问题

低挡高转速和高档低转速对引擎的负面影响哪个更大?

回答
在我看来,这两种驾驶方式都可能对发动机产生负面影响,但如果非要区分哪个“更大”,那得看具体情况和持续时间。不过,从普遍性的角度来说,长时间的低挡高转速对发动机造成的损害通常比高档低转速更为直接和严重。

让我详细解释一下为什么:

低挡高转速:发动机在“极限”边缘跳舞

当你挂入低挡位,比如一挡或二挡,同时深踩油门,发动机的转速会飙升。这时,发动机内部的每一个零件都在以极快的速度运转。

负面影响体现在:

过度的机械应力: 想象一下,发动机的曲轴、连杆、活塞、气门这些金属部件,以每分钟几千甚至上万次的频率在运动。在低挡高转速下,这些部件承受的离心力、冲击力、摩擦力都会成倍增加。特别是活塞在汽缸内的往复运动,高转速意味着活塞敲击汽缸壁的频率极高,每一次敲击都伴随着巨大的冲击。
燃烧室压力剧增: 高转速配合高负荷(深踩油门),意味着在燃烧室内,燃油和空气的混合物在被点燃后,会产生极其猛烈的爆炸。这种爆炸产生的压力会瞬间作用在活塞顶部,这个压力越高,对活塞、连杆和曲轴的损伤就越大。
活塞环和汽缸壁的磨损加剧: 为了保证密封性和润滑,活塞上装有活塞环,在汽缸壁上滑动。高转速下的活塞剧烈运动,会加大活塞环与汽缸壁之间的摩擦,尤其是在润滑不足或油膜被撕裂的情况下,磨损会非常快。长期如此,会导致汽缸壁拉伤、活塞环磨损过度的状况,最终引发烧机油、动力下降等问题。
轴承过载和磨损: 曲轴、连杆等旋转部件都依靠轴承来支撑。在高转速和高负荷下,轴承承受的压力会急剧增大,润滑油膜可能不足以完全隔离金属接触,导致轴承的早期磨损甚至烧毁。
气门机构的负担: 气门为了进气和排气,在高转速下需要频繁地开启和关闭。凸轮轴、摇臂、气门弹簧等部件都会承受巨大的惯性力和冲击力,容易导致气门密封不严、气门杆磨损,甚至在极端情况下发生气门被活塞顶坏的“悲剧”(尽管这在现代发动机中发生的概率很低,但在竞技车辆上并非不可能)。
过热风险: 虽然发动机在低挡高转速时,进气量会比较大,有利于散热,但机械部件高速运转产生的热量也是非常可观的。如果冷却系统(水泵、散热器、风扇)的工作效率跟不上,或者机油泵的工作压力不足以提供充分的润滑和散热,发动机温度会迅速升高,可能导致机油黏度下降,润滑效果变差,进一步加剧磨损。
机油负担沉重: 在高转速下,机油需要更快速地在各个运动部件之间循环,并带走热量。如果使用的机油黏度不合适(太稀),在高负荷下油膜容易破裂。机油泵的压力和输送能力也可能在高转速下受到考验。

总结一下,低挡高转速是在用“暴力”的方式驱使发动机,它是在挑战发动机设计极限的边界。

高档低转速:发动机在“憋屈”中喘息

反过来,高档低转速,也就是你挂一个很高的档位,然后发动机转速很低,比如在城市里低速行驶时挂着高档。

负面影响体现在:

燃烧不充分和积碳: 在低转速下,尤其是在需要加速时,节气门开度相对较小,进气量不足,同时喷油量也相对较低。在这种低负荷、低转速的状态下,燃油燃烧的效率会下降,容易产生不完全燃烧,从而导致汽缸内、进气阀、火花塞等处积碳。
动力不足,频繁“拖档”: 发动机在低转速下扭矩输出不足,一旦遇到一点坡度或者需要提速,你踩下油门,发动机却反应迟钝,甚至出现抖动,这就是所谓的“拖档”。为了摆脱这种状态,你可能需要频繁地深踩油门,反而让发动机在这种“憋屈”的工况下运转。
曲轴的低频振动: 发动机在低转速下运转,其固有的振动频率也较低。如果这种低频振动没有得到很好的抑制,会长时间作用在发动机的连接件上,可能引起一些共振,对某些部件造成疲劳。
润滑和冷却效率受影响: 虽然不是最严重的,但极低的转速意味着机油泵的转速也相应降低,机油的循环速度和压力可能会不如在高转速时那么充沛。理论上,这可能影响到一些高速运转部件的润滑和散热,但相比于高转速下的撕裂作用,这点影响通常会小得多。
传动系统承受的扭矩变化: 在低速高档行驶时,为了获得足够的驱动力,发动机需要输出相对较大的扭矩。而变速箱在这种状态下,传递的扭矩会相对更大。如果频繁起步、停车或者在低速高档下强行加速,会对离合器(手动挡)或液力变矩器(自动挡)造成额外的负担。

总结一下,高档低转速是在“压抑”发动机,它让发动机处于一个难以充分发挥自己性能、并且容易产生“副作用”的状态。

哪个影响更大?

我的观点是:长时间、频繁地使用低挡高转速,对发动机的“硬件”造成的直接、破坏性影响通常更大。

这是因为:

1. 直接的机械损伤: 低挡高转速直接作用于发动机内部最核心、最精密、承受压力最大的部件上——活塞、连杆、曲轴、轴承。这些部件的磨损和损伤往往是不可逆的,一旦发生,就会导致性能衰减甚至发动机报废。
2. 极端工况: 高转速本身就是发动机的一种“极限”状态。在没有充分润滑和散热的保证下,长时间处于这种状态,就像一个运动员一直在全力冲刺,身体很快就会吃不消。
3. 累积性: 即使每一次低挡高转速的驾驶都未达到“击穿”发动机的程度,但长年累月地这样驾驶,累积的机械应力和磨损会显著缩短发动机的寿命。

相比之下,高档低转速的主要问题在于燃烧不充分和积碳。这些问题虽然也会影响发动机的性能和寿命,但通常可以通过更定期的维护(如清洗节气门、进气道、更换火花塞)来缓解。而且,大部分情况下,高档低转速带来的“拖档”感会促使驾驶员及时降挡,避免了发动机长期处于这种不良工况。

当然,这里有个前提:“长时间”、“频繁”。

偶尔为了超车或者在特定的路况下(例如爬坡),需要将转速拉高,这是发动机的正常工作范围内的行为,是可以接受的。但如果你的日常驾驶习惯就是长时间保持高转速,或者经常在红绿灯起步就挂入低挡狂踩油门,那对发动机的损害就会非常显著。

反过来说,如果你习惯了在低速时挂高档,并且经常遇到“拖档”现象,发动机确实会积累积碳,但这种影响相对来说是“可修复”或“可减缓”的,不一定会直接导致活塞断裂或者曲轴弯曲。

所以,从“破坏性”和“不可逆性”的角度来看,低挡高转速是更具杀伤力的。

最后,我想强调一点: 任何发动机都有其设计的最佳工作区间。在正常使用条件下,遵循车辆说明书的建议,选择合适的挡位和转速,是对发动机最好的保养。过度追求“暴力”或“省力”,往往都会适得其反。

网友意见

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之前

@Leon Zhang

的答案已经非常完备了,小弟在这里只是补充一个小点:缸内直喷的汽油车在高转速下会偏向略微不充分燃烧

汽油机引擎和柴油引擎的最大区别就是油气比始终保持一致,一般为14.6左右。ECU通过lambda sensor和进气管的流量计能够估测出需要的喷油量。然而现在越来越多的车子使用缸内直喷的技术,而大部分这种配置的车在高转速下会稍微拉高一点油气比,大概会到恰好充分燃烧的1.1倍(phi = 1.1)左右。这样设置的原因是焰速在1.1这个点达到最大值。下面是一点点热力学和燃烧学的内容,不喜欢的可以跳过。

很多人在讨论发动机工况的时候会忽略燃烧所用的时间,而假设燃烧通常是一瞬间完成的。然而事实是相对引擎转速,燃烧实际上是一个比较缓慢的过程。当然我们这里谈论的是大家常见的火花塞点火的汽油引擎,匀质压燃(HCCI)不在讨论范围。原因是火花塞点火需要经历:

电弧产生 - 加热火花塞附近油气混合物 - 形成焰芯 - 火焰前端传播 - 火焰熄灭

这样一个过程。那么这个过程到底有多慢呢?通常我们用CA10-90来度量火焰速度,这里CA指的是曲轴角度,10-90指的是从10%的燃质被燃烧到90%的燃质被燃烧。翻译过来其实就是从10%的燃质被燃烧到90%的燃质被燃烧这短时间内曲轴转过的角度。实验室里一台2.0T的汽油机引擎在2000转高速巡航的工况下这个值大概是25度左右。一整个做功冲程为180度,25度和它一比起来显然是不可忽略的。更何况CA10-90和转速有关系,转速越大同样的燃烧时间曲轴转过的角度越大,这样一来在燃烧进行的过程中活塞下移造成的燃烧室体积增大就越发不可忽略。极端情况下甚至火焰离缸壁很远的地方就消失了,反应到驾驶员的角度上就是:熄火。

那么好了既然火焰速度这么重要,怎么样才能提高火焰速度呢?答案是温度。焰速和温度成指数关系。那么怎么样能提高温度呢?在进气排气正时已经没有余地可调的情况下唯一的措施就是喷油量。缸内温度在油气比为恰好充分燃烧的约1.1倍达到最大,原因是在这个情况下由于氧气的稀缺二氧化碳分解为一氧化碳和氧气的这个反应平衡向右移动。而这个反应又是放热的,因而更多的二氧化碳分解带来更多热量(一点点高中的化学知识)。所以工程师们将ECU调教成在高转速下多喷一点油,虽然牺牲了一点燃烧效率,但是提高了焰速从而带来的引擎出力提升大于稍微不充分燃烧带来的引擎出力下降。其实引擎的设计就是各种各样工况下的取舍而已。

好了上结论:油气比比恰好充分燃烧大意味着喷油过多,喷油过多意味着不充分燃烧,不充分燃烧的一个产物就是积碳。缸内直喷引擎在高转速下略微提升油气比会提高积碳产生的概率。然而由于高转速下的油气比提升很小,积碳产生的趋势增加也有限。而高转速带来的少热量流失从而拉高缸内温度的效应会更加促进积碳的氧化。因此高转速下积碳的产生还是较极低转速的少,但是没有大家想象的那么少。


PS:有一种写了这么多其实什么都没写的感觉...

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