创驰蓝天技术(SKYACTIV Technology)并不是单纯的某一项汽车技术名词,它是日本马自达汽车公司于2010年10月提出,计划于2015年前针对旗下车种之汽油与柴油引擎、手动挡与自动挡变速箱、底盘、车身结构等主要元件优化的技术总称。该技术以马自达技术开发的长期目标《zoom-zoom可持续宣言》为基石,力争将“驾驶乐趣”与“出色的环保,安全性能”和谐兼顾。
1 创驰蓝天的名词解释

创驰蓝天技术(SKYACTIV Technology)并不是单纯的某一项汽车技术名词,它是日本马自达汽车公司于2010年10月提出,计划于2015年前针对旗下车种之汽油与柴油引擎、手动挡与自动挡变速箱、底盘、车身结构等主要元件优化的技术总称。该技术以马自达技术开发的长期目标《zoom-zoom可持续宣言》为基石,力争将“驾驶乐趣”与“出色的环保,安全性能”和谐兼顾。

2 创驰蓝天的技术亮点
创驰蓝天汽油发动机介绍

创驰蓝天汽油发动机(代表机型:SKYACTIV-G型引擎)

● 高压缩比

高压缩比对于活塞式内燃机而言是把双刃剑,提高压缩比能提升发动机的效率,进而提升发动机性能并降低油耗。但是过高的压缩比会引起“爆震”,反而会降低发动机的效率。所以大部分的乘用车上发动机的压缩比一般控制在9:1-11:1的范围内,高性能车上有12.5:1(如法拉利的V12发动机),但是马自达的创驰蓝天发动机压缩比最高可达到14:1(进入国内的发动机控制在13:1),换之而来的是发动机效率的大幅提升。

● 4-2-1排气系统

高的压缩比容易引起发动机“爆震”现象,处理不好将得不偿失。马自达工程师怎样做到的?方法是采用重新设计的4-2-1排气系统,降低气缸的工作温度。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。

高压缩比使压缩冲程上止点附近的温度升高,引发爆震并使引擎输出功率下降。而气缸的残留气体是导致高温的重要因素,数据表明如果将残留气体从8%减半至4%,即使压缩比提高3,爆震也是不会发生的。因此该项技术借由减少燃烧室内的残留气体以达到高压缩比。

一般发动机的排气气管都是比较短的,由于受到排气谐波的影响,已经被排出的气体又被压回燃烧室内,增大了高温残留排气量。而4-2-1排气系统,一方面增加了排气管的长度,另一方面将点火时刻相邻的两个气管相隔开来,基本上能够在全速范围内减少废气残留量,从而防止爆震的发生。而增长了排气管的长度,也提高了发动机常用区域的扭矩,不过为了空间布局,工程师把排气管设计成了环形。另外,由于长的排气管会导致催化器升温较慢,马自达的解决方法是通过推迟点火时间来解决。

● 多孔喷油嘴、凹顶活塞

除此之外,工程师们还通过采用多孔喷嘴、凹顶活塞等措施来改善气缸燃烧环境,进一步防止爆震的发生。采用高压喷射的多孔喷油嘴,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。另外,采取凹顶活塞(活塞顶部设计成一凹陷孔),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。

● 轻量化、降低机械阻力

结构轻量化,减少内部摩擦是提高发动机效能非常有效的手段之一。创驰蓝天汽油发动机通过对气门传动机构的改进降低了50%的机械阻力,同时减少活塞环张力降低机械阻力37%,最终实现发动机整体的机械阻力降低30%。而对活塞、连杆曲轴等位置的轻量化,以降低运动机件的运动惯量,其中活塞和活塞销减重20%,连杆轴减重15%,曲轴主轴颈减重6-8%,最终发动机减重10%。

2)创驰蓝天柴油发动机(代表机型:SKYACTIV-D型引擎)

创驰蓝天柴油发动机

● 降低压缩比

柴油发动机与汽油机的火花塞点火不同,由于是缸内压燃式,所以它的压缩比本来就很高。高压缩比的柴油发动机的上止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(oxides of nitrogen,简称NOx),而氧化不足部位的燃烧则产生一氧化碳(carbon monoxide,简称CO)及微粒物(particulate matter,简称PM)。

创驰蓝天技术将柴油引擎的压缩比降低至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,由于可在燃烧室上止点附近喷射、燃烧,所以做功效率比一般高压缩比柴油引擎还要高。相对来说,降低压缩比可以减少汽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。

●全新机电一体控制模块

变速器什么时候该升档,什么时候该降档,靠的就是机电控制模块去完成。变速器的机电控制模块犹如人的“大脑”,很大程度上决定了其换挡质量的好坏。创驰蓝天自动变速箱采用了全新的机电一体控制模块,可以实现对各个档位的精准控制,以达到顺畅平滑的换挡性能。

● 创驰蓝天自动变速箱

AT变速箱是技术最为成熟也是时下应用最为广泛的变速箱,不过相对于其他形式的变速箱AT变速箱也有自身的一些劣势,如直接驱动感不如DCT或手动变速箱,平滑变速及油耗不及CVT变速箱等。那创驰蓝天变速箱又有怎样的技术特点?

创驰蓝天自动变速箱

1)扩大锁止范围

液力变矩器由于允许发动机输出端与变速箱输入端的相对滑动,相比之下没有手动或DCT变速箱给人很好的直接驱动感,同时这也是变速器耗能最多的地方。马自达工程师通过全新设计的液力变矩器锁止离合器大幅度扩大锁止范围,从现款5AT产品的64%扩大到89%。

锁止范围扩大了,也就是说发动机与变速箱之间的硬连接的范围扩大了,换之而来的是更为直接的驾驶驱动感和燃油经济性的提高。看似简单,不过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。那工程师门又是怎么样做到的?通过缩小液力变矩器、采用多片式离合器、大型减震弹簧。

由于离合器锁止范围的扩大,那么对锁止离合器的工作环境和要求就更高。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。

同时为了降低离合器锁止时的噪音和震动(尤其是低速时的锁止),新的变速箱还采取了更大的减震弹簧。由于液力变矩器只是在汽车起步或低速行驶很小的范围内才工作,同时为了保持变速箱的紧凑型,设计了体积更小叶轮涡轮组,同时优化其机构,以提高低速时的传动效率。

2)全新机电一体控制模块

变速器什么时候该升档,什么时候该降档,靠的就是机电控制模块去完成。变速器的机电控制模块犹如人的“大脑”,很大程度上决定了其换挡质量的好坏。创驰蓝天自动变速箱采用了全新的机电一体控制模块,可以实现对各个档位的精准控制,以达到顺畅平滑的换挡性能。

● 创驰蓝天手动变速箱

相对于以往的手动变速箱,创驰蓝天手动变速箱通过全新设计以实现提升换挡手感、小型轻量化的目的。创驰蓝天手动变速箱的换挡行程也短了。要实现轻盈的换挡操作感,就要解决换挡行程与操作力度是相互冲突的问题。马自达工程师通过改进变速箱内部换挡行程以及缩小花键等构件来实现。

另外在轻量化方面,创驰蓝天手动变速箱较之前减轻了16%的重量,同时降低机械内耗,燃油经济性提升了1%。重量减轻了16%,究竟减在那些地方?由于一挡和倒车档共用齿轮轴,所以取消原来的倒档齿轮轴。同时采用2速3速输入齿轮兼用的结构,将第二输出轴的长度缩短了20%。

● 创驰蓝天车身

(1)优化车身结构

创驰蓝天采用直线化的纵梁,同时底部结构件衔接更为连贯,如地板中央通道两侧的纵梁直接贯穿到后部,与前纵梁连接的底部纵梁通过斜角度与后部直接连接,尽量避免弯曲处的应力集中,提高车身吸收能量的同时,还能减少部分重量,实现轻量化。

增加点焊和焊接胶使用率

在车身焊接方面,为提高连接刚性,创驰蓝天车身较现款车型增加了点焊和焊接胶的使用率,如在交叉梁、门框部位、车身底板等部位增加了焊点。而在环形封闭环部位,使用了焊接胶以增强环形结构的强度。

 

(2)碰撞力多路径分散

在发生碰撞时,可以引导碰撞冲击力沿各个方向进行分散转移,有利于提升碰撞安全性。如车头位置发生碰撞时,冲击力可以通过上、中、下三个路径进行分散转移。

十字梁结构

为了有效地吸收和分散碰撞力,马自达工程师将前纵梁吸能盒位置的结构改进为“十字梁”(即横切面为十字形),也就是说由传统的4条线面增加为12条。

创驰蓝天底盘

(1)前后副车架的结构优化 

(2)为了达到轻量化的底盘结构,工程师对于前、后副车架进行了结构优化,增强这部分构件刚性的同时,还降低了重量。前副车架加宽了中间连接部位,同时缩短了下摆臂与车身连接点的纵向距离。后副车架也加宽中间部位的连接结构件以提高整体刚性。

增大前轮主销后倾角

前轮的主销后倾角对于驾驶操控有着直接的影响,为了使车辆在高速行驶时的操控稳定性,工程师增大前轮的主销后倾角,不过相应地,在低速时你可能会感觉到方向盘比较沉。

● 提高后拖曳纵臂与安装位置

悬挂方面,主要是提高了拖曳纵臂与车身的连接点,以此来改变后轮纵向受力方向,使得悬挂更容易吸收车辆在颠簸路面时的纵向震动,以提高乘坐舒适性。同时由于连接点位置的提升,可以很好地抑制制动时后轮向上运动,从而改善制动时的翘尾,减少刹车距离。

采用高转向齿轮比

好的驾驶操控感离不开方向盘的转向精度以及敏捷性,工程师采用了较高的转向比率,同时采用电子助力转向。前面提到前轮增大了主销后倾角以提高高速时的稳定性,但是低速行驶时,方向盘会很沉。为此马自达采用了全新的电子助力系统(EPAS),同时结合较高的转向齿轮比,可以实现更为直接的方向盘回馈,即中低速轻快,高速稳定的方向盘手感。

总结:马自达的创驰蓝天技术是通过对汽车发动机、变速器、车身、底盘的一系列优化,使汽车在发动机性能、燃油经济性以及汽车的操控、安全性方面达到了一个完美的提升,是马自达工程师顺应时代而做出的努力与探索。

3 创驰蓝天全新机电一体的控制模块

变速器什么时候该升档,什么时候该降档,靠的就是机电控制模块去完成。变速器的机电控制模块犹如人的“大脑”,很大程度上决定了其换挡质量的好坏。创驰蓝天自动变速箱采用了全新的机电一体控制模块,可以实现对各个档位的精准控制,以达到顺畅平滑的换挡性能。

责任编辑:余伟楚
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