Skyactiv X med pris for automatisk motor og sportteknologi

Mazdas avancerede motor vinder mediegrundlægger Paul Pietsch Award

Hvert år uddeler auto-motor og sportsmedier den internationale Paul Pitch-pris for innovative teknologiske udviklinger. På et tidspunkt, hvor elektrisk mobilitet i stigende grad ses som en erstatning for en forbrændingsmotor, er Paul Pietsch 2020-prisen blevet tildelt for netop en sådan varmemotor. Den har imidlertid en avantgarde-karakter. Intet andet selskab har opnået kombinationen af ​​homogenisering som i en benzinmotor og autoignition som i en dieselmotor med fordelene ved begge typer motorer i en produktionsmodel. Dette er en lejlighed til at fortælle dig igen om, hvordan dette apparat fungerer.

Med benzinindsprøjtningstryk som i en dieselmotor, tændrørstænding, selvtænding, "λ", der konstant ændrer sig, er Skyactiv X i sandhed en revolution i bilindustrien.

Mazdas HCCI-motorudvikling går tilbage over 30 år og er stort set baseret på ekstremt dybtgående brændstofanalyse i udviklingen af ​​Wankel-motoren. Flere generationer af ingeniører trænes på dette grundlag, hvilket skaber en masse hovedpine og problemer, men også bringer en masse erfaring.

Det var i dybet af rotationsmotoren, at de første prototyper af maskiner med homogen blanding og selvantændelse blev fundet. Wankel-motoren fungerer også som en platform for udvikling af forskellige turbo-relaterede teknologier - dette er RX-7, som introducerer elementære VNT-turboladere, twin-jet-turbiner og kaskadetankning i en benzinmotor, der kun blev brugt af Porsche.

X-Files

Det direkte grundlag for den nuværende Skyactiv X er dog den allerede gennemprøvede nye generation af benzinmaskiner Skyactiv G og Skyactiv D. Hvis man ser på løsningerne præsenteret i disse enheder, vil man uundgåeligt opdage, at de til en vis grad er "realiseret". "I det nye SPCCI-anlæg, fra erfaringer fra analyse af forbrændingskamre til flowturbulens.

Ifølge denne hypotese er Skyactiv X mere effektiv end 2ZR-FXE-benzinmotoren drevet af Toyota Prius (ved hjælp af Atkinson-cyklussen) med 39 procent, men Mazda er selv klar over, at dette højdepunkt ikke er det vigtigste. Det meste af tiden kører motoren ved delvis belastning, og den gennemsnitlige effektivitet af en benzinmotor falder dramatisk. På grund af det faktum, at Skyactiv X i de fleste tilfælde opererer med en stor åben butterflyventil, reduceres pumpetabet betydeligt, og den gennemsnitlige effektivitet øges. Dette kombineret med det høje kompressionsforhold resulterer i en fælles stigning i effektiviteten.

En stor præstation for Mazda-ingeniører er det faktum, at deres Skyactiv X fungerer i en homogen og selvantændelsestilstand over en meget bred vifte af hastigheder og belastninger. I praksis kombinerer den processer, der ikke kun bruges i dieselmotorer og benzinmotorer, men også ligner dem, der bruges i gasdieselmotorer og magre benzinmotorer. I sidstnævnte dannes også normale og dårlige områder, men i modsætning til dem, hvor processen forekommer helt med fronten af ​​blitzen, for Mazda, antændes den dårlige blanding spontant ved hjælp af en tændrør.

Hvad sker der i Skyactiv X? Alle eksperimentelle motorer, der fungerer på basis af den hidtil oprettede HCCI-tilstand, er baseret på meget kompleks selvantændelseskontrol (baseret på varme og tryk under kompression og foreløbige kemiske reaktioner mellem brændstof, gasser og luft) med ustabile driftsparametre, der forekommer i et antal tilstande. til normal motordrift. En Mazda-motor bruger altid et tændrør som en forbrændingsinitiator. Forskellen fra den normale drift af en benzinmotor ligger imidlertid i de efterfølgende begivenheder. Dette gør overgangen til forskellige tilstande meget mere afbalanceret, og denne måde at styre i HCCI-tilstand resulterer i en stabil og stabil proces.

Ting i teorien

Skyactiv X er baseret på den naturligt sugede, fire-cylindrede Skyactiv G 0,5 liter, der i sig selv er en god base med høj effektivitet. Derudover har den en forskydning på 16,3 liter pr. Cylinder, hvilket er optimalt med hensyn til hastigheden af ​​forbrændingsprocesser. For at skabe betingelser for HCCI-drift blev det geometriske kompressionsforhold forøget til 1: 95. Blandingen tykes således til en temperatur tæt på auto-indignationstemperaturen for de fleste fraktioner i benzin med et gennemsnitligt oktantal på XNUMXH og normal motorens driftstemperatur.

Ud fra data fra flere sensorer, blandt hvilke fire tryksensorer på hver cylinder er nøglen, beslutter computeren, hvilken driftsform der skal vælges. Sidstnævnte bestemmes på grundlag af flere funktionelle zoner, afhængigt af hastigheden og belastningen (med andre ord, graden af ​​nedtrykning af speederpedalen) af motoren. Ved hjælp af et særligt hvirvelmodul kaldet SCV (inklusive en speciel luftreguleringsventil i en af ​​indsugningsåbningerne) skabes en intens turbulent strømning omkring cylinderaksen. Afhængigt af forholdene og baseret på en sammenligning af kompressions- og forbrændingstryksopbygningskurverne, såvel som mange andre parametre i foruddefinerede "kort", indsprøjter multi-port-injektoren brændstof ved tryk, der nærmer sig dem fra de første generationer af common rail-diesel. systemer. - fra 300 til 1200 bar - i flere portioner. Dette gøres fra en lang puls (i en normal flaring-proces) til flere pulser under indsugnings- og kompressionsslaget (i selvantændelsesdrift). Det er klart, at rekordindsprøjtningstrykket for en benzinmotor også er et nøgleelement i dannelsen af ​​blandingen. Imidlertid opstår et logisk spørgsmål - hvordan vil hele sættet af parametre ændre sig, hvis og hvornår der skal skiftes til lavere motoreffekt og turboladning, med en stigning i cylindertrykket, såvel som med behovet for at øge brændstofportionerne ...

Alt sker hurtigere

Mazdas SPCCI-patent er på 44 sider og fortæller, at bilen kører i tændrørsautotændingstilstand (SPCCI) i en betydelig del af tiden. Styringen er baseret på flere typer SPCCI-selvantændelsestilstande under driften - en med en for det meste dårlig blanding, en for det meste normal blanding og en let rig blanding. I alle tilfælde skaber injektions- og hvirvelkonfigurationen lag med forskellig sammensætning (stratificering) koncentrisk omkring aksen med en rigere indre zone (luft:brændstofforhold ca. 14,7-20:1) og en slankere ydre zone (35). -50:1). Det indre har tilstrækkelig "antændelighed", og det ydre har næsten nået den kritiske temperatur for selvantændelse nær det øverste dødpunkt af stemplet under kompression. Tændrørets gnist igangsætter tændingen af ​​den indre zone, hvilket får temperaturen og trykket til at stige kraftigt, og det får de andre til at selvantænde samtidig. Da der ikke er nogen flashfront, sker det ved temperaturer under tærsklen for dannelse af nitrogenoxider, hvilket drastisk reducerer tilstedeværelsen af ​​nitrogenoxider, og en svag homogen blanding giver en mere fuldstændig forbrænding og meget lave niveauer af partikler, kulilte og kulbrinter.

Afhængig af driftsforhold – såsom medium hastighed og høj belastning, og i alle tilfælde ved høj hastighed – starter den mekaniske kompressor for at hjælpe med at give mere luft og udtømme blandingen yderligere. Selvom dens formål ikke er at øge kraften, bidrager den til bilens gode dynamiske kvaliteter. Patentet nævner også, at bilen kunne være turboladet, og logisk set kunne den lavere udstødningstemperatur tillade brugen af ​​en turbine med variabel geometri. Indtil videre er kontrol med en mere responsiv mekanisk kompressor dog blevet lettere (forudsat at en sådan definition er kompatibel med Skyactiv X). Ifølge Mazdas ingeniører kan brugen af ​​en turbolader komme på et senere tidspunkt.

Det er vigtigt at bemærke, at det lykkedes dem at skabe noget, som ingen andre har kunnet – i hvert fald ikke i serieform. Mange sensorparametre sammenlignes med forudindstillet adfærd for valg af tilstand, men faktum er, at "SPCCI Mode"-tegnet i praksis vises på Mazda-displayet det meste af tiden, selv ved meget lave og meget høje omdrejningstal - selv ved meget lave omdrejninger. rpm Mazda3 bevæger sig jævnt i sjette gear.

Hvordan sker det i det virkelige liv?

Efter så lang en teoretisk del er tiden endelig kommet til at besvare spørgsmålet – hvad fører alt dette til i praksis i sidste ende. Ligesom benzinmodstykket tager bilen let fart og reagerer hurtigt. Under test, herunder stigninger og sving i Iskar Gorge, normal intercity- og motorvejstilstand, fastholder Mazda 3 Skyactiv X sit forbrug i området omkring 5,2 l/100 km. Det gennemsnitlige testforbrug opnået af kolleger i Tyskland er 6,6 l/100 km, men dette inkluderer også højhastighedskørsel. I en økonomisk køretest opnår de 5,4 l/100 km, hvilket er 124 g/100 km CO2, hvilket er på niveau med Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d og Mercedes A 200d. Det skal dog bemærkes, at på trods af den komplekse betjeningsproces har denne maskine ikke brug for komplekse gasbehandlingsteknologier, men på den anden side øger det meget højtryksindsprøjtningssystem omkostningerne. Til gengæld er en lille mekanisk kompressor billigere end en turbolader, så den bør placeres som en pris mellem diesel- og benzinmotorer.

Motoren er i harmoni med Mazda 3's dynamiske karakter og dens gode indstillinger for behagelig kurvekørsel. Styretøjet er præcist lagt ud, og bilen holder en neutral opførsel, der viser en tendens til kun at dreje baghjulene ved skarpe provokationer. Hertil kommer en god blanding af assistancesystemer og udstyr, som hos Mazda er en del af udstyret på forskellige niveauer. Vi har allerede talt nok om den nye ergonomiske sammensætning af styringen. Funktionerne styres ikke af monitoren og er enkle og bekvemme at betjene. Generelt har interiøret en subtil følelse af lethed og kvalitet, som kun fandtes i luksusmodeller for mange år siden. Kort sagt – Skyactiv X virker – og det tænder dig virkelig.