מנוע מאזדה SkyActiv G - בנזין ו-SkyActiv D - דיזל
יצרניות הרכב שואפות להפחית את פליטת CO2 באופן שונה. לפעמים זה, למשל, o פשרות שמעבירות את שמחת הנהיגה לשוליים. עם זאת, מאזדה החליטה ללכת בכיוון אחר ולצמצם את הפליטות בעזרת פתרון הכל-אחד החדש שאינו מוריד את ההנאה שבנהיגה. בנוסף לעיצוב החדש של מנועי הבנזין והדיזל, הפתרון כולל גם שלדה, מרכב ותיבת הילוכים חדשים. הפחתת משקל הרכב כולו הולכת יד ביד עם טכנולוגיה חדשה.
מחקרים אחרונים מראים כי מנועי הבעירה הקונבנציונאליים ימשיכו לשלוט בעולם הרכב במשך 15 השנים הקרובות, ולכן כדאי להמשיך להשקיע מאמצים רבים בפיתוחם. כידוע, רוב האנרגיה הכימית הכלולה בדלק אינה מומרת לעבודה מכנית בזמן הבעירה, אלא מתאדה ממש בצורה של חום פסולת דרך צינורות הפליטה, הרדיאטור וכו 'והם גם מסבירים את ההפסדים הנגרמים כתוצאה מחיכוך של החלקים המכניים של המנוע. בפיתוח הדור החדש של מנועי הבנזין והדיזל של SkyActiv התמקדו מהנדסי הירושימה ביפן בשישה גורמים עיקריים המשפיעים על הצריכה והפליטות הנובעות מכך:
- יחס דחיסה,
- יחס דלק לאוויר,
- משך שלב הבעירה של התערובת,
- זמן שלב הבעירה של התערובת,
- הפסדי שאיבה,
- חיכוך של החלקים המכניים של המנוע.
במקרה של מנועי בנזין ודיזל, יחס הדחיסה והפחתת אובדן החיכוך הוכיחו את הגורמים החשובים ביותר להפחתת פליטות וצריכת דלק.
מנוע SkyActiv D
מנוע 2191 סמ"ק מצויד במערכת הזרקת מסילה משותפת בלחץ גבוה עם מזרקים פיזואלקטריים. הוא כולל יחס דחיסה נמוך במיוחד של 14,0: 1 בלבד לסולר. הטעינה ניתנת על ידי זוג מגדשי טורבו בגדלים שונים, דבר המשפיע לטובה על צמצום העיכוב בתגובת המנוע ללחיצה על דוושת התאוצה. רכבת השסתומים כוללת תנועת שסתומים משתנה, המתחממת מהר יותר כאשר המנוע קר, כאשר חלק מגזי הפליטה חוזרים לצילינדרים. בגלל התחלה קרה אמינה ובעירה יציבה בשלב החימום, מנועי דיזל קונבנציונאליים דורשים יחס דחיסה גבוה, שהוא בדרך כלל בטווח של 16: 1 עד 18: 1. יחס הדחיסה הנמוך של 14,0: 1 עבור SkyActiv מנוע D מאפשר לייעל את זמן תהליך הבעירה. כאשר יחס הדחיסה יורד, טמפרטורת הצילינדר והלחץ יורדים גם במרכז המתים העליון. במקרה זה, התערובת נשרפת זמן רב יותר גם אם מוזרק דלק לתוך הצילינדר רגע לפני שהגיע למרכז המת העליון. כתוצאה מבעירה ממושכת, לא נוצרים אזורים עם מחסור בחמצן בתערובת העירה, והטמפרטורה נשארת אחידה, כך שנוצרות NOx ופיח נשללת באופן משמעותי. עם הזרקת דלק ושריפה ליד מרכז המתים העליון, המנוע יעיל יותר. המשמעות היא שימוש יעיל יותר באנרגיה הכימית הכלולה בדלק, כמו גם יותר עבודה מכנית ליחידת דלק מאשר במקרה של מנוע דיזל בעל יחס דחיסה גבוה. התוצאה היא הפחתה בצריכת סולר ופליטת CO2 לוגית ביותר מ -20% בהשוואה למנוע 2,2 MZR-CD הפועל עם יחס דחיסה של 16: 1. כאמור, הרבה פחות תחמוצות חנקן נוצרות בזמן הבעירה וכמעט ללא פחמן טכני. . כך, גם ללא מערכת נוספת להסרת NOx, המנוע עומד בתקן פליטת יורו 6 שעתיד להיכנס לתוקף בשנת 2015. לפיכך, המנוע אינו זקוק להפחתה קטליטי סלקטיבית או לזרז ביטול NOx.
בגלל הדחיסה הנמוכה, המנוע אינו יכול לייצר טמפרטורה גבוהה מספיק כדי להצית את התערובת בעת התנעה קרה, מה שעלול להוביל להתנעה בעייתית מאוד ולפעולה לסירוגין, במיוחד בחורף. מסיבה זו, SkyActiv-D מצויד בתקני זוהר קרמיים ושסתום פליטה VVL עם שבץ. זה מאפשר למחזור גזי פליטה חמים פנימית בתא הבעירה. ההצתה הראשונה נעזרת בתקע זוהר, המספיק לגזי הפליטה להגיע לטמפרטורה הנדרשת. לאחר הפעלת המנוע, שסתום הפליטה לא ייסגר כמו מנוע קליטה רגיל. במקום זאת, הוא נשאר פתוח וגזי הפליטה החמים חוזרים לתא הבעירה. זה מעלה את הטמפרטורה בו ולכן מקל על הצתה של התערובת לאחר מכן. כך, המנוע פועל בצורה חלקה וללא הפרעה מהרגע הראשון.
בהשוואה למנוע הדיזל 2,2 MZR-CD, גם החיכוך הפנימי הצטמצם ב-25%. זה בא לידי ביטוי לא רק בהפחתה נוספת בהפסדים הכוללים, אלא גם בתגובה מהירה יותר ובביצועים משופרים. יתרון נוסף של יחס דחיסה נמוך יותר הוא לחצי צילינדר מקסימליים נמוכים יותר ולכן פחות לחץ על רכיבי מנוע בודדים. מסיבה זו, אין צורך בעיצוב מנוע חזק שכזה, וכתוצאה מכך חיסכון נוסף במשקל. ראש הצילינדר עם סעפת משולבת בעל קירות דקים יותר ומשקלו שלושה קילוגרמים פחות מבעבר. בלוק צילינדר אלומיניום קל יותר ב-25 ק"ג. משקל הבוכנות וגל הארכובה הופחת בעוד 25 אחוזים. כתוצאה מכך, המשקל הכולל של מנוע SkyActiv-D נמוך ב-20% מזה של מנוע ה-2,2 MZR-CD ששימש עד כה.
מנוע SkyActiv-D משתמש בהטענת דו-שלבית. המשמעות היא שהוא מצויד במגדש טורבו אחד קטן ואחד גדול, כל אחד פועל בטווח מהירות שונה. הקטן יותר משמש במהירויות נמוכות ובינוניות. בשל האינרציה התחתונה של החלקים המסתובבים, הוא משפר את עקומת המומנט ומונע את אפקט הטורבו, כלומר העיכוב בתגובת המנוע לקפיצת מאיץ פתאומית במהירות נמוכה כאשר אין מספיק לחץ בפליטה. . צינור ענף לסיבוב מהיר של טורבינת מגדש הטורבו. לעומת זאת, מגדש הטורבו הגדול יותר עוסק באופן מלא בטווח המהירות הבינונית. יחד, שני מגדשי הטורבו מספקים למנוע עקומת מומנט שטוחה בסל"ד נמוך והספק גבוה בסל"ד גבוה. הודות לאספקת האוויר המספיקה ממגדלי הטורבו בטווח מהירות רחב, פליטת NOx ופליטות חלקיקים נשמרים למינימום.
עד כה, שתי גרסאות של מנוע 2,2 SkyActiv-D מיוצרות לאירופה. לחזק יותר הספק מרבי של 129 כ"ס ב -4500 סל"ד ומומנט מרבי של 420 ננומטר ב -2000 סל"ד. לחלש יותר יש 110 כ"ס ב 4500 סל"ד ומומנט של 380 ננומטר בטווח 1800-2600 סל"ד, במקסימום. המהירות של שני המנועים היא 5200. בפועל, המנוע פועל די רדום עד 1300 סל"ד, ממגבלה זו הוא מתחיל לצבור מהירות, ואילו לנהיגה רגילה זה מספיק כדי לשמור אותו על 1700 סל"ד או יותר אפילו לצרכים של האצה חלקה.
מנוע SkyActiv G
למנוע הדלק הטבעי, המכונה Skyactiv-G, יש יחס דחיסה גבוה במיוחד של 14,0:1, כיום הגבוה ביותר במכונית נוסעים בייצור המוני. הגדלת יחס הדחיסה מגבירה את היעילות התרמית של מנוע הבנזין, מה שפירושו בסופו של דבר ערכי CO2 נמוכים יותר ולכן צריכת דלק נמוכה יותר. הסיכון הקשור ליחס דחיסה גבוה במקרה של מנועי בנזין הוא מה שנקרא בעירה דופקת - פיצוץ וההפחתה במומנט ובבלאי מופרז של המנוע. כדי למנוע בעירה דפיקה של התערובת בגלל יחס הדחיסה הגבוה, מנוע Skyactiv-G משתמש בהפחתה בכמות כמו גם בלחץ של שאריות הגזים החמים בתא הבעירה. לכן, נעשה שימוש בצינור פליטה בתצורת 4-2-1. מסיבה זו, צינור הפליטה ארוך יחסית ובכך למעשה מונע מגזי הפליטה לחזור לתא הבעירה מיד לאחר שנפלטו ממנו. הירידה הנובעת בטמפרטורת הבעירה מונעת למעשה את התרחשות של פיצוץ בעירה - פיצוץ. כאמצעי נוסף למניעת פיצוץ, זמן הצריבה של התערובת הצטמצם. שריפה מהירה יותר של התערובת פירושה זמן קצר יותר במהלכו נחשפת תערובת הדלק והאוויר שלא נשרפה לטמפרטורות גבוהות, כך שלפיצוץ אין זמן להתרחש כלל. חלקן התחתון של הבוכנות מצויד גם בשקעים מיוחדים כך שלהבות התערובת הבוערת הנוצרת לכיוונים רבים יכולות להתרחב מבלי לחצות זו את זו, ומערכת ההזרקה צוידה גם במזרקים רב-חורים שפותחו לאחרונה, המאפשרים את דלק שיש לבצע אטום.
יש גם צורך להפחית את מה שנקרא הפסדי שאיבה על מנת להגביר את יעילות המנוע. זה מתרחש בעומסי מנוע נמוכים יותר כאשר הבוכנה שואבת אוויר כשהיא נעה למטה בשלב היניקה.כמות האוויר הנכנסת לצילינדר נשלטת בדרך כלל ע"י שסתום מצערת הממוקם בדרכי היניקה. בעומס מנוע קל, נדרשת רק כמות קטנה של אוויר. שסתום המצערת כמעט סגור, מה שמוביל לעובדה שהלחץ בדרכי היניקה ובצילינדר הוא מתחת לאטמוספירה. לכן, הבוכנה חייבת להתגבר על לחץ שלילי משמעותי - כמעט ואקום, המשפיע לרעה על צריכת הדלק. המעצבים של מאזדה השתמשו בתזמון שסתומי יניקה ופליטה משתנים לאין שיעור (S-VT) כדי למזער את הפסדי המשאבה. מערכת זו מאפשרת לך לשלוט בכמות האוויר הנכנס באמצעות שסתומים במקום מצערת. בעומסי מנוע נמוכים, נדרש מעט מאוד אוויר. כך, מערכת תזמון השסתומים המשתנה שומרת על שסתומי היניקה פתוחים בתחילת שלב הדחיסה (כאשר הבוכנה עולה) וסוגרת אותם רק כאשר כמות האוויר הנדרשת נמצאת בצילינדר. כך, מערכת S-VT מפחיתה בסופו של דבר את הפסדי השאיבה ב-20% ומשפרת את יעילות תהליך הבעירה. פתרון דומה נמצא בשימוש על ידי BMW מזה זמן רב, המכונה מערכת זו VANOS כפול.
בעת שימוש במערכת בקרת נפח אוויר כניסת אוויר זו, קיים סיכון של בעירה מספקת של התערובת עקב הלחץ הנמוך יותר, שכן שסתומי הכניסה נשארים פתוחים בתחילת שלב הדחיסה. בהקשר זה, מהנדסי מאזדה השתמשו ביחס הדחיסה הגבוה של מנוע Skyactiv G של 14,0: 1, כלומר טמפרטורה ולחץ גבוה יותר בצילינדר, כך ש תהליך הבעירה נשאר יציב והמנוע פועל בצורה כלכלית יותר.
יעילות נמוכה של המנוע מתאפשרת גם בזכות עיצובו הקל ופחות חיכוך מכני של חלקים נעים. בהשוואה למנוע הבנזין 2,0 MZR המותקן, מנוע Skyactiv G כולל 20% בוכנות קלות יותר, 15% מוטות חיבור קלים יותר ומיסבים ראשיים יותר של גל ארכובה, וכתוצאה מכך הפחתת משקל כוללת של 10%. על ידי מחצית חיכוך השסתומים וחיכוך טבעות הבוכנה בכמעט 40%, החיכוך המכני הכולל של המנוע הופחת ב -30%.
כל השינויים שהוזכרו הביאו לתמרון מנוע טוב יותר בספיד נמוך עד בינוני וירידה של 15% בצריכת הדלק בהשוואה ל- 2,0 MZR הקלאסי. כיום פליטות CO2 חשובות אלו אף נמוכות יותר ממנוע הדיזל 2,2 MZR-CD שנמצא בשימוש כיום. היתרון הוא גם השימוש בבנזין קלאסי BA 95.
כל מנועי SkyActiv בנזין ודיזל באירופה יהיו מצוידים במערכת i-stop, כלומר מערכת עצור-התנע לכיבוי אוטומטי של המנוע בעת עצירה. מערכות חשמל אחרות, בלימה מחודשת וכו 'יבואו בהמשך.
