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Zoom-Zoom!MX-5(ND)184马力发动机技术解析

Zoom-Zoom!MX-5(ND)184马力发动机技术解析
2019-09-12 23:11:41 狮达GO车

马自达社内技术论文,全程干货,大家一起来学习一下!

改款MX-5也已经上市有一段时间了,虽然国内没有引进这款车,但是喜欢这款车的朋友还是很多的,改款MX-5最吸引眼球的大概就是发动机动力上升到了184马力,下面就带来一篇马自达社内的技术论文,让我们看看改款MX-5的发动机到底有什么不同吧!

新款发动机的开发重点:

1 低转到高转的转速攀升的爽快感

2 日常使用时加速的轻快感

3 适合当下的环保法规

4 根据驾驶者的意图发动机/发动机的声音能够瞬时响应

动力性能

新/旧发动机性能对比

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新发动机把最高转速设定在7500转,带来了从低转到7500转为止的不断加速的爽快感。为了实现这种不断的加速感,当扭矩达到峰值后,加加速(丁老司:这里的加加速就是指的Jerk,也就是加速度的变化率)会维持在一个定值以上,这样高转速下的扭矩下降就不会太多,扭矩曲线也会相对平缓。所以新发动机在6000转的时候,比旧发动机多出了5%的扭矩,最大动力在7000转的时候达到了135千瓦。

同样,低/中转速下的扭矩也得到了改善,日常代步时,转速主要维持在1500转,在这个转速下,新型比旧型的扭矩多了7%。新型发动机最大扭矩达到了205Nm,2000转到7000转能够输出90%以上的扭矩,不管什么时候踩油门都能感受到不错的扭矩。

保持高转速下的扭矩输出是通过增加吸入空气量,降低泵气损失,改善燃烧,降低摩擦损失实现的。增加吸入空气量的方法是降低节气门、进气歧管、进气孔的通风阻力,增大进气门直径。降低泵气损失则是通过下面这些方法实现的,增加排气门的开启角度,增大排气门直径,降低排气孔、排气歧管、主消音器的排气损失。降低摩擦损失是通过改良运动零件(比如曲轴、活塞等这种)实现的。改善燃烧是通过改良吸/排气孔和燃烧室,以及更换燃油喷射系统实现的。特别是低/中转速区间,通过改善燃烧大幅提高了抗爆震性,扭矩也提高了。

油耗

因为这是一台高转速发动机,所以加强了气门弹簧的张力,但这会增加摩擦损失,导致油耗恶化。通过降低主要的运动零件的摩擦损失和改善燃烧,降低了低负荷至高负荷区域的油耗,特别是在2000转的时候降低油耗5%。

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声音·响应

随着扭矩的增加,发动机的声音也营造得更有跑车的感觉,跟随油门深度,发动机声音实时反馈,增强人马一体的感觉。

为了营造发动机声音,抑制了噪音,增加了气门室盖的刚性,使用轻量化的运动系零部件,降低了高转速下的振动。另外,曲轴的旋转运动产生的振动会传递到手动变速箱引起噪音,为了这个噪音,使用了新开发的双质量飞轮。还开发了新的消音器,可以有效降低机械噪音、排气音。

突破性技术

燃烧改善技术

重新设计了气门室盖和燃烧室,提高了燃料系统的压力,实现了低、中、高转区间的扭矩提升,油耗降低。特别是进气孔的设计,降低进气阻力的同时增强了气流流动。

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老款的独立进气孔有利于增强缸内气流流动,新款则是普通的进气孔,增大了17%的断面积,增大普通进气孔的断面积会降低进气孔内气流流速,这会招致缸内气流流动低下,因此,增大了进气孔下端角度,并对进气孔位置分叉位置和断面积做了优化,消除了气门周围的燃烧室内的段差,相比旧款增加了27%的纵向涡流。

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另外,为了在压缩行程中加速纵向涡流,优化了活塞冠面形状,其结果就是,相比旧款,在压缩上止点增强了50%的乱流能量,使得燃烧时间变短。

燃料系统使用了新款CX-5(就是现在能买到的最新的改款)的高压喷射系统,合理利用高压喷射和强化纵向涡流,促进了汽油和空气的混合。

为了改善缸内残留废气的排出性,改进了排气孔,扩大了有效断面积,抑制了废气气流的剥离,废气流量提高了18%,降低了泵气损失,改善了扫气性。

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通过以上改进,缩短了燃烧时间,大幅提高了抗爆震性。

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降低摩擦损失的技术

主要的运动零部件重新设计,减轻零部件重量和发动机振动,降低高转下的惯性力,特别是活塞的重量,单个降低了10%,大大减轻了连杆和曲轴所承受的压力。

新款活塞裙面积比旧款小30%,而且活塞裙曲面设计能够降低活塞在缸内的侧倾运动。活塞燃烧室侧的材质厚度降低了38%,这使得每个活塞减轻了27克,但是这会造成刚性下降,所以为了保持高刚性,活塞销孔和燃烧室面内侧都采用了一体成型设计。

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连杆使用了新开发的高强度连杆螺栓。除了轻量化的活塞,其余各零件形状也做了相应优化,以保证高转下的刚性。

曲轴也换成了高强度的材料来制造,缩小了制造时的拔模角度,配重也优化了,提高了曲轴的整体平衡。主要运动系零件的改良后的系统总重量控制在了和旧款同等的水平。

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高转速下活塞环的滑动速度上升,它和缸套间的油膜压力会升高,这会造成活塞环不能把机油全部刮走,然后就会烧机油。通常做法是提高活塞环张力,使得高转速下活塞环和缸套间保持合适的油膜厚度,但是这会增加摩擦损失。新款MX-5发动机则采用了上下非对称活塞环,提高了刮油性能,同时活塞环张力比旧款低38%,实现了鱼和熊掌兼得。

驱动系降低振动技术

随着发动机高转化,驱动系往返惯性会增大,曲轴上的旋转变化也会增大。另外,低/中速扭矩增大使得燃烧加振力变大。不论哪种情况都会使输出到变速箱的扭矩变化增大,所以降低驱动系的异响就成了一个课题。所以为手动变速箱开发了新的低惯性双质量飞轮。

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降低以变速箱打齿音为代表的扭转系异响的常用手段是,降低起振力或者是降低驱动系弹簧的刚性,但是这两个方法会造成油门加速响应慢的缺点,还会造成驱动系振动衰减性恶化,而这又会引发车辆响应变慢的恶果。新款发动机为了兼顾异响和响应,选择了控制驱动系的扭转共振频率。具体方法是,首先把扭转振动(影响驱动系的振动衰减)的一次共振控制在和旧款同样的频率,然后降低二次共振(影响驱动系的异响)的频率,提高振动减衰性。

一次振动是通过发动机侧的重量惯性最小化,把飞轮全体的惯性控制在旧款同等水平,抑制了频率下降。在降低发动机侧惯性的时候,飞轮的旋转惯性能量蓄积的基本机能会降低。然后使用MBD验证所有的驾驶工况,选择最合适的零部件样式和发动机控制程序。

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从结果来看,和传统双质量飞轮相比,新款全体惯性下降40%,达到了实心飞轮水平的低惯性。

在二次共振频率上,把变速箱侧的重量惯性降低到一个合适的频率。在变速箱侧的设计上,考虑了变速箱壳体内的气体流动,把离合器热容量做到了必要最底限,进行了彻底的轻量化。通过上述技术,打齿音比旧款降低了75%,在保证性能的同时,大幅降低了噪音。

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制造排气声

旧款2.0的声音和1.5的声音都是轻快的,新款则是充满力量的,为了营造这种充满力量的声音,需要把发动机本来的声音凸显出来,所以设计了新的消音器,用来吸收废气的高频音,进而提升声音质感。

把跟随转速实时变化的排气声作为基础,从驾驶的视点设定了一个音压较大的区域。其结果是,根据油门深度,声音的反馈更准确,驾驶员可以靠听觉把握发动机状况,更容易掌握换挡时机。而且对油门的轻微操作也容易得到声音的反馈,特别是在跟车、红绿灯左右转等需要慢行的地方,可以辅助驾驶员完成随心所欲的驾驶。

为了实现排气音反馈效果,有意提高了音压,为了实现令人愉悦的声音,倾注了很多心血,必须在分清“驾驶时需要的音压”和“不会认为是噪音的音压”的同时兼顾二者。驾驶员主导变速的MT和汽车主导变速的AT,二者在感受“噪音”的程度和场景上不同。我们分别检验了MT车和AT车的各种使用领域,调整了排气的扩张室/共鸣箱,让人感受到最棒的排气声音。

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为了给排气声音进行细微的调音,排气设计得很复杂,但是为了不影响废气的排放,设计的时候也非常注意,降低了排气损失。通过控制废气流路,不仅得到了想要的声音,还实现了低压损。

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写在最后

除了上述介绍的技术以外,进/排气系、配气机构、冷却系都经过了重新设计,最终把这台新发动机打造成了一台在任何情况下都充满乐趣的发动机。

全文完!

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