翻箱倒櫃挖出來的寶貝——水噴射系統

汽車上總是有各種新的技術不斷地推出，說不定哪天就蹦出一個比較有意思的東西來，2016年寶馬在M4 GTS上推出了一套可以說是比較罕見的系統—水噴射，聽上去感覺那是十分的騷氣。

不過水噴射系統可不是現在才有的哦，很早以前它就存在了，不過一直沒有運用到量產車上。

阻礙發動機動力提升的最大敵人就是爆震，在發動機發明之後的數十年里，由於受制於爆震，動力一直無法提高。為了提高爆震抗性，工程師開始想辦法提高汽油的自燃溫度，結果在1921年工程師們發現往汽油里添加四乙基鉛可以大幅提高發動機的性能，之後往汽油里添加其它物質提高抗爆震性就成了一個約定俗成的東西了。那麼這段廢話跟水噴射有什麼關係呢？因為後來爆發了二戰，高辛烷值汽油的出口大國美國開始中斷給軸心國提供高辛烷值的汽油，那麼問題來了，軸心國此時該怎麼辦？

所以他們想到了一個辦法，就是把水和乙醇的混合物噴到燃燒室里，通過汽化潛熱（蒸發）來降低汽缸內的溫度，讓汽缸內的溫度不要超過汽油的自燃點，這樣就能避免爆震的發生了。好了，歷史介紹得差不多了，下面來就來說說水噴射吧。

液體轉換成汽體的時候需要熱量，這個熱量就是汽化熱（蒸發熱）。蒸發熱跟物質的量成正比，不過各種物質汽化時所需要的熱量不一樣。汽油的汽化熱約330kJ/kg，乙醇約840kJ/kg，甲醇約1100kJ/kg，水約2300kJ/kg。水要汽化時所需的熱量是汽油的7倍，所以把水噴到高溫的汽缸內時冷卻效果很好。像印第賽車就會在汽油里混合少量的乙醇，美國的直線加速賽也會使用水噴射，WRC則使用水和甲醇的混合物噴射。

賽車上邊用這種技術也就不說什麼了，但是為何突然這項技術出現在民用車裡邊了呢？這就和越發嚴格的廢氣排放標準及如何提高熱效率有關係了。

提升熱效率可以通過提高壓縮比或者是通過更高的增壓來實現，但在這前面一定會出現爆震這堵大牆來阻礙工程師前進的步伐。所以工程師們通過缸內直噴來降低汽缸內的溫度，可是以降溫為目的來噴射汽油，勢必引起油耗升高。另外，減少氮氧化物的排放需要把大量的EGR引入汽缸，這又會引起燃燒惡化降低熱效率。面對這樣的窘境，水噴射這種簡單的方法就出現在了工程師的視野里。

下面介紹一下工程公司FEV對400cc單缸米勒循環發動機水噴射研究做出的論文。

往加95號油的汽缸內噴水，能夠觀察到混合汽受到水的稀釋，比熱比會略微下降，當混合氣溫度下降20度後，最終比熱比會提高，最大理論熱效率也會上升。抗爆震的極限提高了，可以推前點火角度，減少冷卻損失，指示熱效率也就高了。

通過把水噴到進氣孔和直接噴到缸內進行比較，直接噴到缸內的話ISFC（指示燃料消費率）低，從同一個ISFC來看能夠減少噴水量。

隨著增加噴水的壓力（噴水量不變），能夠發現ISFC下降。這是因為從壓縮到燃燒開始的過程中保證了汽化時間，缸內得到了有效的冷卻，水的微粒化也促進了汽化。

用不同的壓縮比進行比較，無論是13.5的壓縮比還是14.7的壓縮比，只要增加噴射量就能使ISFC下降。特別是14.7這種高壓縮比的情況下，水和汽油的噴射量一樣的話，ISFC會變得和13.5的一樣。

水和燃料的容積比上限是1：1，如果噴水量超過這個上限，那麼將會發生混合氣著火延遲、燃燒時間變長的壞處，水噴射也就失去本來的意義了。發動機負荷增加會引起爆震，通過延遲點火角度抑制爆震，相反扭矩會下降，這種情況，水噴射在1：1的範圍內可以保證足夠的扭矩。

在外部冷EGR並用的情況下，水/汽油比80%，EGR率提高到22%，ISFC可以達到199g/kWh。對於ISFC低減的感度，水噴射要高於EGR，特別是高負荷領域，混合氣溫度降低效果顯著。

油耗的話，通過水噴射可以提高3.7%-5%，如果再加上冷EGR並用，可以再提高0.7%-1.9%。目前真正把水噴射實現商品化的只有博士。

2016年博士在東京車展發表了該技術，並明確了將會投入到寶馬的車型上。根據當時發表的內容來看，通過水噴射可以將油耗最多降低13%，還能大幅提高渦輪發動機的動力。而裝備這項技術的寶馬M4 GTS的最大動力從M4的431馬力提高到了500馬力，動力提升了16%，水噴射的水罐在M4 GTS後備箱里，容量5升，3000公里補水一次，如果水沒有了，只有動力會下降，並不會對其它方面造成任何影響。水噴嘴的噴射壓力350bar，這是考慮到不用補強凸輪軸和汽缸的最大噴射壓力。當然更高的噴射壓力可以使水更好的微粒化，獲得更好的冷卻效率。

其實比起混動和48V化這種先進的技術，水噴射還是太過單純，今後能否有更多的水噴射汽車出現還要打一個問號。