Mazda SkyActiv G variklis – benzininis ir SkyActiv D – dyzelinis
Automobilių gamintojai siekia sumažinti išmetamą CO kiekį2 skirtingai. Kartais, pavyzdžiui, o Kompromisai, kurie perkelia vairavimo džiaugsmą į šalį. Tačiau „Mazda“ nusprendė pasukti kita kryptimi ir sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį nauju „viskas viename“ sprendimu, kuris neatima vairavimo malonumo. Be naujo dizaino benzininių ir dyzelinių variklių, sprendimas taip pat apima naują važiuoklę, kėbulą ir pavarų dėžę. Visos transporto priemonės svorio sumažinimas eina koja kojon su naujomis technologijomis.
Naujausi tyrimai rodo, kad artimiausius 15 metų automobilių pasaulyje ir toliau dominuos įprasti degimo varikliai, todėl verta ir toliau daug investuoti į jų kūrimą. Kaip žinote, didžioji dalis degalų esančios cheminės energijos degimo metu nėra paverčiama mechaniniu darbu, bet tiesiogine prasme išgaruoja atliekų šilumos pavidalu per išmetimo vamzdžius, radiatorių ir pan., Taip pat paaiškina nuostolius, atsirandančius dėl trinties. mechanines variklio dalis. Kurdami naujos kartos „SkyActiv“ benzininius ir dyzelinius variklius, Japonijos Hirošimos inžinieriai sutelkė dėmesį į šešis pagrindinius veiksnius, turinčius įtakos suvartojimui ir išmetamųjų teršalų kiekiui:
- suspaudimo laipsnis,
- kuro ir oro santykis,
- mišinio degimo fazės trukmė,
- mišinio degimo fazės laikas,
- siurblio nuostoliai,
- variklio mechaninių dalių trintis.
Benzininių ir dyzelinių variklių atveju suspaudimo laipsnis ir trinties nuostolių sumažinimas pasirodė esąs svarbiausi veiksniai mažinant išmetamųjų teršalų kiekį ir degalų sąnaudas.
Variklis SkyActiv D.
2191 14,0 cm1 variklyje sumontuota aukšto slėgio „Common Rail“ įpurškimo sistema su pjezoelektriniais purkštukais. Jis pasižymi neįprastai mažu, tik 16: 1 dyzelino suspaudimo laipsniu. Įkrovimą užtikrina pora skirtingų dydžių turbokompresorių, o tai teigiamai veikia variklio reakcijos į akceleratoriaus pedalo paspaudimą vėlavimą. Vožtuvo traukinyje yra kintama vožtuvo eiga, kuri greičiau įkaista, kai variklis yra šaltas, nes kai kurios išmetamosios dujos grįžta į cilindrus. Dėl patikimo šalto užvedimo ir stabilaus degimo įšilimo fazėje, įprasti dyzeliniai varikliai reikalauja didelio suspaudimo laipsnio, kuris paprastai yra nuo 18: 1 iki 14,0: 1. Žemas „SkyActiv“ suspaudimo laipsnis-2: 20 -D variklis leidžia optimizuoti degimo proceso laiką. Mažėjant suspaudimo laipsniui, cilindro temperatūra ir slėgis taip pat mažėja viršutinėje negyvoje vietoje. Šiuo atveju mišinys dega ilgiau, net jei degalai į cilindrą įpurškiami prieš pat pasiekiant viršutinį negyvą centrą. Dėl ilgo degimo degiame mišinyje nesusidaro deguonies trūkumo zonos, o temperatūra išlieka vienoda, todėl žymiai išvengiama NOx ir suodžių susidarymo. Su degalų įpurškimu ir degimu netoli viršutinio negyvojo centro variklis yra efektyvesnis. Tai reiškia efektyvesnį degalų cheminės energijos naudojimą ir daugiau mechaninio darbo vienam kuro vienetui, nei naudojant didelio suspaudimo dyzelinį variklį. Rezultatas-dyzelino sunaudojimas ir loginis CO2,2 išmetimas sumažėja daugiau nei 16%, palyginti su 1 MZR-CD varikliu, kuris veikia su suspaudimo laipsniu 6: 2015. Kaip minėta, degimo metu susidaro daug mažiau azoto oksidų ir beveik nėra techninės anglies . Taigi, net ir be papildomos NOx šalinimo sistemos, variklis atitinka Euro XNUMX išmetamųjų teršalų normą, kuri turėtų įsigalioti XNUMX m. Taigi varikliui nereikia selektyvaus katalizinio redukcijos ar NOx šalinančio katalizatoriaus.
Dėl mažo suspaudimo variklis negali sukurti pakankamai aukštos temperatūros, kad užsidegtų mišinys šalto užvedimo metu, o tai gali sukelti labai problemišką užvedimą ir variklio pertraukimą, ypač žiemą. Dėl šios priežasties „SkyActiv-D“ turi keramines kaitinimo žvakes ir kintamo eigos VVL išmetimo vožtuvą. Dėl to karštos išmetamosios dujos gali būti cirkuliuojamos iš vidaus degimo kameroje. Pirmą kartą uždegti padeda kaitinimo žvakė, kurios pakanka, kad išmetamosios dujos pasiektų reikiamą temperatūrą. Užvedus variklį, išmetimo vožtuvas neužsidarys kaip įprastas įsiurbimo variklis. Vietoj to jis lieka praviras, o karštos išmetamosios dujos grįžta į degimo kamerą. Tai padidina jo temperatūrą ir palengvina tolesnį mišinio užsidegimą. Taigi variklis dirba sklandžiai ir be pertraukų nuo pat pirmo momento.
Lyginant su 2,2 MZR-CD dyzeliniu varikliu, vidinė trintis taip pat sumažėjo 25%. Tai atsispindi ne tik tolesniu bendrų nuostolių mažėjimu, bet ir greitesniu reagavimu bei geresniu našumu. Kitas mažesnio suspaudimo laipsnio privalumas yra mažesnis maksimalus cilindro slėgis ir dėl to mažesnis atskirų variklio komponentų įtempis. Dėl šios priežasties tokios tvirtos variklio konstrukcijos nereikia, todėl galima dar labiau sutaupyti svorio. Cilindro galvutė su integruotu kolektoriumi yra plonesnių sienelių ir sveria trimis kilogramais mažiau nei anksčiau. Aliuminio cilindrų blokas yra 25 kg lengvesnis. Stūmoklių ir alkūninio veleno svoris sumažėjo dar 25 procentais. Dėl to bendras „SkyActiv-D“ variklio svoris yra 20% mažesnis nei iki šiol naudoto 2,2 MZR-CD variklio.
„SkyActiv-D“ variklyje naudojamas dviejų pakopų kompresorius. Tai reiškia, kad jame yra vienas mažas ir vienas didelis turbokompresorius, kiekvienas veikia skirtingu greičio diapazonu. Mažesnis naudojamas esant žemoms ir vidutinėms apsukoms. Dėl mažesnės besisukančių dalių inercijos jis pagerina sukimo momento kreivę ir pašalina vadinamąjį turbo efektą, tai yra, uždelsia variklio reakciją į staigų akceleratoriaus šuolį mažu greičiu, kai nepakanka slėgio išmetimo sistemoje . šakos vamzdis, skirtas greitai suktis turbokompresoriaus turbinai. Priešingai, didesnis turbokompresorius yra visiškai įjungtas vidutinio greičio diapazone. Abu turbokompresoriai kartu varikliui suteikia plokščią sukimo momento kreivę esant mažam apsisukimų dažniui ir didelę galią esant dideliems apsisukimams. Dėl pakankamo oro tiekimo iš turbokompresorių plačiame apsisukimų diapazone, NOx ir kietųjų dalelių emisija sumažinama iki minimumo.
Kol kas Europai gaminamos dvi 2,2 „SkyActiv-D“ variklio versijos. Stipresniojo maksimali galia yra 129 kW esant 4500 aps./min., O maksimalus sukimo momentas - 420 Nm esant 2000 aps./min. Silpnesnioji turi 110 kW esant 4500 aps./min., O 380 Nm sukimo momentą-1800–2600 aps./min., Esant maks. abiejų variklių greitis yra 5200. Praktiškai variklis veikia gana mieguistai iki 1300 aps./min., nuo šios ribos jis pradeda įgyti greitį, o normaliam važiavimui pakanka išlaikyti jį maždaug 1700 ar daugiau apsukų per minutę. sklandus pagreitis.
„SkyActiv G“ variklis
Natūralaus įsiurbimo benzininis variklis, pavadintas Skyactiv-G, turi neįprastai aukštą 14,0:1 suspaudimo laipsnį, kuris šiuo metu yra didžiausias masinės gamybos lengvajame automobilyje. Suspaudimo laipsnio padidinimas padidina benzininio variklio šiluminį efektyvumą, o tai galiausiai reiškia mažesnes CO2 vertes, taigi ir degalų sąnaudas. Rizika, susijusi su dideliu suspaudimo laipsniu benzininių variklių atveju, yra vadinamasis detonacinis degimas – detonacija ir dėl to sumažėjęs sukimo momentas bei per didelis variklio susidėvėjimas. Kad mišinys nesudegtų dėl didelio suspaudimo laipsnio, Skyactiv-G variklis sumažina degimo kameroje likusių karštų dujų kiekį ir slėgį. Todėl naudojamas 4-2-1 konfigūracijos išmetimo vamzdis. Dėl šios priežasties išmetimo vamzdis yra gana ilgas ir tokiu būdu efektyviai neleidžia išmetamosioms dujoms grįžti į degimo kamerą iš karto po to, kai jos iš jos pašalinamos. Atsiradęs degimo temperatūros kritimas efektyviai užkerta kelią detonaciniam degimui – detonacijai. Kaip dar viena detonacijos prevencijos priemonė, sutrumpintas mišinio degimo laikas. Greitesnis mišinio degimas reiškia trumpesnį laiką, per kurį nesudegęs kuro ir oro mišinys yra veikiamas aukštų temperatūrų, todėl detonacija išvis nespėja įvykti. Stūmoklių dugne taip pat yra įrengtos specialios įdubos, kad į daugybę krypčių besiformuojančios degančio mišinio liepsnos galėtų plėstis nekertadamos viena kitos, o įpurškimo sistemoje taip pat sumontuoti naujai sukurti kelių skylučių purkštukai, kurie leidžia degalus. būti atomizuotas.
Taip pat būtina sumažinti vadinamuosius siurbimo nuostolius, siekiant padidinti variklio efektyvumą. Tai atsitinka esant mažesnėms variklio apkrovoms, kai įsiurbimo fazės metu stūmoklis, judėdamas žemyn, traukia orą.Į cilindrą patenkančio oro kiekis paprastai yra valdomas droselio sklende, esančia įsiurbimo trakte. Esant nedidelėms variklio apkrovoms, reikia tik nedidelio oro kiekio. Droselio sklendė beveik uždaryta, todėl slėgis įsiurbimo takuose ir cilindre yra mažesnis už atmosferą. Todėl stūmoklis turi įveikti didelį neigiamą slėgį – beveik vakuumą, o tai neigiamai veikia degalų sąnaudas. „Mazda“ dizaineriai naudojo be galo kintamą įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų laiką (S-VT), kad sumažintų siurblio nuostolius. Ši sistema leidžia reguliuoti įsiurbiamo oro kiekį naudojant vožtuvus, o ne droselį. Esant mažoms variklio apkrovoms, oro reikia labai mažai. Taigi, kintamo vožtuvo laiko sistema suspaudimo fazės pradžioje (kai stūmoklis pakyla) išlaiko atidarytus įsiurbimo vožtuvus ir uždaro tik tada, kai cilindre yra reikiamas oro kiekis. Taigi S-VT sistema galiausiai sumažina siurbimo nuostolius 20% ir pagerina degimo proceso efektyvumą. Panašų sprendimą jau seniai naudoja BMW, vadindamas šią sistemą Dvigubas VANOS.
Naudojant šią įsiurbiamo oro tūrio reguliavimo sistemą, dėl mažesnio slėgio kyla nepakankamo mišinio degimo pavojus, nes suspaudimo fazės pradžioje įsiurbimo vožtuvai lieka atidaryti. Šiuo atžvilgiu „Mazda“ inžinieriai naudojo aukštą „Skyactiv G“ variklio suspaudimo laipsnį 14,0: 1, o tai reiškia aukštesnę temperatūrą ir slėgį cilindre, todėl degimo procesas išlieka stabilus, o variklis dirba ekonomiškiau.
Mažą variklio efektyvumą taip pat palengvina lengvas dizainas ir mažesnė mechaninė judančių dalių trintis. Palyginti su sumontuotu 2,0 MZR benzininiu varikliu, „Skyactiv G“ variklyje yra 20% lengvesni stūmokliai, 15% lengvesni švaistikliai ir mažesni alkūninio veleno pagrindiniai guoliai, todėl bendras svoris sumažėja 10%. Perpus sumažinus vožtuvų trintį ir stūmoklio žiedų trintį beveik 40%, bendra variklio mechaninė trintis sumažėjo 30%.
Visos minėtos modifikacijos lėmė geresnį variklio manevringumą esant žemam ir vidutiniam apsisukimų dažniui ir 15% mažesnes degalų sąnaudas, palyginti su klasikiniu 2,0 MZR. Šiandien šios svarbios CO2 emisijos yra net mažesnės nei šiandien naudojamas 2,2 MZR-CD dyzelinis variklis. Privalumas taip pat yra klasikinio BA 95 benzino naudojimas.
Visi „SkyActiv“ benzininiai ir dyzeliniai varikliai Europoje bus aprūpinti „i-stop“ sistema, t. Toliau seka kitos elektros sistemos, regeneracinis stabdymas ir kt.
