為什麼頂級越野車要用硅油風扇？

聊起豐田普拉多、陸巡等硬派越野車，很多人都會為其啓動、加速時“轟轟”的、如同狂風咆哮般的雄厚聲浪拍手叫絕。甚至一些不知情的路人聞聲側目後，更是會對這台車的性能產生遠超實際的幻想。而這種聽覺震撼的來源，其實都離不開一個叫做“硅油風扇”的東西，它獨特的運轉轟鳴聲，也誘惑了無數越野玩家進行了後期改裝。像是震哥購買坦克500時，也特意選裝了硅油風扇。那麼問題就來了，這玩意除了聽着唬人外，與普通的散熱風扇都有哪些區別呢？憑啥一些硬派越野車會對它情有獨鍾呢？請往下看！

為了便於大家理解，在正式講解什麼是硅油風扇之前，我們先來簡單回顧一下發動機的散熱系統。眾所周知，發動機運轉時會產生大量的熱量，如果熱量得不到及時排出，發動機氣缸蓋、缸體、氣門、活塞就會因為温度過高而產生膨脹變形，進而導致活塞與氣缸壁這種金屬之間產生異常磨損。假如再不加以散熱，那等發動機熱量堆積到超過金屬材料的極限耐熱性能後，就會出現活塞直接燒融的情況了。所以，為了避免高温損壞發動機、並確保發動機時刻都能運轉在合理的温度區間內，於是散熱系統便成為了每個發動機不可或缺的關鍵組成部分。

發動機散熱共分為風冷和水冷兩種類型，其中由於水的吸熱能力要明顯強於空氣，並且水的導熱性也要比空氣高20多倍，所以對於發動機這個發熱大户來説，水冷肯定是更為合適的散熱方式。而在水冷的循環線路佈置上，由於發動機的熱量主要都聚集在氣缸和缸體位置（上圖橙紅色區域），所以為了有效散熱，水冷系統的冷卻液循環便會圍繞着缸體和缸蓋進行佈置。

在循環冷卻過程中，低温冷卻液在吸收了發動機的高温熱量後會產生升温現象，而升温後的冷卻液對於後續的發動機散熱又必然會產生不利影響。不僅如此，由於液體達到一定温度後還會沸騰併產生蒸汽，而液態到氣態的轉化過程又會伴隨着體積的膨大，所以如果冷卻液得不到降温，那完全封閉的散熱系統就會因為冷卻液氣化的體積膨大、出現內部壓力陡然增加，直至水箱“開鍋”。所以為了避免這種現象，冷卻液就必須得到充足的散熱降温，而為冷卻液進行降温的部件，就叫做散熱器。

由於散熱器是由導熱性很好的鋁材製成的充滿中空結構的部件，所以它可以很好地充當高温冷卻液與外界低温空氣之間進行熱交換的角色。不過需要注意的是，由於空氣的比熱容小於水，所以同等質量空氣所吸收的熱量，要小於同等質量的水。這也就意味着只有用大量空氣與冷卻液進行熱交換，最終才能達到降温的效果。

大家都知道，散熱器會安裝在引擎艙內部最靠前的位置，所以車速越快，穿過散熱器的空氣流量就越大，因此我們並不需要擔心車輛高速行駛時的散熱問題。可一旦車輛遇到堵車頻繁起步、上坡等負載較大的低速行駛工況，那問題就來了。因為大負載會讓發動機的發熱量大增，而較低的車速又會導致穿過散熱器、用於將熱量帶走的空氣流量不足以完成散熱。所以為了解決低速行駛的散熱問題，工程師便在設計之初為冷卻系統增加了一個能主動為散熱器吹風的冷卻風扇。

敲黑板！冷卻系統講到這裏，今天的主角--硅油風扇就要閃亮登場了！作為為冷卻液在低速主動吹風降温的部件，冷卻風扇共分為兩種：一種是家用車都在用、佔絕對主流的電機驅動風扇，它靠電力進行驅動，並且可以根據散熱需求對風扇轉速進行精準調整；而另一種就是硬派越野車會使用的硅油風扇了，其工作原理與變速箱的液力變矩器十分相似。首先，硅油風扇的動力來源和液力變矩器一樣，都是通過發動機曲軸旋轉帶動的，因此硅油風扇的轉速也會隨着發動機轉速的起伏而起伏。

其次，如上圖所示，硅油風扇分為內、外兩個部分，內部名為“主動板”、外部名為“從動板”。其中，與內部主動板同軸、上圖最左側的橫向柱狀結構，就是與發動機曲軸相連、用於獲取驅動力的部分。通過圖中不難看出，主動板和從動板之間存在着一定的縫隙，如果這個縫隙被注入硅油的話，從動板就會因為硅油的高剪切粘力作用，而被主動板帶着一起轉動，那此時套在從動板外部的扇葉自然也會和從動板同頻旋轉並進行散熱了。這種通過油液進行力傳遞，而非使用機械直連的驅動力傳導方式，也與液力變矩器是一樣的。只是液力變矩器內部用的是ATF油，而硅油風扇用的是硅油。

看到這肯定有朋友要問了，既然是為了控制風扇的開關以及轉速，那直接在風扇與發動機曲軸連接處加裝一個電控離合器不就行了，為何還要多此一舉去通過主、從動板這種內外結構，以及硅油傳導來實現呢？原因有二，其一是如果用離合器來結合曲軸和風扇，那必然會伴隨較大的衝擊感，首先對於舒適性就會造成不利影響。其次，如果是大排量發動機的話，那與其配套進行散熱的風扇也會很大，可以想象，當靜止的大號風扇與高速旋轉的曲軸結合時，靜止風扇所產生的較大阻力便會干擾到曲軸、以及與其相連活塞的正常運轉頻率，甚至還會造成發動機的異常磨損。

而如果採用硅油的話，如上圖所示，由於上方儲油腔（圖中藍色結構）逐漸將油充滿下方工作腔（圖中綠色結構）的過程漸進、且硅油的高粘度有緩衝作用，所以帶動風扇旋轉的過程會十分柔和，不會對舒適性以及發動機運轉造成負面影響，這便是不用離合器控制的第一個原因。

而不用離合器控制的第二個原因，則是因為通常離合器只有2-3個擋位，這也就意味着散熱風扇只能有三個調速擋。而硅油風扇由於能通過調節硅油的注入量，來改變內部主動板與外部從動板之間的剪切粘力，從而改變二者的滑移率，所以硅油風扇便具有了無極調速的能力。相當於，只要減少硅油的注入量，就可以使風扇的轉速低於發動機轉速；而如果將硅油注滿的話，風扇的轉速就會基本等於發動機的轉速了。

看到這，估計一些朋友已經開始根據硅油風扇的工作原理，對它的性能產生一定的質疑了。沒錯，硅油風扇確實存在着很多不足，這個我們後面會進行講解，不過在此之前，相信大家一定更想了解，為什麼它能得到硬派越野車以及改裝玩家的追捧，所以下面我們先來看看硅油風扇的優點，然後再講解使用硅油風扇會喪失些什麼！

對於硬核越野來説，可靠性絕對是要保證的第一優先級，畢竟無論是在荒郊野外、無人區穿越，還是進行大角爬坡，一旦車輛發生故障，那就會直接危及到車內人員的生命安全。而硅油風扇的最大優勢，也正是它無可比擬的可靠性。

眾所周知，汽車上最可靠的結構，就是結構簡單的機械結構，而硅油風扇就是一個結構非常簡單的機械部件。首先就像上面講過的，帶動風扇轉動的主動板和從動板之間是完全依靠硅油這個流體來傳遞轉矩的，所以二者幾乎不會存在磨損，保證了零件的耐久性。

其次，以前的老式硅油風扇，其用來控制硅油注入的閥片，也是一個會根據温度高、低發生形變，從而控制硅油是否注入、以決定風扇是否旋轉的單純機械結構。這個機械結構由金屬感温材料製成，當機艙內温度升高到一定程度後，這個温感結構就會打開、使硅油注入，於是主動板的轉矩就會傳遞給從動板，進而帶動風扇轉動。反之，隨着機艙温度下降到一定程度，這個感温結構就會閉合，終止硅油注入，使主動板和從動板分離、風扇停轉。由此不難看出，硅油風扇在誕生初期是一個完全不依賴任何電子元件的純粹機械結構，根本就沒什麼可壞的地方。

而現如今，工程師為了賦予硅油風扇無級調速的能力，於是便為現在的硅油風扇增加了一個電控閥片（上圖紅框），它會根據散熱器上的温度傳感器，來精細控制硅油的流量大小，從而實現對風扇轉速的調節。雖然電控閥片的加入，增加了硅油風扇的複雜程度，但由於它依舊保留了以往的機械式閥片功能，所以即使新增的電子部件失效，這套電控硅油風扇也能和機械硅油風扇一樣進行工作，依然是可靠性拉滿的狀態。

事實上，相比硬派越野車而言，卡車更是硅油風扇的忠實擁躉。這其中的緣由，除了硅油風扇皮實耐用的特性外，更是因為卡車的發動機排量高達十幾升，如果採用電驅風扇的話，其風扇功率會大的驚人。要知道，汽車的發電量是隨速度增加而增加的，可對於卡車這種經常低速高負載行駛的車型而言，發動機低速的發電量根本不足以供超大功率的電驅風扇運轉，所以風扇就只能被迫從電瓶取電。但問題是，汽油車的車載電池容量根本不夠長時間滿足大功率風扇的電量需求，所以電瓶不僅會有虧電的風險，而且這種長期以最大放電倍率的放電行為，還會導致鉛酸電瓶的循環壽命快速耗盡，所以卡車才成為了硅油風扇的忠實擁躉。

而硬派越野車的風扇功率雖然不如卡車大，但要知道陸巡這種越野車的電瓶也不過70Ah左右，如果在低速高負載越野時長期帶動一個大幾百瓦的電風扇運轉，那同樣會面臨電瓶虧電以及提前報廢的風險。如果不巧車輛剛好因為沒電趴窩在荒郊野嶺，那後果更是不堪設想，所以電驅風扇耗電量大也是一些越野車選擇硅油風扇的原因。

不僅如此，對於越野車常見的涉水工況而言，硅油風扇更是無敵般的存在。畢竟硅油風扇是一個外部完全密閉的機械結構，只要發動機能轉、它就能跟着轉。可對於電驅風扇而言，要想應對野外的涉水路段，就必須得針對散熱系統的電機、電路進行防水性的升級，會增加零件的複雜度以及成本。更重要的是，不怕一萬、就怕萬一，萬一哪天電驅風扇真因為涉水短路等問題壞在無人區了，那車輛因為得不到有效散熱，很有可能就把駕駛員一起留在那裏了。

綜上所述不難發現，硅油風扇的絕對優勢就是可靠、耐用，而這種特質也完美契合了硬派越野車的使用用途以及使用場景。那為了獲得可靠、耐用的優點，硅油風扇又要付出怎樣的代價呢？咱們繼續往下看。

事實上，除了可靠性方面的優勢外，硅油風扇幾乎就處於一無是處的境地了。我知道在很多人的幻想中，硅油風扇有着極強的散熱性能。可事實卻恰恰相反，硅油風扇在散熱性方面根本比不過普通家用車的電驅風扇，原因主要有以下兩點：一是因為硅油風扇是靠發動機曲軸驅動的，因此硅油風扇的轉速一定會低於發動機的轉速。至於上面講過的、通過電控裝置調整硅油流量，從而使風扇具備無級調速的功能，也只能在低於發動機轉速的區間裏、將轉速往低了調整，以避免發動機尚未完成熱機，以及車輛行駛速度較快、空氣流量較大時，出現散熱過度的問題。

所以在風扇轉速一定低於發動機轉速的前提下，一旦車輛遇到低速、且高負荷的越野或攀爬場景，由於此時的發動機轉速可能只有2000轉上下，但由於發動機負荷較大，所以會產生很大的熱量，於是不能獨立於發動機轉速、去自己提高轉速的硅油風扇就比不過可以隨時飆到4000轉的電驅風扇了。

至於硅油風扇散熱效率差的第二個原因，則是因為散熱器是固定在車身上的，而硅油風扇是固定在發動機上的，由於發動機在運轉時會產生一定的擺動，所以如上圖所示，為了避免二者產生磕碰，硅油風扇與散熱器護風圈之間必須留有20mm以上的間隙。但也正是由於這個間隙的存在，所以會導致一部分已經吹向發動機的氣流產生反向迴流，引發風扇送風量減少、冷卻系統散熱效率降低的問題。要知道，在電驅風扇系統中，由於電驅風扇和散熱器全部都安裝在車身上，二者之間不存在相對的擺動，所以它們之間的配合縫隙可以縮小到3mm，幾乎不存在氣流的迴流問題。

經過計算，在同樣規格的散熱系統下，僅僅因為風扇與散熱器護風圈間隙的氣流回流問題，就會造成硅油風扇的風量比電驅風扇低上23%，並且噪音還大了足足3分貝，會對日常行駛時的車廂靜謐性產生一定的影響。

眾所周知，一個系統的運轉阻力越小，其消耗的功率也就越小，也就能越省油。而硅油風扇的阻力主要來源於兩個方面，其一是前面提到的，由於硅油風扇是利用硅油的高剪切粘力來傳遞動力的，不像電驅風扇一樣是機械傳遞，所以它也會像自動變速箱的液力變矩器一樣產生滑動損失，並且風扇轉的越快、滑動損失就越大，這就意味着發動機的一部分功率會被硅油的滑動損失浪費掉。而電驅風扇由於是純機械傳遞，所以完全不存在滑動損失，節油效果自然會更好。

硅油風扇運轉阻力大的第二個原因是，由於硅油風扇的驅動力來源是發動機曲軸，那為了保證轉動效率，所以工程師並不會將硅油風扇與曲軸之間的連接杆做得很長。而風扇與發動機之間較短的距離，便會導致空氣流經風扇後，會直接撞在發動機上，造成氣流動阻力變大的問題。所以相較於靠電力驅動，風扇可以跟散熱器一同佈置在車頭儘可能靠前、遠離發動機位置的電驅風扇而言，硅油風扇要想達到相同的散熱效果，就需要消耗更多燃油來提升自身淨功率，從而抵消掉空氣阻力大的問題。

儘管硅油風扇憑藉超高的可靠性贏得了硬派越野車的青睞，但由於其動力取自於發動機曲軸的工作方式，所以只有發動機曲軸對着車頭，且曲軸前方還有足夠空間塞進風扇的縱置車型才能使用硅油風扇。而一些低價位橫置SUV，由於機艙空間十分緊湊，所以根本無法將風扇塞進去。這也就意味着，硅油風扇的應用範圍十分受限。

綜上所述不難發現，硅油風扇就是一個除了可靠性以外，在散熱效率、噪音分貝、動力燃油消耗等方面一無是處的散熱裝置，所以它的身份也一直十分小眾。不過，對於越野車這種多用於探索未知、且過程充滿不確定性的車型來説，可靠性的優先級絕對是最高的。這也是為什麼“大G可以帶你去任何地方，但只有豐田能帶你回家”中的豐田，一貫“固執”地在普拉多、陸巡上堅持使用硅油風扇的原因。