Skyactiv X cu premiu pentru tehnologia auto și und sport

Motorul de ultimă generație al Mazda câștigă premiul fondator media Paul Pietsch

În fiecare an, media auto și sport media prezintă premiul internațional Paul Pitch pentru inovație tehnologică. Într-un moment în care mobilitatea electrică este văzută din ce în ce mai mult ca un înlocuitor pentru un motor cu combustie internă, premiul Paul Pietsch 2020 a fost acordat pentru un astfel de motor termic. Cu toate acestea, are un caracter de avangardă. Nicio altă companie nu a obținut combinația de omogenizare ca într-un motor pe benzină și autoignizare ca într-un motor diesel, cu avantajele ambelor tipuri de motoare într-un model de producție. Aceasta este o ocazie pentru a vă povesti din nou despre modul în care funcționează acest aparat.

Cu presiunea de injecție a benzinei ca într-un motor diesel, aprinderea bujiilor, autoaprinderea, „λ” care se schimbă constant, Skyactiv X este cu adevărat o revoluție în industria auto.

Dezvoltarea motorului HCCI de la Mazda se întoarce de peste 30 de ani și se bazează în mare parte pe o analiză a combustibilului extrem de aprofundată în dezvoltarea motorului Wankel. Mai multe generații de ingineri sunt instruiți pe această bază, ceea ce creează multe dureri de cap și probleme, dar aduce și multă experiență.

În adâncurile motorului rotativ au fost găsite primele prototipuri de mașini cu amestecare omogenă și autoaprindere. Motorul Wankel servește și ca platformă pentru dezvoltarea diferitelor tehnologii legate de turbo - acesta este RX-7, care introduce turbocompresoare VNT elementare, turbine cu două jet și realimentare în cascadă într-un motor pe benzină care a fost folosit doar de Porsche.

Dosarele X

Cu toate acestea, baza directă a actualului Skyactiv X este noua generație deja dovedită de mașini pe benzină Skyactiv G și Skyactiv D. Dacă vă uitați la soluțiile prezentate în aceste dispozitive, veți constata inevitabil că acestea sunt într-o oarecare măsură „realizate”. „În noua uzină SPCCI, din experiența acumulată din analiza camerelor de ardere până la turbulența curgerii.

Conform acestei ipoteze, eficiența Skyactiv X depășește cu 2% eficiența motorului pe benzină 39ZR-FXE alimentat de Toyota Prius (utilizând ciclul Atkinson), însă Mazda însăși este conștientă că acest punct maxim nu este cel mai important punct. De cele mai multe ori motorul funcționează la sarcină parțială, iar randamentul mediu al unui motor pe benzină scade dramatic. Datorită faptului că, în majoritatea cazurilor, Skyactiv X funcționează cu o supapă fluture larg deschisă, pierderile din pompă sunt semnificativ reduse și eficiența medie este crescută. Acest lucru, combinat cu raportul de compresie ridicat, are ca rezultat o creștere comună a eficienței.

O realizare excelentă pentru inginerii Mazda este faptul că Skyactiv X lor funcționează într-un mod omogen și auto-aprindere pe o gamă foarte largă de viteze și sarcini. În practică, acesta combină procesele utilizate nu numai la motoarele diesel și pe benzină, dar, de asemenea, similare cu cele din motoarele pe benzină și motoarele cu combustibil slab. Acesta din urmă produce, de asemenea, zone normale și rele, dar spre deosebire de ele, unde procesul are loc în totalitate cu partea din față a blițului, în cazul Mazda, amestecul rău se aprinde spontan cu ajutorul unei bujii.

Ce se întâmplă în Skyactiv X? Toate motoarele experimentale care funcționează pe baza modului HCCI creat până în prezent se bazează pe un control de autoaprindere foarte complex (bazat pe căldură și presiune în timpul compresiei și reacțiilor chimice preliminare între combustibil, gaze și aer) cu parametri de funcționare instabili care apar într-o serie de moduri. la funcționarea normală a motorului. Un motor Mazda folosește întotdeauna o bujie ca inițiator al combustiei. Cu toate acestea, diferența de funcționare normală a unui motor pe benzină constă în evenimentele ulterioare. Acest lucru face ca trecerea la diferite moduri să fie mult mai echilibrată și acest mod de control în modul HCCI are ca rezultat un proces stabil și stabil.

Lucrurile în teorie

Skyactiv X se bazează pe Skyactiv G 0,5 litri aspirat natural, cu patru cilindri, care în sine este o bază bună cu eficiență ridicată. În plus, are o deplasare de 16,3 litri pe cilindru, ceea ce este optim în ceea ce privește viteza proceselor de ardere. Pentru a crea condiții pentru funcționarea HCCI, raportul de compresie geometrică a fost crescut până la 1: 95. Astfel, amestecul se îngroașă la o temperatură apropiată de temperatura de autoignizare a majorității fracțiilor în benzină, cu un număr octanian mediu de XNUMX H și temperatura normală de funcționare a motorului.

Pe baza datelor de la mai mulți senzori, printre care patru senzori de presiune pe fiecare cilindru sunt cheie, computerul decide ce mod de funcționare să selecteze. Acesta din urmă este determinat pe baza mai multor zone funcționale, în funcție de viteza și sarcina (cu alte cuvinte, gradul de apăsare a pedalei de accelerație) a motorului. Cu ajutorul unui modul turbulent special numit SCV (inclusiv o supapă specială de control a aerului într-unul dintre orificiile de admisie), se creează un flux turbulent intens în jurul axei cilindrului. În funcție de condiții și pe baza unei comparații a curbelor de compresie și de creștere a presiunii de ardere, precum și a multor alți parametri din „hărți” predefinite, injectorul multiport injectează combustibil la presiuni apropiate de cele ale primelor generații de motorină common rail. sisteme. - de la 300 la 1200 bar - in mai multe portii. Aceasta se realizează de la un impuls lung (într-un proces normal de ardere) la mai multe impulsuri în timpul cursei de admisie și compresie (în funcționarea cu autoaprindere). Evident, presiunea record de injecție pentru un motor pe benzină este, de asemenea, un element cheie în formarea amestecului. Cu toate acestea, apare o întrebare logică - cum se va schimba întregul set de parametri dacă și când să treceți la o putere mai mică a motorului și la turboalimentare, cu o creștere a presiunii cilindrilor, precum și cu necesitatea de a crește porțiile de combustibil ...

Totul se întâmplă mai repede

Brevetul SPCCI al Mazda are 44 de pagini și detaliază că mașina funcționează în modul de aprindere automată a bujiilor (SPCCI) pentru o parte semnificativă a timpului. Controlul se bazează pe mai multe tipuri de moduri de autoaprindere SPCCI în timpul funcționării sale - unul cu un amestec în mare parte sărac, un amestec în mare parte normal și un amestec ușor bogat. În toate cazurile, configurația de injecție și turbion creează straturi de compoziție diferită (stratificare) concentric în jurul axei, cu o zonă interioară mai bogată (raport aer:combustibil aproximativ 14,7-20:1) și o zonă exterioară mai slabă (35). -50:1). Interiorul are suficientă „inflamabilitate”, iar exteriorul a atins aproape temperatura critică pentru autoaprindere în apropierea punctului mort superior al pistonului în timpul compresiei. Scânteia bujiei inițiază aprinderea zonei interioare, determinând creșterea bruscă a temperaturii și a presiunii, ceea ce face ca și celelalte să se aprindă spontan în același timp. Deoarece nu există front flash, acesta are loc la temperaturi sub pragul de formare a oxizilor de azot, ceea ce reduce drastic prezența oxizilor de azot, iar un amestec slab omogen asigură o ardere mai completă și niveluri foarte scăzute de particule, monoxid de carbon și hidrocarburi.

În funcție de condițiile de funcționare – cum ar fi viteza medie și sarcina mare și, în toate cazurile, la viteză mare – compresorul mecanic se activează pentru a ajuta la furnizarea de mai mult aer și la epuizarea suplimentară a amestecului. Deși scopul său nu este creșterea puterii, contribuie la bunele calități dinamice ale mașinii. Brevetul mai menționează că mașina ar putea fi turbo, iar în mod logic, temperatura de evacuare mai scăzută ar putea permite utilizarea unei turbine cu geometrie variabilă. Deocamdată, însă, controlul cu un compresor mecanic mai receptiv a devenit mai ușor (cu condiția ca o astfel de definiție să fie compatibilă cu Skyactiv X). Potrivit inginerilor Mazda, utilizarea unui turbocompresor poate veni într-o etapă ulterioară.

Este important de menționat că au reușit să creeze ceva pe care nimeni altcineva nu a putut să-l facă - cel puțin nu în formă de serie. Mulți parametri ai senzorului sunt comparați cu comportamentele prestabilite pentru selectarea modului, dar adevărul este că, în practică, semnul „SPCCI Mode” este afișat pe afișajul Mazda de cele mai multe ori, chiar și la intervale de turații foarte scăzute și foarte mari - chiar și la foarte scăzute. rpm Mazda3 se deplasează lin în treapta a șasea.

Cum se întâmplă asta în viața reală?

După o parte teoretică atât de lungă, a sosit în sfârșit momentul să răspundem la întrebarea - la ce duc toate acestea în practică în cele din urmă. La fel ca și omologul pe benzină, mașina preia viteza cu ușurință și răspunde rapid. In timpul testelor, inclusiv urcari si viraje in Cheile Iskar, mod normal intercity si autostrada, Mazda 3 Skyactiv X isi mentine consumul in intervalul de aproximativ 5,2 l/100 km. Consumul mediu de testare realizat de colegii din Germania este de 6,6 l/100 km, dar acesta include și conducerea la viteză mare. Într-un test de conducere economic, aceștia ating 5,4 l/100 km, adică 124 g/100 km CO2, ceea ce este la egalitate cu Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d și Mercedes A 200d. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, în ciuda procesului de operare complex, această mașină nu are nevoie de tehnologii complexe de tratare a gazelor, dar, pe de altă parte, sistemul de injecție la presiune foarte mare crește costul său. Pe de altă parte, un mic compresor mecanic este mai ieftin decât un turbocompresor, așa că ar trebui poziționat ca preț între motoarele diesel și pe benzină.

Motorul este în armonie cu caracterul dinamic al Mazda 3 și cu setările sale bune pentru viraje plăcute. Direcția este așezată cu precizie, iar mașina menține un comportament neutru, manifestând tendința de a întoarce roțile din spate doar la provocări ascuțite. La aceasta se adaugă o combinație bună de sisteme și echipamente de asistență, care la Mazda fac parte din echipamente la diferite niveluri. Am vorbit deja destul despre noua compoziție ergonomică a controlului. Funcțiile nu sunt controlate de monitor și sunt simplu și convenabil de utilizat. În ansamblu, interiorul are un sentiment subtil de ușurință și calitate, care a fost găsit doar la modelele de lux în urmă cu mulți ani. Pe scurt - Skyactiv X funcționează - și chiar te activează.