A Mazdaság új SKYACTIV benzin- és dízelmotorjai az ideális motor felé vezető úton haladnak; összpontosítson

A Mazda Motor Corporation új generációs SKYACTIV technológiái - beleértve a motorokat, a sebességváltókat, a jármű karosszériákat és a futóművet, 2010-ben indultak el (korábbi bejegyzés) - képviselik a vállalat első legfontosabb építőköveit a „Fenntartható nagyítás-nagyítás” stratégia megvalósításában, amely kezdetben felhívja 2015-ig 30% -kal növeli az üzemanyag-hatékonyságot (a 2008-as szinthez képest) az összes világszerte kínált Mazda gépjárműben.

skyactiv

A hajtáslánc referenciakeretéből a Mazda építőelem-stratégiát tervez - vagyis a SKYACTIV belső égésű motorok villamosításának lépésenkénti bevezetését: leállítás-indítás, majd regeneratív fékezés, majd elektromos motoros meghajtási technológiák követik. Bár a Mazda középtávon hibrid járművek tervezését tervezi, mérnökei nagy erőfeszítéseket tesznek mind a benzin-, mind a dízelplatformok hatékonyságának növelésére, az általuk „ideális belső égésű motornak” nevezett irány felé.

A kezdeti SKYACTIV-G (benzin) és SKYACTIV-D (dízel) motorok, amelyeket idén és új járművekben alkalmaznak, megmutatják a Mazda megközelítését a cél érdekében.

A Mazda adott otthont Zöld autó kongresszus ezen a héten a SKYACTIV Technologies média workshopon a kanadai Vancouverben, ahol a mérnöki vezetés elmagyarázta a SKYACTIV technológiák kezdeti készletének fejlesztési filozófiáját, megközelítését és eredményeit. Ezenkívül a vállalat SKYACTIV öszvérkészletet (benzin és dízel, kézi és automata sebességváltó), valamint jelenlegi gyártmányú járműveket biztosított, hogy bemutassa az úton a fejlesztői csapatok erőfeszítéseinek eredményeit.


Energiamérleg egy belső égésű motorban. kattints a kinagyításhoz.

Az ideális belső égésű motor tervezése. A belső égésű motor 120 évnyi non-stop fejlesztés után sem használja fel az üzemanyagban lévő energia nagy részét. Mivel ez az energiaveszteség elsősorban termikus jellegű, és a kipufogógáz, a hűtőrendszer, valamint a motor és a sebességváltó felületének tulajdonítható, a Mazda K + F csoportjának középpontjában a motor hőhatékonyságának költséghatékony javítása áll. Ezen túlmenően a Mazda a motor belső súrlódásának és a motor tömegének csökkentése érdekében is elfoglalt munkát végzett.

A workshopon Kiyoshi Fujiwara, a Mazda projekttervezésért és fejlesztésért felelős ügyvezetője nem hivatalosan azt javasolta, hogy a Mazda mérnökei úgy gondolják, hogy a könnyű haszongépjárművek belső égésű motorjaival végül képesek elérni a 60% -os hőhatékonyságot.

A Mazda megközelítésének középpontjában a hat ellenőrizhető tényező áll:

  • tömörítési arány
  • levegő/üzemanyag arány
  • égési időtartam
  • égés időzítése
  • szivattyúzási veszteség
  • mechanikai súrlódási veszteség

A Mazda célja ezen tényezők optimalizálása. Végül a sűrítési arány végül központi szerepet játszott ezek között a tényezők között mind a benzin-, mind a dízelmotorokban, bár különböző irányokban.

Extrém tömörítési arány helyett csökkentés. Bár a létszámleépítés - vagyis a hengerűrtartalom csökkentése az üzemanyag-takarékosság javítása érdekében, valamint az ebből eredő teljesítmény- és forgatónyomaték-veszteség ellensúlyozása - hatékony megközelítés az üzemanyag-fogyasztás csökkentésére, a Mazda más utat választott.

A Mazda ideális motorra vonatkozó ütemterve szerint a leghatékonyabb következő lépés a tömörítési arány optimalizálása volt. A SKYACTIV-G motor számára ez azt jelentette, hogy a tömörítési arányt 14: 1-re (Észak-Amerikában 13: 1-re) emelték. A SKYACTIV-D esetében ez azt jelenti, hogy a tömörítési arányt 14: 1-re kell csökkenteni.
SKYACTIV-G üzemanyag-fogyasztás. kattints a kinagyításhoz. SKYACTIV-G nyomaték. kattints a kinagyításhoz.
SKYACTIV-D üzemanyag-fogyasztás. kattints a kinagyításhoz. SKYACTIV-D nyomaték. kattints a kinagyításhoz.

Az új 2,0 literes SKYACTIV-G motor körülbelül 15% -kal alacsonyabb üzemanyag-fogyasztást és CO2-kibocsátást eredményez, mint a jelenlegi Mazda 2,0 literes MZR benzinmotor, hozzávetőlegesen 15% -kal nagyobb nyomatékkal az alsó és a középső tartományban, 87 AKI (anti- koptatási index, vagy szivattyú oktánszámú) üzemanyag.

A kompressziós arány növelése egy benzinmotorban növeli annak hőhatékonyságát, ezáltal javítva az üzemanyag-fogyasztást. A hagyományos motorok nagy nyomása azonban nem kívánt rendellenes égéshez (azaz kopogáshoz) és a nyomaték csökkenéséhez vezet. A kopogás elkerülése érdekében gazdagabb keveréket és késleltetett gyújtásidőzítést alkalmaznak, de ezek az üzemanyag-takarékosság és a nyomaték rovására is történnek.


Maradék gázcsökkentés a 4-2-1 elosztó rendszeren keresztül. kattints a kinagyításhoz.

A kopogás akkor történik, amikor a levegő-üzemanyag keverék idő előtt meggyullad, mert a hőmérséklet és a nyomás túl magas. Ez ellensúlyozható az égéstérben lévő forró maradék gázok mennyiségének és nyomásának csökkentésével. A Mazda erre válaszul kifejlesztett egy speciális 4-2-1-es kipufogócsatornát, amely viszonylag hosszú felépítése miatt megakadályozza, hogy a hengerből most kimozdult kipufogógáz visszaszoruljon az égéstérbe. A kompressziós hőmérséklet csökkenése gátolja a kopogást.

Az égés időtartama is csökkent. A gyorsabb égés lerövidíti az égetetlen levegő-üzemanyag keverék magas hőmérsékletnek kitett idejét, ami lehetővé teszi a normális égés befejezését a kopogás előtt.

Kibocsátás
A Mazda közölte, hogy a SKYACTIV-G motorral és a SKYACTIV sebességváltókkal felszerelt Mazda3-at az év végén Észak-Amerikába viszi.
A SKYACTIV technológiák teljes skálája (azaz a karosszéria, az alváz, a futómű is) először 2012-ben jelenik meg az új CX-5-ben.
A Mazda szerint mérlegeli, hogy Észak-Amerikába is behozza a dízelt.

Az új motor speciális dugattyú üregeket is kapott, amelyek lehetővé teszik a kezdeti égési lángok interferencia nélküli terjedését, valamint új, több lyukú befecskendezőkkel, amelyek javítják az üzemanyag-permetezés jellemzőit. A 4-2-1 kipufogócsonkkal együtt ezek az újítások jelentős 15% -os nyomatéknövekedést eredményeztek a Mazda jelenlegi 2,0 literes MZR benzinmotorjával szemben.

A SKYACTIV-G kisebb furattal is rendelkezik: 83,5 mm, míg a jelenlegi 2,0 literes motor 87,5 mm. A kisebb furat csökkenti a hűtési veszteséget és hozzájárul a termikus hatékonyság javításához.

A Mazdának sikerült csökkentenie a szivattyúzási veszteséget (20% -os csökkenés) egy folyamatosan változtatható kettős S-VT (szekvenciális szelepvezérlés) rendszerrel a szívó- és kipufogószelepeken, lehetővé téve a levegőbeszívás mennyiségének szabályozását a szelepek helyett a fojtószelep felett. A szívó löket során a fojtószelepet és a szívószelepeket nyitva tartják, miközben a henger lefelé mozog. A szívó löket akkor fejeződik be, amikor a dugattyú eléri az alsó holtpontot (BDC). De ha a szívószelepek itt záródnak, akkor túl sok a levegő a henger belsejében, ha alacsony motorterhelés mellett csak kis mennyiségű levegőre van szükség. A felesleges levegő kiszorítása érdekében az S-VT beömlőnyílás nyitva tartja a szívószelepeket, amikor a dugattyú felfelé mozogni kezd a kompressziós löket során. Ezután a szívószelepek bezáródnak, amikor minden felesleges levegőt kiszorítanak.

Az S-VT rendszert kompakt, elektronikus, változó nyomású olajszivattyúval támogatják.

Ennek a folyamatnak a hátránya a destabilizált égés. Mivel a szívószelepeket akkor is nyitva tartják, amikor a kompressziós löket elindul, a henger belsejében csökken a nyomás, ami megnehezíti a levegő-üzemanyag keverék égését. A SKYACTIV-G magas tömörítési aránya azonban megnöveli az égéstér hőmérsékletét és nyomását, így az égési folyamat stabil marad - a csökkentett szivattyúzási veszteség ellenére - és a motor üzemanyag-takarékosabb.

A SKYACTIV-G motor 20% -kal könnyebb dugattyúval, 15% -kal könnyebb hajtórúddal és 30% -kal csökkenti a motor belső súrlódását a jelenlegi 2,0 literes MZR motorhoz képest.


Magasabb tágulási arány az alacsonyabb tömörítési arány miatt. kattints a kinagyításhoz.

A 2,2 literes SKYACTIV-D motor 20% -kal csökkenti az üzemanyag-fogyasztást a jelenlegi 2,2 literes MZR-CD dízelhez képest, az alacsony 14: 1 tömörítési arány és az azt követő nagyobb tágulási fázis miatt az égés után. A SKYACTIV-D az egyik első dízel, amely megfelel a Tier II Bin 5 észak-amerikai kibocsátási előírásoknak anélkül, hogy drága szelektív katalitikus redukció (SCR) utókezelésre vagy sovány NOx csapda katalizátorra (LNT) lenne szükség.

A dízel kompressziós arányának csökkentése csökkenti a kompresszió hőmérsékletét és nyomását TDC-n. Következésképpen a gyújtás hosszabb ideig tart, még akkor is, ha az üzemanyagot TDC közelébe injektálják, ami jobb levegő és üzemanyag keveréket tesz lehetővé. Az NOx és a korom képződése enyhül, mivel az égés egyenletesebbé válik lokalizált magas hőmérsékletű területek és oxigénhiány nélkül, mondja a Mazda. Ezenkívül a TDC-hez közeli befecskendezés és égés nagyon hatékonnyá teszi a dízelmotort. A tágulási arány (vagy a tényleges elvégzett munka mennyisége) nagyobb, mint egy nagy sűrítésű dízelmotornál.

Mazda és hibridek
A Toyota Motor Corporation és a Mazda Motor Corporation 2010-ben megállapodást kötöttek a hibrid technológiai alkatrészek szállításáról, amelyre a Toyota Prius épül.
A Mazda azt tervezi, hogy ezt a hibrid rendszert ötvözi a következő generációs SKYACTIV technológiákkal egy hibrid jármű kifejlesztése és bevezetése érdekében Japánban, 2013-tól kezdődően.
A mai motorok üzemanyag-hatékonysága jelentősen csökken közepesről alacsony terhelésre alacsony motorfordulatszám mellett. A hibridek jó üzemanyag-takarékosságot nyújthatnak, ha a járművet alacsonyabb terheléssel működtetik. A Mazda szerint azonban minél szélesebb a belső égésű motor alacsony hatástartománya, annál nagyobbnak kell lennie egy hibrid elektromos motorjának és akkumulátorának, hogy kompenzálja ezt.
A Mazda kihasználni kívánja a SKYACTIV belső égésű motorok hatékonyságát, hogy könnyebb elektromos motorral és akkumulátorral növelje az általános hibrid hatékonyságot. A regeneratív fékezés tehát az akkumulátor töltésének elsődleges áramforrásaként szolgálhat.
A Mazda kihasználni kívánja a SKYACTIV belső égésű motorok hatékonyságát, hogy könnyebb elektromos motorral és akkumulátorral növelje az általános hibrid hatékonyságot. A regeneratív fékezés tehát az akkumulátor töltésének elsődleges áramforrásaként szolgálhat.

Az alacsony sűrítési arány miatt a SKYACTIV-D dízelmotor is tisztábban ég, sokkal kevesebb dinitrogén-oxidot bocsát ki, miközben gyakorlatilag nem keletkezik korom. Így meg tud oldani NOx utókezeléseket, és globálisan továbbra is megfelel a kibocsátási normáknak.

Az alacsony sűrítési aránynak azonban vannak hátrányai egy dízelmotorban. A kompressziós gyújtás hőmérséklete hidegindításhoz és hideg üzemmódban általában túl alacsony egy dízelmotorban, amelynek sűrítési aránya csak 14: 1. A dízel durván járna, főleg téli körülmények között, a bemelegedési szakaszban hibásan működik, és rendkívül alacsony hőmérsékleten előfordulhat, hogy a motor egyáltalán nem indul el.

A hidegindítás és a hidegfutás javítása érdekében a SKYACTIV-D dízelmotorokat kerámia izzítógyertyákkal, valamint kipufogó változó szelepemeléssel (VVL) látták el. Ez utóbbi szerepe az, hogy lehetővé tegye a forró kipufogógáz belső visszavezetését az égéstérbe.

Izzítógyertyát használnak az első égési ciklus végrehajtására, amely elegendő ahhoz, hogy a kipufogógáz megfelelő hőmérsékletre emelkedjen. A motor beindulása után a kipufogószelep nem záródik be a szokásos módon a szívó löket során. Ehelyett kissé nyitva marad, hogy néhány kipufogógáz visszatérhessen. Ez növeli az égéstér levegőjének hőmérsékletét, ami megkönnyíti a levegő-üzemanyag keverék későbbi meggyulladását és megakadályozza a helytelen gyújtást.

A SKYACTIV-D alacsonyabb tömörítési aránya alacsonyabb maximális nyomást és kisebb megterhelést jelent a motor alkatrészeinél, mint a hagyományos dízeleknél. A maximális égési nyomás 20% -kal alacsonyabb, mint a jelenlegi 2,2 literes dízel (130 kg/cm 2), szemben a 170 kg/cm 2 -el, vagy 1860 psi/2430 psi-vel).

Mazda EV
A Mazda2 elektromos változatát 2012-ben nagyon korlátozott számban kínálják Japánban, egy lízingprogram részeként.

Ez viszont teret enged a szerkezeti átalakításoknak a súly további csökkentése érdekében: a vékonyabb falú hengerfejek és az integrált kipufogócsonk 3 kg-mal könnyebbek, míg az új alumíniumból készült hengerblokk további 55,1 fontot (25 kg) spórol meg.

A dugattyúk és a főtengelyek súlyának további 25% -os csökkenésével a Mazda 20% -kal csökkentette a SKYACTIV-D dízelmotor teljes belső belső súrlódását a jelenlegi MZR-CD dízelhez képest.

A SKYACTIV-D kétlépcsős turbófeltöltést is alkalmaz. Egy kicsi, gyorsan reagáló turbó alacsony motorfordulatszámmal táplálja a levegőt az égéstérbe, hogy alacsony fordulatszámú nyomatékot biztosítson és kiküszöbölje a turbó késést.