Skyactiv X mit dem Auto Motor und Sport Technology Award ausgezeichnet

Der hochmoderne Mazda-Motor gewinnt den Paul Pietsch-Preis des Mediengründers

Jedes Jahr verleihen Automotor- und Sportmedien den Paul Pitch International Technology Innovation Award. In einer Zeit, in der Elektromobilität zunehmend als Ersatz für einen Verbrennungsmotor angesehen wird, wurde für eine solche Wärmekraftmaschine der Paul Pietsch 2020 Award verliehen. Es hat jedoch einen avantgardistischen Charakter. Kein anderes Unternehmen hat eine solche Kombination aus der Bildung eines homogenen Gemisches wie bei einem Benzinmotor und der Selbstentzündung wie bei einem Dieselmotor mit den Vorteilen beider Motortypen in einem Serienmodell erreicht. Dies ist eine Gelegenheit, Ihnen noch einmal die Funktionsweise dieses Geräts zu erläutern.

Mit Benzin-Einspritzdruck wie bei einem Dieselmotor, Zündkerzenzündung, Selbstzündung, „λ“, das sich ständig ändert, ist Skyactiv X wirklich eine Revolution in der Automobilindustrie.

Mazdas Entwicklungen in der HCCI-Motorenindustrie erstrecken sich über mehr als 30 Jahre und basieren größtenteils auf einer äußerst eingehenden Analyse der Kraftstoffprozesse bei der Entwicklung des Wankelmotors. Auf dieser Basis werden mehrere Generationen von Ingenieuren geschult, was viele Kopfschmerzen und Probleme verursacht, aber auch viel Erfahrung mit sich bringt.

In den Tiefen des Rotationsmotors wurden die ersten Prototypen von Maschinen mit homogener Mischung und Selbstzündung gefunden. Der Wankelmotor dient auch als Plattform für die Entwicklung verschiedener turbobezogener Technologien – dies ist der RX-7, der elementare VNT-Turbolader, zweistrahlige Turbinen und Kaskadenbetankung in einem Benzinmotor einführt, der nur von Porsche verwendet wurde.

X-Dateien

Die direkte Basis des aktuellen Skyactiv X ist jedoch die bereits bewährte neue Generation der Benziner Skyactiv G und Skyactiv D. Betrachtet man die in diesen Geräten präsentierten Lösungen, so stellt man unweigerlich fest, dass diese teilweise „verwirklicht“ sind. „In der neuen SPCCI-Anlage von Erfahrungen aus der Analyse von Brennkammern bis hin zu Strömungsturbulenzen.

Nach dieser Hypothese übertrifft die Effizienz des Skyactiv X die Effizienz des 2ZR-FXE-Benzinmotors des Toyota Prius (im Atkinson-Zyklus) um 39 Prozent, aber Mazda selbst ist sich bewusst, dass dieser Maximalpunkt nicht der wichtigste ist Punkt. Die meiste Zeit läuft der Motor im Teillastbereich und der durchschnittliche Wirkungsgrad eines Benzinmotors sinkt dramatisch. Dadurch, dass Skyactiv X in den meisten Fällen mit einer weit geöffneten Absperrklappe arbeitet, werden die Pumpenverluste deutlich reduziert und der durchschnittliche Wirkungsgrad erhöht. Dies, kombiniert mit dem hohen Verdichtungsverhältnis, führt zu einer gemeinsamen Effizienzsteigerung.

Eine große Leistung der Mazda-Ingenieure ist die Tatsache, dass ihr Skyactiv X in einem gleichmäßigen Gemisch- und Selbstentzündungsmodus über einen sehr weiten Bereich von Geschwindigkeiten und Lasten arbeitet. In der Praxis werden die in Diesel- und Benzinmotoren verwendeten Prozesse, aber auch ähnliche Prozesse in Gas-Diesel- und Benzinmotoren mit mageren Gemischen kombiniert. In letzterem bilden sich auch normale und schlechte Abschnitte, aber im Gegensatz zu ihnen, bei denen der Prozess vollständig mit der Blitzfront abläuft, entzündet sich bei Mazda die schlechte Mischung mit Hilfe einer Zündkerze spontan.

Was passiert in Skyactiv X? Alle experimentellen Motoren, die auf der Grundlage des bisher entwickelten HCCI-Regimes arbeiten, basieren auf einer sehr komplexen Selbstentzündungssteuerung (basierend auf Wärme und Druck während der Kompression und vorläufigen chemischen Reaktionen zwischen Kraftstoffen, Gasen und Luft) mit instabilen Betriebsparametern in einer Reihe von Modi. zum normalen Motorbetrieb. Der Mazda-Motor verwendet immer eine Zündkerze als Verbrennungsinitiator. Der Unterschied zum normalen Betrieb des Benzinmotors liegt jedoch in späteren Ereignissen. Dadurch wird der Übergang zu verschiedenen Modi viel ausgeglichener, und diese Steuerungsmethode im HCCI-Modus führt zu einem stetigen und stabilen Prozess.

Dinge in der Theorie

Skyactiv X basiert auf einem Vierzylinder-Zweiliter-Skyactiv G mit atmosphärischer Füllung, der an sich eine gute Grundlage mit hohem Wirkungsgrad darstellt. Darüber hinaus hat es ein Arbeitsvolumen von 0,5 Litern pro Zylinder, was hinsichtlich der Geschwindigkeit der Verbrennungsprozesse optimal ist. Um Bedingungen für das Arbeiten im HCCI-Modus zu schaffen, wurde das geometrische Kompressionsverhältnis auf 16,3: 1 erhöht. Somit verdickt sich das Gemisch auf eine Temperatur nahe der Selbstentzündungstemperatur der meisten Fraktionen in Benzin mit einer durchschnittlichen Oktanzahl von 95 H und einer normalen Motorbetriebstemperatur.

Anhand der Daten mehrerer Sensoren, darunter vier Drucksensoren an jedem Zylinder, entscheidet der Computer, welche Betriebsart gewählt wird. Letztere wird anhand mehrerer Funktionszonen in Abhängigkeit von Drehzahl und Last (also dem Grad des Niederdrückens des Gaspedals) des Motors ermittelt. Mit Hilfe eines speziellen Drallmoduls namens SCV (einschließlich eines speziellen Luftsteuerventils in einem der Einlasskanäle) wird eine intensive turbulente Strömung um die Zylinderachse herum erzeugt. Abhängig von den Bedingungen und basierend auf einem Vergleich der Kompressions- und Verbrennungsdruckaufbaukurven sowie vieler anderer Parameter in vordefinierten „Kennfeldern“ spritzt der Multiport-Injektor Kraftstoff mit Drücken ein, die denen der ersten Common-Rail-Diesel-Generationen nahe kommen Systeme. - von 300 bis 1200 bar - in mehreren Portionen. Dies erfolgt von einem langen Impuls (bei einem normalen Abfackelvorgang) bis hin zu mehreren Impulsen während des Ansaug- und Kompressionshubs (im Selbstzündungsbetrieb). Natürlich ist der Rekord-Einspritzdruck für einen Ottomotor auch ein Schlüsselfaktor für die Gemischbildung. Es stellt sich jedoch eine logische Frage: Wie ändert sich der gesamte Parametersatz, wenn und wann auf niedrigere Motorleistung und Turboaufladung umgeschaltet werden soll, wenn der Zylinderdruck erhöht wird und die Kraftstoffportionen erhöht werden müssen ...

Alles geht schneller.

Das SPCCI-Patent von Mazda ist 44 Seiten lang und beschreibt, dass das Auto einen erheblichen Teil der Zeit im Zündkerzen-Selbstzündungsmodus (SPCCI) läuft. Die Steuerung basiert während des Betriebs auf mehreren Arten von SPCCI-Selbstzündungsmodi - einem mit einem überwiegend schlechten Gemisch, einem überwiegend normalen Gemisch und einem leicht fetten Gemisch. In allen Fällen werden durch die Einspritz- und Verwirbelungskonfiguration Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung (Schichtung) konzentrisch um die Achse erzeugt, mit einer fetteren inneren Zone (Luft:Kraftstoff-Verhältnis etwa 14,7-20:1) und einer magereren äußeren Zone (35). -50:1). Das Innere hat eine ausreichende "Entflammbarkeit", und das Äußere hat nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens während der Kompression fast die kritische Temperatur für eine Selbstentzündung erreicht. Der Funke der Zündkerze leitet die Zündung der inneren Zone ein, wodurch Temperatur und Druck stark ansteigen, wodurch die anderen gleichzeitig spontan zünden. Da es keine Flammenfront gibt, tritt sie bei Temperaturen unterhalb der Schwelle für die Bildung von Stickoxiden auf, was das Vorhandensein von Stickoxiden drastisch reduziert, und ein schwach homogenes Gemisch sorgt für eine vollständigere Verbrennung und sehr niedrige Werte von Partikeln, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe.

Abhängig von den Betriebsbedingungen – wie mittlere Drehzahl und hohe Last, in jedem Fall bei hoher Drehzahl – schaltet sich der mechanische Kompressor ein, um mehr Luft bereitzustellen und das Gemisch weiter zu entleeren. Obwohl es nicht dazu dient, die Leistung zu steigern, trägt es zu den guten dynamischen Eigenschaften des Autos bei. Das Patent erwähnt auch, dass das Auto aufgeladen werden könnte, und logischerweise könnte die niedrigere Abgastemperatur die Verwendung einer Turbine mit variabler Geometrie ermöglichen. Im Moment ist die Steuerung mit einem reaktionsschnelleren mechanischen Kompressor jedoch einfacher geworden (vorausgesetzt, eine solche Definition ist mit Skyactiv X kompatibel). Der Einsatz eines Turboladers kann laut Mazda-Ingenieuren zu einem späteren Zeitpunkt kommen.

Es ist wichtig anzumerken, dass sie es geschafft haben, etwas zu schaffen, was niemand sonst geschafft hat - zumindest nicht in serieller Form. Viele Sensorparameter werden mit voreingestellten Verhaltensweisen für die Modusauswahl verglichen, aber Tatsache ist, dass das „SPCCI-Modus“-Zeichen in der Praxis die meiste Zeit auf dem Mazda-Display angezeigt wird, selbst in sehr niedrigen und sehr hohen Drehzahlbereichen – sogar bei sehr niedrigen Drehzahl Mazda3 bewegt sich reibungslos im sechsten Gang.

Wie passiert das im wirklichen Leben?

Nach so einem langen theoretischen Teil ist es endlich an der Zeit, die Frage zu beantworten – was bringt das alles am Ende in der Praxis. Wie das Benziner-Pendant nimmt das Auto leicht Fahrt auf und reagiert schnell. Während Tests, einschließlich Anstiegen und Kurven in der Iskar-Schlucht, im normalen Überland- und Autobahnmodus, hält der Mazda 3 Skyactiv X seinen Verbrauch im Bereich von etwa 5,2 l / 100 km. Der durchschnittliche Testverbrauch der Kollegen in Deutschland liegt bei 6,6 l/100 km, allerdings auch bei hoher Geschwindigkeit. Im sparsamen Fahrtest erreichen sie 5,4 l/100 km, das sind 124 g/100 km CO2, was auf dem Niveau von Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d und Mercedes A 200d liegt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass diese Maschine trotz des komplexen Betriebsverfahrens keine komplexen Gasbehandlungstechnologien benötigt, aber andererseits das Einspritzsystem mit sehr hohem Druck ihre Kosten erhöht. Andererseits ist ein kleiner mechanischer Kompressor günstiger als ein Turbolader, sodass er preislich zwischen Diesel- und Benzinmotoren anzusiedeln ist.

Der Motor harmoniert mit dem dynamischen Charakter des Mazda 3 und seiner guten Abstimmung für angenehme Kurvenfahrten. Die Lenkung ist präzise ausgelegt, und das Auto behält ein neutrales Verhalten bei und zeigt die Tendenz, die Hinterräder nur bei scharfen Provokationen zu drehen. Dazu kommt ein guter Mix an Assistenzsystemen und Ausstattungen, die bei Mazda auf verschiedenen Ebenen zur Ausstattung gehören. Wir haben bereits genug über die neue ergonomische Zusammensetzung der Steuerung gesprochen. Die Funktionen werden nicht vom Monitor gesteuert und sind einfach und bequem zu bedienen. Insgesamt vermittelt das Interieur eine subtile Leichtigkeit und Wertigkeit, die man vor vielen Jahren nur von Luxusmodellen kannte. Kurz gesagt – Skyactiv X funktioniert – und es macht Sie wirklich an.