Motor Mazda SkyActiv G - benzín a SkyActiv D - diesel

Automobilky mají za cíl snížit emise CO₂ jinak. Někdy jsou to například o kompromisy, které posouvají radost z jízdy na vedlejší kolej. Mazda se však rozhodla jít jiným směrem a snížit emise s novým řešením typu vše v jednom, které vám nebere radost z jízdy. Kromě nového designu benzínových a naftových motorů zahrnuje řešení také nový podvozek, karoserii a převodovku. Snižování hmotnosti celého vozidla jde ruku v ruce s novou technologií.

Nedávné studie ukazují, že konvenční spalovací motory budou v automobilovém světě nadále dominovat dalších 15 let, a proto stojí za to i nadále investovat mnoho úsilí do jejich vývoje. Jak víte, většina chemické energie obsažené v palivu není během spalování přeměněna na mechanickou práci, ale doslova se odpařuje ve formě odpadního tepla výfukovým potrubím, chladičem atd. A také vysvětlují ztráty způsobené třením mechanické části motoru. Při vývoji nové generace benzínových a naftových motorů SkyActiv se inženýři z japonské Hirošimy zaměřili na šest hlavních faktorů, které ovlivňují výslednou spotřebu a emise:

• kompresní poměr,
• poměr paliva a vzduchu,
• trvání spalovací fáze směsi,
• doba spalovací fáze směsi,
• čerpací ztráty,
• tření mechanických částí motoru.

V případě benzínových a naftových motorů se ukázal být nejdůležitějším faktorem snižování emisí a spotřeby paliva kompresní poměr a snížení ztrát třením.

Motor SkyActiv D.

Motor o objemu 2191 14,0 ccm je vybaven vysokotlakým vstřikovacím systémem common rail s piezoelektrickými vstřikovači. Vyznačuje se neobvykle nízkým kompresním poměrem pouhých 1: 16 pro naftu. Dobíjení zajišťuje dvojice různě velkých turbodmychadel, což má pozitivní vliv na snížení zpoždění reakce motoru na sešlápnutí plynového pedálu. Ventilový rozvod obsahuje variabilní zdvih ventilu, který se při studeném motoru rychleji zahřeje, protože některé výfukové plyny se vracejí do válců. Díky spolehlivému startování za studena a stabilnímu spalování během zahřívací fáze vyžadují konvenční dieselové motory vysoký kompresní poměr, který se obvykle pohybuje v rozmezí 1: 18 až 1: 14,0. Nízký kompresní poměr 1: 2 pro SkyActiv -D motor umožňuje optimalizovat dobu spalovacího procesu. Se snižujícím se kompresním poměrem klesá v horní úvrati také teplota a tlak válce. V tomto případě směs hoří déle, i když je palivo vstřikováno do válce těsně před dosažením horní úvrati. V důsledku prodlouženého spalování se ve hořlavé směsi netvoří oblasti s nedostatkem kyslíku a teplota zůstává rovnoměrná, takže je tvorba NOx a sazí výrazně vyloučena. Se vstřikováním paliva a spalováním blízko horní úvrati je motor účinnější. To znamená efektivnější využití chemické energie obsažené v palivu a také více mechanické práce na jednotku paliva než v případě vznětového motoru s vysokým kompresním poměrem. Výsledkem je snížení spotřeby nafty a logických emisí CO20 o více než 2,2% ve srovnání s motorem 16 MZR-CD pracujícím s kompresním poměrem 1: 6. karbon. I bez dalšího systému odstraňování NOx tedy motor splňuje emisní normu Euro 2015, která vstoupí v platnost v roce XNUMX. Motor tedy nepotřebuje selektivní katalytickou redukci ani katalyzátor eliminující NOx.

Kvůli nízké kompresi nemůže motor generovat dostatečně vysokou teplotu na zapálení směsi při studených startech, což může vést zejména v zimě k velmi problematickému startování a přerušovanému provozu motoru. Z tohoto důvodu je SkyActiv-D vybaven keramickými žhavícími svíčkami a výfukovým ventilem VVL s proměnným zdvihem. To umožňuje vnitřní recirkulaci horkých výfukových plynů ve spalovací komoře. Prvnímu zapálení pomáhá žhavicí svíčka, která postačuje na to, aby výfukové plyny dosáhly požadované teploty. Po nastartování motoru se výfukový ventil nezavře jako normální sací motor. Místo toho zůstává pootevřený a horké výfukové plyny se vracejí do spalovací komory. Tím se v něm zvýší teplota a usnadní se tím následné zapálení směsi. Motor tedy běží od prvního okamžiku hladce a bez přerušení.

Oproti vznětovému motoru 2,2 MZR-CD se také snížilo vnitřní tření o 25 %. To se odráží nejen v dalším snížení celkových ztrát, ale také v rychlejší odezvě a zlepšení výkonu. Další výhodou nižšího kompresního poměru jsou nižší maximální tlaky ve válcích a tím menší namáhání jednotlivých součástí motoru. Z tohoto důvodu není potřeba tak robustní konstrukce motoru, což vede k další úspoře hmotnosti. Hlava válců s integrovaným sběrným potrubím má tenčí stěny a váží o tři kilogramy méně než dříve. Hliníkový blok válců je o 25 kg lehčí. Hmotnost pístů a klikové hřídele byla snížena o dalších 25 procent. Díky tomu je celková hmotnost motoru SkyActiv-D o 20 % nižší než u dosud používaného motoru 2,2 MZR-CD.

Motor SkyActiv-D využívá dvoustupňové přeplňování. To znamená, že je vybaven jedním malým a jedním velkým turbodmychadlem, z nichž každé pracuje v jiném rozsahu otáček. Menší se používá při nízkých a středních otáčkách. Díky nižší setrvačnosti rotujících částí zlepšuje křivku točivého momentu a eliminuje takzvaný turboefekt, tedy zpoždění reakce motoru na náhlý skok plynu při nízkých otáčkách, když ve výfuku není dostatečný tlak . odbočná trubka pro rychlé otáčení turbíny turbodmychadla. Naproti tomu větší turbodmychadlo je plně zapojeno v rozsahu středních otáček. Obě turbodmychadla společně poskytují motoru plochou křivku točivého momentu při nízkých otáčkách a vysoký výkon při vysokých otáčkách. Díky dostatečnému přívodu vzduchu z turbodmychadel v širokém rozsahu otáček jsou emise NOx a pevných částic omezeny na minimum.

Pro Evropu se zatím vyrábějí dvě verze motoru 2,2 SkyActiv-D. Silnější má maximální výkon 129 kW při 4500 ot / min a maximální točivý moment 420 Nm při 2000 ot / min. Slabší má 110 kW při 4500 ot / min a točivý moment 380 Nm v rozmezí 1800-2600 ot / min, při max. otáčky obou motorů jsou 5200. Motor v praxi působí spíše letargicky až do 1300 otáček za minutu, od této hranice začíná nabírat otáčky, zatímco pro běžnou jízdu ji stačí udržovat zhruba na 1700 otáčkách za minutu nebo více i pro potřeby plynulé akcelerace.

Motor SkyActiv G.

Atmosférický zážehový motor s označením Skyactiv-G má neobvykle vysoký kompresní poměr 14,0:1, aktuálně nejvyšší v sériově vyráběném osobním automobilu. Zvýšení kompresního poměru zvyšuje tepelnou účinnost zážehového motoru, což v konečném důsledku znamená nižší hodnoty CO2 a tím i nižší spotřebu paliva. Rizikem spojeným s vysokým kompresním poměrem u benzínových motorů je tzv. klepavé hoření – detonace a z toho vyplývající snížení točivého momentu a nadměrné opotřebení motoru. Aby nedocházelo k klepavému spalování směsi vlivem vysokého kompresního poměru, využívá motor Skyactiv-G snížení množství i tlaku zbytkových horkých plynů ve spalovacím prostoru. Proto se používá výfukové potrubí v konfiguraci 4-2-1. Z tohoto důvodu je výfukové potrubí poměrně dlouhé a účinně tak zabraňuje návratu výfukových plynů do spalovací komory ihned po jejich vypuštění z ní. Výsledný pokles teploty hoření účinně zabraňuje vzniku detonačního hoření - detonace. Jako další prostředek prevence detonace byla zkrácena doba hoření směsi. Rychlejší hoření směsi znamená kratší dobu, po kterou je nespálená směs paliva a vzduchu vystavena vysokým teplotám, takže detonace nestihne vůbec nastat. Spodní část pístů je navíc opatřena speciálními vybráními, aby se plameny hořící směsi tvořící se v mnoha směrech mohly rozpínat, aniž by se navzájem křížily, a vstřikovací systém byl navíc vybaven nově vyvinutými víceotvorovými vstřikovači, které umožňují palivo, které má být atomizováno.

Je také nutné snížit tzv. čerpací ztráty, aby se zvýšila účinnost motoru. K tomu dochází při nižším zatížení motoru, kdy píst při pohybu dolů ve fázi sání nasává vzduch.Množství vzduchu vstupujícího do válce je obvykle řízeno škrticí klapkou umístěnou v sacím traktu. Při malém zatížení motoru je potřeba pouze malé množství vzduchu. Škrticí ventil je téměř uzavřen, což vede k tomu, že tlak v sacím traktu a ve válci je pod atmosférickým. Píst proto musí překonat výrazný podtlak – téměř podtlak, který negativně ovlivňuje spotřebu paliva. Konstruktéři Mazdy použili nekonečně proměnné časování sacích a výfukových ventilů (S-VT), aby minimalizovali ztráty čerpadla. Tento systém umožňuje regulovat množství nasávaného vzduchu pomocí ventilů místo škrticí klapky. Při nízkém zatížení motoru je potřeba velmi málo vzduchu. Systém variabilního časování ventilů tedy udržuje sací ventily otevřené na začátku kompresní fáze (když se píst zvedá) a uzavírá je pouze tehdy, když je ve válci potřebné množství vzduchu. Systém S-VT tak v konečném důsledku snižuje čerpací ztráty o 20 % a zlepšuje účinnost spalovacího procesu. Podobné řešení již delší dobu používá BMW, které tento systém nazývá Dvojité VANOS.

Při použití tohoto systému regulace množství nasávaného vzduchu existuje riziko nedostatečného spalování směsi v důsledku nižšího tlaku, protože sací ventily zůstávají na začátku kompresní fáze otevřené. V tomto ohledu použili inženýři Mazdy vysoký kompresní poměr motoru Skyactiv G 14,0: 1, což znamená vyšší teplotu a tlak ve válci, takže spalovací proces zůstává stabilní a motor běží ekonomičtěji.

Nízké účinnosti motoru napomáhá také jeho lehká konstrukce a menší mechanické tření pohybujících se částí. Ve srovnání s instalovaným zážehovým motorem 2,0 MZR má motor Skyactiv G o 20% lehčí písty, o 15% lehčí ojnice a menší hlavní ložiska klikového hřídele, což má za následek celkové snížení hmotnosti o 10%. Snížením tření ventilů na polovinu a tření pístních kroužků o téměř 40%se celkové mechanické tření motoru snížilo o 30%.

Všechny zmíněné úpravy měly za následek lepší manévrovatelnost motoru při nízkých až středních otáčkách a 15% snížení spotřeby paliva oproti klasickému 2,0 MZR. Dnes jsou tyto důležité emise CO2 ještě nižší než dnes používaný vznětový motor 2,2 MZR-CD. Výhodou je také použití klasického benzínu BA 95.

Všechny benzínové a naftové motory SkyActiv v Evropě budou vybaveny systémem i-stop, tj. Systémem stop-start, který automaticky vypne motor při zastavení. Následovat budou další elektrické systémy, rekuperační brzdění atd.