Skyactiv-Z: Thiết kế "động cơ xăng đốt sạch" mới nhất của Mazda có gì bên trong?

Các phiên bản dung tích lớn hơn của động cơ Skyactiv-G được giới thiệu trên toàn bộ dòng sản phẩm của Mazda từ năm 2013 đến nay. Động cơ Skyactiv-G cũng được sử dụng trong Toyota Yaris, khối động cơ 1.5L do Mazda sản xuất. Động cơ Skyactiv-G được sản xuất cả dạng bốn xi-lanh thẳng hàng và sáu xi-lanh thẳng hàng.

Tất cả đều được làm bằng nhôm với tỷ lệ nén từ 13:1 đến 14:1 và dung tích từ 1.3 đến 3.3 lít (1.298cc – 3.283cc). Hầu hết là động cơ hút khí tự nhiên, ngoại trừ động cơ 2.5L Turbo và 3.3L Turbo có tỷ lệ nén thấp hơn. Điều đáng chú ý là những động cơ Skyactiv đời đầu này không có công nghệ HCCI, đó là lý do tại sao tỷ lệ nén của chúng tương đối thấp.

Sự ra mắt của Skyactiv-G sớm giúp Mazda và Toyota tạo ra được một nền tảng hybrid, được gọi là Skyactiv-Hybrid, kết hợp giữa -G với hệ thống Hybrid Synergy Drive của Toyota. Tuy nhiên, giấy phép ngắn hạn với Toyota đã hết hạn trước khi một hệ thống hybrid nội bộ được phát triển hoàn chỉnh.

Phiên bản hybrid hoàn thiện sau đó ra mắt, với tên gọi e-Skyactiv-G, một thiết kế hybrid nhẹ được sử dụng trong các mẫu xe Mazda nhỏ hơn như 3, CX-30 và CX-5.

Tương tự, Mazda đã thử nghiệm với phiên bản khí nén tự nhiên (CNG) và động cơ rotary (R) của thiết kế Skyactiv, nhưng cả hai đều chưa vượt qua giai đoạn nguyên mẫu. Skyactiv-R được ra mắt vào năm 2023, biến động cơ đốt trong trở thành máy phát sạc pin xe, giúp mở rộng phạm vi hoạt động cho xe điện hoặc xe hybrid-điện.

Cuối cùng, Mazda đã tìm ra cách ngăn ngừa hiện tượng gõ máy với xi-lanh có tỷ lệ nén cao hơn. Các kỹ sư đã thay đổi cách thức phun và đánh lửa nhiên liệu. Mazda gọi hệ thống này, được sử dụng trong các động cơ Skyactiv mới hơn của hãng, là Đánh lửa nén điều khiển bằng tia lửa điện (SPCCI).

Skyactive-X

Giống như các thiết kế động cơ đốt trong chạy xăng thông thường, xăng được phun trong kỳ nạp để hóa hơi vào không khí nạp, nhưng ở dạng hỗn hợp rất nghèo (khoảng 30:1 hoặc nghèo hơn). Phần nén của chu kỳ xi-lanh đẩy quá trình nén đến gần điểm cháy ở hỗn hợp nghèo đó. Sau đó, một lượng nhỏ nhiên liệu được phun ngay tại đầu bugi khi bugi đánh lửa.

Hiện tượng gõ máy này gây ra sự tăng áp suất đột ngột, đốt cháy nhiên liệu đã hóa hơi trong xi-lanh, đốt cháy toàn bộ đồng thời. Kết quả là nhiên liệu được đốt cháy mà không có các vùng giàu nhiên liệu cục bộ (tạo ra muội than), ở nhiệt độ đốt cháy tổng thể thấp hơn (làm giảm NOx), và với hiệu suất nhiệt cao hơn (công suất lớn hơn với lượng nhiên liệu sử dụng). Cuộc cách mạng trong hệ thống Skyactiv này đã tạo ra động cơ Skyactiv-X, tích hợp HCCI (như SPCCI).

Động cơ này tăng tỷ lệ nén lên 16:1 và hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu loãng hơn nhiều so với phiên bản tiền nhiệm, đồng thời đạt hiệu suất nhiên liệu cao hơn 20-30%. Không sử dụng bộ tăng áp turbo, nhưng một bộ siêu tăng áp kiểu Roots nhỏ giúp mở rộng khoảng thời gian đánh lửa nén bằng cách bổ sung thêm không khí vào động cơ để cho phép hỗn hợp nhiên liệu loãng hơn, đặc biệt là ở tốc độ cao, nơi việc tránh hiện tượng gõ máy trở nên khó khăn hơn. Thiết kế Skyactiv-X cũng cho phép động cơ xăng tiêu chuẩn hoạt động ở tỷ lệ nén thấp hơn một chút khi chịu tải nặng.

Skyactiv-Z

Mới đây, Mazda đã công bố Skyactiv-Z. Đây là bước tiến mới nhất, hoàn thiện những thiết kế Skyactiv-G và X, tạo ra một thiết kế truyền động hybrid mới đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải cao hơn nhiều. Hướng đến các tiêu chuẩn khí thải Euro 7, LEV4 và Tier 4, động cơ Z sẽ là động cơ bốn xi-lanh thẳng hàng 2.5 lít, sẽ ra mắt trên mẫu CX-5 Hybrid phiên bản 2027.

Động cơ Skyactiv-Z có hai ưu điểm lớn so với các thế hệ trước: Nó có thể hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu loãng hơn, nhờ bổ sung sức mạnh động cơ điện, và nó bao gồm công nghệ cách nhiệt.

Công nghệ này chuyển đổi nhiệt lượng thường bị hao phí trong quá trình hoạt động của động cơ thành năng lượng để vận hành chính động cơ đó, giúp cải thiện hiệu suất. Mazda vẫn chưa cho biết cơ chế hoạt động như thế nào, nhưng điều đó có nghĩa là việc đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt hơn (thường được thực hiện bằng cách giảm lượng nhiệt tỏa ra từ động cơ thông qua việc giảm công suất) có thể được thực hiện mà không làm suy giảm công suất động cơ.

Hiệu suất nhiệt đã là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế động cơ Skyactiv. Động cơ Skyactiv-G đầu tiên có áp suất hiệu dụng trung bình (BMEP) tốt ở dải vòng tua trung bình, điều này trực tiếp dẫn đến hiệu suất nhiệt tốt hơn. Skyactiv-X đã tiến thêm một bước nữa, mở rộng phạm vi BMEP hiệu quả. Mazda cho biết Skyactiv-Z sẽ hiệu quả hơn nhiều.

Động cơ Skyactiv-Z có thể được sử dụng cho nhiều mục đích, từ động cơ chính trong hệ thống hybrid nhẹ cho đến bộ mở rộng phạm vi hoạt động cho xe điện chạy bằng pin. Mazda cho biết họ cũng đang thử nghiệm nhiên liệu trung hòa carbon và công nghệ làm sạch ống xả dựa trên chất liệu zeolite. Điều này có thể loại bỏ hoặc thậm chí tạo ra xả thải carbon dioxide âm.

Theo New Atlas