季成为一个个“热岛”的主要原因。那么如何让发动机在任何工况下都能保持正常的温度，并且快速有效的将多余的热量散发到空气中，这就是发动机冷却系统的功劳了。

首先来看看发动机的正常工作温度是怎么回事。发动机在工作时，燃烧室内的最高温度可以达到2000°C，而环境温度一般在-30°~30°C之间，那么该如何平衡这种温度差呢？工程师在长期的实践中发现，如果能把发动机的温度控制在80°C~90°C之间，就可以把燃烧室的温度控制在500~600°C左右，在这种状态下燃料在燃烧室内的燃烧状态最好，发动机的热效率和各方面性能都处于最佳状态，所以80°C~90°C就是所谓的发动机正常工作温度。当然现在有些高强化的发动机工作温度可以达到100°C以上，比如说轿车使用的汽油发动机正常工作温度一般在95°C~105°C之间，卡车使用的高强化柴油发动机正常工作温度一般在85°C~95°C之间（个别也有更高的，比如带有热管理系统的玉柴发动机）。

如果发动机温度过高或者过低会怎么样呢？前文说过，发动机最佳的工作温度区间就是80°C~90°C，发动机上各种零部件的最佳工作温度和配合间隙都设计在这个区间，比如活塞与气缸之间的间隙、活塞环的开口间隙等等，同时机油的最佳工作温度也在这个温度范围内。如果温度过低的话，会导致润滑油粘度增大，发动机磨损加剧，有数据表明，发动机80%的磨损量都是在低温启动时造成的；如果发动机温度过高的话，会导致润滑油粘度下降，润滑不良，零部件间隙减小甚至消失，最终造成拉缸、化瓦等严重的机械故障。所以发动机温度过高或者过低都会对发动机使用寿命造成很大的影响。

那么如何保持发动机正常的工作温度呢？这就需要在发动机上安装冷却系统。在汽车上冷却系统的作用就是让发动机在所有工况下都保持在正常的温度范围内。不仅仅是给发动机散热，同时也要防止发动机过冷，此外还要在冷启动时让发动机快速升温，尽快达到正常的工作温度。

根据冷却介质的不同，发动机的冷却方式分为风冷式和水冷式两种。风冷式只在一些特种车辆、部分工程机械以及摩托车上使用，总体来说使用范围较小，对发动机的温度控制也不够精确，在汽车上已经很少使用了。现在的汽车上绝大多数使用的都是水冷式冷却系统。虽然名字叫做“水冷”，但其实冷却介质并不是水，而是一种具有防冻和防沸功能的特殊冷却液，它具有比热容大、沸点高、冬季防冻等特点，能够满足现在高强化发动机的使用需求。在正常使用情况下是严禁加水的，否则会导致冬季结冰、发动机高温 沸腾等严重的故障。

发动机的水冷系统学名为强制循环水冷系统，系统结构包括水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其他附加装置等，它的工作原理比较简单：水泵是冷却系统中的动力元件，它将冷却系统中的冷却液加压，使之在系统中循环流动。冷却液从气缸壁吸收热量之后温度升高，然后向上流入气缸盖，最后流入散热器，散热器将冷却液的热量散发到周围的空气中。为了加快散热，通常使用风扇来给流过散热器的空气加速。冷却后的冷却液从散热器底部重新流入水泵，继续参与循环。就这样冷却液源源不断的循环流动，将燃料燃烧后多余的热量带走并散发出去。

如果冷却系统仅仅是这样工作的话，它是不能满足汽车工作需求的，因为发动机在不同工况下产生的热量是不一样的，需要散发出去的热量也是不一样的。比如发动机在冷启动时，需要迅速提升发动机温度，此时的发动机需要保温，尽可能少的散热；在汽车低速低负荷运转时，需要保持发动机温度不降低，此时需要维持一定的冷却强度；在发动机高速高负荷工况下，需要冷却系统最大限度的把多余的热量散发出去，避免发动机高温，此时冷却系统需要全负荷工作，等等。为了满足发动机各种工况下的冷却需求，因此在冷却系统中设计了冷却强度调节装置，它可以调节发动机在不同工况下的冷却强度，让发动机尽可能的保持在正常工作温度范围内。常见的冷却强度调节装置有百叶窗、节温器、电动风扇和风扇离合器等，这些装置才是冷却系统的核心技术。发动机能快速升温、又能长期保持稳定的温度，就是这些装置在起作用。

1、百叶窗：很多老司机应该能记得，在上世纪八九十年代的解放141、东风140等汽车上，都有一个百叶窗调节器。在夏天把百叶窗全部打开，加强水箱的散热；在冬天把百叶窗关闭，让水温上升的更快。所以百叶窗的作用就是调节流过散热器的空气流量，当它开启时，空气可以全部流过散热器，散热强度高；当它关闭时，空气无法流过散热器，散热强度低。不过现在的汽车已经很少使用百叶窗了，更多的使用电子风扇和风扇离合器来调节散热器空气流速和流量。

不过百叶窗也并没有完全绝迹，在部分车型上仍在使用，并且越来越智能化，一般使用电控模块根据发动机的温度来调节百叶窗的开启角度。比如在宝马车上使用的智能型百叶窗，它由一个电控单元控制，在发动机水温较低时自动关闭，使发动机快速升温；然后会随着发动机温度的升高，逐渐增大百叶窗的开启角度，使更多的空气流经散热器，加强发动机的散热。此外还有福克斯ST等车型上的进气风冷格栅主动关闭系统，其实就是电控百叶窗。

2、节温器：节温器是发动机上最重要的冷却强度调节装置，它的作用是随发动机负荷和水温的大小而自动改变冷却液的流量和循环路线，保证发动机在适宜的温度下工作。当它关闭时，冷却水在发动机中封闭运行，不流经散热器，其水流路线短，散热强度小，称为水冷却系的小循环，此时发动机可以快速升温；当它开启时，冷却水流经散热器，其水流路线长，散热强度大，称水冷却系的大循环，此时发动机温度上升较慢。不过发动机在实际运行时，大小循环一般是同时存在的。

发动机的大循环和小循环水流量能差多少呢？对于普通的家用车来说，一般冷却系统中冷却液的总量大约是6升，在小循环时在发动机中封闭运行的冷却液大约是2升，另外的4升在散热器中。如果节温器损坏，比如它不开启了，发动机中就只有2升冷却液冷却发动机了，显然是不够的，所以发动机就会高温、开锅；如果节温器始终卡死在开启的位置上，那么发动机就要加热全部的6升冷却液，并且热量还会源源不断的通过散热器散发出去，所以发动机的水温不容易升高，长时间处于冷态，会导致发动机磨损加剧。

早期的节温器都是机械式的，利用石蜡受热膨胀的原理来开启和关闭阀门，从而来控制冷却液的大小循环。现在有越来越多的车型采用了电子节温器，它的工作原理与石蜡式节温器是一样的，只是感温和控制元件采用了电子元件，控制更精准。此外，在节温器上还标注了它的开启温度，对于某些柴油机来说，节温器还分为高温型（82°C开启）和低温型（75°C开启）两种，一般在夏季使用低温型，尽早让冷却系统开启大循环，可以避免发动机过热；在冬季使用高温型，让大循环开启延迟，让发动机尽快升温。如果在冬季仍然使用低温型的节温器，发动机也会出现过冷的故障。

3、电子风扇：在汽车散热水箱的后面一般都会有一到两个风扇，它的作用是让更多的空气流经散热器，增强散热器的散热能力，加快冷却液的冷却速度。现在的乘用车上基本都是使用电子风扇，用电机来驱动风扇的旋转，由发动机控制单元来控制它的启停以及调节转速的高低。在发动机温度低时不启动，在发动机超过正常温度时开始启动，并且温度越高转速越快，对水箱的散热作用就越大。如果由于某种原因导致风扇停转了，发动机就会高温；如果在水温正常的情况下风扇仍然高速旋转，一般是温控器、发动机控制单元或者相关的线路出故障了。此外现在的发动机上都有一种保护机制，当电子风扇控制系统收不到任何信号或者信号错误时，会强制风扇高速旋转，以加强散热，避免发动机高温。

4、风扇离合器：在商用汽车上，比如自卸卡车、半挂车、部分工程机械等，它们的冷却风扇是由曲轴直接驱动的，风扇的转速也与曲轴同步，它的冷却强度是非常大的。为了能更好的控制风扇转速，通常在曲轴和风扇之间通过一个风扇离合器实现来柔性连接。这个风扇离合器一般是硅油式的，硅油具有受热膨胀、粘度增大的特点。当发动机水温较低时，硅油粘度低，风扇与曲轴的结合强度较低，虽然曲轴高速旋转，但是风扇转速却较低，发动机冷却强度较小，可以快速升温；当发动机水温较高时，硅油粘度增大，风扇与曲轴几乎完全结合为一体，随曲轴高速旋转，发动机冷却强度大，避免发动机过热。判断风扇离合器是否正常的一个方法就是在发动机温度较高时用手转动风扇，如果转动阻力较大说明风扇离合器是正常的，如果转动很轻松就说明风扇离合器已经损坏，需要更换了。

现在我们就可以来回答文章开头提出的问题了：当发动机冷启动时，节温器关闭，冷却系统处于小循环，同时风扇停止转动，百叶窗关闭，发动机加大喷油量，此时的发动机热效率是很低的，20%都不到，更多的热量用来给发动机升温，所以发动机可以在几分钟之内就把温度提高到正常工作温度；当发动机温度正常以后，冷却强度调节装置起作用，始终将发动机温度控制在一定范围内，并且会随着发动机负荷与温度的变化随时调节冷却强度，即使长时间行驶也不会出现温度过高或过低的情况。