Skyactiv X koos auto mootori ja spordi tehnoloogia auhinnaga

Mazda tipptasemel mootor võidab meedia asutaja Paul Pietschi auhinna

Igal aastal annab autode ja spordi meedia välja rahvusvahelise Paul Pitchi auhinna tehnoloogiliste uuenduste eest. Ajal, mil elektrilist liikuvust peetakse üha enam sisepõlemismootori asenduseks, on Paul Pietsch 2020 auhind välja antud just sellise soojusmasina eest. Sellel on aga avangardne iseloom. Ükski teine ​​ettevõte pole saavutanud kombineeritud segamist nagu bensiinimootor ja isesüttimist nagu diiselmootor, mõlema mootoritüübi eelised on tootmismudelis. See on kord, et teile uuesti rääkida, kuidas see seade töötab.

Bensiini sissepritserõhuga nagu diiselmootoris, süüteküünla süüte, isesüttimise ja pidevalt muutuva "λ" abil on Skyactiv X tõeline revolutsioon autotööstuses.

Mazda HCCI mootorite väljatöötamine ulatub 30 aasta taha ja põhineb suuresti Wankeli mootori väljatöötamisel äärmiselt põhjalikul kütuse analüüsil. Selle põhjal koolitatakse mitu põlvkonda insenere, mis tekitab palju peavalu ja probleeme, kuid toob kaasa ka palju kogemusi.

Just pöörleva mootori sügavusest leiti esimesed homogeense segunemise ja isesüttimisega masinate prototüübid. Wankeli mootor toimib ka platvormina erinevate turboga seotud tehnoloogiate arendamiseks - see on RX-7, mis tutvustab elementaarseid VNT turbolaadureid, kahe reaktiivmootoriga turbiine ja kaskaadtankimist bensiinimootoris, mida kasutas ainult Porsche.

X-failid

Praeguse Skyactiv X otseseks aluseks on aga juba end tõestanud uue põlvkonna bensiinimasinad Skyactiv G ja Skyactiv D. Kui vaadata nendes seadmetes esitletud lahendusi, siis paratamatult avastad, et need on mingil määral “teostatud”. „Uues SPCCI tehases põlemiskambrite analüüsimisel saadud kogemustest kuni voolu turbulentsini.

Selle hüpoteesi kohaselt ületab Skyactiv X kasutegur Toyota Priusega (kasutades Atkinsoni tsüklit) töötava 2ZR-FXE bensiinimootori efektiivsust 39 protsenti, kuid Mazda ise on teadlik, et see maksimumpunkt pole kõige olulisem punkt. Enamasti töötab mootor osalisel koormusel ja bensiinimootori keskmine kasutegur langeb järsult. Tulenevalt asjaolust, et enamikul juhtudel töötab Skyactiv X laia avatud liblikventiiliga, vähendatakse pumba kadusid oluliselt ja suurendatakse keskmist efektiivsust. See koos kõrge tihendussuhtega suurendab tõhusust ühiselt.

Mazda inseneride jaoks on suureks saavutuseks asjaolu, et nende Skyactiv X töötab ühtlases ja isesüttivas režiimis väga laia kiiruse ja koormuse vahemikus. Praktikas ühendab see protsesse, mida kasutatakse mitte ainult diisel- ja bensiinimootorites, vaid ka sarnaseid gaasi-diiselmootorites ja lahja põletusega bensiinimootorites kasutatavatega. Viimane tekitab ka normaalseid ja halbu alasid, kuid erinevalt neist, kus protsess toimub täielikult välgu esiosaga, süttib Mazda puhul halb segu spontaanselt süüteküünla abil.

Mis toimub Skyactiv X-is? Kõik siiani loodud HCCI-režiimi alusel töötavad katselised mootorid põhinevad väga keerulisel isesüttimise juhtimisel (mis põhineb soojusel ja rõhul kokkusurumisel ning esialgsetel keemilistel reaktsioonidel kütuse, gaaside ja õhu vahel), mille tööparameetrid on mitmetes režiimides ebastabiilsed. mootori tavapäraseks tööks. Mazda mootor kasutab põlemise algatajaks alati süüteküünalt. Erinevus bensiinimootori tavapärasest töötamisest peitub siiski järgnevates sündmustes. See muudab ülemineku erinevatele režiimidele palju tasakaalustatumaks ja HCCI juhtimise viis annab stabiilse ja stabiilse protsessi.

Asjad teoreetiliselt

Skyactiv X põhineb vabalthingaval neljasilindrilisel 0,5-liitrisel Skyactiv G-l, mis on iseenesest hea efektiivsusega alus. Lisaks on selle töömaht 16,3 liitrit silindri kohta, mis on põlemisprotsesside kiiruse osas optimaalne. HCCI töötamise tingimuste loomiseks suurendati geomeetrilist kompressioonisuhet väärtusele 1: 95. Seega segu pakseneb enamiku bensiini fraktsioonide isesüttimistemperatuuri lähedale temperatuurile, mille keskmine oktaaniarv on XNUMXH ja mootori normaalne töötemperatuur.

Arvuti otsustab, millise töörežiimi valida, tuginedes mitme anduri andmetele, mille hulgas on iga silindri neli rõhuandurit. Viimane määratakse mitme funktsionaalse tsooni alusel, sõltuvalt mootori kiirusest ja koormusest (teisisõnu gaasipedaali allavajutuse astmest). Spetsiaalse keerisemooduli, mida nimetatakse SCV-ks (sealhulgas spetsiaalne õhureguleerimisventiil ühes sisselaskeavas), luuakse ümber silindri telje intensiivne turbulentne vool. Olenevalt tingimustest ja kompressiooni- ja põlemisrõhu kogunemiskõverate ning paljude muude parameetrite võrdlusest eelmääratletud "kaartidel" pritsib mitme pordiga pihusti kütust rõhul, mis läheneb esimese põlvkonna ühisanumpumbaga diislikütuse rõhule. süsteemid. - 300 kuni 1200 baari - mitmes osas. Seda tehakse ühest pikast impulssist (tavalise põletusprotsessi korral) kuni mitme impulsini sisselaske- ja survetakti ajal (isesüttimisrežiimis). Ilmselgelt on segu moodustamisel võtmeelement ka bensiinimootori rekordiline sissepritserõhk. Siiski tekib loogiline küsimus - kuidas muutub kogu parameetrite komplekt, kui ja millal lülituda madalamale mootori võimsusele ja turboülelaadurile, silindri rõhu suurenemisega, aga ka vajadusega suurendada kütuseportsjoneid ...

Kõik toimub kiiremini

Mazda SPCCI patent on 44 lehekülge pikk ja üksikasjad selle kohta, et auto töötab suure osa ajast süüteküünla isesüüterežiimis (SPCCI). Juhtimine põhineb mitut tüüpi SPCCI isesüttimisrežiimidel selle töö ajal - üks enamasti kehva seguga, enamasti tavaline segu ja veidi rikas segu. Kõikidel juhtudel loob sissepritse ja keerise konfiguratsioon kontsentriliselt ümber telje erineva koostisega (kihistumise) kihid, millel on rikkalikum sisemine tsoon (õhk:kütuse suhe umbes 14,7-20:1) ja lahjem välimine tsoon (35). -50:1). Sisemisel on piisav "süttivus" ja väliskülg on kokkusurumise ajal saavutanud peaaegu isesüttimise kriitilise temperatuuri kolvi ülemise surnud punkti lähedal. Süüteküünla säde käivitab sisemise tsooni süttimise, põhjustades temperatuuri ja rõhu järsu tõusu ning see põhjustab teiste samaaegse iseenesliku süttimise. Kuna välkfront puudub, tekib see temperatuuril, mis jääb alla lämmastikoksiidide moodustumise läve, mis vähendab drastiliselt lämmastikoksiidide esinemist ning nõrk homogeenne segu tagab täielikuma põlemise ning väga madala tahkete osakeste, süsinikmonooksiidi ja süsinikmonooksiidi sisalduse. süsivesinikud.

Olenevalt töötingimustest – nagu keskmine kiirus ja suur koormus ning igal juhul suurel kiirusel – käivitub mehaaniline kompressor, mis aitab anda rohkem õhku ja tühjendab segu veelgi. Kuigi selle eesmärk ei ole võimsust suurendada, aitab see kaasa auto headele dünaamilistele omadustele. Patendis mainitakse ka, et auto võiks olla turboülelaaduriga ning loogiliselt võttes võiks madalam heitgaasitemperatuur võimaldada kasutada muutuva geomeetriaga turbiini. Praeguseks on aga juhtimine tundlikuma mehaanilise kompressoriga muutunud lihtsamaks (eeldusel, et selline määratlus ühildub Skyactiv X-ga). Mazda inseneride sõnul võib turboülelaaduri kasutamine tulla hiljem.

Oluline on märkida, et neil õnnestus luua midagi, mida keegi teine ​​pole suutnud – vähemalt mitte seeriaviisiliselt. Paljusid anduri parameetreid võrreldakse režiimi valimisel eelseadistatud käitumistega, kuid tegelikkuses kuvatakse Mazda ekraanil enamuse ajast tähis "SPCCI Mode" isegi väga madalatel ja väga kõrgetel pöörete vahemikel – isegi väga madalatel pööretel. p/min Mazda3 liigub sujuvalt kuuendal käigul.

Kuidas see päriselus juhtub?

Peale nii pikka teoreetilist osa on lõpuks kätte jõudnud aeg vastata küsimusele – milleni see kõik lõpuks praktikas viib. Sarnaselt bensiinimootoriga kogub auto kergesti kiirust ja reageerib kiiresti. Testide ajal, sealhulgas Iskari kurul tõusud ja pöörded, tavaline linnadevaheline ja maanteerežiim, hoiab Mazda 3 Skyactiv X oma kütusekulu vahemikus umbes 5,2 l / 100 km. Kolleegide keskmine katsekulu Saksamaal on 6,6 l / 100 km, kuid see sisaldab ka kiirsõitu. Säästlikul sõidueksamil saavutavad nad 5,4 l/100 km, mis on 124 g/100 km CO2, mis on samaväärne Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d ja Mercedes A 200d-ga. Siiski tuleb märkida, et hoolimata keerukast tööprotsessist ei vaja see masin keerulisi gaasitöötlustehnoloogiaid, kuid teisalt tõstab väga kõrge rõhuga sissepritsesüsteem selle maksumust. Teisalt on väike mehaaniline kompressor odavam kui turbolaadur, mistõttu tuleks see positsioneerida hinnana diisel- ja bensiinimootorite vahele.

Mootor on kooskõlas Mazda 3 dünaamilise iseloomu ja heade seadistustega meeldivaks kurvideks. Rool on täpselt paigutatud ja auto käitumine on neutraalne, näidates kalduvust tagarattaid pöörata ainult teravatel provokatsioonidel. Sellele lisandub hea segu abisüsteemidest ja -varustusest, mis on Mazda varustuse osaks erinevatel tasemetel. Juhtseadme uuest ergonoomilisest koostisest oleme juba piisavalt rääkinud. Funktsioone ei juhi monitor ning neid on lihtne ja mugav kasutada. Üldiselt on interjööris peent kergust ja kvaliteeti, mida leiti aastaid tagasi vaid luksusmudelitest. Lühidalt – Skyactiv X töötab – ja see paneb sind tõeliselt käima.