SKYACTIV-G 2.0, a benzines.
Hőmérséklet szabályzás.
A benzines motorok pillanatnyilag világ legmagasabb sűrítési aránya azt jelenti, hogy a tágulási arány nem kevesebb, mint 14,0:1-hez. Érdekességképpen a Ferrari új csúcsmodellje, az F12-es motorjának 13,5:1 a hasonló adata. A Mazda tehát a konkurenciától eltérően nem méret csökkentett, és feltöltött motorral, hanem a magas sűrítési arány, illetve súrlódás és súly szempontjából minden mechanikai alkatrész optimalizálásától várja a takarékosságot.
A magas sűrítési arány viszont jelentősen növeli a hengernyomást, és ezáltal a hőmérsékletet, mely a normálistól eltérő, kopogásos égést okozhat. Ez azt jelenti, hogy az üzemanyag/levegő keverék azelőtt begyullad, mielőtt a gyújtógyertya szikrája megjelenik. Ezt elkerülendő számos intézkedés történt:
A Mazda SKYACTIV-G tulajdonképpen a legtöbb üzemállapotban Atkinson ciklusban működik, tehát a szívószelep alsó holtpont utáni nyitva tartása csökkenti a hatékony sűrítési arányt, így a hőmérsékletet. Amikor kevesebb nyomaték leadására van szükség, akkor ez a ciklus csökkenti a beszívási veszteséget a szívócső vákum csökkentésével, lehetővé téve, hogy a fojtószelep kissé nyitva maradjon. Közepes és magas terhelésnél a szelepvezérlés megszünteti a késleltetett szívószelep zárást, így a motor ilyenkor Otto ciklusban működik, elérve az akár 14,0:1-es volumetrikus sűrítési arányt.
A hőmérséklet csökkentésére irányuló intézkedések mellett természetesen kifinomult gyújtás időzítésre is szükség van. Szinte hihetetlen, de a Mazda SKYACTIV-G motor lehetővé teszi a 95-ös benzin használatát, holott általában már 10,0:1-es sűrítési arány felett már 98-as benzint kell alkalmazni a kopogásos égés megelőzéséhez.
Az égéstér hőmérsékletének csökkentésében a 4-2-1-es kipufogó kiömlőnek is jelentős szerepe van. A hengerenként majdnem egyenlő hosszúságúra kialakított kipufogó csonkokban működés közben kialakuló nyomáshullám elszívja a forró kipufogógázokat a nyíló kipufogó szelepektől. A hengerekben így kevesebb gáz marad, lehetővé téve hideg levegő beáramlását szívási ütemben.
Az előzőekben említett Atkinson ciklusos működést elsősorban a nagynyomású, közvetlen benzin befecskendezés teszi lehetővé. Ezáltal a benzin befecskendezés időzítése sokkal rugalmasabban viszonyulhat a beömlő levegőhöz. Így megvalósítható, hogy egy adott mennyiségű benzin rögtön a szívási ütem kezdetekor befecskendésre kerül, mely a porlasztás által lehűti a hengertöltetet, így csökkentve az égéstér hőmérsékletét, illetve növelve a levegő sűrűségét. A stabilabb égést is elősegítve, a maradék üzemanyag pedig csak közvetlenül a gyújtás előtt kerül a hengerbe, vagyis két befecskendezés történik egy henger munkaütemen belül.
A benzinben szegény keverék stabil égéséhez a dugattyútető (üreg) kialakítása is hozzájárul, mely a gyújtógyertya közelébe koncentrálja keveréket. A stabil égés különösen fontos a hideg motor beindulásához, hiszen ilyenkor késleltetni kell a gyújtási időpontot, hogy melegebb legyen a kipufogógáz, hiszen az említett 4-2-1 kipufogó kiömlő miatt nagyon lassan melegedne be a katalizátor.
Az eddig nem említett viszonylag kis hengerfurat biztosította masszívabb égéstér szintén hozzájárul a hűlési veszteség csökkentéséhez.
Súrlódás csökkentés.
Az égéstér hőmérsékletének szabályzása mellett, az alkatrészek súrlódási ellenállásának, lendtömegének csökkentése is kiemelt figyelmet kapott a tervezés folyamán. A főtengely, a hajtókarok, dugattyúk, csapszegek mind könnyebbek a korábbi kétlieteres motor elemeihez képest, de a dugattyúgyűrűk feszítő ereje is kisebb. Így kevésbé nyomódnak a hengerfalhoz, mely csökkenti a súrlódási veszteséget.
.jpg "Mazda SKYACTIV-G")
Szintén ezt segítik a tügörgős csapággyal ellátott szelepemelők, melyek hidraulikus szelephézag kiegyenlítéssel vannak kombinálva. A vezérműtengelyek bütykei felett úgynevezett olajzuhany csöveket találunk, melyek a bütykök állandó olajzásával tovább csökkentik a súrlódást. Mind a szívószelepek, mind a kipufogó szelepek nyitási ideje változtatható (VVT). A Mazda mérnökei kipufogó oldalon hidraulikusan oldották meg a VVT mechanizmust, míg a szívó oldalon elektromosan. Ez utóbbit azzal indokolják, hogy így a hőmérsékletfüggő olaj viszkozitás nincs hatással a vezérelhetőség pontosságára. Mindkét vezérmű tengelynek külön pozíció érzékelő szenzora van, hogy a vezérlőegység még pontosabban felügyelje a tengelyek helyzetét. A kipufogószelep vezérműtengely 43 fokos fázis variálási tartománnyal rendelkezik, míg a szívó nem kevesebb, mint 74 fokos tartománnyal.
Ezen túlmenően a SKYACTIV-G kisebb ellenállású vízszivattyút tartalmaz, és egy olyan olajszivattyút, mely a motor működési állapotához igazítja az olajnyomást, hogy csökkentse a szivattyúzási veszteséget. Ez utóbbi működési elve az, hogy az olajpumpa megkerülő szelepeit vezérelni tudja a központi elektronika, és alacsony fordulaton, amikor nincs szükség magas olajnyomásra, akkor az olajszivattyú hajtása kisebb teljesítményt igényel a motor részéről. Ilyenkor a pumpa által felszívott motorolaj egy része rögtön visszafolyik az olajteknőbe, és nem kering a motorban. Motorolajból mintegy 4,2 liter van a 2,0 SKYACTIV-G motorban, és a Mazda elsődleges ajánlása 0w-20, vagy 0w-30-as viszkozitási jelzésű kenőanyag.
Mechanikai részletek.
A Skyactiv-G motor mechanikáját annak érdekében optimalizálták, hogy lágyabb és csendesebb működést, súly és súrlódás csökkenést biztosítson. A könnyű súlyú dugattyúk viszonylag kis dugattyú palásttal rendelkeznek, melyet a súrlódás csökkentése érdekében bevonattal láttak el. A dugattyútető mély üreggel rendelkezik, hogy benzinben gazdagabb levegő/üzemanyag keveréket alakítson ki a gyújtógyertya körül, mely stabilabb gyulladást, és biztosabb lángterjedést eredményez.
A hajtókarok kovácsolt szénacélból készültek. Az optimalizált forma súlymegtakarítást eredményezett, mely így kisebb tehetetlen tömeget jelent. A hajtókarok úgynevezett töréses gyártástechnikával készülnek, így az alsó csapágyfedél pontosabban illeszkedik. A hajtókar rövidsége is hozzájárul az alacsonyabb súrlódáshoz a főtengelyen. Az említett főtengely 5 helyen csapágyazott, és összesen 8 kiegyensúlyozó súlya van. Elülső végén hordozza a vezérműlánc hajtó fogaskerekét, és egy olyan lánckereket, amely az olajszivattyút hajtja. A vibrációk csökkentését egy torziós csillapító is segíti.
A hengerfej alumíniumból készül, míg a szelepfedél, vagy hengerfej borítás a súlycsökkentés érdekében műanyagból. A hengerfejben úgynevezett olajzuhany csöveket is találunk, melyek a két vezérműtengely kiegészítő kenését biztosítják. Van egy vákuumszivattyú is, melyet a kipufogó vezérműtengely hajt meg. A vezérműtengelyek öntöttvasból készültek. Mindkét vezérműtengely VVT mechanizmussal van felszerelve. A változtatható vezérlés (VVT) pontos pozíciójáról a mindkét vezérműtengelyen elhelyezett impulzus generátorok adják a jeleket. A vezérműtengelyek működtetik a szelepeket hengeres szelepemelők segítségével, melyek tűgörgős csapágyakkal rendelkeznek a súrlódás csökkentése érdekében. A vezérmű, a hengerfej és a hengerblokk alkatrészeinek kopását és különböző hőtágulását kompenzálják a karbantartást nem igénylő hidraulikus szelephézag kiegyenlítők.
A vezérműtengelyeket egy karbantartást nem igénylő vezérműlánc hajtja. Egy automatikus vezérműlánc feszítő tartja fenn a vezérműlánc feszességét. A VVT rendszer módosítja a szívószelep-vezérműtengely, és a kipufogószelep-vezérműtengely fázisait a forgattyústengelyt illetően, hogy optimalizálja a szelepvezérlést a motor működési állapotához mérten. A VVT mechanizmus a kipufogószelep-vezérműtengelyen hidraulikusan működtetett, míg a szívó oldalon elektronikusan van vezérelve. A hidraulikus VVT beavatkozótag a kipufogó oldalon egy olajnyomás kontroll szelep által van működtetve, melyet a motorvezérlő egység vezérel a működési állapotoknak megfelelően. A szívszelep vezérműtengely pozícióját és a kipufogószelep vezérműtengely pozícióját egymástól függetlenül érzékeli két vezérműtengely pozíció érzékelő, hogy felügyelje mindkét vezérműtengely fázisszögét.
Az elektromosan módosítható szelepvezérlésnek nagy előnye, hogy nincs rá hatással a motorolaj folyékonysága, mely olaj, és hőmérsékletfüggő. Mivel nincsenek hidraulikus kamrák, melyek korlátozzák a fázis variáció módisítási tartományát, az elektromos VVT beavatkozótag nagyobb módosítási tartományt tesz lehetővé. Ezen túlmenően az elektromos eszköz magasabb szintű érzékenységgel rendelkezik, és precízebb vezérlést tesz lehetővé, mint a hidraulikus megoldás. Az elektromos VVT motor egy kefe nélküli elektromos motor.
Kenés.
Új elem a Skyactiv-G kenési rendszerének a lánchajtásos olajszivattyú kétlépcsős maximális olajnyomás határolója. Ezt egy vezérelhető mágneszeleppel oldották meg. Ez a megoldás abból a célból született, hogy amikor nincs szükség magas olajnyomásra, akkor csökkentik az olajszivattyú hajtási igényét, tehát valamilyen mértékben az üzemanyag fogyasztást. Az olajnyomás magas-alacsony beállítását a motorvezérlőegység "dönti" el a motor működési állapota, fordulatszáma alapján.
Egyéb extrák.
A Mazda Skyactiv-G gyújtási rendszere a hagyományos akusztikai kopogás érzékelő helyett, ion érzékelőket tartalmaz, melyek még pontosabb gyújtás időzítést tesznek lehetővé a kopogásos égés elkerülése érdekében. Az ion érzékelőkkel sokkal közelebb lehet jutni a kopogásos égési határhoz (öngyulladás), mint a hagyományos kopogásérzékelők használatával. Ugyanis minél közelebb jár a motor a kopogási határhoz, annál hatékonyabb az égési művelet. Ez pedig jobb fogyasztást jelent.
Az ion érzékelő közvetlenül a gyújtógyertyákon elhelyezett gyújtótekercsekbe van integrálva. Érzékeli az ionokat, melyek hőmérsékleti és vegyi reakciók révén jönnek létre gyújtás után, az égési folyamat során. Az ion érzékelő a gyújtógyertyát magát használja a generált ionok érzékeléséhez közvetlenül az égéstérben. Mivel a gyújtógyertya elektródája elszigetelt a hengerfejtől és az ion generálás vezetővé teszi a gázt a gyújtógyertya körül, áram észlelhető, amikor feszültség kerül hozzáadásra. Ezt a feszültséget gyújtás után egy kapacitás kondenzátor biztosítja, mely a másodlágos gyújtási áramlás által kerül feltöltésre. Ez az ion áram halad a gyújtógyertyából a gyújtás tekercsbe. Ezt észleli és erősíti az ion észlelő áramkör, mely a PCM-hez csatlakoztatott. A PCM (vezérlőegység) az áramot feszültség jellé alakítja, hogy kiértékelhesse az ion áramlást. A PCM észleli a kopogásos égést az ion áramlás gyors fluktuációin vagy csúcspontjain keresztül, és ennek megfelelően egyesével vezérli a gyújtást.
A Mazda Skyactiv-G CX-5 kipufogó rendszere az új 4-2-1 kipufogó csonkkal rendelkezik, mely segíti az elhasznált gázok még gyorsabb távozását a hengerekből. A gázok gyorsabb távozása csökkenti az égéstér hőmérsékletét, és ezáltal a kopogásos égésre hajlamot. A 4-2-1 rendszer kialakítás meghosszabbítja a távolságot, amelyen kipufogó gáz nyomás hullám végighalad a hengerek között. Így elkerülhető, hogy egy másik hengerből távozó kipufogógáz ellennyomása miatt a forró kipufogógáz egy része a hengerben maradjon.
Töltési rendszer.
A Mazda CX-5 fejlett töltőrendszerrel rendelkezik, amelyben a PCM vezérli a generátor töltési feszültségét a motor működési állapota alapján, míg az elektromos töltöttségi állapotot és áramfelvételt egy áramérzékelő felügyeli. Míg a Mazda5 fel van szerelve újraindító rendszerrel (i-stop), csak egy akkumulátora van, de van egy DC-DC átalakítója, mely fokozza a feszültség ellátást egyes elektromos eszközök számára az i-stop újraindítás során. Ez a rendszer egyszerűbbé teszi a töltőrendszert a korábbi i-stop rendszerrel és két akkumulátorral rendelkező járműveknél.
A generátor gerjesztő áramának erősségét a vezérlőegység elsősorban az akkumulátor töltöttségi állapota alapján határozza meg, melyről az előzőekben említett áramérzékelő jelei útján értesül. Nagyobb gerjesztőáram nagyobb teljesítményfelvételt jelent a generátor részéről, így a vezérlőegység megpróbálja minél gyakrabban csökkenteni azt, ezzel is hozzájárulva az üzemanyag takarékossághoz. Lassításkor például megemeli a generátor terhelését, míg gyorsításkor, vagy alapjáraton ( a stabil járásért) mielőbb csökkenti azt, és az akkumulátor töltöttségére alapozza a villamos rendszer megfelelő áramellátását.
Az akkumulátor negatív kábelén található a már említett, az akkumulátor töltöttségi állapotát, és az autó berendezéseinek áramfelvételt "figyelő" áram érzékelő, mely még az akku hőmérsékletét is méri. Mindezekről a vezérlőegység folyamatosan tájékoztatást kap. AUTÓHIFISEK FIGYELEM! A Mazda CX-5 Skyactive esetében bármilyen utólag beszerelt fogyasztó, mely közvetlenül az akkumulátorra van csatlakoztatva - tehát az áram érzékelő nem figyeli -, az autó működését akadályozza. Ha viszont az árammérő után van egy erősítő csatlakoztatva az akkuhoz, akkor annak áramfelvétele az autó összes egyéb segédberendezésével együtt nem haladhatja meg a 17 Ampert, hiszen ez a DC-DC átalakító maximális szabályozási tartománya. Ez pedig azt jelenti, hogy a legkisebb végerősítők sem igazán alkalmazhatóak ebben az autóban.
Az említett DC-DC konverter például a motor indításakor fokozza a feszültséget az autó rendszereinek stabilitása miatt, hiszen ilyenkor az önindító teljesítményfelvétele miatt csökken az akkumulátor feszültség. Az i-stop-os járművek automatikusan leállítják és elindítják a motort, ami negatívan hat az akkumulátor töltési állapotára. Így ezek az akkumulátorok gyakrabban merülnek és töltődnek újra fel. Ebből kifolyólag a CX-5 olyan ólom-savas akkumulátorral van felszerelve, mely viszonylagos élettartam csökkenés nélkül, jól tűri az ilyen jellegű igénybevételt. Érdemes megemlíteni, hogy ha egy CX-5-ös negatív ( vagy pozitív) akkumulátor saruját lecsatlakoztatják, akkor visszacsatlakozás után külső Mazda diagnosztikai rendszerrel fel kell ismertetni az akku állapotát az autó vezérlőegységével. Minden esetben!
A leállító és újraindító Mazda i-stop rendszer működésére nem térünk ki újra, ezt ITT megtekinthetik.
Varga István
