A robbanómotor jövője
A Mazda SKYACTIV motor technológiája mérföldkő, és első lépés a homogén töltetű, kompresszió-gyújtásos (HCCI - Homogeneous Charge Compression Ignition) motorok irányába. A Mazda japánban jelentette be, hogy az első új generációs SKY motor amelyet szériagyártásban bevezetnek a piacra az 1.3 literes közvetlen benzinbefecskendezéses SKYACTIV-G 1.3 lesz.
Habár, a Mazda SKYACTIV stratégiája magába foglalja az karosszérián/alvázon és váltón át az erőátvitelt, minden kétséget kizáróan a legnagyobb előrelépést a dízel és benzin üzemű motorjainál tette, melyek egyaránt a 14:1 kompressziós arányon osztoznak. A világ sorozatgyártású benzinmotorjai között elsőként alkalmaz ilyen rendkívül magas kompresszió viszonyt. Ez a jelenlegi kompressziós arány eredményezi a benzinmotorjánál a legmagasabb, míg dízeleknél a legalacsonyabb arány számot.
A SKYACTIV technológia gyártásba kerülése a jövő évben várható a CX-5 „félterepjárójával” és 2016-17-re már a Mazda teljes palettáján elérhető lesz. „A Mazdának nem voltak első osztályú motorjai, amikor 2006-ban először foglalkoztunk ezzel a gondolattal” - ismerte el Seita Kanai, a kutatás-fejlesztési részleg vezetője, „de a legjobbak akartunk lenni 2015-re; így vette kezdetét egy tíz éves stratégia.” „30-40 km/h-nál egy hagyományos belsőégésű motor mindössze 10%-os hatékonyságú,100km/h-nál ez 30%, így a az energia 70%-a kárba vész.” Meglátásunk szerint 4 nagy veszteségforrás van, melyet a SKYACTIV megcéloz” – magyarázta Susumu Niinai:
- kipufogás,
- hűtés,
- befecskendezés
- mechanikus áttételek
SKYACTIV-G
Mint ahogy általában a technológiai fejlesztéseknél sem létezik egyetlen varázsütés-szerű megoldás, úgy a SKYACTIV esetében sem. Ez a végeredmény is számos fejlesztés kombinációja, ami egy olyan kétliteres benzinmotorban csúcsosodott ki, amely megközelíti a Toyota Hybrid Prius-ának fogyasztási és károsanyag-kibocsájtás adatait. A fő technológiai újítás a 14:1 kompresszió arány, ami növeli a hőmérsékleti hatékonyságot és ezáltal az üzemanyag gazdaságosságot. A magas kompresszió törvényszerű velejárója lenne a kontrollálatlan öngyulladás, és a forgatónyomaték csökkenése.
Az öngyulladás megakadályozására, és a hőmérséklet kontrollálása érdekében több ponton történő megoldást terveztek:
- A Mazda kifejlesztette a 4:2:1 felosztású kipufogó kiömlő rendszerét, ezzel csökkentve a forró kipufogó gázok hatását a sűrítési fázisra. A megnövekedett térfogatú kiömlőben csökken a gáz nyomása, és szelídülnek a lökéshullámok is. A szokatlanul hosszú kipufogó kiömlő bizonyos motor elhelyezési problémákat is okozhat./ Pl. MX-5 hosszanti motorelhelyezés esetében/
- Fontos szerepe van az igen összetett kialakítású dugattyú tetőnek.
- Tovább csökkenti a hőmérsékletet, és a fogyasztást a multi nyílású befecskendezőkkel történőközvetlen befecskendezés alkalmazása. A benzin motor esetében robbanáskor lángfront képződik, ami maga előtt tovább sűríti, és tovább növeli a még el nem égett keverék hőmérsékletét. Ezzel szemben a SKY motor égésterében a magas nyomás, a hő visszavezetés következtében / a HCCI motort közelítően/ alig van lángfront, a keverék szinte egyszerre robban be. Ezzel minimalizálja a robbanási időtartamot, minimális a nyomáskülönbség az égéstér különböző térrészeiben, így a kedvezőtlen lökéshullámok se alakulnak ki, tehát nem jön létre a kopogás. Ezt elősegítendő a Mazda elektronikusan vezérelt hatlyukú direktbefecskezésű injektorokat használ, változtatva a befecskendezés ütemét és az áramoltatás alakját.
- A befecskendezési veszteségek minimalizálására a Mazda elektronikus szelepvezérlése hivatott, amely nyitva tartja a szívó szelepeket, amíg a dugattyú felfelé mozog, a sűrítési fázisban, és csak akkor zárnak, mikor a nem kívánatos levegő kipufogott. Mivel a magasabb kompresszióarány nagyobb nyomást és hőmérsékletet eredményez, a robbanási ponton, a robbanási folyamat önmagában folyamatos marad.
A fentiek összessége eredményezi a 0.2 Mazda SKY-G benzinmotor 210Nm nyomatékát 4000-es fordulaton, a 163 lóerőt 6000 - res fordulaton. valamint a nem elhanyagolható 15% fogyasztáscsökkenést.
A Mazda nem követi a legújabb trendet, mi szerint a motor gyártók a kis hengerűrtartalmú , turbófeltőltős motorok tervezése felé fordultak. A gyár elképzelése szerint a közeli jövőben Mazda benzin motorok HCCI gyújtással készülnek majd melyekben gyújtógyertyák nélkül, a dízel motorhoz hasonlóan a benzin/levegő keverék öngyulladása indítja meg az égést a hengerekben. A rendszert sikeresebbnek tekintik mint a kicsi turbós motorokat. A HCCI motorra a még jobb levegő áramlás jellemző, amely üzemanyag megtakarításban jelentkezik, hiszen szegényebb keverékkel üzemelhet a motor.
SKYACTIV-D
A japán mérnökök nem dízel fejlesztéseikről voltak híresek, de ez az új Mazda motor a feje tetejére állítja ezt a feltételezést, már most teljesíti az EURO 6 normát. Mindezt úgy valósítja meg, hogy nem alkalmazza a nitrogén-oxidok csökkentéséhez szükséges utókezelést a költséges SCR rendszert. Dízel részecskeszűrő hozzáadásával tökéletesen eleget tesz a Tier2 BIN5 előírásoknak (USA),. Ezzel az amerikai piac is megnyílik számára. Mindehhez képzeljünk hozzá egy motort, ami megváltoztatja az eddigi játékszabályokat (nemcsak a Mazda, hanem a többi európai konkurens számára is): 420Nm nyomaték leadására képes 2000 rpm-en, 129 kW-ra 4500 rpm-nél, és könnyedén pörög akár 5800-at. Dízelekhez képest igen magasan húzódik a piros tartomány, melyet 5200-nál érünk el.
A benzinmotorhoz hasonlóan a dízel alapja is egy alumíniumblokk. Rendkívül alacsony 14:1-es sűrítési arány, széles forgatónyomaték-tartomány eredményezi a nyomás és súrlódás csökkenését a forgó alkatrészeknél, magyarázta Kanai. A forgó alkatrészek mérete következésképpen csökken és közelít a benzinmotorok dimenziójához.
A SKYACTIV-D számos technológiai újítást foglal magába az új Denso Piezo többlyukú injektor, amely képes 9 befecskendezésre ütemenként, és befecskendezési nyomása elérheti akár a 2900 Bar-t is. Ezen túlmenően a befecskendezési folyamat a felső holtponton indul, tökéletesítve a levegő / üzemanyag keverék létrehozását, ami megfelelő összetételű nitrogén-oxid keveréketeket eredményez az ezáltal tökéletesedő robbanási folyamatokban.
A hideg indítások áthidalására a SKYACTIV-D kerámia izzító gyertyákat és változtatható szelepvezérlést használ. Az izzító gyertya működése mellett a szívó ütemben a kipufogó szelep enyhén nyitva marad, visszaengedve a kipufogógázt, ezzel is melegítve a hengertért ami elősegíti a gyújtást gátolja a nem hatékony égést.
Egy szekvenciális iker turbó-feltöltő rendszer biztosítja az egyenletes nyomatékot már a alacsonyabb sebességtartományban is. A kisebb turbó az alacsonyabb tempónál dolgozik majd átadja a munkát a nagyobbnak, a csúcshatás eléréséhez. Az alacsonyabb kompresszió csökkenti a henger nyomást,és ezzel a hőmérsékletet. Ez kedvez a kevesebb nitrogén-oxid képződésnek, és az üzemanyag is jobban keveredik a levegővel. Így kevesebb az üzemanyagban dúsabb gócpont, ezzel kevesebb korom is képeződik. A kisebb hengernyomás következtében csökkenő súrlódási veszteségek önmagukban is 4-5 %-os üzemanyag megtakarítást jelentenek.
Az igénybevétel csökkenése miatt lehetőség nyílt az új motor 25 kg-os súlycsökkentésére. Mindezeket szem előtt tartva, egy Mazda 6-os SKYACTIV technológiával szerelve , üzemanyag fogyasztását tekintve egy Mazda 2-es fogyasztásához mérhető. A Mazda stratégiájában egy olyan jövőkép látható ami tartalmaz még energia raktározásra képes fékrendszert, start-stop rendszert és további energiatárolásra alkalmas eszközöket, ami például alkalmas a légkondicionáló, a világítás és a kiegészítő rendszerek működtetésére.
A Mazda új fejlesztéseinek eredményei felhívják a világ figyelmét arra, hogy még bőven van tartalék a belső égésű motorok fejlesztésében.
SzJ