馬自達 SkyActiv G 發動機 - 汽油和 SkyActiv D - 柴油

汽車製造商旨在減少二氧化碳排放₂ 不同。 例如，有時是 o 妥協將駕駛的樂趣轉移到了旁觀。 然而，馬自達已決定轉向不同的方向，採用一種全新的一體化解決方案來減少排放，這種解決方案不會剝奪駕駛樂趣。 除了汽油和柴油發動機的新設計，該解決方案還包括新的底盤、車身和變速箱。 減輕整車重量與新技術齊頭並進。

最近的研究表明，傳統內燃機將在未來 15 年繼續主導汽車世界，因此繼續投入大量精力開發它們是值得的。 眾所周知，燃料中所含的大部分化學能在燃燒過程中並沒有轉化為機械功，而是通過排氣管、散熱器等以廢熱的形式蒸發掉的，它們也解釋了因摩擦而造成的損失。發動機的機械部件。 在開發新一代 SkyActiv 汽油和柴油發動機時，來自日本廣島的工程師專注於影響由此產生的消耗和排放的六個主要因素：

• 壓縮率，
• 燃料空氣比，
• 混合物燃燒階段的持續時間，
• 混合物燃燒階段的時間，
• 泵送損失，
• 發動機機械部件的摩擦。

在汽油和柴油發動機的情況下，壓縮比和摩擦損失的減少已被證明是減少排放和燃料消耗的最重要因素。

SkyActiv D 馬達

2191 cc 發動機配備了帶壓電噴油器的高壓共軌噴射系統。 它具有異常低的柴油壓縮比，僅為 14,0:1。 由一對不同尺寸的渦輪增壓器提供充電，這對於減少發動機對踩下油門踏板的響應延遲具有積極作用。 氣門機構激活排氣門的可變行程，這導致冷發動機更快地暖機，因為一些廢氣返回汽缸。 由於在暖機階段可靠的冷啟動和穩定的燃燒，傳統柴油發動機需要高壓縮比，通常在 16:1 到 18:1 的範圍內。 SkyActiv 的低壓縮比為 14,0:1 -D 發動機允許優化燃燒過程的時間。 隨著壓縮比降低，氣缸溫度和壓力也在上止點降低。 在這種情況下，即使在即將到達上止點之前將燃料噴射到氣缸中，混合物也會燃燒更長時間。 由於長時間燃燒，可燃混合氣中不會形成缺氧區域，溫度保持均勻，從而顯著消除了NOx和煙塵的形成。 燃油噴射和燃燒接近上止點，發動機效率更高。 這意味著比高壓縮比柴油發動機更有效地利用燃料中包含的化學能以及每單位燃料更多的機械功。 結果是，與以 2:20 壓縮比運行的 2,2 MZR-CD 發動機相比，柴油消耗量和邏輯 CO16 排放量減少了 1% 以上。如上所述，燃燒過程中產生的氮氧化物要少得多，幾乎沒有技術碳. 因此，即使沒有額外的氮氧化物去除系統，該發動機也符合將於 6 年生效的歐 2015 排放標準。 因此，發動機不需要選擇性催化還原或 NOx 消除催化劑。

由於低壓縮比，發動機在冷啟動期間無法產生足夠高的溫度來點燃混合物，這會導致非常困難的啟動和發動機間歇操作，尤其是在冬天。 為此，SkyActiv-D 配備了陶瓷電熱塞和可變衝程 VVL 排氣閥。 這允許熱廢氣在燃燒室內部再循環。 第一次點火由電熱塞輔助，足以使廢氣達到所需溫度。 發動機啟動後，排氣門不會像普通進氣發動機那樣關閉。 相反，它保持半開狀態，熱廢氣返回燃燒室。 這會提高其中的溫度，因此有利於混合物的後續點火。 因此，發動機從一開始就平穩運行，沒有中斷。

與2,2 MZR-CD柴油機相比，內耗也降低了25%。 這不僅體現在整體損失的進一步減少上，還體現在更快的響應和更高的性能上。 較低壓縮比的另一個好處是較低的最大氣缸壓力，因此對單個發動機部件的壓力較小。 因此，不需要如此堅固的發動機設計，從而進一步減輕了重量。 帶有集成歧管的氣缸蓋壁更薄，重量比以前輕了 25 公斤。 鋁製氣缸體重量減輕了 25 公斤。 活塞和曲軸的重量又減少了 20%。 因此，SkyActiv-D 發動機的總重量比目前使用的 2,2 MZR-CD 發動機輕 XNUMX%。

SkyActiv-D 發動機使用兩級增壓。 這意味著它配備了一個小渦輪增壓器和一個大渦輪增壓器，每個渦輪增壓器都在不同的速度範圍內運行。 較小的用於中低轉速。 由於轉動部件的慣性較低，改善了扭矩曲線並消除了所謂的渦輪效應，即在排氣壓力不足的情況下，發動機在低速時對突然油門跳動的反應延遲. 用於快速轉動渦輪增壓器渦輪的支管。 相比之下，較大的渦輪增壓器在中速範圍內完全接合。 兩個渦輪增壓器共同為發動機提供低轉速時的平坦扭矩曲線和高轉速時的高功率。 由於渦輪增壓器在很寬的速度範圍內提供充足的空氣供應，氮氧化物和顆粒物排放量保持在最低水平。

到目前為止，正在為歐洲生產兩個版本的 2,2 SkyActiv-D 發動機。 更強的在 129 rpm 時的最大功率為 4500 kW，在 420 rpm 時的最大扭矩為 2000 Nm。 較弱的一個在 110 rpm 時具有 4500 kW 和在 380-1800 rpm 範圍內最大 2600 Nm 的扭矩。 兩個引擎的轉速都是5200。在實踐中，引擎在達到1300轉/分時表現得相當昏昏欲睡，從這個限制開始加速，而對於正常駕駛，它足以維持在1700轉/分左右甚至滿足需要的平穩加速。

SkyActiv G 馬達

命名為 Skyactiv-G 的自然吸氣汽油發動機具有 14,0:1 的異常高壓縮比，目前是量產乘用車中最高的。 提高壓縮比可以提高汽油發動機的熱效率，最終意味著更低的 CO2 值，從而降低油耗。 在汽油發動機的情況下，與高壓縮比相關的風險是所謂的爆震燃燒 - 爆震以及由此導致的扭矩降低和發動機過度磨損。 為防止混合氣因高壓縮比而爆震燃燒，Skyactiv-G 發動機減少了燃燒室中殘餘熱氣的數量和壓力。 因此，採用4-2-1配置的排氣管。 由於這個原因，排氣管相對較長，從而有效地防止廢氣在從燃燒室排出後立即返回到燃燒室。 由此產生的燃燒溫度下降有效地防止了爆震燃燒-爆震的發生。 作為防止爆炸的另一種方法，混合物的燃燒時間已減少。 混合物燃燒得更快意味著未燃燒的燃料和空氣混合物暴露在高溫下的時間更短，因此根本沒有時間發生爆炸。 活塞下部還設有特殊凹槽，使燃燒混合物形成的火焰向多個方向擴散而不會相互交叉，噴射系統也配備了新開發的多孔噴射器，使燃料被霧化。

還需要減少所謂的泵送損失以提高發動機的效率。 當活塞在進氣階段向下移動時吸入空氣時，發動機負載較低時會發生這種情況。進入氣缸的空氣量通常由位於進氣道中的節氣門控制。 在輕發動機負載下，僅需要少量空氣。 節氣門幾乎關閉，這導致進氣道和氣缸中的壓力低於大氣壓。 因此，活塞必須克服顯著的負壓 - 幾乎是真空，這會對燃油消耗產生負面影響。 馬自達的設計師使用無級可變進排氣門正時 (S-VT) 來最大限度地減少泵損失。 該系統允許您使用閥門而不是節氣門來控制進氣量。 在低發動機負載下，需要的空氣非常少。 因此，可變氣門正時系統使進氣門在壓縮階段開始時（活塞上升時）保持打開狀態，僅當氣缸中有所需的空氣量時才關閉進氣門。 因此，S-VT 系統最終將泵送損失降低了 20%，並提高了燃燒過程的效率。 BMW早就用了類似的方案，稱這個系統 雙 VANOS。

使用這種進氣量控制系統時，由於壓力較低，存在混合物燃燒不足的風險，因為進氣門在壓縮階段開始時保持打開狀態。 對此，馬自達工程師採用了 Skyactiv G 發動機 14,0:1 的高壓縮比，這意味著氣缸內的溫度和壓力更高，因此燃燒過程保持穩定，發動機運行更經濟。

發動機的低效率也得益於其輕量化設計和運動部件的較小機械摩擦。 與安裝的 2,0 MZR 汽油發動機相比，Skyactiv G 發動機的活塞輕 20%，連桿輕 15%，曲軸主軸承更小，從而使整體重量減輕 10%。 通過將氣門的摩擦和活塞環的摩擦減少近 40%，發動機的總機械摩擦減少了 30%。

與經典的 15 MZR 相比，所有提到的改進都使發動機在中低轉速下具有更好的機動性，並降低了 2,0% 的油耗。 今天，這些重要的二氧化碳排放量甚至低於當今使用的 2 MZR-CD 柴油發動機。 優點還在於使用經典的 BA 2,2 汽油。

歐洲的所有 SkyActiv 汽油和柴油發動機都將配備 i-stop 系統，即停止時自動關閉發動機的啟停系統。 其他電氣系統、再生製動等將緊隨其後。