Skyactiv X z nagrado za avtomobilske in športne tehnologije

Mazdin najsodobnejši motor je prejel nagrado ustanovitelja medija Paula Pietscha

Vsako leto avtomobilski in športni mediji podeljujejo mednarodno nagrado Paul Pitch za tehnološke inovacije. V času, ko na električno mobilnost vse bolj gledajo kot na zamenjavo motorja z notranjim zgorevanjem, je bila nagrada Paul Pietsch 2020 podeljena prav za tak toplotni motor. Ima pa avantgardni značaj. Nobeno drugo podjetje ni doseglo kombinacije mešanja kot bencinski motor in samodejnega vžiga kot dizelski motor, s prednostmi obeh vrst motorjev v serijskem modelu. To je priložnost, da vam še enkrat povem, kako deluje ta naprava.

S tlakom vbrizgavanja bencina kot pri dizelskem motorju, vžigom s svečko, samovžigom, "λ", ki se nenehno spreminja, je Skyactiv X resnično revolucija v avtomobilski industriji.

Mazdin razvoj HCCI motorja sega več kot 30 let nazaj in v veliki meri temelji na izjemno poglobljeni analizi goriva pri razvoju motorja Wankel. Na tej osnovi se izobražuje več generacij inženirjev, kar ustvarja veliko preglavic in težav, prinaša pa tudi veliko izkušenj.

V globinah rotacijskega motorja so bili najdeni prvi prototipi strojev s homogenim mešanjem in samovžigom. Wanklov motor služi tudi kot platforma za razvoj različnih tehnologij, povezanih s turbo - to je RX-7, ki uvaja osnovne VNT turbopolnilnike, dvojetne turbine in kaskadno dolivanje goriva v bencinski motor, ki ga je uporabljal le Porsche.

X-Files

Vendar pa je neposredna osnova trenutnega Skyactiv X že dokazana nova generacija bencinskih strojev Skyactiv G in Skyactiv D. Če pogledate rešitve, predstavljene v teh napravah, boste neizogibno ugotovili, da so do neke mere "realizirane". »V novi tovarni SPCCI na podlagi izkušenj, pridobljenih pri analizi zgorevalnih komor za turbulenco toka.

Po tej hipotezi učinkovitost Skyactiva X za 2 odstotkov presega učinkovitost bencinskega motorja 39ZR-FXE, ki ga poganja Toyota Prius (po Atkinsonovem ciklu), vendar se Mazda sama zaveda, da ta najvišja točka ni najpomembnejša točka. Večino časa motor deluje pri delni obremenitvi, povprečni izkoristek bencinskega motorja pa močno pade. Zaradi dejstva, da v večini primerov Skyactiv X deluje s široko odprtim metuljnim ventilom, se izgube črpalke znatno zmanjšajo in poveča povprečna učinkovitost. To skupaj z visokim kompresijskim razmerjem povzroči skupno povečanje učinkovitosti.

Velik dosežek za Mazdine inženirje je dejstvo, da njihov Skyactiv X deluje v homogenem in samozažigalnem načinu v zelo širokem razponu hitrosti in obremenitev. V praksi združuje procese, ki se uporabljajo ne samo v dizelskih in bencinskih motorjih, temveč tudi podobne tistim, ki se uporabljajo v bencinskih in dizelskih motorjih. Slednji proizvaja tudi običajna in slaba področja, a za razliko od njih, kjer postopek poteka v celoti s sprednjo stranjo bliskavice, se pri Mazdi slaba zmes spontano vname s pomočjo svečke.

Kaj se dogaja v Skyactiv X? Vsi eksperimentalni motorji, ki delujejo na osnovi do zdaj ustvarjenega načina HCCI, temeljijo na zelo zapletenem nadzoru samovžiga (ki temelji na toploti in tlaku med stiskanjem in predhodnimi kemičnimi reakcijami med gorivom, plini in zrakom) z nestabilnimi obratovalnimi parametri, ki prehajajo v več načinov. normalno delovanje motorja. Mazdin motor vedno uporablja vžigalno svečko kot pobudnik zgorevanja. Razlika od običajnega delovanja bencinskega motorja pa je v nadaljnjih dogodkih. Zaradi tega je prehod na različne načine veliko bolj uravnotežen in ta način nadzora HCCI povzroči stabilen in stabilen proces.

Stvari v teoriji

Skyactiv X temelji na atmosferskem, štirivaljnem, 0,5-litrskem Skyactiv G, ki je že sam po sebi dobra osnova z visokim izkoristkom. Poleg tega ima prostornino 16,3 litra na valj, kar je optimalno glede na hitrost procesov zgorevanja. Za ustvarjanje pogojev za delovanje HCCI so geometrijsko stiskalno razmerje povečali na 1: 95. Tako se zmes zgosti na temperaturo, ki je blizu temperature samovžiga večine frakcij bencina s povprečnim oktanskim številom XNUMXH in normalno delovno temperaturo motorja.

Na podlagi podatkov več senzorjev, med katerimi so ključni štirje senzorji tlaka na vsakem cilindru, se računalnik odloči, kateri način delovanja bo izbral. Slednje se določi na podlagi več funkcijskih območij, odvisno od hitrosti in obremenitve (z drugimi besedami, stopnje pritiska na pedal za plin) motorja. S pomočjo posebnega vrtinčnega modula, imenovanega SCV (vključno s posebnim ventilom za regulacijo zraka v eni od sesalnih odprtin), se ustvari intenziven turbulenten tok okoli osi cilindra. Odvisno od pogojev in na podlagi primerjave krivulj dvigovanja kompresijskega in zgorevalnega tlaka ter številnih drugih parametrov v vnaprej določenih "zemljevidih" injektor z več odprtinami vbrizgava gorivo pri tlakih, ki se približujejo tistim iz prve generacije dizelskega goriva s skupnim vodom. sistemi. - od 300 do 1200 barov - v več obrokih. To se izvede od enega dolgega impulza (pri normalnem procesu sežiganja) do več impulzov med sesalnim in kompresijskim taktom (pri delovanju samovžiga). Očitno je tudi rekordni tlak vbrizgavanja za bencinski motor ključni element pri nastajanju zmesi. Vendar se pojavi logično vprašanje - kako se bo spremenil celoten nabor parametrov, če in kdaj preklopiti na nižjo moč motorja in turbopolnilnik, s povečanjem tlaka v valju, pa tudi s potrebo po povečanju deležev goriva ...

Vse se zgodi hitreje

Mazdin patent SPCCI je dolg 44 strani in opisuje, da avto precej časa deluje v načinu s samodejnim vžigom s svečkami (SPCCI). Krmiljenje temelji na več vrstah načinov samovžiga SPCCI med delovanjem - enega s pretežno revno mešanico, pretežno normalno mešanico in rahlo bogato mešanico. V vseh primerih konfiguracija vbrizga in vrtinčenja ustvarja plasti različne sestave (stratifikacije) koncentrično okoli osi, z bogatejšim notranjim območjem (razmerje zrak:gorivo približno 14,7–20:1) in vitkejšim zunanjim območjem (35). -50:1). Notranji ima zadostno "vnetljivost", zunanji pa je med stiskanjem dosegel skoraj kritično temperaturo za samovžig v bližini zgornje mrtve točke bata. Iskra vžigalne svečke sproži vžig notranje cone, pri čemer se temperatura in tlak močno dvigneta, to pa povzroči spontani vžig drugih sočasno. Ker fronte bliskavice ni, se pojavi pri temperaturah pod pragom za nastanek dušikovih oksidov, kar drastično zmanjša prisotnost dušikovih oksidov, šibka homogena mešanica pa zagotavlja popolnejše zgorevanje in zelo nizke vsebnosti trdnih delcev, ogljikovega monoksida in ogljikovodiki.

Odvisno od delovnih pogojev – kot so srednja hitrost in visoka obremenitev ter v vseh primerih pri visoki hitrosti – se vključi mehanski kompresor, ki pomaga zagotoviti več zraka in dodatno osiromaši mešanico. Čeprav njegov namen ni povečanje moči, prispeva k dobrim dinamičnim lastnostim avtomobila. V patentu je tudi omenjeno, da bi avtomobil lahko imel turbopolnilnik, logično pa bi lahko nižja temperatura izpuha omogočila uporabo turbine s spremenljivo geometrijo. Za zdaj pa je nadzor z bolj odzivnim mehanskim kompresorjem postal lažji (pod pogojem, da je takšna definicija združljiva s Skyactiv X). Po mnenju Mazdinih inženirjev bo uporaba turbopolnilnika morda prišla kasneje.

Pomembno je omeniti, da jim je uspelo ustvariti nekaj, kar ni uspelo še nikomur – vsaj ne v serijski obliki. Številni parametri senzorjev se primerjajo s prednastavljenimi vedenji za izbiro načina, vendar je dejstvo, da je v praksi znak "SPCCI Mode" večino časa prikazan na zaslonu Mazde, tudi pri zelo nizkih in zelo visokih vrtljajih - tudi pri zelo nizkih vrtljajev Mazda3 se gladko premika v šesti prestavi.

Kako se to zgodi v resničnem življenju?

Po tako dolgem teoretičnem delu je končno napočil čas za odgovor na vprašanje - kaj vse to na koncu pripelje v praksi. Tako kot bencinski primerek tudi avto zlahka dviguje hitrost in se hitro odziva. Med testi, vključno z vzponi in zavoji v Iskarski soteski, običajnem medkrajevnem in avtocestnem načinu, Mazda 3 Skyactiv X ohranja porabo v območju približno 5,2 l / 100 km. Povprečna testna poraba, ki so jo dosegli kolegi v Nemčiji, je 6,6 l / 100 km, vendar je to všteto tudi pri hitri vožnji. Na testu varčne vožnje dosegajo 5,4 l/100 km, kar je 124 g/100 km CO2, kar je na nivoju Audija A3 2.0 TDI, BMW 118d in Mercedesa A 200d. Vendar je treba opozoriti, da kljub zapletenemu delovnemu procesu ta stroj ne potrebuje zapletenih tehnologij za obdelavo plina, po drugi strani pa zelo visokotlačni sistem vbrizgavanja poveča njegove stroške. Po drugi strani pa je majhen mehanski kompresor cenejši od turbopolnilnika, zato ga je treba cenovno umestiti med dizelske in bencinske motorje.

Motor je usklajen z dinamičnim značajem Mazde 3 in njenimi dobrimi nastavitvami za prijetno vožnjo skozi ovinke. Krmiljenje je natančno zastavljeno, avto pa ohranja nevtralno držo in kaže nagnjenost k vrtenju zadnjih koles le ob ostrih provokacijah. K temu je dodana dobra mešanica asistenčnih sistemov in opreme, ki so pri Mazdi del opreme na različnih nivojih. O novi ergonomski sestavi krmiljenja smo že dovolj govorili. Funkcij ne nadzira monitor, upravljanje pa je preprosto in priročno. Na splošno ima notranjost subtilen občutek lahkotnosti in kakovosti, ki je bil pred mnogimi leti prisoten le pri luksuznih modelih. Skratka – Skyactiv X deluje – in te resnično vzburja.