Skyactiv X com prêmio Auto Motor e Sport Technology

Motor de ponta da Mazda vence Prêmio Paul Pietsch, fundador da mídia

Todo ano, a mídia automobilística e esportiva apresenta o Prêmio Internacional de Inovação Tecnológica Paul Pitch. Em um momento em que a mobilidade elétrica é cada vez mais vista como uma substituição de um motor de combustão interna, o prêmio Paul Pietsch 2020 foi concedido por esse mecanismo térmico. No entanto, ele tem um caráter de vanguarda. Nenhuma outra empresa alcançou essa combinação de formação de uma mistura homogênea, como em um motor a gasolina, e auto-ignição, como em um motor a diesel, com as vantagens dos dois tipos de motores em um modelo de produção. Esta é uma ocasião para informar novamente sobre como este dispositivo funciona.

Com pressão de injeção de gasolina como em um motor a diesel, ignição por vela, auto-ignição, "λ" que muda constantemente, o Skyactiv X é uma verdadeira revolução na indústria automotiva.

Os desenvolvimentos da Mazda na indústria de motores HCCI duram mais de 30 anos e são amplamente baseados em uma análise extremamente profunda dos processos de combustível no desenvolvimento do motor Wankel. Várias gerações de engenheiros são treinados com base nisso, o que cria muitas dores de cabeça e problemas, mas também traz muita experiência.

Foi nas profundezas do motor rotativo que foram encontrados os primeiros protótipos de máquinas com mistura homogênea e autoignição. O motor Wankel também serve como plataforma para o desenvolvimento de várias tecnologias relacionadas ao turbo - este é o RX-7, que introduz turbocompressores VNT elementares, turbinas de jato duplo e reabastecimento em cascata em um motor a gasolina usado apenas pela Porsche.

Arquivo X

No entanto, a base direta do atual Skyactiv X é a já comprovada nova geração de máquinas a gasolina Skyactiv G e Skyactiv D. Se você observar as soluções apresentadas nesses dispositivos, inevitavelmente descobrirá que eles são até certo ponto "realizados". “Na nova planta SPCCI, da experiência adquirida na análise de câmaras de combustão para fluxo de turbulência.

De acordo com esta hipótese, a eficiência do Skyactiv X excede a eficiência do motor a gasolina 2ZR-FXE movido pelo Toyota Prius (usando o ciclo Atkinson) em 39 por cento, mas a própria Mazda está ciente de que este ponto máximo não é o mais importante apontar. Na maioria das vezes, o motor funciona com carga parcial e a eficiência média de um motor a gasolina cai drasticamente. Devido ao fato de que na maioria dos casos Skyactiv X opera com uma válvula borboleta totalmente aberta, as perdas da bomba são significativamente reduzidas e a eficiência média é aumentada. Isso, combinado com a alta taxa de compressão, resulta em um aumento na eficiência da junta.

Uma grande conquista dos engenheiros da Mazda é o fato de que o Skyactiv X opera em uma mistura uniforme e no modo de auto-ignição em uma ampla gama de velocidades e cargas. Na prática, combina os processos usados ​​não apenas em motores diesel e gasolina, mas também semelhantes aos processos em motores diesel-gas e motores a gasolina com misturas magras. Neste último, também são formadas seções normais e ruins, mas diferentemente delas, onde o processo ocorre completamente com a frente do flash, no caso da Mazda, a pobre mistura inflama espontaneamente com a ajuda de uma vela de ignição.

O que está acontecendo no Skyactiv X? Todos os motores experimentais que operam com base no regime HCCI criado até agora são baseados em um sofisticado controle de auto-ignição (baseado em calor e pressão durante a compressão e reações químicas preliminares entre combustível, gases e ar) com parâmetros operacionais instáveis ​​em vários modos. para operação normal do motor. O motor Mazda sempre usa uma vela de ignição como iniciador de combustão. No entanto, a diferença da operação normal do motor a gasolina está nos eventos subsequentes. Graças a isso, a transição para diferentes modos se torna muito mais equilibrada, e esse método de controle no modo HCCI leva a um processo estável e estável.

Coisas em teoria

O Skyactiv X é baseado em um Skyactiv G de quatro cilindros e dois litros com enchimento atmosférico, que por si só é uma boa base com alta eficiência. Além disso, possui um volume de trabalho de 0,5 litros por cilindro, ideal em termos de velocidade dos processos de combustão. Para criar condições para trabalhar no modo HCCI, a taxa de compressão geométrica foi aumentada para 16,3: 1. Assim, a mistura se espessa a uma temperatura próxima à temperatura de auto-ignição da maioria das frações na gasolina, com uma classificação média de octanagem de 95H e temperatura normal de operação do motor.

Com base nos dados de vários sensores, entre os quais quatro sensores de pressão em cada cilindro são fundamentais, o computador decide qual modo de operação selecionar. Este último é determinado com base em várias zonas funcionais, dependendo da velocidade e carga (ou seja, o grau de pressão do pedal do acelerador) do motor. Com a ajuda de um módulo de redemoinho especial chamado SCV (incluindo uma válvula de controle de ar especial em uma das portas de entrada), um intenso fluxo turbulento é criado em torno do eixo do cilindro. Dependendo das condições e com base na comparação das curvas de acúmulo de pressão de compressão e combustão, bem como muitos outros parâmetros em "mapas" predefinidos, o injetor multiporta injeta combustível a pressões próximas às das primeiras gerações de diesel common rail sistemas. - de 300 a 1200 bar - em várias porções. Isso é feito de um pulso longo (em um processo normal de queima) a vários pulsos durante o curso de admissão e compressão (na operação de auto-ignição). Obviamente, a pressão de injeção recorde para um motor a gasolina também é um elemento-chave na formação da mistura. Porém, surge uma questão lógica - como todo o conjunto de parâmetros mudará se e quando mudar para menor potência do motor e turboalimentação, com aumento da pressão do cilindro, bem como com a necessidade de aumentar as porções de combustível ...

Tudo acontece mais rápido.

A patente SPCCI da Mazda tem 44 páginas e detalha que o carro funciona no modo de ignição automática da vela de ignição (SPCCI) por uma parte significativa do tempo. O controle é baseado em vários tipos de modos de auto-ignição SPCCI durante sua operação - um com uma mistura predominantemente pobre, uma mistura predominantemente normal e uma mistura ligeiramente rica. Em todos os casos, a configuração de injeção e redemoinho cria camadas de composição diferente (estratificação) concentricamente em torno do eixo, com uma zona interna mais rica (relação ar:combustível de cerca de 14,7-20:1) e uma zona externa mais enxuta (35). -50:1). O interno tem "inflamabilidade" suficiente e o externo atingiu quase a temperatura crítica para auto-ignição perto do ponto morto superior do pistão durante a compressão. A faísca da vela de ignição inicia a ignição da zona interna, fazendo com que a temperatura e a pressão subam bruscamente, e isso faz com que as outras se acendam espontaneamente ao mesmo tempo. Como não há frente de fulgor, ocorre em temperaturas abaixo do limite para a formação de óxidos de nitrogênio, o que reduz drasticamente a presença de óxidos de nitrogênio, e uma mistura fraca e homogênea proporciona uma combustão mais completa e baixíssimos níveis de material particulado, monóxido de carbono e hidrocarbonetos.

Dependendo das condições de operação – como velocidade média e carga alta, e em todos os casos em alta velocidade – o compressor mecânico entra em ação para ajudar a fornecer mais ar e esgotar ainda mais a mistura. Embora seu objetivo não seja aumentar a potência, contribui para as boas qualidades dinâmicas do carro. A patente também menciona que o carro poderia ser turboalimentado e, logicamente, a temperatura de exaustão mais baixa poderia permitir o uso de uma turbina de geometria variável. Por enquanto, no entanto, o controle com um compressor mecânico mais responsivo tornou-se mais fácil (desde que tal definição seja compatível com o Skyactiv X). De acordo com os engenheiros da Mazda, o uso de um turbocompressor pode ocorrer em um estágio posterior.

É importante notar que eles conseguiram criar algo que ninguém mais conseguiu fazer - pelo menos não em forma de série. Muitos parâmetros do sensor são comparados a comportamentos predefinidos para seleção de modo, mas o fato é que, na prática, o sinal "Modo SPCCI" é exibido na tela do Mazda na maioria das vezes, mesmo em faixas de rpm muito baixas e muito altas - mesmo em rotações muito baixas rpm Mazda3 movendo-se suavemente na sexta marcha.

Como isso acontece na vida real?

Depois de uma parte teórica tão longa, finalmente chegou a hora de responder à pergunta - a que tudo isso leva na prática no final. Como o equivalente a gasolina, o carro ganha velocidade facilmente e responde rapidamente. Durante os testes, incluindo subidas e curvas no desfiladeiro de Iskar, modo normal intermunicipal e autoestrada, o Mazda 3 Skyactiv X mantém o seu consumo na ordem dos 5,2 l/100 km. O consumo médio de teste alcançado pelos colegas na Alemanha é de 6,6 l / 100 km, mas isso também inclui direção em alta velocidade. Em um teste de direção econômica, eles atingem 5,4 l/100 km, ou seja, 124 g/100 km de CO2, que está no mesmo nível do Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d e Mercedes A 200d. No entanto, deve-se notar que, apesar do complexo processo de operação, esta máquina não precisa de tecnologias complexas de tratamento de gás, mas, por outro lado, o sistema de injeção de pressão muito alta aumenta seu custo. Por outro lado, um pequeno compressor mecânico é mais barato que um turbocompressor, portanto deve ser posicionado como um preço entre os motores a diesel e a gasolina.

O motor está em harmonia com o carácter dinâmico do Mazda 3 e as suas boas afinações para curvas agradáveis. A direção é projetada com precisão e o carro mantém um comportamento neutro, mostrando uma tendência a virar as rodas traseiras apenas em provocações bruscas. A isto junta-se um bom mix de sistemas e equipamentos de assistência, que na Mazda fazem parte do equipamento a vários níveis. Já falamos bastante sobre a nova composição ergonômica do controle. As funções não são controladas pelo monitor e são simples e convenientes de operar. No geral, o interior tem uma sutil sensação de leveza e qualidade que só era encontrada em modelos de luxo há muitos anos. Resumindo - o Skyactiv X funciona - e realmente te excita.