1、 Dual S-VT是雙可變氣門正時控制系統(tǒng)+電子控制節(jié)氣門提到創(chuàng)馳藍天發(fā)動機，大家的第一印象就是省油，它的特點僅是省油嗎？創(chuàng)馳藍天發(fā)動機的開發(fā)理念如何來的？創(chuàng)馳藍天發(fā)動機用了哪些技術來實現(xiàn)它的開發(fā)目標？創(chuàng)馳藍天發(fā)動機相關的一系列名詞是什么意思？創(chuàng)馳藍天發(fā)動機和渦輪增壓發(fā)動機對比又如何什么是汽油發(fā)動機？一般車用發(fā)動機分為兩種，以汽油（gasoline）為燃料的汽油機和以柴油（diesel）為燃料的柴油機，所以創(chuàng)馳藍天汽油機稱為Skyactiv-G，創(chuàng)馳藍天柴油機稱為Skyactiv-D。目前，由于油品和政策原因，國內柴油乘用車尚難以普及，Skyactiv-D目前也未引入國內，因此我們研究的重點

2、是Skyactiv-G。為了便于了解Skyactiv-G的特點，我們先來了解一下汽油發(fā)動機的工作原理。右邊圖示是一個缸內直噴汽油機的完整工作流程，包括進氣、壓縮、排氣、做功、排氣四個行程，活塞上下往復運動，把汽油燃燒的熱量轉化為驅動汽車奔跑的動能。PS.:汽油機與柴油機都屬于內燃機，即燃料在發(fā)動機內部燃燒。除活塞式的汽油機，馬自達獨有的轉子發(fā)動機也是汽油機馬自達的目標探尋理想的發(fā)動機雖然汽油機是乘用車使用最早且應用最廣泛的發(fā)動機，但是它是理想的發(fā)動機嗎？當然不是，事實上汽油發(fā)動機只能夠利用燃料30%的能量，另外70%以各種形式被浪費掉。因此，各大汽車公司都在尋求提升汽油機燃料利用效率的方法，最

3、終出現(xiàn)了兩條技術路線，一個就是用渦輪增壓，一個就是混合動力。這兩種技術有兩個共同點：都在發(fā)動機外部尋求較復雜的解決方法；都認為發(fā)動機本身沒有太多改進的余地。但是馬自達的工程師不這樣認為，他們先明確了理想發(fā)動機應該具備的三個特征，即高效清潔排放、可靠性，以這三條來衡量，渦輪增壓和混合動力都不能算是理想的發(fā)動機。馬自達的工程師決定從零開始，從發(fā)動機本身尋找改進的方法，找出了發(fā)動機內部最基本的可控因素，并對它們逐一改進，最終成功開發(fā)出Skyactiv-G，真正擁有高效率、清潔排放和可靠性的理想發(fā)動機。提升發(fā)動機效率提高壓縮比提升汽油機效率最好的方法就是提高壓縮比，這是發(fā)動機的基本理論。壓縮比就是活塞

4、在下止點時氣缸容積與活塞在上止點時氣缸容積的比值，一般發(fā)動機壓縮比為11：1左右。為什么壓縮比提高會提升效率呢？以彈簧為例，壓縮的程度越多產生的反彈力就越強；以射箭為例，弓被拉得越開，射出去的箭就會越遠。對于發(fā)動機來說，壓縮比越高，燃燒相同量的燃料，得到的動能就越多，因此發(fā)動機的效率就會越高，而Skyactiv-G的壓縮比提升至13：1。PS.:柴油機擁有較高的壓縮比，因此柴油機擁有較高的燃料利用效率。為何高壓縮比未廣泛應用？既然提高壓縮比可以有效提升汽油發(fā)動機的效率，但是各汽車廠商并未廣泛采用，因為高壓縮比會產生爆震，這會嚴重影響發(fā)動機的正常工作，所以目前絕大多數(shù)汽油機的壓縮比在11：1左右

5、。PS. 汽油的標號：90#，93#，97#就是抗爆震指數(shù)，數(shù)字越大抗爆震效果越好，但價格也越貴。通過對比圖可以看到，發(fā)動機正常工作時，空燃混合物被火花塞點燃，火焰從中心往邊緣均勻傳播，火焰膨脹產生的能量推動活塞往下運動。如果壓縮比提高，空燃混合物被過度壓縮后溫度升高，易發(fā)生自燃，自燃的火焰與火花塞點燃的火焰發(fā)生碰撞，發(fā)出金屬敲擊聲，這就是爆震，俗稱敲缸。防止爆震的關鍵在于阻止空燃混合物自燃，降低氣缸溫度、控制火傳播速度和選擇高標號汽油是主要的辦法。像左圖所示那樣，多數(shù)發(fā)動機壓縮比都不高，主要是為了避免爆震?？諝獗辉鰤汉鬁囟葧?，因此渦輪增壓發(fā)動機必須把壓縮比降至10：1且需使用97#汽油來

6、防止爆震，因此渦輪提升發(fā)動機效率的效果大打折扣。高性能車發(fā)動機應用了高級的技術，并且使用高標號汽油，所以可以達到相對較高的12.5：1的壓縮比。Skyactiv-G達到了13：1（海外達到14：1）的超高壓縮比，燃料利用效率得到極大提升，并且僅使用93#汽油，因為馬自達研發(fā)出完善的防止爆震的先進技術。防止爆震的方法4-2-1排氣Skyactiv-G使用的是普通93#汽油，因此它防止爆震的主要方法之一就是降低氣缸內的溫度。馬自達的工程師發(fā)現(xiàn)，一般發(fā)動機是采用4-1的排氣系統(tǒng)，即4個排氣管經過較短的行程就匯聚在一起，這會使某一排氣管的高溫廢氣體回流至另一排氣管，甚至進入氣缸，導致氣缸內溫度升高。如

7、果采用4-2-1排氣方法，即4個排氣管先匯聚成兩股，這兩股再匯聚成一股，這樣4個排氣管的高溫廢氣就不會互相影響，氣缸內不會因為廢氣回流而升溫。事實上，高性能車能夠實現(xiàn)較高的壓縮比，除了使用高標號汽油外，更重要的是它擁有與4-2-1排氣類似的排氣系統(tǒng)，可以說，Skyactiv-G使得F1的技術出現(xiàn)在民用車上。防止爆震的技術缸內直噴傳統(tǒng)發(fā)動機在氣缸外的進氣道里噴油，汽油的霧化效果、和空氣的混合均勻程度以及噴油量的精度都不理想。Skyactiv-G采用了目前汽油機中領先的高壓缸內直噴技術，汽油以20MPa的噴油壓力（一般缸內直噴僅16MPa左右）從極為細小的六孔噴嘴中直接噴入氣缸，汽油可以得到迅速霧

8、并與空氣混合，形成理想的混合氣，抑制異常燃燒的產生。同時，噴油量得到精準控制，這也是Skyactv-G節(jié)油的重要原因。汽油直接噴到氣缸里霧化的過程也會吸收熱量，好像沐浴沖水的效果一樣，可以降低氣缸內的溫度，達到了抑制爆震的效果。防止爆震的技術凹孔活塞傳統(tǒng)汽油機的活塞頂部是平面的，而Skyactiv-G的活塞頂部是凸起的，并在活塞中間做成一個凹孔。被壓縮的空燃混合物集中于凹孔內，點火更加迅速并且集中，便于火焰從中間往邊緣均勻傳播，最大程度阻止爆震產生。提升發(fā)動機效率降低進排氣損耗雙可變氣門正時技術（Dual S-VT）氣門是用來控制發(fā)動機進氣和排氣的機構，如同人的呼吸器官。發(fā)動機轉速和負荷變化時

9、，進氣量也隨之變化，但與轉速一致的進排氣節(jié)奏跟不上發(fā)動機的需求，就好像人在高速奔跑時呼吸節(jié)奏跟不上一樣。因此，可變氣門正時可以實現(xiàn)隨著發(fā)動機轉速與負荷變化調節(jié)氣門打開或者關閉的時間。Skyactiv-G進排氣門均采用可變正時技術，實現(xiàn)發(fā)動機更加暢快的呼吸，因而能夠大大降低進排氣的損耗。Skyactive-G的可變氣門正時有一項特別的技術，就是進氣門正采用電子控制，而傳統(tǒng)的正時都是油壓控制。油壓控制易受溫度影響而反應滯后，而電子控制可在任何情況下實現(xiàn)迅速精準的響應，因此，即便發(fā)動機冷機啟動時，進氣門啟閉時間也可做到精確控制。得益于這項技術，發(fā)動機的進氣損耗降低了13%。提升發(fā)動機效率發(fā)動機整體減

10、重減輕發(fā)動機的重量，意味著發(fā)動機自身的負擔更低，因而發(fā)動機的效率更高。Skyactiv-G 把發(fā)動機的主要部件進行全面革新，達到了發(fā)動機整體減重約10%。通過結構創(chuàng)新，在強度不變甚至更提高的前提下，活塞和活塞銷減重20%，連桿減重15%，曲軸減重8%提升發(fā)動機效率-降低機械損耗發(fā)動機內部有大量的運動機構，像氣門、活塞、水泵等。只要發(fā)動機啟動，它們就一直在運動，各部件之間就會有摩擦產生。以氣門為例，發(fā)動機1分鐘轉2000轉時，氣門每分鐘上下往復1000次，因此摩擦產生的機械損耗是相當可觀的，特別是發(fā)動機高速運轉時損耗更加嚴重，而損耗的能量都來源于發(fā)動機的動力。因此要提升發(fā)動機的效率，必須降低機械

11、摩擦損耗。經過一系列改進，Skyactiv-G 成功實現(xiàn)機械損耗整體降低30%。上圖是其中一部分降低機械損耗的部件。傳統(tǒng)發(fā)動機要提升動力必須增加油耗，而要降低油耗就必須犧牲動力，動力和油耗互相制約，不可兼得，這也是其他汽車廠商對發(fā)動機做了無數(shù)改進也無法解決的矛盾。馬自達的工程師們以理想的發(fā)動機為目標，從發(fā)動機的最基本原理入手，尋求革新發(fā)動機的因素，采用提高壓縮比、降低進排氣損耗、發(fā)動機減重和降低機械損耗等方式，實現(xiàn)理想發(fā)動機的目標，Skyactiv-G最終可以實現(xiàn)中低速扭矩提升15%，油耗降低15%兩者同時實現(xiàn)的驚人成就。對比渦輪增壓發(fā)動機目前，越來越多的廠商推出小排量渦輪增壓發(fā)動機，并宣傳其發(fā)動機動力強勁、更省油。的確，通過渦輪增壓能夠提升進氣效率，使得小排量發(fā)動機可以輸出大排量發(fā)動機的動力，但動力輸出并不夠線性，并且需要一個復雜的系統(tǒng)來支持。相對于自然吸氣發(fā)動機，渦輪增壓發(fā)動機增加了渦輪和渦輪冷卻系統(tǒng)，特別強化的發(fā)動機主要零件，用來冷卻被壓縮空氣的中冷器。增加的這些部件都會增加發(fā)動機的重量和成本，反而降低了發(fā)動機的效率和可靠性，而用戶的購買成本和使用成本都會增加。另外，為了防止爆震，渦輪增壓發(fā)動機的壓縮比反而更低，這又使得它的效率打了折扣。從上述這些角度