缸内喷水？！用来省油？！“水变油”？

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　　在今年二月份的时候，宝马向公众发布了一辆作为MotoGP赛事安全车的改装版M4，这辆特别版本的M4 除了安全车特有的顶灯与内置的应急抢救设备外，还有着一套特殊的系统，这辆M4有一套机构往发动机的进气歧管中喷射某种液体，而这种液体是竟然是水!
　　

　　往进气歧管里喷水、回PIT要补水的BMW M4
　　是的，你没有看错，宝马在这辆M4的S55 3.0L直六涡轮增压汽油发动机中加装了一套水喷射系统（Water injection），同时还表示之后量产的M4 GTS车型上将会配备这一系统。这套缸内水喷射系统将车载的一个贮水箱中的水以高压水雾方式喷入进气歧管中，由于涡轮增压引擎的进气歧管中同样有涡轮增压高压吸入的高温发动机废气，高压水雾遇到高温后的汽化蒸发来带走进气歧管中空气的部分热量，而经由高压水雾冷却的空气将会温度更低、密度更大。
　　

　　看到这里你是否不太明白这一进气歧管水喷射技术有什么好处？首先温度更低的空气密度更大，同样体积的空气中的氧气也就越多，油气混和物的燃烧也就相对更充分；其次由于吸入缸内的油气混和物温度也相对较低，将使得高压缩比成为可能，对于这台涡轮增压发动机来说能够实现更高涡轮压力，从而提升应用该技术的发动机的输出动力；并且这一技术甚至这一技术还能够抑制发动机爆震、降低发动机中的磨损与阻力，并使得原本比较娇气的先进汽油机可以使用辛烷值较低同时价格也较便宜的汽油。
　　

　　不过这辆M4安全车上搭载的进气歧管水喷射技术唯一给我们带来的担忧是系统所需的那个1.3加仑（4.9L）的水箱，并不是说这个水箱带来的附加重量将会导致油耗稍稍变差，而是我们总不能每时每刻都能找着机会加水吧，宝马的工程师难道想让加油站开展加油同时加水的增值业务么？
　　然而宝马的工程师却向我们解释了原因，M4安全车由于其仅在围场中工作，时刻可以回到PIT房维修区中加水而没有自身产生水的机构，同时他们在稍后发布的另一款车型上加入了利用车载空调产生的水自给自足的机构。
　　往气缸里喷水的BMW 1-series
　　在刚刚过去的六月份，宝马在其位于法国Miramas的BMW M Testtrack举办的 BMW Group Innovation Days 2015 Event 上，向媒体展示了一辆配备有水喷射技术的宝马1系五门掀背轿车，同时宣布之后会在旗下所有的涡轮增压引擎上配备这一技术，现场向媒体提供了在一个长约4公里的椭圆形试车场上试乘试驾的机会，宝马的工程师也向外界详细解释了水喷射技术的原理与对发动机燃效等方面带来的优化。
　　

　　M4 安全车面试后四个月发布的这辆宝马1系也并非简单照搬M4安全车上的那套系统，首先宝马的工程师这回适配的是那台名声大噪的B38 1.5L三缸涡轮增压汽油发动机，这台发动机也同时装载在了MINI与i8等车型上；同时宝马的工程师这次直接将水喷进了气缸，B38 发动机上这次配备的是缸内水直喷系统（Direct water injection），不同于M4安全车在进气歧管中做文章，这次的高压水雾将直接由发动机的高压油泵产生，根据发动机的转速、油门开度与缸内温度，高压水雾将在高压油泵中以不同的比例与汽油相混合，而在有些情况下，高压油泵中喷出的液雾中将有30%的液体是水!
　　

　　宝马现场的工程师也向我们详细解释了这项技术的原理以及其所带来的优势
　　优势1/消除爆震影响
　　涡轮增压技术加成的发动机，往往由于其更高的缸内温度与缸内压力，导致了气缸内的油气混和物在火花塞点火后发生自燃，由于自燃区域并不处在火花塞点火后火焰传播到的区域内，使得缸内油气混和物的燃烧不能遵循设计方式，从而影响动力输出；而缸内水直喷技术加成后的涡轮增压引擎则由于缸内温度与油气混和物温度的下降导致自燃迟滞时间会长于火焰传播时间，消除了可能产生的爆震，相应的发动机也会更加省油，由于爆震而产生的发动机散热损失造成的发动机热效率下降也得到了相应缓解，由于爆震而产生的压力升高速度与最高压力值、冲击波造成的发动机零部件受冲击影响使用寿命、气缸壁油膜受损害而增大的磨损等也得到了相应的改善。
　　同时由于爆震可能性降低，点火时刻也得以得到提前，降低了动力损失，另外也使得原本比较娇气的先进汽油机可以使用辛烷值较低同时价格也较便宜的汽油。
　　

　　优势2/ 高压缩比成为可能
　　由于缸内燃烧更为可控，使得高压缩比成为了可能，现场试驾车辆所搭载的B38发动机原来的压缩比为9.5:1，而加入缸内水直喷技术后可以增大至11.0:1。
　　从热力学的角度来说，这台B38发动机的热效率也就随着压缩比的增加而得到提高；同时由于气缸内密闭空间内油气混和物受压缩时，高压缩比可能带来的涡流与紊流效果更为明显，从而使得油气混和物中的汽油能够汽化更完全，颗粒更细密，燃烧更充分，相应地释放出的能量也就更高了。
　　通过现场的演示，我们可以看到的是，加入缸内水直喷技术的B38发动机在中高转速时扭矩输出大幅提升。
　　

　　优势3/ 爆震消除与高压缩比、更高密度的空气带来的低油耗与高动力输出
　　缸内水喷射技术带来的温度降低也使得气缸内可以进入更多地空气，从而带来的更多地氧气也使得汽油得以更为充分的燃烧，再加上消除爆震影响与高压缩比带来的可观收益，宝马声称缸内水直喷技术可以带来3%~8%的油耗改善与5%~10%的动力输出改善。
　　

　　优势4/ 消减排放
　　不过现场没有演示的部分，我们也同样心领神会，消除爆震影响是为了驾乘舒适性，加上高动力输出与低油耗，这都是希望消费者能够接受这一技术；然而对于厂商来说，这一技术有着好比EGR技术一般的好处，那就是消减排放，充分燃烧带来的必然就是CO2排放的降低，而同时NOx也会相应减少，即将被各国排放法规逼疯的汽车厂商们可是做梦都想降低自己的排放数字呢。
　　连空调水也不放过的节约利用
　　前文提到宝马第一次搭载水喷射技术的M4安全车需要定期补水，然而在这辆BMW 1-series上，宝马的工程师提出了解决方案。他们用空调系统中产生的凝结水珠、积少成多、一滴也不放过地利用在了水喷射技术之中，从空调系统中收集冷凝水，汇总在一个特制的水箱中，再通过过滤之后用于与汽油配比油水混合气。
　　

　　宝马对于Direct water injection技术的供水系统提供的图示
　　并非宝马独家，供应商博世恭迎大家去采购
　　然而上文所述的技术也并非宝马独家所有，在今年的维也纳汽车行业研讨会（Vienna Motor Symposium）上，博世集团负责移动交通解决方案的主席与董事会成员Rolf Bulander博士就谈到了该零部件巨头正在与某家汽车公司合作开发汽油发动机的水喷射系统（Water injection），而宝马自身也毫不避讳其水喷射系统对于博世技术的依赖。不难料想的是，各家厂商若是对这一技术有兴趣，自可直接上门找博世询价。
　　

　　博世对于这一技术的演示模型
　　并非新兴技术，老美与北欧人早已尝试
　　不过这里吹得神乎其神的发动机水喷射技术（Water injection）却并非宝马与博世首创，水喷射技术最早是在航空工业中得到应用，二战时期的各国空军在其轰炸机与战斗机上便普遍使用这一技术，对于轰炸机可以提升起飞时的载弹重量、同时减少起飞跑道长度，对于战斗机则可以在空中狗斗（dogfight）时获得短暂的加力。然而当时最出名的应用Water injection技术的飞机发动机也有BMW的一份参与，驱动纳粹空军Focke-Wulf 190的就是BMW制造的801型引擎。
　　

　　由BMW 801型引擎驱动的Focke-Wulf 190与BMW 327/55 Sport-Cabriolet的合影
　　而在汽车行业，通用汽车在1962年即在旗下Oldsmobile品牌的V8 系列发动机中加入了这一技术，不过通用使用的液体是水与酒精的混合液，装载这一技术的车型为1962款的Turbo Jetfire；北欧汽车品牌萨博也曾在其1978款Saab 99 Turbo S上搭载这一技术，不过数量极为稀少，由于搭载这一技术而获得额外的15~20马力的99 Turbo S仅仅贩售了100辆左右。
　　

　　1962款Oldsmobile Turbo Jetfire的广告海报，主打即为这款应用Water Injection技术的涡轮增压引擎
　　这些技术的加载都伴随着当时涡轮增压引擎的流行，为了将涡轮增压引擎导入发动机的废气冷却而被应用，然而在中冷器开始普及之后，水喷射技术就开始逐渐从市场上消失，这一消失与当时汽油发动机的燃油控制系统并不精密、发动机相关传感器技术落后、水与燃油的比例不能精确控制也不无关系，不过在近年来被像博世与宝马这样的厂商重新拾起，却是与这一技术对于排放方面的改善有着极大的关系，被各国愈发严厉的燃油法规与排放法规逼疯的汽车厂商，也只能是无所不用其极来求自保了。
　　专业行为，请勿模范
　　不过看到这里的读者一定会想，那我在汽油里掺点水加进自家车里，是否有同样的效果？唉哟，您可真爱尝鲜，但您可不能赶这时髦，首先油水不相溶，上面提到的工况，需要高压水汽与油气混和物以一定的比例充分混合，同时在不同的转速与油门开度情况下，加入水汽的比例也是不同的。如果您要是真的在加油站加到了掺水汽油，那可就是真的碰到了奸商，这些强制用化学方法将水与汽油相混的劣质汽油可能会导致油泵、汽油滤清器、喷油嘴甚至发动机的加速损坏，而化学方法使用的乳化剂也可能会产生杂质堵塞油路，导致车辆无法启动；同时由于这些简易混合的劣质汽油并不稳定，在油路或是油箱中析出的水也会导致油路中的一些金属部件发生锈蚀、影响使用寿命。
　　总的来说，就是一句话，这是在博世黑科技支持下实现的宝马专业行为，请勿自行在家模范。（这个结语和标题不一样是吧？当然不一样咯，宝马又没给我钱。）
　　作者丨JENWAYZ

知微炸堂

这个水喷射系统在我当地有一企业在研发制造，已经做出样品了

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知微炸堂 发表于 9-7-2015 00:30
这个水喷射系统在我当地有&#19 ...

然后呢？实现的过程可能比较漫长，被拖死