高原行車時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為何會提高?淺談高海拔環(huán)境對發(fā)動機(jī)的影響-全球微動態(tài)

無論自吸發(fā)動機(jī)還是增壓發(fā)動機(jī)，都存在高原反應(yīng)。只不過渦輪增壓發(fā)動機(jī)依靠其增壓系統(tǒng)減輕高海拔、低氣壓的影響，而自然吸氣發(fā)動機(jī)的高原反應(yīng)比較嚴(yán)重。海拔每提高1000米、氣壓降低10%，會導(dǎo)致氧氣量也降低10%左右。當(dāng)然空氣中氧氣的濃度并不會改變，只是因?yàn)闅鈮旱汀⒖諝庾兩?，氧氣也跟著變少?/p>

(資料圖片僅供參考)

低氣壓下氣體會發(fā)生膨脹、密度降低，同體積下的空氣質(zhì)量降低。比如在低海拔區(qū)域每立方米空氣重量為1.29千克，而在海拔3000米高度每立方米空氣重量0.9千克左右（接近每千米降低10%）。所以同樣體積下的空氣質(zhì)量是降低的，包括氧氣、氮?dú)狻⒍趸家约捌渌∮袣怏w都按比例減少。這時(shí)就會出現(xiàn)高原反應(yīng)，無論是人、汽車、廚具等等都會出現(xiàn)問題。

發(fā)動機(jī)的排量是指汽缸總?cè)莘e，它與咱們?nèi)祟惖姆位盍繕O為近似。只不過發(fā)動機(jī)單次循環(huán)的最大吸氣量（排量）是固定的或很難去改變（畢竟鏜缸或升級增壓器的車友實(shí)際中并不多），但人可以憑借鍛煉去提高自身的排量（肺活量）。比如成年人的肺活量在3L到3.5L左右，通過鍛煉就能提高到4L甚至4L以上。這樣就能在高海拔、氣體密度更低的條件下獲得足夠的空氣。

發(fā)動機(jī)與人的吸氣過程

本質(zhì)上發(fā)動機(jī)與人的呼吸方式很類似，只不過咱們只有吸氣、呼氣兩個(gè)狀態(tài)，所以可看作是一個(gè)二沖程發(fā)動機(jī)。假如某人肺活量高達(dá)3L（3000ML），在平原地區(qū)吸氣可獲得約3L空氣。3L空氣總質(zhì)量3.9克，而氧氣質(zhì)量約為0.82克，此時(shí)感覺神清氣爽。而如果是在3000米海拔高度吸氣，同樣吸入3L空氣可獲得空氣2.7克，氧氣質(zhì)量為0.57克。此時(shí)會感到缺氧。

而汽車的發(fā)動機(jī)也是一樣的道理，如一臺排量3.0L自吸車子在平原地區(qū)每循環(huán)最大能進(jìn)氣3.0L，獲得空氣3.9克。結(jié)合空燃比14.7可以計(jì)算出每循環(huán)噴油0.3克左右，而在3000米海拔時(shí)又會是什么狀態(tài)。同樣條件下在海拔3000米時(shí)每循環(huán)最多進(jìn)氣2.7克，噴油量降低至0.18克。發(fā)動機(jī)每個(gè)循環(huán)所能燒掉的燃油變少、每循環(huán)所輸出的扭矩降低，為了保持功率，就需要增加循環(huán)次數(shù)。所以出現(xiàn)高原反應(yīng)的汽車轉(zhuǎn)速會提高，而人則會增加呼吸（循環(huán)）次數(shù)。

高海拔為什么會導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速提高

平原地區(qū)保持100千米勻速行駛時(shí)，所需功率不過30-40千瓦左右，而大多數(shù)車型的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會在2000轉(zhuǎn)附近。但同一輛車如果換到了高原地區(qū)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速就會提高甚至是大幅度提高。原因其實(shí)上文中也有所解釋，單次循環(huán)進(jìn)氣量（重量）降低直接導(dǎo)致單次循環(huán)噴油量降低。單次循環(huán)噴油量降低則導(dǎo)致單次循環(huán)做功（扭矩）降低，為了保持功率不降低，那么就只能在單位時(shí)間內(nèi)增加循環(huán)的次數(shù)（轉(zhuǎn)速）。

功率=扭矩*轉(zhuǎn)速/9550

對于這個(gè)功率相信各位朋友都很熟悉，在這個(gè)公式中的扭矩指什么？公式中的轉(zhuǎn)速指的是單位時(shí)間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)，而扭矩所指的則是單次循環(huán)所燒掉的燃油量，也就是單次循環(huán)所做了多少功。上文也已經(jīng)提到空氣密度會隨著海拔提高而降低（等效為重量），單次循環(huán)進(jìn)氣量（重量）降低，噴油量也會同步降低，單次循環(huán)燒油量降低、那么所做的功（扭矩）就會降低。

而維持汽車保持某車速運(yùn)行所需要的功率并不會改變，那么在公式中會有哪些變化？

功率（不變）=扭矩（降低）*轉(zhuǎn)速（？）

此時(shí)轉(zhuǎn)速就會提高，同等車速下海拔每提高一千米時(shí)轉(zhuǎn)速提高10%左右。而對于大多數(shù)自吸車而言在高原行駛動力是夠用的，高海拔環(huán)境的確會消弱發(fā)動機(jī)輸出功率上限。比如一臺功率為140匹的小排量車，在高海拔約5000米的環(huán)境下最多能輸出70匹馬力（平原地區(qū)接近紅線轉(zhuǎn)能輸出140匹，此時(shí)紅線轉(zhuǎn)速只能輸出70匹）。但并不是一定要用滿這70匹馬力，上文也提到保持100千米行駛時(shí)所需要功率不過54匹（40千瓦）。

所以即便在高海拔條件下自然吸氣發(fā)動機(jī)動力受損嚴(yán)重，但還能保持車輛正常行駛，至少保持100千米行駛問題不大。只是小排量自吸在4、5千米海拔行駛時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高得驚人接近爆表，這是沒辦法的事，因?yàn)閱未窝h(huán)所吸入的空氣重量太少了，所以只能利用更密集的循環(huán)來起到補(bǔ)償作用。這對于小排量自吸而言無解，不過也不必?fù)?dān)心什么畢竟在單次循環(huán)中所燃燒的油量降低，導(dǎo)致負(fù)荷降低。高轉(zhuǎn)低負(fù)荷對發(fā)動機(jī)沒啥損傷，只是噪音太大罷了。

大排量自吸受到的影響更小

為啥大排量自吸受到的影響??？其實(shí)道理很簡單因?yàn)榕帕看蟆未窝h(huán)吸氣量大，所以同樣輸出40-60千瓦的功率所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速變化就小。就像上文中舉的例子，一個(gè)人肺活量3L、平原每次呼吸需要0.8克氧氣才能保證需求。而在3000米海拔環(huán)境下每一次吸氣只能獲得0.57克氧氣，此時(shí)缺氧（輸出功率不足以保持身體正常運(yùn)行）。為了緩解缺氧就只能增加循環(huán)次數(shù)表現(xiàn)為頻繁的呼吸。

而一個(gè)運(yùn)動員肺活量6-8L，即便在3000米海拔下每一次吸氣能獲得接近1.5克氧氣，所以即便不增加呼吸次數(shù)，依靠足夠大的肺活量（排量）就能獲得單次所需氧氣量來保持身體的正常運(yùn)行。所以排量大是不是優(yōu)勢多多？無論汽車還是人，大排量其實(shí)都有很多優(yōu)勢，當(dāng)然劣勢也明顯。不過在高海拔環(huán)境下大排量大車要比小排量自吸順暢不少，當(dāng)然小排量自吸也能開，不過需要忍受高轉(zhuǎn)速所帶來的噪音。

實(shí)際上最適合高原使用的機(jī)器還是渦輪增壓發(fā)動機(jī)，畢竟大排量車型不是人人都能入手的，而小排量的增壓車型價(jià)格更合理。增壓發(fā)動機(jī)不單純依賴活塞下行時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓吸氣，增壓系統(tǒng)能額外提供一路“氣源”對每循環(huán)進(jìn)氣量（重量）進(jìn)行補(bǔ)充，這就好比給出現(xiàn)高原反應(yīng)的人提供一個(gè)氧氣包，吸上一口氧氣就不喘了。發(fā)動機(jī)也是這個(gè)道理，單次循環(huán)進(jìn)氣量大、燒油多、做功多，就能減少循環(huán)次數(shù)，轉(zhuǎn)速也能避免大幅度提高。飛機(jī)用的渦扇發(fā)動機(jī)其實(shí)就是這個(gè)道理，萬米高空不增壓怎么可能飛得上去呢。

標(biāo)簽： 發(fā)動機(jī)的 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速

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