Skyactiv X med pris for automotor og sportteknologi

Mazdas avanserte motor vinner Media Gründer Paul Pietsch Award

Hvert år gir auto motor und sport media den internasjonale Paul Pitch-prisen for teknologisk innovasjon. I en tid hvor elektrisk mobilitet i økende grad blir sett på som en erstatning for en forbrenningsmotor, har Paul Pietsch 2020-prisen blitt tildelt for nettopp en slik varmemotor. Imidlertid har den en avantgardekarakter. Ingen andre selskaper har oppnådd kombinasjonen av homogenisering som en bensinmotor og selvantennelse som en dieselmotor, med fordelene med begge typer motorer i en produksjonsmodell. Dette er en anledning til å fortelle deg igjen om hvordan dette apparatet fungerer.

Med bensininnsprøytningstrykk som i en dieselmotor, tennpluggtenning, selvtenning, «λ» som er i stadig endring, er Skyactiv X virkelig en revolusjon i bilindustrien.

Mazdas HCCI-motorutvikling går over 30 år og er i stor grad basert på ekstremt dyptgående drivstoffanalyse i utviklingen av Wankel-motoren. Flere generasjoner av ingeniører er opplært på dette grunnlaget, noe som skaper mye hodepine og problemer, men som også bringer mye erfaring.

Det var i dypet av rotasjonsmotoren de første prototypene av maskiner med homogen blanding og selvantenning ble funnet. Wankel-motoren fungerer også som en plattform for utvikling av ulike turbo-relaterte teknologier - dette er RX-7, som introduserer elementære VNT-turboladere, twin-jet-turbiner og kaskadefylling i en bensinmotor som bare ble brukt av Porsche.

The X-Files

Det direkte grunnlaget for dagens Skyactiv X er imidlertid den allerede utprøvde nye generasjonen av bensinmaskiner Skyactiv G og Skyactiv D. Hvis du ser på løsningene som presenteres i disse enhetene, vil du uunngåelig finne at de til en viss grad er "realisert". "I det nye SPCCI-anlegget, fra erfaring fra å analysere forbrenningskamre til strømningsturbulens.

Ifølge denne hypotesen overstiger effektiviteten til Skyactiv X effektiviteten til bensinmotoren 2ZR-FXE drevet av Toyota Prius (ved bruk av Atkinson-syklusen) med 39 prosent, men Mazda er selv klar over at dette maksimumspunktet ikke er det viktigste punkt. Mesteparten av tiden går motoren med delbelastning og gjennomsnittlig virkningsgrad på en bensinmotor synker dramatisk. På grunn av det faktum at Skyactiv X i de fleste tilfeller opererer med en åpent butterflyventil, reduseres pumpetapene betydelig og gjennomsnittlig effektivitet økes. Dette, kombinert med det høye kompresjonsforholdet, resulterer i en felles effektivitetsøkning.

En stor prestasjon for ingeniører fra Mazda er det faktum at deres Skyactiv X fungerer i en homogen og selvantennende modus over et veldig bredt spekter av hastigheter og belastninger. I praksis kombinerer den prosessene som ikke bare brukes i diesel- og bensinmotorer, men også ligner de som er i bensindieselmotorer og bensinmotorer med magert forbrenning. Sistnevnte produserer også normale og dårlige områder, men i motsetning til dem, der prosessen foregår helt med fronten på blitsen, for Mazda, tenner den dårlige blandingen spontant ved hjelp av en tennplugg.

Hva skjer i Skyactiv X? Alle eksperimentelle motorer som opererer på basis av HCCI-modus opprettet til dags dato er basert på meget kompleks selvantennelseskontroll (basert på varme og trykk under komprimering og foreløpige kjemiske reaksjoner mellom drivstoff, gasser og luft) med ustabile driftsparametere som oppstår i en rekke modus. til normal motordrift. En Mazda-motor bruker alltid tennplugg som forbrenningsinitiator. Forskjellen fra normal drift av en bensinmotor ligger imidlertid i de etterfølgende hendelsene. Dette gjør overgangen til forskjellige modus mye mer balansert, og denne måten å kontrollere i HCCI-modus resulterer i en stabil og stabil prosess.

Ting i teorien

Skyactiv X er basert på den naturlig aspirerte, firesylindrede Skyactiv G 0,5-literen, som i seg selv er en god base med høy effektivitet. I tillegg har den en forskyvning på 16,3 liter per sylinder, noe som er optimalt med tanke på hastigheten på forbrenningsprosessene. For å skape betingelser for HCCI-drift ble det geometriske kompresjonsforholdet økt til 1: 95. Blandingen tykner således til en temperatur nær autoignisjonstemperaturen for de fleste fraksjoner i bensin med et gjennomsnittlig oktantall på XNUMXH og normal motorens driftstemperatur.

Basert på data fra flere sensorer, hvorav fire trykksensorer på hver sylinder er nøkkelen, bestemmer datamaskinen hvilken driftsmodus som skal velges. Sistnevnte bestemmes på grunnlag av flere funksjonssoner, avhengig av hastigheten og belastningen (med andre ord, graden av nedtrykking av gasspedalen) til motoren. Ved hjelp av en spesiell virvelmodul kalt SCV (inkludert en spesiell luftreguleringsventil i en av inntaksportene), skapes en intens turbulent strømning rundt sylinderaksen. Avhengig av forholdene og basert på en sammenligning av oppbyggingskurvene for kompresjon og forbrenningstrykk, så vel som mange andre parametere i forhåndsdefinerte "kart", sprøyter multiport-injektoren inn drivstoff ved trykk som nærmer seg de første generasjonene av common rail-diesel. systemer. - fra 300 til 1200 bar - i flere porsjoner. Dette gjøres fra én lang puls (i en normal fakkelprosess) til flere pulser under inntaks- og kompresjonsslaget (i selvantennelsesoperasjon). Åpenbart er rekordinnsprøytningstrykket for en bensinmotor også et nøkkelelement i dannelsen av blandingen. Imidlertid oppstår et logisk spørsmål - hvordan vil hele settet med parametere endres hvis og når man skal bytte til lavere motorkraft og turbolading, med en økning i sylindertrykket, så vel som med behovet for å øke drivstoffporsjonene ...

Alt skjer raskere

Mazdas SPCCI-patent er på 44 sider og viser at bilen kjører i tennpluggauto-tenning (SPCCI) i en betydelig del av tiden. Kontrollen er basert på flere typer SPCCI-selvtenningsmoduser under driften - en med for det meste dårlig blanding, en for det meste normal blanding og en litt rik blanding. I alle tilfeller skaper injeksjons- og virvelkonfigurasjonen lag med forskjellig sammensetning (stratifisering) konsentrisk rundt aksen, med en rikere indre sone (luft:drivstoffforhold ca. 14,7-20:1) og en slankere ytre sone (35). -50:1). Det indre har tilstrekkelig "brennbarhet", og det ytre har nådd nesten den kritiske temperaturen for selvantennelse nær stempelets øvre dødpunkt under kompresjon. Tennpluggens gnist setter i gang tenningen av den indre sonen, noe som får temperaturen og trykket til å stige kraftig, og dette får de andre til å spontantenne samtidig. Siden det ikke er noen flashfront, oppstår det ved temperaturer under terskelen for dannelse av nitrogenoksider, noe som drastisk reduserer tilstedeværelsen av nitrogenoksider, og en svak homogen blanding gir mer fullstendig forbrenning og svært lave nivåer av svevestøv, karbonmonoksid og hydrokarboner.

Avhengig av driftsforhold – som middels hastighet og høy belastning, og i alle tilfeller ved høy hastighet – starter den mekaniske kompressoren for å bidra til å gi mer luft og tømme blandingen ytterligere. Selv om formålet ikke er å øke kraften, bidrar det til bilens gode dynamiske egenskaper. Patentet nevner også at bilen kan turbolades, og logisk sett kan den lavere eksostemperaturen tillate bruk av en turbin med variabel geometri. Foreløpig har imidlertid kontroll med en mer responsiv mekanisk kompressor blitt enklere (forutsatt at en slik definisjon er kompatibel med Skyactiv X). Ifølge Mazdas ingeniører kan bruken av turbolader komme på et senere tidspunkt.

Det er viktig å merke seg at de klarte å lage noe som ingen andre har klart – i hvert fall ikke i serieform. Mange sensorparametere sammenlignes med forhåndsinnstilte atferd for modusvalg, men faktum er at "SPCCI Mode"-tegnet vises på Mazda-skjermen mesteparten av tiden, selv ved svært lave og svært høye turtallsområder - selv ved svært lave rpm Mazda3 beveger seg jevnt i sjette gir.

Hvordan skjer dette i det virkelige liv?

Etter en så lang teoretisk del er tiden endelig inne for å svare på spørsmålet – hva fører alt dette til i praksis til slutt. I likhet med bensinmotstykket får bilen lett fart og reagerer raskt. Under tester, inkludert stigninger og svinger i Iskar Gorge, normal intercity- og motorveimodus, opprettholder Mazda 3 Skyactiv X forbruket i området rundt 5,2 l/100 km. Gjennomsnittlig testforbruk oppnådd av kolleger i Tyskland er 6,6 l / 100 km, men dette inkluderer også høyhastighetskjøring. I en økonomisk kjøreprøve oppnår de 5,4 l/100 km, som er 124 g/100 km CO2, som er på nivå med Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d og Mercedes A 200d. Det skal imidlertid bemerkes at til tross for den komplekse operasjonsprosessen, trenger ikke denne maskinen komplekse gassbehandlingsteknologier, men på den annen side øker det svært høytrykksinjeksjonssystemet kostnadene. På den annen side er en liten mekanisk kompressor billigere enn en turbolader, så den bør plasseres som en pris mellom diesel- og bensinmotorer.

Motoren er i harmoni med den dynamiske karakteren til Mazda 3 og dens gode innstillinger for behagelig svingkjøring. Styringen er presist lagt ut, og bilen holder en nøytral oppførsel, og viser en tendens til å dreie bakhjulene kun ved skarpe provokasjoner. I tillegg kommer en god blanding av assistansesystemer og utstyr, som hos Mazda er en del av utstyret på ulike nivåer. Vi har allerede snakket nok om den nye ergonomiske sammensetningen av kontrollen. Funksjonene styres ikke av skjermen og er enkle og praktiske å betjene. Samlet sett har interiøret en subtil følelse av letthet og kvalitet som bare fantes i luksusmodeller for mange år siden. Kort sagt – Skyactiv X fungerer – og den tenner deg virkelig.