Skyactiv X met toekenning vir motor- en sporttegnologie

Mazda se nuutste enjin wen die mediastigter Paul Pietsch-toekenning

Motoriese motor- en sportmedia gee elke jaar die internasionale Paul Pitch-prys vir tegnologiese innovasie. In 'n tyd waarin elektriese mobiliteit toenemend gesien word as 'n plaasvervanger vir 'n binnebrandenjin, word die Paul Pietsch 2020-toekenning toegeken vir net so 'n hitte-enjin. Dit het egter 'n avant-garde karakter. Geen ander onderneming het die kombinasie van vermenging soos 'n petrolenjin en outomatiese aanwending soos 'n dieselenjin bereik nie, met die voordele van albei soorte enjins in 'n produksiemodel. Dit is 'n geleentheid om u weer te vertel oor hoe hierdie apparaat werk.

Met petrol-inspuitdruk soos in 'n dieselenjin, vonkpropontsteking, selfontsteking, "λ" wat voortdurend verander, is Skyactiv X werklik 'n revolusie in die motorbedryf.

Die ontwikkeling van die HCCI-enjin van Mazda strek oor 30 jaar en is grootliks gebaseer op uiters diepgaande brandstofanalise in die ontwikkeling van die Wankel-enjin. Verskeie generasies ingenieurs word op hierdie basis opgelei, wat baie hoofpyn en probleme skep, maar ook baie ervaring meebring.

Dit was in die dieptes van die roterende enjin dat die eerste prototipes van masjiene met homogene vermenging en selfontsteking gevind is. Die Wankel-enjin dien ook as 'n platform vir die ontwikkeling van verskeie turbo-verwante tegnologieë - dit is die RX-7, wat elementêre VNT-turbo-aanjaers, tweestraal-turbines en kaskade-hervulling in 'n petrolenjin bekendstel wat net deur Porsche gebruik is.

Die X-Files

Die direkte basis van die huidige Skyactiv X is egter die reeds bewese nuwe generasie petrolmasjiene Skyactiv G en Skyactiv D. As jy kyk na die oplossings wat in hierdie toestelle aangebied word, sal jy onvermydelik vind dat hulle tot 'n mate "verwerklik" is. “In die nuwe SPCCI-aanleg, uit ervaring wat opgedoen is met die ontleding van verbrandingskamers tot vloeiturbulensie.

Volgens hierdie hipotese oorskry die doeltreffendheid van die Skyactiv X die doeltreffendheid van die 2ZR-FXE-petrolenjin wat deur die Toyota Prius aangedryf word (met behulp van die Atkinson-siklus) met 39 persent, maar Mazda self is daarvan bewus dat hierdie maksimum punt nie die belangrikste is nie punt. Die enjin loop meestal gedeeltelik en die gemiddelde doeltreffendheid van 'n petrolenjin daal dramaties. Omdat Skyactiv X in die meeste gevalle met 'n wyd oop vlinderklep werk, word die pompverliese aansienlik verminder en die gemiddelde doeltreffendheid verhoog. Dit, tesame met die hoë drukverhouding, lei tot 'n gesamentlike toename in doeltreffendheid.

'N Groot prestasie vir Mazda-ingenieurs is die feit dat hul Skyactiv X in 'n baie wye reeks snelhede en vragte in 'n homogene en selfontbrandende modus werk. In die praktyk kombineer dit prosesse wat nie net in diesel- en petrolenjins gebruik word nie, maar ook soortgelyk aan prosesse wat in gas-dieselenjins en lean-burn-petrolenjins gebruik word. Laasgenoemde lewer ook normale en slegte gebiede op, maar in teenstelling met hulle, waar die proses heeltemal aan die voorkant van die flits plaasvind, in die geval van Mazda, ontsteek die slegte mengsel spontaan met behulp van 'n vonkprop.

Wat gaan aan in Skyactiv X? Alle eksperimentele enjins wat werk op grond van die HCCI-modus wat tot dusver geskep is, is gebaseer op 'n baie komplekse selfontstekingsbeheer (gebaseer op hitte en druk tydens kompressie en voorlopige chemiese reaksies tussen brandstof, gasse en lug) met onstabiele werkparameters wat in 'n aantal modusse voorkom. na normale enjinwerking. 'N Mazda-enjin gebruik altyd 'n vonkprop as verbrandingsinisieerder. Die verskil in die normale werking van 'n petrolenjin lê egter in die daaropvolgende gebeure. Dit maak die oorgang na verskillende modusse baie meer gebalanseerd en hierdie manier van HCCI-beheer lei tot 'n stabiele en stabiele proses.

Dinge in teorie

Skyactiv X is gebaseer op die natuurlike aspirasie, viersilinder, 0,5 liter Skyactiv G, wat op sigself 'n goeie basis met hoë doeltreffendheid is. Daarbenewens het dit 'n verplasing van 16,3 liter per silinder, wat optimaal is in terme van die spoed van verbrandingsprosesse. Om omstandighede vir HCCI-werking te skep, is die geometriese kompressieverhouding verhoog tot 1: 95. Die mengsel verdik dus tot 'n temperatuur naby die outo-ontstekingstemperatuur van die meeste breuke in petrol met 'n gemiddelde oktaangetal van XNUMXH en normale enjinwerktemperatuur.

Op grond van data van verskeie sensors, waaronder vier druksensors op elke silinder die sleutel is, besluit die rekenaar watter werkmodus om te kies. Laasgenoemde word bepaal op grond van verskeie funksionele sones, afhangende van die spoed en vrag (met ander woorde, die mate van indruk van die versnellerpedaal) van die enjin. Met die hulp van 'n spesiale wervelmodule genaamd SCV (insluitend 'n spesiale lugbeheerklep in een van die inlaatpoorte), word 'n intense turbulente vloei om die silinder-as geskep. Afhangende van toestande en gebaseer op 'n vergelyking van die kompressie- en verbrandingsdruk-opboukrommes, sowel as baie ander parameters in voorafbepaalde "kaarte", spuit die multipoort-inspuiter brandstof in teen druk wat dié van die eerste generasies gewone spoordiesel nader. stelsels. - van 300 tot 1200 bar - in verskeie porsies. Dit word gedoen van een lang puls (in 'n normale opvlamproses) tot verskeie pulse tydens die inlaat- en kompressieslag (in selfontsteking). Uiteraard is die rekordinspuitdruk vir 'n petrolenjin ook 'n sleutelelement in die vorming van die mengsel. 'n Logiese vraag ontstaan ​​egter - hoe sal die hele stel parameters verander as en wanneer om oor te skakel na laer enjinkrag en turbo-aanjaging, met 'n toename in silinderdruk, sowel as met die behoefte om brandstofgedeeltes te verhoog ...

Alles gebeur vinniger

Mazda se SPCCI-patent is 44 bladsye lank en bevat besonderhede dat die motor vir 'n aansienlike deel van die tyd in vonkprop-outo-ontsteking-modus (SPCCI) loop. Die beheer is gebaseer op verskeie tipes SPCCI-selfontbrandingsmodusse tydens sy werking - een met 'n meestal swak mengsel, 'n meestal normale mengsel en 'n effens ryk mengsel. In alle gevalle skep die inspuiting- en wervelkonfigurasie lae van verskillende samestelling (stratifikasie) konsentries om die as, met 'n ryker binnesone (lug:brandstofverhouding ongeveer 14,7-20:1) en 'n maerder buitenste sone (35). -50:1). Die interne het voldoende "vlambaarheid", en die eksterne het amper die kritieke temperatuur vir selfontbranding bereik naby die boonste dooie middelpunt van die suier tydens kompressie. Die vonk van die vonkprop begin die ontsteking van die binneste sone, wat veroorsaak dat die temperatuur en druk skerp styg, en dit veroorsaak dat die ander terselfdertyd spontaan ontbrand. Aangesien daar geen flitsfront is nie, vind dit plaas by temperature onder die drempel vir die vorming van stikstofoksiede, wat die teenwoordigheid van stikstofoksiede drasties verminder, en 'n swak homogene mengsel sorg vir meer volledige verbranding en baie lae vlakke van deeltjies, koolstofmonoksied en koolwaterstowwe.

Afhangende van bedryfstoestande – soos mediumspoed en hoë vrag, en in alle gevalle teen hoë spoed – skop die meganiese kompressor in om te help om meer lug te verskaf en die mengsel verder uit te put. Hoewel die doel daarvan nie is om krag te verhoog nie, dra dit by tot die goeie dinamiese eienskappe van die motor. Die patent noem ook dat die motor turbo-aangejaag kan word, en logieserwys kan die laer uitlaattemperatuur die gebruik van 'n turbine met veranderlike geometrie toelaat. Vir nou het beheer met 'n meer responsiewe meganiese kompressor egter makliker geword (mits so 'n definisie versoenbaar is met Skyactiv X). Volgens Mazda se ingenieurs kan die gebruik van 'n turbo-aanjaer in 'n later stadium kom.

Dit is belangrik om daarop te let dat hulle daarin geslaag het om iets te skep wat niemand anders kon doen nie – ten minste nie in reeksvorm nie. Baie sensorparameters word vergelyk met voorafbepaalde gedrag vir moduskeuse, maar die feit is dat die "SPCCI Mode"-teken die meeste van die tyd op die Mazda-skerm gewys word, selfs teen baie lae en baie hoë rpm-reekse - selfs teen baie lae rpm Mazda3 beweeg glad in sesde rat.

Hoe gebeur dit in die werklike lewe?

Na so 'n lang teoretiese deel het die tyd uiteindelik aangebreek om die vraag te beantwoord - waartoe lei dit alles uiteindelik in die praktyk. Soos die petrol-eweknie tel die motor maklik spoed op en reageer vinnig. Tydens toetse, insluitende klim en draaie in die Iskar-kloof, normale intercity- en snelwegmodus, behou Mazda 3 Skyactiv X sy verbruik in die reeks van sowat 5,2 l/100 km. Die gemiddelde toetsverbruik wat deur kollegas in Duitsland behaal is, is 6,6 l / 100 km, maar dit sluit ook hoëspoed-ry in. In 'n ekonomiese bestuurstoets behaal hulle 5,4 l/100 km, wat 124 g/100 km CO2 is, wat gelykstaande is aan die Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d en Mercedes A 200d. Daar moet egter op gelet word dat hierdie masjien, ten spyte van die komplekse werkingsproses, nie komplekse gasbehandelingstegnologieë benodig nie, maar aan die ander kant verhoog die baie hoëdruk-inspuitingstelsel die koste daarvan. Aan die ander kant is 'n klein meganiese kompressor goedkoper as 'n turbo-aanjaer, so dit moet as 'n prys tussen diesel- en petrolenjins geposisioneer word.

Die enjin is in harmonie met die dinamiese karakter van die Mazda 3 en sy goeie verstellings vir aangename draaie. Die stuur is presies uitgelê, en die motor handhaaf 'n neutrale houding, wat 'n neiging toon om die agterwiele net by skerp provokasies te draai. Daarby is ’n goeie mengsel van bystandstelsels en toerusting, wat by Mazda op verskeie vlakke deel van die toerusting is. Ons het al genoeg gepraat oor die nuwe ergonomiese samestelling van die beheer. Die funksies word nie deur die monitor beheer nie en is eenvoudig en gerieflik om te gebruik. Oor die algemeen het die binneruim 'n subtiele gevoel van ligtheid en kwaliteit wat baie jare gelede net in luukse modelle gevind is. Kortom - Skyactiv X werk - en dit maak jou regtig aan.