马自达 SkyActiv G 发动机 - 汽油和 SkyActiv D - 柴油
汽车制造商旨在减少二氧化碳排放2 不同。 例如，有时是 o 妥协将驾驶的乐趣转移到了旁观。 然而，马自达已决定转向不同的方向，采用一种全新的一体化解决方案来减少排放，这种解决方案不会剥夺驾驶乐趣。 除了汽油和柴油发动机的新设计，该解决方案还包括新的底盘、车身和变速箱。 减轻整车重量与新技术相辅相成。
最近的研究表明，传统内燃机将在未来 15 年继续主导汽车世界，因此继续投入大量精力开发它们是值得的。 众所周知，燃料中所含的大部分化学能在燃烧过程中并没有转化为机械功，而是通过排气管、散热器等以废热的形式蒸发掉的，它们也解释了因摩擦造成的损失。发动机的机械部件。 在开发新一代 SkyActiv 汽油和柴油发动机时，来自日本广岛的工程师关注影响最终消耗和排放的六个主要因素：
- 压缩率，
- 燃料空气比，
- 混合物燃烧阶段的持续时间，
- 混合物燃烧阶段的时间，
- 泵送损失，
- 发动机机械部件的摩擦。
在汽油和柴油发动机的情况下，压缩比和摩擦损失的降低已被证明是减少排放和燃料消耗的最重要因素。
发动机 SkyActiv D
2191 cc 发动机配备了带压电喷油器的高压共轨喷射系统。 它具有异常低的柴油压缩比，仅为 14,0:1。 由一对不同尺寸的涡轮增压器提供充电，这对于减少发动机对踩下油门踏板的响应延迟具有积极作用。 气门机构包括可变气门行程，当发动机处于冷态时，随着一些废气返回汽缸，它会更快地暖机。 由于在暖机阶段可靠的冷启动和稳定的燃烧，传统柴油发动机需要高压缩比，通常在 16:1 到 18:1 的范围内。 SkyActiv 的低压缩比为 14,0:1 -D 发动机允许优化燃烧过程的时间。 随着压缩比降低，气缸温度和压力在上止点也降低。 在这种情况下，即使在到达上止点之前将燃料喷射到气缸中，混合物也会燃烧更长时间。 由于长时间燃烧，可燃混合物中不会形成缺氧区域，温度保持均匀，从而显着排除了NOx和烟尘的形成。 燃油喷射和燃烧接近上止点，发动机效率更高。 这意味着与具有高压缩比的柴油发动机相比，可以更有效地利用燃料中所含的化学能，以及每单位燃料的更多机械功。 结果是，与以 2:20 压缩比运行的 2,2 MZR-CD 发动机相比，柴油消耗量和逻辑 CO16 排放量减少了 1% 以上。如上所述，燃烧过程中产生的氮氧化物要少得多，几乎没有技术碳. 因此，即使没有额外的氮氧化物去除系统，该发动机也符合将于 6 年生效的欧 2015 排放标准。 因此，发动机不需要选择性催化还原或 NOx 消除催化剂。
由于低压缩比，发动机在冷启动期间无法产生足够高的温度来点燃混合物，这会导致非常有问题的启动和发动机间歇运行，尤其是在冬天。 为此，SkyActiv-D 配备了陶瓷电热塞和可变冲程 VVL 排气阀。 这允许热废气在燃烧室内部再循环。 第一次点火由电热塞辅助，足以使废气达到所需温度。 发动机启动后，排气门不会像普通进气发动机那样关闭。 相反，它保持半开状态，热废气返回燃烧室。 这会提高其中的温度，因此有利于混合物的后续点火。 因此，发动机从一开始就平稳运行，没有中断。
与2,2 MZR-CD柴油机相比，内耗也降低了25%。 这不仅体现在整体损失的进一步减少上，还体现在更快的响应和更高的性能上。 较低压缩比的另一个好处是较低的最大气缸压力，因此对单个发动机部件的压力较小。 因此，不需要如此坚固的发动机设计，从而进一步减轻了重量。 带有集成歧管的气缸盖壁更薄，重量比以前轻了 25 公斤。 铝制气缸体重量减轻了 25 公斤。 活塞和曲轴的重量又减少了 20%。 因此，SkyActiv-D 发动机的总重量比目前使用的 2,2 MZR-CD 发动机轻 XNUMX%。
SkyActiv-D 发动机使用两级增压。 这意味着它配备了一个小涡轮增压器和一个大涡轮增压器，每个涡轮增压器都在不同的速度范围内运行。 较小的用于中低转速。 由于转动部件的惯性较低，改善了扭矩曲线并消除了所谓的涡轮效应，即在排气压力不足的情况下，发动机在低速时对突然油门跳动的反应延迟. 用于快速转动涡轮增压器涡轮的支管。 相比之下，较大的涡轮增压器在中速范围内完全接合。 两个涡轮增压器共同为发动机提供低转速时的平坦扭矩曲线和高转速时的高功率。 由于涡轮增压器在很宽的速度范围内提供充足的空气供应，氮氧化物和颗粒物排放量保持在最低水平。
到目前为止，正在为欧洲生产两个版本的 2,2 SkyActiv-D 发动机。 更强的在 129 rpm 时的最大功率为 4500 kW，在 420 rpm 时的最大扭矩为 2000 Nm。 较弱的一个在 110 rpm 时具有 4500 kW 和在 380-1800 rpm 范围内最大 2600 Nm 的扭矩。 两台发动机的转速都是5200。在实践中，发动机在1300转/分时表现得相当昏昏欲睡，从这个限制开始加速，而对于正常驾驶，即使是在1700转/分左右或更高的转速下也足以维持平稳加速的需要。
SkyActiv G 引擎
命名为 Skyactiv-G 的自然吸气汽油发动机具有 14,0:1 的异常高压缩比，目前是量产乘用车中最高的。 提高压缩比可以提高汽油发动机的热效率，最终意味着更低的 CO2 值，从而降低油耗。 在汽油发动机的情况下，与高压缩比相关的风险是所谓的爆震燃烧 - 爆震以及由此导致的扭矩降低和发动机过度磨损。 为防止混合气因高压缩比而爆震燃烧，Skyactiv-G 发动机减少了燃烧室中残余热气的数量和压力。 因此，采用4-2-1配置的排气管。 由于这个原因，排气管相对较长，从而有效地防止废气在从燃烧室排出后立即返回到燃烧室。 由此产生的燃烧温度下降有效地防止了爆震燃烧-爆震的发生。 作为防止爆炸的另一种方法，混合物的燃烧时间已减少。 混合物燃烧得更快意味着未燃烧的燃料和空气混合物暴露在高温下的时间更短，因此根本没有时间发生爆炸。 活塞底部还设有特殊的凹槽，使形成多方向燃烧混合物的火焰可以展开而不会相互交叉，喷射系统也配备了新开发的多孔喷射器，使燃料被雾化。
还需要减少所谓的泵送损失以提高发动机的效率。 当活塞在进气阶段向下移动时吸入空气时，发动机负载较低时会发生这种情况。进入气缸的空气量通常由位于进气道中的节气门控制。 在低发动机负载下，仅需要少量空气。 节气门几乎关闭，这导致进气道和气缸中的压力低于大气压。 因此，活塞必须克服显着的负压 - 几乎是真空，这会对燃油消耗产生负面影响。 马自达的设计师使用无级可变进排气门正时 (S-VT) 来最大限度地减少泵损失。 该系统允许您使用阀门而不是节气门来控制进气量。 在轻发动机负载下，只需要很少的空气。 因此，可变气门正时系统使进气门在压缩阶段开始时（活塞上升时）保持打开状态，仅当气缸中有所需的空气量时才关闭进气门。 因此，S-VT 系统最终将泵送损失降低了 20%，并提高了燃烧过程的效率。 BMW早就用了类似的方案，称这个系统 双 VANOS。
使用这种进气量控制系统时，由于压力较低，存在混合物燃烧不足的风险，因为进气门在压缩阶段开始时保持打开状态。 对此，马自达工程师采用了 Skyactiv G 发动机 14,0:1 的高压缩比，这意味着气缸内的温度和压力更高，因此燃烧过程保持稳定，发动机运行更经济。
发动机的低效率也得益于其轻量化设计和运动部件的较小机械摩擦。 与安装的 2,0 MZR 汽油发动机相比，Skyactiv G 发动机的活塞轻 20%，连杆轻 15%，曲轴主轴承更小，从而使整体重量减轻 10%。 通过将阀门的摩擦和活塞环的摩擦减少近 40%，发动机的总机械摩擦减少了 30%。
与经典的 15 MZR 相比，所有提到的改进都使发动机在中低转速下具有更好的机动性，并降低了 2,0% 的油耗。 今天，这些重要的二氧化碳排放量甚至低于当今使用的 2 MZR-CD 柴油发动机。 优点还在于使用经典的 BA 2,2 汽油。
欧洲的所有 SkyActiv 汽油和柴油发动机都将配备 i-stop 系统，即停止时自动关闭发动机的启停系统。 其他电气系统、再生制动等将紧随其后。
