“Zoom-Zoom”的魅力 马自达创驰蓝天技术大揭密

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  作为在日本少有的以追求驾驶乐趣为目标的汽车厂商,马自达在全球拥有不少的拥趸。而在低碳、环保、安全日益成为汽车业界主流声音的今天,马自达应该如何应对挑战?在马自达看来,在满足这些需求的同时,一如既往地提供马自达独特的“驾乘乐趣”,才具有更为重大的意义。
  “阶段式发展战略”
  ——只有普及才能体现贡献
  近年来,混合动力汽车及电动汽车等新能源车不断出现,汽车性能已迎来由发动机、变速器、车体和底盘等传统技术与电力驱动相结合的崭新时代。尽管如此,据预测,至2020年,汽车动力系统中,燃油发动机仍将占据相当大的比例。
  2007年3月,马自达制定了技术开发的远期展望“Zoom-Zoom可持续宣言”。宣布“马自达将提供充满‘激情’的汽车,制造让人‘一见倾心,驾乘愉悦,爱不释手’的汽车产品,为实现汽车、人类和地球环境的和谐与可持续发展而努力”。根据这一宣言,马自达公布了截至2015年将全球范围内销售的马自达车型平均燃油经济性与2008年相比提升30%的计划。
  按照计划,马自达在优先改进汽车的基本性能即“基础技术”的同时,分步骤实施“阶段式发展战略”,逐步导入制动能量回收系统、混合动力系统等电驱动技术。如此可摆脱过分依赖少数环保车型的现状,为所有客户提供驾驭乐趣及出色的环保和安全性能,并有效降低CO2总排放量。
  “创驰蓝天技术”
  ——实现“Zoom-Zoom可持续宣言”的新一代技术
  驾乘乐趣和环保、安全性能,马自达通过新一代“创驰蓝天技术”,毫不妥协地实现了看似矛盾的两个目标。
  “创驰蓝天技术”是根据“ZoomZoom可持续宣言”,在更高水平上将“驾乘乐趣”和“出色的环保、安全性能”和谐兼顾的革新性新一代技术的总称。“创驰蓝天技术”中包含了阶段式发展战略实施过程中将要开发的所有技术,这其中包括三项关键技术:
  (1)追求“理想燃烧”的世界首款高压缩比高效发动机
  汽车发动机已有120年以上的历史,人们认为发动机性能的进一步提升是非常困难的。然而事实上,燃料在燃烧时70%~80%能量会在燃烧过程中丧失,无法作为动力传递给车辆。许多汽车厂商以小型化等各种方法来改善发动机性能。其中,作为燃烧方式的一种理想状态,是综合汽油发动机与柴油发动机两者特性开发出的HCCI发动机(均质混合压缩点火)。
  如同实现了转子发动机的实用化,马自达不断将不可能变为可能,挑战“理想燃烧”这一难关。最终,新一代汽油发动机、柴油发动机均实现世界第一高压缩比14.0。在进行多项技术革新的同时,成功使油耗、动力、排放性能等得以飞跃性提升。特别是柴油发动机的排放性能,在不使用尿素SCR等昂贵的NOx后处理设备的条件下,符合各国严格的排放限制标准。
  (2)力求成为“变速器理想典范”的高效能变速器
  变速器不仅对降低油耗有着重要作用,而且影响着汽车行驶性能。尤其是自动变速器,市场对其性能的需求差异很大,一种变速器无法满足所有的需求。因此,各汽车厂商都是根据市场需求分别生产各种类型的变速器。
  马自达以液力变矩器加分级齿轮组合这一世界最流行的结构为基础,采用大幅抑制传动损耗等技术,开发出了汇集各类型变速器优点的高效自动变速器。其直接驱动感强,能适应各种市场需求。
  (3)通过综合轻量化,实现高强度和碰撞安全性能的车身和底盘
  轻量化不仅能改善油耗,而且能够全面发挥上述革新性发动机的性能,使得行驶、转弯、停车等汽车的基本性能得以进一步优化,是关注驾乘乐趣的马自达不懈努力、始终追求的领域。利用改良动力传动系统和平台的契机,从整体优化为出发点,通过探索理想构造、采用新工艺、替换材料等进行综合轻量化改造,确保高强度和碰撞安全性能,同时以车身和底盘为中心,将整车重量减轻了约100kg。
  例如在车身领域,解决了动力传动系统和底盘等的配置课题,实现了车身的理想构造。在此基础上,采用焊接轨隙连接等新型工艺,通过CAE等优化材料和板厚,进一步提高了碰撞安全性能和车身刚性,实现了轻量化目标。在底盘领域,对悬挂构造和装配方式进行了彻底优化。
  创驰蓝天汽油发动机(SKYACTIV-G)
  提高压缩比能够大幅提升热效率。近年来汽油发动机的压缩比一般在10~12左右,理论上将压缩比从10提高到15后,热效率能够改善约9%。尽管如此,此前的汽油发动机并没有大幅提高压缩比,原因之一就是爆震会导致动力输出大幅下降。
  为消除爆震,有效的方法是减少残留在燃烧室内未排放的高温残留气体。例如,假定压缩比10,残留气体温度750℃、新气温度25℃时,如果残留气体达到10%,则压缩前的气缸内温度上升约70℃,压缩上止点温度也上升约160℃。可见,残留气体量对爆震的影响非常大。如果将残留气体从 8%减半至4%,即使压缩比提高3,压缩上止点温度仍相同。
  大幅减少残留气体的方法之一是采用4-2-1排气系统。如果排气路线短,高压波会在短时间内到达其他缸,不良影响会从低转速持续到高转速。
  在排气路线较长的4-2-1 排气系统中,高压波传到其他缸体需要较长时间,因此其不良影响被限制在极低的转速区域,基本上能够在全转速区域减少残留气体。另外,为提高常用区域的扭矩,需要600mm以上的管长,为节省空间,而采用了环状排气管。   此外,马自达还创造性地在活塞上设置了空腔,同时通过优化燃料喷射,能够在火花塞周围生成分层混合气进行燃烧。通过设立空腔,初期的火焰与活塞接触,也解决了冷却损失问题。
  为了提高发动机响应性,需要尽最大努力减轻惯性重量,减少机械阻力。为此,马自达进行了一系列的优化工作,包括活塞&活塞销、连杆轻量化、减少活塞环张力、曲轴主轴颈小型化、采用滚轮从动件等。
  马自达创驰蓝天发动机通过实现接近F1赛车的13:1的全球最高压缩比,让燃油和空气混合气在被压缩时,燃烧更为彻底,其最终实现了燃油经济性改善15%、动力提升15%的双重优化。
  创驰蓝天自动变速器
  (SKYACTIV-Drive)
  传统自动变速器的液力变矩器是通过流体将发动机的动力传递到变速器的装置,能够实现平稳起步和变速。但另一方面,由于流体的动力传递损耗,会出现种种问题,如油耗增大,在车速上升前只增加发动机转速,产生滑动感,直接驱动感下降等。因此马自达在变速器内部装备锁定离合器,可不通过液压变矩器内的流体机械联结,变为锁定状态。而这种设计需要解决诸多课题,如抑制震动、噪声的NVH,确保离合器的可靠性等。
  为解决NVH的问题,马自达采用大规模系统分析技术,对AT单元、发动机、装配、排气系统、车身、控制等诸多领域进行了改善,从而解决了这一问题。并且提高了离合器的响应性,使锁定控制更加精细,抑制了滑移时的热量产生,确保了可靠性。
  为了在扩大锁定区域的同时,消除震动、噪声问题,马自达新开发了内置小型圆环的全域锁定离合器。由于需要进一步提高锁定离合器和减振器的性能,采用小型圆环可确保离合器和减振器的空间。而且采用了控制性更好的多板离合器构造,改善油的流动,提高冷却性能,确保离合器的可靠性,能够扩大锁定区域。
  在AT单元内部装有作为机械模块的液压控制装置,通过外部电子模块的控制用ECU的信号驱动。创驰蓝天自动变速器采用了新开发的液压控制装置和ECU一体化的机电一体控制模块。机构部分和控制部分形成一体,配置在AT单元内部,使液压油压的精度得以飞跃性提升,同时提高了可靠性。并且采用了微调技术,在制造时测量液压控制装置的固体特性,存储到ECU中,对偏差进行修正。
  通过大幅加宽锁止离合器的锁止范围,使得燃油经济性进一步提升4%~7%。
  创驰蓝天车身及底盘(SKYACTIV-BODY & SKYACTIV-CHASSIS)
  在车身领域,解决了动力传动系统和底盘等的配置课题,实现了车身的理想构造。在此基础上,采用焊接轨隙连接等新型工艺,通过CAE等优化材料和板厚,进一步提高了碰撞安全性能和车身刚性,使车身整体强度提升30%,但重量减轻8%,让高安全性和高燃油经济性都得到优化。
  创驰蓝天底盘通过搭载新开发的前麦弗逊和后多连杆悬挂系统、电力转向系统,令车辆的操控性能更佳,在实现人车合一驾乘乐趣的同时,也大大提升了舒适性。
  在业内人士眼中,马自达是一个执着追求驾驶乐趣和运动精神的企业,每一次的技术创新都能表现出惊人爆发力。在马自达的眼中,只有打破常规、开拓创新,才能实现技术王朝的造车梦想——为消费者提供永无止境的驾乘乐趣,同时承担更多的社会责任。创驰蓝天技术,不仅能为消费者带来更多驾驶乐趣,高效的燃油性和更低的排放对缓解能源、环境危机都将提供实质性的帮助,更高的安全性也体现了对生命的尊重和保护。
  “人人都能在蓝天白云下畅快的呼吸、享受驾驶的乐趣、开着马自达的产品向着幸福的远方前进”,这不是乌托邦的幻想画面,这是马自达一直努力的方向,创驰蓝天技术的问世则让马自达离理想目标更近了一步。
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