Motorul pe benzină Mazda 2.0L Skyactiv-G

   Compania Mazda și-a propus două obiective majore pentru automobilele produse: să ofere clintului o experiență plăcută în timpul condusului și în același timp să reducă substanțial consumul de combustibil și nivelul de emisii poluante. Până în 2015 compania are în vedere reducerea consumului de combustibil pe gama de automobile cu 30%, comparativ cu anul 2008. Pentru a realiza acest obiectiv Mazda a demarat programul SKYACTIV care presupune optimizarea tuturor componentelor automobilului care au impact asupra performațelor (dinamice și de consum).

Motorul pe benzină Skyactiv-G

Foto: Motorul pe benzină Skyactiv-G
Sursa: Mazda

   Într-un motor cu ardere internă convențional aproximativ 70-80% din energia disponibilă în combustibil este pierdută înainte de a ajunge la roțile motoare. Obiectivul Mazda este de a îmbunătății procesul de combustie prin creșterea raportului de comprimare.

   Skyactiv-G este programul Mazda de optimizare a motoarelor pe benzină.

   Un raport de comprimare mare îmbunătățește considerabil eficiența termică a motorului. O valoare uzuală a raportului de comprimare pentru motoarele pe benzină actuale este în jur de 10:1 până la 12:1. Daca raportul de comprimare este ridicat de la 10:1 la 15:1 eficiența termică a motorului este îmbunătățită cu aproximativ 10%.

Creșterea teoretică a cuplului motor în funcție de raportul de comprimare

Foto: Creșterea teoretică a cuplului motor în funcție de raportul de comprimare

   În funcție de tehnologia utilizată pentru sistemul de injecție și pentru sistemul de distribuție, motoarele pe benzină actuale ajung la valori ale raportului de comprimare în jurul de 10.0:1 sau 11.0:1. Ferrari 458 Italia are un motor pe benzină cu raport de comprimare de 12.5:1, dar utilizează doar combustibil premium cu cifra octanică 98 sau 100.

Motor Raport de comprimare
VW 1.4 TSI 10.0:1
Mazda MZR 2.0 DISI 11.2:1
Ferrari 458 Italia 12.5:1

Tabel 1: Exemple de rapoarte de comprimare pentru motoarele pe benzină.

   Creșterea pierderilor de cuplu, datorită intensificării procesului de detonație, este principalul motiv pentru care raportul de comprimare este limitat. Detonația este un proces distructiv, nedorit, în care amestecul aer-combustibil se autoaprinde și arde foarte rapid, exploziv. Apariția detonației este favorizată la temperaturi și presiuni înalte.

   Pentru a diminua riscul apariției detonației temperatura din cilindru, la sfârșitul cursei de comprimare, trebuie redusă. Gazele arse reziduale, care rămân în cilindru dupa cursa de evacuare, au un impact foarte mare asupra temperaturii din cilindru. De exemplu, la un motor pe benzină, cu un raport de comprimare de 10:1, daca temperatura gazelor de evacuare este de 750 °C iar temperatura aerul de admisie este de 25 °C, dacă 10% din gazele arse rămân în cilindru, după evacuare, temperatura amestecului aer-combustibil din cilindru va crește cu 70 °C înainte de comprimare și cu 160 °C la sfârșitul cursei de comprimare.

Efectul reducerii procentului de gaze arse reziduale asupra temperaturii din cilindru la sfârșitul cursei de comprimare (0 C = 273.15 K)

Foto: Efectul reducerii procentului de gaze arse reziduale asupra temperaturii din cilindru la sfârșitul cursei de comprimare (0 °C = 273.15 K)
Sursa: Mazda

   Dacă procentul de gaze arse reziduale din cilindru se poate reduce de la 8% la 4% temperatura la sfârșitul cursei de comprimare (PMI) are aceeași valoare ca în cazul în care am mări raportul de comprimare de la 11:1 la 14:1.

   Pe reducerea procentului de gaze arse reziduale s-a bazat dezvoltarea motorul Skyactiv-G, pentru a permite funcționarea fără detonație.

   La o galerie de evacuare clasică, de exemplu la un motor cu 4 cilindri, gazele arse sunt preluate individual de 4 conducte care converg într-o singură conductă.

Galerie de evacuare clasică, motor cu 4 cilindri

Foto: Galerie de evacuare clasică, motor cu 4 cilindri

   Dacă ordinea de aprindere a motorului este 1-3-4-2, pe faza de admisiei a cilindrului 1 se suprapune faza de evacuare a cilindrului 3. De asemenea, datorită suprapunerii deschiderii supapelor celor doi cilindri, presiunea gazelor de evacuare accentuează pătrunderea gazelor din evacuare înpoi în cilindrul 1. Pătrunderea gazelor arse în cilindrul care se află pe faza de admisie are ca efect creșterea temperaturii la sfârșitul fazei de comprimare, ceea ce favorizează detonația. Acest fenomen este prezent atât la turații joase cât și la turațiile înalte ale motorului.

Galeria de evacuare 4-2-1 a motorului Skyactiv-G (2.0L)

Foto: Galeria de evacuare 4-2-1 a motorului Skyactiv-G (2.0L)
Sursa: Mazda

   Una din metodele de reducere a procentului de gaze arse din cilindru, deci implicit a temperaturii la sfârșitul cursei de comprimare, este utilizarea unui sistem de evacuare 4-2-1. Acesta presupune o galerie de evacuare care preia gazele arse de la cei 4 cilindri prin 4 conducte separate. După o anumită lungime, cele 4 conducte converg în 2 și într-un final, înainte de a intra în catalizator, se unesc într-o singură conductă.

Reducerea efectului presiunii gazelor de evacuare la sistemul 4-2-1 comparativ cu cel clasic

Foto: Reducerea efectului presiunii gazelor de evacuare la sistemul 4-2-1 comparativ cu cel clasic
Sursa: Mazda

   La o galerie cu traseu lung al gazelor de evacuare, de tipul 4-2-1, unda de presiune a gazelor de evacuare a cilindrului 3 trebuie să parcurgă o distanță mai mare până la cilindrul 1. Din acest motiv contrapresiunea din galeria de evacuare nu impactează umplerea cilindrului 1 cu aer proaspăt. Acest efect se menține pe întreaga plajă de turație a motorului.

   Lungimea traseului de evacuare are un impact negativ asupra timpului de amorsare al catalizatorului. La pornirea la rece a motorului gazele de evacuare se răcesc până sa ajungă la catalizator și întârzie punerea în funcțiune al acestuia (temperatura optimă). Din acest motiv emisiile poluante ale motorului sunt mai mari comporativ cu un motor cu galerie de evacuare clasică.

   Pentru a elimina acest dezavantaj inginerii de la Mazda au optimizat procesul de injecție de benzină. La pornirea la rece a motorului momentul injecției a fost mult întârziat astfel încât procesul de ardere a amestecului aer-combustibil să aibă loc parțial pe galeria de evacuare. Astfel gazele de evacuare au temperatura necesară la pătrunderea în catalizator chiar dacă lungimea galeriei de evacuare este cosiderabilă.

Piston motor Skyactiv-G

Foto: Piston motor Skyactiv-G
Sursa: Mazda

   Totuși, dacă întârzierea este prea mare atunci arderea devine instabilă. Pentru a compensa acest efect pentru motorul Skyactiv-G s-a adoptat un piston cu o cavitate centrală. Această geometrie a pistonului împreună cu optimizarea procesului de injecție directă de benzină au avut ca efect crearea unui spațiu în care să se inițieze arderea, în jurul bujiei, fără ca frontul de flacără sa aibă contact cu pereții pistonului. Astfel se reduc pierderile de căldură, arderea se stabililizează și frontul de flacără se propagă în toată camera de ardere.

Piston motor Skyactiv-G - secțiune

Foto: Piston motor Skyactiv-G - secțiune
Sursa: Mazda

   Pentru îmbunătățirea randamentului motorul Skyactiv-G a fost optimizat și pe partea mecanică. Comparativ cu generația anterioară de motoare pe benzină rezistențele mecanice au fost reduse cu aproximativ 30% printr-o serie de tehnologii:

Motorul Skyactiv-G – pistoane, biele, arbore cotit, sistemul de distribuție, cureaua de accesorii și pompa de ulei

Foto: Motorul Skyactiv-G – pistoane, biele, arbore cotit, sistemul de distribuție, cureaua de accesorii și pompa de ulei
Sursa: Mazda

   Toate aceste tehnologii combinate au condus la obținerea unor performanțe notabile. Comparativ cu genereația anterioara de motoare pe benzină (ex. 2.0 litri, MZR) motorul de 2.0 litri cu injecție directă de benzină, aspirat, pe anumite puncte de funcționare are un consum specific efectiv de combustibil redus cu 15%. Mai mult, motorul Skyactiv-G 2.0 litri are un consum de combustibil comparabil cu motorul Mazda diesel de 2.2 litri.

Motor Skyactiv-G - consumul specific efectiv de combustibil

Foto: Motor Skyactiv-G - consumul specific efectiv de combustibil
Sursa: Mazda

   În ceea ce privește performanțele dinamice ale motorului Skyactiv-G progresele sunt de asemenea substanțiale. Comparativ cu un motor Mazda 2.0 litri, injecție indirectă (PFI), pe toată plaja de turație, cuplul motor este mai mare cu aproximativ 15%. Comparativ cu motorul Mazda de 2.0 litri și injecție directă (MZR) cuplul motor este mai mare cu aproximativ 10%.

Motorul Skyactiv-G – comparație curba cuplu motor la plină sarcină

Foto: Motorul Skyactiv-G – comparație curba cuplu motor la plină sarcină

Sursa: Mazda

   Mazda a aplicat tehnologia Skyactiv-G pe mai multe motoare pe benzină, de cilindree diferită. Performanțele acestor motoare sunt centralizate în tabelul de mai jos.

 

Motor Mazda (benzină)

1.3 1.5 2.0 2.5

Capacitate cilindrică [cm3]

1298

1496

1998

2488

Alezaj [mm] x Cursă [mm]

71.0 x 82.0

74.5 x 85.8

83.5 x 91.2

89.0 x 100.0

Cuplu maxim [Nm] @ turația [rot/min]

112 @ 4000

150 @ 4000

210 @ 4000

256 @ 3250

Putere maximă [CP] @ turația [rot/min]

84 @ 5400

100 @ 6000

145 @ 6000

165 @ 6000

184@5700

Raport de comprimare [-]

14.0:1

   Cu tehnologia Skyactiv-G Mazda reușește să îmbine performanțele dinamice ridicate și consumul redus de combustibil pe același motor. Din punct de vedere tehnologic motorul Mazda Skyactiv-G se situează într-o poziție de top și reușește să redefinească limitările motoarelor cu ardere internă.

   Tehnologia Skyactiv este aplicată și pe motoarele diesel, transmisiile automate și caroseria automobilelor Mazda. Despre fiecare dintre aceste tehnologii, pe larg, într-un articol viitor.

Video – funcționarea motorului Mazda Skyactiv-G

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

kent09
Vineri, 05 August 2016 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Dragosh92
Miercuri, 28 Mai 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
daniel.dragne
Marți, 27 Mai 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Intotdeauna articole foarte interesante.

Raportează comentariul
george_14all
Luni, 26 Mai 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
interesant articol, bucuros ca inca te ocupi de acest sport

Raportează comentariul
crass
Luni, 26 Mai 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5

Login

Logo motorul anului