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汽油車燃效堪比混合動力 馬自達SKYACTIV技術全貌
技術在線
摘要: 由于局部性高溫燃燒、以及氧氣不足的燃燒得以避免,,因此可降低NOx及煤煙的產生,。由于是在上止點附近進行噴射及燃燒,因此,,活塞的沖程全都用于產生驅動力,,由此帶來了熱效率的提升。
Abstract:
Key words :

降低摩擦損失

  由于局部性高溫燃燒,、以及氧氣不足的燃燒得以避免,,因此可降低NOx及煤煙的產生。由于是在上止點附近進行噴射及燃燒,因此,,活塞的沖程全都用于產生驅動力,,由此帶來了熱效率的提升。

  降低壓縮比的第二個好處是,,發(fā)動機各部件的輕量化以及摩擦損失的降低,。由于筒內最大燃燒壓力降低了,因而可降低發(fā)動機構造體的所需強度,。汽缸體(Cylinder Block)方面,,結合利用鋁(Al)合金,從而減輕了25kg的重量,。

  汽缸蓋罩(Cylinder Head)方面,,通過薄壁化以及排氣歧管的一體化,減輕了3kg的重量,。運動類部件中,,活塞及曲柄軸(Crank Shaft)的重量減輕了25%。上述運動類部件的輕量化有助于摩擦損失的降低,,馬自達稱,,實現(xiàn)了幾乎與汽油發(fā)動機相同的摩擦損失(圖8)。摩擦損失的降低帶來了2~5%的燃效提升,。

圖8 SKYACTIV-D與老式發(fā)動機的摩擦損失對比
與老式發(fā)動機相比,,SKYACTIV‐D由于筒內最大燃燒壓力下降,因而可實現(xiàn)運動部件的輕量化及小型化,,可將摩擦損失減小到與汽油發(fā)動機相當?shù)乃健?/font>


  盡管有這些好處,,此前卻沒有降低柴油發(fā)動機壓縮比,理由是因為存在著低溫起動性下降,、在預熱行駛過程中出現(xiàn)半失火等問題,。為了解決這一問題,馬自達采用了平均每次燃燒最多可噴射9次的高響應性壓電噴嘴,。憑借著利用這種噴射的自由度來實現(xiàn)的精密噴射控制,、以及陶瓷電熱塞(Ceramic Glow Plug),使低壓縮比條件下的穩(wěn)步起動成為可能,。

  另一項技術是裝備在排氣閥里的VVL(可變閥門提升機構),。該技術在低溫起動時切換凸輪,在吸入工藝中略微打開排氣閥,。使排氣孔內的高溫殘留氣體逆流進入汽缸內,,借此提高吸入空氣溫度,并促進點火,。

圖9 2級渦輪
通過區(qū)分使用大小2個渦輪,,從而在低轉速區(qū)段也能確保足夠的空氣量。

  另外,作為日本廠商的乘用車用柴油發(fā)動機首次采用了2級渦輪增壓器,,這一點也值得作為關鍵技術予以關注(圖9),。2級渦輪是一種在低速時主要啟動小型渦輪,高速時主要啟動大型渦輪,,以便從低速到高速都能充入足量空氣的增壓系統(tǒng)。

  為了減少NOx的發(fā)生,,新型柴油采用了大量EGR(尾氣再循環(huán)),,但如果因此使空氣量出現(xiàn)不足,則會成為煤煙產生的原因,。2級渦輪的采用,,使得在低速時確保足夠的空氣量成為可能。

集中了AT,、CVT,、DCT的優(yōu)點

  新型自動變速箱SKYACTIV-Drive的開發(fā)目標是,將已有的AT(自動變速箱),、CVT(無級變速箱),、DCT(Dual ClutchTransmission)的優(yōu)點集于一身。

  在日本較多采用的CVT的優(yōu)點是順暢的變速,、以及低速燃效十分出色,,但在高速燃效以及油門操作的直接感方面稍遜一籌。普通AT雖然在美國是主流,,但在低速燃效,、操作的直接感、順暢的加速等方面還有改善的余地,。相反,,在歐洲日益增多的DCT雖然在燃效以及操作直接感方面具有優(yōu)勢,但在起動以及蠕動(Creep)的順暢度方面還不盡如人意,。

 

關鍵字:馬自達 SKYACTIV

 

  從馬自達的企業(yè)規(guī)模來看,,面向所有地區(qū)準備不同的變速箱是不現(xiàn)實的。于是,,馬自達將以往的AT作為原型,,致力于開發(fā)出一種集中了上述所有變速箱優(yōu)點的新型變速箱。

  馬自達的新型變速箱以已有的AT構造為原型,,對其缺點進行了測定改進,。低速燃效以及加速時的操作直接感較差這一老式AT的難點,起因于其采用了通過流體傳導驅動力的扭矩轉換器(變矩器),。于是,,馬自達針對老式AT大幅提高了鎖定(Lockup)區(qū)域,借此大幅提高了操作直接感以及燃效。

  如果在JC08模式下進行對比,,那么,,相對于老式5AT的鎖定時間比率為49%,新型AT擴大到了82%,。與老式AT相比,,實現(xiàn)了4~7%的燃效提升。

  實現(xiàn)擴大鎖定區(qū)域的關鍵技術之一是采用了新型鎖止離合器(Lockup Clutch),。老式鎖止離合器以通過變矩器機殼與安裝在發(fā)動機一側的離合器面片(Clutch Facing)相接觸來傳導驅動力的類型居多,。
 

圖10 SKYACTIV-Drive的扭矩轉換器
一方面盡最大努力減小扭矩轉換器的體型,另一方面,,鎖止離合器采用油壓多板離合器,,借此延長鎖定時間,提高燃效,。
  與此不同,,馬自達的新型AT采用控制性及耐久性更高的油壓多板離合器作為鎖止離合器,因此,,即使離合器在低速時閉合,,也能降低振動及噪聲,同時還確保了使用頻度增加后的可靠性(圖10),。與此同時,,比以前加大了使離合器閉合時的振動衰減下來的減震器。為了確保油壓多板離合器以及較大的減震器的安裝空間,,干脆設想變矩器只在極低速時才使用,,因而其體型做得更加小巧。

  此外,,將油壓控制機構與ECU(電子控制單元)合二為一,,借此提高液壓油壓力的精度,并且在油壓控制的傳動裝置中采用響應性較高的螺線管,,借助這些措施實現(xiàn)了可與DCT匹敵的快速變速動作,。馬自達稱,要降低振動及噪聲,,不僅需要變速箱的改進,,還必須進行提高車體剛性、降低排氣系統(tǒng)的振動,、改進發(fā)動機支架等與其他部門的聯(lián)動,。

  另一方面,新型手動變速箱SKYACTIV-MT努力通過前輪驅動車用的手動變速箱,,實現(xiàn)了像運動車一樣輕快而又內斂的換擋感觸,,另外還通過構造的調整,,實現(xiàn)了大幅度的小型化及輕量化。

  在換擋感觸的改進方面,,為了兼具操作力較小,、沖程較短這兩種相反的特性,馬自達新開發(fā)出了通過較小的內部沖程也能精確傳導操作力的,、模塊較小的同步機構,。而構造的調整方面,通過采用2速及3速輸入齒輪兼用的構造,,將第二軸的長度縮短了20%(圖11),。馬自達稱,與其他的構造調整加在一起,,將變速箱單體的重量減輕了約16%,。 (未完待續(xù))
圖11 2速及3速輸入齒輪(Input Gear)實現(xiàn)通用化
為了縮短軸向長度,,SKYACTIV-MT實現(xiàn)了齒輪及軸的通用化,。

 

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