Skyactiv X s nagradom za automobil i sport

Mazdin najmoderniji motor dobitnik je nagrade osnivača medija Paula Pietscha

Svake godine auto moto i sportski mediji dodjeljuju međunarodnu nagradu Paul Pitch za tehnološke inovacije. U vrijeme kada se električna mobilnost sve više doživljava kao zamjena za motor s unutarnjim izgaranjem, nagrada Paul Pietsch 2020 dodijeljena je upravo za takav toplinski motor. Međutim, ima avangardni karakter. Nijedna druga tvrtka nije postigla kombinaciju homogenizacije poput benzinskog motora i samozapaljenja poput dizelskog motora, uz blagodati obje vrste motora u proizvodnom modelu. Ovo je prilika da vam ponovo kažem o načinu rada ovog uređaja.

S tlakom ubrizgavanja benzina kao kod dizel motora, paljenjem svjećicom, samopaljenjem, "λ" koji se stalno mijenja, Skyactiv X je doista revolucija u automobilskoj industriji.

Mazdin razvoj HCCI motora seže više od 30 godina i uglavnom se temelji na iznimno detaljnoj analizi goriva u razvoju Wankelovog motora. Nekoliko generacija inženjera educirano je na toj osnovi, što stvara puno glavobolja i problema, ali donosi i puno iskustva.

U dubinama rotacijskog motora pronađeni su prvi prototipovi strojeva s homogenim miješanjem i samozapaljenjem. Wankel motor također služi kao platforma za razvoj raznih tehnologija vezanih uz turbo - to je RX-7, koji uvodi elementarne VNT turbopunjače, twin-jet turbine i kaskadno punjenje goriva u benzinski motor koji je koristio samo Porsche.

The X-Files

Međutim, izravna osnova trenutnog Skyactiv X-a je već dokazana nova generacija benzinskih strojeva Skyactiv G i Skyactiv D. Ako pogledate rješenja predstavljena u ovim uređajima, neizbježno ćete otkriti da su u određenoj mjeri "realizirana". „U novom postrojenju SPCCI, na temelju iskustva stečenog analizom komora za izgaranje do turbulencije protoka.

Prema ovoj hipotezi, učinkovitost Skyactiva X premašuje učinkovitost benzinskog motora 2ZR-FXE koji pokreće Toyota Prius (koristeći Atkinsonov ciklus) za 39 posto, ali sama Mazda je svjesna da ta maksimalna točka nije najvažnija točka. Većinu vremena motor radi s djelomičnim opterećenjem, a prosječna učinkovitost benzinskog motora dramatično pada. Zbog činjenice da u većini slučajeva Skyactiv X radi s široko otvorenim leptir ventilom, gubici pumpe su značajno smanjeni, a prosječna učinkovitost povećana. To, u kombinaciji s visokim omjerom kompresije, rezultira zajedničkim povećanjem učinkovitosti.

Veliko postignuće za Mazdine inženjere jest činjenica da njihov Skyactiv X djeluje u homogenom i samozapaljivom načinu rada u vrlo širokom rasponu brzina i opterećenja. U praksi kombinira procese koji se koriste ne samo u dizelskim i benzinskim motorima, već i slične onima u plinskim dizelskim motorima i benzinskim motorima sa slabim izgaranjem. Potonji također stvara normalna i loša područja, ali za razliku od njih, gdje se postupak odvija u potpunosti s prednjom stranom bljeskalice, u slučaju Mazde, loša smjesa se spontano zapali uz pomoć svjećice.

Što se događa u Skyactivu X? Svi eksperimentalni motori koji rade na osnovi do danas stvorenog HCCI načina rada temelje se na vrlo složenoj kontroli samozapaljenja (temeljenoj na toplini i tlaku tijekom kompresije i preliminarnim kemijskim reakcijama između goriva, plinova i zraka) s nestabilnim radnim parametrima koji se javljaju u brojnim načinima rada. na normalan rad motora. Mazdin motor uvijek koristi svjećicu kao pokretač izgaranja. Međutim, razlika od normalnog rada benzinskog motora leži u sljedećim događajima. To prijelaz na različite načine čini mnogo uravnoteženijim i ovaj način upravljanja u HCCI načinu rezultira stabilnim i stabilnim procesom.

Stvari u teoriji

Skyactiv X temelji se na atmosferskom, četverocilindričnom, 0,5-litrenom Skyactiv G, koji je sam po sebi dobra baza s visokom učinkovitošću. Uz to, ima zapreminu od 16,3 litara po cilindru, što je optimalno u smislu brzine procesa izgaranja. Da bi se stvorili uvjeti za rad HCCI, geometrijski omjer kompresije povećan je na 1: 95. Tako se smjesa zgusne na temperaturu blizu temperature samozapaljenja većine frakcija u benzinu s prosječnim oktanskim brojem XNUMXH i normalnom radnom temperaturom motora.

Na temelju podataka s nekoliko senzora, među kojima su ključna četiri senzora tlaka na svakom cilindru, računalo odlučuje koji će način rada odabrati. Potonji se određuje na temelju nekoliko funkcionalnih zona, ovisno o brzini i opterećenju (drugim riječima, stupnju pritiskanja papučice gasa) motora. Uz pomoć posebnog vrtložnog modula nazvanog SCV (uključujući poseban ventil za kontrolu zraka u jednom od usisnih otvora), stvara se intenzivno turbulentno strujanje oko osi cilindra. Ovisno o uvjetima i na temelju usporedbe krivulja kompresije i povećanja tlaka izgaranja, kao i mnogih drugih parametara u unaprijed definiranim "mapama", višestruki injektor ubrizgava gorivo pri tlaku koji se približava onima prve generacije common rail dizela. sustava. - od 300 do 1200 bara - u više porcija. To se radi od jednog dugog impulsa (u normalnom procesu spaljivanja) do nekoliko impulsa tijekom usisnog i kompresijskog takta (u operaciji samozapaljenja). Očito je rekordni tlak ubrizgavanja za benzinski motor također ključni element u formiranju smjese. Međutim, postavlja se logično pitanje - kako će se cijeli skup parametara promijeniti ako i kada prijeći na nižu snagu motora i turbo punjenje, s povećanjem tlaka u cilindrima, kao i s potrebom povećanja udjela goriva ...

Sve se događa brže

Mazdin patent SPCCI dugačak je 44 stranice i navodi da automobil značajan dio vremena radi u načinu automatskog paljenja svjećicom (SPCCI). Upravljanje se temelji na nekoliko tipova načina samozapaljenja SPCCI tijekom njegovog rada - jedan s pretežno siromašnom smjesom, pretežno normalnom smjesom i blago bogatom smjesom. U svim slučajevima konfiguracija ubrizgavanja i vrtloženja stvara slojeve različitog sastava (stratifikacija) koncentrično oko osi, s bogatijom unutarnjom zonom (omjer zraka:goriva oko 14,7-20:1) i siromašnijom vanjskom zonom (35). -50:1). Unutarnji ima dovoljnu "zapaljivost", a vanjski je dosegao gotovo kritičnu temperaturu za samozapaljenje blizu gornje mrtve točke klipa tijekom kompresije. Iskra svjećice inicira paljenje unutarnje zone, pri čemu temperatura i tlak naglo rastu, a to uzrokuje spontano paljenje ostalih u isto vrijeme. Budući da nema fronte bljeska, ono se događa na temperaturama ispod praga za stvaranje dušikovih oksida, čime se njihova prisutnost drastično smanjuje, a slaba homogena smjesa osigurava potpunije izgaranje i vrlo niske razine čestica, ugljičnog monoksida i ugljikovodika.

Ovisno o radnim uvjetima – kao što su srednja brzina i veliko opterećenje, te u svim slučajevima pri velikoj brzini – mehanički kompresor se uključuje kako bi pomogao osigurati više zraka i dodatno iscrpiti smjesu. Iako njegova svrha nije povećanje snage, pridonosi dobrim dinamičkim svojstvima automobila. U patentu se također spominje da bi automobil mogao imati turbopunjač, ​​a logično, niža temperatura ispuha mogla bi omogućiti korištenje turbine varijabilne geometrije. Za sada je, međutim, upravljanje mehaničkim kompresorom s boljim odzivom postalo lakše (pod uvjetom da je takva definicija kompatibilna sa Skyactiv X). Prema Mazdinim inženjerima, korištenje turbopunjača moglo bi doći u kasnijoj fazi.

Važno je napomenuti da su uspjeli stvoriti nešto što nikome nije pošlo za rukom – barem ne u serijskom obliku. Mnogi parametri senzora uspoređuju se s unaprijed postavljenim ponašanjima za odabir načina rada, ali činjenica je da se u praksi znak "SPCCI Mode" prikazuje na Mazdinom zaslonu većinu vremena, čak i pri vrlo niskim i vrlo visokim rasponima okretaja - čak i pri vrlo niskim broj okretaja Mazda3 glatko se kreće u šestoj brzini.

Kako se to događa u stvarnom životu?

Nakon tako dugog teorijskog dijela, konačno je došlo vrijeme da odgovorimo na pitanje – čemu sve to na kraju dovodi u praksi. Poput benzinca, automobil lako preuzima brzinu i brzo reagira. Tijekom testiranja, uključujući uspone i zavoje u Iskarskom klancu, normalan međugradski i autocestovni način rada, Mazda 3 Skyactiv X održava potrošnju u rasponu od oko 5,2 l/100 km. Prosječna potrošnja na testu koju su ostvarili kolege u Njemačkoj je 6,6 l / 100 km, ali to uključuje i brzu vožnju. Na testu štedljive vožnje postižu 5,4 l/100 km, što je 124 g/100 km CO2, što je u rangu s Audijem A3 2.0 TDI, BMW-om 118d i Mercedesom A 200d. Međutim, treba napomenuti da unatoč složenom procesu rada, ovaj stroj ne treba složene tehnologije obrade plina, ali, s druge strane, sustav ubrizgavanja vrlo visokog tlaka povećava njegovu cijenu. S druge strane, mali mehanički kompresor je jeftiniji od turbopunjača, pa bi se trebao pozicionirati kao cijena između dizelskih i benzinskih motora.

Motor je u skladu s dinamičnim karakterom Mazde 3 i dobrim postavkama za ugodnu vožnju zavojima. Upravljač je precizno postavljen, a automobil se drži neutralno, pokazujući tendenciju okretanja stražnjih kotača samo na oštre provokacije. Tome se pridodaje dobra kombinacija sustava pomoći i opreme, koji su kod Mazde dio opreme na raznim razinama. Već smo dovoljno govorili o novom ergonomskom sastavu kontrole. Funkcijama se ne upravlja putem monitora i njima je jednostavno i praktično rukovati. Sve u svemu, interijer ima suptilan osjećaj lakoće i kvalitete koji se prije mnogo godina mogao naći samo u luksuznim modelima. Ukratko – Skyactiv X radi – i stvarno vas pali.