汽车为什么不自带制氧机来提高发动机效率？ 第1页

这我觉得是一个有点意思的问题。相比前几天很火的“水氢发动机”，在车子上集成一个制氧机并没有违背基本的物理原理，也不需要携带其它物质作为原料，是一个值得讨论的问题。结论很简单，在车子上加装一个制氧机，不能提高功率，也不能提升效率（降低油耗）。

燃烧的本质

首先需要明确的是，只有多余氧气，和只有多余燃料，都不会让车子动力增加，只有参与化学反应的氧气和燃料，才能放热，最后转化成动力。用最简单的氢气做一个例子，2体积的氢气必须和1体积的氧气反应，产生水，放出热量，

如果有3体积氢气和1体积氧气，那么有一体积的氢气不会参加反应，被浪费掉了。如果氧气过量，也是一样。所以无论用什么途径，单单增加发动机内部的氧气，是不会让汽车动力提升的。

为何不会提升动力

如果使用制氧机让发动机内部有了更多的氧气，然后成比例地增加燃料，发动机当然会提高动力。那，为何不简单地使用涡轮增压？使用涡轮增压提高了进气压力，单位体积的氧气质量增加了，那可以成比例地多喷燃油，这就是涡轮增压提升动力最根本的原因。

所以问题就变成了，使用制氧机制氧，相比涡轮增压，有无优势。

我不进行任何定量计算，就可以知道，一定没有优势。简单查了一下，最常见的制氧机是分子筛制氧机，空气先加压进入制氧机，然后通过分子筛富集空气中的氮气，那么剩下的就是纯度非常高的氧气。^[1]那问题就来了，我为何要分离空气中的氮气？事实上，氮气在发动机里并不会对燃烧产生太大的影响（不严谨地说），分离氮气意义不大。但分离氮气能耗巨大，这是由热力学第二定律决定的。这就好比，你把一粒盐放进水里，它们会自己变成一杯盐水，但不会反过来。反过来的过程不是自发的，要耗能。那么这个耗能多大呢？

接下来的定量计算为高中化学水平。

以一个2.0 L自然吸气发动机为例，假设发动机工作在3000 rpm，那么发动机每秒钟要吸入

也就是说每秒10 L氧气。这个时候发动机功率有多少？10 L氧气和辛烷（可以认为是汽油）燃烧能产生

解释一下，一体积辛烷要和12.5体积氧气反应，5075是热值^[2]，0.4是假设40%热效率。

那么制氧机呢，随便搜一个爆款，欧姆龙的，这个制氧机13 kg，最大流量3 L/min，功耗300W^[3]，这和前面的10L/s之间差了200倍，功耗会飙升到60 kW。哪怕做一些优化，功耗降到三分之一，也有20 kW。所以，制氧机本身的功耗就很大，根本不提升动力。

关键问题还在于，我仅仅分离氧气氮气就需要能量，并且是大量的能量，而分离毫无意义。

为何往赛车里喷N2O可以大幅增加动力？

因为N2O高温下不稳定，会分解出N2和O2，有了多余的氧气可以多喷燃油，自然会提高动力。这里有两点需要注意。

第一点，N2O是以钢瓶的形式放在车子里的，所以不用现场制备，没有耗能的问题。

第二点，N2O分解产生N2和O2，可以见得，氮气的存在，真的不碍事。

那么，假设制氧机能耗为0，能提高效率吗

理论上能，实际上不能。提高氧气浓度，的确可以提高燃烧效率，从99%到99.9%？这个好像没啥意义。但氧气浓度上升其实并不是没有缺点。氧气浓度上升会让燃料点火更早，导致必须降低发动机压缩比（以汽油机而言），反而降低热效率。当然，有优化方法可以解决这个问题，柴油机也没有这个问题。但总之，不会提升效率。

参考

1. ^家用制氧机_百度百科 https://baike.baidu.com/item/%E5%AE%B6%E7%94%A8%E5%88%B6%E6%B0%A7%E6%9C%BA
2. ^Heat of combustion - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_of_combustion#Lower_heating_value
3. ^【欧姆龙HAO-3820】欧姆龙（OMRON） HAO-3820 3L制氧机带雾化老人孕妇家用吸氧【行情 报价 价格 评测】-京东 https://item.jd.com/8263204.html