Skyactiv X s nagradom za motore i motore

Mazdin najsavremeniji motor osvojio je nagradu osnivača medija Paul Pietsch

Svake godine auto moto i sportski mediji dodjeljuju međunarodnu nagradu Paul Pitch za tehnološke inovacije. U vrijeme kada se električna mobilnost sve više doživljava kao zamjena za motor s unutarnjim sagorijevanjem, nagrada Paul Pietsch 2020 dodijeljena je upravo za takav toplinski motor. Međutim, ima avangardni karakter. Nijedna druga kompanija nije postigla kombinaciju miješanja poput benzinskog motora i samozapaljenja poput dizelskog motora, s prednostima obje vrste motora u proizvodnom modelu. Ovo je prilika da vam ponovo kažem o načinu rada ovog uređaja.

Sa pritiskom ubrizgavanja benzina kao u dizel motoru, paljenjem svjećicama, samopaljenjem, "λ" koji se stalno mijenja, Skyactiv X je zaista revolucija u automobilskoj industriji.

Mazdin razvoj HCCI motora seže više od 30 godina i uglavnom se temelji na izuzetno detaljnoj analizi goriva u razvoju Wankelovog motora. Nekoliko generacija inženjera je obučeno na ovoj osnovi, što stvara puno glavobolja i problema, ali donosi i puno iskustva.

U dubinama rotacionog motora pronađeni su prvi prototipovi strojeva s homogenim miješanjem i samozapaljenjem. Wankel motor također služi kao platforma za razvoj različitih tehnologija vezanih za turbo - ovo je RX-7, koji uvodi elementarne VNT turbo punjače, twin-mlaz turbine i kaskadno punjenje goriva u benzinski motor koji je koristio samo Porsche.

Dosjei X

Međutim, direktna osnova sadašnjeg Skyactiv X-a je već dokazana nova generacija benzinskih mašina Skyactiv G i Skyactiv D. Ako pogledate rješenja predstavljena u ovim uređajima, neminovno ćete uvidjeti da su ona u određenoj mjeri „realizovana“. “U novom SPCCI postrojenju, od iskustva stečenog analizom komora za sagorijevanje do turbulencije strujanja.

Prema ovoj hipotezi, efikasnost Skyactiva X premašuje efikasnost benzinskog motora 2ZR-FXE koji pokreće Toyota Prius (koristeći Atkinsonov ciklus) za 39 posto, ali sama Mazda je svjesna da ta maksimalna točka nije najvažnija tačka. Većinu vremena motor radi s djelomičnim opterećenjem, a prosječna učinkovitost benzinskog motora dramatično opada. Zbog činjenice da u većini slučajeva Skyactiv X radi sa širom otvorenim leptir ventilom, gubici pumpe su značajno smanjeni, a prosječna efikasnost povećana. Ovo, u kombinaciji s visokim omjerom kompresije, rezultira zajedničkim povećanjem efikasnosti.

Veliko postignuće za Mazdine inženjere je činjenica da njihov Skyactiv X radi u homogenom i samozapaljivom režimu u vrlo širokom rasponu brzina i opterećenja. U praksi kombinuje procese koji se koriste ne samo u dizelskim i benzinskim motorima, već i slične onima koji se koriste u benzinskim i dizel motorima. Potonji također stvara normalna i loša područja, ali za razliku od njih, gdje se proces odvija u potpunosti s prednjim dijelom bljeskalice, u slučaju Mazde, loša smjesa se spontano zapali uz pomoć svjećice.

Šta se događa u Skyactiv X-u? Svi eksperimentalni motori koji rade na osnovi do danas stvorenog HCCI načina rada temelje se na vrlo složenoj kontroli samozapaljenja (zasnovanoj na toploti i pritisku tokom kompresije i preliminarnim hemijskim reakcijama između goriva, gasova i vazduha) sa nestabilnim radnim parametrima koji se javljaju u brojnim režimima. do normalnog rada motora. Mazdin motor uvijek koristi svjećicu kao pokretač izgaranja. Međutim, razlika od normalnog rada benzinskog motora leži u narednim događajima. To prijelaz na različite načine čini mnogo uravnoteženijim i ovaj način HCCI kontrole rezultira stabilnim i stabilnim procesom.

Stvari u teoriji

Skyactiv X zasnovan je na četvorocilindričnom 0,5-litarskom Skyactiv G, koji je sam po sebi dobra baza s visokom efikasnošću. Uz to, ima zapreminu od 16,3 litara po cilindru, što je optimalno u smislu brzine procesa sagorijevanja. Da bi se stvorili uvjeti za rad HCCI, geometrijski omjer kompresije povećan je na 1: 95. Tako se smjesa zgusne na temperaturu blizu temperature samozapaljenja većine frakcija u benzinu s prosječnim oktanskim brojem XNUMXH i normalnom radnom temperaturom motora.

Na osnovu podataka sa nekoliko senzora, među kojima su ključna četiri senzora pritiska na svakom cilindru, računar odlučuje koji će način rada izabrati. Potonji se određuje na osnovu nekoliko funkcionalnih zona, ovisno o brzini i opterećenju (drugim riječima, stepenu pritiska papučice gasa) motora. Uz pomoć posebnog vrtložnog modula zvanog SCV (uključujući poseban ventil za kontrolu zraka u jednom od usisnih otvora), stvara se intenzivan turbulentni tok oko ose cilindra. U zavisnosti od uslova i na osnovu poređenja krivulja kompresije i pritiska sagorevanja, kao i mnogih drugih parametara u unapred definisanim "mapama", injektor sa više portova ubrizgava gorivo pri pritiscima koji se približavaju pritiscima prve generacije common rail dizela sistema. - od 300 do 1200 bara - u nekoliko porcija. To se radi od jednog dugog impulsa (u normalnom procesu spaljivanja) do nekoliko impulsa tokom usisnog i kompresijskog takta (u radu samopaljenja). Očigledno, rekordni pritisak ubrizgavanja za benzinski motor je takođe ključni element u formiranju smeše. Međutim, postavlja se logično pitanje - kako će se cijeli skup parametara promijeniti ako i kada preći na nižu snagu motora i turbo punjenje, s povećanjem tlaka u cilindru, kao i s potrebom povećanja porcija goriva...

Sve se događa brže

Mazdin SPCCI patent dugačak je 44 stranice i sadrži detalje da automobil radi u načinu rada s automatskim paljenjem svjećica (SPCCI) značajan dio vremena. Kontrola se zasniva na nekoliko tipova SPCCI režima samozapaljenja tokom svog rada - jedan sa pretežno lošom smešom, uglavnom normalnom smešom i blago bogatom smešom. U svim slučajevima, konfiguracija ubrizgavanja i vrtloga stvara slojeve različitog sastava (stratifikacije) koncentrično oko ose, sa bogatijom unutrašnjom zonom (omjer vazduh:gorivo oko 14,7-20:1) i mršavijom vanjskom zonom (35). -50:1). Unutrašnjost ima dovoljnu "zapaljivost", a spoljašnja je dostigla skoro kritičnu temperaturu za samozapaljenje blizu gornje mrtve tačke klipa tokom kompresije. Varnica svjećice inicira paljenje unutrašnje zone, uzrokujući nagli porast temperature i tlaka, a to uzrokuje da se ostali spontano zapale u isto vrijeme. Budući da nema fronta bljeska, on se javlja na temperaturama ispod praga za nastanak dušikovih oksida, čime se drastično smanjuje prisustvo dušikovih oksida, a slaba homogena smjesa omogućava potpunije sagorijevanje i vrlo niske razine čestica, ugljičnog monoksida i ugljovodonici.

Ovisno o radnim uvjetima – kao što su srednja brzina i veliko opterećenje, te u svim slučajevima pri velikoj brzini – mehanički kompresor se uključuje kako bi osigurao više zraka i dodatno iscrpio smjesu. Iako njegova svrha nije povećanje snage, on doprinosi dobrim dinamičkim kvalitetima automobila. U patentu se također spominje da bi automobil mogao imati turbo punjenje, a logično je da bi niža temperatura izduvnih gasova mogla omogućiti korištenje turbine promjenjive geometrije. Za sada je, međutim, kontrola s osjetljivijim mehaničkim kompresorom postala lakša (pod uvjetom da je takva definicija kompatibilna sa Skyactiv X). Prema Mazdinim inženjerima, upotreba turbo punjača mogla bi doći u kasnijoj fazi.

Važno je napomenuti da su uspjeli stvoriti nešto što nikome nije pošlo za rukom – barem ne u serijskoj formi. Mnogi parametri senzora se uspoređuju sa unaprijed postavljenim ponašanjem za odabir načina rada, ali činjenica je da se u praksi znak "SPCCI Mode" prikazuje na Mazdinom displeju većinu vremena, čak i pri vrlo niskim i vrlo visokim rasponima okretaja - čak i pri vrlo malim o/min Mazda3 se glatko kreće u šestoj brzini.

Kako se to događa u stvarnom životu?

Nakon tako dugog teorijskog dijela, konačno je došlo vrijeme da se odgovori na pitanje - čemu sve to na kraju vodi u praksi. Kao i benzinac, automobil lako povećava brzinu i brzo reaguje. Tokom testova, uključujući uspone i skretanja u Iskarskoj klisuri, uobičajeni međugradski i autoput, Mazda 3 Skyactiv X održava potrošnju u rasponu od oko 5,2 l/100 km. Prosječna testna potrošnja koju su postigle kolege u Njemačkoj je 6,6 l/100 km, ali to uključuje i vožnju velikom brzinom. Na testu ekonomične vožnje postižu 5,4 l/100 km, što je 124 g/100 km CO2, što je u rangu sa Audijem A3 2.0 TDI, BMW-om 118d i Mercedesom A 200d. Međutim, treba napomenuti da i pored složenog procesa rada, ovoj mašini nisu potrebne složene tehnologije obrade gasa, ali, s druge strane, sistem ubrizgavanja pod visokim pritiskom povećava njenu cenu. S druge strane, mali mehanički kompresor je jeftiniji od turbo punjača, pa ga treba pozicionirati kao cijenu između dizel i benzinskih motora.

Motor je u skladu s dinamičnim karakterom Mazde 3 i dobrim postavkama za ugodno skretanje u krivinama. Upravljač je precizno postavljen, a automobil se ponaša neutralno, pokazujući sklonost okretanju stražnjih kotača samo na oštre provokacije. Ovome je pridodan i dobar miks sistema pomoći i opreme, koji su kod Mazde deo opreme na različitim nivoima. Već smo dovoljno govorili o novom ergonomskom sastavu kontrole. Funkcije se ne kontroliraju od strane monitora i jednostavne su i zgodne za rukovanje. Sve u svemu, unutrašnjost ima suptilan osjećaj lakoće i kvalitete koji je prije mnogo godina bio pronađen samo u luksuznim modelima. Ukratko – Skyactiv X radi – i zaista vas pali.