高原行車時發動機轉速為何會提高?淺談高海拔環境對發動機的影響-全球微動態

無論自吸發動機還是增壓發動機，都存在高原反應。只不過渦輪增壓發動機依靠其增壓系統減輕高海拔、低氣壓的影響，而自然吸氣發動機的高原反應比較嚴重。海拔每提高1000米、氣壓降低10%，會導致氧氣量也降低10%左右。當然空氣中氧氣的濃度并不會改變，只是因為氣壓低、空氣變少，氧氣也跟著變少。

(資料圖片僅供參考)

低氣壓下氣體會發生膨脹、密度降低，同體積下的空氣質量降低。比如在低海拔區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量是降低的，包括氧氣、氮氣、二氧化碳以及其它稀有氣體都按比例減少。這時就會出現高原反應，無論是人、汽車、廚具等等都會出現問題。

發動機的排量是指汽缸總容積，它與咱們人類的肺活量極為近似。只不過發動機單次循環的最大吸氣量（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。

發動機與人的吸氣過程

本質上發動機與人的呼吸方式很類似，只不過咱們只有吸氣、呼氣兩個狀態，所以可看作是一個二沖程發動機。假如某人肺活量高達3L（3000ML），在平原地區吸氣可獲得約3L空氣。3L空氣總質量3.9克，而氧氣質量約為0.82克，此時感覺神清氣爽。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，氧氣質量為0.57克。此時會感到缺氧。

而汽車的發動機也是一樣的道理，如一臺排量3.0L自吸車子在平原地區每循環最大能進氣3.0L，獲得空氣3.9克。結合空燃比14.7可以計算出每循環噴油0.3克左右，而在3000米海拔時又會是什么狀態。同樣條件下在海拔3000米時每循環最多進氣2.7克，噴油量降低至0.18克。發動機每個循環所能燒掉的燃油變少、每循環所輸出的扭矩降低，為了保持功率，就需要增加循環次數。所以出現高原反應的汽車轉速會提高，而人則會增加呼吸（循環）次數。

高海拔為什么會導致內燃機轉速提高

平原地區保持100千米勻速行駛時，所需功率不過30-40千瓦左右，而大多數車型的發動機轉速會在2000轉附近。但同一輛車如果換到了高原地區，發動機轉速就會提高甚至是大幅度提高。原因其實上文中也有所解釋，單次循環進氣量（重量）降低直接導致單次循環噴油量降低。單次循環噴油量降低則導致單次循環做功（扭矩）降低，為了保持功率不降低，那么就只能在單位時間內增加循環的次數（轉速）。

功率=扭矩*轉速/9550

對于這個功率相信各位朋友都很熟悉，在這個公式中的扭矩指什么？公式中的轉速指的是單位時間內的循環次數，而扭矩所指的則是單次循環所燒掉的燃油量，也就是單次循環所做了多少功。上文也已經提到空氣密度會隨著海拔提高而降低（等效為重量），單次循環進氣量（重量）降低，噴油量也會同步降低，單次循環燒油量降低、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）*轉速（？）

此時轉速就會提高，同等車速下海拔每提高一千米時轉速提高10%左右。而對于大多數自吸車而言在高原行駛動力是夠用的，高海拔環境的確會消弱發動機輸出功率上限。比如一臺功率為140匹的小排量車，在高海拔約5000米的環境下最多能輸出70匹馬力（平原地區接近紅線轉能輸出140匹，此時紅線轉速只能輸出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動機動力受損嚴重，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、5千米海拔行駛時發動機轉速高得驚人接近爆表，這是沒辦法的事，因為單次循環所吸入的空氣重量太少了，所以只能利用更密集的循環來起到補償作用。這對于小排量自吸而言無解，不過也不必擔心什么畢竟在單次循環中所燃燒的油量降低，導致負荷降低。高轉低負荷對發動機沒啥損傷，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?。科鋵嵉览砗芎唵我驗榕帕看?、單次循環吸氣量大，所以同樣輸出40-60千瓦的功率所產生的轉速變化就小。就像上文中舉的例子，一個人肺活量3L、平原每次呼吸需要0.8克氧氣才能保證需求。而在3000米海拔環境下每一次吸氣只能獲得0.57克氧氣，此時缺氧（輸出功率不足以保持身體正常運行）。為了緩解缺氧就只能增加循環次數表現為頻繁的呼吸。

而一個運動員肺活量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，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行。所以排量大是不是優勢多多？無論汽車還是人，大排量其實都有很多優勢，當然劣勢也明顯。不過在高海拔環境下大排量大車要比小排量自吸順暢不少，當然小排量自吸也能開，不過需要忍受高轉速所帶來的噪音。

實際上最適合高原使用的機器還是渦輪增壓發動機，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格更合理。增壓發動機不單純依賴活塞下行時產生的負壓吸氣，增壓系統能額外提供一路“氣源”對每循環進氣量（重量）進行補充，這就好比給出現高原反應的人提供一個氧氣包，吸上一口氧氣就不喘了。發動機也是這個道理，單次循環進氣量大、燒油多、做功多，就能減少循環次數，轉速也能避免大幅度提高。飛機用的渦扇發動機其實就是這個道理，萬米高空不增壓怎么可能飛得上去呢。

標簽： 發動機的 發動機轉速

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