Mazda

Skyactiv-D ma taki sam stopień sprężania 14.0:1 jak silnik benzynowy Skyactiv-G. Tym samym jest silnikiem Diesla o najniższym stopniu sprężania na świecie. Skyactiv-D jest także jednym z pierwszych silników Diesla spełniających surową normę emisyjną Euro 6 (która nie wejdzie w życie przed 2014 roku) bez potrzeby stosowania kosztownego układu SCR (selektywnej redukcji katalitycznej) lub LNT (katalizatora gromadzącego, a następnie usuwającego NOx).

Podstawowe cechy silnika Skyactiv-D to:

• zużycie paliwa mniejsze o ok. 20% w porównaniu z obecnym silnikiem wysokoprężnym 2,2 MZR-CD) dzięki wyjątkowo niskiemu stopniowi sprężania 14.0:1 i wobec tego dłuższemu suwowi rozprężania po spalaniu
• zmienny wznios zaworów wylotowych zapewnia wewnętrzną recyrkulację spalin, stabilizując spalanie w fazie nagrzewania silnika
• dzięki dwustopniowemu turbodoładowaniu silnik jest jednakowo elastyczny w całym zakresie obrotów (do około 5200 obr./min)
• o 10% lżejszy niż obecny diesel MZR-CD o pojemności 2,2 l
• 20-procentowe zmniejszenie tarcia wewnętrznego silnika
• aktywny ceramiczny filtr cząstek stałych o dużej skuteczności
• spełnia normy Euro 6, Tier II BIN 5 (USA) i japońskie Post New Long-Term bez kosztownych układów redukcji tlenków azotu

Silniki Diesla nie potrzebują świec zapłonowych. Mieszanka zapala się samoczynnie pod wpływem wysokiego ciśnienia, a tym samym temperatury sprężania w pobliżu górnego punktu położenia tłoka, kiedy znajduje się on najbliżej głowicy (tzw. górny martwy punkt – GMP). W celu zapewnienia pewnego zimnego rozruchu i stabilnego spalania w fazie nagrzewania typowe silniki Diesla mają wysoki stopień sprężania, w granicach od 16:1 do 18:1. Ale nie unikalny Skyactiv-D Mazdy.

Jeden z najniższych stopni sprężania w dieslu ma świecie

Niski stopień sprężania 14:1 umożliwia optymalizację przebiegu procesu spalania. Przy obniżeniu stopnia sprężania zmniejsza się temperatura i ciśnienie nad tłokiem w GMP. Dzięki temu zapłon trwa dłużej, nawet jeśli paliwo zostało wtryśnięte w pobliżu pozycji GMP, umożliwiając utworzenie lepszej mieszanki paliwowo-powietrznej. To zmniejsza tworzenie NOx i sadzy, ponieważ spalanie może być bardziej jednorodne, bez tworzenia się stref bardzo wysokiej temperatury i braku tlenu. Co więcej, wtrysk i spalanie przy tłoku w GMP znacznie zwiększają sprawność silnika Diesla, ponieważ suw rozprężania, zwany także suwem pracy, jest dłuższy niż w silniku o wysokim stopniu sprężania. W uproszczeniu, zoptymalizowany przebieg spalania oznacza lepsze wykorzystanie energii zawartej w paliwie przez silnik Skyactiv-D. To główna przyczyna, dla której zużycie paliwa jest zmniejszone o 20%.

Euro 6 bez dodatkowego usuwania NOX

Dzięki mniejszemu stopniu sprężania Skyactiv-D także spala czyściej, wytwarzając mniej tlenków azotu i praktycznie nie emitując sadzy. Tym samym może się obejść bez układów dodatkowego oczyszczania spalin z NOx, wciąż spełniając ostre światowe normy emisyjne (jak Euro 6) z ich bardzo niskimi limitami dla tlenków azotu.

To, że Mazda Skyactiv-D jest wciąż uznawany za rozwiązanie pionierskie (jak na razie żaden inny producent nie próbował pójść w jego ślady) wiąże się z trudnościami, jakie na ogół sprawia niski stopień sprężania. Na przykład, przy wartości 14:1 temperatura uzyskana w wyniku sprężania powietrza jest zazwyczaj zbyt mała do zimnego rozruchu i pracy przy niskich temperaturach otoczenia. Silnik pracowałby nierówno, zwłaszcza w zimie, z „wypadaniem” zapłonów podczas rozgrzewania. Przy ekstremalnie niskich temperaturach silnik mógłby w ogóle nie podjąć pracy.

VVL zaworów wylotowych

Dlatego w celu poprawy zimnego rozruchu i pracy na zimno, Mazda wyposażyła swój Skyactiv-D w ceramiczne świece żarowe i zawory wylotowe o zmiennym wzniosie. Zadaniem tych drugich jest zapewnienie recyrkulacji gorących spalin do komór spalania. Działa to w ten sposób, że świece żarowe są używane do pierwszego cyklu spalania, co wystarcza do nagrzania spalin do wystarczającej temperatury. Po rozruchu silnika zawory wylotowe nie zamykają się jak zazwyczaj w suwie ssania, lecz zostają nieznacznie otwarte pozwalając powrócić części spalin. Zwiększają one temperaturę w komorze spalania, co z kolei sprzyja zapłonowi mieszanki paliwowo-powietrznej i zapobiega wypadaniu zapłonów.

Zmniejszenie masy i tarcia wewnętrznego silników

Mniejszy stopień sprężania silnika Skyactiv-D oznacza mniejsze maksymalne ciśnienia i tym samym mniejsze obciążenie podzespołów niż w konwencjonalnym silniku. Dzięki temu pojawiła się możliwość zmodyfikowania konstrukcji tak, by zmniejszyć masę: głowice cylindrów z cieńszymi ściankami i ze zintegrowanym kolektorem wylotowym są o 3 kg lżejsze niż wcześniejsze, a blok silnika, teraz aluminiowy, oszczędza kolejne 25 kg. Do tego trzeba dodać 25-% zmniejszenie mas tłoków i wałów korbowych; Mazda zmniejszyła też 0 20% wewnętrzne tarcie w silniku Skyactiv-D w porównaniu z obecnym dieslem MZR-CD. Dla kierowcy oznacza to szybszą reakcję silnika, więcej mocy na kołach i mniejsze zużycie paliwa.

Dwustopniowa turbosprężarka

Turbodoładowanie nie tylko pomaga uzyskać duży moment obrotowy w silniku diesla, ale i przyczynia się do zmniejszenia zużycia paliwa i zmniejszenia emisji szkodliwych składników spalin. W Skyactiv-D użyto turbodoładowania dwustopniowego.

Składa się na nie jedna mała i jedna duża turbosprężarka, włączające się niezależnie, stosownie do warunków jazdy. Mała, szybko działająca turbosprężarka dostarcza powietrze do komór spalania przy niskich prędkościach obrotowych silnika zwiększając moment w tym zakresie i zmniejszając opóźnienie turbodoładowania. Zjawisko znane powszechnie jako „turbodziura” jest odczuwane jako niedobór momentu obrotowego i ospała reakcja na wciśnięcie pedału przyspieszenia. Powoduje je zbyt niskie ciśnienie spalin, uniemożliwiające rozpędzenie turbiny sprężarki do prędkości niezbędnej do uzyskania wymaganego ciśnienia doładowania.

Razem, obie turbosprężarki zapewniają duży moment i reakcję silnika przy małych prędkościach obrotowych oraz dużą moc nawet przy bardzo wysokiej prędkości obrotowej, umożliwiając Skyactiv-D łatwe osiągnięcie granicznych 5200 obr./min. Nie ma kompromisów co do mocy, dynamiki jazdy czy przyjemności prowadzenia, dzięki nadzwyczajnej sprawności silnika. Efekt synergii między 2-stopniowym doładowaniem i małym stopniem sprężania umożliwia optymalny przebieg procesu spalania. Ponieważ jest wystarczający dopływ powietrza (tlenu), emisje NOx i sadzy są minimalne.