Motor Mazda SkyActiv G - gasolina y SkyActiv D - diésel
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Los fabricantes de automóviles tienen como objetivo reducir las emisiones de CO2 diferentemente. A veces son, por ejemplo, o Los compromisos los que hacen que el placer de conducir se pierda al margen. Sin embargo, Mazda ha decidido ir en una dirección diferente y reducir las emisiones con una nueva solución todo en uno que no quita el placer de conducir. Además del nuevo diseño de motores de gasolina y diésel, la solución también incluye nuevos chasis, carrocería y caja de cambios. La reducción del peso de todo el vehículo va de la mano de las nuevas tecnologías.
Estudios recientes muestran que los motores de combustión convencionales seguirán dominando el mundo de la automoción durante los próximos 15 años, por lo que merece la pena seguir invirtiendo mucho esfuerzo en su desarrollo. Como sabéis, la mayor parte de la energía química contenida en el combustible no se convierte en trabajo mecánico durante la combustión, sino que literalmente se evapora en forma de calor residual a través de los tubos de escape, radiador, etc. y también explican las pérdidas provocadas por la fricción de las partes mecánicas del motor. Al desarrollar la nueva generación de motores de gasolina y diésel SkyActiv, los ingenieros de Hiroshima, Japón, se centraron en seis factores principales que influyen en el consumo y las emisiones resultantes:
- índice de compresión,
- relación de combustible a aire,
- la duración de la fase de combustión de la mezcla,
- el tiempo de la fase de combustión de la mezcla,
- pérdidas de bombeo,
- fricción de las partes mecánicas del motor.
En el caso de los motores de gasolina y diésel, la relación de compresión y la reducción de la pérdida por fricción han demostrado ser los factores más importantes para reducir las emisiones y el consumo de combustible.
Motor SkyActiv D
El motor de 2191 cc está equipado con un sistema de inyección common rail de alta presión con inyectores piezoeléctricos. Cuenta con una relación de compresión inusualmente baja de solo 14,0: 1 para diesel. La recarga es proporcionada por un par de turbocompresores de diferentes tamaños, lo que tiene un efecto positivo en la reducción de la demora en la respuesta del motor al presionar el pedal del acelerador. El tren de válvulas incluye un recorrido de válvulas variable, que se calienta más rápido cuando el motor está frío, ya que algunos de los gases de escape regresan a los cilindros. Debido al confiable arranque en frío y la combustión estable durante la fase de calentamiento, los motores diesel convencionales requieren una alta relación de compresión, que normalmente está en el rango de 16: 1 a 18: 1. La baja relación de compresión de 14,0: 1 para SkyActiv -El motor D permite optimizar el tiempo del proceso de combustión. A medida que disminuye la relación de compresión, la temperatura y la presión del cilindro también disminuyen en el punto muerto superior. En este caso, la mezcla se quema por más tiempo incluso si se inyecta combustible en el cilindro justo antes de llegar al punto muerto superior. Como resultado de la combustión prolongada, no se forman áreas con una deficiencia de oxígeno en la mezcla combustible y la temperatura permanece uniforme, por lo que la formación de NOx y hollín se excluye significativamente. Con la inyección de combustible y la combustión cerca del punto muerto superior, el motor es más eficiente. Esto significa un uso más eficiente de la energía química contenida en el combustible, así como más trabajo mecánico por unidad de combustible que en el caso de un motor diesel de alta relación de compresión. El resultado es una reducción en el consumo de diésel y las emisiones lógicas de CO2 en más de un 20% en comparación con un motor 2,2 MZR-CD que funciona con una relación de compresión de 16: 1. Por lo tanto, incluso sin un sistema de eliminación de NOx adicional, el motor cumple con la norma de emisiones Euro 6 que entrará en vigor en 2015. Por lo tanto, el motor no necesita reducción catalítica selectiva o un catalizador de eliminación de NOx.
Debido a la baja compresión, el motor no puede generar una temperatura lo suficientemente alta como para encender la mezcla durante los arranques en frío, lo que puede provocar un arranque muy problemático y un funcionamiento intermitente del motor, especialmente en invierno. Por esta razón, SkyActiv-D está equipado con bujías incandescentes de cerámica y una válvula de escape VVL de carrera variable. Esto permite que los gases de escape calientes recirculen internamente en la cámara de combustión. El primer encendido es asistido por una bujía incandescente, que es suficiente para que los gases de escape alcancen la temperatura requerida. Después de arrancar el motor, la válvula de escape no se cerrará como un motor de admisión normal. En cambio, permanece entreabierta y los gases de escape calientes regresan a la cámara de combustión. Esto eleva la temperatura en el mismo y por tanto facilita el posterior encendido de la mezcla. Así, el motor funciona con suavidad y sin interrupciones desde el primer momento.
En comparación con el motor diésel 2,2 MZR-CD, la fricción interna también se ha reducido en un 25 %. Esto se refleja no solo en una mayor reducción de las pérdidas generales, sino también en una respuesta más rápida y un rendimiento mejorado. Otro beneficio de una relación de compresión más baja son las presiones máximas más bajas de los cilindros y, por lo tanto, menos tensión en los componentes individuales del motor. Por esta razón, no hay necesidad de un diseño de motor tan robusto, lo que se traduce en un mayor ahorro de peso. La culata con colector integrado tiene paredes más delgadas y pesa tres kilogramos menos que antes. El bloque de cilindros de aluminio es 25 kg más ligero. El peso de los pistones y el cigüeñal se ha reducido en otro 25 por ciento. Como resultado, el peso total del motor SkyActiv-D es un 20 % más bajo que el del motor 2,2 MZR-CD utilizado hasta ahora.
El motor SkyActiv-D utiliza sobrealimentación de dos etapas. Esto significa que está equipado con un turbocompresor pequeño y uno grande, cada uno operando a un rango de velocidad diferente. El más pequeño se utiliza a revoluciones bajas y medias. Debido a la menor inercia de las partes giratorias, mejora la curva de par y elimina el llamado efecto turbo, es decir, el retraso en la respuesta del motor a un salto brusco del acelerador a baja velocidad cuando no hay suficiente presión en el escape. . tubo de derivación para un giro rápido de la turbina del turbocompresor. Por el contrario, el turbocompresor más grande está completamente acoplado en el rango de velocidad media. Juntos, ambos turbocompresores proporcionan al motor una curva de par plana a bajas revoluciones y alta potencia a altas revoluciones. Gracias al suministro de aire suficiente de los turbocompresores en un amplio rango de velocidades, las emisiones de NOx y partículas se reducen al mínimo.
Hasta ahora, se están produciendo dos versiones del motor 2,2 SkyActiv-D para Europa. El más fuerte tiene una potencia máxima de 129 kW a 4500 rpm y un par máximo de 420 Nm a 2000 rpm. El más débil tiene 110 kW a 4500 rpm y un par de 380 Nm en el rango de 1800-2600 rpm, a máx. la velocidad de rotación de ambos motores es de 5200. En la práctica, el motor actúa bastante letárgico hasta las 1300 rpm, a partir de este límite comienza a ganar velocidad, mientras que para una conducción normal es suficiente mantenerlo a unas 1700 rpm o más incluso para el Necesita una aceleración suave.
Motor SkyActiv G
El motor de gasolina de aspiración natural, denominado Skyactiv-G, tiene una relación de compresión inusualmente alta de 14,0:1, actualmente la más alta en un automóvil de pasajeros producido en masa. El aumento de la relación de compresión aumenta la eficiencia térmica del motor de gasolina, lo que en última instancia significa valores más bajos de CO2 y, por lo tanto, un menor consumo de combustible. El riesgo asociado a una relación de compresión elevada en el caso de los motores de gasolina es la denominada combustión detonante - detonación y la consiguiente reducción del par y desgaste excesivo del motor. Para evitar la combustión golpeada de la mezcla debido a la alta relación de compresión, el motor Skyactiv-G utiliza una reducción en la cantidad y la presión de los gases calientes residuales en la cámara de combustión. Por lo tanto, se usa un tubo de escape en una configuración 4-2-1. Por esta razón, el tubo de escape es relativamente largo y, por lo tanto, impide de manera efectiva que los gases de escape regresen a la cámara de combustión inmediatamente después de haber sido expulsados de ella. La caída resultante en la temperatura de combustión previene efectivamente la ocurrencia de la combustión por detonación - detonación. Como otra forma de evitar la detonación, se ha reducido el tiempo de combustión de la mezcla. Una quema más rápida de la mezcla significa un tiempo más corto durante el cual la mezcla no quemada de combustible y aire está expuesta a altas temperaturas, de modo que la detonación no tiene tiempo de ocurrir en absoluto. La parte inferior de los pistones también está provista de rebajes especiales para que las llamas de la mezcla de combustión que se forman en muchas direcciones puedan expandirse sin cruzarse entre sí, y el sistema de inyección también ha sido equipado con inyectores de orificios múltiples recientemente desarrollados, lo que permite la combustible a atomizar.
También es necesario reducir las llamadas pérdidas por bombeo para aumentar la eficiencia del motor. Esto ocurre con cargas más bajas del motor cuando el pistón aspira aire a medida que se mueve hacia abajo durante la fase de admisión.La cantidad de aire que ingresa al cilindro generalmente se controla mediante una válvula de mariposa ubicada en el tracto de admisión. Con cargas ligeras del motor, solo se requiere una pequeña cantidad de aire. La válvula de mariposa está casi cerrada, lo que provoca que la presión en el conducto de admisión y en el cilindro sea inferior a la atmosférica. Por lo tanto, el pistón debe superar una presión negativa significativa, casi un vacío, lo que afecta negativamente el consumo de combustible. Los diseñadores de Mazda utilizaron sincronización infinitamente variable de las válvulas de admisión y escape (S-VT) para minimizar las pérdidas de la bomba. Este sistema le permite controlar la cantidad de aire de admisión usando válvulas en lugar de un acelerador. A bajas cargas del motor, se requiere muy poco aire. Así, el sistema de sincronización variable de válvulas mantiene abiertas las válvulas de admisión al comienzo de la fase de compresión (cuando el pistón sube) y las cierra solo cuando la cantidad de aire requerida está en el cilindro. Así, el sistema S-VT finalmente reduce las pérdidas por bombeo en un 20% y mejora la eficiencia del proceso de combustión. BMW ha utilizado una solución similar durante mucho tiempo, llamando a este sistema VANOS doble.
Al utilizar este sistema de control del volumen de aire de admisión, existe el riesgo de una combustión insuficiente de la mezcla debido a la menor presión, ya que las válvulas de admisión permanecen abiertas al comienzo de la fase de compresión. En este sentido, los ingenieros de Mazda utilizaron la alta relación de compresión del motor Skyactiv G de 14,0: 1, lo que significa mayor temperatura y presión en el cilindro, por lo que el proceso de combustión se mantiene estable y el motor funciona de manera más económica.
La baja eficiencia del motor también se ve facilitada por su diseño liviano y menor fricción mecánica de las partes móviles. En comparación con el motor de gasolina 2,0 MZR instalado, el motor Skyactiv G presenta pistones un 20% más livianos, bielas un 15% más livianas y cojinetes principales del cigüeñal más pequeños, lo que resulta en una reducción de peso total del 10%. Al reducir a la mitad la fricción de las válvulas y la fricción de los aros de pistón en casi un 40%, la fricción mecánica total del motor se ha reducido en un 30%.
Todas las modificaciones mencionadas dieron como resultado una mejor maniobrabilidad del motor a revoluciones bajas a medias y una reducción del 15% en el consumo de combustible en comparación con el clásico 2,0 MZR. Hoy en día, estas importantes emisiones de CO2 son incluso más bajas que las del motor diésel 2,2 MZR-CD que se utiliza en la actualidad. La ventaja es también el uso de gasolina clásica BA 95.
Todos los motores de gasolina y diésel SkyActiv en Europa estarán equipados con un sistema i-stop, es decir, un sistema de arranque y parada para apagar automáticamente el motor cuando esté parado. Le seguirán otros sistemas eléctricos, frenado regenerativo, etc.
