Mazda SkyActiv G mootor - bensiin ja SkyActiv D - diisel

Autotootjate eesmärk on vähendada süsinikdioksiidi heitkoguseid₂ teisiti. Mõnikord on näiteks o Kompromissid, mis juhivad sõidurõõmu kõrvale. Mazda on aga otsustanud minna teises suunas ja vähendada heitkoguseid uue kõik-ühes lahendusega, mis ei võta ära sõidurõõmu. Lisaks uuele bensiini- ja diiselmootorite disainile sisaldab lahendus ka uut šassii, kere ja käigukasti. Kogu sõiduki kaalu vähendamine käib käsikäes uue tehnoloogiaga.

Hiljutised uuringud näitavad, et tavalised sisepõlemismootorid domineerivad autotööstuses ka järgneva 15 aasta jooksul, seega tasub nende arendamisse jätkuvalt palju vaeva näha. Nagu teate, ei muundata enamik kütuses sisalduvat keemilist energiat põlemise ajal mehaaniliseks tööks, vaid aurustub sõna otseses mõttes heitsoojuse kujul läbi väljalasketorude, radiaatori jne. mootori mehaanilised osad. Uue põlvkonna SkyActiv bensiini- ja diiselmootorite väljatöötamisel keskendusid Jaapani Hiroshima insenerid kuuele peamisele tegurile, mis mõjutavad sellest tulenevat tarbimist ja heitkoguseid:

• kokkusurumise suhe,
• kütuse ja õhu suhe,
• segu põlemisfaasi kestus,
• segu põlemisfaasi aeg,
• pumpamiskaod,
• mootori mehaaniliste osade hõõrdumine.

Bensiini- ja diiselmootorite puhul on heitmete ja kütusekulu vähendamisel osutunud kõige olulisemaks teguriks kokkusurumise suhe ja hõõrdekadude vähendamine.

Mootor SkyActiv D

2191 cm14,0 mootor on varustatud piesoelektriliste pihustitega kõrgsurvega Common Rail sissepritsesüsteemiga. Sellel on diiselmootori jaoks ebatavaliselt madal tihendusaste, vaid 1: 16. Laadimist tagavad paar erineva suurusega turbolaadurit, mis vähendab positiivselt mootori gaasipedaali vajutamisele reageerimise viivitust. Klapirong aktiveerib väljalaskeklappide muutuva käigu, mis toob kaasa külma mootori kiirema soojenemise, kuna osa heitgaasidest juhitakse tagasi silindritesse. Usaldusväärse külmkäivituse ja stabiilse põlemise tõttu soojendusfaasis vajavad tavalised diiselmootorid kõrget survesuhet, mis on tavaliselt vahemikus 1: 18 kuni 1: 14,0. SkyActivi madal tihendusaste 1: 2 -D mootor võimaldab optimeerida põlemisprotsessi aega. Survesuhte vähenedes vähenevad silindri temperatuur ja rõhk ka ülemises surnud keskuses. Sel juhul põleb segu kauem, isegi kui kütust süstitakse silindrisse vahetult enne ülemist surnud keskust. Pikaajalise põlemise tagajärjel ei teki põlevas segus hapnikuvaegusega alasid ja temperatuur jääb ühtlaseks, nii et NOx ja tahma tekkimine välistatakse oluliselt. Kütuse sissepritse ja põlemine ülemise surnud punkti lähedal on mootor tõhusam. See tähendab kütuses sisalduva keemilise energia tõhusamat kasutamist ja rohkem mehaanilist tööd kütuseühiku kohta kui suure surveastmega diiselmootori puhul. Tulemuseks on diislikütuse tarbimise ja loogiliste süsinikdioksiidi heitkoguste vähenemine rohkem kui 20% võrreldes 2,2 MZR-CD mootoriga, mis töötab tihendussuhtega 16: 1. Nagu mainitud, tekib põlemisel palju vähem lämmastikoksiide ja peaaegu üldse tehnilist süsinikku. . Seega vastab mootor isegi ilma täiendava NOx -eemaldussüsteemita 6. aastal kehtima hakkavale Euro 2015 heitmenormile. Seega ei vaja mootor selektiivset katalüütilist redutseerimist ega NOx -väljutavat katalüsaatorit.

Madala kokkusurumise tõttu ei saa mootor tekitada piisavalt kõrget temperatuuri, et segu külmkäivituse ajal süüdata, mis võib põhjustada väga problemaatilise käivitamise ja mootori vahelduva töö, eriti talvel. Sel põhjusel on SkyActiv-D varustatud keraamiliste hõõgküünalde ja muutuva käiguga VVL väljalaskeklapiga. See võimaldab kuumad heitgaasid põlemiskambris sisemiselt ringlusse viia. Esimest süütamist abistab hõõgküünal, millest piisab heitgaaside vajaliku temperatuuri saavutamiseks. Pärast mootori käivitamist ei sulgu väljalaskeklapp nagu tavaline sisselaskemootor. Selle asemel jääb see tühjaks ja kuumad heitgaasid naasevad põlemiskambrisse. See tõstab selle temperatuuri ja hõlbustab seega segu järgnevat süttimist. Seega töötab mootor sujuvalt ja katkestusteta alates esimesest hetkest.

Võrreldes 2,2 MZR-CD diiselmootoriga on 25% võrra vähenenud ka sisehõõrdumine. See ei väljendu mitte ainult üldiste kahjude edasises vähenemises, vaid ka kiiremas reageerimises ja paremas jõudluses. Madalama surveastme teine ​​eelis on väiksem silindri maksimaalne rõhk ja seega väiksem koormus üksikutele mootorikomponentidele. Sel põhjusel puudub vajadus nii tugeva mootorikonstruktsiooni järele, mille tulemuseks on veelgi kaalusääst. Integreeritud kollektoriga silindripea on õhemate seintega ja kaalub senisest kolm kilogrammi vähem. Alumiiniumist silindriplokk on 25 kg kergem. Kolbide ja väntvõlli massi on vähendatud veel 25 protsenti. Tänu sellele on SkyActiv-D mootori kogumass 20% väiksem kui seni kasutatud 2,2 MZR-CD mootoril.

SkyActiv-D mootor kasutab kaheastmelist ülelaadimist. See tähendab, et see on varustatud ühe väikese ja ühe suure turbolaaduriga, millest igaüks töötab erineval kiirusevahemikul. Väiksemat kasutatakse madalatel ja keskmistel pööretel. Pöörlevate osade väiksema inertsi tõttu parandab see pöördemomendikõverat ja kõrvaldab nn turboefekti, st mootori reageerimise viivituse ootamatule gaasipedaali hüppele madalal kiirusel, kui heitgaasis pole piisavalt rõhku . turvatoru turbokompressori kiireks pööramiseks. Seevastu suurem turbolaadur on täielikult sisse lülitatud keskmise kiirusega vahemikus. Mõlemad turbolaadurid pakuvad mootorile madalat pöördemomenti kõveraga madalatel pööretel ja suurt võimsust kõrgetel pööretel. Tänu piisavale õhuvoolule turbolaaduritest laias kiirusevahemikus hoitakse NOx ja tahkete osakeste heitkogused minimaalsena.

Seni toodetakse Euroopasse 2,2 SkyActiv-D mootori kahte versiooni. Tugevamal on maksimaalne võimsus 129 kW kiirusel 4500 p / min ja maksimaalne pöördemoment 420 Nm kiirusel 2000 p / min. Nõrgemal on 110 kW kiirusel 4500 p / min ja pöördemoment 380 Nm vahemikus 1800-2600 p / min, max. mõlema mootori pöörlemiskiirus on 5200. Praktikas toimib mootor üsna uimaselt kuni 1300 p / min, sellest piirist alates hakkab see kiirust koguma, samas kui normaalseks sõiduks piisab selle hoidmisest umbes 1700 p / min ja rohkem isegi vajab sujuvat kiirendust.

SkyActiv G mootor

Vabahingaval bensiinimootoril, mis kannab nime Skyactiv-G, on ebatavaliselt kõrge surveaste 14,0:1, mis on praegu masstoodanguna toodetud sõiduautode suurim. Surveastme suurendamine suurendab bensiinimootori soojuslikku efektiivsust, mis lõppkokkuvõttes tähendab madalamaid CO2 väärtusi ja seega ka väiksemat kütusekulu. Kõrge surveastmega kaasnevaks riskiks bensiinimootorite puhul on nn koputav põlemine – detonatsioon ning sellest tulenev pöördemomendi vähenemine ja mootori liigne kulumine. Segu kõrgest surveastmest tingitud koputava põlemise vältimiseks vähendab Skyactiv-G mootor põlemiskambris olevate kuumade jääkgaaside kogust ja rõhku. Seetõttu kasutatakse väljalasketoru konfiguratsioonis 4-2-1. Sel põhjusel on väljalasketoru suhteliselt pikk ja takistab seega tõhusalt heitgaaside naasmist põlemiskambrisse kohe pärast nende väljutamist. Sellest tulenev põlemistemperatuuri langus hoiab tõhusalt ära detonatsioonipõlemise – detonatsiooni. Teise detonatsiooni vältimise vahendina on vähendatud segu põlemisaega. Segu kiirem põlemine tähendab lühemat aega, mille jooksul põlemata kütuse ja õhu segu puutub kokku kõrgete temperatuuridega, nii et detonatsioonil ei jõua üldse aega tekkida. Kolbide põhi on varustatud ka spetsiaalsete süvenditega, et mitmes suunas tekkiva põleva segu leegid saaksid üksteisega ristumata laieneda, samuti on sissepritsesüsteem varustatud äsja väljatöötatud mitme auguga pihustite abil, mis võimaldab kütust. pihustada.

Samuti on vaja vähendada nn pumpamiskadusid, et tõsta mootori efektiivsust. See juhtub mootori väiksematel koormustel, kui kolb tõmbab õhku sisselaskefaasi ajal alla liikudes.Silindrisse siseneva õhu kogust juhib tavaliselt sisselaskekanalis paiknev drosselklapp. Mootori väikese koormuse korral on vaja ainult väikest kogust õhku. Drosselklapp on peaaegu suletud, mis toob kaasa asjaolu, et rõhk sisselasketorus ja silindris on alla atmosfääri. Seetõttu peab kolb ületama märkimisväärse alarõhu - peaaegu vaakumi, mis mõjutab kütusekulu negatiivselt. Mazda disainerid kasutasid pumba kadude minimeerimiseks astmeteta sisselaske- ja väljalaskeklappide ajastust (S-VT). See süsteem võimaldab teil reguleerida sissevõetava õhu hulka gaasihoova asemel ventiilide abil. Mootori väikese koormuse korral on vaja väga vähe õhku. Seega hoiab muutuva klapiajastussüsteem sisselaskeklapid lahti kompressioonifaasi alguses (kolvi tõusmisel) ja sulgeb need alles siis, kui silindris on vajalik kogus õhku. Seega vähendab S-VT süsteem lõppkokkuvõttes pumpamiskadusid 20% võrra ja parandab põlemisprotsessi efektiivsust. Sarnast lahendust on pikka aega kasutanud ka BMW, nimetades seda süsteemi Kahekordne VANOS.

Selle sisselaskeõhu mahu reguleerimissüsteemi kasutamisel on madalamast rõhust tingitud segu ebapiisava põlemise oht, kuna sisselaskeklapid jäävad kokkusurumisfaasi alguses avatuks. Sellega seoses kasutasid Mazda insenerid Skyactiv G mootori kõrget survesuhet 14,0: 1, mis tähendab kõrgemat temperatuuri ja rõhku silindris, seega jääb põlemisprotsess stabiilseks ja mootor töötab säästlikumalt.

Mootori madalat efektiivsust soodustab ka selle kerge konstruktsioon ja liikuvate osade väiksem mehaaniline hõõrdumine. Võrreldes paigaldatud 2,0 MZR bensiinimootoriga on Skyactiv G mootoril 20% kergemad kolvid, 15% kergemad ühendusvardad ja väiksemad väntvõlli põhilaagrid, mille tulemusel väheneb kogukaal 10%. Poolitades ventiilide hõõrdumist ja kolvirõngaste hõõrdumist peaaegu 40%võrra, on mootori kogu mehaaniline hõõrdumine vähenenud 30%.

Kõik mainitud muudatused on toonud kaasa mootori parema manööverdusvõime madalatel ja keskmistel pööretel ning 15% väiksema kütusekulu võrreldes klassikalise 2,0 MZR -iga. Praegu on need olulised süsinikdioksiidi heitkogused isegi madalamad kui praegu kasutusel olev 2 MZR-CD diiselmootor. Eeliseks on ka klassikalise BA 2,2 bensiini kasutamine.

Kõik SkyActivi bensiini- ja diiselmootorid Euroopas on varustatud i-stop süsteemiga, st stop-start süsteemiga, mis seiskamisel mootori automaatselt välja lülitab. Järgnevad teised elektrisüsteemid, regeneratiivpidurdus jne.