Với tỷ lệ nén động cơ diesel thấp nhất thế giới, động cơ diesel sạch, hiệu quả cao này sẽ tuân thủ các quy định nghiêm ngặt về khí thải trên toàn cầu mà không cần hệ thống xử lý hậu xử lý NOx (nitơ oxit) đắt tiền.
Điểm nổi bật của SKYACTIV-D:
Do thực tế là động cơ diesel thường có tỷ số nén cao, nhiệt độ và áp suất nén tại tâm chết trên đỉnh piston (TDC) là cực kỳ cao. Nếu nhiên liệu được phun trong các điều kiện này, quá trình đánh lửa sẽ diễn ra trước khi hỗn hợp nhiên liệu không khí thích hợp được hình thành, gây ra sự cháy không đồng nhất xảy ra cục bộ. Kết quả là, sự hình thành NOx và do đốt cháy không đủ oxy, sự hình thành của muội than.
Theo các quy định khí thải nghiêm ngặt gần đây, điều này gây khó khăn cho việc đốt cháy hỗn hợp ở thời điểm tối ưu (TDC), không còn lựa chọn nào khác ngoài việc trì hoãn quá trình đốt cho đến khi piston bắt đầu hạ xuống và giảm áp suất và nhiệt độ xi lanh, mặc dù điều này gây ra sự tiết kiệm nhiên liệu xấu đi.
Ưu điểm của tỷ lệ nén thấp
Trở ngại ngăn cản việc giảm tỷ số nén của động cơ diesel:
Cách SKYACTIV-D đã làm để đảm bảo khả năng khởi động lạnh và sự thỏa mãn trong quá trình khởi động
1. Sự hình thành hỗn hợp dễ cháy với các vòi phun Piezo nhiều lỗ
Các kim phun Piezo đa lỗ mới được thông qua cho phép nhiều kiểu tiêm khác nhau. Độ chính xác về lượng phun và thời gian làm tăng độ chính xác của kiểm soát nồng độ hỗn hợp, đảm bảo khả năng khởi động nguội. Thông minh về phần cứng, kim phun là loại cao cấp có khả năng tối đa 9 mũi tiêm mỗi lần đốt. Cùng với ba mũi tiêm cơ bản: tiêm trước, tiêm chính và sau tiêm, các kiểu tiêm khác nhau sẽ được đặt theo điều kiện lái xe. Khởi động động cơ xác định ngay cả với tỷ lệ nén thấp là do điều khiển phun chính xác này và cả việc sử dụng phích cắm phát sáng bằng gốm.
2. Nhiệt độ không khí tăng với khí thải VVL khi khởi động
Bất kỳ sự bất thường nào có thể xảy ra trong quá trình khởi động khi khởi động động cơ đều được ngăn chặn bằng cách áp dụng hệ thống VVL (variable valve lift) cho các van xả. Một chu kỳ đốt duy nhất là đủ để nhiệt độ khí thải tăng lên. Do đó, các van xả được mở ra một chút trong suốt quá trình nạp để lấy lại khí thải nóng trở lại vào xi lanh, làm tăng nhiệt độ không khí. Điều này thúc đẩy độ cao của nhiệt độ nén, ổn định phun nhiên liệu.
3. Mô-men xoắn cao hơn, khí thải sạch và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn với bộ tăng áp hai giai đoạn
Không cần phải nói rằng các bộ tăng áp đóng góp rất lớn vào mô-men xoắn cao của động cơ diesel, nhưng chúng cũng không thể thiếu trong việc giảm khí thải và tiêu thụ nhiên liệu. SKYACTIV-D sử dụng động cơ tăng áp hai giai đoạn trong đó một turbo nhỏ và một turbo lớn được vận hành có chọn lọc theo điều kiện lái xe. Công nghệ này đạt được mô-men xoắn cao và phản ứng ở tốc độ thấp, và công suất cao ở tốc độ cao. Ngoài ra, do hiệu ứng tổng hợp với tỷ lệ nén thấp, quá trình đốt cháy theo thời gian tối ưu được thực hiện với lượng khí thải NOx và muội than thấp vì có thể đảm bảo đủ lượng không khí (oxy).
Và hiện tại công nghệ SKYACTIV-D đang được trang bị trên dòng xe mới nhất Mazda CX-5 2019 bản Diesel. Hy vọng những ưu điểm và kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu ở trên đúng với thực tế.
- Mazda Skyactiv-X: Công nghệ biến nhược điểm của động cơ xăng thành lợi thế tiết kiệm
- Tại sao Mazda không sử dụng hộp số CVT và động cơ nhỏ tăng áp?
- Mazda trước ván bài cứu vãn động cơ đốt trong
Điểm nổi bật của SKYACTIV-D:
- Hiệu suất nhiên liệu tốt hơn 20% nhờ tỷ số nén thấp 14,0: 1
- Một bộ tăng áp hai giai đoạn mới, thực hiện phản ứng trơn tru và tuyến tính từ tốc độ động cơ thấp đến cao, và tăng đáng kể mô-men xoắn thấp và cao (lên tới giới hạn vòng 5.200 giới hạn vòng quay vòng / phút)
- Tuân thủ các quy định về khí thải toàn cầu (Euro6 ở châu Âu và các quy định dài hạn mới của Nhật Bản tại Nhật Bản), mà không cần xử lý NOx đắt tiền.
Do thực tế là động cơ diesel thường có tỷ số nén cao, nhiệt độ và áp suất nén tại tâm chết trên đỉnh piston (TDC) là cực kỳ cao. Nếu nhiên liệu được phun trong các điều kiện này, quá trình đánh lửa sẽ diễn ra trước khi hỗn hợp nhiên liệu không khí thích hợp được hình thành, gây ra sự cháy không đồng nhất xảy ra cục bộ. Kết quả là, sự hình thành NOx và do đốt cháy không đủ oxy, sự hình thành của muội than.
Theo các quy định khí thải nghiêm ngặt gần đây, điều này gây khó khăn cho việc đốt cháy hỗn hợp ở thời điểm tối ưu (TDC), không còn lựa chọn nào khác ngoài việc trì hoãn quá trình đốt cho đến khi piston bắt đầu hạ xuống và giảm áp suất và nhiệt độ xi lanh, mặc dù điều này gây ra sự tiết kiệm nhiên liệu xấu đi.
Ưu điểm của tỷ lệ nén thấp
Tối ưu hóa thời gian đốt bằng cách giảm tỷ lệ nén
Khi tỷ lệ nén được hạ xuống, nhiệt độ và áp suất nén tại TDC giảm. Do đó, đánh lửa mất nhiều thời gian hơn ngay cả khi nhiên liệu được bơm gần TDC, cho phép hỗn hợp không khí và nhiên liệu tốt hơn. Điều này làm giảm sự hình thành của NOx và muội than vì quá trình đốt cháy trở nên đồng đều hơn mà không có các khu vực nhiệt độ cao cục bộ và thiếu oxy. Hơn nữa, phun và đốt gần với TDC tạo ra động cơ diesel hiệu suất cao, trong đó khối lượng công việc thực tế lớn hơn (hoặc, tỷ lệ mở rộng cao hơn) thu được so với động cơ diesel có tỷ số nén cao
Khi tỷ lệ nén được hạ xuống, nhiệt độ và áp suất nén tại TDC giảm. Do đó, đánh lửa mất nhiều thời gian hơn ngay cả khi nhiên liệu được bơm gần TDC, cho phép hỗn hợp không khí và nhiên liệu tốt hơn. Điều này làm giảm sự hình thành của NOx và muội than vì quá trình đốt cháy trở nên đồng đều hơn mà không có các khu vực nhiệt độ cao cục bộ và thiếu oxy. Hơn nữa, phun và đốt gần với TDC tạo ra động cơ diesel hiệu suất cao, trong đó khối lượng công việc thực tế lớn hơn (hoặc, tỷ lệ mở rộng cao hơn) thu được so với động cơ diesel có tỷ số nén cao
Giảm trọng lượng và ma sát cơ học bằng cách giảm tỷ lệ nén
Giảm ma sát do tỷ lệ nén thấp hơn
Do tỷ số nén thấp, áp suất đốt trong xi lanh tối đa cho SKYACTIV-D thấp hơn so với động cơ diesel hiện tại, thực hiện giảm trọng lượng đáng kể thông qua tối ưu hóa cấu trúc.
Ví dụ, có thể thay đổi vật liệu của khối xi lanh thành nhôm, giúp tiết kiệm 25kg (so với động cơ diesel hiện tại). Đầu xi-lanh trở nên nhẹ hơn 3kg với thành mỏng hơn và ống xả tích hợp. Đối với các bộ phận đối ứng, trọng lượng của piston đã giảm 25%. Trục khuỷu có đường kính tạp chí chính giảm từ 60mm xuống 52mm, giảm 25% trọng lượng. Kết quả là, ma sát cơ học đã giảm đáng kể đến mức tương đương với động cơ xăng trung bình
Giảm ma sát do tỷ lệ nén thấp hơn
Do tỷ số nén thấp, áp suất đốt trong xi lanh tối đa cho SKYACTIV-D thấp hơn so với động cơ diesel hiện tại, thực hiện giảm trọng lượng đáng kể thông qua tối ưu hóa cấu trúc.
Ví dụ, có thể thay đổi vật liệu của khối xi lanh thành nhôm, giúp tiết kiệm 25kg (so với động cơ diesel hiện tại). Đầu xi-lanh trở nên nhẹ hơn 3kg với thành mỏng hơn và ống xả tích hợp. Đối với các bộ phận đối ứng, trọng lượng của piston đã giảm 25%. Trục khuỷu có đường kính tạp chí chính giảm từ 60mm xuống 52mm, giảm 25% trọng lượng. Kết quả là, ma sát cơ học đã giảm đáng kể đến mức tương đương với động cơ xăng trung bình
Trở ngại ngăn cản việc giảm tỷ số nén của động cơ diesel:
1. Khi áp suất nén giảm, nhiệt độ nén trong quá trình vận hành lạnh quá thấp sẽ gây cháy, ngăn sự động cơ khởi động để đạt tới tốc độ quay tối thiểu để động cơ hoạt động bình thường.
2. Sự xuất hiện của sự bỏ máy trong hoạt động khởi động do thiếu nhiệt độ và áp suất nén.
2. Sự xuất hiện của sự bỏ máy trong hoạt động khởi động do thiếu nhiệt độ và áp suất nén.
Cách SKYACTIV-D đã làm để đảm bảo khả năng khởi động lạnh và sự thỏa mãn trong quá trình khởi động
1. Sự hình thành hỗn hợp dễ cháy với các vòi phun Piezo nhiều lỗ
Các kim phun Piezo đa lỗ mới được thông qua cho phép nhiều kiểu tiêm khác nhau. Độ chính xác về lượng phun và thời gian làm tăng độ chính xác của kiểm soát nồng độ hỗn hợp, đảm bảo khả năng khởi động nguội. Thông minh về phần cứng, kim phun là loại cao cấp có khả năng tối đa 9 mũi tiêm mỗi lần đốt. Cùng với ba mũi tiêm cơ bản: tiêm trước, tiêm chính và sau tiêm, các kiểu tiêm khác nhau sẽ được đặt theo điều kiện lái xe. Khởi động động cơ xác định ngay cả với tỷ lệ nén thấp là do điều khiển phun chính xác này và cả việc sử dụng phích cắm phát sáng bằng gốm.
2. Nhiệt độ không khí tăng với khí thải VVL khi khởi động
Bất kỳ sự bất thường nào có thể xảy ra trong quá trình khởi động khi khởi động động cơ đều được ngăn chặn bằng cách áp dụng hệ thống VVL (variable valve lift) cho các van xả. Một chu kỳ đốt duy nhất là đủ để nhiệt độ khí thải tăng lên. Do đó, các van xả được mở ra một chút trong suốt quá trình nạp để lấy lại khí thải nóng trở lại vào xi lanh, làm tăng nhiệt độ không khí. Điều này thúc đẩy độ cao của nhiệt độ nén, ổn định phun nhiên liệu.
3. Mô-men xoắn cao hơn, khí thải sạch và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn với bộ tăng áp hai giai đoạn
Không cần phải nói rằng các bộ tăng áp đóng góp rất lớn vào mô-men xoắn cao của động cơ diesel, nhưng chúng cũng không thể thiếu trong việc giảm khí thải và tiêu thụ nhiên liệu. SKYACTIV-D sử dụng động cơ tăng áp hai giai đoạn trong đó một turbo nhỏ và một turbo lớn được vận hành có chọn lọc theo điều kiện lái xe. Công nghệ này đạt được mô-men xoắn cao và phản ứng ở tốc độ thấp, và công suất cao ở tốc độ cao. Ngoài ra, do hiệu ứng tổng hợp với tỷ lệ nén thấp, quá trình đốt cháy theo thời gian tối ưu được thực hiện với lượng khí thải NOx và muội than thấp vì có thể đảm bảo đủ lượng không khí (oxy).
Và hiện tại công nghệ SKYACTIV-D đang được trang bị trên dòng xe mới nhất Mazda CX-5 2019 bản Diesel. Hy vọng những ưu điểm và kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu ở trên đúng với thực tế.
TrinhTan
