Skyactiv X مع جائزة Auto Motor und Sport Technology Award

محرك Mazda المتطور يفوز بجائزة Paul Pietsch للمؤسس الإعلامي

في كل عام ، تقدم وسائل الإعلام الخاصة بالسيارات والمحركات الرياضية جائزة Paul Pitch الدولية للتكنولوجيا والابتكار. في الوقت الذي يُنظر فيه بشكل متزايد إلى التنقل الكهربائي كبديل لمحرك الاحتراق الداخلي ، تم منح جائزة Paul Pietsch 2020 لمثل هذا المحرك الحراري. ومع ذلك ، فإن لها شخصية طليعية. لم تحقق أي شركة أخرى مثل هذا المزيج من تكوين خليط متجانس ، كما هو الحال في محرك البنزين ، والاشتعال الذاتي ، كما هو الحال في محرك الديزل ، مع مزايا كلا النوعين من المحركات في نموذج الإنتاج. هذه مناسبة لإخبارك مرة أخرى عن كيفية عمل هذا الجهاز.

مع ضغط حقن البنزين كما هو الحال في محرك الديزل ، واشتعال شمعة الإشعال ، والاشتعال الذاتي ، "λ" الذي يتغير باستمرار ، فإن Skyactiv X هي حقًا ثورة في صناعة السيارات.

تمتد تطورات Mazda في صناعة محركات HCCI لأكثر من 30 عامًا وتستند إلى حد كبير على تحليل متعمق للغاية لعمليات الوقود في تطوير محرك Wankel. يتم تدريب عدة أجيال من المهندسين على هذا الأساس ، مما يخلق الكثير من الصداع والمشاكل ، ولكنه يجلب أيضًا الكثير من الخبرة.

تم العثور في أعماق المحرك الدوار على النماذج الأولية للآلات ذات الخلط المتجانس والاشتعال الذاتي. يعمل محرك Wankel أيضًا كمنصة لتطوير العديد من التقنيات المتعلقة بالتوربو - هذا هو RX-7 ، الذي يقدم شواحن توربينية أولية VNT ، وتوربينات نفاثة ثنائية ، وإعادة التزود بالوقود في محرك بنزين لم تستخدمه إلا شركة بورش.

الملفات الغامضة

ومع ذلك ، فإن الأساس المباشر لـ Skyactiv X الحالي هو الجيل الجديد المثبت بالفعل من آلات البنزين Skyactiv G و Skyactiv D. إذا ألقيت نظرة على الحلول المقدمة في هذه الأجهزة ، فستجد حتمًا أنها "محققة" إلى حد ما. "في مصنع SPCCI الجديد ، من الخبرة المكتسبة من تحليل غرف الاحتراق إلى اضطراب التدفق.

وفقًا لهذه الفرضية ، فإن كفاءة Skyactiv X تتجاوز كفاءة محرك البنزين 2ZR-FXE المدعوم من Toyota Prius (باستخدام دورة Atkinson) بنسبة 39 بالمائة ، لكن مازدا نفسها تدرك أن هذه النقطة القصوى ليست هي الأهم نقطة. في معظم الأوقات ، يعمل المحرك بحمل جزئي وينخفض ​​متوسط ​​كفاءة محرك البنزين بشكل كبير. نظرًا لحقيقة أنه في معظم الحالات تعمل Skyactiv X بصمام فراشة مفتوح واسع ، يتم تقليل خسائر المضخة بشكل كبير وزيادة متوسط ​​الكفاءة. يؤدي هذا ، جنبًا إلى جنب مع نسبة الضغط العالية ، إلى زيادة كفاءة المفصل.

إن الإنجاز الكبير لمهندسي Mazda هو حقيقة أن Skyactiv X تعمل في خليط موحد ووضع الاشتعال الذاتي على مدى واسع جدًا من السرعات والأحمال. من الناحية العملية ، فهو يجمع بين العمليات المستخدمة ليس فقط في محركات الديزل والبنزين ، ولكن أيضًا مشابهًا للعمليات في محركات الديزل والديزل ومحركات البنزين ذات الخلطات الخالية من الدهون. في الأخير ، يتم أيضًا تشكيل الأقسام العادية والسيئة ، ولكن على عكسها ، حيث تحدث العملية تمامًا مع واجهة الفلاش ، في حالة Mazda ، يشتعل الخليط الضعيف تلقائيًا بمساعدة قابس الإشعال.

ماذا يحدث في Skyactiv X؟ تستند جميع المحركات التجريبية التي تعمل على أساس نظام HCCI الذي تم إنشاؤه حتى الآن إلى التحكم في الاشتعال الذاتي المتطور للغاية (بناءً على الحرارة والضغط أثناء الضغط والتفاعلات الكيميائية الأولية بين الوقود والغازات والهواء) مع معلمات تشغيل غير مستقرة في عدد من الأوضاع. لتشغيل المحرك العادي. يستخدم محرك Mazda دائمًا قابس الإشعال كمبادر للاحتراق. ومع ذلك ، فإن الفرق عن التشغيل الطبيعي لمحرك البنزين هو في الأحداث اللاحقة. وبفضل هذا ، يصبح الانتقال إلى أوضاع مختلفة أكثر توازناً بكثير ، وتؤدي طريقة التحكم هذه في وضع HCCI إلى عملية ثابتة ومستقرة.

أشياء من الناحية النظرية

يعتمد Skyactiv X على Skyactiv G سعة 0,5 لتر بسعة 16,3 لتر مع تعبئة جوية ، وهو في حد ذاته أساس جيد بكفاءة عالية. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي على حجم عمل يبلغ 1 لتر لكل أسطوانة ، وهو الأمثل من حيث سرعة عمليات الاحتراق. لخلق ظروف للعمل في وضع HCCI ، تم زيادة نسبة الضغط الهندسي إلى 95: XNUMX. وبالتالي ، يثخن الخليط إلى درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الاشتعال الذاتي لمعظم الكسور في البنزين بمتوسط ​​معدل أوكتان XNUMXH ودرجة حرارة تشغيل المحرك العادية.

استنادًا إلى البيانات من عدة أجهزة استشعار ، من بينها أربعة أجهزة استشعار للضغط على كل أسطوانة هي المفتاح ، يقرر الكمبيوتر طريقة التشغيل التي يجب تحديدها. يتم تحديد الأخير على أساس عدة مناطق وظيفية ، اعتمادًا على السرعة والحمل (بمعنى آخر ، درجة انخفاض دواسة الوقود) للمحرك. بمساعدة وحدة دوامة خاصة تسمى SCV (بما في ذلك صمام خاص للتحكم في الهواء في أحد منافذ السحب) ، يتم إنشاء تدفق مضطرب شديد حول محور الأسطوانة. اعتمادًا على الظروف واستنادًا إلى مقارنة منحنيات تراكم ضغط الاحتراق والضغط ، بالإضافة إلى العديد من المعلمات الأخرى في "الخرائط" المحددة مسبقًا ، يقوم الحاقن متعدد المنافذ بحقن الوقود عند ضغوط تقترب من تلك الموجودة في الأجيال الأولى من الديزل المشترك. الأنظمة. - من 300 إلى 1200 بار - في عدة أجزاء. يتم ذلك من نبضة واحدة طويلة (في عملية إشعال عادية) إلى عدة نبضات أثناء شوط السحب والضغط (في عملية الاشتعال الذاتي). من الواضح أن ضغط الحقن القياسي لمحرك البنزين هو أيضًا عنصر أساسي في تكوين الخليط. ومع ذلك ، هناك سؤال منطقي يطرح نفسه - كيف ستتغير مجموعة المعلمات بالكامل إذا ومتى يتم التبديل إلى طاقة المحرك المنخفضة والشحن التوربيني ، مع زيادة ضغط الأسطوانة ، وكذلك مع الحاجة إلى زيادة أجزاء الوقود ...

كل شيء يحدث بشكل أسرع.

يبلغ طول براءة اختراع Mazda SPCCI 44 صفحة وتفاصيل أن السيارة تعمل في وضع الاشتعال التلقائي (SPCCI) لجزء كبير من الوقت. يعتمد التحكم على عدة أنواع من أوضاع الاشتعال الذاتي SPCCI أثناء تشغيله - أحدها بمزيج فقير في الغالب ، وخليط طبيعي في الغالب ، وخليط غني قليلاً. في جميع الحالات ، يؤدي تكوين الحقن والدوامة إلى إنشاء طبقات مختلفة التركيب (التقسيم الطبقي) بشكل متركز حول المحور ، مع منطقة داخلية أكثر ثراءً (نسبة الهواء: الوقود حوالي 14,7-20: 1) ومنطقة خارجية أصغر حجمًا (35). -50: 1). يحتوي الجزء الداخلي على "قابلية للاشتعال" كافية ، وقد وصل الجزء الخارجي إلى درجة الحرارة الحرجة تقريبًا للاشتعال الذاتي بالقرب من المركز الميت العلوي للمكبس أثناء الضغط. تبدأ شرارة شمعة الإشعال في اشتعال المنطقة الداخلية ، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة والضغط بشكل حاد ، مما يؤدي إلى اشتعال الآخرين تلقائيًا في نفس الوقت. نظرًا لعدم وجود واجهة وميض ، فإنها تحدث عند درجات حرارة أقل من عتبة تكوين أكاسيد النيتروجين ، مما يقلل بشكل كبير من وجود أكاسيد النيتروجين ، ويوفر خليط متجانس ضعيف احتراقًا أكثر اكتمالاً ومستويات منخفضة جدًا من الجسيمات وأول أكسيد الكربون و الهيدروكربونات.

اعتمادًا على ظروف التشغيل - مثل السرعة المتوسطة والحمل العالي ، وفي جميع الحالات بسرعة عالية - يعمل الضاغط الميكانيكي للمساعدة في توفير المزيد من الهواء واستنفاد الخليط. على الرغم من أن الغرض منه ليس زيادة القوة ، إلا أنه يساهم في الصفات الديناميكية الجيدة للسيارة. تذكر براءة الاختراع أيضًا أن السيارة يمكن أن تكون مزودة بشاحن توربيني ، ومن المنطقي أن درجة حرارة العادم المنخفضة يمكن أن تسمح باستخدام توربين هندسي متغير. في الوقت الحالي ، أصبح التحكم باستخدام ضاغط ميكانيكي أكثر استجابة أسهل (بشرط أن يكون هذا التعريف متوافقًا مع Skyactiv X). وفقًا لمهندسي Mazda ، قد يأتي استخدام الشاحن التوربيني في مرحلة لاحقة.

من المهم ملاحظة أنهم تمكنوا من إنشاء شيء لم يتمكن أي شخص آخر من فعله - على الأقل ليس في شكل تسلسلي. تتم مقارنة العديد من معلمات المستشعر بالسلوكيات المحددة مسبقًا لاختيار الوضع ، ولكن الحقيقة هي أنه من الناحية العملية تظهر علامة "SPCCI Mode" على شاشة Mazda في معظم الأوقات ، حتى في نطاقات الدورات في الدقيقة المنخفضة جدًا والعالية جدًا - حتى عند المستويات المنخفضة جدًا rpm Mazda3 تتحرك بسلاسة في السرعة السادسة.

كيف يحدث هذا في الحياة الحقيقية؟

بعد هذا الجزء النظري الطويل ، حان الوقت أخيرًا للإجابة على السؤال - ما الذي يؤدي إليه كل هذا عمليًا في النهاية. مثل نظيرتها في البنزين ، تلتقط السيارة السرعة بسهولة وتستجيب بسرعة. أثناء الاختبارات ، بما في ذلك الصعود والانعطاف في Iskar Gorge ، ووضعية الطرق العادية والطرق السريعة ، تحافظ Mazda 3 Skyactiv X على استهلاكها في حدود حوالي 5,2 لتر / 100 كم. يبلغ متوسط ​​استهلاك الاختبار الذي حققه الزملاء في ألمانيا 6,6 لتر / 100 كم ، ولكن هذا يشمل أيضًا القيادة عالية السرعة. في اختبار قيادة اقتصادي ، حققوا 5,4 لتر / 100 كم ، أي 124 جم / 100 كم من ثاني أكسيد الكربون ، وهو ما يتساوى مع Audi A2 3 TDI و BMW 2.0d و Mercedes A 118d. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من عملية التشغيل المعقدة ، فإن هذه الآلة لا تحتاج إلى تقنيات معالجة الغاز المعقدة ، ولكن من ناحية أخرى ، فإن نظام الحقن عالي الضغط يزيد من تكلفتها. من ناحية أخرى ، يعد الضاغط الميكانيكي الصغير أرخص من الشاحن التوربيني ، لذلك يجب وضعه كسعر بين محركات الديزل والبنزين.

يتناغم المحرك مع الطابع الديناميكي لمازدا 3 وإعداداتها الجيدة من أجل الانعطاف الممتع. تم وضع التوجيه بدقة ، وتحافظ السيارة على سلوك محايد ، مما يُظهر ميلًا لقلب العجلات الخلفية فقط عند الاستفزازات الحادة. يضاف إلى ذلك مزيج جيد من أنظمة ومعدات المساعدة ، والتي تعد في Mazda جزءًا من المعدات على مستويات مختلفة. لقد تحدثنا بالفعل بما فيه الكفاية عن التكوين المريح الجديد لعنصر التحكم. لا يتم التحكم في الوظائف بواسطة الشاشة وهي بسيطة وسهلة التشغيل. بشكل عام ، تتمتع المقصورة الداخلية بإحساس خفي بالخفة والجودة لم يكن موجودًا إلا في الطرازات الفاخرة منذ عدة سنوات. باختصار - يعمل Skyactiv X - ويثيرك حقًا.