【技术贴】汽车发动机高温全解读

由于车型不同、车辆使用的地区气温和气压不同，一些汽车缓慢行驶时很快水温就增高，风扇呼呼地转个不停；也有的车水温低一点，过路口等三五个红灯也没有听到风扇转。发动机的水温究竟是高点好还是低点好？
一、发动机的产热与散热 发动机就是个生产动力的油炉子，工作时不断重复进料-压缩-燃烧-出料的过程；发动机工作水温高点、还是低点好？首先来看看发动机发动机的产热和散热过程。
1、发动机产热 当混合气燃烧时，热量会通过气缸壁向外扩散到发动机机体内的水槽里、也有少量气体通过活塞间隙进入机油腔内。在排气时，高温气体可以通过排气系统继续给发动机加温。总之，混合气燃烧是产生热量的唯一途径。
2、发动机散热途径和异常情况 发动机的散热途径有三个：（1）直接通过排气管拍到大气中；（2）经过水循环管通过散热片释放；（3）通过发动机机壳和相连的金属构件辐射释放。
发动机出现故障时会影响散热。这些情况比较多见：（1）水循环系统发生故障时，如水箱漏水、水箱盖变形、节温器漏水、循环水泵损坏；（2）当喷油嘴、火花塞和高压电缆出现故障时可以造成燃烧时间延迟造水温增高；（3）进排气门漏气时也会造成温度增高；（4）发动机使用时间过长（20万公里以上）气缸密闭间隙增大也会出现温度增高；（5）使用质量很差的机油时也可能造成温度增高。
这些分析是以目前发动机工作温度设计为基础的，如果改变这个基础将发动机的工作温度调低一点会发生什么情况？
二、控制发动机工作温度 风扇转动代表发动机产生的热量过多，马上要把水箱里的水煮开了，所以需要风扇来降温。大家都知道，把水煮开需要烧油，为什么不能把火关小一点少烧一些油？带着这个疑问，我们继续来分析。
1、为什么要控制燃烧温度
围绕发动机就三件事：动力、油耗和排放。发动机温度也可以和这三件事扯上干系。
（1）节约非动力性燃油消耗 让发动机温度升高的唯一原因就是烧油。如果车停在那里等红灯，风扇转个不停一定会消耗燃油，这时烧的油产生的热量并没有推动汽车行驶，而是白白的浪费掉，所以叫做"非动力性燃油消耗"。
这一点工程技术人员早就清楚，发明了发动机自动启停技术；也有的车系悄悄调低了发动机燃烧温度，风扇转动的次数明显减少，通过分析每一个非动力性燃油消耗来提高节油水平。其实我们等车时只要留意听一下就知道哪些车型的工程师做了手脚，车龄长一点的老车无论合资还是中国品牌风扇都转的比较勤，少数新车就安静许多。
（2）提高发动机输出动力
发动机长期处于高温状态下是不利于输出动力的。一个最直接的原因就是当气缸和进气管温度较高时会导致空气过度膨胀，吸入气缸的空气体积没变、重量减轻了，产生的动力自然少了许多。有一次和一位西北的车友讨论动力，他说为什么下雨天汽车动力会好一点？原因就在这里，下雨天气温下降，有利于发动机散热，吸入的空气密度比较大，生产的动力就会多一些。
发动机温度降低一点既可以减少燃油、还可以提高输出动力，对尾气污染物的产生和排放也有正面作用。但是，降低发动机工作温度需要新的燃烧理论支持，甚至需要推翻120年来发动机理论中的部分基本原理，切断惯性思维，对于国际上呼风唤雨的发动机设计高手也需要费一番功夫。
2、怎样控制燃烧温度
我根据自己的经验提点看法，抛砖引玉吧。
（1）建立新的热平衡系统
温度越高越利于燃烧的传统理论已经把工程师们束缚的太久了，对于汽油发动机来说，也许应该把温度降低一点更容易控制。如果我们把发动机最高工作温度修改成70度或者80度，就可以减少燃油消耗，同时可以增加进气量和提高输出动力。完成这样的工作需要建立一个新的热平衡系统，将发动机的工作温度控制到30-70度或者40-80度之间。目前的发动机冷却系统完全可以满足这样的设计要求，需要做的重点在如何认识燃烧。
即使是自然吸气发动机，仍然具备很大的扭矩生产储备，涡轮增压发动机同样留有一部无法利用的空间。阻碍扭矩提升的最大障碍并不仅仅是压缩比，还有混合气燃烧时发生爆震带来的危险；虽然可以用提高燃油辛烷值的方法（使用高标号的97#汽油，京95#）预防爆震，这样既增加了用车成本，也没有从根据上解决问题。降低发动机最高温度是从源头解决爆震的方法，建议设计师们试一下。
本田、丰田和马自达在提高压缩比的设计中都采用了降低发动机温度的技术，当然在介绍中只会一带而过。这样做的原因大家都懂。
（2）稳定和提高扭矩贡献率
汽车动力的生产单元是发动机，具体部位是燃烧室，所以，一切关于动力产生的内容最后都要落在燃烧室。马自达的蓝天创驰技术也好，大众的涡轮增压技术也罢，在稳定和提高燃烧室扭矩贡献值的研发过程中首先要过发动机高温这一关。
进气管喷射自然吸气发动机的扭矩贡献值最高也就达到1.0，多数在0.9左右；我在查询资料时注意到2005年定型的发动机扭矩贡献值基本在0.8左右，2010年定型的发动机扭矩贡献值上升到0.9，近两年定型的部分发动机扭矩贡献值上升到1.0了。马自达的缸内直喷发动机扭矩贡献值达到1.2，其中的一项关键技术就是有效地降低了发动机温度；本田和丰田的高性能发动机也描述过降低发动机温度的内容，当然也做技术掩饰。
涡轮增压发动机的扭矩贡献值可以达到1.3以上，也和发动机工作温度的控制水平密切相关。如果温度较高，涡轮增压的作用就会受到影响，早期的涡轮增压发动机扭矩贡献值只能达到1.0-1.2，耗油量也非常高，一个重要因素就是没有控制好发动机工作温度。比较先进的涡轮增压发动机一定具备了控制气缸温度的核心技术，为了保持技术优势，企业通常对这一点避而不谈。
总之，开车时稍稍留心一下水温表，如果水温容易升高，多数情况下处于较高温度区域，风扇转得比较勤，说明搭载的发动机机型可能比较老；反之，水温表上指示的温度比较低，稳定，风扇很少转，说明发动机技术比较先进。