Motor Mazda SkyActiv G - gasolina e SkyActiv D - diésel

Os fabricantes de automóbiles teñen como obxectivo reducir as emisións de CO₂ doutro xeito. Ás veces, por exemplo, son os compromisos os que trasladan a alegría de conducir á marxe. Non obstante, Mazda decidiu ir nunha dirección diferente e reducir as emisións cunha nova solución todo-en-un que non quita o pracer de conducir. Ademais do novo deseño de motores de gasolina e diésel, a solución tamén inclúe novos chasis, carrocería e caixa de cambios. Reducir o peso de todo o vehículo vai parello á nova tecnoloxía.

Estudos recentes demostran que os motores de combustión convencionais seguirán dominando o mundo do automóbil durante os próximos 15 anos, polo que paga a pena seguir investindo moitos esforzos en desenvolvelos. Como vostede sabe, a maior parte da enerxía química contida no combustible non se converte en traballo mecánico durante a combustión, senón que se evapora literalmente en forma de calor residual a través dos tubos de escape, radiador, etc. e tamén explican as perdas causadas pola fricción de as partes mecánicas do motor. No desenvolvemento da nova xeración de motores diésel e gasolina SkyActiv, os enxeñeiros de Hiroshima, Xapón, centráronse en seis factores principais que inflúen no consumo e emisións resultantes:

• relación de compresión,
• relación combustible / aire,
• a duración da fase de combustión da mestura,
• o tempo da fase de combustión da mestura,
• perdas por bombeo,
• rozamento das partes mecánicas do motor.

No caso dos motores de gasolina e diésel, a relación de compresión e a redución da perda de fricción demostraron ser os factores máis importantes para reducir as emisións e o consumo de combustible.

Motor SkyActiv D.

O motor de 2191 cc está equipado cun sistema de inxección common rail de alta presión con inxectores piezoeléctricos. Presenta unha relación de compresión inusualmente baixa de só 14,0: 1 para o diésel. A recarga é proporcionada por un par de turbocompresores de diferentes tamaños, o que ten un efecto positivo na redución do atraso na resposta do motor ao premer o pedal do acelerador. O tren de válvulas inclúe un percorrido variable de válvulas, que se quenta máis rápido cando o motor está frío, xa que algúns dos gases de escape volven aos cilindros. Debido ao arranque en frío fiable e á combustión estable durante a fase de quecemento, os motores diésel convencionais requiren unha alta relación de compresión, que normalmente está comprendida entre 16: 1 e 18: 1. A baixa relación de compresión de 14,0: 1 para o SkyActiv -D motor permite optimizar o tempo do proceso de combustión. A medida que a relación de compresión diminúe, a temperatura e a presión do cilindro tamén diminúen no punto morto superior. Neste caso, a mestura arde máis tempo aínda que se inxecte combustible no cilindro xusto antes de chegar ao punto morto superior. Como resultado dunha combustión prolongada, as áreas con deficiencia de osíxeno non se forman na mestura combustible e a temperatura permanece uniforme, polo que se exclúe significativamente a formación de NOx e hollín. Coa inxección de combustible e a combustión preto do punto morto superior, o motor é máis eficiente. Isto significa un uso máis eficiente da enerxía química contida no combustible, así como máis traballo mecánico por unidade de combustible que no caso dun motor diésel de alta relación de compresión. O resultado é unha redución do consumo de diésel e as emisións lóxicas de CO2 en máis dun 20% en comparación cun motor 2,2 MZR-CD que funciona cunha relación de compresión 16: 1. Como se mencionou, xéranse moito menos óxidos de nitróxeno durante a combustión e case ningún carbono técnico . Así, incluso sen un sistema adicional de eliminación de NOx, o motor cumpre a norma de emisión Euro 6 que entrará en vigor en 2015. Así, o motor non precisa unha redución catalítica selectiva nin un catalizador eliminador de NOx.

Debido á baixa compresión, o motor non pode xerar unha temperatura suficiente para acender a mestura durante os arranques en frío, o que pode provocar un arranque moi problemático e un funcionamento intermitente do motor, especialmente no inverno. Por este motivo, SkyActiv-D está equipado con bujías de cerámica e unha válvula de escape VVL de curso variable. Isto permite que os gases de escape quentes se recirculen internamente na cámara de combustión. A primeira ignición está axudada por unha bujía precalentadora, suficiente para que os gases de escape alcancen a temperatura requirida. Despois de arrancar o motor, a válvula de escape non se pechará coma un motor de admisión normal. Pola contra, permanece entreaberto e os gases de escape quentes volven á cámara de combustión. Isto aumenta a temperatura e, polo tanto, facilita a posterior ignición da mestura. Así, o motor funciona sen problemas e sen interrupcións desde o primeiro momento.

En comparación co motor diésel 2,2 MZR-CD, a fricción interna tamén se reduciu nun 25%. Isto reflíctese non só nunha maior redución das perdas xerais, senón tamén nunha resposta máis rápida e na mellora do rendemento. Outro beneficio dunha relación de compresión máis baixa son as presións máximas dos cilindros máis baixas e, polo tanto, unha menor tensión sobre os compoñentes individuais do motor. Por este motivo, non é necesario un deseño de motor tan robusto, o que supón un aforro adicional de peso. A culata con colector integrado ten paredes máis finas e pesa tres quilos menos que antes. O bloque de cilindros de aluminio é 25 kg máis lixeiro. O peso dos pistóns e do cigüeñal reduciuse noutro 25 por cento. Como resultado, o peso total do motor SkyActiv-D é un 20% inferior ao do motor 2,2 MZR-CD utilizado ata agora.

O motor SkyActiv-D usa unha sobrealimentación en dúas etapas. Isto significa que está equipado cun turbocompresor pequeno e un grande, que funcionan cada un nun rango de velocidade diferente. O máis pequeno úsase a baixas e medias revolucións. Debido á menor inercia das partes xiratorias, mellora a curva de torque e elimina o chamado efecto turbo, é dicir, o atraso na resposta do motor a un brusco salto do acelerador a baixa velocidade cando non hai suficiente presión no escape . tubo de derivación para o xiro rápido da turbina do turbocompresor. En contraste, o turbocompresor máis grande está totalmente comprometido no rango de velocidade media. Xuntos, ambos os turboalimentadores proporcionan ao motor unha curva de par plano a baixa rpm e alta potencia a alta rpm. Grazas á subministración de aire suficiente dos turbocompresores nun amplo rango de velocidades, as emisións de NOx e partículas redúcense ao mínimo.

Ata o momento prodúcense dúas versións do motor 2,2 SkyActiv-D para Europa. O máis forte ten unha potencia máxima de 129 kW a 4500 rpm e un par máximo de 420 Nm a 2000 rpm. O máis feble ten 110 kW a 4500 rpm e un par de 380 Nm no rango 1800-2600 rpm, como máximo. a velocidade de xiro de ambos motores é de 5200. Na práctica, o motor actúa bastante letárgico ata 1300 rpm, a partir deste límite comeza a gañar velocidade, mentres que para unha condución normal é suficiente mantelo a aproximadamente 1700 rpm e máis incluso para o precisa dunha aceleración suave.

Motor SkyActiv G.

O motor de gasolina de aspiración natural, denominado Skyactiv-G, ten unha relación de compresión inusualmente alta de 14,0:1, actualmente a máis alta nun turismo de produción en serie. O aumento da relación de compresión aumenta a eficiencia térmica do motor de gasolina, o que en última instancia significa valores de CO2 máis baixos e, polo tanto, un menor consumo de combustible. O risco asociado a unha alta relación de compresión no caso dos motores de gasolina é a chamada combustión por detonación - detonación e a conseguinte redución do par e un desgaste excesivo do motor. Para evitar a combustión da mestura debido á alta relación de compresión, o motor Skyactiv-G utiliza unha redución da cantidade e da presión dos gases quentes residuais na cámara de combustión. Polo tanto, úsase un tubo de escape nunha configuración 4-2-1. Por este motivo, o tubo de escape é relativamente longo e, polo tanto, impide eficazmente que os gases de escape volvan á cámara de combustión inmediatamente despois de ser descargados dela. A caída resultante da temperatura de combustión impide eficazmente a aparición de detonación combustión - detonación. Como outro medio para evitar a detonación, reduciuse o tempo de combustión da mestura. A queima máis rápida da mestura significa un tempo máis curto durante o cal a mestura non queimada de combustible e aire está exposta a altas temperaturas, polo que a detonación non ten tempo para producirse en absoluto. A parte inferior dos pistóns tamén está provista de cavidades especiais para que as chamas da mestura ardente que se forman en moitas direccións poidan expandirse sen cruzarse, e o sistema de inxección tamén foi equipado con inxectores multi-buracos de novo desenvolvemento, o que permite combustible a atomizar.

Tamén é necesario reducir as chamadas perdas de bombeo para aumentar a eficiencia do motor. Isto ocorre con menores cargas do motor cando o pistón atrae aire mentres baixa durante a fase de admisión.A cantidade de aire que entra no cilindro adoita controlarse mediante unha válvula de aceleración situada no tracto de admisión. Con cargas lixeiras do motor, só se require unha pequena cantidade de aire. A válvula do acelerador está case pechada, o que leva ao feito de que a presión no tracto de admisión e no cilindro está por debaixo da atmosférica. Polo tanto, o pistón debe superar unha presión negativa significativa - case un baleiro, o que afecta negativamente o consumo de combustible. Os deseñadores de Mazda utilizaron a sincronización das válvulas de admisión e escape (S-VT) infinitamente variables para minimizar as perdas da bomba. Este sistema permítelle controlar a cantidade de aire de admisión mediante válvulas en lugar de acelerador. A baixas cargas do motor, requírese moi pouco aire. Así, o sistema de sincronización variable das válvulas mantén abertas as válvulas de admisión ao comezo da fase de compresión (cando o pistón sube) e péchaas só cando hai a cantidade de aire necesaria no cilindro. Así, o sistema S-VT reduce finalmente as perdas de bombeo nun 20% e mellora a eficiencia do proceso de combustión. Unha solución similar foi utilizada por BMW durante moito tempo, chamando a este sistema VANOS dobres.

Cando se usa este sistema de control de volume de aire de admisión, existe o risco de combustión insuficiente da mestura debido á menor presión, xa que as válvulas de admisión permanecen abertas ao comezo da fase de compresión. A este respecto, os enxeñeiros de Mazda utilizaron a alta relación de compresión do motor Skyactiv G de 14,0: 1, o que significa maior temperatura e presión no cilindro, polo que o proceso de combustión mantense estable e o motor funciona máis economicamente.

A baixa eficiencia do motor tamén se ve facilitada polo seu deseño lixeiro e a menor fricción mecánica das pezas móbiles. En comparación co motor de gasolina 2,0 MZR instalado, o motor Skyactiv G presenta un 20% de pistóns máis lixeiros, un 15% de bielas máis lixeiras e rodamentos principais de cigüeñal máis pequenos, o que resulta nunha redución de peso global do 10%. Ao reducir á metade a fricción das válvulas e a fricción dos aneis do pistón case un 40%, a fricción mecánica total do motor reduciuse nun 30%.

Todas as modificacións mencionadas resultaron nunha mellor maniobrabilidade do motor a baixas e medias revolucións e unha redución do 15% no consumo de combustible en comparación co clásico 2,0 MZR. Hoxe en día, estas importantes emisións de CO2 son aínda menores que o motor diésel 2,2 MZR-CD que se usa na actualidade. A vantaxe é tamén o uso de gasolina clásica BA 95.

Todos os motores de gasolina e diésel SkyActiv en Europa estarán equipados cun sistema i-stop, é dicir, un sistema de parada-arranque para apagar automaticamente o motor cando se detén. Seguirán outros sistemas eléctricos, freada rexenerativa, etc.