硅油风扇

说起丰田普拉多、陆巡等硬派越野车，很多人都会为起步加速时如狂风肆虐般的强劲声音拍手叫好。甚至一些不知情的路人听到噪音后也会对这款车的性能产生远超现实的幻想。这种听觉冲击的来源，其实离不开一种叫做“硅油风扇”的东西。其独特的奔跑咆哮也诱惑了无数越野玩家进行后期改装。比如震哥买坦克500的时候还特意选了个硅油风扇。那么问题来了。除了听唬人，这东西和普通散热风扇有什么区别？为什么有些硬派越野车对它情有独钟？请往下看！

为了让大家更容易理解，在正式解释什么是硅油风扇之前，我们先简单回顾一下发动机的冷却系统。众所周知，当发动机运转时，会产生大量的热量。如果热量没有及时排出，发动机的缸盖、缸体、气门、活塞会因为高温而膨胀变形，导致活塞与缸壁之间的非正常磨损。如果不散热，发动机的热量积累到超过金属材料的极限耐热性后，活塞会直接熔化。因此，为了避免高温对发动机的损害，保证发动机能够时刻在合理的温度范围内运行，冷却系统成为了每台发动机不可或缺的关键部件。

发动机的散热分为风冷与水冷两种。其中，由于水的吸热能力明显强于空气体，且水的导热系数比空气体高20倍以上，因此水冷肯定是更适合发动机的散热方式。在水冷循环回路布置中，由于发动机的热量主要集中在气缸和缸体(上图中橘红色区域)，为了有效散热，水冷系统的冷却液循环会布置在缸体和缸盖周围。

在循环冷却的过程中，低温的冷却液在吸收了发动机的高温热量后会变热，变热的冷却液必然会对后续的发动机散热产生不利的影响。不仅如此，由于液体达到一定温度后会沸腾并产生蒸汽，液体向气体的转化过程会伴随着体积的膨胀，如果不冷却冷却液，完全封闭的冷却系统会因冷却液汽化体积的膨胀而突然增加内部压力，直至水箱“沸腾”。所以为了避免这种现象，冷却液必须得到充分的冷却，而冷却冷却液的部件叫做散热器。

由于散热器由导热性良好的铝制成，并填充有中空结构，可以很好地起到高温冷却液与外界低温空空气进行热交换的作用。但需要注意的是，由于空气体的比热容小于水的比热容，所以同质量的空气体吸收的热量小于同质量的水。这意味着只有大量的空气体用于与冷却液进行热交换，最终才能达到冷却效果。

众所周知，散热器会安装在发动机舱内的最靠前的位置，所以车速越快，通过散热器的空气流量越大，所以我们不需要担心车辆高速行驶时的散热问题。但车辆一旦遇到堵车、频繁起步、上坡等重载低速行驶的情况，问题就来了。因为大负荷会大大增加发动机的发热量，而低转速会导致通过散热器的空气流不足以带走热量。因此，为了解决低速行驶的散热问题，工程师在设计之初就在冷却系统中加入了冷却风扇，可以主动为散热器吹风。

敲黑板！冷却系统至此，今天的主角——硅油风扇即将登场！散热风扇作为主动低速吹送冷却液的部件，可以分为两种:一种是家用轿车上使用的、占据绝对主流的电动风扇，采用电力驱动，可以根据散热需求精确调节风扇转速；另一种是硬派越野车用的硅油风扇，工作原理和变速箱的液力变矩器很像。首先，硅油风扇的动力源和液力变矩器一样，是由发动机曲轴的转动来驱动的，所以硅油风扇的转速会随着发动机转速的波动而波动。

其次，如上图所示，硅油风扇分为两部分，内侧部分称为“主动盘”，外侧部分称为“从动盘”。其中，与内驱动板同轴且在上图中最左侧的横向柱状结构，是与发动机曲轴连接以获得驱动力的部分。从图中不难看出，主动盘和从动盘之间有一定的间隙。如果在这个缝隙中注入硅油，由于硅油的高剪切附着力，从动盘会被主动盘带动一起转动。此时，套在从动盘外面的风叶会自然地与从动盘同频旋转并散热。这种通过油而不是机械直接连接来传递驱动力的方式和液力变矩器是一样的。只是液力变矩器用的是ATF油，硅油风扇用的是硅油。

看到这里，肯定有朋友想问。既然是控制风扇的开关和转速，那么直接在风扇和发动机曲轴的连接处安装电控离合器是不够的。为什么一定要经过主动盘和从动盘的内外结构和硅油的导通？原因有二。一个是如果用离合器把曲轴和风扇结合起来，必然会伴随着更大的冲击感，对一开始的舒适性有不利影响。其次，如果是大排量发动机，散热的匹配风扇会很大。可想而知，当固定式大风扇与高速旋转的曲轴相结合时，固定式风扇产生的较大阻力会干扰曲轴和与之相连的活塞的正常工作频率，甚至造成发动机的异常磨损。

如果使用硅油，如上图所示，上储油腔(图中蓝色结构)的油逐渐注入下工作腔(图中绿色结构)的过程是渐进的，硅油的高粘度有缓冲作用，所以带动风扇转动的过程会很平缓，不会对舒适性和发动机运转产生负面影响，这也是不需要离合器控制的第一个原因。

不采用离合器控制的第二个原因是离合器通常只有2-3档，也就是说散热风扇只能有三个调速档。硅油风扇具有无级调速的能力是因为它可以通过调节硅油的注入量来改变内主动盘和外从动盘之间的剪切附着力，从而改变它们之间的滑移率。等效，只要减少硅油的喷射量，风扇的转速就可以低于发动机的转速；如果加了硅油，风扇的转速就基本等于发动机的转速。

看到这里，估计有朋友根据硅油风扇的工作原理开始质疑它的性能了。是的，硅胶风扇确实有很多缺点，这个我们后面会解释，但是在这之前，我相信大家一定想知道为什么它能受到硬派越野车和改装玩家的追捧，所以我们先来看看硅胶风扇的优点，再来解释一下使用硅胶风扇会失去什么！

对于硬派越野来说，可靠性绝对是第一位要保证的。毕竟不管是在野外穿越、无人区还是在大弯道攀爬，车辆一旦发生故障，都会直接危及到车内人员的生命安全。硅油风扇最大的优点就是无与伦比的可靠性。

众所周知，汽车中最可靠的结构是简单的机械结构，硅油风扇就是一个非常简单的机械部件。首先，如上所述，驱动风扇转动的主动盘和从动盘完全依靠硅油这种流体来传递扭矩，所以两者之间几乎没有磨损，保证了零件的耐用性。

其次，老款硅油风扇中用来控制硅油注入的阀板也是一个简单的机械结构，会根据温度的高低而变形，从而控制硅油注入与否，决定风扇是否转动。这种机械结构由金属温度敏感材料制成。当机舱内温度上升到一定程度时，这个感温结构就会打开注入硅油，然后主动盘的扭矩就会传递到从动盘上，带动风扇转动。相反，随着机舱温度下降到一定程度，感温结构会关闭，停止注入硅油，主动盘与从动盘分离，风扇停止。不难看出，硅油风扇在诞生初期是不依赖任何电子元器件的纯机械结构，根本没有什么不好的。

如今，为了赋予硅油风扇无级调速的功能，工程师们在硅油风扇上增加了一个电控阀板(上图红框)，它会根据散热器上的温度传感器来精细控制硅油的流量，从而实现风扇转速的调节。电控阀片的加入虽然增加了硅油风扇的复杂程度，但仍然保留了之前机械阀片的功能，所以即使新加入的电子元件出现故障，电控硅油风扇也可以像机械硅油风扇一样工作，可靠性依然饱满。

其实相比硬派越野车，卡车更是硅油粉丝的忠实粉丝。之所以这样，不仅是因为硅油风扇耐用，还因为卡车的发动机排量高达十升。如果用电驱动风扇，它的风扇功率会很惊人。要知道，汽车的发电量是随着车速的提高而增加的，但是对于经常低速高负荷行驶的卡车来说，发动机在低速时的发电量根本不足以让超高功率的电驱动风扇运转，所以只能强制风扇从蓄电池中取电。但问题是，汽油车的车载电池容量根本不够长，满足不了大功率风扇的用电需求，所以电池不仅会没电，还会因为这种长时间以最大放电速率放电导致铅酸电池的循环寿命快速耗尽，所以卡车成了硅油风扇的忠实粉丝。

虽然硬派越野车的风扇功率没有卡车高，但是要知道越野车的电池也就70Ah左右。几百瓦的电风扇如果在低速高负荷越野时长时间驱动，也会面临电池损耗和提前报废的风险。如果车辆恰好因为没电而横卧荒野，后果不堪设想，所以电驱动风扇的高功耗也是一些越野车选择硅油风扇的原因。

不仅如此，对于越野车常见的涉水情况，硅油迷是无敌的。毕竟硅油风扇是完全密封的机械结构。只要发动机能转动，就能随之转动。但是对于电驱动风扇来说，为了应对野外的涉水路面，需要升级冷却系统的电机和电路的防水性能，这样会增加零件的复杂程度和成本。更重要的是，不怕一万块，就怕万一。万一电驱动风扇真的因为涉水短路等问题在无人区坏了，车辆很可能会因为得不到有效散热而把驾驶员留在那里。

综上所述，不难发现硅油风扇的绝对优势是可靠耐用，这一特点也完美契合了硬派越野车的使用目的和使用场景。那么为了获得可靠耐用的优势，硅油风扇要付出什么代价呢？我们继续往下看。

其实硅油风扇除了可靠性的优势，几乎处于无用的位置。我知道在很多人的幻想中，硅油风扇的散热性能很强。然而，事实恰恰相反。硅油风扇在散热方面比不上普通家用车的电风扇。主要有两个原因:一是因为硅油风扇是由发动机的曲轴带动的，所以硅油风扇的转速肯定会低于发动机的转速。至于上述通过电控装置调节硅油流量，使风扇具有无级调速的功能，只能在低于发动机转速的区间内向下调节转速，避免发动机还没有完成暖机，车辆高速行驶，空气流量较大时散热过大的问题。

因此，在风扇转速必须低于发动机转速的前提下，一旦车辆遇到低速高负荷的越野或爬坡场景，此时的发动机转速可能只有2000转左右，但由于发动机负荷较重，会产生大量的热量，所以无法独立于发动机转速提高转速的硅油风扇无法与随时可以飙升至4000转的电驱动风扇抗衡。

至于硅油风扇散热效率差的第二个原因，是因为散热器固定在车身上，而硅油风扇固定在发动机上。因为发动机运转时会摇摆，如上图所示，为了避免两者碰撞，硅油风扇与散热器防风圈之间必须留有20mm以上的间隙。但正是因为这个间隙，一部分已经吹到发动机的气流会反向回流，导致风扇送风减少，冷却系统冷却效率降低等问题。要知道，在电驱动风扇系统中，由于电驱动风扇和散热器都安装在车身上，两者之间没有相对摆动，所以两者之间的匹配间隙可以缩小到3mm，几乎不存在气流回流的问题。

经过计算，在相同规格的冷却系统下，硅油风扇的风量比电驱动风扇低23%，噪音高3分贝，在日常行驶中会对车内的安静产生一定的影响。

众所周知，一个系统的运行阻力越小，消耗的功率就越小，就能越省油。硅油风扇的阻力主要来自两个方面。第一，如上所述，由于硅油风扇是利用硅油的高剪切粘度来传递动力的，与电驱动风扇不同，它也会像自动变速器的液力变矩器一样产生滑动损失，而且风扇转速越快，滑动损失越大，也就意味着发动机的一部分动力会被硅油的滑动损失所浪费。而电驱动风扇是纯机械传动，完全没有滑动损失，节油效果自然会更好。

硅油风扇运行阻力大的第二个原因是硅油风扇的驱动力来自发动机曲轴，所以工程师为了保证转动效率，不会把硅油风扇和曲轴之间的连杆做得很长。但风扇与发动机距离过短，会导致空气流经过风扇后直接打在发动机上，造成气流阻力增大的问题。所以相对于电驱动风扇，用电驱动，风扇可以和散热器一起布置在离发动机尽可能远的车前，硅油风扇要想达到同样的散热效果，需要消耗更多的燃油来提高其净功率，从而抵消空气阻力大的问题。

硅油风扇虽然因为可靠性高而赢得了硬派越野车的青睐，但是它的动力来自于发动机曲轴的工作方式，所以只能用在发动机曲轴朝向车头，曲轴前方有足够风扇的竖排车型上。但是有些低价的横排SUV，因为座舱空很紧凑，根本放不下风扇。这意味着硅油风扇的应用范围非常有限。

综上所述，我们不难发现硅油风扇是一个除了可靠性之外，在散热效率、噪音分贝、动力油耗等方面毫无用处的散热设备，所以它的身份一直很小。而对于大多用于探索未知，过程充满不确定性的越野车来说，可靠性的优先级绝对是最高的。这也是为什么《大G可以带你去任何地方，但只有丰田可以带你回家》里的丰田一直坚持在普拉多和陆巡上使用硅油风扇。