在CO2减排的世界里，正当人们对以汽油为动力的发动机大呼末日来临之时，水喷射（Water Injection）技术出现了。目前，从技术的角度来看，水喷射技术可能会是大规模“内燃”游戏的力挽狂澜者。

领导这一技术并积极将其推向量产应用的企业，是宝马公司。宝马公司希望依靠这一技术从内部冷却气缸，让较小的发动机带来更高的动力输出、更清洁的燃烧以及更低的真实排放和燃油消耗。单看结果，毫无疑问，这在各个方面都是一种成功的组合。

用高压水雾冷却气缸

水喷射系统的应用首次见于MotoGP 赛车上。在2015年2月份的时候，宝马公司发布了一辆作为MotoGP赛事安全车的改装版M4 GTS（见图1），这辆特别版本的M4 除了安全车特有的顶灯与内置的应急抢救设备外，还有一套特殊的系统——这辆车有一套机构往S55 3.0 L直列六缸涡轮增压汽油发动机的进气歧管中喷射某种液体，而这种液体就是水！

图2 应用水喷射系统的发动机内部结构

这套系统正是水喷射系统，如图2所示，系统将车载贮水箱中的水以高压水雾的方式喷入进气歧管中，由于涡轮增压发动机的进气歧管中同样有涡轮增压高压吸入的高温发动机废气，高压水雾遇到高温后的汽化蒸发来带走进气歧管中的空气的部分热量，而经由高压水雾冷却的空气将会温度更低、密度更大。

“水喷射意味着我们可以对进入燃烧室的燃油空气混合物进行物理冷却。水被处理为非常细小的雾状进行喷射，对燃油空气混合物进行冷却，但是，在燃烧阶段之前，水就完全蒸发了，所以，如果你使用全油门，与燃油相比较，需要进到那里的水的比例约为30%。” 宝马公司负责产品开发的董事会成员Klaus Fröhlich解释说。

2016年晚些时候，宝马公司开始销售限量版的M4 coup汽车。以MotoGP赛车为基础，量产版的M4 coup车型在涡轮增压六缸发动机上继续使用了间接水喷射技术。
宝马公司的计划是从我们现在已经看到的1系列三缸机原型产品开始，最终将在所有的涡轮增压三缸汽油机产品上应用直接水喷射技术。Klaus Fröhlich认为：“就像可变正时在所有变异产品中逐步变为常用技术一样，今后，我们将在不同的驱动系统里继续水喷射系统的开发工作。”

减少爆震，提高燃效

宝马公司的工程设计团队也希望借此突破传统汽油发动机的局限：在燃烧室的温度升高到气缸爆震成为风险之前，通过应用水喷射技术进行冷却，使发动机能承受更大的涡轮增压压力。

“如果你在操作处于高负荷下的一款汽油发动机，为了减少爆震，我们必须（利用燃料）降低压力或者降低温度，”宝马公司汽油发动机项目和应用负责人Werner Maehrle解释说，“这也意味着我们损失了效率，因为我们使用了比我们需要使用的更多的燃料。”

宝马公司的工程师们测试过1.5 L三缸涡轮增压1系列原型发动机，得益于与M4系统相结合，还得益于3个多点注射器与下一代设计相结合，所以，他们可间接地将水喷射到进气歧管中，或直接将水喷射到燃烧室。

测试的结果是，1系列原型发动机的功率从150 kW提高到160 kW，同时，最大扭矩从280 N・m大幅度提高到320 N・m，到达峰值时，发动机转速不再发生变化。1系列原型发动机的压缩比也从9.8∶1跃升到11∶1。

寻找关键点

高压燃油泵在喷射器的喷嘴之前将燃油和水混合，使其成为乳化物，然后以液态形式喷注到燃烧室。

“在全负荷状态下，发动机的每次行程喷射两次汽油，但是，在多数情况下，只是喷射一次汽油。根据负荷的多少，水喷射系统可在10%~30%的比例状态下运行。水喷射是在吸气阶段进行，而且水必须在燃烧开始之前在气缸里蒸发，因此，我们所要寻找并研究的关键点，是在压缩行程结束到点火开始时的温度——这个温度通常在400~500 ℃，而采用直接水喷射系统，我们可以将这个降低到330 ℃。对于发动机而言，这个温度就好像所有时间都在某个寒冷的冬天运行一样，因而，这对爆震会有着相当大的抑制作用。” Werner Maehrle补充说。

当你最终确实开车行驶于某个寒冷的冬天时，系统知道什么时候太冷，会完全将系统关闭掉。不仅如此，在关闭发动机的时候，系统还会放干管道和阀门以及水喷射器中的水，所以，相关的部件都不会被冻住。如果水瓶本身被冻住，它会迅速进行加热，当需要的时候，系统总会随时可用。相对于基本的三个气缸而言，不管是怠速还是续航，都没有什么差别，因为这是一种按需装置，轻踩油门时不需要水喷射。

水喷射器和燃油泵的供应商博世公司也参与了这个项目，因为宝马公司的直接水喷射系统要求相关零件对注入气缸中的水和汽油容积进行精确计量并精确供给。

提高10%的燃效

“我们可以减少充油压力，而仍然获得同样的动力输出出力。如果我们使用同样的压力，我们也同样能增加性能。这是一个非常简单的比例。”Werner Maehrle热情满怀地说。

最终结果是，在真实世界中，一般客户可以降低3%~8%左右的燃油消耗，同时总体燃烧效率提高5%~10%，还会改善整个发动机运行区域的扭矩和功率曲线。

Werner Maehrle 说：“如果你将其与降低燃耗的其他方法进行比较，在正常情况下，一般司机都会有较高的燃料节约率。在我们进行独家试驾时，比较的结果是，节省燃油约为2.57 L/100 km (91.5 mpg)，根据宝马公司的数据，改善提高率为19.1%。”
拥有最大比功率输出的汽车将从中得益最多，但是，实际上，配备涡轮增压的任何东西都会从中受益。水喷射系统有间接系统，也有直接系统。根据实际工况的要求，两个系统可以一起工作，也可以分开单独工作。

竟然可以不用加水

宝马公司坚持认为，最终客户很少会需要给车灌水，特别是在较为暖和的季节更是如此。原型车的用水量为0.01 L/km，但却以每小时2.1 L的速度在产生水。也就是说，理论上，如果某人驾车一小时要行驶60 km，实际上汽车应提前有1.5 L的水。

“实际上，我们可以从空调冷凝水中获得水，” Werner Maehrle说，“以往，这些冷凝水滴到街道上了，但是现在，这些冷凝水非常适合于发动机使用。你所获得水的多少，取决于湿度，但是，80%的客户将永远不必重新加水。我们计算过，我们从空调和从发动机舱容器（原型系统的尺寸大小在5~7 L之间）中获得的水，足够维持汽车每年或更长时间行驶1.8万km的里程，如果确实需要，我们可以简单地使用蒸馏水瓶给车补水。”

“这对新的欧洲行驶循环（NEDC）影响非常小，但对发动机运行的整个范围，会有许多优越性。” Werner Maehrle非常自豪地说。