Motor Mazda SkyActiv G - benzină și SkyActiv D - diesel

Producătorii de automobile își propun să reducă emisiile de CO₂ diferit. Uneori, de exemplu, compromisurile sunt cele care mută bucuria de a conduce pe margine. Cu toate acestea, Mazda a decis să meargă într-o direcție diferită și să reducă emisiile cu o nouă soluție all-in-one care nu îndepărtează plăcerea de a conduce. În plus față de noul design al motoarelor pe benzină și diesel, soluția include și șasiu, caroserie și cutie de viteze noi. Reducerea greutății întregului vehicul merge mână în mână cu noua tehnologie.

Studii recente arată că motoarele cu combustie convenționale vor continua să domine lumea automobilelor în următorii 15 ani, deci merită să investim în continuare eforturi mari în dezvoltarea acestora. După cum știți, cea mai mare parte a energiei chimice conținute în combustibil nu este transformată în lucru mecanic în timpul arderii, ci se evaporă literalmente sub formă de căldură reziduală prin conductele de eșapament, radiatoare etc. și explică, de asemenea, pierderile cauzate de fricțiunea piesele mecanice ale motorului. În dezvoltarea noii generații de motoare pe benzină și diesel SkyActiv, inginerii din Hiroshima, Japonia, s-au concentrat pe șase factori principali care influențează consumul și emisiile rezultate:

• rata compresiei,
• raport combustibil / aer,
• durata fazei de ardere a amestecului,
• timpul fazei de ardere a amestecului,
• pierderi de pompare,
• fricțiunea pieselor mecanice ale motorului.

În cazul motoarelor pe benzină și diesel, raportul de compresie și reducerea pierderilor de frecare s-au dovedit a fi cei mai importanți factori în reducerea emisiilor și a consumului de combustibil.

Motor SkyActiv D.

Motorul de 2191 cmc este echipat cu un sistem de injecție common rail de înaltă presiune cu injectoare piezoelectrice. Are un raport de compresie neobișnuit de scăzut de doar 14,0: 1 pentru motorină. Reîncărcarea este asigurată de o pereche de turbocompresoare de diferite dimensiuni, care are un efect pozitiv asupra reducerii întârzierii răspunsului motorului la apăsarea pedalei de accelerație. Trenul supapelor include cursa variabilă a supapei, care se încălzește mai repede când motorul este rece, deoarece unele dintre gazele de eșapament revin la cilindri. Datorită pornirii la rece fiabile și arderii stabile în timpul fazei de încălzire, motoarele diesel convenționale necesită un raport de compresie ridicat, care este de obicei cuprins între 16: 1 și 18: 1. Raportul de compresie scăzut de 14,0: 1 pentru SkyActiv -Motorul D permite optimizarea timpului procesului de ardere. Pe măsură ce raportul de compresie scade, temperatura și presiunea cilindrului scad și în punctul mort superior. În acest caz, amestecul arde mai mult, chiar dacă combustibilul este injectat în cilindru chiar înainte de a ajunge la punctul mort superior. Ca urmare a arderii prelungite, zonele cu deficit de oxigen nu se formează în amestecul combustibil, iar temperatura rămâne uniformă, astfel încât formarea de NOx și funingine este semnificativ exclusă. Cu injecția și arderea combustibilului în apropierea punctului mort, motorul este mai eficient. Aceasta înseamnă o utilizare mai eficientă a energiei chimice conținute în combustibil, precum și mai multă muncă mecanică pe unitate de combustibil decât în ​​cazul unui motor diesel cu un raport de compresie ridicat. Rezultatul este o reducere a consumului de motorină și a emisiilor logice de CO2 cu mai mult de 20% comparativ cu un motor de 2,2 MZR-CD care funcționează cu un raport de compresie 16: 1. După cum sa menționat, se generează mult mai puțini oxizi de azot în timpul arderii și aproape că nu există carbon tehnic . Astfel, chiar și fără un sistem suplimentar de eliminare a NOx, motorul îndeplinește standardul de emisii Euro 6 care urmează să intre în vigoare în 2015. Astfel, motorul nu are nevoie de o reducere catalitică selectivă sau de un catalizator de eliminare a NOx.

Datorită compresiei reduse, motorul nu poate genera o temperatură suficient de ridicată pentru a aprinde amestecul în timpul pornirii la rece, ceea ce poate duce la pornirea foarte problematică și la funcționarea intermitentă a motorului, în special iarna. Din acest motiv, SkyActiv-D este echipat cu bujii ceramice și o supapă de evacuare VVL cu cursă variabilă. Acest lucru permite recircularea gazelor de evacuare fierbinți în interior în camera de ardere. Prima aprindere este asistată de o bujie incandescentă, care este suficientă pentru ca gazele de eșapament să atingă temperatura necesară. După pornirea motorului, supapa de evacuare nu se va închide ca un motor normal de admisie. În schimb, rămâne întredeschis și gazele de evacuare fierbinți revin în camera de ardere. Acest lucru crește temperatura din acesta și, prin urmare, facilitează aprinderea ulterioară a amestecului. Astfel, motorul funcționează fără probleme și fără întrerupere din primul moment.

În comparație cu motorul diesel 2,2 MZR-CD, frecarea internă a fost, de asemenea, redusă cu 25%. Acest lucru se reflectă nu numai într-o reducere suplimentară a pierderilor totale, ci și într-un răspuns mai rapid și o performanță îmbunătățită. Un alt beneficiu al unui raport de compresie mai mic este presiunea maximă mai mică în cilindri și, prin urmare, mai puțină solicitare asupra componentelor individuale ale motorului. Din acest motiv, nu este nevoie de un design atât de robust al motorului, ceea ce duce la economii suplimentare de greutate. Chiulasa cu colector integrat are peretii mai subtiri si cantareste cu trei kilograme mai putin decat inainte. Blocul cilindrilor din aluminiu este cu 25 kg mai ușor. Greutatea pistoanelor și a arborelui cotit a fost redusă cu încă 25 la sută. Drept urmare, greutatea totală a motorului SkyActiv-D este cu 20% mai mică decât cea a motorului 2,2 MZR-CD folosit până acum.

Motorul SkyActiv-D utilizează supraalimentarea în două etape. Aceasta înseamnă că este echipat cu un turbocompresor mic și unul mare, fiecare funcționând la un interval de viteză diferit. Cel mai mic este utilizat la turații mici și medii. Datorită inerției mai reduse a pieselor rotative, îmbunătățește curba de cuplu și elimină așa-numitul efect turbo, adică întârzierea răspunsului motorului la un salt brusc al acceleratorului la turație mică atunci când nu există suficientă presiune în evacuare . conducta de ramificare pentru rotirea rapida a turbinei turbocompresorului. În schimb, turbocompresorul mai mare este complet angajat în gama de viteze medii. Împreună, ambele turbocompresoare oferă motorului o curbă de cuplu plat la turații reduse și o putere mare la turații mari. Datorită sursei suficiente de aer de la turbocompresoare pe o gamă largă de viteze, emisiile de NOx și particule sunt reduse la minimum.

Până în prezent, două versiuni ale motorului 2,2 SkyActiv-D sunt produse pentru Europa. Cea mai puternică are o putere maximă de 129 kW la 4500 rpm și un cuplu maxim de 420 Nm la 2000 rpm. Cel mai slab are 110 kW la 4500 rpm și un cuplu de 380 Nm în intervalul 1800-2600 rpm, la max. turația ambelor motoare este de 5200. În practică, motorul acționează destul de letargic până la 1300 rpm, de la această limită începe să câștige viteză, în timp ce pentru o conducere normală este suficient să-l mențineți la aproximativ 1700 rpm sau mai mult chiar și pentru necesități de accelerare lină.

Motor SkyActiv G.

Motorul pe benzină cu aspirație naturală, denumit Skyactiv-G, are un raport de compresie neobișnuit de ridicat de 14,0:1, cel mai mare în prezent într-o mașină de pasageri produsă în serie. Creșterea raportului de compresie crește eficiența termică a motorului pe benzină, ceea ce înseamnă în cele din urmă valori mai mici de CO2 și, astfel, un consum mai mic de combustibil. Riscul asociat cu un raport de compresie ridicat în cazul motoarelor pe benzină este așa-numita ardere cu detonare - detonare și reducerea rezultată a cuplului și uzura excesivă a motorului. Pentru a preveni detonarea arderii amestecului din cauza raportului de compresie ridicat, motorul Skyactiv-G folosește o reducere a cantității, precum și a presiunii gazelor fierbinți reziduale din camera de ardere. Prin urmare, se folosește o țeavă de evacuare într-o configurație 4-2-1. Din acest motiv, țeava de eșapament este relativ lungă și astfel împiedică efectiv întoarcerea gazelor de eșapament în camera de ardere imediat după ce au fost evacuate din aceasta. Scăderea rezultată a temperaturii de ardere previne în mod eficient apariția detonării ardere - detonare. Ca un alt mijloc de prevenire a detonării, timpul de ardere al amestecului a fost redus. Arderea mai rapidă a amestecului înseamnă un timp mai scurt în care amestecul nearse de combustibil și aer este expus la temperaturi ridicate, astfel încât detonarea să nu aibă timp să se producă deloc. Partea inferioară a pistoanelor este, de asemenea, prevăzută cu adâncituri speciale, astfel încât flăcările amestecului de ardere care se formează în mai multe direcții să se poată extinde fără a se încrucișa, iar sistemul de injecție a fost echipat și cu injectoare cu mai multe orificii nou dezvoltate, ceea ce permite combustibil pentru a fi atomizat.

De asemenea, este necesar să se reducă așa-numitele pierderi de pompare pentru a crește eficiența motorului. Acest lucru se întâmplă la sarcini mai mici ale motorului când pistonul atrage aer pe măsură ce se mișcă în jos în timpul fazei de admisie.Cantitatea de aer care intră în cilindru este de obicei controlată de o supapă de accelerație situată în tractul de admisie. La sarcini ușoare ale motorului, este necesară doar o cantitate mică de aer. Supapa de accelerație este aproape închisă, ceea ce duce la faptul că presiunea în tractul de admisie și în cilindru este sub nivelul atmosferic. Prin urmare, pistonul trebuie să depășească o presiune negativă semnificativă - aproape un vid, care afectează negativ consumul de combustibil. Designerii Mazda au folosit sincronizarea supapelor de admisie și evacuare infinit variabilă (S-VT) pentru a minimiza pierderile la pompă. Acest sistem vă permite să controlați cantitatea de aer de admisie folosind supape în loc de accelerație. La sarcini reduse ale motorului, este necesar foarte puțin aer. Astfel, sistemul de sincronizare variabilă a supapelor menține supapele de admisie deschise la începutul fazei de compresie (când pistonul se ridică) și le închide doar atunci când cantitatea necesară de aer este în cilindru. Astfel, sistemul S-VT reduce în cele din urmă pierderile prin pompare cu 20% și îmbunătățește eficiența procesului de ardere. O soluție similară a fost folosită de BMW de mult timp, denumind acest sistem VANOS dublu.

La utilizarea acestui sistem de control al volumului aerului de admisie, există riscul unei arderi insuficiente a amestecului din cauza presiunii mai mici, deoarece supapele de admisie rămân deschise la începutul fazei de compresie. În acest sens, inginerii Mazda au folosit un raport de compresie ridicat al motorului Skyactiv G de 14,0: 1, ceea ce înseamnă o temperatură și o presiune mai mari în cilindru, astfel încât procesul de ardere rămâne stabil și motorul funcționează mai economic.

Eficiența redusă a motorului este, de asemenea, facilitată de designul său ușor și de frecare mai puțin mecanică a pieselor în mișcare. În comparație cu motorul instalat pe benzină 2,0 MZR, motorul Skyactiv G are pistoane cu 20% mai ușoare, 15% biele mai ușoare și rulmenți principali mai mici ai arborelui cotit, rezultând o reducere a greutății globale de 10%. Prin înjumătățirea fricțiunii supapelor și a fricțiunii inelelor pistonului cu aproape 40%, fricția mecanică totală a motorului a fost redusă cu 30%.

Toate modificările menționate au condus la o manevrabilitate mai bună a motorului la turații mici sau medii și la o reducere de 15% a consumului de combustibil comparativ cu clasicul 2,0 MZR. Astăzi, aceste importante emisii de CO2 sunt chiar mai mici decât motorul diesel 2,2 MZR-CD utilizat astăzi. Avantajul este și utilizarea benzinei clasice BA 95.

Toate motoarele SkyActiv pe benzină și diesel din Europa vor fi echipate cu un sistem i-stop, adică un sistem stop-start pentru a opri automat motorul când este oprit. Vor urma alte sisteme electrice, frânare regenerativă etc.