“跨時代”

瑪莎拉蒂正式公布全新Nettuno海神發(fā)動機，搭載將要發(fā)布（9月）的超跑MC20車型上。該款發(fā)動機由官方宣布，100%由瑪莎拉蒂研發(fā)，100%摩德納制造，是一款純正血統(tǒng)的三叉戟內(nèi)核。

發(fā)動機的研制工作均在摩德納完成：瑪莎拉蒂創(chuàng)新實驗室以及位于德爾勒納齊奧尼大街的工作室負責發(fā)動機的設計，坐落于西羅梅諾蒂大街的引擎中心則負責開發(fā)及制造。

如果僅僅說這款發(fā)動機是瑪莎設計，瑪莎制造，那么其里程碑意義或許只是在瑪莎拉蒂的公司或者是博物館中。然而，新的這臺海神發(fā)動機帶來的遠遠不只是這些，還有豐富的“跨時代”技術產(chǎn)物。F1賽道技術再一次被解禁下放，經(jīng)過頂尖工程師的重新設計、開發(fā)，集成在這臺V6發(fā)動機的全新的燃燒系統(tǒng)中。

這臺發(fā)動機雖然寬1m，半米多高，然而精美的外表如紳士優(yōu)雅，像是一件藝術品匯集精湛的技藝。魁梧身材下，6缸的體量可以爆發(fā)638匹（630CV），高達750Nm的動力，以及最高8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。這讓這輛跑車完全不虛V8發(fā)動機。其搭載的雙火花塞預混噴射系統(tǒng)，雙噴系統(tǒng)是這臺發(fā)動機跨時代的焦點。除此之外，這車11∶1的壓縮比，全可變機油泵，雙電控渦輪廢氣旁通閥，VVT等技術，使得這臺發(fā)動機的油耗可以低至289g/kWh（BSFC），直逼一臺家用經(jīng)濟車的存在。此外，其排放標準也是滿足了當前世界上最嚴苛的歐六D，我國國六B等，可以說日常休閑隨時可以轟鳴起來，同時得到了動力、排放、油耗三重優(yōu)勢，實現(xiàn)真正內(nèi)核“三叉戟”提升，其核心是燃燒系統(tǒng)的革命性重塑。

這臺發(fā)動機上所搭載的雙噴+雙火花塞技術，也就是所謂F1賽車“下放”到跑車的技術，使得這臺發(fā)動機可以直接在整個汽車的發(fā)展史上留下重要的一筆，也就是瑪莎拉蒂所給出的TURBULENT JET IGNITION（TJI）技術。

啥是TJI技術呢？其實這里有一個很特別的技術概念，叫做預混燃燒室（prechamber）。實際上可以簡單的理解為，有一個類似于火花塞的，但比火花塞稍微大一些的多孔圓柱“鐵頭”可以向外，也就是正常的燃燒室內(nèi)，噴火。很像是許多表演或者燒烤用的噴槍，不過經(jīng)過特殊的設計，可以在這個預混器燃燒系統(tǒng)上打不同方向、位置的噴孔，將火焰噴射在目標的位置。

這里需要指出的是，嚴謹?shù)膩碚f，瑪莎拉蒂的這套預混燃燒系統(tǒng)，還是與F1的有根本設計上的差別的。這套噴火系統(tǒng)是所謂的“PassivePrechamber”，也就是說噴油器并沒有安裝在預混室里面噴射，而是在主燃燒室進行充分的缸內(nèi)直噴油氣混合，通過預混腔噴孔送到主火花塞周圍。而F1多用的設計，則是更為貼切的“Fuel-fed”設計。這個細微的改動使得這臺發(fā)動機的設計走向是比較清晰的，這意味著這臺發(fā)動機并沒有一味的追求大扭矩，而是花了更多的心思在燃油經(jīng)濟性與排放上。

為了更好地理解這個區(qū)別，我們可以直觀地先看下Fuel-fed Pre-chamber的設計?？梢钥吹剑A混室（Pre-Chamber）里，是包裹著直噴系統(tǒng)（DI）的噴油器以及火花塞，而主燃燒室（MainChamber）的油氣主要來源于氣道噴射（PFI）。這使得預混室噴油器需要大約噴2%的油量來制造火焰，向主燃燒室中噴出，點燃周圍預混油氣從而快速燃燒。一般這里的DI噴油器更像是將一點點燃油送到火花塞附近。

與此不同的是， 瑪莎拉蒂所搭載的這套“Passive”系統(tǒng)，是將噴油器單獨剝離開來的，仍舊如同普通的雙噴一樣，缸內(nèi)直噴噴油器布置在缸內(nèi)最適合油氣混合，相互作用的位置，與氣道噴射形成單獨的燃油霧化系統(tǒng)，為油氣混合做準備。這部分雙噴組合的首要目的就是保證足夠優(yōu)秀的燃油霧化以及油氣混合能力，也因此，高壓缸內(nèi)直噴（350bar）+低壓（6bar）氣道噴射的組合可以很好地在不同工況下進行決策，解決霧化、濕壁等復合問題。

所以，Passive Pre-Chamber更加廣泛地被定義為“Open Chamber”，是一個開放式的預混設計，個人理解比較像預混室點火中的“預混燃燒”和“分層燃燒”設計，這種設計方式針對火花塞進行特殊的噴火“流道”設計以及火花塞電極的優(yōu)化，形成高強火焰射流擾動燃燒過程，形成所謂“湍流火焰”噴射燃燒。簡單來說，就像屋子里充滿了油氣，這時候一個人拿著一個6-8槍口的噴火器沖入房間，后果可想而知。

具體到瑪莎這臺“海神”發(fā)動機雙火花塞的布置，可以看到預混室點火系統(tǒng)被安置在了燃燒室中央，這代表著火舌可以均勻、快速地充滿這個燃燒室，達到快速燃燒的目的。另外一個輔助火花塞，被裝在了一側(cè)，在不啟用主點火系統(tǒng)的工況，可以利用最簡單的PFI+側(cè)置火花塞進行點火燃燒。

工作時刻，可以看到火焰從中心火花塞點火生成，從特殊設計的流道流經(jīng)預混室頭部，經(jīng)由（6-8）個特殊設計的噴孔向外噴出，繼而點燃主燃燒室內(nèi)的混合氣。

那為什么F1賽車，瑪莎拉蒂如此青睞這樣缸內(nèi)“噴火”設計呢？實際上這里需要提到幾個關鍵的發(fā)動機“痛點”：定容燃燒，爆震，稀薄燃燒。發(fā)動機之所以無法理想地設計燃燒效率，其中關鍵的過程就是燃燒過程。燃燒需要火焰?zhèn)鞑?，這個傳播過程由火花塞引起，但是不由火花塞控制?；鸷藦纳砷_始逐漸向外擴散，這里設計非常復雜的物理化學機理，由燃油分布，氣流，活塞運動等多個因素耦合影響。但是有一點不可否認，就是傳統(tǒng)意義的點火發(fā)動機，是無法像理想循環(huán)一樣實現(xiàn)定容燃燒的，也就是在上止點瞬間燃燒完畢，瞬間充分燃燒。不但無法瞬間，這個過程仍舊漫長且復雜。眾多的高滾流等等技術都是為了提升燃燒速度，縮短這個過程，實現(xiàn)“快速燃燒”。此外，比如壓燃，就是想利用燃油被壓縮自著火，實現(xiàn)瞬時“多點點火”，可以大大加大火焰?zhèn)鞑ニ俣?，更像“定容燃燒”。然而壓燃最困難的還是控制問題，而瑪莎這樣的預混室燃燒，可以想象，幾個火舌同時被預混室擠壓“噴射”而出，不僅大大加快了這部分的燃燒速度，同時也是其他空間位置的著火處，一來一往，可以大大增加火焰的傳播速度。此外，火舌的湍流不穩(wěn)定性也會增強氣流擾動，從而進一步增加燃燒速度。這種技術的應用最直觀的感受就是燃燒速度大幅加快，放熱大幅加快。

此外，為了追求更強的動力性，爆震問題是必須解決的關鍵。爆震形成機理就是末端混合氣自燃，通俗來講，就是在火焰還沒傳到的遠端（離火花塞遠），被高溫、熱點等多種復合因素自燃，使得壓力波對沖形成不可控的震動損傷。類似不可控的Sky-active X。特別是不斷的增壓，功率密度增大的情況下，高溫環(huán)境帶來的爆震風險就更大，這也就是不得不犧牲功率密度以及點火角等控制策略，犧牲動力性，甚至是惡化排放和油耗。而預混室射流同樣可以短時間內(nèi)直接射向燃燒室末端，一定程度上實現(xiàn)“空間燃燒”，可以很好地緩解爆震問題。

最后一定要提一下稀薄燃燒，目前不太清楚瑪莎拉蒂這臺發(fā)動機多大的范圍內(nèi)應用了稀薄燃燒，但是預混射流火焰的點燃方式可以很好地解決稀薄燃燒極限的問題，在超稀薄工況（lambda>2.0）實現(xiàn)穩(wěn)定、快速的燃燒放熱。稀薄燃燒的低溫燃燒特性可以實現(xiàn)高達99%的NOx減排，以及大幅降低顆粒物、THC等多種有害氣體排放，同時降低熱損失，提升熱效率。同時因為進氣壓力的優(yōu)化，一定程度上可以大大降低部分負荷的泵氣損失，實現(xiàn)節(jié)能減排。

這項技術聽起來比較簡單，但是其布置設計，與燃燒室結(jié)構(gòu)（缸蓋+活塞頂）的相互作用關系，噴孔設計，活塞頂部設計都是對工程師的深度考驗，這是一個團隊的精髓所在。此外，雙噴+雙火花塞的設計帶來了多種可控的變量，在實現(xiàn)燃燒系統(tǒng)控制策略的時候就有千萬種不同的組合，時刻、比例等都是需要考慮的對象，甚至可以實現(xiàn)火花塞同時點火、交替點火等等多種燃燒模式，進一步加快燃燒速度。綜合的各種耦合，調(diào)校，設計，最終才是呈現(xiàn)在我們面前的這臺瑪莎拉蒂全新Nettuno海神發(fā)動機。