Động cơ Mazda SkyActiv G - xăng và SkyActiv D - diesel
Các nhà sản xuất ô tô hướng tới mục tiêu giảm lượng khí thải CO2 khác nhau. Đôi khi, chẳng hạn, o Những thỏa hiệp làm chuyển niềm vui lái xe sang một bên lề. Tuy nhiên, Mazda đã quyết định đi theo một hướng khác và cắt giảm lượng khí thải bằng giải pháp tất cả trong một mới không làm mất đi niềm vui khi lái xe. Ngoài thiết kế mới của động cơ xăng và diesel, giải pháp còn bao gồm khung gầm, thân xe và hộp số mới. Giảm trọng lượng toàn bộ xe đi đôi với công nghệ mới.
Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng động cơ đốt trong thông thường sẽ tiếp tục thống trị thế giới ô tô trong 15 năm tới, vì vậy việc tiếp tục đầu tư nhiều công sức vào việc phát triển chúng là điều đáng để quan tâm. Như bạn đã biết, hầu hết năng lượng hóa học có trong nhiên liệu không được chuyển hóa thành công cơ học trong quá trình đốt cháy, mà bay hơi theo nghĩa đen dưới dạng nhiệt thải thông qua các ống xả, bộ tản nhiệt, v.v. và chúng cũng giải thích những tổn thất do ma sát của các bộ phận cơ khí của động cơ. Trong quá trình phát triển thế hệ động cơ xăng và diesel SkyActiv mới, các kỹ sư đến từ Hiroshima, Nhật Bản, đã tập trung vào sáu yếu tố chính ảnh hưởng đến việc tiêu thụ và phát thải:
- tỷ lệ nén,
- tỷ lệ nhiên liệu trên không khí,
- khoảng thời gian của giai đoạn cháy của hỗn hợp,
- thời gian của giai đoạn cháy của hỗn hợp,
- tổn thất bơm,
- ma sát của các bộ phận cơ khí của động cơ.
Đối với động cơ xăng và diesel, tỷ số nén và giảm tổn thất ma sát đã được chứng minh là những yếu tố quan trọng nhất trong việc giảm lượng khí thải và tiêu thụ nhiên liệu.
Động cơ SkyActiv D
Động cơ 2191 cc được trang bị hệ thống phun áp suất cao common rail với kim phun áp điện. Nó có tỷ lệ nén thấp bất thường, chỉ 14,0: 1 cho động cơ diesel. Việc sạc lại được cung cấp bởi một cặp bộ tăng áp có kích thước khác nhau, có tác dụng tích cực trong việc giảm độ trễ phản ứng của động cơ khi nhấn bàn đạp ga. Hệ thống van bao gồm hành trình van biến thiên, làm ấm nhanh hơn khi động cơ nguội, do một số khí thải quay trở lại xi lanh. Do khởi động lạnh đáng tin cậy và quá trình đốt cháy ổn định trong giai đoạn khởi động, động cơ diesel thông thường yêu cầu tỷ số nén cao, thường nằm trong khoảng 16: 1 đến 18: 1. Tỷ số nén thấp 14,0: 1 đối với SkyActiv -Động cơ cho phép tối ưu hóa thời gian của quá trình đốt cháy. Khi tỷ số nén giảm, nhiệt độ và áp suất xi lanh cũng giảm ở tâm điểm chết trên. Trong trường hợp này, hỗn hợp cháy lâu hơn ngay cả khi nhiên liệu được phun vào xi lanh ngay trước khi đến tâm điểm chết trên. Kết quả của quá trình đốt cháy kéo dài, các khu vực thiếu oxy không được hình thành trong hỗn hợp cháy và nhiệt độ vẫn đồng đều, do đó sự hình thành NOx và muội than được loại bỏ đáng kể. Với việc phun nhiên liệu và đốt cháy gần tâm điểm trên, động cơ hoạt động hiệu quả hơn. Điều này có nghĩa là sử dụng hiệu quả hơn năng lượng hóa học có trong nhiên liệu cũng như nhiều công cơ học hơn trên một đơn vị nhiên liệu so với trường hợp động cơ diesel có độ nén cao. Kết quả là giảm mức tiêu thụ động cơ diesel và lượng khí thải CO2 hợp lý hơn 20% so với động cơ 2,2 MZR-CD hoạt động với tỷ lệ nén 16: 1. Như đã đề cập, nitơ oxit được tạo ra ít hơn nhiều trong quá trình đốt cháy và hầu như không có carbon kỹ thuật . Do đó, ngay cả khi không có thêm hệ thống khử NOx, động cơ vẫn đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 6 có hiệu lực vào năm 2015. Do đó, động cơ không cần xúc tác khử chọn lọc hoặc xúc tác khử NOx.
Do độ nén thấp, động cơ không thể tạo ra nhiệt độ đủ cao để đốt cháy hỗn hợp trong quá trình khởi động lạnh, điều này có thể dẫn đến khởi động rất khó khăn và động cơ hoạt động gián đoạn, đặc biệt là vào mùa đông. Vì lý do này, SkyActiv-D được trang bị phích cắm phát sáng bằng gốm và van xả VVL có hành trình thay đổi. Điều này cho phép các khí thải nóng được tuần hoàn trong buồng đốt. Lần đánh lửa đầu tiên được hỗ trợ bởi một nút phát sáng, đủ để khí thải đạt đến nhiệt độ cần thiết. Sau khi khởi động động cơ, van xả sẽ không đóng lại như động cơ nạp thông thường. Thay vào đó, nó vẫn mở và khí thải nóng quay trở lại buồng đốt. Điều này làm tăng nhiệt độ trong nó và do đó tạo điều kiện cho sự bốc cháy sau đó của hỗn hợp. Nhờ đó, động cơ vận hành trơn tru và không bị gián đoạn ngay từ giây phút đầu tiên.
So với động cơ diesel 2,2 MZR-CD, ma sát bên trong cũng đã giảm 25%. Điều này không chỉ được phản ánh trong việc giảm thêm tổn thất chung mà còn phản ứng nhanh hơn và hiệu suất được cải thiện. Một lợi ích khác của tỷ số nén thấp hơn là áp suất xi lanh tối đa thấp hơn và do đó ít gây căng thẳng hơn cho các bộ phận động cơ riêng lẻ. Vì lý do này, không cần thiết kế động cơ mạnh mẽ như vậy, dẫn đến tiết kiệm trọng lượng hơn nữa. Đầu xi-lanh với ống góp tích hợp có thành mỏng hơn và nhẹ hơn 25 kg so với trước đây. Khối xi lanh bằng nhôm nhẹ hơn 25 kg. Trọng lượng của pít-tông và trục khuỷu đã giảm thêm 20%. Do đó, trọng lượng tổng thể của động cơ SkyActiv-D thấp hơn 2,2% so với động cơ XNUMX MZR-CD được sử dụng cho đến nay.
Động cơ SkyActiv-D sử dụng tăng áp hai giai đoạn. Điều này có nghĩa là nó được trang bị một bộ tăng áp nhỏ và một bộ tăng áp lớn, mỗi bộ hoạt động ở một dải tốc độ khác nhau. Loại nhỏ hơn được sử dụng ở số vòng quay thấp và trung bình. Do quán tính của các bộ phận quay thấp hơn, nó cải thiện đường cong mô-men xoắn và loại bỏ cái gọi là hiệu ứng turbo, tức là sự chậm trễ trong phản ứng của động cơ đối với việc tăng tốc đột ngột ở tốc độ thấp khi không có đủ áp suất trong ống xả. . ống nhánh để quay nhanh tuabin tăng áp. Ngược lại, bộ tăng áp lớn hơn hoàn toàn tham gia vào dải tốc độ trung bình. Kết hợp với nhau, cả hai bộ tăng áp cung cấp cho động cơ một đường cong mô-men xoắn phẳng ở vòng tua thấp và công suất cao ở vòng tua cao. Nhờ được cung cấp đủ không khí từ các bộ tăng áp trên một dải tốc độ rộng, lượng khí thải NOx và hạt được giữ ở mức tối thiểu.
Cho đến nay, hai phiên bản động cơ 2,2 SkyActiv-D đang được sản xuất cho châu Âu. Loại mạnh hơn có công suất cực đại 129 kW tại 4500 vòng / phút và mô-men xoắn cực đại 420 Nm tại 2000 vòng / phút. Loại yếu hơn có công suất 110 kW tại 4500 vòng / phút và mô-men xoắn 380 Nm trong dải 1800-2600 vòng / phút, ở mức tối đa. tốc độ của cả hai động cơ là 5200. Trong thực tế, động cơ hoạt động khá ì ạch lên đến 1300 vòng / phút, từ giới hạn này nó bắt đầu tăng tốc, trong khi đối với lái xe bình thường, chỉ cần duy trì ở khoảng 1700 vòng / phút trở lên là đủ cho nhu cầu tăng tốc mượt mà.
Động cơ SkyActiv G
Động cơ xăng hút khí tự nhiên, được gọi là Skyactiv-G, có tỷ số nén cao bất thường là 14,0:1, hiện là tỷ số cao nhất hiện nay đối với xe du lịch sản xuất hàng loạt. Tăng tỷ số nén làm tăng hiệu suất nhiệt của động cơ xăng, điều này cuối cùng có nghĩa là giá trị CO2 thấp hơn và do đó mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn. Rủi ro liên quan đến tỷ số nén cao trong trường hợp động cơ xăng là cái gọi là quá trình đốt cháy - kích nổ và dẫn đến giảm mô-men xoắn và hao mòn động cơ quá mức. Để ngăn chặn quá trình đốt cháy hỗn hợp do tỷ số nén cao, động cơ Skyactiv-G sử dụng phương pháp giảm số lượng cũng như áp suất của khí nóng dư trong buồng đốt. Do đó, một ống xả trong cấu hình 4-2-1 được sử dụng. Vì lý do này, ống xả tương đối dài và do đó ngăn chặn hiệu quả khí thải quay trở lại buồng đốt ngay sau khi chúng được thải ra khỏi đó. Việc giảm nhiệt độ đốt cháy dẫn đến ngăn chặn hiệu quả sự xuất hiện của quá trình đốt cháy nổ - kích nổ. Là một biện pháp khác để ngăn chặn sự phát nổ, thời gian cháy của hỗn hợp đã được giảm xuống. Đốt cháy hỗn hợp nhanh hơn có nghĩa là thời gian ngắn hơn trong đó hỗn hợp nhiên liệu và không khí chưa cháy hết tiếp xúc với nhiệt độ cao, do đó vụ nổ hoàn toàn không có thời gian xảy ra. Phần dưới của các pít-tông cũng được cung cấp các hốc đặc biệt để ngọn lửa của hỗn hợp cháy hình thành theo nhiều hướng có thể mở rộng mà không bắt chéo nhau, đồng thời hệ thống phun cũng được trang bị các kim phun nhiều lỗ mới được phát triển, cho phép nhiên liệu cần nguyên tử hóa.
Cũng cần phải giảm cái gọi là tổn thất bơm để tăng hiệu quả của động cơ. Điều này xảy ra ở tải động cơ thấp hơn khi pít-tông hút không khí khi nó di chuyển xuống trong giai đoạn nạp.Lượng không khí đi vào xi-lanh thường được điều khiển bởi một van tiết lưu nằm trong đường nạp. Ở mức tải động cơ nhẹ, chỉ cần một lượng không khí nhỏ. Van tiết lưu gần như đóng dẫn đến áp suất trong đường nạp và trong xi lanh thấp hơn áp suất khí quyển. Do đó, pít-tông phải vượt qua áp suất âm đáng kể - gần như là chân không, ảnh hưởng tiêu cực đến mức tiêu thụ nhiên liệu. Các nhà thiết kế của Mazda đã sử dụng thời gian van nạp và van xả biến đổi vô cấp (S-VT) để giảm thiểu tổn thất của bơm. Hệ thống này cho phép bạn kiểm soát lượng khí nạp bằng van thay vì van tiết lưu. Ở mức tải động cơ thấp, cần rất ít không khí. Do đó, hệ thống điều phối van biến thiên giữ cho các van nạp mở khi bắt đầu giai đoạn nén (khi pít-tông đi lên) và chỉ đóng chúng khi có lượng không khí cần thiết trong xi-lanh. Do đó, hệ thống S-VT cuối cùng đã giảm 20% tổn thất bơm và cải thiện hiệu quả của quá trình đốt cháy. Một giải pháp tương tự đã được BMW sử dụng trong một thời gian dài, gọi hệ thống này là Đôi VANOS.
Khi sử dụng hệ thống kiểm soát lượng khí nạp này, có nguy cơ hỗn hợp đốt cháy không đủ do áp suất thấp hơn, vì các van nạp vẫn mở ở đầu giai đoạn nén. Về vấn đề này, các kỹ sư của Mazda đã sử dụng tỷ số nén cao của động cơ Skyactiv G là 14,0: 1, tức là nhiệt độ và áp suất trong xi lanh cao hơn, do đó quá trình đốt cháy vẫn ổn định và động cơ chạy tiết kiệm hơn.
Hiệu suất thấp của động cơ cũng được hỗ trợ bởi thiết kế nhẹ và ít ma sát cơ học của các bộ phận chuyển động. So với động cơ xăng 2,0 MZR được lắp đặt, động cơ Skyactiv G có các piston nhẹ hơn 20%, thanh kết nối nhẹ hơn 15% và ổ trục chính trục khuỷu nhỏ hơn, dẫn đến trọng lượng tổng thể giảm 10%. Bằng cách giảm một nửa ma sát của các van và gần 40% ma sát của các vòng piston, tổng ma sát cơ học của động cơ đã giảm đi 30%.
Tất cả những sửa đổi được đề cập đều mang lại khả năng điều khiển động cơ tốt hơn ở số vòng quay thấp đến trung bình và giảm 15% mức tiêu thụ nhiên liệu so với 2,0 MZR cổ điển. Ngày nay, lượng khí thải CO2 quan trọng này thậm chí còn thấp hơn cả động cơ diesel 2,2 MZR-CD đang được sử dụng ngày nay. Ưu điểm cũng là sử dụng xăng BA 95 cổ điển.
Tất cả các động cơ xăng và diesel SkyActiv ở châu Âu sẽ được trang bị hệ thống i-stop, tức là hệ thống dừng khởi động để tự động tắt động cơ khi dừng. Các hệ thống điện khác, phanh tái tạo, v.v. sẽ theo sau.
