超级创意（二）性能矛盾体之W16发动机

坏坏5858

可以幻想当你驾驶着一辆布加迪以超过400km/h的速度“超低空飞行”时的样子，相信此刻你定会张着嘴巴目不转睛的看着远方，双手紧握方向盘而手心却在不住的冒汗，此时此刻你的身体与灵魂不容许开任何小差，而肾上腺素的大量分泌又会给你原本紧张的身心带来些许快感。不过这样的极速时刻不会来得太久，因为轮胎在此极端负荷下只能坚持15分钟，而你也不必担心轮胎磨损至极限的那一刻，因为100L的油箱容量也只够在这种激情燃烧下持续12分钟，至于导演这一切的幕后主使则是一台足够变态和疯狂的W16发动机。

    欲将车辆推进到此速度，巨大的空气阻力是横亘在车辆面前的首要问题，除了要对车身造型的每一个细节加以最缜密的计算外，拥有足够强大的动力输出是确保高速行驶的车辆在空气中厮杀出一条血路的秘密武器。但是想让发动机达到1001马力的最大功率以及1250N·m的峰值扭矩需要汇聚人类最聪颖的智慧和世界上最先进的制造工艺。

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● 不够成熟的W18发动机   
    布加迪是一个有着百年历史积淀的汽车品牌，曾经在赛事方面有着很高的成就，并拥有大大小小2000个冠军头衔。但是战争以及经营不善也使其几经倒闭和易手，直至1998年它被大众集团收入囊中，才再一次焕发出生命力。也就在当年布加迪推出了EB 118概念车，它搭载了6.3L排量的W18发动机，同时这也是大众集团首次对外展示W型发动机科技。

    W18发动机与现在搭载在布加迪威龙上的W16有着本质的区别，它是由围绕着曲轴的三列气缸组构成，每一列有6个气缸，同时W18发动机的布局方式也显得十分特别，其中两列气缸采用类似普通V型发动机布置形式，另一列气缸则与地面平行，类似水平对置发动机。这样，从发动机的一端看去，W18并不是对称的布局，而是偏向于一侧。

● 按传统思维打造的W型发动机难以布置在民用车辆上

    这样的设计或许在当时也是迫不得已，由于一列气缸横向布置，而且每一列都有6个气缸，这就导致它的宽度以及长度都过于庞大，同时555马力的最大功率输出显然也没有“W18”听起来令人惊艳。虽然工程师绞尽脑汁，但这个大家伙的机械效率却始终无法得到进一步提升，而徘徊在620马力左右，所以它还算不上一个成熟的工业产品，只能停留在概念阶段而无法量产。
    在迈凯轮、法拉利纷纷要推出超过600马力的超级跑车之际，2000年，布加迪发布了一辆全新的Veyron 16/4概念车，它的新主要就体现在一台拥有1001马力和1250N·m恐怖性能的4涡轮增压W16发动机上，同时厂商宣称该车的极速达到了406km/h，不过这只是设计人员的梦想，还停留在概念阶段的它显然还没有足够的实力去冲击这个目标。

    当然制造这样一辆前所未有的超级跑车，可能会遇到的问题是难以预料的，没有任何经验可以借鉴，而且车辆在如此高速情况下，充满了太多的不确定因素。在经历无数次的修改与测试后，直到2005年该车才宣布正式量产，而借助这台W16发动机也成就了工程技术人员406km/h的速度梦想。
    为了突破1000马力的动力输出，走传统自然吸气的道路显然是行不通的，同时还要可靠、精致、耐用且排放合法，这样就更难上加难。

    在动力上，工程师给出的解决方案是加大排量同时加挂4个涡轮增压器，这样就使得它的升功率一下由原先的64kW/L提升到92kW/L。同时通过轻量化材料的使用，使其重量只有400公斤，最重要的是，特殊的缸体结构使其“身材”更加苗条。更小的体积、更轻的重量、更强的动力带来的是更高的能量密度，而且为车体的结构设计和配重留下了更多的可操作空间。

● VR结构成就了W16发动机

    VR发动机与直列或V型发动机都不一样，它比直列式发动机短得多，又比V型发动机紧凑，特别是VR发动机巧妙的气缸布局以及简单的进、排气设计，正是这样的结构特点，才使得W16发动机成为现实。否则用8根凸轮轴去驱动64个气门，以及像树根一样盘根错节的进排气设计的常规思维所打造的W16是难以想象的。

    简单的说，W16是由两台VR8发动机以90度角重新组合一起，由W18的“兵分三路”变成了“兵分四路”，最外侧的两列气缸的角度更小意味着发动机的宽度可以更小，但是这个角度一方面会关系到发动机的振动，另外过窄的角度也不利于两列内侧气缸在进气系统上的设计和布局。对于如此复杂的工业品，必然会令设计者产生诸多纠结。

    有了一个优秀的发动机结构，也就意味着成功了一半，但是你有没有想过一台功率达到736kW的发动机会有多少热量产生。目前汽车发动机的工作效率一般不会超过40%，这也就意味着会有1400千焦的热量产生，它相当于1400台功率为1kW的微波炉在1秒内产生的热量，如果按照每台微波炉30秒可以热一个汉堡计算，这台W16发动机则只需0.02秒。这1400千焦热量的一半需要通过排气系统和冷却液散发出去，如何快速的将它们导出显然是十分必要的。


● 1600摄氏度的排气温度对散热系统提出了前所未有的要求   
    W16发动机在全负荷极端情况下，会产生高达1600摄氏度的排气高温，这足以将涡轮增压器以及排气管烧得通红。这种高温一是会让发动机产生爆震等各种不良反应，二是会严重降低进气效率。为此技术人员设计了两条水冷却系统。其中较大的一条水路可容纳40升的冷却液，并通过位于车前端的3个散热器来使发动机保持在正常工作温度。第二条冷却水路，可容纳15升冷却液，它主要用来给装在发动机顶端的两个巨大的中冷器进行散热，可以使经过1bar增压值的涡轮增压气后的增压空气，迅速降低130摄氏度然后压入气缸内。

    在对机体的冷却和润滑方面，设计人员采用了干式油底壳的方式，机油储存在发动机外的油壶里，由机油泵抽出，由位于车头左侧的大型机油冷却器冷却后再输送回发动机。省去了油底壳后也使得发动机的重心降低了70毫米，而且即使在4个G的侧向加速度下，机油也可以精确的打击到任何一个需要润滑的地方。在车头右侧还安装有变速箱和差速器油冷却器。

● 离子流爆震监测装置
    16个气缸，也就是曲轴每旋转45度就会有一个气缸做功，较小的做功间隔角可以使发动机拥有出色的运转平顺性，在各种工况和负荷下，使每个气缸都能保持最佳的工作状态是十分必要的，传统的安装在缸体上的爆震传感器显然满足不了对每个气缸的精确检测。

    工程师给出的方案则是离子流探测技术，由于混合气在燃烧过程中会释放出带电的离子，而且其数量由燃烧的质量决定，而离子流控制装置会在点火结束后，在火花塞上施加一个恒定电压，这样火花塞便成了一个传感器，通过它可以测量出离子流，即电流的大小，从而可以对每个气缸的燃烧情况做出精确的判断。

    轻量化技术也是这台发动机高效率的秘密武器，由于采用了轻型材料制造，发动机的重量/功率比较低，且内部连杆、活塞等运动部件的响应性更出色。因为有16个气缸在工作，所以只需安装一个很小惯量的飞轮即可。虽然是一款超级跑车，但从设计之初就考虑到它的耐用性，而气缸的工作面等离子喷涂则是其具有更好的耐磨性。

全文总结：
    如果有机会亲手抚摸一下这个“怪兽”，你或许可以感受到它冷艳的外表下所暗藏的一颗火热的心，每一个细节都可谓精雕细琢，至臻完美。此时它已不仅仅是一个工业品，而更像一个浓缩了几千年人类智慧和几百年工业文明的能量体，而将概念和设想最终变为现实的科技人员则是最值得钦佩的人。