Skyactiv X con Auto Motor und Sport Technology Award

Il motore all'avanguardia Mazda vince il premio Paul Pietsch, fondatore dei media

Ogni anno, Auto Motor und Sport Media assegna il Paul Pitch International Technology Innovation Award. In un momento in cui la mobilità elettrica viene sempre più vista come un sostituto di un motore a combustione interna, il premio Paul Pietsch 2020 è stato assegnato proprio per un tale motore termico. Tuttavia, ha un carattere all'avanguardia. Nessun'altra azienda ha raggiunto una tale combinazione di formazione di una miscela omogenea, come in un motore a benzina, e di autoaccensione, come in un motore diesel, con i vantaggi di entrambi i tipi di motori in un modello di produzione. Questa è un'occasione per raccontarti di nuovo su come funziona questo dispositivo.

Con la pressione di iniezione della benzina come in un motore diesel, l'accensione della candela, l'autoaccensione, "λ" che cambia continuamente, Skyactiv X è davvero una rivoluzione nel settore automobilistico.

Gli sviluppi di Mazda nel settore dei motori HCCI durano più di 30 anni e si basano in gran parte su un'analisi estremamente approfondita dei processi del carburante nello sviluppo del motore Wankel. Diverse generazioni di ingegneri vengono addestrate su questa base, il che crea molti mal di testa e problemi, ma porta anche molta esperienza.

Fu nelle profondità del motore rotativo che furono trovati i primi prototipi di macchine con miscelazione omogenea e autoaccensione. Il motore Wankel funge anche da piattaforma per lo sviluppo di varie tecnologie relative al turbo: questo è l'RX-7, che introduce turbocompressori VNT elementari, turbine a doppio getto e rifornimento in cascata in un motore a benzina utilizzato solo da Porsche.

The X-Files

Tuttavia, la base diretta dell'attuale Skyactiv X è la già collaudata nuova generazione di macchine a benzina Skyactiv G e Skyactiv D. Se guardi le soluzioni presentate in questi dispositivi, scoprirai inevitabilmente che sono in una certa misura "realizzate". “Nel nuovo impianto SPCCI, dall'esperienza maturata dall'analisi delle camere di combustione alla turbolenza del flusso.

Secondo questa ipotesi, lo Skyactiv X è più efficiente del motore a benzina 2ZR-FXE alimentato dalla Toyota Prius (usando il ciclo Atkinson) del 39 percento, ma la stessa Mazda è consapevole che questo punto alto non è il più importante. Il più delle volte il motore funziona a carico parziale e l'efficienza media di un motore a benzina diminuisce drasticamente. A causa del fatto che nella maggior parte dei casi Skyactiv X funziona con una valvola a farfalla completamente aperta, le perdite della pompa sono significativamente ridotte e l'efficienza media è aumentata. Questo, combinato con l'alto rapporto di compressione, si traduce in un aumento dell'efficienza congiunta.

Un grande risultato degli ingegneri Mazda è il fatto che il loro Skyactiv X opera in una miscela uniforme e in modalità di autoaccensione in una gamma molto ampia di velocità e carichi. In pratica, combina i processi utilizzati non solo nei motori diesel e benzina, ma anche processi simili nei motori diesel-benzina e motori a benzina con miscele magre. In quest'ultimo caso si formano anche sezioni normali e cattive, ma a differenza di esse, in cui il processo si svolge completamente con la parte anteriore del flash, nel caso di Mazda, la scarsa miscela si accende spontaneamente con l'aiuto di una candela.

Cosa sta succedendo in Skyactiv X? Tutti i motori sperimentali che operano sulla base del regime HCCI creato finora si basano su un controllo di autoaccensione molto sofisticato (basato su calore e pressione durante la compressione e reazioni chimiche preliminari tra carburante, gas e aria) con parametri operativi instabili in una serie di modalità. al normale funzionamento del motore. Il motore Mazda utilizza sempre una candela come iniziatore di combustione. Tuttavia, la differenza rispetto al normale funzionamento del motore a benzina è negli eventi successivi. Grazie a ciò, il passaggio a diverse modalità diventa molto più equilibrato e questo metodo di controllo in modalità HCCI porta a un processo costante e stabile.

Cose in teoria

Skyactiv X si basa su uno Skyactiv G a quattro cilindri e due litri con riempimento atmosferico, che di per sé è una buona base con alta efficienza. Inoltre, ha un volume di lavoro di 0,5 litri per cilindro, ottimale in termini di velocità dei processi di combustione. Per creare le condizioni per lavorare in modalità HCCI, il rapporto di compressione geometrica è stato aumentato a 16,3: 1. Pertanto, la miscela si addensa a una temperatura vicina alla temperatura di autoaccensione della maggior parte delle frazioni di benzina con un numero medio di ottano di 95H e la normale temperatura di funzionamento del motore.

Sulla base dei dati provenienti da diversi sensori, tra cui quattro sensori di pressione su ciascun cilindro sono fondamentali, il computer decide quale modalità di funzionamento selezionare. Quest'ultimo è determinato sulla base di più zone funzionali, in funzione della velocità e del carico (ovvero il grado di pressione del pedale dell'acceleratore) del motore. Con l'aiuto di uno speciale modulo di turbolenza chiamato SCV (che include una speciale valvola di controllo dell'aria in una delle luci di aspirazione), viene creato un intenso flusso turbolento attorno all'asse del cilindro. A seconda delle condizioni e in base al confronto della curva di sviluppo della pressione di compressione e combustione e di molti altri parametri nelle "mappe" preimpostate, l'iniettore multiporta inietta carburante a pressioni che si avvicinano a quelle delle prime generazioni di common rail impianti diesel. - da 300 a 1200 bar - in più porzioni. Questo viene fatto da un impulso lungo (in un normale processo di svasatura) a diversi impulsi durante la corsa di aspirazione e compressione (in operazione di autoaccensione). Ovviamente anche la pressione di iniezione record per un motore a benzina è un elemento chiave nella formazione della miscela. Tuttavia, sorge una domanda logica: come cambierà l'intero set di parametri se e quando passare a una potenza del motore inferiore e al turbocompressore, con un aumento della pressione nel cilindro, nonché con la necessità di aumentare le porzioni di carburante ...

Tutto accade più velocemente.

Il brevetto SPCCI di Mazda è lungo 44 pagine e specifica che l'auto funziona in modalità di accensione automatica della candela (SPCCI) per una parte significativa del tempo. Il controllo si basa su diversi tipi di modalità di autoaccensione SPCCI durante il suo funzionamento: una con una miscela per lo più povera, una miscela per lo più normale e una miscela leggermente ricca. In tutti i casi, la configurazione di iniezione e turbolenza crea strati di diversa composizione (stratificazione) concentricamente attorno all'asse, con una zona interna più ricca (rapporto aria:carburante circa 14,7-20:1) e una zona esterna più magra (35). -50:1). L'interno ha sufficiente "infiammabilità" e l'esterno ha raggiunto quasi la temperatura critica per l'autoaccensione vicino al punto morto superiore del pistone durante la compressione. La scintilla della candela avvia l'accensione della zona interna, provocando un brusco aumento della temperatura e della pressione, e questo fa sì che le altre si accendano spontaneamente contemporaneamente. Non essendoci flash front, si verifica a temperature inferiori alla soglia per la formazione di ossidi di azoto, che riduce drasticamente la presenza di ossidi di azoto, e una miscela debole omogenea fornisce una combustione più completa e livelli molto bassi di particolato, monossido di carbonio e idrocarburi.

A seconda delle condizioni operative, come media velocità e carico elevato, e in tutti i casi ad alta velocità, il compressore meccanico entra in funzione per aiutare a fornire più aria e impoverire ulteriormente la miscela. Sebbene il suo scopo non sia quello di aumentare la potenza, contribuisce alle buone qualità dinamiche della vettura. Il brevetto menziona anche che l'auto potrebbe essere turbocompressa e, logicamente, la temperatura di scarico più bassa potrebbe consentire l'uso di una turbina a geometria variabile. Per ora, tuttavia, il controllo con un compressore meccanico più reattivo è diventato più semplice (a condizione che tale definizione sia compatibile con Skyactiv X). Secondo gli ingegneri Mazda, l'uso di un turbocompressore potrebbe avvenire in una fase successiva.

È importante notare che sono riusciti a creare qualcosa che nessun altro è stato in grado di fare, almeno non in forma seriale. Molti parametri del sensore vengono confrontati con comportamenti preimpostati per la selezione della modalità, ma il fatto è che in pratica il segno "SPCCI Mode" viene mostrato sul display Mazda la maggior parte del tempo, anche a regimi molto bassi e molto alti, anche a regimi molto bassi. rpm Mazda3 si muove dolcemente in sesta marcia.

Come succede nella vita reale?

Dopo una parte teorica così lunga, è finalmente giunto il momento di rispondere alla domanda: a cosa porta tutto questo in pratica alla fine. Come la controparte a benzina, l'auto prende velocità facilmente e risponde rapidamente. Durante i test, comprese le salite e le curve nella gola di Iskar, la normale modalità interurbana e autostradale, Mazda 3 Skyactiv X mantiene il suo consumo nell'intervallo di circa 5,2 l / 100 km. Il consumo medio di prova raggiunto dai colleghi in Germania è di 6,6 l/100 km, ma questo include anche la guida ad alta velocità. In un test di guida economica, raggiungono 5,4 l/100 km, ovvero 124 g/100 km di CO2, che è alla pari con Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d e Mercedes A 200d. Tuttavia, va notato che, nonostante il complesso processo di funzionamento, questa macchina non necessita di complesse tecnologie di trattamento del gas, ma, d'altra parte, il sistema di iniezione ad altissima pressione ne aumenta il costo. D'altra parte, un piccolo compressore meccanico è più economico di un turbocompressore, quindi dovrebbe essere posizionato come prezzo tra motori diesel e benzina.

Il motore è in armonia con il carattere dinamico della Mazda 3 e le sue buone impostazioni per piacevoli curve. Lo sterzo è disposto con precisione e l'auto mantiene un comportamento neutrale, mostrando una tendenza a girare le ruote posteriori solo in caso di forti provocazioni. A questo si aggiunge un buon mix di sistemi e dotazioni di assistenza, che in Mazda fanno parte dell'equipaggiamento a vari livelli. Abbiamo già parlato abbastanza della nuova composizione ergonomica del comando. Le funzioni non sono controllate dal monitor e sono semplici e comode da utilizzare. Nel complesso, l'interno ha un sottile senso di leggerezza e qualità che si trovava solo nei modelli di lusso molti anni fa. In breve, Skyactiv X funziona e ti eccita davvero.