寶馬腦洞大開(kāi) 提高性能往發(fā)動(dòng)機里噴水

藍天白云夢(mèng)是很多男孩從小就埋藏在心中的。寶馬一直以來(lái)都是“富有駕駛樂(lè )趣”的代名詞，正如其最深入人心的廣告語(yǔ)“Sheer Driving Pleasure”一樣，寶馬始終在努力打造具有“純粹駕駛樂(lè )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(chēng)是“Bayerische Motoren Werke”（德語(yǔ)），中文名為“巴伐利亞發(fā)動(dòng)機工廠(chǎng)”，寶馬玩起發(fā)動(dòng)機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(dòng)機是最前沿的“黑科技”，寶馬有一個(gè)量產(chǎn)技術(shù)更“黑”，那就是量產(chǎn)水噴射系統發(fā)動(dòng)機。沒(méi)錯，請相信你的眼睛沒(méi)有看錯，就是“水噴射”，這確實(shí)顛覆了我們腦海中“水火不容”的觀(guān)念。

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

這臺3.0L雙渦輪增壓直列六缸發(fā)動(dòng)機，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(dòng)機要多出50匹馬力和50Nm扭矩。

但是M4 GTS身上這臺發(fā)動(dòng)機最亮點(diǎn)的核心技術(shù)：水噴射系統，其實(shí)是由博世公司提供的，也就是說(shuō)這個(gè)“黑科技”的幕后“黑手”是博世。該系統聽(tīng)起來(lái)就吊炸天，那么問(wèn)題也來(lái)了。

水噴射系統是什么？

如上圖所示，博世發(fā)布的這款水噴射系統名為“Water Injection System”（WIS）。結構上就是在傳統進(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)行預混合，當進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)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水噴射系統的工作原理大致可以參考上圖。該系統當發(fā)動(dòng)機處于高負荷狀態(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(chēng)為噴水助力（Water Boost）模式，是不是非常的新鮮，也相當的“黑科技”。

水從哪里來(lái)？

上面所講解的工作原理中已經(jīng)提到這套水噴射系統的構成中有一個(gè)水箱，也就是說(shuō)水是由水箱提供的。那么問(wèn)題又來(lái)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，因為你擔心的問(wèn)題博世的工程師們早就會(huì )考慮到。

它能帶來(lái)哪些優(yōu)點(diǎn)？

根據博世官方言論，這套水噴射系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1 為進(jìn)氣過(guò)程提供冷卻，類(lèi)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(dòng)機的壓縮比，從而讓發(fā)動(dòng)機能夠提供更大的扭矩；4 能夠簡(jiǎn)單且高效的降低油耗，特別是高負荷和低轉速工況；5 避免燃油的加濃噴射以及能夠降低排氣溫度，特別是高負荷和高轉速工況。

筆者擔心這個(gè)系統會(huì )帶來(lái)哪些問(wèn)題，博世又是如何解決的呢？

問(wèn)題1： 這套水噴射系統構成中水箱里的水消耗完了怎么辦？

這套系統在工作過(guò)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用車(chē)情況下，水箱平均只需每1800英里（約2900公里）加注一次。這個(gè)加注頻次應該比加注玻璃水的頻次更低。

也就是說(shuō)，如果你是幸運的M4 GTS車(chē)主（前不久開(kāi)幕的成都車(chē)展國內正式上市，售價(jià)199萬(wàn)元，且全球限量700臺，中國地區僅配額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(lái)根據車(chē)型及空間的差異，水箱的規格也會(huì )不同。

而且，博世還表示及時(shí)水箱中的水消耗完了，發(fā)動(dòng)機也仍可以在普通工作模式中平順運轉，完全不會(huì )影響使用，只是前文我們提到的Water Boost模式無(wú)法使用而已，因此動(dòng)力性和經(jīng)濟性相對有Water Boost模式時(shí)會(huì )稍有下降。

問(wèn)題2： 冬天用車(chē)，水箱中的水結冰怎么辦？

既然是水，冬天極寒地區都可能會(huì )結冰，如果水都結成冰了，這套系統還怎么玩？博世當然考慮到這個(gè)問(wèn)題了，博世管理層成員Dr. Rolf Bulander表示：首先，在發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)及熱車(chē)階段，這套噴水系統不會(huì )啟動(dòng)；另外，該系統使用了一套加熱系統來(lái)防止水箱結冰，但并未說(shuō)明熱源是由發(fā)動(dòng)機本身提供還是采用獨立的電加熱總成。按這么說(shuō)，寒冷地區的土豪根本不用擔心結冰問(wèn)題了。

問(wèn)題3： 進(jìn)入氣缸是否會(huì )讓氣缸及活塞等部件生銹？

對于這個(gè)問(wèn)題，博世官方表示：由于噴入氣缸內的水為蒸餾水，所以發(fā)動(dòng)機不會(huì )有生銹的風(fēng)險。對于這個(gè)解釋?zhuān)P者認為比較牽強。即使原廠(chǎng)使用的水為蒸餾水，總不能保證客戶(hù)在以后的使用中都加注蒸餾水吧。其實(shí)對于生銹風(fēng)險，筆者認為確實(shí)是非常低的。因為寶馬發(fā)動(dòng)機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(dòng)機在停止運轉時(shí)，氣缸內若有少量水蒸氣殘留，也是不會(huì )有生銹風(fēng)險的。

問(wèn)題4： 這套系統穩定性如何？是否會(huì )導致發(fā)動(dòng)機進(jìn)水？

我們都知道發(fā)動(dòng)機進(jìn)水會(huì )帶來(lái)多么嚴重的后果。如果發(fā)動(dòng)機在運行過(guò)程中，有大量的水進(jìn)入氣缸，由于水是無(wú)法被壓縮的，所以活塞在運動(dòng)過(guò)程中會(huì )受到非常大的阻力，往往會(huì )造成連桿彎曲甚至斷裂，斷裂的連桿會(huì )不受控制，很可能會(huì )“打傷”缸體、油底殼等部件。

博世這套WIS水噴射系統如果穩定性不佳，不正常工作情況下，會(huì )不會(huì )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(wèn)題，可能他們就沒(méi)覺(jué)得這個(gè)會(huì )成為問(wèn)題。筆者雖然提出了這個(gè)問(wèn)題，相信小伙伴們也會(huì )有這個(gè)疑慮，但是筆者分析后覺(jué)得該系統導致發(fā)動(dòng)機進(jìn)水的可能性很小。因為該系統是由一個(gè)水噴射器往進(jìn)氣管內噴射霧化水，霧化水和空氣在進(jìn)氣管內預混合，當進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟后，混合氣才能進(jìn)入氣缸，而且每次進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟后進(jìn)入的混合氣就會(huì )做功被消耗，然后通過(guò)排氣門(mén)排除廢氣。

我們假設該噴水系統不正常工作，主要會(huì )表現為以下兩點(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(lái)的后果等同于水箱沒(méi)水可用了，上面已經(jīng)介紹了，沒(méi)水不會(huì )影響發(fā)動(dòng)機的正常使用；對于故障②，筆者認為不至于造成發(fā)動(dòng)機進(jìn)水故障，充其量就是進(jìn)入氣缸內的混合氣含水量較高，對發(fā)動(dòng)機原本設定的Water Boost模式下的動(dòng)力性和經(jīng)濟性有一定影響。

另外，寶馬還表示以后還有更多量產(chǎn)機型（三缸、四缸）會(huì )搭載這套水噴射系統；而博世這邊表示這套系統為“博世獨創(chuàng )”，以后會(huì )提供給更多廠(chǎng)家采購。

飛靈觀(guān)點(diǎn)：博世的這套“黑科技”被寶馬搶先搭載到量產(chǎn)車(chē)型上，可見(jiàn)博世和寶馬對這套系統的穩定性已經(jīng)很有信心了。但是眾多“黑科技”都有前車(chē)之鑒了，英菲尼迪的線(xiàn)控轉向技術(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(huì )得到實(shí)際量產(chǎn)車(chē)型的驗證。這套噴水系統確實(shí)看上去高大上，但是到底中不中用，我們一起盯著(zhù)寶馬M4 GTS的實(shí)際表現，希望以后不要看到這700臺M4 GTS被召回的消息，且原因是噴水系統故障導致發(fā)動(dòng)機工作異常。