发动机会喷水吗?
没有错吧。喷泉不会关闭启动筒内的汽油燃烧吗?
很神奇,不是吗?没错。是给发动机喷水!而且,M4高性能汽车试验后立即量产,宝马表示将继续推广到其他车型。
好了,今天我来告诉你这个注水系统到底是什么鬼东西。
这个罐子里的注水系统,只要装在车上,就会用高压水雾将储油罐里的水喷射到空气歧管里。因为涡轮发动机的进气歧管也有带有涡轮高压吸入的高温发动机废气。高压水雾遇到高温蒸发蒸发,带来空气歧管空气中的部分热量,通过高压水雾冷却的空气温度低,密度更高。
你不明白这种进气歧管喷水技术的好处吗?首先,温度低的空气密度更高,相同体积空气中的氧气也越多,油气混合物的燃烧也相对充足。其次,吸缸内油气混合物温度也相对较低,因此可以实现较高的压缩比,对该涡轮增压发动机施加更高的涡轮压力,提高应用该技术的发动机的输出动力。此外,该技术还抑制了发动机的爆震,减少了发动机的磨损和阻力,使娇贵的高级汽油发动机能够使用辛烷值低、价格便宜的汽油。
但是,对M4安全车搭载的进气歧管喷水技术的唯一担忧是系统需要的1.3加仑(4.9L)的坦克。这并不意味着这个坦克带来的额外重量会使燃料消耗稍微恶化。但是我们总是找不到添水的机会。你想让宝马工程师给加油站加油加水吗?
但是宝马的工程师们解释了为什么M4安全车只能在包围场工作,所以可以在PIT房间维修站放水,回到不生产水的机构。另外,以后公布的另一款车型增加了车辆空调生成的水自给自足设备。
向气缸喷水的宝马1系列
今年6月,宝马在位于法国Miramas的BMW M Testtrack举行的BMW集团INOBIANDAY DAY 2015 EVENT上向媒体展示了采用注水技术的BMW 1系5门行李箱轿车,现场为媒体提供了在约4公里长的椭圆试车场试运行的机会,宝马工程师也详细说明了注水技术的原理和发动机燃烧效果等方面的优化。
M4安全车面试4个月后公布的这辆宝马1系也不是照搬M4安全车的系统。首先,宝马工程师们这次很般配的是那个名气很大的B38 1.5L 3缸涡轮增压汽油发动机。该引擎也同时安装在mini和i8等车型上。同时,宝马的工程师们这次直接向缸里喷水,B38发动机这次配备了缸内直接喷射系统(Direct water injection)。与M4安全车在进气歧管上写字不同,此次高压水雾是由发动机的高压泵直接产生的,根据发动机的转速、油门开度和气缸内温度,高压水雾将处于高压状态。
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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。
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。
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