张俊

发动机燃烧纯氧气来提高效率这个问题我还在上学阶段就曾让我产生了极大的兴趣，然而了解的多了你会发现这种方法虽然可行但是并不经济也并不适合量产且安全因素很难把控。另外自带制氧机也是需要消耗能量的，这部分能量消耗最终还是转嫁给燃油，而面对取之不尽且随手就能用到的空气隔离纯氧再加以利用似乎就是多此一举。此外，纯氧气发动机势必需要对现有发动机进行根本性的改变，如果有能让纯氧发动机量产的技术，估计现有发动机的效率也不会低到哪里去，因为归根结底气油的热值是固定的。

先说纯氧助燃发动机是否可行

从技术上讲可以实现，但技术壁垒太高

用纯氧气作为助燃剂基本都是用在火箭等航天领域，因为大气层外氧气稀薄只能依靠自身携带的液态氧充当助燃剂。但是，若把航天材料和技术应用到民用乘用车领域从经济性和成本控制上似乎并不现实，且纯氧助燃也不是在完全密闭的环境中。其实利用纯氧或者富氧这种想法很早就有涉及，只不过纯氧气太活泼很难在高温高压下控制它的稳定性，但是可以通过其它办法间接的提高混合气氧气浓度，这就是一氧化二氮助燃。一氧化二氮常温结构稳定但是在高温下会分解成氮气和氧气，在进气前喷入适量一氧化二氮可以提高混合气体氧气含量浓度，同时也会提升氮气的浓度，这样就能提高发动机的瞬时性能。（关键点是增加氧气的同时增加喷油参与燃烧才保证性能提高，而不是增加氧气了它性能就提升了）

这种技术看似有些类似涡轮增压，不同之处就在于氧气含量不同。我们知道空气中氧气和氮气的比约为1：4，但是两个一氧化二氮分子分解后会生成两个氮气和一个氧气，这时氧气和氮气的比值为1：2。因此在相同增加的进气量条件下涡轮增压压入了1：4的氧氮比，一氧化二氮可提供1：2的氧氮比，整体空气的氧气含量增加。氧气增加参与助燃就需要提供更多的燃料来参与燃烧，所以这种技术说到底就是通过增加喷油量提升性能。而由于富氧环境汽油的燃烧更剧烈，发动机尽管可爆发强劲的动力但基本只能保持极端时间。这种原理就类似题主所说的提供纯氧助燃，然而这只是适当提升氧含量占比就对硬件和技术有极高要求，且根本不可能持续多久。

纯氧气助燃就是“炸弹”，炸弹怎能可控？硬件材料能否满足？

发动机的运行是一个循环有序的过程，你必须控制它按照我们需求的规则运行，这样我们才能有效利用其燃烧产生的能量。采用空气参与发动机的燃烧不光利用了空气中氧气助燃的化学性质还利用了空气中氮气稳定性强的化学性质。发动机做功冲程内部温度瞬间会达到2000度以上，但是经过氮气等燃烧废气的降温、传递最终达到气缸壁和活塞以及气门的温度就已经差不多600-800度了，再经过冷却系统的降温最终机体会维持在80-100度左右发动机最佳运行温度。这里面吸入的混合气体保证了空燃比也保证了压缩比，从而保证发动机的动力传递，而氮气和氮氧化物以及废气都充当了降温介质。

密闭、高压、纯氧环境如果点燃汽油那它就是一颗准“炸弹”，尽管它相比空气燃烧会释放更多的能量但这些能量的传递根本不可控也根本没办法有效利用。汽油燃点也就400多度，且不说缸体等硬件材质能否抵挡这种爆炸能量冲击，喷油嘴喷出的汽油微粒被活跃的氧气层层包围，一旦点火它就不是正常的由点到面的扩散传播而是每个油微粒都会是一个小炸弹，瞬间产生的高温持续不降会让下一个喷油行程自燃爆炸，发动机的活塞曲轴根本就不是规律性的运转了。若发动机高转速运行这种爆炸也会持续杂乱无章，像我们现在的铸铁和铝合金材质的缸体根本无法承受，轻而易举就能炸穿甚至融化发动机。

单就纯氧相对空气来说可提高发动机的效率但难以利用，能量损失也就是空气中氮气氧化吸收的那部分热量在纯氧条件下不存在

汽油热值是一定的，热能转化率和是否是纯氧多少不存在正相关关系

汽油的热值是4600J/g也就是完全燃烧1g的汽油它会产生4600J的热量，这个值是定值也是最大值，它不会因为助燃剂的增多而变大。空气内燃发动机的空燃比保持在14.7：1是最佳合理值，而燃油喷射系统的设定也会根据节气门的开度决定喷油量高低。也就是说每14.7个单位空气中氧气占了约3个单位，喷射的燃油也会就会去适配这3个单位的氧气以达到最佳的燃烧效果，如果有3个单位的氧气即使喷再多的油它也不会完全燃烧，因为氧气这个助燃剂没有了。意思就是喷射的燃油量本来就是依据进入气缸的氧气决定的，这就好比直接燃烧了3个单位的氧气，不同处就在于发动机的运行需要利用空气中的氮气和氮氧化物以及废气的有利因素。

相同燃料和燃烧条件下发动机效率的提高不是依靠助燃剂的多少来决定的。能量守恒定律大家都懂，若要释放更大的能量燃料的多少才是关键因素，而氧气只是助燃剂它不会增加燃料的能量。同理要想提高功率要么增大有效转化率，要么增加燃料量，要么提高燃烧率。影响发动机能量转化的因素在于热量的散失和机械损失，如果氧气足够（无论是纯氧还是空气）其助燃的特性必定不会影响到燃油能量转化率的高低，因为完全燃烧的条件中助燃剂氧气适当即可并不是越多越充分，完全燃烧更是一个理论值。相反纯氧反而不利于发动机压缩比的提高，压缩比提升不了注定燃烧转化率低。（参考马自达SKYACTIV-X）

我们知道空燃比确定的情况下氧气越多燃料燃烧的越充分，如果1g燃料相同条件下需要3g氧气助燃释放相同的热量，就有两种办法：直接提供3g氧气，它会更猛烈燃烧释放能量但很难控制利用；第二种就是提供14.7g的空气（氧气含量3g）它也会同当量燃烧释放相同能量并且燃烧相对缓和。所以，没必要多此一举直接供纯氧气，大不了我多进点空气不随随便便就能达到，至于说氮气消耗的那点热量我完全可以从其它方面找到弥补，比如提高热效率、增大压缩比、降低机械损失等等。

总结：这个想法很丰满，但实际很骨感。它能提高的效率微乎其微，但技术限制和成本投入很可能不是我们这代人力所能及的。最关键的是氧气只是助燃剂，它不会燃烧只提供燃烧环境，所以从能量守恒角度去看可以直接否决它的可行性。

旋转的方向盘

汽车发动机不需要很高的氧气含量，且涡轮增压器等于制氧机。

首先解释问题描述想要提升氧含量的原因：燃油汽车使用的发动机为内燃式热机，实现动力转换的过程为燃料燃烧产生热能（狭义内能），燃烧后内部分子无规则的运动和势能是所谓的机械能，也就是推动活塞连杆带动曲轴旋转输出转矩的基础。那么称之为热机自然是燃烧产生的热量越高越好，而在不改变喷油量的前提下想要提升热能，其方式只有提升氧含量。

富氧燃烧是工业领域的常用术语，空气中的氧含量准确比例为20.947%，氧气是汽柴油的助燃物；在常压下能消耗的只有20.9%的氧气，而氧含量提高的话则能够让燃烧火焰温度升高，以汽油为例其火焰温度为1200℃，提高氧含量后可以参考下图。

发动机进气氧浓度在21~30摄氏度内提升的比例非常夸张，在达到24%火焰温度已经超过了2000摄氏度，那么问题来了：发动机气缸材料不能承受如此高的温度，制造气缸的材料有灰铸铁和铝合金。

• 灰铸铁的熔点约为1250摄氏度

• 铝合金的熔点约为660摄氏度

在制造发动机时虽然已经考虑到高温问题已经进行了特殊处理，而且内能转发过程中温度也会快速下降、氮气也能吸收热量；不过正常低标准的增压也基本达到了发动机材料的上限，如果盲目提升空气氧含量让火焰温度大幅上升，那么只有航空发动机的特殊金属材料才能满足，仅发动机的制造成本也会与一台台奢侈级豪华汽车相当，所以发动机不可能大幅度提高氧浓度。

目前能小幅提升氧浓度的发动机是涡轮增压机，这种机器等于制氧机的初级功能，只是在压缩空气后不分离氮气和氧气而已。

这种设计才能适合发动机的使用，因为压缩空气的比例不高氧浓度的提升没有那么夸张，其次压缩空气中所有的成分比例同步提升；氧气燃烧后产生的高热以更大的比例转化为机械能后，多余的热量还有比例更大的氮气实现降温，这等于同时点了“输出”和“辅助”两点天赋，发动机内部的运行状态仍会非常均衡。

涡轮增压技术已经是汽车内燃机的极限技术，除用以增程的混电超级单缸机以外不会再有其他的形态，直接增氧是不可取的。

（上文由天和Auto撰写，仅代表个人观点；禁止站外转载，平台内欢迎转发。）

天和Auto

懂物理的可能都知道氧气的制造只能通过化学反应或者空气分馏。如果说通过化学反应来产生氧气用作发动机燃烧做功，虽然能够增加汽油的燃烧效率，但发动机的消耗量是比较大的，需要大规模的化学反应才能够供应，产生这样化学反应的试剂量想必也不少，这样的成本和试剂所占用的空间，对于家用车来说显然不合理。

如果说每个车上都配备一个氧气罐，那也增加了车主的出行成本，并且还要建立相应的氧气加气站，还需要相应的大规模生产，而我们现在空气中的氧气本身就足以满足发动机的工作条件，这样额外的耗费人力物力的工作，完全没有必要，浪费了大量的能源。

如果车辆自带氧气分馏的设备，那显然也是不合理的因为车辆消耗的所有能量来自于我们汽油的燃烧，额外的做功只会加大汽车的耗油量。这种完全就没有必要了。

如果说你的车需要开到氧气比较稀缺的高原地带，可以给车辆加装一个增压设备，通过增压设备使更多的空气进入发动机做功，使发动机能够在空气稀缺的高原上正常工作，也没有增加制氧设备的必要。

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小梅的车友圈

汽车是不能自带氧气机来提高发动机效率的。因为由空气制取氧气，要用压缩空气液化和汽化的方法分离后才得到氧气。机器复杂耗费能源得不偿失。氧气能提高汽油的充分燃烧和燃烧温度，可以省一点点油，和减少费气有利环保。如果有一种少耗能源，过滤空气能分离出氧气的方法，还是可取的。。。氧气代替空气并不能提高发动机的工作效率。发动机是卡诺循环机。靠高温气体澎涨推动活塞来做机械功的。气体只有无限扩大体积至压强为0时，才能把能量全部转变成机械能。这是做不到的，大量能量从排气跑了。只有提高气缸内燃气温度，与排气温差，才能提高发动机效率。这个温差就是热能转变成机械能。。。这可以减少冷却就做得到的，不必用氧气代替空气。但是设备承受不了，只有用高温合金或特种陶瓷制作气缸，才能提高发动机效率。。。卡诺机是温差机，实际上是压差机，提高压强差就可以提高效率，柴油机就比汽油机效率高许多。所以汽车发动机不必设计成自带制氧机。

cx1944

我听说氮气和磁铁排斥，是不是可以在进气口放个磁铁就可以增加进氧量

關鍵字: 发动机 提高效率 汽车