在排放、油耗限值要求日益嚴(yán)苛的今天，除了三缸機(jī)、MHEV等技術(shù)，WIS系統(tǒng)非常適合一些成本壓力不那么大、技術(shù)儲備足夠的車企，畢竟相比于三缸發(fā)動機(jī)和MHEV，WIS系統(tǒng)在優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性的同時還提升了發(fā)動機(jī)的性能。

眾所周知，汽油發(fā)動機(jī)都有火花塞，工作的時候需要點(diǎn)火，汽油混合氣會在氣缸內(nèi)燃燒或者說發(fā)生一次可控的爆炸，那么噴水會不會把這個燃燒或者說這個可控的爆炸扼殺在搖籃里？來自德國的零部件巨頭博世就搞出了一個噴水的黑科技——Water Injection System（WIS）（官方譯名為“直接水噴射系統(tǒng)”）。

運(yùn)用這項(xiàng)黑科技，往氣缸里噴水不僅不會讓發(fā)動機(jī)“罷工”，反而能夠提升油耗和動力輸出。根據(jù)博世的數(shù)據(jù)，這項(xiàng)技術(shù)能讓發(fā)動機(jī)減少13%的油耗，同時提升5%的動力。根據(jù)博世的演講，水噴射系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 為充氣過程提供冷卻。類似于對進(jìn)入氣缸的空氣降溫。
   

2. 可以有效地防止爆震的發(fā)生。
   

3. 可以提高發(fā)動機(jī)的壓縮率。從而讓發(fā)動機(jī)產(chǎn)生更多的扭矩。
   

4. 能夠簡單而且高效地降低油耗。特別是高負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速工況
   

5. 避免燃油的加濃噴射和降低排氣溫度。特別是高負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速工況。

進(jìn)氣道中增加了一款水噴射器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。與博世原有的汽油直噴系統(tǒng)配合增加燃燒效率。總體節(jié)油效果可達(dá)到世界輕型車輛測試循環(huán)WLTC（world-wide harmonized light duty test cycle，是結(jié)合歐洲NEDC和美國FTP測試循環(huán)后世界通用的最新測試循環(huán)）高速公路工況下13%及普通駕駛工況下4%。

如下圖所示三根亮藍(lán)色的管道即為水霧直噴冷卻系統(tǒng)的輸水管。這款新一代的三缸發(fā)動機(jī)是以現(xiàn)款寶馬2系A(chǔ)T配備的代號B38 1.5T三缸發(fā)動機(jī)為原型。三根輸水管分別將冷卻水送入黑色的進(jìn)氣歧管中。輸水管的上方長方體金屬容器就是中冷器。進(jìn)氣空氣先通過中冷器冷卻，再有電控單元控制由水霧直噴冷卻系統(tǒng)降低進(jìn)氣溫度。

從下圖的角度即可看到輸水管延伸到了進(jìn)氣歧管中。但這里細(xì)心的讀者可能會發(fā)現(xiàn)輸水管的出口是開發(fā)形式的。實(shí)際上水霧噴射出去的時機(jī)、噴水量都要進(jìn)行精確的控制。這就需要使用精確的電控噴射器。可能是為了演示方便或者隱去技術(shù)細(xì)節(jié)的原因，此次創(chuàng)新日演示的原型機(jī)并沒有配備這種電控噴射器。那么讓我們來借鑒一下稍早德國博世BOSCH發(fā)布的水噴射系統(tǒng)的內(nèi)容。來看一下配合電控噴射器后的冷卻系統(tǒng)是什么樣的。

水噴射系統(tǒng)Water Injection System (WIS)，被用來與傳統(tǒng)基于火花點(diǎn)火SparkIgnition的汽油直噴系統(tǒng)進(jìn)行配合。如下圖所示，進(jìn)氣道中增加了一款水噴射器。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。然后混合空氣隨著進(jìn)氣沖程進(jìn)入氣缸。而噴油器直接將汽油噴射到氣缸當(dāng)中。因此在點(diǎn)燃汽油的時刻，汽油其實(shí)是在和空氣和水霧的混合氣體進(jìn)行反應(yīng)并做功。

該水霧直噴冷卻系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷的時候可以顯著提高效率。其對燃燒過程的積極影響包括：

1.   效率提升：避免燃油的加濃噴射和降低排氣溫度。最多能夠?qū)⑷粘Ｐ旭傊械挠秃慕档?%

2.   降低排放：較低的排氣溫度減少了有害物質(zhì)的產(chǎn)生

3.   減少爆震：由不受控燃燒（即所謂爆震）產(chǎn)生的危險(xiǎn)因溫度下降而減少

4.   更高的壓縮比：由于爆震減少，原型車中三缸發(fā)動機(jī)的壓縮比從9.5：1提高到了11.0:1；因此也優(yōu)化了部分負(fù)荷區(qū)的效率。

5.  動力：更早的點(diǎn)火時間和更高的增壓壓力將發(fā)動機(jī)功率和扭矩提高了10%；冷卻進(jìn)氣空氣中更高的氧氣比例實(shí)現(xiàn)了額外的功率提高。

6.  燃油兼容性：使用于低辛烷值的標(biāo)號95號燃油也能實(shí)現(xiàn)最佳的功率輸出；因此帶有水霧直噴系統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動機(jī)適合在世界各地使用。（確實(shí)95號汽油在中國已經(jīng)算比較好的汽油了，要找到加98號汽油的加油站還真難）

7.   熱負(fù)荷：該系統(tǒng)的冷卻效果減少了溫度對活塞、閥門、催化器和渦輪增壓器的影響。

此處要特別提一句，在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)里高負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速工況排氣溫度會非常高。長時間工作可能損壞排氣系統(tǒng)。因此不得已必須進(jìn)行燃油加濃噴射。用燃燒不掉的汽油對排氣系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。換句話說高負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速時有些汽油就白白地被噴出去而根本沒有做功。這也是為了保護(hù)汽車的一種無奈之舉。而有了這套水霧直噴系統(tǒng)，這個降溫的任務(wù)就交給水來完成了。

大家是不是覺得有點(diǎn)奇怪，水霧直噴系統(tǒng)以直噴為名但是展示的原型機(jī)確實(shí)將水霧噴射到進(jìn)氣歧管的，有點(diǎn)不符合直噴的定義啊。其實(shí)寶馬官方發(fā)布的新聞稿中提到，該水霧直噴系統(tǒng)主要將冷卻水直接噴射進(jìn)入了發(fā)動機(jī)氣缸燃燒室，只有少部分是噴入進(jìn)氣歧管跟隨空氣一起進(jìn)入燃燒室的。但由于某些原因?qū)汃R并沒有展示這部分的細(xì)節(jié)。但在某些技術(shù)論壇的講演時，寶馬曾表示該水霧直噴冷卻系統(tǒng)將冷卻水通過特殊的裝置與汽油混合然后通過主燃油噴射器直接噴進(jìn)了燃燒室。因此理論上還是符合直噴的定義的，只不過細(xì)節(jié)上可能由于某些技術(shù)還未定型因此并未詳細(xì)披露。

其實(shí)這并不是類似的水噴射冷卻系統(tǒng)的第一次使用。早在上世紀(jì)六七十年代，在中冷器出現(xiàn)之前，車輛普遍使用噴水的方式對進(jìn)氣空氣進(jìn)行冷卻。但隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，中冷器的誕生最終代替了噴水冷卻系統(tǒng)。對了賽車等高性能汽車日益增長的性能需求，中冷器的冷卻能力已經(jīng)不再能夠完全滿足要求，半個多世紀(jì)以后噴水冷卻系統(tǒng)又被在此啟用。

2015年的MotoGP賽事中，寶馬提供的M4安全車就采用了該水霧直噴冷卻系統(tǒng)。由于賽車比賽中基本都是全油門的滿負(fù)荷工況，因此這種冷卻系統(tǒng)可以有效地提高發(fā)動機(jī)的效率。不過也因此，寶馬的這款M4安全車配備了一個5升的水箱來存儲冷卻用的純凈水。每次添加燃油的時候都會一同對水箱進(jìn)行蓄水。為了能將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到新一代寶馬1系以及其他的量產(chǎn)車型中，新的水霧直噴冷卻系統(tǒng)中為冷卻用純凈水設(shè)計(jì)了一套車載水回收系統(tǒng)。除了某些極端氣候條件下，在日常行駛中可以無需蓄水。其主要的原理就是利用將蒸發(fā)而進(jìn)入空調(diào)設(shè)備的水收集起來，然后歐諾個魚發(fā)動機(jī)的冷卻噴射系統(tǒng)。每次發(fā)動機(jī)停機(jī)以后，水從管道系統(tǒng)回到水箱中，從而避免系統(tǒng)組件在溫度低于零度時結(jié)冰以及發(fā)動機(jī)銹蝕。水箱本身的安裝位置同樣考慮了防凍的需求。