每天結束工作，開車回家的這段時間無疑是一天中最愜意的時候，沒有了早上打卡的壓力，播放著音樂，心情和思緒也不免起飛了。
臨近寒冬，凜冽的空氣呼嘯而來，寒風貫頂，使人不禁直打哆嗦。眾多的上班族也開啟了冬季開車通勤上班的節奏，路上車子一多，交通事故也就隨之多了起來。
偶發的在早上的楊高南路以及濟陽路段看見車輛追尾，事故或大或小。曾經遠看一輛車事故嚴重，直冒煙氣，靠近一看，事故也不能算大了，只是前面的散熱水箱被撞爆裂。熱氣蒸騰氤氳，飄向空中，伴隨著兩個車主的激烈辯駁對峙，有些許奇幻又過分真實了。
提起散熱水箱，就不禁想起了父親。家裡是做物流生意的，從童年起，我對汽車發動機的認知就起源於家裡車隊的半掛，在父親和車隊司機的耳濡目染之下，知道了在四川、雲貴高原的山區爬坡時，發動機負荷大，水溫過高導致水箱爆裂是一項再常見不過的事故。
畢業後，在父親的贊助下買了自己人生的第一輛車，新手上路，老爸親自指導我開車上路也是在一個冬天。點火啟動後，馬上就要掛擋啟動的我，被老爸制止，摩拳擦掌要給兒子傳授了他三十年老司機的功力：根據發動機的聲音判斷機油壓力是否已經上來；看儀表盤顯示水溫是否已經達到最佳溫度；一切就緒後再開始大力踩油門等等。
這一刻我曾幻想過這是無崖子在傳授功力給虛竹、張三丰在傳授太極拳給張無忌。
姑且不論這套經驗是否準確，說到底這只是一個慈祥的老父親對自己兒子的惴惴教誨。
所以，今天我就來和大家談談汽車冷卻系統，把我對這套秘籍的理解解釋給大家姑且聽了。
發動機水冷系統大百科
首先做個官方科普：冷卻系統主要功用是把受熱零件吸收的部分熱量及時散發出去，保證發動機在所有工況下都能在最適宜的溫度狀態下工作。
很好理解，事實上，發動機過熱過冷都會有危害，這也是冷卻系統必不可少的原因，需要保障發動機在所有工況下都能在一個適宜的工作溫度區間工作。
發動機過熱的危害
1、充氣效率降低，發動機功率下降
2、爆燃傾向增大，零件可能因承受額外衝擊性負荷而造成早期損壞
3、運動件的正常間隙被破壞，導致運動阻滯，磨損加劇，甚至損壞
4、潤滑情況惡化，零件加速摩擦磨損
5、零件機械性能降低，導致變形或損壞
發動機過冷的危害
1、進入氣缸的混合氣溫度過低，可燃混合氣品質差，點火困難或燃燒遲緩，導致發動機功率下降，燃料消耗量增加
2、燃燒生成物中的水蒸汽易凝結成水而與酸性氣體形成酸類物質，加重對機體和零件的侵蝕作用
3、未汽化的燃料沖刷和稀釋零件表面(氣缸壁、活塞、活塞環等)上的油膜，加劇零件磨損
目前主流都是強制循環式水冷系，以水質冷卻液作為冷卻介質，用水泵強制冷卻液在冷卻系統中進行循環流動，把發動機受熱零件吸收的熱量散發到大氣中去。
通常發動機冷卻系統包括水泵、散熱器、冷卻風扇、節溫器、水管、補液罐、發動機機體上的水道、氣缸蓋上的水套及其他附加裝置等。
當發動機運轉時，水泵隨之旋轉，提升冷卻液的壓力，促使冷卻液強制循環，循環冷卻液帶走發動機缸體缸套缸蓋等零件熱量。
上面提到，“過冷”或“過熱”，都會影響發動機的正常工作，因此冷卻系統除了對發動機有冷卻作用外，還有“保溫”的作用。這個過程業內一般稱之為冷卻系統的大小循環，一言以概之：小循環的冷卻液是不通過散熱器的，而大循環的冷卻液是通過散熱器的。
小循環
水溫偏低時，冷卻液溫度未達到節溫器開啟溫度時，水不經過散熱器而進行的循環流動，冷卻液將通過水循環管直接從水泵重新進入缸體，水溫將持續升高至發動機最佳工作溫度。
大循環
水溫過高時，冷卻液溫度達到節溫器開啟溫度時，節溫器閥門關閉循環管旁通水路，冷卻液將穿過節溫器流入散熱器水室，熱水經風扇吸過空氣流強制冷卻，散失部分熱量，水溫將降低，冷卻液流存於散熱器水室，經水泵在泵入缸體重新參加冷卻循環。
值得一提的是，當打開車暖風裝置時，在冷卻系統壓力作用下，部分熱水從缸蓋出水銅管引出，進入暖風散熱器。在暖風機風扇作用下流經暖風機散熱器，冷卻液所帶熱量被暖風機風扇吹出，進行除霧或進行駕駛室取暖，由暖風機散熱器冷卻過的冷卻液經出水管返回水泵進水管重新參加循環。
節溫器
節溫器一般安裝在氣缸蓋的出水口，根據發動機負荷大小和水溫的高低自動改變水的循環流動路線，調節冷卻系統的工作強度。
當冷卻液溫度低於規定值時，節溫器感溫體內的石蠟呈固態，節溫器閥在彈簧的作用下關閉發動機與散熱器間的通道，進行小循環。當冷卻液溫度達到規定值後，石蠟開始熔化逐漸變成液體，體積隨之增大並壓迫橡膠管使其收縮，在橡膠管收縮的同時對推杆作用以向上的推力。由於推杆上端固定，推杆對橡膠管和感溫體產生向下的反推力使閥門開啟，這時冷卻液經由散熱器和節溫器閥，再經水泵流回發動機，進行大循環。
散熱器
發動機水冷系統中的散熱器由進水室、出水室及散熱器芯等三部分構成。冷卻液在散熱器芯內流動，空氣在散熱器芯外通過。熱的冷卻液由於向空氣散熱而變冷，冷空氣則因為吸收冷卻液散出的熱量而升溫，通俗的講，散熱器可以稱之為一個熱交換器。
散熱器蓋
初中物理知識熱脹冷縮的知識應用在了散熱器蓋的設計上了。散熱器蓋的作用是密封水冷系統並調節系統的工作壓力。當發動機工作時，冷卻液的溫度逐漸升高。體積膨脹使冷卻系統內的壓力增高，當壓力超過預定值時，壓力閥開啟，部分冷卻液經溢流管流入補償水桶，以防止冷卻液脹裂散熱器。發動機停止工作後，冷卻液的溫度下降，體積收縮，冷卻系統內的壓力也隨之降低。當壓力降到1個標準單位大氣壓力以下出現真空時，真空閥開啟，補償水桶內的冷卻液部分地流回散熱器，避免散熱器被大氣負壓破壞。
各大主機廠的發動機水冷系統
面對近乎苛刻的全球化的排放法規，研究如何壓榨燃油機的熱效率以及如何滿足廢氣排放標準，是除新能源方向之外各大OEM的攻堅方向。其中冷卻系統是否先進對渦輪增壓及自然吸氣發動機熱效率影響十分巨大。
個人利益相關，因為從事汽車行業的原因，所以一直比較關注業內幾大主機廠的最近技術研發。家用車市場上，除了豪華品牌，常年霸佔銷量榜首的不外乎是三家品牌：豐田、大眾、通用。其中我個人曾負責過上汽通用相關車型中配套零部件的開發，對通用最新的第八代Ecotec發動機的水冷系統瞭解最深。
豐田
通用
大眾
豐田Dynamic Force發動機：首先來介紹下豐田發動機在熱管理以及水冷系統上的技術特點。
最近中保研碰撞測試中，大眾車系25%正面偏置碰撞全面崩盤，但出人意料的是豐田全新的TNGA平臺車型屠榜，所有搭載TNGA架構的車型達到全G的成績。
除了優異的車架，該平臺更搭載有全新的動力總成技術，包含了新發動機與變速箱等等。以即將搭載在新一代卡羅拉上的號稱最強NA的2.0L Dynamic Force發動機為例來說。首先就是高環保性能，在不犧牲發動機的動力表現下讓新的發動機有更低的排放，接下來就是發動機的高熱效率。2.0L的Dynamic Force自然進氣發動機具有高達40%的熱效率，Hybrid版本的發動機熱效率更是達到了41%。新的D4-S雙噴射技術、多孔噴油嘴設計、鏡面處理活塞去氣缸的接觸面以減少摩擦阻力等等都在協助發動機達到更高的燃燒效率。
那麼進行正向推理，更高的燃燒效率代表著更強的冷卻散熱系統。豐田的工程師團隊採用了電機驅動的水泵、電控恆溫器，讓冷卻系統能夠更精確地控制發動機溫度，使之處於最佳的工作溫度來提高運轉效率，降低燃油消耗。Dynamic Force發動機的氣缸水套下部有新型隔塊，由發泡橡膠和不鏽鋼薄板製成的。發泡橡膠吸收冷卻水，膨脹後封堵部分流路，使水套的容量減小，從而縮短髮動機暖機時間。同時還可優化氣缸上部和中部溫度，使氣缸上部降低約20℃左右的溫度，降低爆震發生幾率；從減少氣缸中部冷卻水流量入手，使氣缸中部溫度升高20℃左右。溫度的升高使活塞與氣缸壁之間潤滑油粘度變小，降低摩擦損失，達到更好燃油經濟性。
大眾第3代EA888發動機：大眾的EA888發動機則採用了水冷排氣歧管技術，這套技術同樣是目前熱門提升發動機熱效率的方案之一。
所謂的水冷排氣歧管，即在發動機的排氣歧管周圍設計冷卻液通道。第3代EA888發動機的排氣法蘭位於水套的內側，且兩者鑄造成一體。排氣法蘭上除了設有用於與發動機缸蓋連接的連接孔外，還設有多個排氣口和多個進水口。進水口與水套相連通，而水套設有出水口，排氣法蘭上的進水口、水套上的出水口與發動機缸蓋的水套連通，構成了冷卻迴路。
第3代EA888缸蓋內，排氣歧管和冷卻水套相互纏繞，進行熱交換。常規情況下，內燃機的高溫廢氣通過外置排氣歧管排出，幾乎和發動機的水循環系統沒有任何聯繫。第三代EA888將排氣歧管集成在缸蓋內，高溫廢氣就可以和缸蓋內的水循環管路進行熱交換，可以更快的提升水溫，達到更快熱機進入正常工況的效果，對動力輸出、燃油油耗、排放汙染都有一定的改善，同時也可以減少發動機低溫工況時間，降低磨損，延長髮動機壽命。廢氣經過降溫後，也可以降低渦輪本體的工作溫度，這對於提升蝸輪壽命，延緩機油衰減都有意義。
VW官方宣稱這套水冷排氣歧管能夠在高速工況下提升最多20%的經濟性，這個數據多少有些誇張，更多指的是熱車等特定工況下的經濟性提升，提升幅度也沒有20%這麼高。
另外，水冷排氣歧管的另一個貢獻就是提升渦輪增壓器的效率、減少渦輪遲滯。因為溫度越高的廢氣受熱膨脹影響越大，其密度就會降低，密度降低的廢氣對渦輪渦扇的推動力就會降低。經過水冷排氣歧管後進入渦輪增壓器的廢氣溫度大幅下降，廢氣密度大大提升，這樣的設計使得廢氣在低速時推動渦扇的“力氣更大”，渦輪增壓介入工作的時機能提前一些，從而提升渦輪增壓器的效率。過去要達成這一目的，只有通過換裝更大尺寸的中冷器才能實現，如今通過降低排氣側渦輪，也能達到事半功倍的效果。
通用第8代Ecotec發動機
別克英朗、GL6等車搭載了1.0T、1.3T三缸發動機，雪佛蘭邁銳寶、凱迪拉克CT6等車搭載了2.0T四缸發動機，統稱為第八代Ecotec發動機系列。而這套系列配套的的水冷系統技術對比豐田及大眾優勢也不遑多讓，甚至更加先進。
據通用官方消息，截至2020年，在華銷售的雪佛蘭、別克和凱迪拉克三大品牌至少將有70%的產品搭載這套發動機系統。
通用汽車官方將這三款最新機型稱為第8代Ecotec發動機，它們是業內首批從設計源頭起就匹配全球最嚴苛排放標準正向研發的機型。可以輕鬆滿足當前的“國六B”和北美ULEV 50要求，並可在未來進一步升級之後滿足更為嚴苛的二階段“國六B”標準，真正的在技術先進性方面走在了行業前沿。
正常的研發邏輯，想要滿足更高的排放標準，要麼進行徹底的技術創新，要麼就是從根源上做到更“精確”的控制。
通用的工程師選擇了進行極致精確的控制，實現了更精確的噴油控制機構和配氣系統，更高的燃燒效率，這方面在此篇文章中不再贅述。
與此同時，在熱管理以及冷卻系統反面，Ecotec發動機有自己的獨門技術——高壓水冷廢氣再循環系統和更高效的熱管理設計，可精確的控制機油泵、水泵等機構，減少能量損耗。
廢氣再循環是在發動機工作過程中，將一部分廢氣引到吸入的新鮮空氣（或混合氣），返回氣缸內部進行再循環參與燃燒的方法。
在增壓器前端，通過EGP電磁閥精確按需導出燃燒廢氣，經冷卻系統水冷卻後再次輸入燃燒室。當發動機在負荷下運轉時，EGR閥開啟，使少量的廢氣進入進氣歧管，與可燃混合氣一起進入燃燒室；怠速時EGR閥關閉，幾乎沒有廢氣再循環至發動機。
由於廢氣中不再含有可供燃燒的氧氣，不會再產生燃油損耗；且廢氣可以在燃燒過程中降低泵氣損失和燃燒溫度，改善燃燒環境，減少維持燃燒所需的噴油量，提高發動機工作效率，顯著燃提高油經濟性。
與此同時，發動機燃燒排出的廢氣，引導至進氣歧管參與燃燒，降低燃燒室溫度，降低發動機負擔，可有效減少NO化合物的排放、減少爆震，延長各部件使用壽命。
原理是因為NO化合物是一種對人體危害極大的氣體，氮和氧在高溫高壓條件下會發生化學反應。在發動機工作過程中，適時、適量地將部分廢氣再次引入氣缸內，因廢氣中的主要成分CO2比熱容比較大，所以廢氣可將燃燒產生的部分熱量吸收並帶出氣缸，並對混合氣有一定的稀釋作用，因此降低了發動機燃燒的最高溫度、氧含量、壓力，從而減少了NO化合物的生成量。
熱管理方面，第8代Ecotec發動機加成了一套全新電子水泵和電控球閥模塊組成的主動熱管理系統在冷卻系統中，通過ECU直接控制水泵轉速及智能熱管理模塊的球閥角度，結合發動機分流式水套設計，可以使發動機更智能、精確的控制冷卻系統各環路的流量，進而滿足對系統熱量的精確管理，實現快速暖機，機油加熱，停機冷卻的效果。
總體來說，通用“第8代”Ecotec發動機通過採用“單缸最優”開發理念和全新模塊化架構設計，對冷卻系統和熱管理進行升級優化，全面滿足了國六B排放標準基礎。相比上一代，設計燃油經濟性可提升16%，對比其他競品，具有高效動力、低油耗、低排放等突出優勢。
汽車工業已經發展百年，汽車發動機總體的發展趨勢便是排量越來越小，缸數越來越少，電氣化設備越來越多，家用車中相同排量發動機的性能，在不斷提升。與此同時，面對近乎苛刻的全球化的排放法規，汽車廠商們如大眾、豐田、通用使勁百般手段，壓榨內燃機最後的潛力，這其中通用更是走的堅定且執著，交出了一份可以載入汽車博物館的成績單，即便市場依舊懵懂，通用也承受了推廣三缸機帶來的巨大陣痛，但通用依然激流勇進，讓市場看到了這個時代該有的優秀高效內燃機。
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