Motor Mazda SkyActiv G - benzín a SkyActiv D - diesel

Automobilky sa zameriavajú na zníženie emisií CO₂ inak. Niekedy sú to napríklad o kompromisy, ktoré posúvajú radosť z jazdy na vedľajšiu koľaj. Mazda sa však rozhodla ísť iným smerom a znížiť emisie pomocou nového riešenia typu všetko v jednom, ktoré vám neberie radosť z jazdy. Riešenie okrem nového dizajnu benzínových a naftových motorov zahŕňa aj nový podvozok, karosériu a prevodovku. Znižovanie hmotnosti celého vozidla ide ruka v ruke s novou technológiou.

Nedávny výskum ukazuje, že konvenčné spaľovacie motory budú aj naďalej dominovať automobilovému svetu počas nasledujúcich 15 rokov, preto stojí za to pokračovať v investovaní veľkého úsilia do ich vývoja. Ako viete, väčšina chemickej energie obsiahnutej v palive sa počas spaľovania nemení na mechanickú prácu, ale doslova sa odparuje vo forme odpadového tepla výfukovým potrubím, chladičom atď. A tiež vysvetľuje straty spôsobené trením mechanické časti motora. Pri vývoji novej generácie benzínových a naftových motorov SkyActiv sa inžinieri z japonskej Hirošimy zamerali na šesť hlavných faktorov, ktoré ovplyvňujú výslednú spotrebu a emisie:

• pomer kompresie,
• pomer paliva a vzduchu,
• trvanie fázy spaľovania zmesi,
• čas spaľovacej fázy zmesi,
• čerpacie straty,
• trenie mechanických častí motora.

V prípade benzínových a naftových motorov sa ako najdôležitejší faktor pri znižovaní emisií a spotreby paliva ukázal kompresný pomer a zníženie strát trením.

Motor SkyActiv D

Motor s objemom 2191 14,0 cm1 je vybavený vysokotlakovým vstrekovacím systémom common rail s piezoelektrickými vstrekovačmi. Vyznačuje sa neobvykle nízkym kompresným pomerom iba 16: 1 pre naftu. O dobíjanie sa stará dvojica turbodúchadiel rôznych veľkostí, čo má pozitívny vplyv na zníženie oneskorenia reakcie motora na stlačenie plynového pedála. Ventilový rozvod aktivuje variabilný zdvih výfukových ventilov, čo vedie k rýchlejšiemu zahriatiu studeného motora, pretože niektoré výfukové plyny sa vracajú do valcov. Vďaka spoľahlivému štartovaniu za studena a stabilnému spaľovaniu počas fázy zahrievania vyžadujú konvenčné naftové motory vysoký kompresný pomer, ktorý sa obvykle pohybuje v rozmedzí 18: 1 až 14,0: 1. Nízky kompresný pomer 2: 20 pre SkyActiv -D motor umožňuje optimalizovať čas spaľovacieho procesu. So znižujúcim sa kompresným pomerom klesá v hornej úvrati aj teplota a tlak valca. V takom prípade zmes horí dlhšie, aj keď sa palivo vstrekuje do valca tesne pred dosiahnutím hornej úvrati. V dôsledku predĺženého spaľovania sa v horľavej zmesi nevytvárajú oblasti s nedostatkom kyslíka a teplota zostáva rovnomerná, takže sa výrazne eliminuje tvorba NOx a sadzí. Vďaka vstrekovaniu paliva a spaľovaniu v blízkosti hornej úvrati je motor účinnejší. To znamená efektívnejšie využitie chemickej energie obsiahnutej v palive, ako aj viac mechanickej práce na jednotku paliva ako v prípade vysoko kompresného dieselového motora. Výsledkom je zníženie spotreby nafty a logických emisií CO2,2 o viac ako 16% v porovnaní s motorom 1 MZR-CD pracujúcim s kompresným pomerom 6: 2015. karbón. Motor teda aj bez dodatočného systému odstraňovania NOx spĺňa emisnú normu Euro XNUMX, ktorá nadobudne účinnosť v roku XNUMX. Motor teda nepotrebuje selektívnu katalytickú redukciu ani katalyzátor eliminujúci NOx.

Vzhľadom na nízku kompresiu nemôže motor vytvárať dostatočne vysokú teplotu na zapálenie zmesi počas studených štartov, čo môže viesť k veľmi problematickému štartovaniu a prerušovanej prevádzke motora, najmä v zime. Z tohto dôvodu je SkyActiv-D vybavený keramickými žeraviacimi sviečkami a výfukovým ventilom VVL s variabilným zdvihom. To umožňuje vnútornú recirkuláciu horúcich výfukových plynov v spaľovacej komore. Prvému zapáleniu pomáha žeraviaca sviečka, ktorá postačuje na to, aby výfukové plyny dosiahli požadovanú teplotu. Po naštartovaní motora sa výfukový ventil nezatvorí ako bežný sací motor. Namiesto toho zostane pootvorený a horúce výfukové plyny sa vrátia do spaľovacej komory. Tým sa v ňom zvýši teplota, a preto sa uľahčí následné zapálenie zmesi. Motor teda od prvého momentu beží hladko a bez prerušenia.

V porovnaní s naftovým motorom 2,2 MZR-CD sa tiež znížilo vnútorné trenie o 25 %. To sa prejavuje nielen v ďalšom znížení celkových strát, ale aj v rýchlejšej odozve a zlepšení výkonu. Ďalšou výhodou nižšieho kompresného pomeru sú nižšie maximálne tlaky vo valcoch a teda menšie namáhanie jednotlivých komponentov motora. Z tohto dôvodu nie je potrebná taká robustná konštrukcia motora, čo vedie k ďalšej úspore hmotnosti. Hlava valcov s integrovaným potrubím má tenšie steny a váži o tri kilogramy menej ako doteraz. Hliníkový blok valcov je o 25 kg ľahší. Hmotnosť piestov a kľukového hriadeľa sa znížila o ďalších 25 percent. Výsledkom je, že celková hmotnosť motora SkyActiv-D je o 20 % nižšia ako u doteraz používaného motora 2,2 MZR-CD.

Motor SkyActiv-D využíva dvojstupňové preplňovanie. To znamená, že je vybavený jedným malým a jedným veľkým turbodúchadlom, z ktorých každé pracuje v inom rozsahu otáčok. Menší sa používa pri nízkych a stredných otáčkach. Vďaka nižšej zotrvačnosti rotujúcich častí zlepšuje krivku krútiaceho momentu a eliminuje takzvaný turboefekt, to znamená oneskorenie reakcie motora na náhly skok akcelerátora pri nízkych otáčkach, keď vo výfuku nie je dostatočný tlak. . odbočná rúra na rýchle otáčanie turbíny turbodúchadla. Oproti tomu väčšie turbodúchadlo je plne zapojené v pásme stredných otáčok. Oba turbodúchadlá spoločne poskytujú motoru plochú krivku krútiaceho momentu pri nízkych otáčkach a vysoký výkon pri vysokých otáčkach. Vďaka dostatočnému prívodu vzduchu z turbodúchadiel v širokom rozsahu otáčok sú emisie NOx a tuhých častíc obmedzené na minimum.

Pre Európu sa zatiaľ vyrábajú dve verzie motora 2,2 SkyActiv-D. Silnejší má maximálny výkon 129 kW pri 4500 ot / min a maximálny krútiaci moment 420 Nm pri 2000 ot / min. Slabší má 110 kW pri 4500 ot / min a krútiaci moment 380 Nm v rozmedzí 1800-2600 ot / min, pri max. otáčky oboch motorov sú 5200. V praxi motor pôsobí dosť letargicky až do 1300 1700 ot./min., od tejto hranice začína naberať otáčky, pričom na bežné jazdenie ho stačí udržať na asi XNUMX ot./min a viac dokonca aj pre potreby plynulého zrýchlenia.

Motor SkyActiv G.

Atmosférický benzínový motor s označením Skyactiv-G má nezvyčajne vysoký kompresný pomer 14,0:1, v súčasnosti najvyšší v sériovo vyrábanom osobnom aute. Zvýšenie kompresného pomeru zvyšuje tepelnú účinnosť benzínového motora, čo v konečnom dôsledku znamená nižšie hodnoty CO2 a tým aj nižšiu spotrebu paliva. Riziko spojené s vysokým kompresným pomerom v prípade benzínových motorov predstavuje takzvané klepavé spaľovanie – detonácia a z toho vyplývajúce zníženie krútiaceho momentu a nadmerné opotrebovanie motora. Aby sa zabránilo klepavému spaľovaniu zmesi v dôsledku vysokého kompresného pomeru, motor Skyactiv-G využíva zníženie množstva, ako aj tlaku zvyškových horúcich plynov v spaľovacom priestore. Preto sa používa výfukové potrubie v konfigurácii 4-2-1. Z tohto dôvodu je výfukové potrubie pomerne dlhé a účinne tak zabraňuje návratu výfukových plynov do spaľovacej komory ihneď po ich vypustení z nej. Výsledný pokles teploty spaľovania účinne zabraňuje vzniku detonačného horenia - detonácie. Ďalším prostriedkom na zabránenie výbuchu je skrátenie doby horenia zmesi. Rýchlejšie horenie zmesi znamená kratší čas, počas ktorého je nespálená zmes paliva a vzduchu vystavená vysokým teplotám, takže detonácia nestihne vôbec nastať. Spodná časť piestov je tiež opatrená špeciálnymi vybraniami, aby sa plamene horiacej zmesi tvoriacej sa v mnohých smeroch mohli rozširovať bez toho, aby sa navzájom križovali, a vstrekovací systém je tiež vybavený novo vyvinutými viacotvorovými vstrekovačmi, ktoré umožňujú palivo, ktoré sa má rozprášiť.

Pre zvýšenie účinnosti motora je tiež potrebné znížiť takzvané čerpacie straty. K tomu dochádza pri nižšom zaťažení motora, keď piest nasáva vzduch pri pohybe nadol počas fázy nasávania Množstvo vzduchu vstupujúceho do valca je zvyčajne riadené škrtiacou klapkou umiestnenou v sacom trakte. Pri malom zaťažení motora je potrebné len malé množstvo vzduchu. Škrtiaca klapka je takmer zatvorená, čo vedie k tomu, že tlak v sacom trakte a vo valci je pod atmosférickým. Preto musí piest prekonať výrazný podtlak – takmer vákuum, čo negatívne ovplyvňuje spotrebu paliva. Konštruktéri Mazdy použili nekonečne variabilné časovanie sacích a výfukových ventilov (S-VT), aby minimalizovali straty čerpadla. Tento systém umožňuje regulovať množstvo nasávaného vzduchu pomocou ventilov namiesto škrtiacej klapky. Pri nízkom zaťažení motora je potrebné veľmi málo vzduchu. Systém variabilného časovania ventilov teda udržiava sacie ventily otvorené na začiatku kompresnej fázy (keď sa piest zdvihne) a zatvára ich až vtedy, keď je vo valci potrebné množstvo vzduchu. Systém S-VT tak v konečnom dôsledku znižuje čerpacie straty o 20 % a zlepšuje účinnosť spaľovacieho procesu. Podobné riešenie už dlhšiu dobu používa BMW, ktoré tento systém nazýva Dvojitý VANOS.

Pri použití tohto systému regulácie objemu nasávaného vzduchu existuje riziko nedostatočného spaľovania zmesi v dôsledku nižšieho tlaku, pretože sacie ventily zostávajú na začiatku kompresnej fázy otvorené. V tejto súvislosti inžinieri Mazdy použili vysoký kompresný pomer motora Skyactiv G 14,0: 1, čo znamená vyššiu teplotu a tlak vo valci, takže spaľovací proces zostáva stabilný a motor beží ekonomickejšie.

Nízku účinnosť motora uľahčuje aj jeho ľahká konštrukcia a menšie mechanické trenie pohyblivých častí. V porovnaní s inštalovaným benzínovým motorom 2,0 MZR má motor Skyactiv G o 20% ľahšie piesty, o 15% ľahšie ojnice a menšie hlavné ložiská kľukového hriadeľa, čo má za následok celkové zníženie hmotnosti o 10%. Znížením trenia ventilov na polovicu a trením piestnych krúžkov o takmer 40%sa celkové mechanické trenie motora znížilo o 30%.

Všetky uvedené úpravy mali za následok lepšiu ovládateľnosť motora v nízkych až stredných otáčkach a 15% zníženie spotreby paliva v porovnaní s klasickým 2,0 MZR. Dnes sú tieto dôležité emisie CO2 ešte nižšie ako dnes používaný vznetový motor 2,2 MZR-CD. Výhodou je tiež použitie klasického benzínu BA 95.

Všetky benzínové a naftové motory SkyActiv v Európe budú vybavené systémom i-stop, teda systémom stop-štart, ktorý automaticky vypne motor pri zastavení. Nasledovať budú ďalšie elektrické systémy, regeneračné brzdenie a pod.