موتور مزدا SkyActiv G - بنزینی و SkyActiv D - دیزلی

هدف خودروسازان کاهش انتشار CO₂ متفاوت برای مثال ، گاهی اوقات این مصالحه است که لذت رانندگی را به حاشیه منتقل می کند. با این حال ، مزدا تصمیم گرفته است که به یک مسیر متفاوت برود و آلایندگی را با یک راه حل همه جانبه جدید کاهش دهد که لذت رانندگی را از بین نمی برد. این راه حل علاوه بر طراحی جدید موتورهای بنزینی و دیزلی ، شامل شاسی ، بدنه و گیربکس جدید نیز می شود. کاهش وزن کل خودرو همراه با فناوری جدید است.

مطالعات اخیر نشان می دهد که موتورهای احتراق معمولی تا 15 سال آینده بر جهان خودرو تسلط خواهند یافت ، بنابراین ارزش دارد که تلاش زیادی برای توسعه آنها انجام شود. همانطور که می دانید ، بیشتر انرژی شیمیایی موجود در سوخت در هنگام احتراق به کار مکانیکی تبدیل نمی شود ، بلکه به معنای واقعی کلمه به صورت گرمای اضافی از طریق لوله های خروجی ، رادیاتور و غیره تبخیر می شود و همچنین تلفات ناشی از اصطکاک قطعات مکانیکی موتور در توسعه نسل جدید موتورهای بنزینی و دیزلی SkyActiv ، مهندسان هیروشیمای ژاپن بر شش عامل اصلی که بر میزان مصرف و انتشار گازهای گلخانه ای تأثیر می گذارد تمرکز کردند:

• نسبت تراکم،
• نسبت سوخت به هوا ،
• مدت زمان مرحله احتراق مخلوط ،
• زمان فاز احتراق مخلوط ،
• تلفات پمپاژ ،
• اصطکاک قطعات مکانیکی موتور

در مورد موتورهای بنزینی و دیزلی ، نسبت تراکم و کاهش تلفات اصطکاک مهمترین عوامل کاهش آلایندگی و مصرف سوخت ثابت شده است.

موتور SkyActiv D

موتور 2191،14,0 سی سی مجهز به سیستم تزریق ریلی معمولی فشار قوی با انژکتورهای پیزوالکتریک است. نسبت فشرده سازی آن بسیار کم است و فقط 1: 16 برای دیزل است. شارژ مجدد توسط یک جفت توربوشارژر در اندازه های مختلف انجام می شود که تأثیر مثبتی در کاهش تاخیر در پاسخ موتور به فشار دادن پدال گاز دارد. قطار سوپاپ شامل حرکت سوپاپ متغیر است که در زمان سرد شدن موتور سریعتر گرم می شود ، زیرا برخی از گازهای خروجی به سیلندر باز می گردند. موتورهای دیزلی معمولی به دلیل شروع قابل اعتماد سرد و احتراق پایدار در مرحله گرم شدن ، نیاز به نسبت فشرده سازی بالایی دارند که معمولاً در محدوده 1: 18 تا 1: 14,0 است. نسبت فشرده سازی پایین 1: 2 برای SkyActiv موتور D اجازه می دهد تا زمان فرآیند احتراق را بهینه کنید. با کاهش نسبت فشرده سازی ، دما و فشار سیلندر نیز در مرکز مرده بالا کاهش می یابد. در این حالت ، مخلوط بیشتر می سوزد حتی اگر سوخت درست قبل از رسیدن به مرکز مرده به داخل سیلندر تزریق شود. در نتیجه احتراق طولانی مدت ، مناطقی با کمبود اکسیژن در مخلوط قابل احتراق ایجاد نمی شود و دما یکنواخت باقی می ماند ، به طوری که تشکیل NOx و دوده به طور قابل توجهی حذف می شود. با تزریق سوخت و احتراق در نزدیکی مرکز مرده ، موتور کارآمدتر است. این به معنای استفاده کارآمدتر از انرژی شیمیایی موجود در سوخت و همچنین کار مکانیکی بیشتر در واحد سوخت نسبت به موتورهای دیزلی با نسبت فشرده سازی بالا است. نتیجه کاهش مصرف گازوئیل و انتشار CO20 منطقی تا بیش از 2,2 درصد در مقایسه با موتور 16 MZR-CD با نسبت فشرده سازی 1: 6 است. به بنابراین ، حتی بدون سیستم حذف NOx اضافی ، موتور مطابق با استاندارد آلایندگی یورو 2015 است که در سال XNUMX اجرایی می شود. بنابراین ، موتور نیازی به کاهش کاتالیزوری انتخابی یا کاتالیزور حذف NOx ندارد.

به دلیل فشرده سازی کم ، موتور نمی تواند دمای کافی را ایجاد کند تا مخلوط را در هنگام استارت سرد شعله ور کند ، که می تواند منجر به راه اندازی بسیار مشکل ساز و عملکرد متناوب موتور ، به ویژه در زمستان شود. به همین دلیل ، SkyActiv-D مجهز به شمع های سرامیکی و سوپاپ خروجی VVL متغیر است. این امر به گردش مجدد گازهای خروجی داغ در داخل محفظه احتراق اجازه می دهد. اولین جرقه زنی با یک چراغ برق کمک می کند که برای رسیدن گازهای خروجی به دمای مورد نیاز کافی است. پس از روشن شدن موتور ، شیر خروجی مانند یک موتور ورودی معمولی بسته نمی شود. در عوض ، نیمه باز می ماند و گازهای خروجی داغ به محفظه احتراق باز می گردند. این باعث افزایش دمای موجود در آن می شود و بنابراین احتراق بعدی مخلوط را تسهیل می کند. بنابراین ، موتور از همان لحظه اول بدون مشکل و بدون وقفه کار می کند.

در مقایسه با موتور دیزلی 2,2 MZR-CD، اصطکاک داخلی نیز 25 درصد کاهش یافته است. این نه تنها در کاهش بیشتر تلفات کلی منعکس می شود، بلکه در پاسخ سریعتر و بهبود عملکرد نیز منعکس می شود. یکی دیگر از مزایای نسبت تراکم پایین تر، حداکثر فشار سیلندر کمتر و در نتیجه استرس کمتر بر اجزای جداگانه موتور است. به همین دلیل، نیازی به چنین طراحی موتور قوی وجود ندارد و در نتیجه باعث کاهش وزن بیشتر می شود. سرسیلندر با منیفولد یکپارچه دیواره های نازک تری دارد و وزن آن سه کیلوگرم کمتر از قبل است. بلوک سیلندر آلومینیومی 25 کیلوگرم سبک تر است. وزن پیستون ها و میل لنگ 25 درصد دیگر کاهش یافته است. در نتیجه، وزن کلی موتور SkyActiv-D 20٪ کمتر از وزن موتور 2,2 MZR-CD استفاده شده تاکنون است.

موتور SkyActiv-D از دو مرحله سوپرشارژ استفاده می کند. این بدان معناست که مجهز به یک توربوشارژر کوچک و بزرگ است که هرکدام در محدوده سرعت متفاوتی کار می کنند. کوچکتر در دورهای کم و متوسط ​​استفاده می شود. به دلیل اینرسی پایین قطعات چرخان ، منحنی گشتاور را بهبود می بخشد و اصطلاحاً اثر توربو را از بین می برد ، یعنی تأخیر در پاسخ موتور به جهش ناگهانی شتاب دهنده با سرعت کم هنگامی که فشار کافی در اگزوز وجود ندارد. به لوله انشعابی برای چرخش سریع توربین توربوشارژر. در مقابل ، توربوشارژر بزرگتر به طور کامل در محدوده سرعت متوسط ​​درگیر است. با هم ، هر دو توربوشارژر منحنی گشتاور مسطح در دور در دقیقه و قدرت بالا در دور بالا را برای موتور فراهم می کنند. به لطف تامین هوای کافی از توربوشارژرها در محدوده سرعت وسیع ، انتشار NOx و ذرات معلق به حداقل ممکن می رسد.

تاکنون دو نسخه از موتور 2,2 SkyActiv-D برای اروپا تولید می شود. قدرتمندتر دارای حداکثر قدرت 129 کیلو وات در 4500 دور در دقیقه و حداکثر گشتاور 420 نیوتن متر در 2000 دور در دقیقه است. ضعیف تر دارای 110 کیلو وات در 4500 دور در دقیقه و گشتاور 380 نیوتن متر در محدوده 1800-2600 دور در دقیقه ، در حداکثر است. سرعت هر دو موتور 5200 است. در عمل ، موتور تا 1300 دور در دقیقه نسبتاً بی حال است ، از این حد شروع به افزایش سرعت می کند ، در حالی که برای رانندگی معمولی کافی است آن را در حدود 1700 دور در دقیقه یا بیشتر حتی برای نیازها حفظ کنید از شتاب صاف

موتور SkyActiv G

موتور بنزینی تنفس طبیعی با نام Skyactiv-G دارای نسبت تراکم غیرمعمول بالا 14,0:1 است که در حال حاضر بالاترین نسبت تراکم در خودروهای سواری تولید انبوه است. افزایش نسبت تراکم باعث افزایش راندمان حرارتی موتور بنزینی می شود که در نهایت به معنای کاهش مقادیر CO2 و در نتیجه کاهش مصرف سوخت است. خطر مرتبط با نسبت تراکم بالا در مورد موتورهای بنزینی، اصطلاحاً احتراق کوبشی - انفجار و در نتیجه کاهش گشتاور و سایش بیش از حد موتور است. برای جلوگیری از احتراق ضربه ای مخلوط به دلیل نسبت تراکم بالا، موتور Skyactiv-G از کاهش مقدار و همچنین فشار گازهای داغ باقیمانده در محفظه احتراق استفاده می کند. بنابراین، یک لوله اگزوز در پیکربندی 4-2-1 استفاده می شود. به همین دلیل، لوله اگزوز نسبتا طولانی است و بنابراین به طور موثری از بازگشت گازهای خروجی به محفظه احتراق بلافاصله پس از تخلیه از آن جلوگیری می کند. کاهش دمای حاصل از احتراق به طور موثری از وقوع انفجار احتراق - انفجار جلوگیری می کند. به عنوان وسیله دیگری برای جلوگیری از انفجار، زمان سوختن مخلوط کاهش یافته است. سوزاندن سریعتر مخلوط به معنای زمان کوتاه تری است که در طی آن مخلوط سوخته و هوای نسوخته در معرض دمای بالا قرار می گیرد، به طوری که انفجار اصلاً زمان وقوع ندارد. کف پیستون ها نیز دارای فرورفتگی های ویژه ای هستند تا شعله های مخلوط احتراق ایجاد شده در جهات مختلف بدون عبور از یکدیگر منبسط شوند و سیستم تزریق نیز مجهز به انژکتورهای چند سوراخه جدید توسعه یافته است که امکان سوخت را فراهم می کند. اتمیزه شدن

همچنین برای افزایش راندمان موتور باید تلفات به اصطلاح پمپاژ را کاهش داد. این امر در بارهای کمتر موتور زمانی رخ می دهد که پیستون هنگام حرکت به سمت پایین در فاز ورودی هوا را به داخل می کشد.مقدار هوای ورودی به سیلندر معمولاً توسط یک سوپاپ دریچه گاز واقع در مجرای ورودی کنترل می شود. در بارهای کم موتور، تنها مقدار کمی هوا مورد نیاز است. دریچه گاز تقریباً بسته است، که منجر به این واقعیت می شود که فشار در مجرای ورودی و در سیلندر زیر اتمسفر است. بنابراین، پیستون باید بر فشار منفی قابل توجهی غلبه کند - تقریباً خلاء، که بر مصرف سوخت تأثیر منفی می گذارد. طراحان مزدا از زمان بندی سوپاپ ورودی و خروجی بی نهایت متغیر (S-VT) برای به حداقل رساندن تلفات پمپ استفاده کردند. این سیستم به شما اجازه می دهد تا میزان هوای ورودی را با استفاده از دریچه ها به جای دریچه گاز کنترل کنید. در بارهای سبک موتور، هوای بسیار کمی مورد نیاز است. بنابراین، سیستم زمان بندی متغیر سوپاپ، دریچه های ورودی را در ابتدای فاز تراکم (هنگام بالا آمدن پیستون) باز نگه می دارد و تنها زمانی که مقدار هوای مورد نیاز در سیلندر باشد، آنها را می بندد. بنابراین، سیستم S-VT در نهایت تلفات پمپاژ را تا 20٪ کاهش می دهد و راندمان فرآیند احتراق را بهبود می بخشد. راه حل مشابهی برای مدت طولانی توسط BMW استفاده می شود که این سیستم را نامیده است دوگانه VANOS.

هنگام استفاده از این سیستم کنترل حجم هوای ورودی ، خطر احتراق ناکافی مخلوط به دلیل فشار کمتر وجود دارد ، زیرا دریچه های ورودی در ابتدای مرحله فشرده سازی باز می مانند. در این راستا ، مهندسان مزدا از نسبت تراکم بالای موتور Skyactiv G 14,0: 1 استفاده کردند که به معنی دما و فشار بیشتر در سیلندر است ، بنابراین روند احتراق پایدار می ماند و موتور از نظر اقتصادی بیشتر کار می کند.

کارایی پایین موتور نیز به دلیل طراحی سبک و اصطکاک مکانیکی کمتر قطعات متحرک تسهیل می شود. در مقایسه با موتور بنزینی 2,0 MZR نصب شده ، موتور Skyactiv G دارای 20٪ پیستون سبک تر ، 15٪ میله های اتصال سبک تر و یاتاقان های اصلی میل لنگ کوچکتر است که منجر به کاهش کلی وزن 10٪ می شود. با نصف شدن اصطکاک سوپاپ ها و اصطکاک حلقه های پیستون تقریباً 40، ، اصطکاک مکانیکی کل موتور 30 ​​کاهش یافته است.

همه تغییرات ذکر شده منجر به قابلیت مانور بهتر موتور در دورهای کم تا متوسط ​​و کاهش 15 درصدی مصرف سوخت در مقایسه با 2,0 MZR کلاسیک می شود. امروزه این انتشارات مهم CO2 حتی کمتر از موتور دیزلی 2,2 MZR-CD است که امروزه استفاده می شود. مزیت آن نیز استفاده از بنزین کلاسیک BA 95 است.

تمام موتورهای بنزینی و دیزلی SkyActiv در اروپا مجهز به سیستم i-stop خواهند بود ، یعنی سیستم توقف راه اندازی برای خاموش کردن خودکار موتور در صورت توقف. سایر سیستم های الکتریکی ، ترمزهای احیا کننده و غیره متعاقباً انجام خواهد شد.