高原行车时发动机转速为何会提高?浅谈高海拔环境对发动机的影响-全球微动态

无论自吸发动机还是增压发动机，都存在高原反应。只不过涡轮增压发动机依靠其增压系统减轻高海拔、低气压的影响，而自然吸气发动机的高原反应比较严重。海拔每提高1000米、气压降低10%，会导致氧气量也降低10%左右。当然空气中氧气的浓度并不会改变，只是因为气压低、空气变少，氧气也跟着变少。

(资料图片仅供参考)

低气压下气体会发生膨胀、密度降低，同体积下的空气质量降低。比如在低海拔区域每立方米空气重量为1.29千克，而在海拔3000米高度每立方米空气重量0.9千克左右（接近每千米降低10%）。所以同样体积下的空气质量是降低的，包括氧气、氮气、二氧化碳以及其它稀有气体都按比例减少。这时就会出现高原反应，无论是人、汽车、厨具等等都会出现问题。

发动机的排量是指汽缸总容积，它与咱们人类的肺活量极为近似。只不过发动机单次循环的最大吸气量（排量）是固定的或很难去改变（毕竟镗缸或升级增压器的车友实际中并不多），但人可以凭借锻炼去提高自身的排量（肺活量）。比如成年人的肺活量在3L到3.5L左右，通过锻炼就能提高到4L甚至4L以上。这样就能在高海拔、气体密度更低的条件下获得足够的空气。

发动机与人的吸气过程

本质上发动机与人的呼吸方式很类似，只不过咱们只有吸气、呼气两个状态，所以可看作是一个二冲程发动机。假如某人肺活量高达3L（3000ML），在平原地区吸气可获得约3L空气。3L空气总质量3.9克，而氧气质量约为0.82克，此时感觉神清气爽。而如果是在3000米海拔高度吸气，同样吸入3L空气可获得空气2.7克，氧气质量为0.57克。此时会感到缺氧。

而汽车的发动机也是一样的道理，如一台排量3.0L自吸车子在平原地区每循环最大能进气3.0L，获得空气3.9克。结合空燃比14.7可以计算出每循环喷油0.3克左右，而在3000米海拔时又会是什么状态。同样条件下在海拔3000米时每循环最多进气2.7克，喷油量降低至0.18克。发动机每个循环所能烧掉的燃油变少、每循环所输出的扭矩降低，为了保持功率，就需要增加循环次数。所以出现高原反应的汽车转速会提高，而人则会增加呼吸（循环）次数。

高海拔为什么会导致内燃机转速提高

平原地区保持100千米匀速行驶时，所需功率不过30-40千瓦左右，而大多数车型的发动机转速会在2000转附近。但同一辆车如果换到了高原地区，发动机转速就会提高甚至是大幅度提高。原因其实上文中也有所解释，单次循环进气量（重量）降低直接导致单次循环喷油量降低。单次循环喷油量降低则导致单次循环做功（扭矩）降低，为了保持功率不降低，那么就只能在单位时间内增加循环的次数（转速）。

功率=扭矩*转速/9550

对于这个功率相信各位朋友都很熟悉，在这个公式中的扭矩指什么？公式中的转速指的是单位时间内的循环次数，而扭矩所指的则是单次循环所烧掉的燃油量，也就是单次循环所做了多少功。上文也已经提到空气密度会随着海拔提高而降低（等效为重量），单次循环进气量（重量）降低，喷油量也会同步降低，单次循环烧油量降低、那么所做的功（扭矩）就会降低。

而维持汽车保持某车速运行所需要的功率并不会改变，那么在公式中会有哪些变化？

功率（不变）=扭矩（降低）*转速（？）

此时转速就会提高，同等车速下海拔每提高一千米时转速提高10%左右。而对于大多数自吸车而言在高原行驶动力是够用的，高海拔环境的确会消弱发动机输出功率上限。比如一台功率为140匹的小排量车，在高海拔约5000米的环境下最多能输出70匹马力（平原地区接近红线转能输出140匹，此时红线转速只能输出70匹）。但并不是一定要用满这70匹马力，上文也提到保持100千米行驶时所需要功率不过54匹（40千瓦）。

所以即便在高海拔条件下自然吸气发动机动力受损严重，但还能保持车辆正常行驶，至少保持100千米行驶问题不大。只是小排量自吸在4、5千米海拔行驶时发动机转速高得惊人接近爆表，这是没办法的事，因为单次循环所吸入的空气重量太少了，所以只能利用更密集的循环来起到补偿作用。这对于小排量自吸而言无解，不过也不必担心什么毕竟在单次循环中所燃烧的油量降低，导致负荷降低。高转低负荷对发动机没啥损伤，只是噪音太大罢了。

大排量自吸受到的影响更小

为啥大排量自吸受到的影响小？其实道理很简单因为排量大、单次循环吸气量大，所以同样输出40-60千瓦的功率所产生的转速变化就小。就像上文中举的例子，一个人肺活量3L、平原每次呼吸需要0.8克氧气才能保证需求。而在3000米海拔环境下每一次吸气只能获得0.57克氧气，此时缺氧（输出功率不足以保持身体正常运行）。为了缓解缺氧就只能增加循环次数表现为频繁的呼吸。

而一个运动员肺活量6-8L，即便在3000米海拔下每一次吸气能获得接近1.5克氧气，所以即便不增加呼吸次数，依靠足够大的肺活量（排量）就能获得单次所需氧气量来保持身体的正常运行。所以排量大是不是优势多多？无论汽车还是人，大排量其实都有很多优势，当然劣势也明显。不过在高海拔环境下大排量大车要比小排量自吸顺畅不少，当然小排量自吸也能开，不过需要忍受高转速所带来的噪音。

实际上最适合高原使用的机器还是涡轮增压发动机，毕竟大排量车型不是人人都能入手的，而小排量的增压车型价格更合理。增压发动机不单纯依赖活塞下行时产生的负压吸气，增压系统能额外提供一路“气源”对每循环进气量（重量）进行补充，这就好比给出现高原反应的人提供一个氧气包，吸上一口氧气就不喘了。发动机也是这个道理，单次循环进气量大、烧油多、做功多，就能减少循环次数，转速也能避免大幅度提高。飞机用的涡扇发动机其实就是这个道理，万米高空不增压怎么可能飞得上去呢。

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