Motor Mazda SkyActiv G - gasolina i SkyActiv D - dièsel
Contingut
Els fabricants d’automòbils pretenen reduir les emissions de CO2 de manera diferent. De vegades, per exemple, són els compromisos els que desplacen l’alegria de conduir al marge. Tot i això, Mazda ha decidit anar en una direcció diferent i reduir les emissions amb una nova solució tot-en-un que no treu el plaer de conduir. A més del nou disseny de motors de gasolina i dièsel, la solució també inclou nous xassís, carrosseria i caixa de canvis. Reduir el pes de tot el vehicle va de la mà de la nova tecnologia.
Estudis recents demostren que els motors de combustió convencionals continuaran dominant el món de l’automòbil durant els propers 15 anys, de manera que val la pena continuar invertint molts esforços en desenvolupar-los. Com ja sabeu, la major part de l’energia química que conté el combustible no es converteix en treball mecànic durant la combustió, sinó que s’evapora literalment en forma de calor residual a través dels tubs d’escapament, del radiador, etc. i també expliquen les pèrdues causades per la fricció de les parts mecàniques del motor. En desenvolupar la nova generació de motors dièsel i gasolina SkyActiv, els enginyers de Hiroshima, Japó, es van centrar en sis factors principals que influeixen en el consum i les emissions resultants:
- ratio de compressió,
- relació de combustible a aire,
- la durada de la fase de combustió de la barreja,
- el temps de la fase de combustió de la barreja,
- pèrdues de bombament,
- fricció de les parts mecàniques del motor.
En el cas dels motors de gasolina i dièsel, la relació de compressió i la reducció de la pèrdua de fricció han demostrat ser els factors més importants per reduir les emissions i el consum de combustible.
Motor SkyActiv D.
El motor de 2191 cc està equipat amb un sistema d’injecció common rail d’alta pressió amb injectors piezoelèctrics. Presenta una relació de compressió inusualment baixa de només 14,0: 1 per al dièsel. La recàrrega és proporcionada per un parell de turbocompressors de diferents mides, cosa que té un efecte positiu en la reducció del retard en la resposta del motor en prémer el pedal de l’accelerador. El tren de vàlvules inclou un recorregut variable de la vàlvula, que s’escalfa més ràpidament quan el motor està fred, ja que alguns dels gasos d’escapament tornen als cilindres. A causa de l’arrencada en fred fiable i de la combustió estable durant la fase d’escalfament, els motors dièsel convencionals requereixen una relació de compressió elevada, que normalment es troba entre 16: 1 i 18: 1. La baixa relació de compressió de 14,0: 1 per a SkyActiv El motor -D permet optimitzar el temps del procés de combustió. A mesura que disminueix la relació de compressió, la temperatura i la pressió del cilindre també disminueixen al centre mort superior. En aquest cas, la barreja crema més temps fins i tot si s’injecta combustible al cilindre just abans d’arribar al punt mort superior. Com a resultat d’una combustió perllongada, les zones amb deficiència d’oxigen no es formen a la barreja combustible i la temperatura es manté uniforme, de manera que s’exclou significativament la formació de NOx i sutge. Amb la combustió i la injecció de combustible a prop del punt mort superior, el motor és més eficient. Això significa un ús més eficient de l'energia química continguda en el combustible, així com més treball mecànic per unitat de combustible que en el cas d'un motor dièsel d'alta compressió. El resultat és una reducció del consum de dièsel i de les emissions lògiques de CO2 en més d’un 20% en comparació amb un motor de 2,2 MZR-CD que funciona amb una relació de compressió 16: 1. Com s’ha esmentat, es generen molt menys òxids de nitrogen durant la combustió i gairebé no tenen carboni tècnic . Per tant, fins i tot sense un sistema addicional d’eliminació de NOx, el motor compleix la norma d’emissions Euro 6 que entrarà en vigor el 2015. Per tant, el motor no necessita una reducció catalítica selectiva ni un catalitzador eliminador de NOx.
A causa de la poca compressió, el motor no pot generar una temperatura prou alta com per encendre la barreja durant les arrencades en fred, cosa que pot provocar un arrencada molt problemàtica i un funcionament intermitent del motor, especialment a l’hivern. Per aquest motiu, SkyActiv-D està equipat amb bufadors de ceràmica i una vàlvula d’escapament VVL de curs variable. Això permet que els gasos d’escapament calents es recirculin internament a la cambra de combustió. El primer encès és assistit per una bufanda, que és suficient perquè els gasos d’escapament assoleixin la temperatura requerida. Després d’engegar el motor, la vàlvula d’escapament no es tancarà com un motor d’admissió normal. En canvi, roman obert i els gasos d’escapament calents tornen a la cambra de combustió. Això fa augmentar la temperatura i, per tant, facilita la posterior inflamació de la barreja. Així, el motor funciona sense problemes i sense interrupcions des del primer moment.
En comparació amb el motor dièsel 2,2 MZR-CD, la fricció interna també s'ha reduït un 25%. Això es reflecteix no només en una reducció addicional de les pèrdues generals, sinó també en una resposta més ràpida i un rendiment millorat. Un altre avantatge d'una relació de compressió més baixa és que les pressions màximes dels cilindres són més baixes i, per tant, menys tensió sobre els components individuals del motor. Per aquest motiu, no hi ha necessitat d'un disseny de motor tan robust, el que resulta en un estalvi de pes addicional. La culata amb col·lector integrat té parets més primes i pesa tres quilos menys que abans. El bloc de cilindres d'alumini és 25 kg més lleuger. El pes dels pistons i del cigonyal s'ha reduït un 25 per cent més. Com a resultat, el pes total del motor SkyActiv-D és un 20% inferior al del motor 2,2 MZR-CD utilitzat fins ara.
El motor SkyActiv-D utilitza un sobrealimentació en dues etapes. Això significa que està equipat amb un turbocompressor petit i un gran, que funcionen a un rang de velocitat diferent. El més petit s’utilitza a revolucions baixes i mitjanes. A causa de la menor inèrcia de les parts rotatives, millora la corba de parell i elimina l’anomenat efecte turbo, és a dir, el retard en la resposta del motor a un salt sobtat de l’accelerador a baixa velocitat quan no hi ha prou pressió a l’escapament . tub de derivació per girar ràpidament la turbina del turbocompressor. En canvi, el turbocompressor més gran està totalment compromès amb el rang de velocitat mitjana. Junts, ambdós turbocompressors proporcionen al motor una corba de parell pla a baixes revolucions i alta potència a altes revolucions. Gràcies al subministrament d’aire suficient dels turbocompressors en un ampli rang de velocitats, les emissions de NOx i partícules es redueixen al mínim.
Fins ara, es produeixen dues versions del motor 2,2 SkyActiv-D per a Europa. El més fort té una potència màxima de 129 kW a 4500 rpm i un parell màxim de 420 Nm a 2000 rpm. El més feble té 110 kW a 4500 rpm i un parell de 380 Nm en el rang 1800-2600 rpm, al màxim. la velocitat d’ambdós motors és de 5200. A la pràctica, el motor actua força aletarg fins a 1300 rpm, a partir d’aquest límit comença a guanyar velocitat, mentre que per a una conducció normal n’hi ha prou amb mantenir-lo a unes 1700 rpm o més fins i tot per a les necessitats d’acceleració suau.
Motor SkyActiv G.
El motor de gasolina d'aspiració natural, designat Skyactiv-G, té una relació de compressió inusualment alta de 14,0:1, actualment la més alta d'un turisme de producció en sèrie. L'augment de la relació de compressió augmenta l'eficiència tèrmica del motor de gasolina, la qual cosa significa, en definitiva, uns valors de CO2 més baixos i, per tant, un menor consum de combustible. El risc associat a una alta relació de compressió en el cas dels motors de gasolina és l'anomenada combustió de detonació i la consegüent reducció del parell i el desgast excessiu del motor. Per evitar la combustió de la mescla a causa de l'alta relació de compressió, el motor Skyactiv-G utilitza una reducció de la quantitat i de la pressió dels gasos calents residuals a la cambra de combustió. Per tant, s'utilitza un tub d'escapament en una configuració 4-2-1. Per aquest motiu, el tub d'escapament és relativament llarg i, per tant, evita de manera efectiva que els gasos d'escapament tornin a la cambra de combustió immediatament després d'haver-se descarregat. La caiguda resultant de la temperatura de combustió evita eficaçment l'aparició de detonació combustió - detonació. Com un altre mitjà per evitar la detonació, s'ha reduït el temps de combustió de la mescla. La combustió més ràpida de la mescla significa un temps més curt durant el qual la mescla no cremada de combustible i aire s'exposa a altes temperatures, de manera que la detonació no té temps de produir-se en absolut. La part inferior dels pistons també està dotada d'escassos especials perquè les flames de la mescla en flames que es formen en moltes direccions es puguin expandir sense creuar-se, i el sistema d'injecció també s'ha equipat amb injectors de múltiples forats de recent desenvolupament, que permet combustible a atomitzar.
També cal reduir les anomenades pèrdues de bombeig per tal d'augmentar l'eficiència del motor. Això succeeix amb càrregues més baixes del motor quan el pistó aspira aire a mesura que es desplaça cap avall durant la fase d'admissió.La quantitat d'aire que entra al cilindre sol ser controlada per una vàlvula d'acceleració situada al tracte d'admissió. Amb càrregues lleugeres del motor, només es necessita una petita quantitat d'aire. La vàlvula d'acceleració està gairebé tancada, la qual cosa fa que la pressió al tracte d'admissió i al cilindre estigui per sota de la atmosfèrica. Per tant, el pistó ha de superar una pressió negativa significativa, gairebé un buit, que afecta negativament el consum de combustible. Els dissenyadors de Mazda van utilitzar la temporització de les vàlvules d'admissió i d'escapament infinitament variable (S-VT) per minimitzar les pèrdues de la bomba. Aquest sistema us permet controlar la quantitat d'aire d'admissió mitjançant vàlvules en lloc d'un accelerador. A baixes càrregues del motor, es necessita molt poc aire. Així, el sistema de sincronització variable de les vàlvules manté obertes les vàlvules d'admissió a l'inici de la fase de compressió (quan puja el pistó) i les tanca només quan hi ha la quantitat d'aire necessària al cilindre. Així, el sistema S-VT redueix en última instància les pèrdues de bombeig en un 20% i millora l'eficiència del procés de combustió. Una solució similar ha estat utilitzada per BMW durant molt de temps, anomenant aquest sistema Doble VANOS.
Quan s’utilitza aquest sistema de control de volum d’aire d’entrada, hi ha un risc de combustió insuficient de la barreja a causa de la pressió més baixa, ja que les vàlvules d’admissió romanen obertes al començament de la fase de compressió. En aquest sentit, els enginyers de Mazda van utilitzar l’elevada relació de compressió del motor Skyactiv G de 14,0: 1, la qual cosa significa una temperatura i pressió més elevades al cilindre, de manera que el procés de combustió es manté estable i el motor funciona més econòmicament.
La baixa eficiència del motor també es veu facilitada pel seu disseny lleuger i la menor fricció mecànica de les parts mòbils. En comparació amb el motor de gasolina 2,0 MZR instal·lat, el motor Skyactiv G presenta un 20% de pistons més lleugers, un 15% de bieles més lleugeres i uns coixinets principals de cigonyal més petits, cosa que redueix el pes del 10%. Mitjançant la reducció a la meitat de la fricció de les vàlvules i la fricció dels anells del pistó gairebé un 40%, la fricció mecànica total del motor s’ha reduït en un 30%.
Totes les modificacions esmentades van donar com a resultat una millor maniobrabilitat del motor a revolucions baixes a mitjanes i una reducció del 15% del consum de combustible en comparació amb el clàssic 2,0 MZR. Avui en dia, aquestes importants emissions de CO2 són fins i tot inferiors al motor dièsel 2,2 MZR-CD que s’utilitza avui en dia. L’avantatge també és l’ús de benzina clàssica BA 95.
Tots els motors de gasolina i dièsel SkyActiv d’Europa estaran equipats amb un sistema i-stop, és a dir, un sistema d’arrencada-parada per apagar automàticament el motor quan s’aturi. Seguiran altres sistemes elèctrics, frenades regeneratives, etc.
