Двигун Mazda SkyActiv G – бензин та SkyActiv D – дизель
Автовиробники прагнуть скоротити викиди CO2 по різному. Іноді це, наприклад, o Компроміси, які зміщують радість від водіння на узбіччя. Однак Mazda вирішила піти в іншому напрямку і скоротити викиди за допомогою нового комплексного рішення, яке не позбавить водія задоволення від водіння. Крім нової конструкції бензинових і дизельних двигунів, рішення також включає нові шасі, кузов і коробку передач. Зниження ваги всього автомобіля йде рука об руку з новими технологіями.
Недавні дослідження показують, що звичайні двигуни внутрішнього згоряння будуть продовжувати домінувати в автомобільному світі протягом наступних 15 років, тому варто продовжувати вкладати багато зусиль в їх розробку. Як відомо, велика частина хімічної енергії, що міститься в паливі, які не перетвориться в механічну роботу при згорянні, а буквально випаровується у вигляді відпрацьованого тепла через вихлопні труби, радіатор і т. Д і вони також пояснюють втрати, викликані тертям механічних частин двигуна. При розробці нового покоління бензинових і дизельних двигунів SkyActiv інженери з Хіросіми, Японія, зосередили увагу на шести основних фактори, що впливають на результуючий витрата і шкідливі викиди:
- коефіцієнт стиснення,
- співвідношення палива і повітря,
- тривалість фази горіння суміші,
- час фази горіння суміші,
- насосні втрати,
- тертя механічних частин двигуна.
У разі бензинових і дизельних двигунів ступінь стиснення і зниження втрат на тертя виявилися найбільш важливими факторами в завданні зниження викидів і витрати палива.
Двигун SkyActiv D.
Двигун об'ємом 2191 куб.см оснащений системою впорскування Common Rail високого тиску з п'єзоелектричними форсунками. Він відрізняється незвично низьким ступенем стиснення всього 14,0: 1 для дизельного палива. Перезарядка забезпечується парою турбонагнітачів різного розміру, що позитивно позначається на зменшенні затримки реакції двигуна на натискання педалі акселератора. Клапанний механізм включає регульований хід випускних клапанів, що призводить до більш швидкому прогріванню холодного двигуна, оскільки частина вихлопних газів повертається в циліндри. Через надійного холодного запуску і стабільного процесу згоряння під час фази нагрівання звичайним дизельних двигунів потрібна висока ступінь стиснення, яка зазвичай знаходиться в діапазоні від 16: 1 до 18: 1. Низька ступінь стиснення 14,0: 1 для двигуна SkyActiv-D дозволяє оптимізувати час процесу згоряння. У міру зменшення ступеня стиснення температура і тиск в циліндрі також зменшуються при досягненні верхньої мертвої точки. В цьому випадку суміш горить довше, навіть якщо паливо впорскується в циліндр безпосередньо перед досягненням верхньої мертвої точки. В результаті тривалого горіння в горючій суміші не утворюються ділянки з дефіцитом кисню, а температура залишається однорідною, так що освіта NOx і сажі значно виключається. Завдяки тому, що уприскування і згоряння палива відбуваються поблизу верхньої мертвої точки, двигун більш ефективний. Це означає більш ефективне використання хімічної енергії, що міститься в паливі, а також більшу кількість механічної роботи, виробленої на одиницю палива, ніж в разі дизельного двигуна з високим ступенем стиснення. Результатом є зниження витрат дизельного палива і логічних викидів CO2 більш ніж на 20% в порівнянні з двигуном 2,2 MZR-CD, які працюють зі ступенем стиснення 16: 1. Як вже згадувалося, в процесі згоряння утворюється набагато менше оксидів азоту і майже немає технічного вуглецю. Таким чином, навіть без додаткової системи видалення NOx двигун відповідає стандарту викидів Euro 6, який повинен вступити в силу в 2015 році. Таким чином, двигун не потребує ні в селективному каталітичному відновленні, ні в каталізаторі, усуває NOx.
Через низьку компресії двигун не може створювати достатньо високу температуру для займання суміші під час холодних запусків, що може привести до дуже проблематичного запуску і роботі двигуна з перебоями, особливо взимку. З цієї причини SkyActiv-D оснащений керамічними свічками розжарювання і випускним клапаном VVL з регульованим ходом. Це забезпечує внутрішню рециркуляцію гарячих вихлопних газів в камері згоряння. Першому запалювання сприяє свічка розжарювання, якої досить, щоб вихлопні гази досягли необхідної температури. Після запуску двигуна випускний клапан не закриється, як в звичайному впускному двигуні. Замість цього він залишається відкритим, і гарячі вихлопні гази повертаються в камеру згоряння. Це підвищує температуру в ньому і, отже, полегшує подальше займання суміші. Таким чином, двигун працює плавно і без збоїв з першого моменту.
Порівняно з дизельним двигуном 2,2 MZR-CD, внутрішнє тертя також зменшилося на 25%. Це відбивається у подальшому зниженні загальних втрат, але й у швидшому відгуку і поліпшенні робочих параметрів. Ще одна перевага нижчого ступеня стиснення – нижчі значення максимального тиску в циліндрах і, отже, менша навантаження окремі компоненти двигуна. З цієї причини немає потреби в такій міцній конструкції двигуна, що призводить до подальшого зниження ваги. Головка блоку циліндрів із вбудованим колектором має більш тонкі стінки та важить на три кілограми менше, ніж раніше. Алюмінієвий блок циліндрів легший на 25 кг. Вага поршнів та колінчастого валу зменшилася ще на 25 відсотків. В результаті загальна вага двигуна SkyActiv-D на 20% нижче, ніж у двигуна, що використовується досі, 2,2 MZR-CD.
У двигуні SkyActiv-D використовується двоступінчастий наддув. Це означає, що він оснащений одним маленьким і одним великим турбокомпресором, кожен з яких працює в різному діапазоні швидкостей. Менший використовується на низьких і середніх оборотах. Завдяки більш низькій інерції обертових частин він покращує хід кривої крутного моменту і усуває так званий турбо-ефект, тобто затримку реакції двигуна на різкий стрибок акселератора на низькій швидкості, коли в вихлопі недостатньо тиску. патрубок для швидкого повороту турбіни турбонагнетателя. Навпаки, більший турбокомпресор повністю задіяний в діапазоні середніх швидкостей. Обидва турбонагнетателя разом забезпечують двигуну рівну криву крутного моменту на низьких оборотах і високу потужність на високих оборотах. Завдяки достатній подачі повітря від турбонагнетателей в широкому діапазоні швидкостей викиди NOx і твердих частинок залишаються мінімальними.
Поки для Європи виробляються дві версії двигуна 2,2 SkyActiv-D. Сильніший має максимальну потужність 129 кВт при 4500 об / хв і максимальний крутний момент 420 Нм при 2000 об / хв. Слабший має 110 кВт при 4500 об / хв і крутний момент 380 Нм в діапазоні 1800-2600 об / хв, при макс. частота обертання обох двигунів становить 5200. На практиці двигун діє досить летаргічний до 1300 об / хв, з цієї межі він починає набирати обертів, в той час як для нормальної їзди досить підтримувати його близько 1700 об / хв і більше навіть для потреб плавного розгону.
Двигун SkyActiv G.
Бензиновий двигун з атмосферним наповненням із позначенням Skyactiv-G має надзвичайно високий ступінь стиснення 14,0:1. В даний час це значення є найвищим серед легкових автомобілів серійного виробництва. Збільшення ступеня стиснення збільшує тепловий ККД бензинового двигуна, що в кінцевому підсумку означає нижчі значення CO2 і, отже, менша витрата палива. Ризик, пов'язаний з високим ступенем стиснення у випадку бензинових двигунів, являє собою так зване детонаційне згоряння - детонація і пов'язане з цим зниження моменту, що крутить, і надмірне знос двигуна. Щоб запобігти детонаційному згоранню суміші через високий ступінь стиснення, двигун Skyactiv-G використовує зменшення кількості, а також тиску залишкових гарячих газів у камері згоряння. Тому використовується вихлопна труба конфігурації 4-2-1. З цієї причини вихлопна труба відносно довга і, таким чином, ефективно запобігає поверненню вихлопних газів у камеру згоряння відразу після того, як вони були випущені з неї. Результуюче падіння температури згоряння ефективно запобігає виникненню детонаційного згоряння – детонації. Як ще один засіб запобігання детонації скорочено час горіння суміші. Швидше горіння суміші означає короткий час, протягом якого незгоріла суміш палива і повітря піддається впливу високих температур, так що детонація взагалі не встигає відбутися. Нижня частина поршнів також забезпечена спеціальними поглибленнями, щоб полум'я суміші, що горить, утворює безліч напрямків, могло розширюватися, не перетинаючи один одного, а система впорскування також була оснащена недавно розробленими інжекторами з кількома отворами, що дозволяє розпилення палива.
Також необхідно зменшити так звані насосні втрати для підвищення ефективності двигуна. Це відбувається при нижчих навантаженнях на двигун, коли поршень втягує повітря під час руху вниз під час фази впуску. Кількість повітря, що надходить в циліндр, зазвичай регулюється дросельною заслінкою, розташованою у впускному тракті. При малих навантаженнях двигуна потрібна лише невелика кількість повітря. Дросельна заслінка майже закрита, що призводить до того, що тиск у впускному тракті і в циліндрі виявляється нижчим за атмосферний. Тому поршень повинен долати значний негативний тиск – майже вакуум, що негативно впливає на витрату палива. Конструктори Mazda використовували безступінчасте регулювання фаз впускних та випускних клапанів (S-VT), щоб мінімізувати втрати в насосі. Ця система дозволяє регулювати кількість повітря, що всмоктується, за допомогою клапанів замість дросельної заслінки. При малих навантаженнях двигуна потрібна дуже невелика кількість повітря. Таким чином, система зміни фаз газорозподілу утримує всмоктувальні клапани відкритими на початку фази стиснення (коли поршень піднімається) і закриває їх тільки тоді, коли в циліндрі знаходиться необхідна кількість повітря. Таким чином, система S-VT зрештою знижує насосні втрати на 20% і сприяє підвищенню ефективності процесу згоряння. Подібне рішення вже давно використовує BMW, називаючи цю систему Подвійний VANOS.
При використанні цієї системи регулювання обсягу всмоктуваного повітря існує ризик недостатнього згоряння суміші через більш низького тиску, оскільки усмоктувальні клапани залишаються відкритими на початку фази стиснення. В цьому відношенні інженери Mazda використовували високу ступінь стиснення двигуна Skyactiv G 14,0: 1, що означає більш високу температуру і тиск в циліндрі, тому процес згоряння залишається стабільним, а двигун працює більш економічно.
Невеликий ефективності двигуна також сприяє його легка конструкція і менше механічне тертя рухомих частин. У порівнянні з встановленим бензиновим двигуном 2,0 MZR двигун Skyactiv G отримав на 20% легші поршні, на 15% легші шатуни і менші розміри корінних підшипників колінчастого вала, що призвело до загального зниження ваги на 10%. За рахунок зменшення вдвічі тертя клапанів і тертя поршневих кілець майже на 40% загальне механічне тертя двигуна знизилося на 30%.
Всі згадані модифікації привели до кращої маневреності двигуна на низьких і середніх оборотах і зниження витрати палива на 15% в порівнянні з класичним 2,0 MZR. Сьогодні такі важливі викиди CO2 навіть нижче, ніж у використовуваного сьогодні дизельного двигуна 2,2 MZR-CD. Плюсом є також використання класичного бензину ВА 95.
Всі бензинові та дизельні двигуни SkyActiv в Європі будуть оснащені системою i-stop, тобто системою стоп-старт для автоматичного відключення двигуна при зупинці. Інші електричні системи, рекуперативного гальмування і т. Д піде.
