Mesin Mazda SkyActiv G - bensin dan SkyActiv D - diesel

Pembuat mobil bertujuan untuk mengurangi emisi CO₂ berbeda. Kadang-kadang, misalnya, o Kompromi yang menggeser kesenangan mengemudi ke pinggir jalan. Namun, Mazda telah memutuskan untuk pergi ke arah yang berbeda dan mengurangi emisi dengan solusi all-in-one baru yang tidak menghilangkan kesenangan berkendara. Selain desain baru mesin bensin dan diesel, solusinya juga mencakup sasis, bodi, dan girboks baru. Mengurangi berat seluruh kendaraan berjalan seiring dengan teknologi baru.

Studi terbaru menunjukkan bahwa mesin pembakaran konvensional akan terus mendominasi dunia otomotif selama 15 tahun ke depan, sehingga layak untuk terus menginvestasikan banyak upaya untuk mengembangkannya. Seperti yang Anda ketahui, sebagian besar energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar tidak diubah menjadi kerja mekanis selama pembakaran, tetapi secara harfiah menguap dalam bentuk limbah panas melalui pipa knalpot, radiator, dll. Dan mereka juga menjelaskan kerugian yang disebabkan oleh gesekan bahan bakar. bagian-bagian mekanik mesin. Dalam mengembangkan generasi baru mesin bensin dan diesel SkyActiv, para insinyur dari Hiroshima, Jepang, berfokus pada enam faktor utama yang memengaruhi konsumsi dan emisi yang dihasilkan:

• rasio kompresi,
• rasio bahan bakar dan udara,
• durasi fase pembakaran campuran,
• waktu fase pembakaran campuran,
• kerugian pemompaan,
• gesekan bagian mekanik mesin.

Dalam kasus mesin bensin dan diesel, rasio kompresi dan pengurangan kehilangan gesekan telah terbukti menjadi faktor terpenting dalam mengurangi emisi dan konsumsi bahan bakar.

SkyActiv D motor

Mesin 2191 cc ini dilengkapi dengan sistem injeksi common rail bertekanan tinggi dengan injektor piezoelektrik. Ini fitur rasio kompresi yang sangat rendah hanya 14,0: 1 untuk diesel. Pengisian ulang disediakan oleh sepasang turbocharger dengan ukuran berbeda, yang memiliki efek positif dalam mengurangi penundaan respons mesin saat menekan pedal akselerator. Kereta katup mencakup perjalanan katup variabel, yang memanas lebih cepat saat mesin dingin, karena beberapa gas buang kembali ke silinder. Karena start dingin yang andal dan pembakaran yang stabil selama fase pemanasan, mesin diesel konvensional memerlukan rasio kompresi tinggi, yang biasanya berkisar antara 16:1 hingga 18:1. Rasio kompresi rendah 14,0:1 untuk SkyActiv Mesin -D memungkinkan mengoptimalkan waktu proses pembakaran. Saat rasio kompresi menurun, suhu dan tekanan silinder juga menurun di titik mati atas. Dalam hal ini, campuran terbakar lebih lama bahkan jika bahan bakar disuntikkan ke dalam silinder tepat sebelum mencapai titik mati atas. Sebagai hasil dari pembakaran yang berkepanjangan, daerah dengan kekurangan oksigen tidak terbentuk dalam campuran yang mudah terbakar, dan suhu tetap seragam, sehingga pembentukan NOx dan jelaga secara signifikan dikecualikan. Dengan injeksi bahan bakar dan pembakaran di dekat titik mati atas, mesin lebih efisien. Ini berarti lebih efisien penggunaan energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar serta lebih banyak kerja mekanis per unit bahan bakar daripada dalam kasus mesin diesel kompresi tinggi. Hasilnya adalah pengurangan konsumsi diesel dan emisi CO2 logis lebih dari 20% dibandingkan dengan mesin 2,2 MZR-CD yang beroperasi dengan rasio kompresi 16: 1. Seperti disebutkan, lebih sedikit oksida nitrogen yang dihasilkan selama pembakaran dan hampir tidak ada karbon teknis . Dengan demikian, bahkan tanpa sistem penghilangan NOx tambahan, mesin memenuhi standar emisi Euro 6 yang akan mulai berlaku pada tahun 2015. Dengan demikian, mesin tidak memerlukan reduksi katalitik selektif atau katalis penghilang NOx.

Karena kompresi rendah, mesin tidak dapat menghasilkan suhu yang cukup tinggi untuk menyalakan campuran selama start dingin, yang dapat menyebabkan start yang sangat bermasalah dan pengoperasian mesin yang terputus-putus, terutama di musim dingin. Untuk alasan ini, SkyActiv-D dilengkapi dengan busi pijar keramik dan katup buang VVL langkah variabel. Hal ini memungkinkan gas buang panas untuk disirkulasikan kembali secara internal di dalam ruang bakar. Pengapian pertama dibantu oleh busi pijar, yang cukup untuk gas buang mencapai suhu yang dibutuhkan. Setelah menghidupkan mesin, katup buang tidak akan menutup seperti mesin intake normal. Sebaliknya, itu tetap terbuka dan gas buang panas kembali ke ruang bakar. Ini meningkatkan suhu di dalamnya dan karenanya memfasilitasi pengapian campuran berikutnya. Dengan demikian, mesin berjalan dengan lancar dan tanpa gangguan sejak saat pertama.

Dibandingkan dengan mesin diesel 2,2 MZR-CD, gesekan internal juga berkurang sebesar 25%. Hal ini tercermin tidak hanya dalam pengurangan lebih lanjut kerugian secara keseluruhan, tetapi juga dalam respon yang lebih cepat dan peningkatan kinerja. Manfaat lain dari rasio kompresi yang lebih rendah adalah tekanan silinder maksimum yang lebih rendah dan oleh karena itu lebih sedikit tekanan pada masing-masing komponen mesin. Untuk alasan ini, tidak diperlukan desain mesin yang kokoh, sehingga lebih menghemat bobot. Kepala silinder dengan manifold terintegrasi memiliki dinding yang lebih tipis dan berat tiga kilogram lebih ringan dari sebelumnya. Blok silinder aluminium lebih ringan 25 kg. Bobot piston dan poros engkol telah berkurang 25 persen lagi. Hasilnya, bobot keseluruhan mesin SkyActiv-D menjadi 20% lebih rendah daripada mesin 2,2 MZR-CD yang digunakan selama ini.

Mesin SkyActiv-D menggunakan supercharging dua tahap. Ini berarti dilengkapi dengan satu turbocharger kecil dan satu turbocharger besar, masing-masing beroperasi pada rentang kecepatan yang berbeda. Yang lebih kecil digunakan pada putaran rendah dan menengah. Karena inersia yang lebih rendah dari bagian yang berputar, ini meningkatkan kurva torsi dan menghilangkan apa yang disebut efek turbo, yaitu, penundaan respons mesin terhadap lompatan akselerator mendadak pada kecepatan rendah ketika tidak ada cukup tekanan di knalpot . pipa cabang untuk memutar cepat turbin turbocharger. Sebaliknya, turbocharger yang lebih besar bekerja sepenuhnya dalam kisaran kecepatan menengah. Bersama-sama, kedua turbocharger menyediakan mesin dengan kurva torsi datar pada rpm rendah dan tenaga tinggi pada rpm tinggi. Berkat pasokan udara yang cukup dari turbocharger pada rentang kecepatan yang lebar, emisi NOx dan partikulat dijaga agar tetap minimum.

Sejauh ini, dua versi mesin 2,2 SkyActiv-D sedang diproduksi untuk Eropa. Yang lebih kuat memiliki tenaga maksimum 129 kW pada 4500 rpm dan torsi maksimum 420 Nm pada 2000 rpm. Yang lebih lemah memiliki 110 kW pada 4500 rpm dan torsi 380 Nm pada kisaran 1800-2600 rpm, pada maks. kecepatan kedua mesin adalah 5200. Dalam prakteknya, mesin bekerja agak lesu hingga 1300 rpm, dari batas ini mulai mendapatkan kecepatan, sedangkan untuk mengemudi normal cukup mempertahankannya di sekitar 1700 rpm atau lebih bahkan untuk kebutuhan akselerasi halus.

Mesin SkyActiv G

Mesin bensin yang disedot secara alami, yang disebut Skyactiv-G, memiliki rasio kompresi yang luar biasa tinggi yaitu 14,0:1, saat ini merupakan yang tertinggi dalam mobil penumpang yang diproduksi secara massal. Meningkatkan rasio kompresi meningkatkan efisiensi termal mesin bensin, yang pada akhirnya berarti nilai CO2 yang lebih rendah dan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah. Risiko yang terkait dengan rasio kompresi yang tinggi dalam kasus mesin bensin adalah apa yang disebut pembakaran ketukan - ledakan dan menghasilkan pengurangan torsi dan keausan mesin yang berlebihan. Untuk mencegah terjadinya knocking pada pembakaran campuran akibat rasio kompresi yang tinggi, mesin Skyactiv-G menggunakan pengurangan kuantitas serta tekanan sisa gas panas di ruang bakar. Oleh karena itu, digunakan pipa knalpot dengan konfigurasi 4-2-1. Untuk alasan ini, pipa knalpot relatif panjang dan dengan demikian secara efektif mencegah gas buang kembali ke ruang bakar segera setelah dikeluarkan darinya. Penurunan temperatur pembakaran yang dihasilkan efektif mencegah terjadinya pembakaran detonasi – detonasi. Sebagai cara lain untuk mencegah ledakan, waktu pembakaran campuran telah dikurangi. Pembakaran campuran yang lebih cepat berarti waktu yang lebih singkat di mana campuran bahan bakar dan udara yang tidak terbakar terkena suhu tinggi, sehingga ledakan tidak sempat terjadi sama sekali. Bagian bawah piston juga dilengkapi dengan ceruk khusus sehingga nyala api dari campuran pembakaran yang terbentuk ke berbagai arah dapat meluas tanpa saling bersilangan, dan sistem injeksi juga telah dilengkapi dengan injektor multi-lubang yang baru dikembangkan, yang memungkinkan bahan bakar yang akan diatomisasi.

Juga perlu untuk mengurangi apa yang disebut kerugian pemompaan untuk meningkatkan efisiensi mesin. Ini terjadi pada beban mesin yang lebih rendah ketika piston menarik udara saat bergerak ke bawah selama fase intake.Jumlah udara yang masuk ke silinder biasanya dikontrol oleh katup throttle yang terletak di saluran intake. Pada beban mesin rendah, hanya sedikit udara yang dibutuhkan. Katup throttle hampir tertutup, yang mengarah pada fakta bahwa tekanan di saluran masuk dan di dalam silinder di bawah tekanan atmosfer. Oleh karena itu, piston harus mengatasi tekanan negatif yang signifikan - hampir vakum, yang berdampak negatif pada konsumsi bahan bakar. Desainer Mazda menggunakan intake variabel tak terhingga dan timing katup buang (S-VT) untuk meminimalkan kehilangan pompa. Sistem ini memungkinkan Anda untuk mengontrol jumlah udara masuk menggunakan katup alih-alih throttle. Pada beban mesin ringan, sangat sedikit udara yang dibutuhkan. Dengan demikian, sistem timing katup variabel menjaga katup masuk tetap terbuka pada awal fase kompresi (saat piston naik) dan menutupnya hanya jika jumlah udara yang dibutuhkan ada di dalam silinder. Dengan demikian, sistem S-VT pada akhirnya mengurangi kerugian pemompaan sebesar 20% dan meningkatkan efisiensi proses pembakaran. Solusi serupa telah lama digunakan oleh BMW, menyebut sistem ini VANOS ganda.

Saat menggunakan sistem kontrol volume udara masuk ini, ada risiko pembakaran campuran yang tidak mencukupi karena tekanan yang lebih rendah, karena katup masuk tetap terbuka pada awal fase kompresi. Dalam hal ini, para insinyur Mazda menggunakan rasio kompresi yang tinggi dari mesin Skyactiv G sebesar 14,0:1, yang berarti temperatur dan tekanan di dalam silinder lebih tinggi, sehingga proses pembakaran tetap stabil dan mesin berjalan lebih irit.

Efisiensi rendah mesin juga difasilitasi oleh desainnya yang ringan dan gesekan mekanis yang lebih sedikit pada bagian yang bergerak. Dibandingkan dengan mesin bensin 2,0 MZR yang terpasang, mesin Skyactiv G memiliki piston 20% lebih ringan, batang penghubung 15% lebih ringan, dan bantalan utama poros engkol yang lebih kecil, menghasilkan pengurangan berat keseluruhan sebesar 10%. Dengan mengurangi separuh gesekan katup dan gesekan cincin piston hampir 40%, gesekan mekanis total mesin telah berkurang 30%.

Semua modifikasi yang disebutkan menghasilkan kemampuan manuver mesin yang lebih baik pada putaran rendah hingga sedang dan pengurangan 15% dalam konsumsi bahan bakar dibandingkan dengan 2,0 MZR klasik. Saat ini, emisi CO2 penting ini bahkan lebih rendah daripada mesin diesel 2,2 MZR-CD yang digunakan saat ini. Keunggulannya juga penggunaan bensin klasik BA 95.

Semua mesin bensin dan diesel SkyActiv di Eropa akan dilengkapi dengan sistem i-stop, yaitu sistem stop-start untuk mematikan mesin secara otomatis saat berhenti. Sistem kelistrikan lainnya, pengereman regeneratif, dll. akan menyusul.