Технологиите от следващо поколение на Mazda Motor Corporation SKYACTIV - включително двигатели, трансмисии, каросерии и шасита, пуснати през 2010 г. (по-ранна публикация) - представляват първите ключови градивни елементи за компанията при постигането на стратегията „Устойчиво увеличение - увеличение“, което първоначално изисква за 30% увеличение на горивната ефективност (в сравнение с нивата от 2008 г.) за всички автомобили на Mazda, предлагани по целия свят до 2015 г. (Това съответства на 23% намаление на разхода на гориво и следователно на изхода на CO2.)

дизелови

От референтната система на силовия агрегат Mazda планира стратегия за изграждане на градивни елементи - т.е. поетапно въвеждане на електрификация в двигателите с вътрешно горене SKYACTIV: стоп-старт, последвано от регенеративно спиране, последвано от технологии за задвижване на електрически двигатели. Въпреки това, докато Mazda планира да предложи хибридни автомобили в средносрочен план, нейните инженери настояват усилено да увеличат ефективността както на бензиновата, така и на дизеловата платформа, преминавайки към това, което те наричат ​​„идеалният двигател с вътрешно горене“.

Първоначалните SKYACTIV-G (бензинови) и SKYACTIV-D (дизелови) двигатели, които се прилагат в нови превозни средства тази година и следващата показват подхода на Mazda към целта.

Домакин на Mazda Конгрес на Зелената кола на медиен семинар на SKYACTIV Technologies тази седмица във Ванкувър, Канада, на който инженерният мениджмънт обясни философията на разработката, подхода и резултатите за първоначалния набор от технологии SKYACTIV. В допълнение, компанията предостави набор от мулета SKYACTIV (бензин и дизел, ръчни и автоматични трансмисии), както и настоящи производствени превозни средства, за да демонстрира по пътя резултатите от усилията на своите екипи за разработка.


Енергиен баланс в двигател с вътрешно горене. Щракнете за уголемяване.

Проектиране на идеалния двигател с вътрешно горене. Дори след 120 години непрекъснато развитие двигателят с вътрешно горене все още не успява да използва дори близо до по-голямата част от енергията, съдържаща се в горивото. Тъй като тази загуба на енергия е предимно топлинна по своята същност и може да се отдаде на изпускателната, охлаждащата система и повърхностите на двигателя и трансмисията, централният фокус на екипа за научноизследователска и развойна дейност на Mazda е върху подобряване на икономическата ефективност на топлинната ефективност на двигателя. Освен това Mazda също е заета да работи за намаляване на вътрешното триене на двигателя, както и на теглото на двигателя.

По време на семинара Кийоши Фудживара, изпълнителен директор на Mazda, отговарящ за планирането и разработването на проекти, неофициално предположи, че инженерите на Mazda смятат, че в крайна сметка могат да постигнат 60% топлинна ефективност с двигатели с вътрешно горене за лекотоварни автомобили.

Шестте контролируеми фактора в основата на подхода на Mazda са:

  • степен на компресия
  • съотношение въздух-гориво
  • продължителност на горенето
  • време на горене
  • загуба на изпомпване
  • загуба на механично триене

Целта на Mazda е да оптимизира тези фактори. В крайна сметка степента на компресия в крайна сметка играе централна роля сред тези фактори както в бензиновите, така и в дизеловите двигатели, макар и в различни посоки.

Изключително съотношение на компресия, а не намаляване. Въпреки че намаляването - т.е. намаляването на дебита, за да се подобри икономията на гориво и компенсирането на произтичащите от това загуби на мощност и въртящ момент чрез зареждане - е ефективен подход за намаляване на разхода на гориво, Mazda избра различен маршрут.

Според пътната карта на Mazda за идеалния двигател, най-ефективната следваща стъпка е да се оптимизира степента на компресия. За двигателя SKYACTIV-G това означаваше увеличаване на степента на компресия до 14: 1 (13: 1 за Северна Америка). За SKYACTIV-D това означава намаляване на степента на компресия до 14: 1.
Разход на гориво на SKYACTIV-G. Щракнете за уголемяване. SKYACTIV-G въртящ момент. Щракнете за уголемяване.
Разход на гориво на SKYACTIV-D. Щракнете за уголемяване. SKYACTIV-D въртящ момент. Щракнете за уголемяване.

Новият 2.0L двигател SKYACTIV-G ще достави приблизително 15% по-нисък разход на гориво и емисии на CO2 от сегашния бензинов двигател Mazda 2.0-литров MZR, с приблизително 15% повече въртящ момент в долния и средния диапазон, използвайки 87 AKI (анти- индекс на детонация или помпа октаново) гориво.

Повишаването на степента на компресия в бензинов двигател увеличава неговата топлинна ефективност, като по този начин се подобрява икономията на гориво. Въпреки това, високата компресия в конвенционалните двигатели води до нежелано необичайно горене (т.е. удар) и свързано с това намаляване на въртящия момент. По-богата смес и забавено време за запалване се използват, за да се избегне почукване, но те също се дължат на икономията на гориво и въртящия момент.


Намаляване на остатъчния газ чрез 4-2-1 колекторна система. Щракнете за уголемяване.

Чукането се извършва, когато въздушно-горивната смес се запали преждевременно, тъй като температурата и налягането са твърде високи. Това може да се противодейства чрез намаляване на количеството и налягането на горещите остатъчни газове в горивната камера. В отговор на това Mazda разработи специален изпускателен колектор 4-2-1, който поради сравнително дългата си конструкция предотвратява изхвърлянето на току-що излезлите от цилиндъра отработени газове обратно в горивната камера. Полученото намаляване на температурата на компресия възпрепятства почукването.

Продължителността на горенето също беше намалена. По-бързото изгаряне съкращава времето, през което изгорената въздушно-горивна смес е изложена на високи температури, което позволява нормалното изгаряне да завърши, преди да настъпи почукване.

Разточвам, разстилам
Mazda заяви, че ще донесе Mazda3, оборудвана с двигател SKYACTIV-G и трансмисии SKYACTIV в Северна Америка по-късно тази година.
След това пълната гама от технологии на SKYACTIV (т.е., включително каросерия, шаси, окачване) ще се появи за първи път в новия CX-5 през 2012 г.
Mazda заяви, че претегля пренасянето на дизела и в Северна Америка.

Новият двигател получи и специални кухини на буталата, които позволяват пламъците на първоначалното горене да се разпространяват без смущения, както и нови инжектори с много отвори, които подобряват характеристиките на разпръскването на горивото. Заедно с изпускателния колектор 4-2-1, тези иновации доведоха до значително увеличение на въртящия момент с 15% спрямо сегашния 2.0-литров бензинов двигател MZR на Mazda.

SKYACTIV-G разполага и с по-малък отвор: 83,5 мм в сравнение с 87,5 мм в настоящия 2.0L двигател. По-малкият отвор намалява загубите от охлаждане и допринася за подобрена топлинна ефективност.

Mazda успя да сведе до минимум загубите на изпомпване (20% намаление) с непрекъснато променлива двойна система S-VT (последователно синхронизиране на клапаните) на всмукателните и изпускателните клапани, позволявайки количеството на входящия въздух да се контролира от клапаните, а не от дросела. По време на всмукателния ход дроселът и всмукателните клапани се държат широко отворени, докато цилиндърът се движи надолу. Всмукателният ход завършва, когато буталото достигне долната мъртва точка (BDC). Но ако всмукателните клапани се затворят тук, вътре в цилиндъра има твърде много въздух, когато е необходимо само малко количество въздух при по-ниски натоварвания на двигателя. За да изтласка излишния въздух, всмукателният S-VT поддържа всмукателните клапани отворени, когато буталото започне да се движи нагоре по време на хода на компресията. След това всмукателните клапани се затварят, когато се изтласка целият ненужен въздух.

Системата S-VT се подкрепя от приемането на компактна електронна маслена помпа с променливо налягане.

Недостатък на този процес е дестабилизираното горене. Тъй като всмукателните клапани се държат отворени дори когато ходът на компресията започне, налягането вътре в цилиндъра намалява, което затруднява изгарянето на въздушно-горивната смес. Въпреки това, високото ниво на компресия в SKYACTIV-G повишава температурата и налягането в горивната камера, така че процесът на горене остава стабилен - въпреки намалените загуби на изпомпване - и двигателят е по-икономичен.

Двигателят SKYACTIV-G разполага и с 20% по-леки бутала, 15% по-леки свързващи щанги и 30% намаление на вътрешното триене на двигателя в сравнение с настоящия 2.0-литров MZR двигател.


По-високо съотношение на разширение поради по-ниското ниво на компресия. Щракнете за уголемяване.

Двигателят 2.2L SKYACTIV-D намалява разхода на гориво в сравнение с настоящия 2.2L MZR-CD дизел с 20% поради ниското съотношение на компресия 14: 1 и впоследствие по-голямата фаза на разширение след изгаряне. SKYACTIV-D е и един от първите дизели, които се съобразяват с нормите за емисиите от ниво 5 на Bin 5 в Северна Америка, без да изискват скъпи последващи обработки за селективна каталитична редукция (SCR) или катализатор с нисък NOx капан (LNT).

Намаляването на степента на компресия в дизела намалява температурата на компресия и налягането при TDC. Следователно запалването отнема повече време, дори когато горивото се впръсква близо до TDC, което позволява по-добра смес от въздух и гориво. Образуването на NOx и сажди се облекчава, тъй като горенето става по-равномерно без локализирани области с висока температура и кислородна недостатъчност, казва Mazda. Освен това впръскването и изгарянето в близост до TDC правят дизеловия двигател с висока ефективност. Степента на разширение (или обемът на действително извършената работа) е по-голяма, отколкото при дизелов двигател с висока компресия.

Mazda и хибриди
Toyota Motor Corporation и Mazda Motor Corporation постигнаха споразумение през 2010 г. за доставката на хибридни технологични компоненти, на които се основава Toyota Prius.
Mazda планира да комбинира тази хибридна система със следващото поколение SKYACTIV технологии, за да разработи и представи хибридно превозно средство в Япония, започвайки през 2013 г.
Ефективността на гориво на днешните двигатели намалява значително от средни до ниски натоварвания при ниски обороти на двигателя. Хибридите могат да осигурят добра икономия на гориво, като задвижват автомобила при по-ниски товари. Въпреки това, казва Mazda, колкото по-широк е неефективният по-нисък диапазон на натоварване на двигателя с вътрешно горене, толкова по-голям е електрическият мотор и батерията на хибрида, за да го компенсират.
Mazda възнамерява да използва ефективността на двигателите с вътрешно горене SKYACTIV, за да подобри цялостната хибридна ефективност с по-лек електрически мотор и батерия. По този начин регенеративното спиране може да служи като преобладаващ източник на енергия за зареждане на батерията.
Mazda възнамерява да използва ефективността на двигателите с вътрешно горене SKYACTIV, за да подобри цялостната хибридна ефективност с по-лек електрически мотор и батерия. По този начин регенеративното спиране може да служи като преобладаващ източник на енергия за зареждане на батерията.

Също поради ниското съотношение на компресия, дизеловият двигател SKYACTIV-D също изгаря по-чисто, изхвърляйки много по-малко азотни оксиди, като в същото време практически не изпуска сажди. По този начин той може да се справи без последваща обработка на NOx и въпреки това отговаря на стандартите за емисии в световен мащаб.

Въпреки това има недостатъци при ниското ниво на компресия при дизелов двигател. Температурата на запалване при сгъстяване при студени стартове и по време на студена работа обикновено е твърде ниска при дизелов двигател със степен на компресия само 14: 1. Дизелът ще работи грубо, особено при зимни условия, неправилно запалване по време на фазата на загряване и при екстремно ниски температури двигателят може изобщо да не стартира.

За да подобрят студения старт и студения ход, дизеловите двигатели SKYACTIV-D са оборудвани с керамични подгревни свещи, както и асансьори с променлив клапан (VVL). Ролята на последния е да позволи вътрешната рециркулация на горещ отработен газ в горивната камера.

Подгряваща свещ се използва за провеждане на първия цикъл на горене, което е достатъчно за повишаване на отработените газове до достатъчна температура. След стартиране на двигателя изпускателният клапан не се затваря както обикновено по време на хода на всмукване. Вместо това той остава леко отворен, за да позволи на малко отработени газове да влязат отново. Това повишава температурата на въздуха в горивната камера, което от своя страна улеснява последващото запалване на въздушно-горивната смес и предотвратява неправилното запалване.

По-ниското съотношение на компресия на SKYACTIV-D също означава по-ниско максимално налягане и по-малко напрежение върху компонентите на двигателя, отколкото при конвенционалните дизели. Максималното налягане на горене е с 20% по-малко от сегашния 2.2L дизел (130 kg/cm 2) в сравнение със 170 kg/cm 2 или 1860 psi спрямо 2430 psi).

Mazda EV
Електрическа версия на Mazda2 ще се предлага в много ограничен брой през 2012 г. в Япония като част от лизингова програма.

Това от своя страна дава възможност за структурни модификации за по-нататъшно намаляване на теглото: главите на цилиндрите с по-тънки стени и интегриран изпускателен колектор са с 6,6 паунда (3 кг) по-леки, докато новият алуминиев цилиндров блок спестява още 55,1 паунда (25 килограма).

С още 25% намаление на теглото на буталата и коляновите валове, Mazda успя да намали общото вътрешно триене на двигателя с 20% в дизеловия двигател SKYACTIV-D спрямо текущия дизелов MZR-CD.

SKYACTIV-D също използва двустепенно турбокомпресор. Малко, бързо реагиращо турбо подава въздух към горивните камери при ниски обороти на двигателя, за да осигури въртящ момент при ниски обороти и да елиминира турбо изоставането.