Mazda SkyActiv G motor - benzin og SkyActiv D - diesel

Bilproducenter sigter mod at reducere CO -emissioner₂ anderledes. Nogle gange er det for eksempel o Kompromisser, der flytter glæden ved at køre til sidelinjen. Mazda har dog besluttet at gå i en anden retning og reducere emissioner med en ny alt-i-en-løsning, der ikke fjerner glæden ved at køre. Ud over det nye design af benzin- og dieselmotorer inkluderer løsningen også nyt chassis, karosseri og gearkasse. At reducere vægten af ​​hele køretøjet går hånd i hånd med ny teknologi.

Nylige undersøgelser viser, at konventionelle forbrændingsmotorer fortsat vil dominere bilverdenen i de næste 15 år, så det er værd at fortsætte med at investere en stor indsats i at udvikle dem. Som du ved, omdannes det meste af den kemiske energi i brændstoffet ikke til mekanisk arbejde under forbrænding, men fordamper bogstaveligt talt i form af spildvarme gennem udstødningsrør, radiator osv., Og de forklarer også tab forårsaget af friktion af motorens mekaniske dele. Ved udviklingen af ​​den nye generation af SkyActiv benzin- og dieselmotorer fokuserede ingeniører fra Hiroshima, Japan, på seks hovedfaktorer, der påvirker det resulterende forbrug og emissioner:

• kompressions forhold,
• brændstof til luftforhold,
• varigheden af ​​blandingens forbrændingsfase,
• tidspunktet for blandingens forbrændingsfase,
• pumpetab,
• friktion af motorens mekaniske dele.

For benzin- og dieselmotorer har kompressionsforhold og reduktion af friktionstab vist sig at være de vigtigste faktorer for at reducere emissioner og brændstofforbrug.

SkyActiv D motor

2191 cc motoren er udstyret med et højtryks common rail -indsprøjtningssystem med piezoelektriske injektorer. Den har et usædvanligt lavt kompressionsforhold på kun 14,0: 1 for diesel. Genopladning leveres af et par turboladere i forskellige størrelser, hvilket har en positiv effekt på at reducere forsinkelsen i motorresponsen ved at trykke på speederpedalen. Ventiltoget inkluderer variabel ventilkørsel, som opvarmes hurtigere, når motoren er kold, da nogle af udstødningsgasserne vender tilbage til cylindrene. På grund af pålidelig koldstart og stabil forbrænding under opvarmningsfasen kræver konventionelle dieselmotorer et højt kompressionsforhold, der typisk ligger i området 16: 1 til 18: 1. Det lave kompressionsforhold på 14,0: 1 for SkyActiv -D -motor tillader optimering af forbrændingsprocessens tid. Når kompressionsforholdet falder, falder cylinderens temperatur og tryk også ved det øverste dødpunkt. I dette tilfælde forbrænder blandingen længere, selvom der sprøjtes brændstof i cylinderen lige før den når det øverste dødpunkt. Som følge af langvarig forbrænding dannes områder med iltmangel ikke i den brændbare blanding, og temperaturen forbliver ensartet, så dannelsen af ​​NOx og sod udelukkes betydeligt. Med brændstofindsprøjtning og forbrænding nær top dødpunkt er motoren mere effektiv. Det betyder mere effektiv udnyttelse af den kemiske energi i brændstoffet samt mere mekanisk arbejde pr. Brændstofenhed end ved en dieselmotor med et højt kompressionsforhold. Resultatet er en reduktion i dieselforbruget og logiske CO2-emissioner med mere end 20% sammenlignet med en 2,2 MZR-CD-motor, der kører med et 16: 1 kompressionsforhold. Kulstof. Selv uden et ekstra NOx -fjernelsessystem opfylder motoren således Euro 6 -emissionsstandarden, der skal træde i kraft i 2015. Således behøver motoren ikke selektiv katalytisk reduktion eller en NOx -eliminerende katalysator.

På grund af den lave kompression kan motoren ikke generere en høj nok temperatur til at antænde blandingen under koldstart, hvilket kan føre til meget problematisk start og motorintermitterende drift, især om vinteren. Af denne grund er SkyActiv-D udstyret med keramiske gløderør og en variabel slag VVL udstødningsventil. Dette gør det muligt at recirkulere varme udstødningsgasser internt i forbrændingskammeret. Den første tænding assisteres af et gløderør, som er tilstrækkeligt til at udstødningsgasserne når den nødvendige temperatur. Efter start af motoren lukker udstødningsventilen ikke som en normal indsugningsmotor. I stedet forbliver den på klem, og de varme udstødningsgasser vender tilbage til forbrændingskammeret. Dette øger temperaturen i det og letter derfor den efterfølgende antændelse af blandingen. Således kører motoren jævnt og uden afbrydelse fra det første øjeblik.

Sammenlignet med 2,2 MZR-CD dieselmotoren er den indre friktion også reduceret med 25 %. Dette afspejles ikke kun i en yderligere reduktion af de samlede tab, men også i hurtigere respons og forbedret ydeevne. En anden fordel ved et lavere kompressionsforhold er lavere maksimale cylindertryk og derfor mindre belastning af individuelle motorkomponenter. Af denne grund er der ikke behov for et så robust motordesign, hvilket resulterer i yderligere vægtbesparelser. Topstykket med integreret manifold har tyndere vægge og vejer tre kilo mindre end tidligere. Aluminiums cylinderblokken er 25 kg lettere. Vægten af ​​stemplerne og krumtapakslen er reduceret med yderligere 25 procent. Som følge heraf er den samlede vægt af SkyActiv-D-motoren 20 % lavere end den for den 2,2 MZR-CD-motor, der hidtil er blevet brugt.

SkyActiv-D-motoren bruger to-trins overladning. Det betyder, at den er udstyret med en lille og en stor turbolader, der hver arbejder med et andet hastighedsområde. Den mindre bruges ved lave og mellemstore omdrejninger. På grund af den lavere inerti i de roterende dele forbedrer det drejningsmomentkurven og eliminerer den såkaldte turboeffekt, det vil sige forsinkelsen i motorens reaktion på et pludseligt accelerationsspring ved lav hastighed, når der ikke er nok tryk i udstødningen . grenrør til hurtig drejning af turboladeren. I modsætning hertil er den større turbolader fuldt ud optaget i mellemhastighedsområdet. Tilsammen giver begge turboladere motoren en flad momentkurve ved lavt omdrejningstal og høj effekt ved højt omdrejningstal. Takket være tilstrækkelig lufttilførsel fra turboladerne over et bredt hastighedsområde holdes NOx og partikelemissioner på et minimum.

Indtil videre produceres to versioner af 2,2 SkyActiv-D-motoren til Europa. Den stærkere har en maksimal effekt på 129 kW ved 4500 o / min og et maksimalt drejningsmoment på 420 Nm ved 2000 o / min. Den svagere har 110 kW ved 4500 omdr./min. Og et drejningsmoment på 380 Nm i området 1800-2600 omdr./min., Ved maks. rotationshastigheden for begge motorer er 5200. I praksis virker motoren temmelig sløv op til 1300 omdr./min., fra denne grænse begynder den at få fart, mens det ved normal kørsel er nok til at opretholde den ved omkring 1700 omdr./min eller mere endda for behov for jævn acceleration.

SkyActiv G -motor

Den naturligt aspirerede benzinmotor, betegnet Skyactiv-G, har et usædvanligt højt kompressionsforhold på 14,0:1, som i øjeblikket er det højeste i en masseproduceret personbil. Forøgelse af kompressionsforholdet øger benzinmotorens termiske effektivitet, hvilket i sidste ende betyder lavere CO2-værdier og derfor lavere brændstofforbrug. Risikoen forbundet med et højt kompressionsforhold i tilfælde af benzinmotorer er den såkaldte bankende forbrænding - detonation og den deraf følgende reduktion i drejningsmoment og overdreven motorslid. For at forhindre bankende forbrænding af blandingen på grund af det høje kompressionsforhold, anvender Skyactiv-G-motoren en reduktion i mængden samt trykket af de resterende varme gasser i forbrændingskammeret. Derfor anvendes et udstødningsrør i en 4-2-1 konfiguration. Af denne grund er udstødningsrøret relativt langt og forhindrer således effektivt udstødningsgasser i at vende tilbage til forbrændingskammeret umiddelbart efter, at de er blevet udledt fra det. Det resulterende fald i forbrændingstemperaturen forhindrer effektivt forekomsten af ​​detonationsforbrænding - detonation. Som et andet middel til at forhindre detonation er blandingens brændtid blevet reduceret. Hurtigere afbrænding af blandingen betyder en kortere tid, hvor den uforbrændte blanding af brændstof og luft udsættes for høje temperaturer, så detonation slet ikke når at ske. Den nederste del af stemplerne er desuden forsynet med specielle udsparinger, så flammerne i den brændende blanding, der dannes i mange retninger, kan udvide sig uden at krydse hinanden, ligesom indsprøjtningssystemet er blevet udstyret med nyudviklede flerhuls-injektorer, som gør det muligt at brændstof, der skal forstøves.

Det er også nødvendigt at reducere de såkaldte pumpetab for at øge motorens effektivitet. Dette sker ved lavere motorbelastning, når stemplet trækker luft ind, når det bevæger sig ned under indsugningsfasen.Mængden af ​​luft, der kommer ind i cylinderen, styres normalt af en drosselventil placeret i indsugningskanalen. Ved let motorbelastning kræves der kun en lille mængde luft. Gasspjældet er næsten lukket, hvilket fører til, at trykket i indsugningskanalen og i cylinderen er under atmosfærisk. Derfor skal stemplet overvinde et betydeligt undertryk - nærmest et vakuum, hvilket påvirker brændstofforbruget negativt. Mazdas designere brugte trinløst variabel indsugnings- og udstødningsventiltiming (S-VT) for at minimere pumpetab. Dette system giver dig mulighed for at styre mængden af ​​indsugningsluft ved hjælp af ventiler i stedet for et gashåndtag. Ved lav motorbelastning kræves der meget lidt luft. Således holder det variable ventiltimingssystem indsugningsventilerne åbne i begyndelsen af ​​kompressionsfasen (når stemplet stiger) og lukker dem kun, når den nødvendige mængde luft er i cylinderen. Således reducerer S-VT-systemet i sidste ende pumpetabet med 20 % og forbedrer effektiviteten af ​​forbrændingsprocessen. En lignende løsning har været brugt af BMW i lang tid, kaldet dette system Dobbelt VANOS.

Ved brug af dette indblæsningsluftmængdereguleringssystem er der risiko for utilstrækkelig forbrænding af blandingen på grund af det lavere tryk, da indsugningsventilerne forbliver åbne i begyndelsen af ​​kompressionsfasen. I denne forbindelse brugte Mazda -ingeniører det høje kompressionsforhold for Skyactiv G -motoren på 14,0: 1, hvilket betyder højere temperatur og tryk i cylinderen, så forbrændingsprocessen forbliver stabil, og motoren kører mere økonomisk.

Motorens lave effektivitet lettes også af dets lette design og mindre mekaniske friktion af bevægelige dele. Sammenlignet med den installerede 2,0 MZR benzinmotor har Skyactiv G -motoren 20% lettere stempler, 15% lettere forbindelsesstænger og mindre krumtapaksellejer, hvilket resulterer i en samlet vægtreduktion på 10%. Ved at halvere ventilenes friktion og stempelringernes friktion med næsten 40%er den samlede mekaniske friktion af motoren reduceret med 30%.

Alle de nævnte modifikationer resulterede i bedre motormanøvredygtighed ved lave til medium omdrejninger og en 15% reduktion i brændstofforbruget i forhold til den klassiske 2,0 MZR. I dag er disse vigtige CO2-emissioner endnu lavere end 2,2 MZR-CD dieselmotoren, der bruges i dag. Fordelen er også brugen af ​​klassisk BA 95 benzin.

Alle SkyActiv-benzin- og dieselmotorer i Europa vil være udstyret med et i-stop-system, dvs. et stop-start-system til automatisk at slukke motoren, når den stoppes. Andre elektriske systemer, regenerativ bremsning osv. Følger.