马自达“SKYACTIV-D静音对策”开发秘闻

2016-09-280阅读0

  对于驾驶员的油门踩踏量,马自达不仅通过微分,还通过更微细的“跃度”进行分析。不过,柴油发动机虽然绝对扭矩大,能够感受到酣畅淋漓的加速,但出于压缩比高、增压高等原因,在加速时总是存在反应迟钝的倾向。

  

马自达传动系统开发本部发动机性能开发部的森恒宽

  为了解决这一问题,使加速更符合驾驶员的设想,马自达为2016年7月部分改良的“Axela”采用了“DE精密增压控制”。围绕这一技术,记者日前采访了该公司传动系统开发本部发动机性能开发部的森恒宽。

  

没有采用自然声音频率控制时,燃烧激振力因为共振,峰值与发动机的激振力发生重叠,爆震声增大。

  “柴油发动机因为响应速度比汽油发动机慢,加上涡轮增压也会出现反应迟钝的现象。我们想找出办法解决这个问题。通过研究发现,即便是在有加速要求的情况下,EGR(废气再循环)依然会吸入尾气,因此才导致了涡轮启动慢。于是,我们加快EGR阀的运动速度,在有加速要求的时候加快了关闭EGR阀的速度。”

  

通过采用自然声音频率控制,消除燃烧激振力的峰值,大幅降低了爆震声。

  虽说还是使用原来的EGR阀,只是改变了控制,但是,快速关闭EGR一方面可以多吸入一些新鲜空气,但另一方面也有可能导致NOx增加,引发尾气排放超标的问题。

  

加装了Natural Sound Smoother的活塞销、连杆和活塞。

  “因为加速时要关闭EGR吸入新鲜空气,NOx的量会增加,但关闭只是为了加快运动速度,并没有完全关闭,增压开始后会慢慢加入EGR,实际对尾气几乎没有影响。”

  

连杆和活塞中嵌入了加速度传感器,用来实际测量活塞与连杆的振动。

  也就是说,单凭猜想做出的判断并不一定准确。从实际试驾的情况来看,之前的“22XD”是先瞬间瘫痪,在这段空白之后再发挥出强劲的加速力,而部分改良的Axela提升加速力的过程更加自然。虽然加速的力道依然强劲,但最令人印象深刻的并不是反应灵敏,而是更易操控。

  为笔者做详细介绍的森恒宽虽然从事的是柴油发动机开发相关工作,但专业方向是柴油发动机的噪声对策。他开发出了在活塞销中嵌入动态减震器,用来抵消噪声的NSS(Natural Sound Smoother)。说起NSS的开发契机,也是一件有趣的事情。

  在发动机连杆的上下嵌入加速度传感器后使发动机工作进行测量时,森恒宽发现,在发动机转动的状态下,曲轴几乎没有形变,反倒是活塞与连杆出现了大幅的伸缩。

  将测定的数据导入CAE后,出现的形变令人惊讶,为了抵消形变,森恒宽开发出了Natural Sound Smoother作为动态减震器。

  在不改变活塞销的情况下,只通过增加减震器来抵消活塞对连杆的牵引力,通过遏制共振减轻了爆震声。

  这个点子虽然有趣,但在往返机构的往返部分增加重物没有弊端吗?

  “估计大家都会这么想,但重物只有40g左右,实际影响非常小。”

  如果强化连杆和活塞,使其具备能耐受振动力的强度,增加的重量估计不止如此,因此可以说是合理增重。除此之外,Axela在这次部分改良中新采用的自然声音频率控制,也有令人惊讶的幕后故事。

  “在十多年前,有人拜托我通过预喷射来控制柴油发动机噪声。从那之后,我一直在钻研柴油发动机的噪声对策。”

  发动机开发凝聚着众多工程师的心血,大多数情况下,开发1台发动机需要为各个环节分别设置主管工程师,森恒宽一直坚守在柴油发动机噪声对策的岗位上。他不仅工作经历令人钦佩,想法也十分惊人。

  “燃烧产生的爆震声是一条条正弦曲线。如果燃烧的波长一致,噪声就会增大。所以我产生了一个想法,能不能让燃烧正时错开?”

  对于柴油发动机的燃烧,分4、5次进行的燃料喷射决定着燃效、扭矩和尾气净化等。在如此重要的环节,要为了降低噪声而错开燃料喷射正时,主管工程师听到这个会吐血的吧。

  “就在不久前,我们请主管发动机开发的工程师在开发中加入这样的条件,根本就不被理睬。”

  从这句话也可以看出,错开喷射正时的要求有多离谱。但是,在通过SKYACTIV-D向各种难题发起挑战,将其一一攻克的精神鼓舞下,整个开发团队产生了接受挑战的从容,或者说是更强烈的欲望。

  不过,即使燃烧的速度固定,如果发动机转速出现变化,一个燃烧过程的时长也会随之改变。燃料喷射正时应该并不固定。

  “是的,燃料喷射正时并不是固定的。所以我们在所有转速下进行验证,实施‘地毯式轰炸’,最终找出了最佳燃料喷射正时。”

  这已经超越“厉害”,只能用“震撼”来形容了。使能量与燃效、尾气达到平衡的清洁柴油发动机的最佳燃料喷射正时,还要以0.1m秒为单位对其进行控制以降低振动和噪声。说这是打破常规也毫不为过。笔者早就知道马自达里有人在专门钻研转子发动机和MT(手动变速箱),但没想到柴油发动机方面也是如此,而且还有噪音对策专家。

  这不禁令笔者重新认识到,使用最新分析技术和设计理论虽然是研发中理所当然的步骤,但目的和使用的分析方法还是非常重要的。正因为不是人人都会,而是只有某个人才能胜任,所以才能发现某些现象,拿出对策和相应的技术。

  在马自达,竟然储备着如此雄厚的工程师力量。而且,允许这种状态存在的企业体制,支撑起了整体的架构。正因为如此,马自达才孕育出了绝无仅有的设计、动力传动系统和行驶。

  听到这里,笔者似乎明白了马自达能够起死回生创造出SKYACTIV,并作为热爱驾驶的车迷们所追捧的品牌,认知度不断提升的理由。(特约撰稿人:高根英幸)

  (全文完)