Двигатель Mazda SkyActiv G – бензин и SkyActiv D – дизель

Автопроизводители стремятся сократить выбросы CO₂ по-разному. Иногда это, например, o Компромиссы, которые смещают радость от вождения на обочину. Однако Mazda решила пойти в другом направлении и сократить выбросы с помощью нового комплексного решения, которое не лишит водителя удовольствия от вождения. Помимо новой конструкции бензиновых и дизельных двигателей, решение также включает новые шасси, кузов и коробку передач. Снижение веса всего автомобиля идет рука об руку с новыми технологиями.

Недавние исследования показывают, что обычные двигатели внутреннего сгорания будут продолжать доминировать в автомобильном мире в течение следующих 15 лет, поэтому стоит продолжать вкладывать много усилий в их разработку. Как известно, большая часть химической энергии, содержащейся в топливе, не преобразуется в механическую работу при сгорании, а буквально испаряется в виде отработанного тепла через выхлопные трубы, радиатор и т. Д. и они также объясняют потери, вызванные трением механических частей двигателя. При разработке нового поколения бензиновых и дизельных двигателей SkyActiv инженеры из Хиросимы, Япония, сосредоточили внимание на шести основных факторах, влияющих на результирующий расход и вредные выбросы:

• коэффициент сжатия,
• соотношение топлива и воздуха,
• продолжительность фазы горения смеси,
• время фазы горения смеси,
• насосные потери,
• трение механических частей двигателя.

В случае бензиновых и дизельных двигателей степень сжатия и снижение потерь на трение оказались наиболее важными факторами в задаче снижения выбросов и расхода топлива.

Мотор SkyActiv D

Двигатель объемом 2191 куб.см оснащен системой впрыска Common Rail высокого давления с пьезоэлектрическими форсунками. Он отличается необычно низкой степенью сжатия всего 14,0: 1 для дизельного топлива. Перезарядка обеспечивается парой турбонагнетателей разного размера, что положительно сказывается на уменьшении задержки реакции двигателя на нажатие педали акселератора. Клапанный механизм включает регулируемый ход выпускных клапанов, что приводит к более быстрому прогреву холодного двигателя, поскольку часть выхлопных газов возвращается в цилиндры. Из-за надежного холодного запуска и стабильного процесса сгорания во время фазы нагрева обычным дизельным двигателям требуется высокая степень сжатия, которая обычно находится в диапазоне от 16: 1 до 18: 1. Низкая степень сжатия 14,0: 1 для двигателя SkyActiv-D позволяет оптимизировать время процесса сгорания. По мере уменьшения степени сжатия температура и давление в цилиндре также уменьшаются при достижении верхней мертвой точки. В этом случае смесь горит дольше, даже если топливо впрыскивается в цилиндр непосредственно перед достижением верхней мертвой точки. В результате длительного горения в горючей смеси не образуются участки с дефицитом кислорода, а температура остается однородной, так что образование NOx и сажи значительно исключается. Благодаря тому, что впрыск и сгорание топлива происходят вблизи верхней мертвой точки, двигатель более эффективен. Это означает более эффективное использование химической энергии, содержащейся в топливе, а также большее количество механической работы, производимой на единицу топлива, чем в случае дизельного двигателя с высокой степенью сжатия. Результатом является снижение расхода дизельного топлива и логических выбросов CO2 более чем на 20% по сравнению с двигателем 2,2 MZR-CD, работающим со степенью сжатия 16: 1. Как уже упоминалось, в процессе сгорания образуется гораздо меньше оксидов азота и почти нет технического углерода. Таким образом, даже без дополнительной системы удаления NOx двигатель соответствует стандарту выбросов Euro 6, который должен вступить в силу в 2015 году. Таким образом, двигатель не нуждается ни в селективном каталитическом восстановлении, ни в катализаторе, устраняющем NOx.

Из-за низкой компрессии двигатель не может создавать достаточно высокую температуру для воспламенения смеси во время холодных запусков, что может привести к очень проблематичному запуску и работе двигателя с перебоями, особенно зимой. По этой причине SkyActiv-D оснащен керамическими свечами накаливания и выпускным клапаном VVL с регулируемым ходом. Это обеспечивает внутреннюю рециркуляцию горячих выхлопных газов в камере сгорания. Первому зажиганию способствует свеча накаливания, которой достаточно, чтобы выхлопные газы достигли необходимой температуры. После запуска двигателя выпускной клапан не закроется, как в обычном впускном двигателе. Вместо этого он остается приоткрытым, и горячие выхлопные газы возвращаются в камеру сгорания. Это повышает температуру в нем и, следовательно, облегчает последующее воспламенение смеси. Таким образом, двигатель работает плавно и без сбоев с первого момента.

По сравнению с дизельным двигателем 2,2 MZR-CD внутреннее трение также уменьшилось на 25%. Это отражается не только в дальнейшем снижении общих потерь, но также в более быстром отклике и улучшении рабочих параметров. Еще одно преимущество более низкой степени сжатия – более низкие значения максимального давления в цилиндрах и, следовательно, меньшая нагрузка на отдельные компоненты двигателя. По этой причине нет необходимости в такой прочной конструкции двигателя, что приводит к дальнейшему снижению веса. Головка блока цилиндров со встроенным коллектором имеет более тонкие стенки и весит на три килограмма меньше, чем раньше. Алюминиевый блок цилиндров легче на 25 кг. Вес поршней и коленчатого вала уменьшился еще на 25 процентов. В результате общий вес двигателя SkyActiv-D на 20% ниже, чем у используемого до сих пор двигателя 2,2 MZR-CD.

В двигателе SkyActiv-D используется двухступенчатый наддув. Это означает, что он оснащен одним маленьким и одним большим турбокомпрессором, каждый из которых работает в разном диапазоне скоростей. Меньший используется на низких и средних оборотах. Благодаря более низкой инерции вращающихся частей он улучшает ход кривой крутящего момента и устраняет так называемый турбо-эффект, то есть задержку реакции двигателя на резкий скачок акселератора на низкой скорости, когда в выхлопе недостаточно давления. патрубок для быстрого поворота турбины турбонагнетателя. Напротив, более крупный турбокомпрессор полностью задействован в диапазоне средних скоростей. Оба турбонагнетателя вместе обеспечивают двигателю ровную кривую крутящего момента на низких оборотах и ​​высокую мощность на высоких оборотах. Благодаря достаточной подаче воздуха от турбонагнетателей в широком диапазоне скоростей выбросы NOx и твердых частиц остаются минимальными.

Пока для Европы производятся две версии двигателя 2,2 SkyActiv-D. Более сильный имеет максимальную мощность 129 кВт при 4500 об / мин и максимальный крутящий момент 420 Нм при 2000 об / мин. Более слабый имеет 110 кВт при 4500 об / мин и крутящий момент 380 Нм в диапазоне 1800-2600 об / мин, при макс. частота вращения обоих двигателей составляет 5200. На практике двигатель действует довольно летаргически до 1300 об / мин, с этого предела он начинает набирать обороты, в то время как для нормальной езды достаточно поддерживать его около 1700 об / мин и более даже для нужд плавного разгона.

Мотор SkyActiv G

Бензиновый двигатель с атмосферным наполнением с обозначением Skyactiv-G имеет необычно высокую степень сжатия 14,0: 1. В настоящее время это значение является самым высоким среди легковых автомобилей серийного производства. Увеличение степени сжатия увеличивает тепловой КПД бензинового двигателя, что в конечном итоге означает более низкие значения CO2 и, следовательно, меньший расход топлива. Риск, связанный с высокой степенью сжатия в случае бензиновых двигателей, представляет собой так называемое детонационное сгорание – детонация и связанное с этим снижение крутящего момента и чрезмерный износ двигателя. Чтобы предотвратить детонационное сгорание смеси из-за высокой степени сжатия, двигатель Skyactiv-G использует уменьшение количества, а также давления остаточных горячих газов в камере сгорания. Поэтому используется выхлопная труба в конфигурации 4-2-1. По этой причине выхлопная труба относительно длинна и, таким образом, эффективно предотвращает возврат выхлопных газов в камеру сгорания сразу после того, как они были выпущены из нее. Результирующее падение температуры сгорания эффективно предотвращает возникновение детонационного сгорания – детонации. В качестве еще одного средства предотвращения детонации сокращено время горения смеси. Более быстрое горение смеси означает более короткое время, в течение которого несгоревшая смесь топлива и воздуха подвергается воздействию высоких температур, так что детонация вообще не успевает произойти. Нижняя часть поршней также снабжена специальными углублениями, чтобы пламя горящей смеси, образующей множество направлений, могло расширяться, не пересекая друг друга, а система впрыска также была оснащена недавно разработанными инжекторами с несколькими отверстиями, что позволяет распыление топлива.

Также необходимо уменьшить так называемые насосные потери для повышения эффективности двигателя. Это происходит при более низких нагрузках на двигатель, когда поршень втягивает воздух при движении вниз во время фазы впуска.Количество воздуха, поступающего в цилиндр, обычно регулируется дроссельной заслонкой, расположенной во впускном тракте. При малых нагрузках двигателя требуется лишь небольшое количество воздуха. Дроссельная заслонка почти закрыта, что приводит к тому, что давление во впускном тракте и в цилиндре оказывается ниже атмосферного. Поэтому поршень должен преодолевать значительное отрицательное давление – почти вакуум, что отрицательно сказывается на расходе топлива. Конструкторы Mazda использовали бесступенчатую регулировку фаз впускных и выпускных клапанов (S-VT), чтобы минимизировать потери в насосе. Эта система позволяет регулировать количество всасываемого воздуха с помощью клапанов вместо дроссельной заслонки. При малых нагрузках двигателя требуется очень небольшое количество воздуха. Таким образом, система изменения фаз газораспределения удерживает всасывающие клапаны открытыми в начале фазы сжатия (когда поршень поднимается) и закрывает их только тогда, когда в цилиндре находится необходимое количество воздуха. Таким образом, система S-VT в конечном итоге снижает насосные потери на 20% и способствует повышению эффективности процесса сгорания. Похожее решение уже давно использует BMW, называя эту систему Двойной VANOS.

При использовании этой системы регулирования объема всасываемого воздуха существует риск недостаточного сгорания смеси из-за более низкого давления, поскольку всасывающие клапаны остаются открытыми в начале фазы сжатия. В этом отношении инженеры Mazda использовали высокую степень сжатия двигателя Skyactiv G 14,0: 1, что означает более высокую температуру и давление в цилиндре, поэтому процесс сгорания остается стабильным, а двигатель работает более экономично.

Небольшой эффективности двигателя также способствует его легкая конструкция и меньшее механическое трение движущихся частей. По сравнению с установленным бензиновым двигателем 2,0 MZR двигатель Skyactiv G получил на 20% более легкие поршни, на 15% более легкие шатуны и меньшие размеры коренных подшипников коленчатого вала, что привело к общему снижению веса на 10%. За счет уменьшения вдвое трения клапанов и трения поршневых колец почти на 40% общее механическое трение двигателя снизилось на 30%.

Все упомянутые модификации привели к лучшей маневренности двигателя на низких и средних оборотах и ​​снижению расхода топлива на 15% по сравнению с классическим 2,0 MZR. Сегодня такие важные выбросы CO2 даже ниже, чем у используемого сегодня дизельного двигателя 2,2 MZR-CD. Плюсом является также использование классического бензина ВА 95.

Все бензиновые и дизельные двигатели SkyActiv в Европе будут оснащены системой i-stop, то есть системой стоп-старт для автоматического отключения двигателя при остановке. Прочие электрические системы, рекуперативное торможение и т. Д. последует.