マツダ SkyActiv G エンジン - ガソリンおよび SkyActiv D - ディーゼル
自動車メーカーはCO排出量の削減を目指しています2 別の方法で。 たとえば、運転の喜びを傍観者に移すのは妥協である場合があります。 しかし、マツダは別の方向に進み、運転の楽しさを失わない新しいオールインワンソリューションで排出量を削減することを決定しました。 このソリューションには、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの新しい設計に加えて、新しいシャーシ、ボディ、ギアボックスも含まれています。 車両全体の軽量化は、新技術と密接に関連しています。
最近の研究によると、従来の燃焼エンジンは今後15年間自動車の世界を支配し続けるため、開発に多大な努力を払う価値があります。 ご存知のように、燃料に含まれる化学エネルギーのほとんどは、燃焼時に機械的仕事に変換されませんが、排気管、ラジエーターなどを介して文字通り廃熱の形で蒸発し、摩擦によって引き起こされる損失も説明しますエンジンの機械部品。 新世代のSkyActivガソリンおよびディーゼルエンジンの開発において、日本の広島のエンジニアは、結果として生じる消費と排出に影響を与えるXNUMXつの主な要因に焦点を合わせました。
- 圧縮比、
- 空燃比、
- 混合気の燃焼段階の持続時間、
- 混合物の燃焼段階の時間、
- ポンピング損失、
- エンジンの機械部品の摩擦。
ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの場合、圧縮比と摩擦損失の低減が、排出量と燃料消費量を削減する上で最も重要な要素であることが証明されています。
SkyActivDモーター
2191 ccエンジンには、圧電インジェクターを備えた高圧コモンレールインジェクションシステムが搭載されています。 ディーゼルの圧縮比はわずか14,0：1と非常に低いのが特徴です。 充電は、異なるサイズのターボチャージャーのペアによって提供されます。これは、アクセルペダルを踏んだときのエンジン応答の遅延を減らすのにプラスの効果があります。 バルブトレインは、排気バルブの可変ストロークをアクティブにします。これにより、排気ガスの一部がシリンダーに戻されるため、コールドエンジンのウォームアップが速くなります。 信頼性の高いコールドスタートとウォームアップ段階での安定した燃焼により、従来のディーゼルエンジンは高い圧縮比を必要とします。これは通常16：1から18：1の範囲です。SkyActivの低い圧縮比は14,0：1です。 -Dエンジンにより、燃焼プロセスの時間を最適化できます。 圧縮比が低下すると、上死点でのシリンダーの温度と圧力も低下します。 この場合、上死点に到達する直前に燃料をシリンダーに噴射しても、混合気の燃焼時間が長くなります。 長時間の燃焼の結果、可燃性混合物に酸素欠乏領域が形成されず、温度が均一に保たれるため、NOxと煤の形成が大幅に排除されます。 上死点近くでの燃料噴射と燃焼により、エンジンはより効率的になります。 これは、高圧縮比のディーゼルエンジンの場合よりも、燃料に含まれる化学エネルギーをより効率的に使用し、燃料の単位あたりの機械的仕事を増やすことを意味します。 その結果、2：20の圧縮比で動作する2,2 MZR-CDエンジンと比較して、ディーゼル消費量と論理CO16排出量が1％以上削減されます。前述のように、燃焼中に生成される窒素酸化物ははるかに少なく、テクニカルカーボンはほとんどありません。 。 したがって、追加のNOx除去システムがなくても、エンジンは6年に発効する予定のEuro2015排出基準を満たしています。 したがって、エンジンは選択的触媒還元またはNOx除去触媒を必要としません。
圧縮率が低いため、エンジンはコールドスタート時に混合気に点火するのに十分な高温を生成できず、特に冬季には、非常に問題のある始動とエンジンの断続的な動作につながる可能性があります。 このため、SkyActiv-Dにはセラミックグロープラグと可変ストロークVVL排気バルブが装備されています。 これにより、高温の排気ガスを燃焼室内で再循環させることができます。 最初の点火は、排気ガスが必要な温度に達するのに十分なグロープラグによって支援されます。 エンジンを始動した後、排気バルブは通常の吸気エンジンのように閉じません。 代わりに、それは半開きのままであり、高温の排気ガスは燃焼室に戻ります。 これにより、その中の温度が上昇し、したがって、混合物のその後の点火が容易になります。 したがって、エンジンは最初の瞬間から中断することなくスムーズに動作します。
2,2 MZR-CD ディーゼルエンジンと比較して、内部フリクションも 25% 低減されています。 これは、全体的な損失のさらなる削減だけでなく、応答の高速化とパフォーマンスの向上にも反映されています。 圧縮比が低いことのもう 25 つの利点は、最大シリンダー圧力が低くなるため、個々のエンジン コンポーネントへのストレスが軽減されることです。 このため、そのような堅牢なエンジン設計は必要なく、さらなる軽量化につながります。 マニホールドが一体化されたシリンダーヘッドは、以前よりも壁が薄くなり、重量が 25 kg 軽くなりました。 アルミシリンダーブロックは20kg軽量化。 ピストンとクランクシャフトの重量はさらに 2,2% 軽量化されています。 その結果、SkyActiv-D エンジンの総重量は、これまで使用されていた XNUMX MZR-CD エンジンよりも XNUMX% 軽量化されています。
SkyActiv-DエンジンはXNUMX段階の過給を使用します。 これは、それぞれが異なる速度範囲で動作するXNUMXつの小型ターボチャージャーとXNUMXつの大型ターボチャージャーが装備されていることを意味します。 小さい方は低回転と中回転で使用されます。 回転部品の慣性が小さいため、トルク曲線が改善され、いわゆるターボ効果、つまり排気に十分な圧力がない場合の低速での突然のアクセルジャンプに対するエンジンの応答の遅延がなくなります。 。 ターボチャージャータービンを素早く回転させるための分岐パイプ。 対照的に、より大きなターボチャージャーは中速域で完全に作動します。 一緒に、両方のターボチャージャーは、低回転でフラットなトルク曲線と高回転で高出力をエンジンに提供します。 ターボチャージャーからの十分な空気供給により、広い速度範囲でNOxと粒子状物質の排出が最小限に抑えられます。
これまでのところ、2,2SkyActiv-Dエンジンの129つのバージョンがヨーロッパ向けに製造されています。 強い方の最大出力は4500rpmで420kW、最大トルクは2000rpmで110Nmです。 弱い方は、4500rpmで380kW、最大で1800〜2600rpmの範囲で5200Nmのトルクを持ちます。 両方のエンジンの速度は1300です。実際には、エンジンは1700 rpmまではかなり無気力になり、この制限から速度が上がり始めますが、通常の運転では、必要に応じて約XNUMXrpm以上に維持するのに十分です。スムーズな加速の。
SkyActivGエンジン
Skyactiv-G と名付けられた自然吸気ガソリン エンジンは、14,0:1 という非常に高い圧縮比を備えており、現在、大量生産された乗用車の中で最高です。 圧縮比を上げると、ガソリンエンジンの熱効率が上がり、最終的には CO2 値が低下し、燃料消費量が減少します。 ガソリン エンジンの場合、高圧縮比に関連するリスクは、いわゆるノッキング燃焼 (デトネーション) であり、その結果、トルクが低下し、過度のエンジン摩耗が発生します。 高い圧縮比による混合気のノッキング燃焼を防ぐために、Skyactiv-G エンジンは、燃焼室内の残留高温ガスの量と圧力を低減します。 そのため、4-2-1構造のエキゾーストパイプが採用されています。 このため、排気管は比較的長く、排気ガスが燃焼室から排出された直後に燃焼室に戻るのを効果的に防止する。 結果として生じる燃焼温度の低下は、デトネーション燃焼 - デトネーションの発生を効果的に防止します。 デトネーションを防止するもう XNUMX つの手段として、混合気の燃焼時間が短縮されました。 混合気の燃焼が速いということは、未燃焼の燃料と空気の混合気が高温にさらされる時間が短くなることを意味するため、デトネーションがまったく発生する時間がありません。 ピストンの下部にも特殊なくぼみが設けられているため、多方向に形成される燃焼混合気の炎が互いに交差することなく拡大できます。また、噴射システムには、新開発のマルチホール インジェクターも装備されています。霧化する燃料。
エンジンの効率を上げるためには、いわゆるポンピングロスを減らすことも必要です。 これは、吸気段階でピストンが下降するときに空気を引き込むときに、エンジン負荷が低いときに発生します. シリンダーに入る空気の量は、通常、吸気管にあるスロットルバルブによって制御されます. エンジン負荷が軽い場合は、少量の空気しか必要としません。 スロットルバルブがほぼ閉じているため、吸気管とシリンダー内の圧力が大気圧を下回っています。 したがって、ピストンはかなりの負圧（ほぼ真空）を克服する必要があり、これは燃料消費に悪影響を及ぼします。 マツダの設計者は、無限可変の吸排気バルブ タイミング (S-VT) を使用して、ポンプの損失を最小限に抑えました。 このシステムは、スロットルの代わりにバルブを使用して吸気量を制御することができます。 エンジン負荷が低い場合、必要な空気はほとんどありません。 したがって、可変バルブ タイミング システムは、圧縮フェーズの開始時 (ピストンが上昇するとき) に吸気バルブを開いたままにし、必要な量の空気がシリンダー内にある場合にのみ吸気バルブを閉じます。 したがって、S-VT システムは最終的にポンプ損失を 20% 削減し、燃焼プロセスの効率を向上させます。 同様のソリューションがBMWによって長い間使用されており、このシステムを呼び出しています ダブルバノス。
この吸気量制御システムを使用すると、圧縮段階の開始時に吸気バルブが開いたままになるため、圧力が低くなるために混合気の燃焼が不十分になるリスクがあります。 この点で、マツダのエンジニアは、Skyactiv Gエンジンの高い圧縮比14,0：1を使用しました。これは、シリンダー内の温度と圧力が高いことを意味するため、燃焼プロセスが安定し、エンジンがより経済的に動作します。
エンジンの低効率は、軽量設計と可動部品の機械的摩擦の少なさによっても促進されます。 搭載されている2,0MZRガソリンエンジンと比較して、Skyactiv Gエンジンは、ピストンが20％軽量化され、コネクティングロッドが15％軽量化され、クランクシャフトのメインベアリングが小型化されているため、全体の重量が10％削減されます。 バルブの摩擦とピストンリングの摩擦をほぼ40％半分にすることで、エンジンの総機械的摩擦が30％減少しました。
上記のすべての変更により、低回転から中回転でのエンジン操作性が向上し、従来の15 MZRと比較して燃料消費量が2,0％削減されました。 今日、これらの重要なCO2排出量は、現在使用されている2,2MZR-CDディーゼルエンジンよりもさらに低くなっています。 利点は、クラシックなBA95ガソリンを使用することでもあります。
ヨーロッパのすべてのSkyActivガソリンおよびディーゼルエンジンには、i-stopシステム、つまり、停止時にエンジンを自動的に停止するストップスタートシステムが装備されます。 他の電気系統、回生ブレーキなどが続きます。
