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          2. 科技說丨水火不相容,寶馬為何要給發動機注水?

            • 發表于: 2019/03/03 18:30:00 來源:車云網

            如果有人當著你的面,說要給自己的車買幾瓶屈臣氏純凈水加發動機里,你會怎么想?

            中國有句古話叫“水火不相容”,不過寶馬的工程師似乎把這句話一直當耳旁風,因為他們有計劃在2020年發布的全新一代M3中,搭載一個“water-injection system(噴水系統)”,從而實現給極限運轉的燃油發動機“注水”的目的。

            無獨有偶的是,計劃中的M3,并不是寶馬將此項技術的首發,早在2016年發布的寶馬M4 GTS(上圖),以及寶馬為摩托車賽事MotoGP提供的M4安全車上,這套“給發動機注水”的系統就已經被廣泛采用了。

            該“噴水系統”的工作原理是:當發動機的轉速達到5000rpm以上的時候,安置在進氣歧管側壁的“噴水”系統就開始工作,利用幾個噴頭把水以高壓蒸氣的形式噴出,與發動機進氣混合在一起,并籍此降低發動機進氣溫度,降低爆震幾率;并提高發動機進氣效率,從而提升發動機的輸出功率。

            這是因為,空氣是一個情緒不穩定的家伙,如果你給它加熱,它就很容易膨脹;所以當高溫空氣進入發動機氣缸的時候,其實它的密度是降低了,這也就減少了發動機氣缸內的含氧量,使發動機的工作效率無法繼續提高。

            在寶馬M4 GTS使用的3.0L渦輪增壓6缸發動機(代號“S55”)上,已經配備有一套進氣中冷系統,但這套系統只能把發動機進氣溫度從320度降低到158度;

            但配備了這套“噴水系統”之后,當水蒸氣與發動機進氣混合,發動機進氣溫度可以降到更低的113度,這就使得M4 GTS的渦輪增壓值從M4 Competition的17.2psi暴增至21.6psi;發動機為此也獲得了額外的49馬力,最終輸出動力從444馬力漲到了493馬力。

            寶馬M4 GTS設計在后備箱中的“儲水罐”寶馬M4 GTS設計在后備箱中的“儲水罐”

            整套噴水系統需要與寶馬HPI高精度缸內直噴系統配合工作,ECU會在噴出水霧前精準計算水霧、油、空氣的混合比例,確保霧氣充分吸收熱量,避免影響燃燒效率;當發動機處于低負荷工作狀態時,這套噴水系統將不會工作。

            所以,如果以后誰說到“發動機進水了!”,你千萬別以為那是災難,說不定在寶馬的發動機工程師那里,壞事一樣可以變成好事。

            此外,給發動機噴點什么稀奇古怪的東西,也不是寶馬一家的專利:

            1962年,通用旗下Oldsmobile品牌的V8系列發動機,就通過向發動機內噴射水與酒精的混合液提高發動機動力,其實如果論功效,給發動機噴注酒精比噴水更有效,一來降溫幅度更大(酒精更容易揮發,而揮發吸熱),二來酒精本身也可以輔助燃燒;

            在剛剛過去的底特律車展上,斯巴魯發布的翼豹WRX STI S209(下圖)也使用了類似的進氣冷卻系統,不過這套系統并不是把水噴進發動機進氣,而是將其噴灑到發動機的中冷器上,以提高中冷器的散熱效率。

            在一些改裝車文化比較流行的國家,一些車輛進行渦輪增壓改裝的時候,也經常用到WRX STI S209這樣的中冷器噴水降溫技術,畢竟這樣的技術實現起來難度很低,而且效果還比較明顯;此外,曾經以航空科技而著名的薩博品牌,更是在Saab 99 Turbo S的車型上搭載了相似的技術。

            在汽車產業之外,用水、水醇混合物輔助發動機工作的技術,在航空領域也曾經大放異彩。

            二戰時期,德國的FW-190 D9、BF-109和BF-110戰斗機,都使用了“MW-50(Methanol-Wasser 50,水醇噴注系統)”來提高發動機的短時輸出功率。

            BF-109 G4BF-109 G4

            FW-190 D9FW-190 D9

            以FW-190 D9(上圖)戰斗機為例,其使用的Jumo 213A發動機使用“MW-50”系統,向發動機增壓器內噴射水-甲醇1:1比例的混合物,從而使其具備更強的高空性能;而曾經搭載在BF-109和BF-110兩款戰斗機上的DB-605發動機,也配備了“MW-50”系統。

            Jumo 213AJumo 213A

            DB-605DB-605

            除此之外,美國人和蘇聯人也把這項技術玩的溜溜的,據說蘇聯人還曾在渦輪噴氣式發動機上用過這項技術。

            而且,這項液體噴注技術,在渦噴發動機上其實還有一個變種,比如在國產殲-6、強-5戰斗機上使用的“渦噴-6”發動機(下圖),其在渦輪最后一級風扇的后邊(也就是噴氣道內部),設計了一圈造型好似戴森吹風機一樣的裝置(下下圖)。

            這個裝置是噴油管,專門用來在飛行員需要臨時增加推力的時候,向發動機的噴射氣流中繼續噴油,促成“二次燃燒“,從而臨時提高發動機的噴射推力,形成“加力”模式;不過,這樣做的缺點也很明顯,那就是太費油了。

            那么現在問題就來了:那些買了搭載“WIS”技術的高性能車消費者,會不會在用了一段時間車之后,跟旁邊的人說:

            “不好意思哈,麻煩你稍等我一下,我先去711超市給我的車買幾瓶屈臣氏純凈水去!”

            “What???”

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