創馳藍天技術

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創馳藍天技術之商標

創馳藍天技術[1]英语SKYACTIV Technology)為日本馬自達汽車公司於2010年10月提出,計畫於2015年前針對旗下車種之汽油柴油引擎、手排與自排變速箱底盤、車身結構等主要元件優化的技術。

引擎[编辑]

汽油引擎[编辑]

SKYACTIV-G型引擎

2011年6月30日在日本境內推出的小改款第三代Demio,「13-SKYACTIV」級車型搭載了採用創馳藍天技術的1.3L SKYACTIV-G型引擎。該具引擎具有下述特點:

  1. 在量產的汽油引擎裡,壓縮比首度達到14.0:1。
  2. 高壓縮燃燒大幅提升引擎的工作效率,油耗與扭力比過去提升15%以上。
  3. 加大低、中速域的扭力。

理論上將壓縮比從10.0提升至15.0,燃燒效率可提高約9%,但是高壓縮比使壓縮衝程上死點附近的溫度升高,引發爆震並使引擎輸出功率下降。因此該項技術藉由減少燃燒室內的殘留高溫氣體,降低溫度以達到高壓縮比而不爆震,其主要技術為:

  • 4-2-1長路徑排氣系統:以直列四缸引擎為例,若排氣路徑太短,自第3個汽缸排氣閥排出的高壓排氣壓力波反倒會進入已完成排氣衝程、即將開始吸氣衝程的第1個汽缸。如此一來,已排出的氣體再度進入燃燒室,使高溫殘留氣體增多,增加爆震機率。不過,4-2-1排氣系統延長排氣路徑,使得高壓波花費更多時間到達其他汽缸,以減少排氣殘留的機會。但加長的路徑始排氣溫度下降,延緩觸媒催化時間。故馬自達設法在確保穩定燃燒的前提下,延遲點火時間以保持排氣溫度[2]
  • 多孔噴射裝置:1.3L SKYACTIV-G型引擎裝置了6孔噴射系統,並增強空氣流動、加強噴射壓力,以便改善燃燒情況。
  • 凹頂活塞:活塞頂部設計成一凹陷孔,使燃料噴射後在火星塞附近形成疊層混合氣體,幫助穩定燃燒。此外,這種凹孔可以解決燃燒初期火焰接觸活塞頂而發生冷卻損失的問題[3]

柴油引擎[编辑]

SKYACTIV-D型引擎

高壓縮比的柴油引擎之上死點壓縮溫度壓力非常高,故燃料噴射後,尚未形成適當的混合氣體前便點火。在局部形成燃燒不均勻而產生氮氧化物,而氧化不足部位的燃燒則產生一氧化碳及微粒物(particulate matter,簡稱PM)。

創馳藍天技術將柴油引擎的壓縮比降低至14.0:1,也減輕其溫度和壓力。由於點火正時延長,有助於燃料與空氣混合而均勻燃燒,所以可以減少一氧化碳碳氫化合物氮氧化物、固體微粒等造成空氣汙染的物質。此外,由於可在燃燒室上死點附近噴射、燃燒,所以做效率比一般高壓縮比柴油引擎還要高。相對來說,降低壓縮比可以減少汽缸厚度並將之改成鋁製,可使機械輕量化。曲軸的主軸頸直徑從60mm縮短成52mm,非但減輕了25%的重量,也降低機械阻力

但是,過去以來其他車廠不敢降低柴油引擎的壓縮比,主要著眼於:

  1. 低壓縮比的壓縮空氣溫度相對較低,難以發動引擎。
  2. 發動後的暖機運轉不夠穩定,容易陷入半失火狀態。

據此,SKYACTIV-D型柴油引擎採取下列技術以避免前述缺點:

  • 可變閥門升程機構(Variable Valve Lift,簡稱VVL):雖然馬自達尚未公布此VVL裝置的具體數據參數,但這種機構配置於排氣閥,在吸氣衝程中打開排氣閥少許,讓排氣管內的廢氣逆流回汽缸以提高吸氣溫度,同時促進壓縮時的溫度上升,提高著火的穩定性[4]
  • 多孔壓力噴射裝置:新型多孔燃料噴射裝置含多種噴射模式,可精準控制噴射時間與噴出量,提高燃料與空氣的混合濃度。該機構在一次燃燒中可做前噴、主噴、後噴各3次,總共9次的噴射;同時配合陶瓷點火塞,可在低壓縮比的環境中確保正常啟動。

另外,SKYACTIV-D型更裝置了雙渦輪增壓系統,目的並非提升扭矩,反而是為了清潔廢氣與降低油耗。這兩顆大小不同的渦輪隨著不同的引擎運轉速度,分別進行增壓。如此一來不但確保低速域的高扭力、高速域的高功率輸出,同時也減少NOx、CO與顆粒物質的排放。

獲獎紀錄[编辑]

  • 2010年:12月3日1.3L SKYACTIV-G型引擎獲得2011年第32屆日本年度風雲車特別獎[5]
  • 2011年:11月18日1.3L SKYACTIV-G型引擎獲得2012年第21屆RJC年度風雲車年度最佳技術獎;12月7日同型引擎獲得2012年日本燃燒學會技術獎[6]
  • 2012年:2月22日1.3L SKYACTIV-G型引擎獲得由一般財團法人機械振興協會頒發之第9屆新機械振興獎[7]

變速箱[编辑]

自排變速箱[编辑]

SKYACTIV-DRIVE自排變速箱

現行的自排變速箱主要有三種型態:傳統結構的多檔位式、CVT鋼帶式無段式、雙離合器式。SKYACTIV-DRIVE自動變速以傳統的多檔位式為基礎,追求更佳的油耗、更平順的換檔、更直接的駕駛感覺。傳統多檔位式自排變速箱附有扭力轉換器,靠機油進行傳動,因此起步的感覺相當平順。但正因為如此,多檔位式自排變速箱具有滑差,駕駛時的加減速反應並不直接。

所謂的「滑差」乃是扭力轉換器裡充滿了自排變速箱油,引擎的動力主要經由自排變速箱油從引擎側液力傳達至葉輪(turbine),經由中間的定葉輪(stator)「吹」到變速箱側液力傳達葉輪(pump,又名泵輪),沒有實際的機械元件接觸,故引擎加減速時很少發生衝擊回饋,傳動相當平順;但也由於此因,傳動效率不高。一般說來,最佳傳動效率頂多只有85%左右,因沒有實際的機械接觸,扭力轉換器引擎輸入的轉速永遠比輸出到變速箱來的高,這正是所謂的「滑差」。這種滑差問題存在已久,但自從傳統多檔位式自排變速箱開發近30年以來,其基本結構沒有大幅變更過。所謂的自排變速箱鎖定傳動,就是把葉輪、定葉輪、泵輪三個部份直接固定,使之一起轉動,就沒有滑差的問題。

因此,馬自達重新設計扭力轉換器,鎖定並使輸入與輸出轉速一致,直接把滑差降成零,便能降低油耗、提昇加減速反應,不過在起步與低速域時並不適合這樣做。原因很簡單,引擎是不斷動作的,可是起步前輪胎是靜止的。倘若直接鎖定扭力轉換器,起步時等於把引擎的輸出與車輪直接連在一起,造成起步的衝擊很大,汽車會像青蛙一樣瞬間跳躍出去。再者低速行駛時鎖定扭力轉換器,低速檔對引擎加減速比較敏感,使得加減速的衝擊感(也就是頓挫感)很大,一樣不利於行駛的舒適性。為了兼顧行駛舒適性、油耗經濟性、更直接的駕駛反應,SKYACTIV-DRIVE自動變速箱在起步與低速時適度釋放對扭力轉換器的鎖定。另外,馬自達進一步縮小了扭力轉換器中各主要組件之間的空隙,並修改了液力傳達葉輪的幾何設計,強化了低速的傳動效率。等到行車速度加快,或接近預定之速度時,變速箱就立即鎖定扭力轉換器,消除滑差並提昇車子加減速的反應。

SKYACTIV-DRIVE自動變速箱鎖定的機構使用濕式多片離合器,關鍵在於鎖定的時機。鎖定的時機恰到好處的話,可充分抑制 鎖定時的頓挫感,減少鎖定用離合器的損耗,提高其耐用性。傳統可鎖定式扭力轉換器由於存在左右滑差,在鎖定的瞬間一定會有些頓挫感,所以常發生耐用性不足的問題。馬自達重新設計了一組阻尼和減震彈簧,可以進一步抑制80%以上的鎖定衝擊感,相對來說可靠度也提高。

手排變速箱[编辑]

SKYACTIV-MT手排變速箱

雖然自排變速箱在美國、日本、臺灣等國為主流,但是歐洲中國等地仍以手排變速箱為主。為了達到適合銷售全球市場的目標,馬自達改良了手排變速箱的中、高扭力段,使得換檔操作感覺更佳、油耗更低、更輕量小型化。

要實現輕盈的換檔操作感覺,換檔行程與操作力兩者間的衝突是個問題。首先SKYACTIV-MT手排變速箱比傳統手排變速箱減輕了16%的重量,且因大幅減少機械損耗,油耗表現也跟著降低1%。重量減輕的原因是一檔與倒車檔共用同一根齒輪軸,第二輸出軸的長度比現行的縮短20%。由於一檔和倒車檔共用齒輪軸,故取消了倒車檔齒輪的惰軸,這是一支切入倒車檔時才傳達動力、平時並沒有輸出的惰軸。藉由前述的改良設計,齒輪傳動鏈的部份就減輕了約3公斤,配合減少其他元件及縮小零組件尺寸,SKYACTIV-MT手排變速箱成功減少了16%的重量。

底盤懸吊[编辑]

SKYACTIV-CHASSIS底盤

被該公司稱作「SKYACTIV-CHASSIS」的輕量化底盤結構,與現行的底盤相較之下減少14%的重量。懸吊系統採重新設計的前麥花臣、後多連桿結構的配置,以達到中速域敏捷、高速域穩定的狀態。四具避震圈簧不但經過變更,轉向系統也重新調校。為了增加防震機件之效能,懸吊的相對幾何位置調得比較高,藉此強化避震效能與上座橡膠剛性,減少駕駛時的衝擊力道。後懸吊連桿位置也向上移,使其運動方向較容易吸收道路回饋的縱向衝擊,且降低車尾的抬升動作,幫助提升剎車時的穩定性與減少剎車距離

其次是讓汽車高速行駛時保持溫和穩定的轉向反應,故調整後懸吊系統之連桿配置。而中低速時為了保持靈敏的轉向,採用較高的轉向比率。既然中低速域要保持靈敏、高速域要保持穩定,轉向手感必須隨著車速而改變。馬自達增加了前懸吊系統之後傾角與後傾角偏置量,以強化自我調整轉向扭力。同時,「SKYACTIV-CHASSIS」技術也加強輕量化與提高剛性。在車身前半部的前懸吊系統下結構部位,加寬了中央部位、縮減下臂附著位置的縱向偏位。在車身後半部一樣將橫樑結構加寬,然而透過移除法蘭(flange)以強化耦合剛性的方式,非但優化此部分的剛性,更降低了14%的重量

車體結構[编辑]

馬自達稱為「SKYACTIV-BODY」的車身結構新技術,其特色包含了提升30%的高剛性、減少8%的重量。該技術盡量避免底盤的曲線,由頭到尾呈現一體式框架。至於需要彎曲的部分則與橫向框架連續焊接,形成密閉區域;如此一來減輕了車重。在車體上半部結構採用雙支柱,直接將前、後懸吊的固定點連結底盤框架,建構出四個環狀結構,以利車身剛性的提高。

馬自達另外使用「複合式負載結構」來改善碰撞安全性,令碰撞衝擊力朝數個方向分散(原廠稱之為multi-road path)。比方車頭遭受撞擊時,衝擊力將從前車架分別擴散至B柱、車腹與A柱,其中上方的分散路徑也會抵消前車架因受撞擊而產生的抬升運動。為了達到分散衝擊力的目的,馬自達將前架改良成十字型,故車身脊線從傳統的4條增為12條[8]

此外在車身鋼材部分,「SKYACTIV-BODY」技術使用270至1,500MPa的高張力鋼材之比例達60%,比傳統的40%還要高;這些輕薄的高剛性金屬材料也大幅減輕車重。高張力鋼材主要使用在影響車身剛性與安全性的B柱,同時車底的支撐樑也換成更高強度的鋼材。另外,該技術在噪音抑制方面,比傳統車身結構降低0.6分貝;風阻係數也比傳統車身減低6%[9]

內部連結[编辑]

外部連結[编辑]

參考資料[编辑]