“跨时代”

玛莎拉蒂正式公布全新Nettuno海神发动机，搭载将要发布（9月）的超跑MC20车型上。该款发动机由官方宣布，100%由玛莎拉蒂研发，100%摩德纳制造，是一款纯正血统的三叉戟内核。

发动机的研制工作均在摩德纳完成：玛莎拉蒂创新实验室以及位于德尔勒纳齐奥尼大街的工作室负责发动机的设计，坐落于西罗梅诺蒂大街的引擎中心则负责开发及制造。

如果仅仅说这款发动机是玛莎设计，玛莎制造，那么其里程碑意义或许只是在玛莎拉蒂的公司或者是博物馆中。然而，新的这台海神发动机带来的远远不只是这些，还有丰富的“跨时代”技术产物。F1赛道技术再一次被解禁下放，经过顶尖工程师的重新设计、开发，集成在这台V6发动机的全新的燃烧系统中。

这台发动机虽然宽1m，半米多高，然而精美的外表如绅士优雅，像是一件艺术品汇集精湛的技艺。魁梧身材下，6缸的体量可以爆发638匹（630CV），高达750Nm的动力，以及最高8000转的转速。这让这辆跑车完全不虚V8发动机。其搭载的双火花塞预混喷射系统，双喷系统是这台发动机跨时代的焦点。除此之外，这车11∶1的压缩比，全可变机油泵，双电控涡轮废气旁通阀，VVT等技术，使得这台发动机的油耗可以低至289g/kWh（BSFC），直逼一台家用经济车的存在。此外，其排放标准也是满足了当前世界上最严苛的欧六D，我国国六B等，可以说日常休闲随时可以轰鸣起来，同时得到了动力、排放、油耗三重优势，实现真正内核“三叉戟”提升，其核心是燃烧系统的革命性重塑。

这台发动机上所搭载的双喷+双火花塞技术，也就是所谓F1赛车“下放”到跑车的技术，使得这台发动机可以直接在整个汽车的发展史上留下重要的一笔，也就是玛莎拉蒂所给出的TURBULENT JET IGNITION（TJI）技术。

啥是TJI技术呢？其实这里有一个很特别的技术概念，叫做预混燃烧室（prechamber）。实际上可以简单的理解为，有一个类似于火花塞的，但比火花塞稍微大一些的多孔圆柱“铁头”可以向外，也就是正常的燃烧室内，喷火。很像是许多表演或者烧烤用的喷枪，不过经过特殊的设计，可以在这个预混器燃烧系统上打不同方向、位置的喷孔，将火焰喷射在目标的位置。

这里需要指出的是，严谨的来说，玛莎拉蒂的这套预混燃烧系统，还是与F1的有根本设计上的差别的。这套喷火系统是所谓的“PassivePrechamber”，也就是说喷油器并没有安装在预混室里面喷射，而是在主燃烧室进行充分的缸内直喷油气混合，通过预混腔喷孔送到主火花塞周围。而F1多用的设计，则是更为贴切的“Fuel-fed”设计。这个细微的改动使得这台发动机的设计走向是比较清晰的，这意味着这台发动机并没有一味的追求大扭矩，而是花了更多的心思在燃油经济性与排放上。

为了更好地理解这个区别，我们可以直观地先看下Fuel-fed Pre-chamber的设计。可以看到，预混室（Pre-Chamber）里，是包裹着直喷系统（DI）的喷油器以及火花塞，而主燃烧室（MainChamber）的油气主要来源于气道喷射（PFI）。这使得预混室喷油器需要大约喷2%的油量来制造火焰，向主燃烧室中喷出，点燃周围预混油气从而快速燃烧。一般这里的DI喷油器更像是将一点点燃油送到火花塞附近。

与此不同的是， 玛莎拉蒂所搭载的这套“Passive”系统，是将喷油器单独剥离开来的，仍旧如同普通的双喷一样，缸内直喷喷油器布置在缸内最适合油气混合，相互作用的位置，与气道喷射形成单独的燃油雾化系统，为油气混合做准备。这部分双喷组合的首要目的就是保证足够优秀的燃油雾化以及油气混合能力，也因此，高压缸内直喷（350bar）+低压（6bar）气道喷射的组合可以很好地在不同工况下进行决策，解决雾化、湿壁等复合问题。

所以，Passive Pre-Chamber更加广泛地被定义为“Open Chamber”，是一个开放式的预混设计，个人理解比较像预混室点火中的“预混燃烧”和“分层燃烧”设计，这种设计方式针对火花塞进行特殊的喷火“流道”设计以及火花塞电极的优化，形成高强火焰射流扰动燃烧过程，形成所谓“湍流火焰”喷射燃烧。简单来说，就像屋子里充满了油气，这时候一个人拿着一个6-8枪口的喷火器冲入房间，后果可想而知。

具体到玛莎这台“海神”发动机双火花塞的布置，可以看到预混室点火系统被安置在了燃烧室中央，这代表着火舌可以均匀、快速地充满这个燃烧室，达到快速燃烧的目的。另外一个辅助火花塞，被装在了一侧，在不启用主点火系统的工况，可以利用最简单的PFI+侧置火花塞进行点火燃烧。

工作时刻，可以看到火焰从中心火花塞点火生成，从特殊设计的流道流经预混室头部，经由（6-8）个特殊设计的喷孔向外喷出，继而点燃主燃烧室内的混合气。

那为什么F1赛车，玛莎拉蒂如此青睐这样缸内“喷火”设计呢？实际上这里需要提到几个关键的发动机“痛点”：定容燃烧，爆震，稀薄燃烧。发动机之所以无法理想地设计燃烧效率，其中关键的过程就是燃烧过程。燃烧需要火焰传播，这个传播过程由火花塞引起，但是不由火花塞控制。火核从生成开始逐渐向外扩散，这里设计非常复杂的物理化学机理，由燃油分布，气流，活塞运动等多个因素耦合影响。但是有一点不可否认，就是传统意义的点火发动机，是无法像理想循环一样实现定容燃烧的，也就是在上止点瞬间燃烧完毕，瞬间充分燃烧。不但无法瞬间，这个过程仍旧漫长且复杂。众多的高滚流等等技术都是为了提升燃烧速度，缩短这个过程，实现“快速燃烧”。此外，比如压燃，就是想利用燃油被压缩自着火，实现瞬时“多点点火”，可以大大加大火焰传播速度，更像“定容燃烧”。然而压燃最困难的还是控制问题，而玛莎这样的预混室燃烧，可以想象，几个火舌同时被预混室挤压“喷射”而出，不仅大大加快了这部分的燃烧速度，同时也是其他空间位置的着火处，一来一往，可以大大增加火焰的传播速度。此外，火舌的湍流不稳定性也会增强气流扰动，从而进一步增加燃烧速度。这种技术的应用最直观的感受就是燃烧速度大幅加快，放热大幅加快。

此外，为了追求更强的动力性，爆震问题是必须解决的关键。爆震形成机理就是末端混合气自燃，通俗来讲，就是在火焰还没传到的远端（离火花塞远），被高温、热点等多种复合因素自燃，使得压力波对冲形成不可控的震动损伤。类似不可控的Sky-active X。特别是不断的增压，功率密度增大的情况下，高温环境带来的爆震风险就更大，这也就是不得不牺牲功率密度以及点火角等控制策略，牺牲动力性，甚至是恶化排放和油耗。而预混室射流同样可以短时间内直接射向燃烧室末端，一定程度上实现“空间燃烧”，可以很好地缓解爆震问题。

最后一定要提一下稀薄燃烧，目前不太清楚瑪莎拉蒂这台发动机多大的范围内应用了稀薄燃烧，但是预混射流火焰的点燃方式可以很好地解决稀薄燃烧极限的问题，在超稀薄工况（lambda>2.0）实现稳定、快速的燃烧放热。稀薄燃烧的低温燃烧特性可以实现高达99%的NOx减排，以及大幅降低颗粒物、THC等多种有害气体排放，同时降低热损失，提升热效率。同时因为进气压力的优化，一定程度上可以大大降低部分负荷的泵气损失，实现节能减排。

这项技术听起来比较简单，但是其布置设计，与燃烧室结构（缸盖+活塞顶）的相互作用关系，喷孔设计，活塞顶部设计都是对工程师的深度考验，这是一个团队的精髓所在。此外，双喷+双火花塞的设计带来了多种可控的变量，在实现燃烧系统控制策略的时候就有千万种不同的组合，时刻、比例等都是需要考虑的对象，甚至可以实现火花塞同时点火、交替点火等等多种燃烧模式，进一步加快燃烧速度。综合的各种耦合，调校，设计，最终才是呈现在我们面前的这台玛莎拉蒂全新Nettuno海神发动机。