高海拔對自然吸氣發動機的影響有多大?2.0L自吸能在高原行駛麼?

西門町拓海 2022/10/13 檢舉 我要評論

自吸2.0L排量的車子當然能去西藏、能在高海拔環境下運行,這一點毋庸置疑。實際上高海拔對于內燃機的動力的確存在削弱,比如海拔高度平均升高1000米時,動力會下降約10%左右。當然這僅僅針對于自然吸氣發動機,高海拔環境對渦輪增壓發動機的影響很低。

所以增壓在高海拔環境下會起到很好的補償作用,比如在高原做飯要用壓力鍋,這其實就是在給鍋增壓;飛機想要飛得更高只能去使用渦扇發動機,因為渦扇發動機本身就是一台增壓器。自然吸氣發動機的歧管壓力恒為負壓,當然負壓的意義不同于負數,只要低于常壓(標準大氣壓,1BAR)即可稱之為負壓。

內燃機歧管壓力與扭矩的關系

歧管壓力、平均有效壓力、發動機輸出扭矩三者是呈正比例關系,也可以簡單理解為歧管壓力越大、發動機輸出扭矩越大。同樣的運行轉速下,輸出扭矩越大,所獲得的功率就越大,因為功率=扭矩*轉速/9550。當內燃機在高海拔環境下運行時,由于受到氣壓低的影響,則必然導致歧管壓力的下降。因為歧管壓力與發動機輸出扭矩成正比,則導致發動機每循環所輸出的扭矩下降。

而每次循環所輸出的扭矩下降后,如果想保證發動機依然能保證輸出功率就需要增加單位時間內的循環次數,簡單點說就是需要更高的轉速來維持功率。功率=扭矩*轉速,汽車保持某個速度下行駛所需要的動力是相對恒定的,而如果此時扭矩下降,解決問題的方式只能是利用更高的轉速,所以在高原行駛的自吸車發動機轉速普遍拉高,平原時約2000轉能實現的速度,在5000米高原則需要4、5千轉才能實現。

自然吸氣實際上也可以看作是某種程度上的增壓,只是增加范圍太少。

在廣大車友眼中自吸發動機與渦輪增壓發動機完全是兩個類別,而自吸擁躉與渦輪增壓粉之間更是水火不容。實際上自然吸氣發動機也是某種程度上的增壓發動機,只是歧管所能達到的壓力太低而已,從這個角度上看自吸與增壓存在一定程度的相似。而差異不過在于自吸屬于被動增壓,而渦輪增壓發動機屬于主動增壓。

自然吸氣發動機運行時的歧管絕對壓力一般在40千帕—90千帕之間(1個大氣壓=1BAR=常壓=100千帕),前文曾提到只要氣壓低于常壓即為負壓,所以雖然自然吸氣發動機運行時歧管壓力在40-90kpa范圍改變,但依然稱之為負壓。但隨著節氣門開度不斷增加使得轉速不斷飆升,進氣歧管的壓力從40kpa向90kpa提升時,壓力是不是在增大?

增壓增得是誰的壓力?當然是歧管壓力,那麼當歧管壓力從40kpa向90kpa增加時,這本身就是增壓。所以自然吸氣發動機隨著油門不斷增加、節氣門開度不斷放大時,歧管壓力也是在不斷增加的,而這個過程也可以稱之為增壓過程。但問題是這個壓力增加的范圍終究還是太低了,不足以抵消高海拔環境對氣壓的削弱。

2.0L自吸發動機在低氣壓環境中運行時動力是如何被削弱的?

歧管壓力與輸出扭矩成正比,而在高原低氣壓環境下自吸發動機的歧管壓力會隨著海拔高度的上升而下降。平均每上升1000米,氣壓降低約10kpa(93kpa),而當海拔高度達到5000米時,氣壓降低約50kpa。在常壓的環境下運行的發動機歧管壓力在40-90kpa浮動,而在5000米高原運行時因為環境壓力只有50kpa(0.5Bar),那麼則導致歧管壓力最多不超過45kpa。

上文已經提到歧管壓力與發動機輸出扭矩成正比,那麼歧管壓力減半、發動機輸出扭矩也減半。歧管壓力最高時等效于發動機所能輸出的最高扭矩,假如一台自吸發動機在歧管壓力為90kpa時能輸出約240nm的峰值扭矩,那麼在歧管壓力為45kpa時所能輸出最高的扭矩不超過120nm。扭矩大幅度的被虛弱,那麼功率自然也會下降,因為功率是由扭矩、轉速構成的,扭矩被削弱而轉速又受到紅線的限制。

所以2.0L自吸車的確會受到高海拔環境的影響,海拔每升高1000米動力下降10%,海拔5000米時2.0L自吸=1.0L自吸。不過這些終究是理論,畢竟每個車友日常用車最多用不過一台車子50%的性能,在平原環境下保持120km勻速行駛也就需要40-50千瓦的功率去維持。一台2.0L發動機平均功率都在125千瓦以上。即便在5000米海拔,動力下降了一半剩60千瓦,依然能把車速拉到120km。

只不過此時的轉速至少5000轉以上,當然除了噪音大沒其它問題。所以即便是2.0L自吸發動機依然能在高原環境高速行駛,最受影響的其實是提速,提速變化最明顯。而對普通人而言5000米海拔已經不容易適應了,而在海拔更低的2000米、3000米環境下對發動機的影響會有但不那麼直接,所以對于旅游來說2.0L自吸完全可以勝任高原。

相對而言,最適應高原環境下行駛的還是渦輪增壓發動機,渦輪增壓系統是個相對封閉的環境,受外界氣壓影響小。自然吸氣發動機歧管壓力直接與外部環境掛鉤,而增壓系統是主動增壓可以對進氣歧管內的絕對壓強進行主動控制。如自吸在高海拔條件下歧管壓力下降至0.2-0.4bar時,自身失去了調控的能力。而增壓機則可以利用增壓系統所提供的壓力(0.8-1.2bar民用機范圍)重新將歧管壓力拉起來,歧管壓力上來后扭矩輸出正常,動力削弱不明顯。

當然即便是增壓機峰值壓力依然會受到環境氣壓低的影響,所以峰值功率、扭矩同樣會受到影響。但還是那句話99%的車友日常用車時用不到峰值功率、峰值扭矩,渦輪增壓發動機可以保證在常用功率、扭矩這部分不受影響,但自吸卻不行,所以增壓機在高原不同意感受到動力下降。總而言之自吸、渦輪增壓發動機都會受到高海拔的影響,但自吸受到的影響更大,但不是不能克服。


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