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大门外的“蓝天”:蓝天大门

时间:2019-02-08 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  或许应该用“悲情”来形容日本马自达汽车对技术的追求,   这家企业要么动身太早,要么来得太晚,   那么眼下的“创驰蓝天”是否会恰恰合适?   
  马自达是一家梦想很大的企业,想要为你制造出马力更大、油耗更低、操控更好的汽车,所以往往采用了更为激进的方式,而这种举动带来的追问是:谁来为你的梦想买单?哪些产品可以很好地承载你的梦想?
  之所以这样说,因为从1961年马自达用2亿8千万日元的高昂价格购买转子发动机技术,试图将内燃机的发展带入一个全新时代,可是自RX-8停产后,转子引擎的后继车型到现在依旧遥遥无期。
  50年后,也就是2011年,马自达推出压缩比14.0:1的发动机以及综合变速箱、底盘、车身多项技术的“创驰蓝天”,同样希望成为首家量产高压缩比汽油发动机汽车的企业,可是海外版本的马自达3又将压缩比调低到12.0:1。
  但是对于2015年~2020年的研发规划,马自达又太慢了。在丰田与本田的混合动力战略曙光初显、日产的Leaf电动车已经开始驰骋在欧亚大陆上时,马自达只能扮演一个姗姗来迟的角色,依旧站在混能汽车市场的大门外,转头将节能减排的期望寄予持续发掘传统动力的潜质之上。10年前马自达曾经推出过风头一时无两的RX-8氢动力概念车,今天他们自己都不会再提。
  
  
  当前:14.0:1的发动机压缩比
  梦想再美,或者都被“辛烷值”挡住前路。
  不同其它日本车厂把节能降耗的希望寄托于Hybrid,马自达选择通过技术革新与优化来继续发掘传统内燃机的潜力,他们最新的成果,便是曾在2011年上海车展上亮相的马自达SKYACTIV(创驰蓝天)技术。但SKYACTIV技术并不仅仅只是单方面的引擎技术革新,而是涉及到引擎、传动系统、车身、底盘等一系列高效技术和设计理念的应用,甚至下一代的转子引擎也会以SKYACTIV的名义推出。谁说Hybrid是唯一出路?
  我们先从汽油发动机说起。一台民用发动机的压缩比大约在10.0:1左右,不会超过12.0:1,可是将其调高不是什么难事,比如各大车企的赛车都可以轻而易举的做到,只是民用汽车考虑到发动机寿命、平顺性、油耗,所以没有企业量产高压缩比发动机。
  马自达在“创驰蓝天”计划关于汽油发动机的想法是,将压缩比大举提高到14.0:1,便可将燃烧效率提高大约9%,峰值扭矩有小幅提高,油耗也会随之降低。
  那么怎么解决爆震,保证发动机运转的平顺性和寿命?
  第一,重新设计的活塞。活塞表面不再是光滑的平面或者凸起,而是设置一个凹陷孔,是燃料喷射更为优化――在火花塞附近形成叠层混合气体,可帮助实现稳定燃烧。
  第二,4-2-1长路径排气系统。爆震发生的主要原因是残留气体,长路径排气系统可以避免当排气阀打开后,排出的气体被吸入气缸,防止再次参与燃烧,与宝马的VANOS技术允许废气二次燃烧不同。另外,长路径排气系统如何保证气缸合理的燃烧温度,马自达通过迟延点火时间可以提高排气温度,但延迟时间过长会导致燃烧不稳定。而创驰蓝天汽油发动机启动后即使点火时间大幅迟延,也可确保稳定的燃烧。
  第三,减少摩擦,避免功率损失。通过发动机内部零件的轻量化,据官方介绍:将气缸体做成铝制,单体重量比原来减轻了25kg。通过减小气缸盖厚度、排气机及多歧管一体化设计,减轻了3kg的重量。在往复式柴油发动机上,活塞单体的重量减轻了25%。曲轴的主轴颈直径由原来的60mm缩小至52mm,减轻了25%的重量。带来的结果是,机械阻力大幅降低,实现了与汽油发动机同等的工作效率。


  第四,降低气缸温度。比如通过设置活塞凹陷孔,初期火焰接触活塞头,可解决冷却损失问题,让气缸温度维持合理。
  对于柴油发动机将压缩比调至14.0:1,这和汽油发动机正好相反,因为需要压燃的柴油发动机的压缩比一般都会在16.0~20.0:1之间,那么降低之后,燃油是否充分,排放是否达标,又具备哪些特点?
  当压缩比降低后,马自达的官方说法是油气混合更好,压燃更充分,并且减少NOx(氮氧化物)及颗粒物的排放,并且低压缩比还让气缸内部构造趋向简单,随之减重――通过减小气缸盖厚度、排气机及多歧管一体化设计,减轻了3kg的重量,最终实现降低20%油耗。
  疑惑的是,通过压燃进行做功的柴油发动机对压缩比有着一定要求,因为要产生较高的压强使油气充分燃烧,这项技术究竟怎样,期待实车测试。
  
  
  与涡轮增压发动机
  的不同
  
  对于汽油发动机,简单的说,二者在活塞设计、进排气门控制和散热上都有区别。
  如果是高性能涡轮增压发动机和高压缩比发动机,二者除了活塞形状不同――前者是凹顶活塞,故意把压缩比压得很低,因为涡轮强制进气的话,引擎吸入的空气密度很大,如果用比较高的压缩比的话,容易引起爆震,而后者是凸顶活塞,故意增大空气密度。
  但是这两种设计都会使用比较注重缸体强度的设计,或者干脆用封闭式缸套。
  在散热上,自然吸气发动机一般温度都不高,包括高压缩比的自然吸气发动机,只是在引擎油温和水温上相对低压缩比的引擎热一点,但是区别很小,而涡轮增压发动机很容易温度过高。
  在性能上,如果跟用大型涡轮的高性能的涡轮发动机相比,输出特性没什么太大不同,如果跟一般民用的小一些的,区别就很大了。
  另外,从马自达高压缩比发动机的功率图上看,扭矩曲线比较陡峭,不会有一个比较大的“扭矩平原”,扭矩输出的转速也比较靠后。
  
  备注:涡轮增压现在分为两种,一种是比较高性能化的设计,另一种因为近几年欧洲的排放规制的改变,而变得很低阶了,和普通自然吸气引擎的缸内设计区别不是很大。
  
  辛烷值为什么重要?
  这个概念很容易理解,但对高压缩比发动机很重要,马自达的“创驰蓝天”汽油发动机能否顺利进入一个市场,当地的油品是一个重要指标。辛烷值就是汽油中包含的稳定成分占有多大比例,也就是C8H18碳氢化合物占有多大比例,如果超过95%,那么就意味着非常稳定,很适合高压缩比发动机,这样才不容易发生爆震。
  
  什么是“创驰蓝天”
  这其实是一套类似宝马的高效动力策略,不单单是改善汽车某个部件,而是整体的解决方案,从动力、传动系统到底盘、车身以及电气系统,只是宝马做的更全面、更深入,能量流管理的更为优化。
  马自达目前还是集中在动力和底盘两个方面,从 SKYACTIV-G汽油引擎和SKYACTIV-D柴油引擎的压缩比调至14.0:1(图一为柴油发动机活塞),到变速箱集成手动、自动、无极变速的优点,底盘悬架的调校和车身的轻量化。
  SKYACTIV-BODY车身是通过使用更多的超高强度钢材和优化结构设计(图二),能够在大幅提升车身刚性(30%)的同时,显著降低车身重量(8%),从而同时获得更佳的安全、性能表现及燃油经济性。
  SKYACTIV-CHASIS底盘,在减轻悬挂重量和优化悬挂几何设计后,又采用了电子助力转向,以获得更佳的操控体验、舒适性和经济性(图四)。
  SKYACTIV-DRIVE自动变速箱(图三),则是在CVT和传统AT变速箱上,更大范围内锁止扭力转换器,从而大幅提升变速箱传动效率,此外,马自达亦计划推出传动效率更高的双离合变速箱。
  SKYACTIV-MT手动变速箱,通过优化设计降低变速箱尺寸及重量。
  
  未来:姗姗来迟的梦想家?
  这次他们又很保守,从启/停技术到新能源车型,他们没有再次拿出“划时代”的姿态。
  就像最开始所说,马自达要么是走的太快――新技术无法持续量产或是全球大范围推广,要么就是远远地跟在别人的后面走着混合动力→电动车→启/停技术的路线。
  对于启/停技术,欧盟早就希望通过立法强制当地所有上市新车搭载启/停,并计划在2012年欧洲新上市的车型中,50%配备该技术。
  所以,从法国标致雪铁龙集团――在雪铁龙C3搭载了这项技术后,他们在去年推出的中级车型标致508、雪铁龙C4上也会搭载。宝马、奔驰和大众的菜单也有相应的计划出现了――他们希望旗下越来越多的车型使用启/停,在欧洲,宝马在售部分1系、3系以及MINI轿车,M3、120i高效动力版和3系coupe;奔驰C级轿车和旅行轿车以及ML450 Hybrid都已经通过它实现了停车零排放,在中国,保时捷卡宴Turbo、日产玛驰甚至长安、吉利也推出了CX30和帝豪EMGRAND EC7-RV也都把启/停应用在更多车型中。
  而马自达把这项技术放进了2015年~2020年的规划中,对于与启/停技术同期研发的还有混合动力或者电动车,马自达没有提前进行研发或许与企业策略有关,毕竟未来市场空间和各国法规政策目前不够明朗,保守的策略或者是件好事,可是种种迹象依旧表明,他们的技术储备与推广和现实市场存在脱节,可是,一个企业如果失去了市场,那么还将剩下什么。
  
  
  曾经:难以驯服的
  “恶魔之爪”
  德国人制造了它,
  日本人负责驯服它,
  可是全世界的人依旧没有
  看到量产的它。
  近一百年前,一位名叫费利克斯?汪克尔(Felix Wankel)的17岁德国男孩做了一个梦,在梦里,他驾驶着自己设计制造的汽车去参加音乐会,并向他的朋友炫耀:“我的汽车使用的是新型发动机:一半是往复式,一半是涡轮式,(这是)我发明的!”第二天醒来后,他便坚信一种新型的内燃机即将诞生!
  2007年,德国发行了一套名为“汪克尔型转子发动机发明50周年纪念邮票”,他的梦想变为现实了。
  不幸的是,转子发动机有一个致命的缺憾――发动机缸体与转子接触面上所产生的波状异常磨耗,让缸体耐用度显著下降,因而被研究人员形象地称之为“恶魔之爪”。为此,马自达在1963年,也就是购买这项技术的两年后,成立了由47名技术人员组成的转子发动机研究部,以促进这一问题的解决和实用化,比较近的是,在2003年~2012年我们看到的RX-8跑车。
  
  
  奥迪的“ASF空间
  框架结构”
  
  奥迪比较有趣的是,除了使用高强度材料和进行轻量化,奥迪在车身结构上,通过分析动物的骨骼,比如,看似笨重的大象为什么擅于奔跑?所以,在奥迪车身构造上也试图遵循这种仿生学原理――在由铝质的挤压型材和压铸零件构成的车身骨架中,车顶和车身侧翼的铝板是互相咬合连接的,就像是一副骨架中的每块骨头一样,共同构成一个类似生物体的整体,不仅有助于承受车身负载,同时还会很轻。奥迪将这种车身称为“ASF空间框架结构”

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