Motor Mazda SkyActiv G - gasolina e SkyActiv D - diesel

Montadoras buscam reduzir as emissões de CO₂ de forma diferente. Às vezes é, por exemplo, o Compromissos que colocam a alegria de dirigir em segundo plano. No entanto, a Mazda decidiu ir em uma direção diferente e reduzir as emissões com uma nova solução tudo-em-um que não tira o prazer de dirigir. Além do novo design dos motores a gasolina e diesel, a solução também inclui novos chassis, carroceria e caixa de câmbio. A redução do peso de todo o veículo está associada a novas tecnologias.

Estudos recentes mostram que os motores de combustão convencionais continuarão a dominar o mundo automotivo nos próximos 15 anos, portanto, vale a pena continuar a investir muito esforço em desenvolvê-los. Como você sabe, a maior parte da energia química contida no combustível não é convertida em trabalho mecânico durante a combustão, mas literalmente evapora na forma de calor residual através dos tubos de escapamento, radiador, etc. e também explicam as perdas causadas pelo atrito de as partes mecânicas do motor. No desenvolvimento da nova geração de motores a gasolina e diesel SkyActiv, engenheiros de Hiroshima, Japão, se concentraram em seis fatores principais que afetam o consumo e as emissões resultantes:

• taxa de compressão,
• relação combustível para ar,
• a duração da fase de combustão da mistura,
• o tempo da fase de combustão da mistura,
• perdas de bombeamento,
• fricção das partes mecânicas do motor.

No caso dos motores a gasolina e diesel, a taxa de compressão e a redução das perdas por atrito têm se mostrado os fatores mais importantes na redução de emissões e consumo de combustível.

Motor SkyActiv D

O motor de 2191 cc está equipado com um sistema de injeção common rail de alta pressão com injetores piezoelétricos. Ele apresenta uma taxa de compressão excepcionalmente baixa de apenas 14,0: 1 para diesel. A recarga é fornecida por um par de turboalimentadores de diferentes tamanhos, o que tem um efeito positivo na redução do atraso na resposta do motor ao pressionar o pedal do acelerador. O trem de válvulas inclui curso de válvula variável, que aquece mais rápido quando o motor está frio, pois alguns dos gases de escapamento retornam aos cilindros. Devido à partida a frio confiável e à combustão estável durante a fase de aquecimento, os motores a diesel convencionais exigem uma alta taxa de compressão, que está tipicamente na faixa de 16: 1 a 18: 1. A baixa taxa de compressão de 14,0: 1 para o SkyActiv Motor -D permite otimizar o tempo do processo de combustão. Conforme a taxa de compressão diminui, a temperatura e a pressão do cilindro também diminuem no ponto morto superior. Nesse caso, a mistura queima por mais tempo, mesmo se o combustível for injetado no cilindro antes de atingir o ponto morto superior. Como resultado da combustão prolongada, as áreas com deficiência de oxigênio não são formadas na mistura combustível e a temperatura permanece uniforme, de modo que a formação de NOx e fuligem é significativamente excluída. Com a injeção de combustível e a combustão perto do ponto morto superior, o motor é mais eficiente. Isso significa um uso mais eficiente da energia química contida no combustível, bem como mais trabalho mecânico por unidade de combustível do que no caso de um motor a diesel de alta taxa de compressão. O resultado é uma redução no consumo de diesel e nas emissões lógicas de CO2 em mais de 20% em comparação com um motor 2,2 MZR-CD operando com uma taxa de compressão de 16: 1. Como mencionado, muito menos óxidos de nitrogênio são gerados durante a combustão e quase nenhum carbono técnico . Assim, mesmo sem um sistema adicional de remoção de NOx, o motor atende a norma de emissões Euro 6 com entrada em vigor em 2015. Assim, o motor não precisa de redução catalítica seletiva ou de um catalisador eliminador de NOx.

Por causa da baixa compressão, o motor não consegue gerar uma temperatura alta o suficiente para inflamar a mistura durante as partidas a frio, o que pode levar a partidas muito problemáticas e operação intermitente do motor, especialmente no inverno. Por esse motivo, o SkyActiv-D é equipado com velas de incandescência de cerâmica e uma válvula de escape VVL de curso variável. Isso permite que os gases de exaustão quentes sejam recirculados internamente na câmara de combustão. A primeira ignição é assistida por uma vela de incandescência, que é suficiente para que os gases de exaustão atinjam a temperatura necessária. Depois de ligar o motor, a válvula de escape não fecha como um motor de admissão normal. Em vez disso, permanece entreaberta e os gases de escape quentes voltam para a câmara de combustão. Isso aumenta a temperatura nele e, portanto, facilita a ignição subsequente da mistura. Assim, o motor funciona sem problemas e sem interrupções desde o primeiro momento.

Em comparação com o motor diesel 2,2 MZR-CD, o atrito interno também foi reduzido em 25%. Isso se reflete não apenas em uma redução adicional nas perdas gerais, mas também em uma resposta mais rápida e melhor desempenho. Outro benefício de uma taxa de compressão mais baixa são as pressões máximas dos cilindros e, portanto, menos estresse nos componentes individuais do motor. Por esta razão, não há necessidade de um projeto de motor tão robusto, resultando em maior economia de peso. O cabeçote com coletor integrado tem paredes mais finas e pesa três quilos a menos do que antes. O bloco de cilindros de alumínio é 25 kg mais leve. O peso dos pistões e do virabrequim foi reduzido em mais 25%. Como resultado, o peso total do motor SkyActiv-D é 20% menor que o do motor 2,2 MZR-CD usado até agora.

O motor SkyActiv-D usa sobrealimentação de dois estágios. Isso significa que ele está equipado com um turboalimentador pequeno e um grande, cada um operando em uma faixa de velocidade diferente. O menor é usado em rotações baixas e médias. Devido à menor inércia das partes giratórias, melhora a curva de torque e elimina o chamado efeito turbo, ou seja, o atraso na resposta do motor a um salto repentino do acelerador em baixa rotação quando não há pressão suficiente no escapamento . tubo de ramificação para giro rápido da turbina do turboalimentador. Em contraste, o turbocompressor maior está totalmente engajado na faixa de velocidade média. Juntos, os dois turbocompressores fornecem ao motor uma curva de torque plana em baixas rotações e alta potência em altas rotações. Graças ao suprimento de ar suficiente dos turboalimentadores em uma ampla faixa de velocidade, as emissões de NOx e de partículas são reduzidas ao mínimo.

Até agora, duas versões do motor 2,2 SkyActiv-D estão sendo produzidas para a Europa. O mais forte tem uma potência máxima de 129 kW a 4500 rpm e um torque máximo de 420 Nm a 2000 rpm. O mais fraco tem 110 kW a 4500 rpm e um torque de 380 Nm na faixa de 1800-2600 rpm, no máx. a velocidade de ambos os motores é de 5200. Na prática, o motor atua meio letárgico até 1300 rpm, a partir desse limite começa a ganhar velocidade, enquanto para uma direção normal é suficiente mantê-la em cerca de 1700 rpm ou mais mesmo para as necessidades de aceleração suave.

Motor SkyActiv G

O motor a gasolina naturalmente aspirado, designado Skyactiv-G, tem uma taxa de compressão excepcionalmente alta de 14,0:1, atualmente a mais alta em um carro de passageiros produzido em massa. Aumentar a taxa de compressão aumenta a eficiência térmica do motor a gasolina, o que significa valores de CO2 mais baixos e, portanto, menor consumo de combustível. O risco associado a uma alta taxa de compressão no caso de motores a gasolina é a chamada combustão detonante - detonação e a consequente redução do torque e desgaste excessivo do motor. Para evitar a detonação da combustão da mistura devido à alta taxa de compressão, o motor Skyactiv-G usa uma redução na quantidade e na pressão dos gases quentes residuais na câmara de combustão. Portanto, um tubo de escape na configuração 4-2-1 é usado. Por esta razão, o tubo de escape é relativamente longo e, portanto, evita efetivamente que os gases de escape retornem à câmara de combustão imediatamente após terem sido descarregados dela. A queda resultante na temperatura de combustão impede efetivamente a ocorrência de combustão de detonação - detonação. Como outro meio de prevenir a detonação, o tempo de queima da mistura foi reduzido. A queima mais rápida da mistura significa um tempo menor durante o qual a mistura não queimada de combustível e ar é exposta a altas temperaturas, de modo que a detonação não tem tempo para ocorrer. A parte inferior dos pistões também possui reentrâncias especiais para que as chamas da mistura em chamas que se formam em várias direções possam se expandir sem se cruzarem, e o sistema de injeção também foi equipado com injetores multifuros recentemente desenvolvidos, que permitem a combustível a ser atomizado.

Também é necessário reduzir as chamadas perdas de bombeamento para aumentar a eficiência do motor. Isso ocorre em cargas mais baixas do motor quando o pistão suga o ar à medida que se move para baixo durante a fase de admissão.A quantidade de ar que entra no cilindro geralmente é controlada por uma válvula borboleta localizada no tubo de admissão. Com cargas leves do motor, apenas uma pequena quantidade de ar é necessária. A válvula borboleta está quase fechada, o que leva ao fato de que a pressão no tubo de admissão e no cilindro está abaixo da pressão atmosférica. Portanto, o pistão deve superar uma pressão negativa significativa - quase um vácuo, o que afeta negativamente o consumo de combustível. Os projetistas da Mazda usaram válvulas de admissão e escape (S-VT) infinitamente variáveis ​​para minimizar as perdas da bomba. Este sistema permite controlar a quantidade de ar de admissão usando válvulas em vez de um acelerador. Em baixas cargas do motor, é necessário muito pouco ar. Assim, o sistema de distribuição variável de válvulas mantém as válvulas de admissão abertas no início da fase de compressão (quando o pistão sobe) e as fecha somente quando a quantidade de ar necessária está no cilindro. Assim, o sistema S-VT reduz as perdas de bombeamento em 20% e melhora a eficiência do processo de combustão. Uma solução semelhante é usada pela BMW há muito tempo, chamando esse sistema de VANOS duplo.

Ao utilizar este sistema de controle de volume de ar de admissão, existe o risco de combustão insuficiente da mistura devido à pressão mais baixa, uma vez que as válvulas de admissão permanecem abertas no início da fase de compressão. A este respeito, os engenheiros da Mazda usaram a alta taxa de compressão do motor Skyactiv G de 14,0: 1, o que significa temperatura e pressão mais altas no cilindro, para que o processo de combustão permaneça estável e o motor funcione de forma mais econômica.

A baixa eficiência do motor também é facilitada por seu design leve e menor atrito mecânico das peças móveis. Comparado ao motor a gasolina 2,0 MZR instalado, o motor Skyactiv G apresenta pistões 20% mais leves, bielas 15% mais leves e rolamentos principais do virabrequim menores, resultando em uma redução de peso geral de 10%. Reduzindo pela metade o atrito das válvulas e o atrito dos anéis do pistão em quase 40%, o atrito mecânico total do motor foi reduzido em 30%.

Todas as modificações mencionadas resultaram em melhor manobrabilidade do motor em rotações baixas a médias e uma redução de 15% no consumo de combustível em comparação com o 2,0 MZR clássico. Hoje, essas importantes emissões de CO2 são ainda mais baixas do que o motor diesel 2,2 MZR-CD em uso hoje. A vantagem também é o uso da gasolina BA 95 clássica.

Todos os motores a gasolina e diesel SkyActiv na Europa serão equipados com um sistema i-stop, ou seja, um sistema start-stop para desligar automaticamente o motor quando parado. Outros sistemas elétricos, frenagem regenerativa, etc. virão a seguir.