超級創(chuàng)意（二）性能矛盾體之W16發(fā)動機

效率和結(jié)構(gòu)都不成熟的W18

想象一下，當你駕駛布加迪以超過400公里/小時的速度“超低空飛行”時。我相信，此時此刻，你會張著嘴凝視遠方，雙手緊握方向盤，手心冒汗。此時此刻，你的身體和靈魂是不允許有任何開小差的，腎上腺素的大量分泌會給你緊張的身心帶來一些快感。不過這種極限速度的瞬間不會持續(xù)太久，因為輪胎在這種極限負荷下只能維持15分鐘，你也不用擔心輪胎磨損到極限的那一瞬間，因為100L油箱的容量在這種激情燃燒下只夠維持12分鐘。至于這一切背后的導演，一臺W16發(fā)動機已經(jīng)夠變態(tài)、夠瘋狂了。

為了將車輛推進到這個速度，巨大的空空氣阻力是車輛面臨的主要問題。除了對車身造型的每一個細節(jié)都進行最細致的計算之外，擁有足夠強大的動力輸出才是保證高速車能夠在空空中干掉一條血路的秘密武器。但要讓發(fā)動機達到1001馬力的最大功率和1250n·m的峰值扭矩，就需要匯聚人類最智慧的智慧和世界最先進的制造技術(shù)。

●不成熟的W18發(fā)動機

布加迪是一個有著百年歷史的汽車品牌。它在比賽中取得了巨大的成就，擁有2000個冠軍。然而，戰(zhàn)爭和管理不善也導致它幾次倒閉和易手。直到1998年被大眾集團俘獲，它才重新活了過來。同年，布加迪推出了EB 118概念車，搭載了排量6.3L的W18發(fā)動機，也是大眾集團首次展示W(wǎng)發(fā)動機技術(shù)。

W18發(fā)動機與目前安裝在布加迪威龍上的W16有本質(zhì)區(qū)別。它由圍繞曲軸的三個氣缸組組成，每個氣缸組有六個氣缸。同時，W18發(fā)動機的布局也很特別，其中兩個氣缸的排列方式與普通V型發(fā)動機相似，另一個氣缸與地面平行，類似于水平對置發(fā)動機。因此，當從發(fā)動機的一端觀察時，W18不是對稱的，而是向一側(cè)傾斜。

●按照傳統(tǒng)思維打造的W型發(fā)動機很難布置在民用車上。

這種設計在當時可能是最后的手段。因為一排氣缸水平排列，每排有六個氣缸，所以它的寬度和長度都太大了。同時，555馬力的最大功率輸出顯然沒有“W18”聽起來那么驚艷。雖然工程師們絞盡腦汁，但這個大家伙的機械效率從來沒有進一步提高過，而是徘徊在620馬力左右，所以不是成熟的工業(yè)產(chǎn)品，只能停留在概念階段，無法量產(chǎn)。

2000年，在邁凱倫和法拉利即將推出600馬力以上的超級跑車時，布加迪發(fā)布了全新的威龍16/4概念車。它的新奇主要體現(xiàn)在一臺4渦輪W16發(fā)動機，1001馬力，1250n·m的恐怖性能。同時，廠家聲稱該車最高時速達到了406km/h，但這只是設計師的夢想，還處于概念階段。

當然，要做出這樣一款前所未有的超級跑車，可能遇到的問題是不可預測的，沒有經(jīng)驗可以借鑒，在這樣的高速下，車內(nèi)充滿了太多的不確定因素。經(jīng)過無數(shù)次的改裝和測試，直到2021年才宣布正式量產(chǎn)這款車，在這臺W16發(fā)動機的幫助下，實現(xiàn)了工程技術(shù)人員406km/h的速度夢想。

VR結(jié)構(gòu)成就了W16

為了突破1000馬力的動力輸出，走自然吸氣的傳統(tǒng)道路顯然是不可行的。同時必須可靠、精致、耐用、合法放電，這就更難了。

動力方面，工程師給出的解決方案是增加排量，同時增加4個渦輪增壓器，使其功率提升可從64kW/L提升到92 kW/L，同時采用輕量化材料，重量僅為400 kg。最重要的是，特殊的氣缸體結(jié)構(gòu)使其更加纖薄。更小的體積、更輕的重量、更強的動力帶來更高的能量密度，為車身結(jié)構(gòu)設計和配重留有更大的可操作空空間。

● VR結(jié)構(gòu)打造W16發(fā)動機。

VR發(fā)動機不同于直列發(fā)動機或V型發(fā)動機。它比直列發(fā)動機短得多，比V型發(fā)動機更緊湊。尤其是VR發(fā)動機巧妙的氣缸布局和簡單的進排氣設計，讓W16發(fā)動機成為現(xiàn)實。否則，用8個凸輪軸驅(qū)動64個氣門打造的W16，和樹根一樣糾結(jié)的進排氣設計常規(guī)思維是無法想象的。

簡單來說，W16是兩臺VR8發(fā)動機呈90度角的組合，由W18的“三向分割”變?yōu)椤八南蚍指睢?。最外面兩個氣缸的角度越小，意味著發(fā)動機的寬度可以越小，但這個角度一方面與發(fā)動機的振動有關(guān)，另一方面太窄的角度也不利于進氣系統(tǒng)中兩個內(nèi)缸的設計和布局。對于如此復雜的工業(yè)產(chǎn)品，難免會給設計師造成諸多糾結(jié)。

擁有一臺優(yōu)秀的發(fā)動機結(jié)構(gòu)意味著成功的一半，但是你有沒有想過一臺功率736kW的發(fā)動機能產(chǎn)生多少熱量？目前汽車發(fā)動機的工作效率一般不超過40%，也就是說會產(chǎn)生1400千焦的熱量，相當于1400臺功率1kW的微波爐1秒鐘產(chǎn)生的熱量。如果每個微波爐能在30秒內(nèi)加熱一個漢（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）堡，這臺W16發(fā)動機只需要0.02秒。1400千焦的熱量有一半需要通過排氣系統(tǒng)和冷卻液耗散掉，所以顯然有必要快速輸出。

恐怖的1600攝氏度排氣溫度

●1600攝氏度的排氣溫度對散熱系統(tǒng)提出了前所未有的要求。

在滿載的極端工況下，W16發(fā)動機會產(chǎn)生高達1600攝氏度的高排氣溫度，足以讓渦輪增壓器和排氣管燒紅。這種高溫會使發(fā)動機產(chǎn)生爆震等各種不良反應，會嚴重降低進氣效率。因此，技術(shù)人員設計了兩個水冷系統(tǒng)。其中一個較大的水道可以容納40升的冷卻液，發(fā)動機可以通過汽車前部的三個散熱器保持在正常工作溫度。第二條冷卻水通道，可容納15升冷卻液，主要用于消散安裝在發(fā)動機頂部的兩個巨大中冷器的熱量，使增壓后的空氣體通過1bar的渦輪增壓氣體后，迅速降低130攝氏度后壓入氣缸。

在發(fā)動機缸體的冷卻潤滑方面，設計者采用了干式油底殼，將機油儲存在發(fā)動機外部的油壺中，由機油泵抽出，經(jīng)發(fā)動機前部左側(cè)的大型機油冷卻器冷卻后送回發(fā)動機。省略油底殼后，發(fā)動機重心降低70毫米，即使在4 G的橫向加速度下，機油也能準確命中任何需要潤滑的地方。變速箱和差速器油冷卻器也安裝在汽車前部的右側(cè)。

●離子流爆震監(jiān)測裝置

共有16個氣缸，也就是說，曲軸每旋轉(zhuǎn)45度，就有一個氣缸做功。較小的工作間隔角可以使發(fā)動機具有良好的運行舒適性。在各種工況和載荷下，保持每個氣缸處于最佳工作狀態(tài)是非常必要的。安裝在氣缸上的傳統(tǒng)爆震傳感器顯然不能準確檢測每個氣缸。

工程師給出的方案是離子流檢測技術(shù)。因為混合氣在燃燒過程中會釋放出帶電的離子，而量是由燃燒的質(zhì)量決定的，點火后離子流控制裝置會給火花塞施加一個恒定的電壓，使火花塞成為一個傳感器，通過它可以測量離子流，也就是電流，從而可以準確判斷每個氣缸的燃燒情況。

輕量化技術(shù)也是這款發(fā)動機高效率的秘密武器。由于采用輕質(zhì)材料，發(fā)動機的重量/功率相對較低，內(nèi)部連桿、活塞等運動部件響應更靈敏。因為有16個氣缸工作，所以只需要一個慣性小的飛輪。雖然是超級跑車，但從設計之初就考慮到了它的耐用性，氣缸工作面等離子噴涂有更好的耐磨性。

全文摘要:

如果有機會親手觸摸這個“怪物”，你可能會感受到冷艷外表下隱藏的火熱內(nèi)心，每一個細節(jié)都可以用細膩完美來形容。此時的它不僅僅是一個工業(yè)產(chǎn)品，更像是凝聚了人類幾千年智慧和幾百年工業(yè)文明的能量體，最終將概念和假設變?yōu)楝F(xiàn)實的科技人員才是最令人敬佩的人。