Skyactiv X με βραβείο τεχνολογίας auto motor και sport

Ο υπερσύγχρονος κινητήρας της Mazda κερδίζει το βραβείο ιδρυτή πολυμέσων Paul Pietsch

Κάθε χρόνο τα αυτοκίνητα αυτοκινήτου και τα αθλητικά μέσα παρουσιάζουν το διεθνές βραβείο Paul Pitch για τεχνολογική καινοτομία. Σε μια εποχή που η ηλεκτρική κινητικότητα θεωρείται όλο και περισσότερο ως αντικατάσταση ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης, το βραβείο Paul Pietsch 2020 έχει απονεμηθεί για έναν τέτοιο κινητήρα θερμότητας. Ωστόσο, έχει έναν πρωτοποριακό χαρακτήρα. Καμία άλλη εταιρεία δεν έχει επιτύχει το συνδυασμό ομογενοποίησης όπως σε έναν βενζινοκινητήρα και αυτόματη ανάφλεξη όπως σε έναν κινητήρα ντίζελ, με τα πλεονεκτήματα και των δύο τύπων κινητήρων σε ένα μοντέλο παραγωγής. Αυτή είναι μια ευκαιρία να σας πούμε ξανά για το πώς λειτουργεί αυτή η συσκευή.

Με πίεση ψεκασμού βενζίνης όπως σε κινητήρα ντίζελ, ανάφλεξη από μπουζί, αυτανάφλεξη, «λ» που αλλάζει συνεχώς, το Skyactiv X είναι πραγματικά μια επανάσταση στην αυτοκινητοβιομηχανία.

Η ανάπτυξη κινητήρων της Mazda HCCI ξεκινά πάνω από 30 χρόνια και βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε εξαιρετικά σε βάθος ανάλυση καυσίμου στην ανάπτυξη του κινητήρα Wankel. Αρκετές γενιές μηχανικών εκπαιδεύονται σε αυτή τη βάση, η οποία δημιουργεί πολλούς πονοκεφάλους και προβλήματα, αλλά φέρνει επίσης πολλή εμπειρία.

Στα βάθη του περιστροφικού κινητήρα βρέθηκαν τα πρώτα πρωτότυπα μηχανών με ομοιογενή ανάμειξη και αυτανάφλεξη. Ο κινητήρας Wankel χρησιμεύει επίσης ως πλατφόρμα για την ανάπτυξη διαφόρων τεχνολογιών που σχετίζονται με το turbo - αυτό είναι το RX-7, το οποίο εισάγει στοιχειώδεις στροβιλοσυμπιεστές VNT, στροβίλους διπλού αεραγωγού και ανεφοδιασμό σε έναν βενζινοκινητήρα που χρησιμοποιήθηκε μόνο από την Porsche.

Αρχεία X

Ωστόσο, η άμεση βάση του τρέχοντος Skyactiv X είναι η ήδη δοκιμασμένη νέα γενιά μηχανών βενζίνης Skyactiv G και Skyactiv D. Αν κοιτάξετε τις λύσεις που παρουσιάζονται σε αυτές τις συσκευές, αναπόφευκτα θα διαπιστώσετε ότι σε κάποιο βαθμό έχουν «πραγματοποιηθεί». «Στη νέα μονάδα SPCCI, από την εμπειρία που αποκτήθηκε από την ανάλυση των θαλάμων καύσης έως τις αναταράξεις ροής.

Σύμφωνα με αυτήν την υπόθεση, η απόδοση του Skyactiv X υπερβαίνει την απόδοση του βενζινοκινητήρα 2ZR-FXE που τροφοδοτείται από το Toyota Prius (χρησιμοποιώντας τον κύκλο Atkinson) κατά 39 τοις εκατό, αλλά η ίδια η Mazda γνωρίζει ότι αυτό το μέγιστο σημείο δεν είναι το πιο σημαντικό σημείο. Τις περισσότερες φορές ο κινητήρας λειτουργεί με μερικό φορτίο και η μέση απόδοση ενός βενζινοκινητήρα πέφτει δραματικά. Λόγω του ότι στις περισσότερες περιπτώσεις το Skyactiv X λειτουργεί με ευρεία ανοικτή βαλβίδα πεταλούδας, οι απώλειες της αντλίας μειώνονται σημαντικά και η μέση απόδοση αυξάνεται. Αυτό, σε συνδυασμό με τον υψηλό λόγο συμπίεσης, οδηγεί σε κοινή αύξηση της απόδοσης.

Ένα μεγάλο επίτευγμα για τους μηχανικούς της Mazda είναι το γεγονός ότι το Skyactiv X τους λειτουργεί σε μια ομοιογενή και αυτοαναφλεγόμενη λειτουργία σε ένα πολύ ευρύ φάσμα ταχυτήτων και φορτίων. Στην πράξη, συνδυάζει τις διεργασίες που χρησιμοποιούνται όχι μόνο σε κινητήρες ντίζελ και βενζίνης, αλλά και παρόμοιες με εκείνες σε κινητήρες ντίζελ και βενζινοκινητήρες. Το τελευταίο παράγει επίσης κανονικές και κακές περιοχές, αλλά σε αντίθεση με αυτές, όπου η διαδικασία συμβαίνει εξ ολοκλήρου με το μπροστινό μέρος του φλας, στην περίπτωση του Mazda, το κακό μίγμα αναφλέγεται αυθόρμητα με τη βοήθεια ενός μπουζί.

Τι συμβαίνει στο Skyactiv X; Όλοι οι πειραματικοί κινητήρες που λειτουργούν με βάση τη λειτουργία HCCI που έχουν δημιουργηθεί έως σήμερα βασίζονται σε πολύ περίπλοκο έλεγχο αυτοανάφλεξης (με βάση τη θερμότητα και την πίεση κατά τη συμπίεση και τις προκαταρκτικές χημικές αντιδράσεις μεταξύ καυσίμου, αερίων και αέρα) με ασταθείς παραμέτρους λειτουργίας, περνώντας σε διάφορες λειτουργίες. στην κανονική λειτουργία του κινητήρα. Ένας κινητήρας Mazda χρησιμοποιεί πάντα ένα μπουζί ως εκκινητή καύσης. Ωστόσο, η διαφορά από την κανονική λειτουργία ενός βενζινοκινητήρα έγκειται στα επόμενα γεγονότα. Αυτό καθιστά τη μετάβαση σε διαφορετικούς τρόπους πολύ πιο ισορροπημένη και αυτός ο τρόπος ελέγχου HCCI οδηγεί σε μια σταθερή και σταθερή διαδικασία.

Πράγματα στη θεωρία

Το Skyactiv X βασίζεται στο τετρακύλινδρο Skyactiv G 0,5 λίτρων με τη φυσική αναρρόφηση, το οποίο από μόνο του είναι μια καλή βάση με υψηλή απόδοση. Επιπλέον, έχει μετατόπιση 16,3 λίτρα ανά κύλινδρο, το οποίο είναι βέλτιστο όσον αφορά την ταχύτητα των διαδικασιών καύσης. Για τη δημιουργία συνθηκών λειτουργίας HCCI, ο λόγος της γεωμετρικής συμπίεσης αυξήθηκε σε 1: 95. Έτσι, το μείγμα πυκνώνει σε μια θερμοκρασία κοντά στη θερμοκρασία αυτοανάφλεξης των περισσότερων κλασμάτων βενζίνης με μέσο αριθμό οκτανίου XNUMXΗ και κανονική θερμοκρασία λειτουργίας κινητήρα.

Με βάση δεδομένα από πολλούς αισθητήρες, μεταξύ των οποίων τέσσερις αισθητήρες πίεσης σε κάθε κύλινδρο είναι βασικοί, ο υπολογιστής αποφασίζει ποιον τρόπο λειτουργίας θα επιλέξει. Το τελευταίο καθορίζεται με βάση πολλές λειτουργικές ζώνες, ανάλογα με την ταχύτητα και το φορτίο (με άλλα λόγια, τον βαθμό πίεσης του πεντάλ γκαζιού) του κινητήρα. Με τη βοήθεια μιας ειδικής μονάδας στροβιλισμού που ονομάζεται SCV (συμπεριλαμβανομένης μιας ειδικής βαλβίδας ελέγχου αέρα σε μία από τις θύρες εισαγωγής), δημιουργείται μια έντονη τυρβώδης ροή γύρω από τον άξονα του κυλίνδρου. Ανάλογα με τις συνθήκες και με βάση τη σύγκριση των καμπυλών συσσώρευσης πίεσης συμπίεσης και καύσης, καθώς και πολλών άλλων παραμέτρων σε προκαθορισμένους "χάρτες", ο εγχυτήρας πολλαπλών θυρών ψεκάζει καύσιμο σε πιέσεις που προσεγγίζουν εκείνες των πρώτων γενεών του common rail diesel. συστήματα. - από 300 έως 1200 bar - σε πολλές μερίδες. Αυτό γίνεται από έναν μεγάλο παλμό (σε μια κανονική διεργασία καύσης) σε πολλούς παλμούς κατά τη διάρκεια της διαδρομής εισαγωγής και συμπίεσης (σε λειτουργία αυτανάφλεξης). Προφανώς, το ρεκόρ πίεσης ψεκασμού για έναν βενζινοκινητήρα είναι επίσης βασικό στοιχείο για τον σχηματισμό του μείγματος. Ωστόσο, τίθεται ένα λογικό ερώτημα - πώς θα αλλάξει ολόκληρο το σύνολο παραμέτρων εάν και πότε θα μεταβείτε σε χαμηλότερη ισχύ κινητήρα και υπερσυμπίεση, με αύξηση της πίεσης του κυλίνδρου, καθώς και με την ανάγκη αύξησης των μερίδων καυσίμου ...

Όλα συμβαίνουν γρηγορότερα

Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας SPCCI της Mazda έχει 44 σελίδες και αναφέρει ότι το αυτοκίνητο λειτουργεί σε λειτουργία αυτόματης ανάφλεξης μπουζί (SPCCI) για σημαντικό μέρος του χρόνου. Ο έλεγχος βασίζεται σε διάφορους τύπους τρόπων αυτανάφλεξης SPCCI κατά τη λειτουργία του - ένας με κυρίως φτωχό μείγμα, ένα ως επί το πλείστον κανονικό μείγμα και ένα ελαφρώς πλούσιο μείγμα. Σε όλες τις περιπτώσεις, η διαμόρφωση έγχυσης και στροβιλισμού δημιουργεί στρώματα διαφορετικής σύνθεσης (στρωμάτωση) ομόκεντρα γύρω από τον άξονα, με πλουσιότερη εσωτερική ζώνη (αναλογία αέρα/καυσίμου περίπου 14,7-20:1) και πιο ισχνή εξωτερική ζώνη (35). -50:1). Το εσωτερικό έχει επαρκή «ευφλεκτότητα», και το εξωτερικό έχει φτάσει σχεδόν την κρίσιμη θερμοκρασία για αυτανάφλεξη κοντά στο πάνω νεκρό σημείο του εμβόλου κατά τη συμπίεση. Ο σπινθήρας του μπουζί ενεργοποιεί την ανάφλεξη της εσωτερικής ζώνης, προκαλώντας απότομη αύξηση της θερμοκρασίας και της πίεσης, και αυτό προκαλεί την αυθόρμητη ανάφλεξη των άλλων ταυτόχρονα. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει μέτωπο φλας, συμβαίνει σε θερμοκρασίες κάτω από το όριο για το σχηματισμό οξειδίων του αζώτου, το οποίο μειώνει δραστικά την παρουσία οξειδίων του αζώτου και ένα ασθενές ομοιογενές μείγμα παρέχει πληρέστερη καύση και πολύ χαμηλά επίπεδα σωματιδίων, μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογονάνθρακες.

Ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας – όπως μεσαία ταχύτητα και υψηλό φορτίο, και σε όλες τις περιπτώσεις σε υψηλή ταχύτητα – ο μηχανικός συμπιεστής ενεργοποιείται για να βοηθήσει στην παροχή περισσότερου αέρα και στην περαιτέρω εξάντληση του μείγματος. Αν και σκοπός του δεν είναι να αυξήσει την ισχύ, συμβάλλει στις καλές δυναμικές ιδιότητες του αυτοκινήτου. Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας αναφέρει επίσης ότι το αυτοκίνητο θα μπορούσε να είναι υπερτροφοδοτούμενο και λογικά, η χαμηλότερη θερμοκρασία εξάτμισης θα μπορούσε να επιτρέψει τη χρήση μιας τουρμπίνας μεταβλητής γεωμετρίας. Προς το παρόν, ωστόσο, ο έλεγχος με έναν μηχανικό συμπιεστή με μεγαλύτερη απόκριση έχει γίνει ευκολότερος (υπό την προϋπόθεση ότι ένας τέτοιος ορισμός είναι συμβατός με το Skyactiv X). Σύμφωνα με τους μηχανικούς της Mazda, η χρήση υπερσυμπιεστή μπορεί να έρθει σε μεταγενέστερο στάδιο.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι κατάφεραν να δημιουργήσουν κάτι που κανείς άλλος δεν κατάφερε να κάνει - τουλάχιστον όχι σε σίριαλ. Πολλές παράμετροι αισθητήρα συγκρίνονται με προκαθορισμένες συμπεριφορές για την επιλογή τρόπου λειτουργίας, αλλά το γεγονός είναι ότι στην πράξη το σύμβολο "SPCCI Mode" εμφανίζεται στην οθόνη της Mazda τις περισσότερες φορές, ακόμη και σε πολύ χαμηλές και πολύ υψηλές περιοχές στροφών - ακόμα και σε πολύ χαμηλές rpm Το Mazda3 κινείται ομαλά στην έκτη ταχύτητα.

Πώς συμβαίνει αυτό στην πραγματική ζωή;

Μετά από ένα τόσο μεγάλο θεωρητικό μέρος, ήρθε επιτέλους η ώρα να απαντηθεί το ερώτημα - σε τι οδηγούν τελικά όλα αυτά στην πράξη. Όπως το αντίστοιχο της βενζίνης, το αυτοκίνητο ανεβάζει ταχύτητα εύκολα και ανταποκρίνεται γρήγορα. Κατά τη διάρκεια δοκιμών, συμπεριλαμβανομένων των αναρριχήσεων και των στροφών στο φαράγγι του Iskar, της κανονικής λειτουργίας υπεραστικών και αυτοκινητόδρομων, το Mazda 3 Skyactiv X διατηρεί την κατανάλωσή του στην περιοχή περίπου 5,2 l / 100 km. Η μέση κατανάλωση δοκιμής που πέτυχαν οι συνάδελφοι στη Γερμανία είναι 6,6 l / 100 km, αλλά αυτό περιλαμβάνει και οδήγηση υψηλής ταχύτητας. Σε ένα οικονομικό τεστ οδήγησης, φτάνουν τα 5,4 l/100 km, δηλαδή 124 g/100 km CO2, που ισοδυναμεί με τα Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d και Mercedes A 200d. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι, παρά την πολύπλοκη διαδικασία λειτουργίας, αυτό το μηχάνημα δεν χρειάζεται πολύπλοκες τεχνολογίες επεξεργασίας αερίων, αλλά, από την άλλη πλευρά, το σύστημα έγχυσης πολύ υψηλής πίεσης αυξάνει το κόστος του. Από την άλλη πλευρά, ένας μικρός μηχανικός συμπιεστής είναι φθηνότερος από έναν υπερσυμπιεστή, επομένως θα πρέπει να τοποθετηθεί ως τιμή μεταξύ κινητήρων ντίζελ και βενζίνης.

Ο κινητήρας είναι σε αρμονία με τον δυναμικό χαρακτήρα του Mazda 3 και τις καλές ρυθμίσεις του για ευχάριστες στροφές. Το τιμόνι είναι τοποθετημένο με ακρίβεια και το αυτοκίνητο διατηρεί ουδέτερη συμπεριφορά, δείχνοντας την τάση να στρίβει τους πίσω τροχούς μόνο σε απότομες προκλήσεις. Σε αυτό προστίθεται ένας καλός συνδυασμός συστημάτων υποβοήθησης και εξοπλισμού, που στη Mazda αποτελούν μέρος του εξοπλισμού σε διάφορα επίπεδα. Έχουμε ήδη μιλήσει αρκετά για τη νέα εργονομική σύνθεση του χειριστηρίου. Οι λειτουργίες δεν ελέγχονται από την οθόνη και είναι απλές και εύχρηστες. Συνολικά, το εσωτερικό έχει μια λεπτή αίσθηση ελαφρότητας και ποιότητας που υπήρχε μόνο σε πολυτελή μοντέλα πριν από πολλά χρόνια. Εν ολίγοις - το Skyactiv X λειτουργεί - και σας ενεργοποιεί πραγματικά.