汽車風扇是吹風還是抽風——說說汽車冷卻風扇是如何工作的

今天有網友問我，汽車水箱風扇是向裡面吹風還是向外面排風啊？這個問題要看發動機的安裝位置。對於絕大多數的轎車、卡車等，發動機安裝在汽車的前面，這種情況下風扇就是向裡面吹風的；對於發動機後置的大客車，以及裝載機、挖掘機等工程機械，風扇就是向外排風的。

風扇對於汽車的作用是非常大的。我先來給你講一件有趣的事：一台裝載機在大修完發動機後，總是高溫，不要說乾活，原地怠速時間長了都會高溫。修理工反反覆複的檢查了很多地方，包括更換水泵、清洗水箱、換節溫器，後來甚至把節溫器拆除了，還是高溫。懷疑是缸墊哧了，就把缸墊又換了一遍，還是不行，並且換下來的缸墊也是好的。故障就此陷入困境。後來我無意中從這台車後面走過，立即感覺不對勁——正常發動機著車情況下應該有熱風吹出來，這台車怎麽沒有呢？我馬上想到了一個問題，打開發動機艙一看，果不其然——風扇裝反了！

當然，這是一個比較特殊的案例，絕大多數的車型風扇都是有固定安裝位置的，很難裝錯。不過它也說明了風扇對於汽車的重要性，如果沒有它，汽車是無法正常工作的。早期的汽車風扇是比較簡單的，一般都是與發動機同步運轉，而現在汽車上的風扇是比較複雜的，特別是在控制邏輯方面更是複雜。今天我們就來詳細的說一說汽車風扇有哪些類型，是如何工作的，它的控制邏輯又是怎樣的。

汽車風扇的全稱應該是“汽車冷卻風扇”，它的作用是讓更多的空氣流經散熱器，增強散熱器的散熱能力，加快冷卻液的冷卻速度，同時還可以讓更多的空氣流經發動機，將發動機散發出的熱量帶走。其實汽車在正常行駛時，正面的迎面風基本可以滿足汽車的冷卻需求，所以絕大多數情況下都是無需風扇冷卻的。只有在一些特殊工況下，比如汽車高負荷、低車速行駛，或者長時間低速行駛，長時間原地怠速，這種情況下基本沒有迎面風，就需要風扇來強製讓空氣流過散熱器，加快冷卻液的冷卻速度了。

汽車的冷卻風扇都是軸流式的，即風扇旋轉時，空氣沿著風扇旋轉軸的軸線方向流動，與我們家用的風扇是一樣的。與之對應的是徑流式風扇，它的空氣流向是從中間向四邊散發的，類似於離心式水泵，比如汽車空調蒸發箱風扇，以及家用空調的風扇，等等。相對來說，軸流式風扇風速更快，風壓更高、風量更大，冷卻效果更好，但是噪音和振動較大。軸流式風扇應用的也更廣泛，比如隧道、廠房通風工程、風洞等。不過這種風扇是有方向性的，千萬不能裝反了，否則風向就完全變了。就像開頭的例子，風扇裝反了，不但不能給發動機散熱，反而把水箱的熱量返還給發動機了。

以前的汽車冷卻風扇基本都是用薄鋼片壓製而成的，重量比較大，轉動慣量大，對發動機功率消耗較大，現在更多的採用工程塑料製作。扇葉的數量一般為4~7片，葉片與旋轉平面呈30~45°的偏扭角，借以車身吸風能力，使空氣沿著軸向流動。風扇的扇風量與風扇直徑、轉速、葉片形狀、葉片安裝角及葉片數有關。為了減小葉片的背壓力和渦流阻力，把葉片製成不同的形狀，比如葉尖窄、根部寬、葉尖向前彎曲、偏扭角漸變等。此外，為了降低風扇高速旋轉時的噪音和振動，各葉片之間的間隔角並不相等，這樣可以使葉片在旋轉時對空氣的間隔衝擊時間不等。

還有特別重要的一點是：風扇是高速旋轉件，它的動平衡是非常重要的。如使用中風扇破損，發動機會抖動嚴重，風量減小，風速降低，必須及時更換。我曾經遇到過一個案例，一輛鏟車風扇葉掉了一個，司機卻渾然不知，仍然使用了很長時間，直到有一天發動機異響，拆開一看，曲軸瓦第一道燒蝕了。這就是由於風扇高速旋轉不平衡，產生了一個離心力作用在了曲軸第一道軸瓦上，最終導致曲軸潤滑不良而燒蝕。

風扇的驅動方式有直接驅動和間接驅動兩種。

直接驅動是指風扇直接安裝在發動機曲軸上，或者由曲軸通過皮帶或者齒輪驅動風扇旋轉。絕大多數卡車和工程機械都採用這樣的驅動方式，只要發動機運轉，風扇就與曲軸同步旋轉。需要注意的是：這種驅動方式會極大的消耗發動機的功率。測算表明，風扇最多時會消耗發動機功率的10%。

為了減少風扇對發動機功率的消耗，同時也避免過度冷卻導致發動機過冷，發動機升溫時間過長，現在的發動機一般都採用風扇離合器來控制風扇的工作時間和旋轉速度。風扇離合器是由前蓋、殼體、主動板、從動板、閥片、主動軸、雙金屬感溫器、閥片軸、軸承、風扇等組成，它的工作原理是由雙金屬片感受水箱的溫度，通過雙金屬片的變形來控制閥片開啟的時機和角度。當水箱溫度較低時，閥片關閉，矽油不進入工作腔，風扇與驅動軸脫離，不旋轉，冷卻強度較低；當水箱溫度較高時，閥片開啟，矽油進入工作腔，通過矽油的高粘度使風扇與驅動軸結合，二者同步旋轉，風扇轉速較高，冷卻強度較高。閥片開啟的角度越大，矽油進入工作腔越多，風扇與驅動軸結合的越緊密，風扇的轉速就越高，從而實現了冷卻強度的調節。

如果風扇離合器由於某種故障，導致發生始終不能與驅動軸結合，那麽風扇就始終不能高速轉動，冷卻強度較低，在汽車高負荷運轉時有可能發生溫度過高的故障。為了避免這樣的情況，在風扇離合器上有一個應急裝置，在殼體上有一個鎖止板，只要把鎖止板的銷插入主動板孔中再擰螺釘，就可以使殼體與主動軸連成一體，風扇就與驅動軸同步運轉了。但此時只靠銷傳動，不能長期使用，並且風扇始終處於最高冷卻強度，也不利於發動機的預熱升溫。判斷風扇離合器故障的 一個方法是：當發動機溫度正常時，用手旋轉風扇葉，如果能感受到較大的阻力，說明風扇離合器是正常的；如果此時的風扇離合器阻力較小，可以輕鬆轉動，就說明風扇離合器已經損壞了。

風扇的間接驅動方式有兩種，一種是電動的，一種是液壓驅動的。先來說說電動的。

絕大多數的轎車以及乘用車，冷卻風扇都是電動的，也就是用一個電機直接驅動風扇的旋轉，電動風扇結構簡單，布置方便，不消耗發動機功率，使汽車燃油經濟性得到改善。此外，採用電動風扇不需要檢查、調整或更換風扇傳動帶，因而減少了維修的工作量。一般車型上有兩個電動風扇，這兩個風扇有一樣大的，也有一大一小的，還有些車型專門有一個空調冷凝器風扇，它們根據發動機水溫的不同以及空調是否開啟，來決定風扇的啟動以及運轉速度。

早期的電動風扇，控制線路和控制邏輯都比較簡單，僅受溫控開關及空調壓力開關控制，滿足任何一個開關的條件及自動接通風扇。溫控開關安裝在水箱上，直接感受冷卻液的溫度，它事實上是一個兩檔電阻開關，內部電阻分為大小兩檔，分別控制風扇高低速運轉。當水溫超過90°C時，溫控開關第一檔接通，風扇低速旋轉，對水箱的散熱能力較低；當水溫超過105°C時，溫控開關第二檔接通，風扇高速旋轉，增大流過水箱的空氣流量，冷卻強度加大。如果開啟空調，空調壓力開關會直接給電動風扇 一個信號，電動風扇直接運轉，與水溫就無關了。

在日常使用中，有時會遇到溫控開關失效的故障。此時無論水溫有多高，電動風扇都不會啟動，進而造成發動機高溫。在這種情況下，我們可以把溫控開關的插頭拔下來，然後用一段導線把其中的兩個插頭短接起來，這樣電動風扇就會轉動了。轉速的高低與我們短接的插頭有關，一般情況下短接較低的轉速即可。

現在的汽車電控系統越來越複雜了，電動風扇的控制邏輯也越來越複雜。一般用發動機控制單元來控制電動風扇的啟動與運轉，對發動機及其周圍環境的參數考慮較為周全，有緊急運行模式，能效更高，從而達到節能降耗的目的。但是由此也帶來信號控制較複雜，維修難度大的缺點。比如發動機冷卻液溫度信號缺失、水箱出水口溫度信號缺失，發動機控制單元為了防止發動機高溫，會指令電動風扇高速運轉；空調高壓傳感器信號缺失，會指令空調系統停止工作；還有一個很特殊的情況，就是車速信號缺失時，發動機會誤以為汽車一直在高速行駛，此時也會指令電動風扇高速旋轉。

電動風扇還有一個特性，就是延時控制。我們經常會遇到汽車長時間行駛後，即使我們把發動機熄火，電動風扇還會高速運轉一段時間，最長甚至可以超過十分鐘。這主要是因為汽車長時間行駛後，發動機水溫較高，如果我們直接熄火，水泵停止運轉，發動機局部溫度會迅速升高，嚴重時會發生金屬熔融粘著。為了避免這種情況的發生，停車後電動風扇仍然運轉一段時間，將發動機的溫度降下來，避免發動機高溫損壞。

還有一種間接式風扇驅動方式是液壓驅動，這種方式主要應用在挖掘機上和部分風冷發動機上。風扇安裝在一個液壓馬達上，當發動機啟動、溫度達到一定程度後，液壓馬達油路接通，馬達運轉，帶動風扇旋轉，為發動機提供冷卻氣流。風扇的轉速可以由液壓馬達控制，水溫低轉速低，水溫高轉速高。挖掘機上的液壓馬達動力源於液壓泵，風冷發動機的液壓馬達動力源於機油泵。

在風扇上還有非常重要的一個裝置，就是導風罩，俗稱“風圈”。它的作用是引導空氣的流動方向，避免風力發散。如果它缺失或者損壞的話，風扇的冷卻能力會大打折扣。在風冷發動機上的導風板有同樣的作用，曾經有過這樣的例子，一台風冷發動機大修後，導風板沒有安裝到位，並且有缺失，修理工不懂，以為作用不大，結果發動機很快就高溫拉缸了。

以上就是汽車風扇的相關知識。在日常使用中，最常見的故障就是風扇不轉。遇到這種故障時，首先直接給電動風扇通電，如果風扇轉動，說明風扇本身是完好的，故障出在控制線路上，然後我們根據風扇的控制原理，一步步的排查，一般溫控開關和水溫傳感器發生的故障率較高。對於卡車的風扇，以風扇離合器故障率最高，檢查方法在上文已經說過了，不再贅述。