那些年工程師往發動機里加的那些奇怪玩意兒

我們都知道， 內燃機的動力是靠燃料和氧氣發生反應產生膨脹來提供動力的， 燃料除了汽油、柴油、煤油等高熱值的物質以外， 加點別的東西會有什麼影響呢？燃料添加劑早已有之， 發展到後來人們發現， 即便是給燃料加無法燃燒的水， 有時候也會有奇效。

早期的活塞發動機就驗證過氣缸噴水技術， 這項技術後來分成了兩個方向。 一個是增加活塞發動機的衝程， 從4衝程增加到6衝程。

關於發動機衝程的問題， 初三物理是教過的， 這裡就簡單說一說。 原來的4個衝程分別為吸氣， 壓縮， 做功， 排氣， 排氣之後本來應該繼續吸氣來進行下一個迴圈，

6衝程發動機在排氣之後把吸氣改為了吸水， 進入第5衝程， 此時汽缸內溫度仍然高達800度， 水受熱蒸發膨脹推動氣缸做功；活塞到達下止點之後向上運動排出水蒸氣。 6衝程發動機利用了發動機的餘熱來提供的動能， 提高了燃料利用率， 並且水能給汽缸降溫， 提高下一個迴圈吸入空氣的密度。

這麼看來6衝程發動機很美好對吧， 但是目前還是有許多問題沒法解決。 首先就是水殘留的問題， 殘留的如果全部是水蒸氣或者均勻的水霧那倒是沒什麼問題， 但是如果有可流動的液態水那就很影響燃燒效率了；由於這些水是要回收的， 所以需要安裝額外的冷凝器， 回收的水會帶走汽缸內的各種殘留物質，

比如潤滑油和磨損的金屬粉末， 最後會堵塞冷凝管；反復灌水會讓汽缸和活塞經常處於“淬火”的狀態中， 要知道發動機都是以每分鐘千轉為單位的， 1分鐘就讓汽缸“淬火”了幾百次， 如此頻繁的冷熱交替會讓金屬材料變脆， 降低壽命。 當然更重要的是氣缸腐蝕， 水蒸氣會和廢氣中的硫化物生成酸性物質腐蝕氣缸內的所有零件， 因此至今6衝程發動機還沒有完善的量產產品。

當然還有另一個方向。 仍然保持4衝程不變， 在進氣階段直接把水霧化和霧化的燃油混合， 可以降低進氣溫度， 也就增加了空氣密度， 還能讓燃料燃燒時的溫度增長曲線更平順， 減少氮氧化物的產生， 霧化的水受熱汽化之後體積膨脹，

可以提高發動機壓縮比， 增加動力。 這項技術早在二戰時就用過， 當年的飛機發動機就是這麼玩的， 有時候還會混有甲醇或者乙醇， 被稱之為噴水加力套件， 對於空氣稀薄的高空來說是個很有效的措施， 加水的主要目的是降低渦輪增壓後的進氣溫度， 減少動力損失。 不過各位小夥伴注意了， 這東西是不能長期使用的， 一來汽缸腐蝕仍然不能避免， 二來噴水量控制不好會造成缸內壓力過大， 甚至會有折斷活塞杆的風險。 不過後來博世和寶馬合作據說準備將寶馬全系列都用上缸內噴水技術， 這個就厲害了， 不知道博世用了什麼黑科技才解決掉汽缸腐蝕的問題。

除了活塞發動機， 噴氣式發動機也有依靠噴水加力的，

之前小編寫的一篇文章裡就提到過發動機吞水的情況， 水量合適的話反而會增加推力， 不過那一篇主要講的是被動吞水。 主動噴水加力發動機裡最出名的就是J57和J75發動機， 嚴格來說應該稱為噴液加力， 一般都是水與醇類物質的混合物。

噴液的目的一個是為了降溫增加進氣密度， 另一個目的是為了讓液體膨脹提高壓縮比， 這些手段都能提高發動機動力。 以色列曾想過將F4搞成最高3馬赫航速的截擊機， 就考慮過噴液方案， 計畫安裝兩個9600升的保形水箱。 當時美軍實驗時將一台J57發動機進行了壓汽機前噴液， 大大提高了加力燃燒室的單次執行時間， 連續加力了40個小時仍然能正常運轉。 當然這個也是野路子，

不能經常用， 發動機還是會折壽的， 放在冷戰年代是非常暴力的東西， 放到現在就不划算了。

最後， 關於米格25噴液加力的情況， 根據飛行員回憶錄來看是沒有這個操作的， 雖然米格25有一個250升的水箱用來裝水和乙醇的混合液， 但是要知道F4都要帶2個9600升， 米格25這個小水箱根本不夠看， 應該是拿來給設備和發動機散熱用的， 而進氣口的金屬結構件應該是渦流發生器， 為進氣截面從方形變為圓形時提供整理氣流的作用。