Mazda SkyActiv G dzinējs - benzīns un SkyActiv D - dīzelis

Automobiļu ražotāju mērķis ir samazināt CO emisijas₂ savādāk. Dažreiz tas ir, piemēram, o Kompromisi, kas pārvieto braukšanas prieku malā. Tomēr Mazda ir nolēmusi doties citā virzienā un samazināt emisijas, izmantojot jaunu universālu risinājumu, kas neatņem braukšanas prieku. Papildus jaunajam benzīna un dīzeļdzinēju dizainam risinājums ietver arī jaunu šasiju, virsbūvi un pārnesumkārbu. Visa transportlīdzekļa svara samazināšana iet roku rokā ar jauno tehnoloģiju.

Jaunākie pētījumi liecina, ka parastie iekšdedzes dzinēji arī turpmāk 15 gadus dominēs automobiļu pasaulē, tāpēc ir vērts turpināt ieguldīt daudz pūļu to izstrādē. Kā jūs zināt, lielākā daļa degvielā esošās ķīmiskās enerģijas sadegšanas laikā netiek pārvērsta mehāniskā darbā, bet burtiski iztvaiko siltumenerģijas veidā caur izplūdes caurulēm, radiatoru utt., Un tie arī izskaidro zaudējumus, ko rada berze. motora mehāniskās daļas. Izstrādājot jaunās paaudzes SkyActiv benzīna un dīzeļdzinējus, inženieri no Hirosimas, Japāna, koncentrējās uz sešiem galvenajiem faktoriem, kas ietekmē iegūto patēriņu un emisijas:

• kompresijas pakāpe,
• degvielas un gaisa attiecība,
• maisījuma sadegšanas fāzes ilgums,
• maisījuma sadegšanas fāzes laiks,
• sūknēšanas zudumi,
• motora mehānisko daļu berze.

Attiecībā uz benzīna un dīzeļdzinējiem kompresijas pakāpe un berzes zudumu samazināšana ir izrādījušies vissvarīgākie faktori emisiju un degvielas patēriņa samazināšanā.

Dzinējs SkyActiv D

2191 cm14,0 dzinējs ir aprīkots ar augstspiediena Common Rail iesmidzināšanas sistēmu ar pjezoelektriskiem inžektoriem. Tam ir neparasti zema kompresijas pakāpe - tikai 1: 16 dīzeļdegvielai. Uzlādi nodrošina dažāda izmēra turbokompresoru pāris, kas pozitīvi ietekmē dzinēja reakcijas kavēšanās samazināšanu, nospiežot gāzes pedāli. Vārsts sastāv no mainīga vārsta gājiena, kas ātrāk sasilst, kad dzinējs ir auksts, jo daļa izplūdes gāzu atgriežas cilindros. Sakarā ar uzticamu aukstu palaišanu un stabilu sadegšanu iesildīšanās fāzē, parastajiem dīzeļdzinējiem nepieciešama augsta kompresijas pakāpe, kas parasti ir robežās no 1: 18 līdz 1: 14,0. Zemais kompresijas koeficients 1: 2 SkyActiv -D dzinējs ļauj optimizēt sadegšanas procesa laiku. Samazinoties kompresijas pakāpei, cilindra temperatūra un spiediens samazinās arī augšējā mirušajā vietā. Šajā gadījumā maisījums deg ilgāk, pat ja degviela tiek ievadīta cilindrā tieši pirms augšējā mirušā punkta sasniegšanas. Ilgstošas ​​sadegšanas rezultātā degmaisījumā neveidojas vietas ar skābekļa trūkumu, un temperatūra paliek vienmērīga, tāpēc NOx un kvēpu veidošanās tiek ievērojami novērsta. Ar degvielas iesmidzināšanu un degšanu augšējā mirušā punkta tuvumā motors ir efektīvāks. Tas nozīmē efektīvāku degvielas sastāvā esošās ķīmiskās enerģijas izmantošanu, kā arī lielāku mehānisko darbu uz vienu degvielas vienību nekā augstas kompresijas dīzeļdzinēja gadījumā. Rezultāts ir dīzeļdegvielas patēriņa un loģisko CO20 izmešu samazinājums par vairāk nekā 2,2% salīdzinājumā ar 16 MZR-CD dzinēju, kas darbojas ar 1: 6. Kā minēts, sadegšanas laikā rodas daudz mazāk slāpekļa oksīdu un gandrīz nav tehniska oglekļa . Tādējādi pat bez papildu NOx noņemšanas sistēmas dzinējs atbilst Euro 2015 emisijas standartam, kas stāsies spēkā XNUMX. gadā. Tādējādi dzinējam nav nepieciešams selektīvs katalītiskais reducētājs vai NOx izvadošais katalizators.

Zemās kompresijas dēļ motors nevar radīt pietiekami augstu temperatūru, lai maisījums aizdegtos aukstās palaišanas laikā, kas var izraisīt ļoti problemātisku iedarbināšanu un dzinēja pārtrauktu darbību, īpaši ziemā. Šī iemesla dēļ SkyActiv-D ir aprīkots ar keramikas kvēlsvecēm un mainīga gājiena VVL izplūdes vārstu. Tas ļauj karstām izplūdes gāzēm iekšpusē atkārtoti cirkulēt sadegšanas kamerā. Pirmajai aizdedzei palīdz kvēlsvece, kas ir pietiekama, lai izplūdes gāzes sasniegtu nepieciešamo temperatūru. Pēc motora iedarbināšanas izplūdes vārsts neaizvērsies kā parasts ieplūdes dzinējs. Tā vietā tas paliek vaļā un karstās izplūdes gāzes atgriežas sadegšanas kamerā. Tas paaugstina temperatūru tajā un tādējādi atvieglo maisījuma aizdegšanos. Tādējādi dzinējs darbojas vienmērīgi un bez pārtraukumiem no pirmā brīža.

Salīdzinot ar 2,2 MZR-CD dīzeļdzinēju, arī iekšējā berze ir samazināta par 25%. Tas izpaužas ne tikai turpmākā kopējo zaudējumu samazināšanā, bet arī ātrākā reaģēšanā un uzlabotā veiktspējā. Vēl viens zemākas kompresijas pakāpes ieguvums ir zemāks maksimālais cilindru spiediens un līdz ar to mazāka slodze uz atsevišķām dzinēja sastāvdaļām. Šī iemesla dēļ nav nepieciešama tik izturīga dzinēja konstrukcija, kas ļauj ietaupīt svaru. Cilindra galvai ar integrētu kolektoru ir plānākas sienas un tā sver par trīs kilogramiem mazāk nekā iepriekš. Alumīnija cilindru bloks ir par 25 kg vieglāks. Virzuļu un kloķvārpstas svars ir samazināts vēl par 25 procentiem. Rezultātā SkyActiv-D dzinēja kopējais svars ir par 20% mazāks nekā līdz šim izmantotajam 2,2 MZR-CD dzinējam.

SkyActiv-D dzinējs izmanto divpakāpju kompresoru. Tas nozīmē, ka tas ir aprīkots ar vienu mazu un vienu lielu turbokompresoru, katrs darbojas citā ātruma diapazonā. Mazāko izmanto zemiem un vidējiem apgriezieniem. Rotējošo detaļu zemākās inerces dēļ tas uzlabo griezes momenta līkni un novērš tā saukto turbo efektu, tas ir, aizkavējas motora reakcija uz pēkšņu paātrinātāja lēcienu zemā ātrumā, kad izplūdes gāzēs nepietiek spiediena. . atzarojuma caurule ātrai turbokompresora turbīnas pagriešanai. Turpretī lielāks turbokompresors ir pilnībā ieslēgts vidējā ātruma diapazonā. Kopā abi turbokompresori nodrošina dzinējam plakanu griezes momenta līkni pie zemiem apgriezieniem un lielu jaudu pie lieliem apgriezieniem. Pateicoties pietiekamai gaisa padevei no turbokompresoriem plašā apgriezienu diapazonā, NOx un daļiņu emisija tiek samazināta līdz minimumam.

Līdz šim Eiropai tiek ražotas divas 2,2 SkyActiv-D dzinēja versijas. Spēcīgākajam ir maksimālā jauda 129 kW pie 4500 apgriezieniem minūtē un maksimālais griezes moments ir 420 Nm pie 2000 apgriezieniem minūtē. Vājākajam ir 110 kW pie 4500 apgriezieniem minūtē un griezes moments 380 Nm diapazonā no 1800 līdz 2600 apgr./min., Pie maks. abu dzinēju apgriezienu skaits ir 5200. Praksē dzinējs darbojas diezgan letarģiski līdz 1300 apgriezieniem minūtē, no šīs robežas tas sāk uzņemt ātrumu, savukārt normālai braukšanai pietiek, lai to saglabātu pie aptuveni 1700 apgriezieniem minūtē vai vairāk pat vajadzībām. vienmērīgam paātrinājumam.

SkyActiv G dzinējs

Atmosfēriskajam benzīna dzinējam, kas apzīmēts ar nosaukumu Skyactiv-G, ir neparasti augsta kompresijas pakāpe 14,0:1, kas šobrīd ir visaugstākā sērijveidā ražotajā vieglajā automašīnā. Kompresijas pakāpes palielināšana palielina benzīna dzinēja termisko efektivitāti, kas galu galā nozīmē zemākas CO2 vērtības un tādējādi mazāku degvielas patēriņu. Risks, kas saistīts ar augstu kompresijas pakāpi benzīna dzinēju gadījumā, ir tā sauktā detonējošā degšana – detonācija un no tā izrietošais griezes momenta samazinājums un pārmērīgs dzinēja nodilums. Lai novērstu maisījuma sadegšanu augstās kompresijas pakāpes dēļ, Skyactiv-G dzinējs samazina sadegšanas kamerā esošo karsto gāzu daudzumu, kā arī spiedienu. Tāpēc tiek izmantota izplūdes caurule 4-2-1 konfigurācijā. Šī iemesla dēļ izplūdes caurule ir salīdzinoši gara un tādējādi efektīvi novērš izplūdes gāzu atgriešanos sadegšanas kamerā uzreiz pēc to izvadīšanas no tās. Iegūtais degšanas temperatūras kritums efektīvi novērš detonācijas degšanas - detonācijas rašanos. Kā vēl viens līdzeklis detonācijas novēršanai ir samazināts maisījuma degšanas laiks. Ātrāka maisījuma sadegšana nozīmē īsāku laiku, kurā nesadegušais degvielas un gaisa maisījums tiek pakļauts augstām temperatūrām, lai detonācijai vispār nebūtu laika notikt. Virzuļu apakšējā daļa ir nodrošināta arī ar speciāliem padziļinājumiem, lai daudzos virzienos veidojošās degmaisījuma liesmas varētu izplesties, viena otrai nešķērsojot, kā arī iesmidzināšanas sistēma ir aprīkota ar jaunizveidotiem vairāku caurumu inžektoriem, kas ļauj izsmidzināmā degviela.

Tāpat ir jāsamazina tā sauktie sūknēšanas zudumi, lai palielinātu dzinēja efektivitāti. Tas notiek pie mazākām dzinēja slodzēm, kad virzulis ievelk gaisu, virzoties uz leju ieplūdes fāzes laikā.Cilindrā ieplūstošā gaisa daudzumu parasti kontrolē droseļvārsts, kas atrodas ieplūdes traktā. Pie nelielas dzinēja slodzes ir nepieciešams tikai neliels gaisa daudzums. Droseļvārsts ir gandrīz aizvērts, kas noved pie tā, ka spiediens ieplūdes traktā un cilindrā ir zem atmosfēras. Tāpēc virzulim jāpārvar ievērojams negatīvs spiediens - gandrīz vakuums, kas negatīvi ietekmē degvielas patēriņu. Mazda dizaineri izmantoja bezgalīgi mainīgu ieplūdes un izplūdes vārstu laiku (S-VT), lai samazinātu sūkņa zudumus. Šī sistēma ļauj kontrolēt ieplūdes gaisa daudzumu, izmantojot vārstus, nevis droseļvārstu. Pie zemas dzinēja slodzes ir nepieciešams ļoti maz gaisa. Tādējādi mainīgā vārstu laika sistēma saglabā ieplūdes vārstus atvērtus kompresijas fāzes sākumā (kad virzulis paceļas) un aizver tos tikai tad, kad cilindrā atrodas nepieciešamais gaisa daudzums. Tādējādi S-VT sistēma galu galā samazina sūknēšanas zudumus par 20% un uzlabo sadegšanas procesa efektivitāti. Līdzīgu risinājumu jau ilgu laiku izmanto BMW, nosaucot šo sistēmu Dubultā VANOS.

Izmantojot šo ieplūdes gaisa tilpuma kontroles sistēmu, pastāv risks, ka maisījums sadegs nepietiekami zemāka spiediena dēļ, jo ieplūdes vārsti paliek atvērti kompresijas fāzes sākumā. Šajā sakarā Mazda inženieri izmantoja Skyactiv G dzinēja augsto kompresijas pakāpi 14,0: 1, kas nozīmē augstāku temperatūru un spiedienu cilindrā, tāpēc sadegšanas process paliek stabils un dzinējs darbojas ekonomiskāk.

Motora zemo efektivitāti veicina arī tā vieglā konstrukcija un mazāka kustīgo detaļu mehāniskā berze. Salīdzinot ar uzstādīto 2,0 MZR benzīna dzinēju, Skyactiv G dzinējam ir par 20% vieglāki virzuļi, par 15% vieglāki savienojošie stieņi un mazāki kloķvārpstas galvenie gultņi, kā rezultātā kopējais svars samazinās par 10%. Uz pusi samazinot vārstu berzi un virzuļa gredzenu berzi par gandrīz 40%, kopējā dzinēja mehāniskā berze ir samazināta par 30%.

Visu minēto modifikāciju rezultātā tika panākta labāka motora manevrētspēja pie zemiem un vidējiem apgriezieniem un par 15% samazināts degvielas patēriņš salīdzinājumā ar klasisko 2,0 MZR. Mūsdienās šīs svarīgās CO2 emisijas ir pat zemākas nekā mūsdienās izmantotais 2,2 MZR-CD dīzeļdzinējs. Priekšrocība ir arī klasiskā BA 95 benzīna izmantošana.

Visi SkyActiv benzīna un dīzeļdzinēji Eiropā tiks aprīkoti ar i-stop sistēmu, t.i., stop-start sistēmu, lai apturēšanas laikā automātiski izslēgtu dzinēju. Sekos citas elektriskās sistēmas, reģeneratīvā bremzēšana utt.