创驰蓝天技术
创驰蓝天技术[1](英语:SKYACTIV Technology)为日本马自达汽车公司于2010年10月提出,针对汽油与柴油发动机、手动挡与自动挡变速器、底盘、车身结构等主要元件优化的技术;如今已普及旗下所有车种。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/zh/thumb/5/54/Skyactiv-technology-logo.gif/180px-Skyactiv-technology-logo.gif)
发动机
编辑汽油发动机
编辑2011年6月30日在日本境内推出的小改款第三代Demio,“13-SKYACTIV”级车型搭载了采用创驰蓝天技术的1.3L SKYACTIV-G型发动机。该具发动机具有下述特点:
理论上将压缩比从10.0提升至15.0,燃烧效率可提高约9%,但是高压缩比使压缩冲程上死点附近的温度升高,引发爆震并使发动机输出功率下降。因此该项技术借由减少燃烧室内的残留高温气体,降低温度以达到高压缩比而不爆震,其主要技术为:
- 4-2-1长路径排气系统:以直列四缸发动机为例,若排气路径太短,自第3个气缸排气阀排出的高压排气压力波反倒会进入已完成排气冲程、即将开始吸气冲程的第1个气缸。如此一来,已排出的气体再度进入燃烧室,使高温残留气体增多,增加爆震几率。不过,4-2-1排气系统延长排气路径,使得高压波花费更多时间到达其他气缸,以减少排气残留的机会。但加长的路径始排气温度下降,延缓触媒催化时间。故马自达设法在确保稳定燃烧的前提下,延迟点火时间以保持排气温度[2]。
- 多孔喷射装置:1.3L SKYACTIV-G型发动机装置了6孔喷射系统,并增强空气流动、加强喷射压力,以便改善燃烧情况。
柴油发动机
编辑高压缩比的柴油发动机之上死点压缩温度和压力非常高,故燃料喷射后,尚未形成适当的混合气体前便点火。在局部形成燃烧不均匀而产生氮氧化物,而氧化不足部位的燃烧则产生一氧化碳及微粒物(particulate matter,简称PM)。
创驰蓝天技术将柴油发动机的压缩比降低至14.0:1,也减轻其温度和压力。由于点火正时延长,有助于燃料与空气混合而均匀燃烧,所以可以减少一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、固体微粒等造成空气污染的物质。此外,由于可在燃烧室上死点附近喷射、燃烧,所以做功效率比一般高压缩比柴油发动机还要高。相对来说,降低压缩比可以减少气缸厚度并将之改成铝制,可使机械轻量化。曲轴的主轴颈直径从60mm缩短成52mm,非但减轻了25%的重量,也降低机械阻力。
但是,过去以来其他车厂不敢降低柴油发动机的压缩比,主要着眼于:
- 低压缩比的压缩空气温度相对较低,难以发动发动机。
- 发动后的暖机运行不够稳定,容易陷入半失火状态。
据此,SKYACTIV-D型柴油发动机采取下列技术以避免前述缺点:
- 可变阀门升程机构(Variable Valve Lift,简称VVL):虽然马自达尚未公布此VVL装置的具体数据参数,但这种机构配置于排气阀,在吸气冲程中打开排气阀少许,让排气管内的尾气逆流回气缸以提高吸气温度,同时促进压缩时的温度上升,提高着火的稳定性[4]。
- 多孔压力喷射装置:新型多孔燃料喷射装置含多种喷射模式,可精准控制喷射时间与喷出量,提高燃料与空气的混合浓度。该机构在一次燃烧中可做前喷、主喷、后喷各3次,总共9次的喷射;同时配合陶瓷点火塞,可在低压缩比的环境中确保正常启动。
另外,SKYACTIV-D型更装置了双涡轮增压系统,目的并非提升扭矩,反而是为了清洁尾气与降低油耗。这两颗大小不同的涡轮随着不同的发动机运行速度,分别进行增压。如此一来不但确保低速域的高扭力、高速域的高功率输出,同时也减少NOx、CO与颗粒物质的排放。2016年7月14日原厂宣布新增NSFC声频降噪技术(Natural Sound Frequency Control)和NSS减震降噪技术(Natural Sound Smoother)[5],前者借由精密的多层次燃烧,以不同时序的燃油爆炸频率平衡发动机运行;后者则进一步在活塞插销中置入平衡槌,以抑制导致柴油发动机噪音的震动频率,消弭发动机噪音。
2015年10月29日开幕的第44届东京车展上,原厂公开“RX-VISION”概念车[6],所搭载的次世代转子发动机“SKYACTIV-R”将结合创驰蓝天技术。虽然并未公开动力细节,但原厂表示以燃油费、排放尾气性能、信赖性等三点为发展重点。
获奖纪录
编辑变速器
编辑自动变速器
编辑现行的自动变速器主要有三种型态:传统结构的多档位式、CVT钢带式无级式、双离合器式。SKYACTIV-DRIVE自动变速以传统的多档位式为基础,追求更佳的油耗、更平顺的换档、更直接的驾驶感觉。传统多档位式自动变速器附有扭力转换器,靠自动变速器油进行传动,因此起步的感觉相当平顺。但正因为如此,多档位式自动变速器具有滑差,驾驶时的加减速反应并不直接。
所谓的“滑差”乃是扭力转换器里充满了自动变速器油,发动机的动力主要经由自动变速器油从发动机侧液力传达至叶轮(turbine),经由中间的定叶轮(stator)“吹”到变速器侧液力传达叶轮(pump,又名泵轮),没有实际的机械元件接触,故发动机加减速时很少发生冲击回馈,传动相当平顺;但也由于此因,传动效率不高。一般说来,最佳传动效率顶多只有85%左右,因没有实际的机械接触,扭力转换器发动机输入的转速永远比输出到变速器来的高,这正是所谓的“滑差”。这种滑差问题存在已久,但自从传统多档位式自动变速器开发近30年以来,其基本结构没有大幅变更过。所谓的自动变速器锁定传动,就是把叶轮、定叶轮、泵轮三个部分直接固定,使之一起转动,就没有滑差的问题。
因此,马自达重新设计扭力转换器,锁定并使输入与输出转速一致,直接把滑差降成零,便能降低油耗、提升加减速反应,不过在起步与低速域时并不适合这样做。原因很简单,发动机是不断动作的,可是起步前轮胎是静止的。倘若直接锁定扭力转换器,起步时等于把发动机的输出与车轮直接连在一起,造成起步的冲击很大,汽车会像青蛙一样瞬间跳跃出去。再者低速行驶时锁定扭力转换器,低速档对发动机加减速比较敏感,使得加减速的冲击感(也就是顿挫感)很大,一样不利于行驶的舒适性。为了兼顾行驶舒适性、油耗经济性、更直接的驾驶反应,SKYACTIV-DRIVE自动变速器在起步与低速时适度释放对扭力转换器的锁定。另外,马自达进一步缩小了扭力转换器中各主要组件之间的空隙,并修改了液力传达叶轮的几何设计,强化了低速的传动效率。等到行车速度加快,或接近预定之速度时,变速器就立即锁定扭力转换器,消除滑差并提升车子加减速的反应。
SKYACTIV-DRIVE自动变速器锁定的机构使用湿式多片离合器,关键在于锁定的时机。锁定的时机恰到好处的话,可充分抑制 锁定时的顿挫感,减少锁定用离合器的损耗,提高其耐用性。传统可锁定式扭力转换器由于存在左右滑差,在锁定的瞬间一定会有些顿挫感,所以常发生耐用性不足的问题。马自达重新设计了一组阻尼和减震弹簧,可以进一步抑制80%以上的锁定冲击感,相对来说可靠度也提高。
手动变速器
编辑虽然自动变速器在美国、日本、台湾等地区为主流,但是欧洲、中国等地仍以手动变速器为主。为了达到适合销售全球市场的目标,马自达改良了手动变速器的中、高扭力段,使得换档操作感觉更佳、油耗更低、更轻量小型化。
要实现轻盈的换档操作感觉,换档行程与操作力两者间的冲突是个问题。首先SKYACTIV-MT手动变速器比传统手动变速器减轻了16%的重量,且因大幅减少机械损耗,油耗表现也跟着降低1%。重量减轻的原因是一档与倒车档共用同一根齿轮轴,第二输出轴的长度比现行的缩短20%。由于一档和倒车档共用齿轮轴,故取消了倒车档齿轮的惰轴,这是一支切入倒车档时才传达动力、平时并没有输出的惰轴。借由前述的改良设计,齿轮传动链的部分就减轻了约3公斤,配合减少其他元件及缩小零组件尺寸,SKYACTIV-MT手动变速器成功减少了16%的重量。
底盘悬挂
编辑被该公司称作“SKYACTIV-CHASSIS”的轻量化底盘结构,与现行的底盘相较之下减少14%的重量。悬挂系统采重新设计的前麦花臣、后多连杆结构的配置,以达到中速域敏捷、高速域稳定的状态。四具避震圈簧不但经过变更,转向系统也重新调校。为了增加防震机件之效能,悬挂的相对几何位置调得比较高,借此强化避震效能与上座橡胶之刚性,减少驾驶时的冲击力道。后悬挂连杆位置也向上移,使其运动方向较容易吸收道路回馈的纵向冲击,且降低车尾的抬升动作,帮助提升刹车时的稳定性与减少刹车距离。
其次是让汽车高速行驶时保持温和稳定的转向反应,故调整后悬挂系统之连杆配置。而中低速时为了保持灵敏的转向,采用较高的转向比率。既然中低速域要保持灵敏、高速域要保持稳定,转向手感必须随着车速而改变。马自达增加了前悬挂系统之后倾角与后倾角偏置量,以强化自我调整转向扭力。同时,“SKYACTIV-CHASSIS”技术也加强轻量化与提高刚性。在车身前半部的前悬挂系统下结构部位,加宽了中央部位、缩减下臂附着位置的纵向偏位。在车身后半部一样将横梁结构加宽,然而透过移除法兰(flange)以强化耦合刚性的方式,非但优化此部分的刚性,更降低了14%的重量。
车体结构
编辑马自达称为“SKYACTIV-BODY”的车身结构新技术,其特色包含了提升30%的高刚性、减少8%的重量。该技术尽量避免底盘的曲线,由头到尾呈现一体式框架。至于需要弯曲的部分则与横向框架连续焊接,形成密闭区域;如此一来减轻了车重。在车体上半部结构采用双支柱,直接将前、后悬挂的固定点连结底盘框架,建构出四个环状结构,以利车身刚性的提高。
马自达另外使用“复合式负载结构”来改善碰撞安全性,令碰撞冲击力朝数个方向分散(原厂称之为multi-road path)。比方车头遭受撞击时,冲击力将从前车架分别扩散至B柱、车腹与A柱,其中上方的分散路径也会抵消前车架因受撞击而产生的抬升运动。为了达到分散冲击力的目的,马自达将前架改良成十字型,故车身脊线从传统的4条增为12条[10]。
此外在车身钢材部分,“SKYACTIV-BODY”技术使用270至1,500MPa的高张力钢材之比例达60%,比传统的40%还要高;这些轻薄的高刚性金属材料也大幅减轻车重。高张力钢材主要使用在影响车身刚性与安全性的B柱,同时车底的支撑梁也换成更高强度的钢材。另外,该技术在噪音抑制方面,比传统车身结构降低0.6分贝;风阻系数也比传统车身减低6%[11]。
参见
编辑参考资料
编辑- ^ 此为马自达中国官方网站之正式译名,但台湾仍习惯称“SKYACTIV”,详情请见创驰蓝天技术中国官方网站 (页面存档备份,存于互联网档案馆)。
- ^ 参看【MAZDA】创驰蓝天汽油发动机(SKYACTIV-G)的优点 (页面存档备份,存于互联网档案馆),第七段。
- ^ 请见(日语)【MAZDA】新型デミオのエンジン技术 (页面存档备份,存于互联网档案馆),第三页第一段。
- ^ 参看【节能技术】阀门决定燃效(二):专门针对燃效降低成本 (页面存档备份,存于互联网档案馆),最后一段。
- ^ (英文)【MAZDA】Mazda Releases Updated Axela (页面存档备份,存于互联网档案馆)。
- ^ (日语)【MAZDA】“Mazda RX-VISION”も详しくご绍介 (页面存档备份,存于互联网档案馆)。
- ^ 请见(日语)2011—2012日本カー・オブ・ザ・イヤー决定 (页面存档备份,存于互联网档案馆)。
- ^ 参看(日语)【MAZDA】“SKYACTIV-G”の燃焼技术が日本燃焼学会“技术赏”を受赏 (页面存档备份,存于互联网档案馆)。
- ^ 参考(日语)新机械振兴赏受赏者 (页面存档备份,存于互联网档案馆)。
- ^ 参考(日语)【MAZDA】マツダ技报:SKYACTIV-ボディ (页面存档备份,存于互联网档案馆),页4。
- ^ 参考(日语)【MAZDA】マツダ技报:SKYACTIV-ボディ (页面存档备份,存于互联网档案馆),页6。