Mazda SkyActiv G 엔진 - 휘발유 및 SkyActiv D - 디젤

자동차 제조업체는 CO 배출량을 줄이는 것을 목표로 합니다.₂ 다르게. 때로는 예를 들어 o 운전의 즐거움을 옆으로 옮기는 타협입니다. 그러나 Mazda는 운전의 즐거움을 빼앗지 않는 새로운 올인원 솔루션으로 다른 방향으로 이동하여 배기 가스를 줄이기로 결정했습니다. 가솔린 및 디젤 엔진의 새로운 디자인 외에도 솔루션에는 새로운 섀시, 차체 및 기어박스도 포함됩니다. 전체 차량의 무게를 줄이는 것은 새로운 기술과 함께 진행됩니다.

최근 연구에 따르면 기존 연소 엔진이 향후 15년 동안 자동차 세계를 계속 지배할 것이므로 계속해서 개발에 많은 노력을 투자할 가치가 있습니다. 아시다시피 연료에 포함된 대부분의 화학에너지는 연소 시 기계적 일로 변환되지 않고 말 그대로 배기관, 라디에이터 등을 통해 폐열의 형태로 증발하며, 연료의 마찰로 인한 손실도 설명합니다. 엔진의 기계 부품. 차세대 SkyActiv 가솔린 및 디젤 엔진을 개발하는 과정에서 일본 히로시마의 엔지니어들은 소비 및 배출에 영향을 미치는 XNUMX가지 주요 요인에 중점을 두었습니다.

• 압축비,
• 연료 대 공기 비율,
• 혼합물의 연소 단계의 지속 시간,
• 혼합물의 연소 단계 시간,
• 펌핑 손실,
• 엔진의 기계 부품의 마찰.

가솔린 및 디젤 엔진의 경우 압축비와 마찰 손실 감소가 배기 가스 및 연료 소비를 줄이는 데 가장 중요한 요소로 입증되었습니다.

스카이액티브 D 엔진

2191cc 엔진에는 압전 인젝터가 있는 고압 커먼 레일 분사 시스템이 장착되어 있습니다. 디젤의 경우 14,0:1에 불과한 비정상적으로 낮은 압축비가 특징입니다. 재충전은 크기가 다른 한 쌍의 터보차저에 의해 제공되며, 이는 가속 페달을 밟았을 때 엔진 응답의 지연을 줄이는 데 긍정적인 효과가 있습니다. 밸브 트레인에는 배기 가스의 일부가 실린더로 되돌아오기 때문에 엔진이 차가울 때 더 빨리 워밍업되는 가변 밸브 트래블이 포함됩니다. 예열 단계에서 안정적인 냉간 시동과 안정적인 연소로 인해 기존 디젤 엔진은 일반적으로 16:1~18:1 범위의 높은 압축비가 필요합니다. SkyActiv의 경우 14,0:1의 낮은 압축비가 필요합니다. -D 엔진은 연소 과정의 시간을 최적화할 수 있습니다. 압축비가 감소함에 따라 상사점에서 실린더 온도와 압력도 감소합니다. 이 경우 상사점에 도달하기 직전에 실린더에 연료를 주입하더라도 혼합물이 더 오래 연소됩니다. 장기간 연소의 결과, 가연성 혼합물에 산소 결핍 영역이 형성되지 않고 온도가 균일하게 유지되어 NOx 및 그을음의 형성이 크게 배제됩니다. 상사점 부근에서 연료 분사 및 연소를 통해 엔진이 더 효율적입니다. 이는 압축비 디젤 엔진의 경우보다 연료에 포함된 화학 에너지를 보다 효율적으로 사용할 뿐만 아니라 연료 단위당 더 많은 기계적 작업을 의미합니다. 그 결과 2:20 압축비로 작동하는 2,2 MZR-CD 엔진에 비해 디젤 소비 및 논리적 CO16 배출량이 1% 이상 감소합니다.언급한 바와 같이 연소 중에 생성되는 질소 산화물이 훨씬 적고 기술 탄소가 거의 없습니다. . 따라서 추가 NOx 제거 시스템이 없어도 엔진은 6년 발효 예정인 Euro 2015 배출 기준을 충족합니다. 따라서 엔진은 선택적 촉매 환원 또는 NOx 제거 촉매가 필요하지 않습니다.

낮은 압축으로 인해 엔진은 냉간 시동 중에 혼합물을 점화할 만큼 충분히 높은 온도를 생성할 수 없으며, 이는 특히 겨울철에 시동 및 엔진 간헐적 작동에 매우 문제가 될 수 있습니다. 이러한 이유로 SkyActiv-D에는 세라믹 글로우 플러그와 가변 행정 VVL 배기 밸브가 장착되어 있습니다. 이렇게 하면 뜨거운 배기 가스가 연소실 내부에서 재순환될 수 있습니다. 첫 번째 점화는 배기 가스가 필요한 온도에 도달하기에 충분한 예열 플러그에 의해 지원됩니다. 엔진 시동 후 배기 밸브는 일반 흡기 엔진처럼 닫히지 않습니다. 대신 열리지 않고 뜨거운 배기 가스가 연소실로 돌아갑니다. 이것은 온도를 상승시켜 혼합물의 후속 점화를 촉진합니다. 따라서 엔진은 처음부터 중단 없이 원활하게 작동합니다.

2,2 MZR-CD 디젤 엔진에 비해 내부 마찰도 25% 감소했다. 이는 전체 손실의 추가 감소뿐만 아니라 더 빠른 응답 및 향상된 성능에도 반영됩니다. 낮은 압축비의 또 다른 이점은 최대 실린더 압력이 낮아져 개별 엔진 구성 요소에 대한 스트레스가 적다는 것입니다. 이러한 이유로 강력한 엔진 설계가 필요하지 않으므로 무게가 더 줄어듭니다. 매니폴드가 통합된 실린더 헤드는 벽이 더 얇아지고 무게는 이전보다 25kg 가벼워졌습니다. 알루미늄 실린더 블록은 25kg 더 가볍습니다. 피스톤과 크랭크축의 무게가 20% 더 줄었습니다. 그 결과 SkyActiv-D 엔진의 전체 중량은 지금까지 사용된 2,2 MZR-CD 엔진보다 XNUMX% 더 가볍습니다.

SkyActiv-D 엔진은 XNUMX단계 과급기를 사용합니다. 이것은 각각 다른 속도 범위에서 작동하는 하나의 소형 터보차저와 하나의 대형 터보차저가 장착되어 있음을 의미합니다. 더 작은 것은 저회전 및 중회전에서 사용됩니다. 회전 부품의 낮은 관성으로 인해 토크 곡선을 개선하고 배기 압력이 충분하지 않을 때 저속에서 급격한 가속기 점프에 대한 엔진의 응답 지연인 이른바 터보 효과를 제거합니다. . 터보차저 터빈의 빠른 회전을 위한 분기 파이프. 대조적으로, 더 큰 터보차저는 중속 범위에서 완전히 작동합니다. 두 터보차저는 함께 낮은 rpm에서 평평한 토크 곡선을 엔진에 제공하고 높은 rpm에서 높은 출력을 제공합니다. 넓은 속도 범위에서 터보차저의 충분한 공기 공급 덕분에 NOx 및 미립자 배출이 최소화됩니다.

현재까지 2,2 SkyActiv-D 엔진의 두 가지 버전이 유럽용으로 생산되고 있습니다. 더 강한 것은 129rpm에서 최대 출력이 4500kW이고 420rpm에서 최대 토크는 2000Nm입니다. 더 약한 것은 110rpm에서 4500kW, 최대 380-1800rpm 범위에서 2600Nm의 토크를 가집니다. 두 엔진의 속도는 모두 5200입니다. 실제로 엔진은 최대 1300rpm까지 다소 무기력하게 작동합니다. 이 제한에서 속도가 증가하기 시작하지만 일반 주행의 경우 필요에 따라 약 1700rpm 이상으로 유지하는 것으로 충분합니다. 부드러운 가속.

스카이액티브 G 엔진

스카이액티브-G(Skyactiv-G)로 명명된 자연 흡기 가솔린 엔진은 14,0:1의 비정상적으로 높은 압축비를 가지고 있으며, 현재 대량 생산 승용차에서 가장 높습니다. 압축비를 높이면 가솔린 엔진의 열효율이 높아져 궁극적으로 CO2 값이 낮아져 연료 소비가 줄어듭니다. 휘발유 엔진의 경우 높은 압축비와 관련된 위험은 소위 노킹 연소(폭발)와 그에 따른 토크 감소 및 과도한 엔진 마모입니다. 높은 압축비로 인한 혼합물의 노킹 연소를 방지하기 위해 Skyactiv-G 엔진은 연소실의 잔류 고온 가스의 양과 압력을 감소시킵니다. 따라서 4-2-1 구성의 배기 파이프가 사용됩니다. 이러한 이유로 배기관은 상대적으로 길어 배기가스가 연소실에서 배출된 직후에 연소실로 되돌아오는 것을 효과적으로 방지합니다. 결과적으로 연소 온도가 떨어지면 폭발 연소-폭발의 발생을 효과적으로 방지합니다. 폭발을 방지하는 또 다른 수단으로 혼합물의 연소 시간이 단축되었습니다. 혼합물의 빠른 연소는 연소되지 않은 연료와 공기의 혼합물이 고온에 노출되는 시간이 짧아져 폭발이 전혀 일어나지 않는다는 것을 의미합니다. 피스톤 하부에도 특수 홈이 있어 여러 방향으로 형성되는 연소 혼합물의 화염이 서로 교차하지 않고 확장될 수 있으며, 분사 시스템에도 새로 개발된 다공 인젝터가 장착되어 분무할 연료.

엔진 효율을 높이려면 소위 펌핑 손실을 줄이는 것도 필요합니다. 이것은 흡기 단계에서 피스톤이 아래로 이동하면서 공기를 흡입할 때 낮은 엔진 부하에서 발생합니다.실린더로 들어가는 공기의 양은 일반적으로 흡기관에 있는 스로틀 밸브에 의해 제어됩니다. 가벼운 엔진 부하에서는 소량의 공기만 필요합니다. 스로틀 밸브가 거의 닫혀있어 흡입관과 실린더의 압력이 대기압보다 낮습니다. 따라서 피스톤은 연료 소비에 부정적인 영향을 미치는 거의 진공과 같은 상당한 부압을 극복해야 합니다. Mazda의 설계자는 무한 가변 흡기 및 배기 밸브 타이밍(S-VT)을 사용하여 펌프 손실을 최소화했습니다. 이 시스템을 사용하면 스로틀 대신 밸브를 사용하여 흡기량을 제어할 수 있습니다. 엔진 부하가 낮을 때는 공기가 거의 필요하지 않습니다. 따라서 가변 밸브 타이밍 시스템은 압축 단계가 시작될 때(피스톤이 상승할 때) 흡기 밸브를 열어 두고 필요한 양의 공기가 실린더에 있을 때만 닫힙니다. 따라서 S-VT 시스템은 궁극적으로 펌핑 손실을 20%까지 줄이고 연소 과정의 효율성을 향상시킵니다. 유사한 솔루션이 BMW에서 오랫동안 사용되어 왔으며, 이 시스템을 호출합니다. 더블 바노스.

이 흡기량 제어 시스템을 사용할 때 압축 단계의 시작 부분에서 흡기 밸브가 열려 있기 때문에 낮은 압력으로 인해 혼합물이 불충분하게 연소될 위험이 있습니다. 이와 관련하여 Mazda 엔지니어들은 14,0:1의 Skyactiv G 엔진의 높은 압축비를 사용했는데, 이는 실린더의 더 높은 온도와 압력을 의미하므로 연소 과정이 안정적으로 유지되고 엔진이 더 경제적으로 작동합니다.

엔진의 낮은 효율은 또한 경량 설계와 움직이는 부품의 기계적 마찰이 적기 때문에 촉진됩니다. 설치된 2,0 MZR 가솔린 엔진과 비교하여 Skyactiv G 엔진은 20% 더 가벼운 피스톤, 15% 더 가벼운 커넥팅 로드 및 더 작은 크랭크샤프트 메인 베어링을 갖추고 있어 전체 중량이 10% 감소합니다. 밸브의 마찰과 피스톤 링의 마찰을 거의 40%로 줄임으로써 엔진의 총 기계적 마찰은 30% 감소했습니다.

언급된 모든 수정 사항으로 인해 저회전 및 중속 회전 시 엔진 기동성이 향상되었으며 기존 15 MZR에 비해 연료 소비가 2,0% 감소했습니다. 오늘날 이러한 중요한 CO2 배출량은 오늘날 사용되는 2,2 MZR-CD 디젤 엔진보다 훨씬 낮습니다. 장점은 또한 클래식 BA 95 가솔린을 사용한다는 것입니다.

유럽의 모든 SkyActiv 휘발유 및 디젤 엔진에는 i-stop 시스템, 즉 정지 시 엔진이 자동으로 꺼지는 스톱-스타트 시스템이 장착됩니다. 다른 전기 시스템, 회생 제동 등이 뒤따를 것입니다.