寶馬腦洞大開 提高性能往發(fā)動機(jī)里噴水

藍(lán)天白云夢是很多男孩從小就埋藏在心中的。寶馬一直以來都是“富有駕駛樂趣”的代名詞，正如其最深入人心的廣告語“Sheer Driving Pleasure”一樣，寶馬始終在努力打造具有“純粹駕駛樂趣”的座駕。

雖然如今的寶馬在筆者眼里已經(jīng)不再那么“純粹”了，但寶馬終究還是寶馬，BMW的全稱是“Bayerische Motoren Werke”（德語），中文名為“巴伐利亞發(fā)動機(jī)工廠”，寶馬玩起發(fā)動機(jī)的激情也是牛逼的不要不要的。不要以為前不久英菲尼迪發(fā)布的量產(chǎn)版本的VC-T可變壓縮比渦輪增壓發(fā)動機(jī)是最前沿的“黑科技”，寶馬有一個(gè)量產(chǎn)技術(shù)更“黑”，那就是量產(chǎn)水噴射系統(tǒng)發(fā)動機(jī)。沒錯(cuò)，請相信你的眼睛沒有看錯(cuò)，就是“水噴射”，這確實(shí)顛覆了我們腦海中“水火不容”的觀念。

在2015年10月東京車展上，寶馬正式發(fā)布了量產(chǎn)版M4 GTS，就是這輛車上搭載了量產(chǎn)版的帶有水噴射系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)。

這臺3.0L雙渦輪增壓直列六缸發(fā)動機(jī)，最大輸出功率500匹馬力，峰值扭矩600Nm，比普通版本的M4上那臺發(fā)動機(jī)要多出50匹馬力和50Nm扭矩。

但是M4 GTS身上這臺發(fā)動機(jī)最亮點(diǎn)的核心技術(shù)：水噴射系統(tǒng)，其實(shí)是由博世公司提供的，也就是說這個(gè)“黑科技”的幕后“黑手”是博世。該系統(tǒng)聽起來就吊炸天，那么問題也來了。

水噴射系統(tǒng)是什么？

如上圖所示，博世發(fā)布的這款水噴射系統(tǒng)名為“Water Injection System”（WIS）。結(jié)構(gòu)上就是在傳統(tǒng)進(jìn)氣道中增加了一個(gè)水噴射器（Port Water Injector），該噴射器先將水霧化并噴射到進(jìn)氣道與空氣進(jìn)行預(yù)混合，當(dāng)進(jìn)氣門打開時(shí)，進(jìn)入氣缸的不再只是空氣，而是空氣和霧化水的混合氣，與博世原有的汽油直噴系統(tǒng)配合增加燃燒效率。

它的工作原理是？

博世這套WIS水噴射系統(tǒng)的工作原理大致可以參考上圖。該系統(tǒng)當(dāng)發(fā)動機(jī)處于高負(fù)荷狀態(tài)（High Engine Load）狀態(tài)下被觸發(fā)，由水泵（Water Pump）將水箱（Water Tank）中的水輸送到水噴射器（Water Injector valve）噴射入進(jìn)氣道，與空氣預(yù)混合，隨后進(jìn)入氣缸，降低氣缸中油氣混合氣的溫度，從而提高燃燒效率。該工作模式被稱為噴水助力（Water Boost）模式，是不是非常的新鮮，也相當(dāng)?shù)?ldquo;黑科技”。

水從哪里來？

上面所講解的工作原理中已經(jīng)提到這套水噴射系統(tǒng)的構(gòu)成中有一個(gè)水箱，也就是說水是由水箱提供的。那么問題又來了，水箱中的水消耗完了怎么辦？小伙伴們不要急，我們先往下面看，因?yàn)槟銚?dān)心的問題博世的工程師們早就會考慮到。

它能帶來哪些優(yōu)點(diǎn)？

根據(jù)博世官方言論，這套水噴射系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1 為進(jìn)氣過程提供冷卻，類似于對進(jìn)入氣缸的空氣降溫；2 可以有效的防止爆震的發(fā)生；3 可以提高發(fā)動機(jī)的壓縮比，從而讓發(fā)動機(jī)能夠提供更大的扭矩；4 能夠簡單且高效的降低油耗，特別是高負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速工況；5 避免燃油的加濃噴射以及能夠降低排氣溫度，特別是高負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速工況。

筆者擔(dān)心這個(gè)系統(tǒng)會帶來哪些問題，博世又是如何解決的呢？

問題1： 這套水噴射系統(tǒng)構(gòu)成中水箱里的水消耗完了怎么辦？

這套系統(tǒng)在工作過程中用水量很小，所以需要存儲的水量不需很多。如M4 GTS，在它的行李箱內(nèi)有一個(gè)容積僅為5L的小水箱。此外，博世還指出在絕大多數(shù)用車情況下，水箱平均只需每1800英里（約2900公里）加注一次。這個(gè)加注頻次應(yīng)該比加注玻璃水的頻次更低。

也就是說，如果你是幸運(yùn)的M4 GTS車主（前不久開幕的成都車展國內(nèi)正式上市，售價(jià)199萬元，且全球限量700臺，中國地區(qū)僅配額15臺），你不僅需要定期加注玻璃水，還需要定期（大概每3000公里）給行李箱中的水箱加水。博世還表示未來根據(jù)車型及空間的差異，水箱的規(guī)格也會不同。

而且，博世還表示及時(shí)水箱中的水消耗完了，發(fā)動機(jī)也仍可以在普通工作模式中平順運(yùn)轉(zhuǎn)，完全不會影響使用，只是前文我們提到的Water Boost模式無法使用而已，因此動力性和經(jīng)濟(jì)性相對有Water Boost模式時(shí)會稍有下降。

問題2： 冬天用車，水箱中的水結(jié)冰怎么辦？

既然是水，冬天極寒地區(qū)都可能會結(jié)冰，如果水都結(jié)成冰了，這套系統(tǒng)還怎么玩？博世當(dāng)然考慮到這個(gè)問題了，博世管理層成員Dr. Rolf Bulander表示：首先，在發(fā)動機(jī)啟動時(shí)及熱車階段，這套噴水系統(tǒng)不會啟動；另外，該系統(tǒng)使用了一套加熱系統(tǒng)來防止水箱結(jié)冰，但并未說明熱源是由發(fā)動機(jī)本身提供還是采用獨(dú)立的電加熱總成。按這么說，寒冷地區(qū)的土豪根本不用擔(dān)心結(jié)冰問題了。

問題3： 進(jìn)入氣缸是否會讓氣缸及活塞等部件生銹？

對于這個(gè)問題，博世官方表示：由于噴入氣缸內(nèi)的水為蒸餾水，所以發(fā)動機(jī)不會有生銹的風(fēng)險(xiǎn)。對于這個(gè)解釋，筆者認(rèn)為比較牽強(qiáng)。即使原廠使用的水為蒸餾水，總不能保證客戶在以后的使用中都加注蒸餾水吧。其實(shí)對于生銹風(fēng)險(xiǎn)，筆者認(rèn)為確實(shí)是非常低的。因?yàn)閷汃R發(fā)動機(jī)的氣缸及活塞等部件至少也是鋁合金材質(zhì)，或許更高級，而且表面都有有涂層處理，所以即使發(fā)動機(jī)在停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)若有少量水蒸氣殘留，也是不會有生銹風(fēng)險(xiǎn)的。

問題4： 這套系統(tǒng)穩(wěn)定性如何？是否會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)進(jìn)水？

我們都知道發(fā)動機(jī)進(jìn)水會帶來多么嚴(yán)重的后果。如果發(fā)動機(jī)在運(yùn)行過程中，有大量的水進(jìn)入氣缸，由于水是無法被壓縮的，所以活塞在運(yùn)動過程中會受到非常大的阻力，往往會造成連桿彎曲甚至斷裂，斷裂的連桿會不受控制，很可能會“打傷”缸體、油底殼等部件。

博世這套WIS水噴射系統(tǒng)如果穩(wěn)定性不佳，不正常工作情況下，會不會讓氣缸吸入大量的水呢？博世官方發(fā)言中不涉及這個(gè)問題，可能他們就沒覺得這個(gè)會成為問題。筆者雖然提出了這個(gè)問題，相信小伙伴們也會有這個(gè)疑慮，但是筆者分析后覺得該系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)動機(jī)進(jìn)水的可能性很小。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是由一個(gè)水噴射器往進(jìn)氣管內(nèi)噴射霧化水，霧化水和空氣在進(jìn)氣管內(nèi)預(yù)混合，當(dāng)進(jìn)氣門開啟后，混合氣才能進(jìn)入氣缸，而且每次進(jìn)氣門開啟后進(jìn)入的混合氣就會做功被消耗，然后通過排氣門排除廢氣。

我們假設(shè)該噴水系統(tǒng)不正常工作，主要會表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)故障：

① 不噴水；

② 一直噴霧化水或者噴出的量比正常狀態(tài)要多。

對于故障①，這個(gè)故障帶來的后果等同于水箱沒水可用了，上面已經(jīng)介紹了，沒水不會影響發(fā)動機(jī)的正常使用；對于故障②，筆者認(rèn)為不至于造成發(fā)動機(jī)進(jìn)水故障，充其量就是進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣含水量較高，對發(fā)動機(jī)原本設(shè)定的Water Boost模式下的動力性和經(jīng)濟(jì)性有一定影響。

另外，寶馬還表示以后還有更多量產(chǎn)機(jī)型（三缸、四缸）會搭載這套水噴射系統(tǒng)；而博世這邊表示這套系統(tǒng)為“博世獨(dú)創(chuàng)”，以后會提供給更多廠家采購。

飛靈觀點(diǎn)：博世的這套“黑科技”被寶馬搶先搭載到量產(chǎn)車型上，可見博世和寶馬對這套系統(tǒng)的穩(wěn)定性已經(jīng)很有信心了。但是眾多“黑科技”都有前車之鑒了，英菲尼迪的線控轉(zhuǎn)向技術(shù)宣布了召回，而前不久發(fā)布的量產(chǎn)可變壓縮比技術(shù)也將會得到實(shí)際量產(chǎn)車型的驗(yàn)證。這套噴水系統(tǒng)確實(shí)看上去高大上，但是到底中不中用，我們一起盯著寶馬M4 GTS的實(shí)際表現(xiàn)，希望以后不要看到這700臺M4 GTS被召回的消息，且原因是噴水系統(tǒng)故障導(dǎo)致發(fā)動機(jī)工作異常。