Двигател Mazda SkyActiv G - бензин и SkyActiv D - дизел

Производителите на автомобили имат за цел да намалят емисиите на CO₂ по различен начин. Понякога например, o компромисите пренасят радостта от шофирането встрани. Mazda обаче реши да поеме в друга посока и да намали емисиите с ново решение „всичко в едно“, което не отнема удоволствието от шофирането. В допълнение към новия дизайн на бензинови и дизелови двигатели, решението включва и ново шаси, каросерия и скоростна кутия. Намаляването на теглото на цялото превозно средство върви ръка за ръка с новите технологии.

Последните проучвания показват, че конвенционалните двигатели с вътрешно горене ще продължат да доминират в автомобилния свят през следващите 15 години, така че си струва да продължите да инвестирате много усилия в разработването им. Както знаете, по -голямата част от химическата енергия, съдържаща се в горивото, не се превръща в механична работа по време на горенето, а буквално се изпарява под формата на отпадна топлина през изпускателните тръби, радиатора и т.н., а също така обясняват загубите, причинени от триенето на механичните части на двигателя. При разработването на новото поколение бензинови и дизелови двигатели SkyActiv, инженерите от Хирошима, Япония, се фокусираха върху шест основни фактора, които влияят на произтичащото от това потребление и емисии:

• степен на компресия,
• съотношение гориво към въздух,
• продължителността на фазата на горене на сместа,
• времето на фазата на горене на сместа,
• загуби при изпомпване,
• триене на механичните части на двигателя.

В случая на бензинови и дизелови двигатели коефициентът на компресия и намаляването на загубите от триене се оказаха най -важните фактори за намаляване на емисиите и разхода на гориво.

SkyActiv D двигател

Двигателят с обем 2191 куб. См е оборудван със система за впръскване Common Rail с високо налягане с пиезоелектрични инжектори. Той се отличава с необичайно ниско съотношение на сгъстяване от само 14,0: 1 за дизеловите двигатели. Презареждането се осигурява от двойка турбокомпресори с различни размери, което има положителен ефект за намаляване на забавянето на реакцията на двигателя при натискане на педала на газта. Клапанът включва променлив ход на клапаните, който се загрява по -бързо, когато двигателят е студен, тъй като част от отработените газове се връщат в цилиндрите. Поради надеждния студен старт и стабилното изгаряне по време на фазата на загряване, конвенционалните дизелови двигатели изискват висока степен на компресия, която обикновено е в диапазона от 16: 1 до 18: 1. Ниското съотношение на сгъстяване от 14,0: 1 за SkyActiv -D двигателят позволява оптимизиране на времето на процеса на горене. С намаляването на степента на компресия температурата и налягането на цилиндъра също намаляват в горната мъртва точка. В този случай сместа гори по -дълго, дори ако гориво се впръсква в цилиндъра точно преди да достигне горната мъртва точка. В резултат на продължително изгаряне в горимата смес не се образуват зони с недостиг на кислород, а температурата остава равномерна, така че образуването на NOx и сажди елиминира значително. С впръскването на гориво и горенето близо до горната мъртва точка двигателят е по -ефективен. Това означава по -ефективно използване на химическата енергия, съдържаща се в горивото, както и повече механична работа на единица гориво, отколкото в случай на дизелов двигател с висока компресия. Резултатът е намаляване на разхода на дизел и логичните емисии на CO2 с повече от 20% в сравнение с 2,2 MZR-CD двигател, работещ със коефициент на компресия 16: 1. Както бе споменато, при изгарянето се генерират много по-малко азотни оксиди и почти няма технически въглерод . По този начин, дори без допълнителна система за отстраняване на NOx, двигателят отговаря на емисионния стандарт Евро 6, който трябва да влезе в сила през 2015 г. По този начин двигателят не се нуждае от селективно каталитично редуциране или катализатор, елиминиращ NOx.

Поради ниската компресия, двигателят не може да генерира достатъчно висока температура, за да запали сместа по време на студено стартиране, което може да доведе до много проблематично стартиране и периодична работа на двигателя, особено през зимата. Поради тази причина SkyActiv-D е оборудван с керамични подгревни свещи и VVL изпускателен клапан с променлив ход. Това позволява горещите отработени газове да се рециркулират вътре в горивната камера. Първото запалване се подпомага от подгревна свещ, която е достатъчна за отработените газове да достигнат необходимата температура. След стартиране на двигателя изпускателният клапан няма да се затвори като нормален всмукателен двигател. Вместо това той остава открехнат и горещите отработени газове се връщат в горивната камера. Това повишава температурата в него и следователно улеснява последващото запалване на сместа. По този начин двигателят работи гладко и без прекъсвания от първия момент.

В сравнение с дизеловия двигател 2,2 MZR-CD, вътрешното триене също е намалено с 25%. Това се отразява не само в по-нататъшно намаляване на общите загуби, но и в по-бърза реакция и подобрена производителност. Друго предимство на по-ниското съотношение на компресия е по-ниското максимално налягане в цилиндъра и следователно по-малко напрежение върху отделните компоненти на двигателя. Поради тази причина няма нужда от такъв здрав дизайн на двигателя, което води до допълнително спестяване на тегло. Цилиндровата глава с интегриран колектор има по-тънки стени и тежи с три килограма по-малко от преди. Алуминиевият цилиндров блок е с 25 кг по-лек. Теглото на буталата и коляновия вал е намалено с още 25 процента. В резултат на това общото тегло на двигателя SkyActiv-D е с 20% по-ниско от това на двигателя 2,2 MZR-CD, използван досега.

Двигателят SkyActiv-D използва двустепенно зареждане. Това означава, че е оборудван с един малък и един голям турбокомпресор, всеки от които работи в различен диапазон на скоростта. По -малкият се използва при ниски и средни обороти. Поради по-ниската инерция на въртящите се части, той подобрява кривата на въртящия момент и елиминира така наречения турбо ефект, тоест забавянето на реакцията на двигателя при внезапен скок на газта при ниска скорост, когато няма достатъчно налягане в отработените газове . разклонител за бързо завъртане на турбината на турбокомпресора. За разлика от това, по-големият турбокомпресор е напълно ангажиран в диапазона на средните скорости. Заедно и двата турбокомпресора осигуряват на двигателя плоска крива на въртящия момент при ниски обороти и висока мощност при високи обороти. Благодарение на достатъчното подаване на въздух от турбокомпресорите в широк диапазон на скоростите, емисиите на NOx и прахови частици се свеждат до минимум.

До момента две версии на двигателя 2,2 SkyActiv-D се произвеждат за Европа. По -силният има максимална мощност 129 kW при 4500 об / мин и максимален въртящ момент от 420 Нм при 2000 об / мин. По-слабият има 110 кВт при 4500 об / мин и въртящ момент от 380 Нм в диапазона 1800-2600 об / мин, при макс. скоростта на двата двигателя е 5200. На практика двигателят действа доста летаргично до 1300 об / мин, от тази граница започва да набира скорост, докато за нормално шофиране е достатъчно да се поддържа на около 1700 об / мин или повече дори за нуждите на плавно ускорение.

Двигател SkyActiv G

Бензиновият двигател с естествено пълнене, обозначен като Skyactiv-G, има необичайно високо съотношение на компресия от 14,0:1, което в момента е най-високото в масово произвеждан лек автомобил. Увеличаването на съотношението на компресия повишава топлинната ефективност на бензиновия двигател, което в крайна сметка означава по-ниски стойности на CO2 и следователно по-нисък разход на гориво. Рискът, свързан с високото съотношение на компресия в случай на бензинови двигатели, е така нареченото детонационно изгаряне и произтичащото от това намаляване на въртящия момент и прекомерно износване на двигателя. За да предотврати детонационното изгаряне на сместа поради високото съотношение на компресия, двигателят Skyactiv-G използва намаляване на количеството, както и на налягането на остатъчните горещи газове в горивната камера. Затова се използва изпускателна тръба в конфигурация 4-2-1. Поради тази причина изпускателната тръба е относително дълга и по този начин ефективно предотвратява връщането на отработените газове в горивната камера веднага след като са били изхвърлени от нея. Полученият спад в температурата на горене ефективно предотвратява появата на детонационно изгаряне - детонация. Като друго средство за предотвратяване на детонация, времето за изгаряне на сместа е намалено. По-бързото изгаряне на сместа означава по-кратко време, през което неизгорялата смес от гориво и въздух е изложена на високи температури, така че детонацията изобщо няма време да настъпи. Долната част на буталата също е снабдена със специални вдлъбнатини, така че пламъците на горящата смес, образуващи се в много посоки, да могат да се разширяват, без да се пресичат, а системата за впръскване също е оборудвана с новоразработени инжектори с много отвори, което позволява гориво, което трябва да се разпръсне.

Също така е необходимо да се намалят така наречените загуби при изпомпване, за да се увеличи ефективността на двигателя. Това се случва при по-ниски натоварвания на двигателя, когато буталото изтегля въздух, докато се движи надолу по време на фазата на всмукване.Количеството въздух, влизащо в цилиндъра, обикновено се контролира от дроселна клапа, разположена във всмукателния тракт. При леки натоварвания на двигателя е необходимо само малко количество въздух. Дроселната клапа е почти затворена, което води до факта, че налягането във всмукателния тракт и в цилиндъра е под атмосферното. Следователно буталото трябва да преодолее значително отрицателно налягане - почти вакуум, което се отразява негативно на разхода на гориво. Дизайнерите на Mazda са използвали безкрайно променлива синхронизация на всмукателния и изпускателния клапан (S-VT), за да минимизират загубите на помпата. Тази система ви позволява да контролирате количеството всмукан въздух с помощта на клапани вместо дросел. При ниско натоварване на двигателя е необходим много малко въздух. По този начин системата за променливо синхронизиране на клапаните поддържа всмукателните клапани отворени в началото на фазата на компресия (когато буталото се повдига) и ги затваря само когато в цилиндъра има необходимото количество въздух. Така системата S-VT в крайна сметка намалява загубите при изпомпване с 20% и подобрява ефективността на горивния процес. Подобно решение отдавна се използва от BMW, наричайки тази система Двойно VANOS.

Когато използвате тази система за контрол на обема на входящия въздух, съществува риск от недостатъчно изгаряне на сместа поради по -ниското налягане, тъй като всмукателните клапани остават отворени в началото на фазата на компресия. В тази връзка инженерите на Mazda използваха високата степен на компресия на двигателя Skyactiv G от 14,0: 1, което означава по -висока температура и налягане в цилиндъра, така че процесът на горене остава стабилен и двигателят работи по -икономично.

Ниската ефективност на двигателя се улеснява и от леката му конструкция и по -малко механично триене на движещи се части. В сравнение с инсталирания бензинов двигател 2,0 MZR, двигателят Skyactiv G се отличава с 20% по -леки бутала, 15% по -леки свързващи пръти и по -малки лагери на коляновия вал, което води до общо намаляване на теглото с 10%. Чрез намаляване наполовина на триенето на клапаните и триенето на буталните пръстени с почти 40%, общото механично триене на двигателя е намалено с 30%.

Всички споменати модификации доведоха до по -добра маневреност на двигателя при ниски до средни обороти и 15% намаление на разхода на гориво в сравнение с класическия 2,0 MZR. Днес тези важни емисии на CO2 са дори по-ниски от дизеловия двигател 2,2 MZR-CD, който се използва днес. Предимството е и използването на класически бензин BA 95.

Всички бензинови и дизелови двигатели SkyActiv в Европа ще бъдат оборудвани със система i-stop, т.е. система за стоп-старт за автоматично изключване на двигателя при спиране. Следват други електрически системи, регенеративно спиране и т.н.