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次世代的引领者 马自达创驰蓝天技术不只发动机

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来源:网通社 原创 2020-09-24 07:00

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说到马自达品牌,自然少不了独特的“人马一体”驾控乐趣,无论是轿车还是SUV,马自达近几年推出了车型都实现了十分鲜明的产品特色。究其原因,诞生于2010年的“创驰蓝天”技术(SKYACTIV Technology)功不可没。作为马自达面向次世代的产品研发理念,“创出蓝天”技术在当时是极具前瞻性的概念,并打破了此前人们对于“车型平台”的概念,进而通过车身架构、发动机、变速器、底盘悬架以及座舱布局等一系列优化,让该技术框架下的每一款车型,都能保持高度统一的驾控风格。它的出现,彻底打破了德系车企惯用的“平台”概念,并且开创了全新汽车研发路线(后来出现的丰田TNGA架构等理念与之十分类似),因此马自达“创驰蓝天”称得上是次世代汽车研发技术的引领者之一。


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虽然创驰蓝天发动机并不是创驰蓝天技术的全部,但是创驰蓝天发动机绝对是谈这项技术的时候绕不开的话题。在自然吸气已经日薄西山的今天,全球车企早已纷纷加入涡轮增压和新能源的行列,唯有马自达坚守阵地,作为自吸时代最后的守望者,马自达通过一系列手段,不遗余力挖掘自然吸气的潜力。

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首先要介绍一下的是将在本次北京车展和大家见面的压燃版车型,当大部分人觉得对内燃机的开发已经达到天花板而转向新能源时,马自达认为还有很大改进空间。马自达祭出了自己的研发成果——SKYACTIV-X发动机,以50%热效率让所有人瞠目结舌,炸裂的效果完全不输当年量产转子发动机的程度。


让发动机实现如此高效的秘诀就在于Spark Controlled Compression Ignition火花塞压燃控制技术,简称SPCCI,这种技术保留了汽油发动机火花塞的结构,但借鉴了柴油发动机的部分工作原理,是在原有的SKYACTIV-G和SKYACTIV-D这两类发动机上再次“拔高”的产物。

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单从结构上看,马自达SKYACTIV-X发动机采用的火花点火控制压燃技术(SPCCI)和采用传统火花塞点燃技术的发动机并没有结构性的区别,但是借助更高的压缩比和精准的点火控制,可以实现均质压燃和火花塞点燃之间的无缝切换。传统汽油机通过火花塞点火,并向整个燃烧室逐步传递;而传统柴油机则通过活塞压缩混合气体并突破燃点,同时快速着火。

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由于结合了两种发动机的优点,SKYACTIV-X自不同工况下采用不同的点火方式,在发动机处于中低负载时采用压燃点火和火花点火控制压燃,而当发动机处于高负载是切换回传统火花点火。虽然说起来简单,但是汽油发动机压燃点火的难度很大,而难点之一就是汽油发动机压燃的有效运行区间仅限于发动机低负载情况,一旦遇到较高的转速和较高的发动机负载时, 发动机需要恢复到火花点火,这个过程不可预测且极其复杂。正是这个问题困扰了许多尝试汽油发动机压燃的公司,奔驰福特、通用和现代都没能攻克的难题被马自达给解决了。

在自然状态下,燃烧1KG汽油需要消耗14.7KG空气,也就是14.7比1的空燃比,而马自达SKYACTIV-X发动机搭载了一个"高响应空气供给"模块,能够在发动机高负载工况下吸入更多的空气进入气缸,提高缸压达成压燃的条件,因此最大空燃比达到了36.8比1,能够实现高出理论空燃比2倍以上的稀薄燃烧,因为吸入了更多的空气而降低了燃烧的温度,因此热传递损失减少,有效降低了尾气中的氮氧化物的含量(主要污染物之一),比普通汽油发动机经过三元催化器净化过后的含量还要低。但是引燃如此稀薄的混合气难度不小,在常规设计的发动机中会引起失火、爆震甚至顶缸等严重情况。为了解决这个问题,SKYACTIV-X发动机缩小了燃烧室面积,面积更小意味着更快的点燃速度。

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作为SKYACTIV技术第二代的发动机,SKYACTIV-X(包括e SKYACTIV-X)并不是凭空诞生的,这里不得不提SKYACTIV-G发动机,作为第一代产品,它的量产为压燃铺平的道路,它首先解决了结构上的问题,把基础打牢、框架搭好才有了之后的故事,下面我们再来简单回顾一下SKYACTIV-G发动机的特点。

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根据数据显示,当压缩比从10:1提高到15:1的时候,发动机的效率将提高9%,但是一味提高压缩比会引起发动机“爆震”,反而会降低发动机的效率,但是创驰蓝天汽油发动机通过减少残留气体,实现了超高压缩比。

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为了降低气缸的工作温度,马自达工程师采用了4-2-1排气系统,所谓4-2-1排气系统,即首先将四条独立排气歧管交汇成两条排气歧管,然后再汇集成一条排气总管的方式。

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上述这两个相对明显的区别之外,马自达的工程师们采用凹顶活塞+多孔喷油嘴来改善气缸燃烧环境,进一步防止爆震的发生。其中凹顶活塞可以在火花塞周围形成较浓的混合气,即使推迟点火时间仍可保持燃烧稳定的性能。高压喷射的多孔喷油嘴则用来改善喷雾特性,形成更匀质的混合气,同时也相应缩短混合气形成的时间。

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“多十马力不如轻一公斤”,轻量化可以称得上是提高发动机效率最行之有效的办法之一,马自达的工程师不仅对发动机内部零件进行了轻量化处理,而且对气门传动机构和活塞环等部分进行优化,最终达成发动机减重和降低机械阻力的双重效果。

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创驰蓝天汽油发动机最大的亮点莫过于采用高压缩比来提升发动机的效率,采用4-2-1排气系统巧妙地解决了高压缩比带来的“爆震”问题。最难得的是,和那些涡轮增压发动机相比,创驰蓝天汽油发动机还有一个“耐粗粮”的优势,加注92号汽油即可。


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好的发动机需要有一台称职的变速箱来传输动力,目前AT变速箱可以说是时下技术相对成熟并且应用十分广泛的变速箱类型,但是传统AT变速箱也有一些问题,比如和手动或者双离合变速箱相比,换挡响应和直接驱动感不强;和CVT变速箱相比,平顺度又不够。为了解决这两个看似完全矛盾的问题,马自达的SKYACTIV-DRIVE变速箱有一套完美解决方案。

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虽然提高锁止范围的原理很简单、效果也很显著,但是液力变矩器锁止范围的扩大,所面临的最大挑战就是换挡的平顺性以及振动。马自达的工程师通过缩小液力变矩器、采用多片式离合器、大型减震弹簧来提高平顺性并减小振动。

另外,由于液力变矩器锁止范围的扩大,多片式锁止离合器的工作环境更恶劣,创驰蓝天自动变速箱采用了油液控制的多片离合器作为液力变矩器的锁止离合器,这样结合电子控制系统,就能更为精准地控制离合器锁止时刻。

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全新的机电一体控制模块就是这台变速箱的大脑,什么时候该升档,什么时候该降档,靠的就是机电控制模块去完成,它的工作效率很大程度上决定了其换挡质量的好坏。

除了AT变速箱外,马自达还为那些更硬核的消费者准备了手动变速箱,创驰蓝天手动变速箱相对于以往的产品,通过全新设计以实现提升换挡手感、小型化和轻量化的目的。最终,这台手动变速箱实现了16%的减重效果,降低机械内耗,燃油经济性提升了1%。

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文章标签: 马自达 创驰蓝天 发动机 变速箱 底盘 责任编辑:王啸辰
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