Skyactiv X met onderscheiding voor auto-motor en sporttechnologie

Mazda's ultramoderne motor wint de Media Founder Paul Pietsch Award

Elk jaar reikt auto motor und sport media de internationale Paul Pitch-prijs voor technologische innovatie uit. In een tijd waarin elektrische mobiliteit steeds meer wordt gezien als vervanging van een verbrandingsmotor, is voor zo'n warmtemotor de Paul Pietsch 2020 award uitgereikt. Het heeft echter een avant-gardistisch karakter. Geen enkel ander bedrijf heeft de combinatie van homogenisatie zoals een benzinemotor en zelfontbranding zoals een dieselmotor bereikt, met de voordelen van beide typen motoren in een productiemodel. Dit is een gelegenheid om u nogmaals te vertellen hoe dit apparaat werkt.

Met benzine-injectiedruk zoals in een dieselmotor, bougie-ontsteking, zelfontbranding, "λ" die voortdurend verandert, is Skyactiv X echt een revolutie in de auto-industrie.

Mazda's HCCI-motorontwikkeling gaat meer dan 30 jaar terug en is grotendeels gebaseerd op een zeer diepgaande brandstofanalyse bij de ontwikkeling van de wankelmotor. Op deze basis worden meerdere generaties ingenieurs opgeleid, wat veel kopzorgen en problemen oplevert, maar ook veel ervaring met zich meebrengt.

Het was in de diepten van de rotatiemotor dat de eerste prototypes van machines met homogene menging en zelfontbranding werden gevonden. De wankelmotor dient ook als platform voor de ontwikkeling van verschillende turbogerelateerde technologieën - dit is de RX-7, die elementaire VNT-turbocompressoren, twin-jetturbines en cascade-tanken introduceert in een benzinemotor die alleen door Porsche werd gebruikt.

The X-Files

De directe basis van de huidige Skyactiv X is echter de al bewezen nieuwe generatie benzinemachines Skyactiv G en Skyactiv D. Als je kijkt naar de oplossingen die in deze apparaten worden gepresenteerd, zul je onvermijdelijk merken dat ze tot op zekere hoogte "gerealiseerd" zijn. “In de nieuwe SPCCI-fabriek, van ervaring die is opgedaan met het analyseren van verbrandingskamers tot stromingsturbulentie.

Volgens deze hypothese is de Skyactiv X 2 procent efficiënter dan de 39ZR-FXE benzinemotor aangedreven door de Toyota Prius (met behulp van de Atkinson-cyclus), maar Mazda zelf is zich ervan bewust dat dit hoogtepunt niet het belangrijkste is. Meestal draait de motor op deellast en daalt het gemiddelde rendement van een benzinemotor drastisch. Omdat Skyactiv X in de meeste gevallen werkt met een wijd open vlinderklep, worden pompverliezen aanzienlijk verminderd en wordt het gemiddelde rendement verhoogd. Dit, in combinatie met de hoge compressieverhouding, resulteert in een gezamenlijke verhoging van de efficiëntie.

Een geweldige prestatie voor Mazda-ingenieurs is het feit dat hun Skyactiv X in een homogene en zelfontbrandende modus werkt over een zeer breed scala aan snelheden en belastingen. In de praktijk combineert het de processen die niet alleen in diesel- en benzinemotoren worden gebruikt, maar ook vergelijkbaar met die in gasdieselmotoren en arme benzinemotoren. Dit laatste produceert ook normale en slechte gebieden, maar in tegenstelling tot hen, waar het proces volledig met de voorkant van de flitser plaatsvindt, in het geval van Mazda, ontsteekt het slechte mengsel spontaan met behulp van een bougie.

Wat gebeurt er in Skyactiv X? Alle experimentele motoren die werken op basis van de tot nu toe gecreëerde HCCI-modus zijn gebaseerd op een zeer complexe zelfontbrandingsregeling (op basis van warmte en druk tijdens compressie en voorlopige chemische reacties tussen brandstof, gassen en lucht) met onstabiele bedrijfsparameters die in een aantal modi voorkomen. normale werking van de motor. Een Mazda-motor gebruikt altijd een bougie als verbrandingsinitiator. Het verschil met de normale werking van een benzinemotor zit hem echter in de volgende gebeurtenissen. Dit maakt de overgang naar verschillende modi veel evenwichtiger en deze manier van sturen in HCCI-modus resulteert in een stabiel en stabiel proces.

Dingen in theorie

Skyactiv X is gebaseerd op de atmosferische viercilinder Skyactiv G 0,5 liter, die op zich een goede basis is met een hoog rendement. Daarnaast heeft het een verplaatsing van 16,3 liter per cilinder, wat optimaal is qua snelheid van verbrandingsprocessen. Om condities voor HCCI-werking te creëren, werd de geometrische compressieverhouding verhoogd tot 1: 95. Aldus wordt het mengsel dikker tot een temperatuur dichtbij de zelfontbrandingstemperatuur van de meeste fracties in benzine met een gemiddeld octaangetal van XNUMXH en een normale bedrijfstemperatuur van de motor.

Op basis van gegevens van verschillende sensoren, waarvan vier druksensoren op elke cilinder de sleutel zijn, beslist de computer welke modus moet worden geselecteerd. Dit laatste wordt bepaald aan de hand van verschillende functionele zones, afhankelijk van het toerental en de belasting (ofwel de mate waarin het gaspedaal wordt ingetrapt) van de motor. Met behulp van een speciale wervelmodule genaamd SCV (inclusief een speciale luchtregelklep in een van de inlaatpoorten) wordt een intense turbulente stroming rond de cilinderas gecreëerd. Afhankelijk van de omstandigheden en op basis van een vergelijking van de compressie- en verbrandingsdrukopbouwcurves, evenals vele andere parameters in vooraf gedefinieerde "kaarten", injecteert de meerpoortsinjector brandstof met een druk die die van de eerste generaties common-rail diesel benadert systemen. - van 300 tot 1200 bar - in meerdere porties. Dit gaat van één lange puls (bij een normaal affakkelproces) tot meerdere pulsen tijdens de inlaat- en compressieslag (bij zelfontbranding). Uiteraard is de recordinspuitdruk voor een benzinemotor ook een sleutelelement in de vorming van het mengsel. Er rijst echter een logische vraag: hoe zal de hele reeks parameters veranderen als en wanneer moet worden overgeschakeld op een lager motorvermogen en turbocompressor, met een toename van de cilinderdruk, en met de noodzaak om de brandstofporties te vergroten ...

Alles gaat sneller

Het SPCCI-patent van Mazda is 44 pagina's lang en geeft aan dat de auto een aanzienlijk deel van de tijd in de modus voor automatische ontsteking van de bougie (SPCCI) rijdt. De regeling is gebaseerd op verschillende soorten SPCCI-zelfontbrandingsmodi tijdens de werking - een met een overwegend arm mengsel, een meestal normaal mengsel en een enigszins rijk mengsel. In alle gevallen creëert de injectie- en wervelconfiguratie lagen van verschillende samenstelling (stratificatie) concentrisch rond de as, met een rijkere binnenzone (lucht:brandstofverhouding ongeveer 14,7-20:1) en een slankere buitenzone (35). -50:1). De binnenkant is voldoende "ontvlambaar", en de buitenkant heeft bijna de kritieke temperatuur voor zelfontbranding bereikt nabij het bovenste dode punt van de zuiger tijdens compressie. De vonk van de bougie initieert de ontsteking van de binnenste zone, waardoor de temperatuur en druk sterk stijgen, en hierdoor ontbranden de anderen spontaan. Aangezien er geen flitsfront is, treedt het op bij temperaturen onder de drempel voor de vorming van stikstofoxiden, wat de aanwezigheid van stikstofoxiden drastisch vermindert, en een zwak homogeen mengsel zorgt voor een meer volledige verbranding en zeer lage niveaus van fijnstof, koolmonoxide en koolwaterstoffen.

Afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden – zoals gemiddelde snelheid en hoge belasting, en in alle gevallen bij hoge snelheid – treedt de mechanische compressor in werking om meer lucht aan te voeren en het mengsel verder uit te putten. Hoewel het niet bedoeld is om het vermogen te vergroten, draagt ​​het bij aan de goede dynamische eigenschappen van de auto. Het patent vermeldt ook dat de auto een turbocompressor zou kunnen hebben, en logischerwijs zou de lagere uitlaattemperatuur het gebruik van een turbine met variabele geometrie mogelijk maken. Voor nu is de besturing met een meer responsieve mechanische compressor echter eenvoudiger geworden (mits een dergelijke definitie compatibel is met Skyactiv X). Volgens Mazda-ingenieurs komt het gebruik van een turbocompressor mogelijk in een later stadium.

Het is belangrijk op te merken dat ze erin zijn geslaagd iets te creëren dat niemand anders heeft kunnen doen - althans niet in seriële vorm. Veel sensorparameters worden vergeleken met vooraf ingestelde gedragingen voor modusselectie, maar feit is dat in de praktijk het "SPCCI Mode"-teken meestal op het Mazda-display wordt weergegeven, zelfs bij zeer lage en zeer hoge toerentallen - zelfs bij zeer lage toerentallen. toeren Mazda3 rijdt soepel in de zesde versnelling.

Hoe gebeurt dit in het echte leven?

Na zo'n lang theoretisch gedeelte is het eindelijk tijd om de vraag te beantwoorden - waar leidt dit alles uiteindelijk toe in de praktijk. Net als de benzine-tegenhanger pikt de auto gemakkelijk snelheid op en reageert hij snel. Tijdens tests, inclusief beklimmingen en bochten in de Iskar-kloof, normale intercity- en snelwegmodus, handhaaft de Mazda 3 Skyactiv X zijn verbruik in het bereik van ongeveer 5,2 l / 100 km. Het gemiddelde testverbruik van collega's in Duitsland is 6,6 l/100 km, maar daar hoort ook rijden op hoge snelheid bij. In een zuinige rijtest halen ze 5,4 l/100 km, dat is 124 g/100 km CO2, wat vergelijkbaar is met de Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d en Mercedes A 200d. Er moet echter worden opgemerkt dat deze machine, ondanks het complexe bedieningsproces, geen complexe gasbehandelingstechnologieën nodig heeft, maar aan de andere kant verhoogt het injectiesysteem met zeer hoge druk de kosten. Aan de andere kant is een kleine mechanische compressor goedkoper dan een turbocompressor, dus deze moet als prijs tussen diesel- en benzinemotoren worden gepositioneerd.

De motor is in harmonie met het dynamische karakter van de Mazda 3 en zijn goede instellingen voor aangenaam bochtenwerk. De besturing is nauwkeurig ingedeeld en de auto behoudt een neutrale houding en vertoont alleen de neiging om de achterwielen te laten draaien bij scherpe provocaties. Daarbij komt een goede mix van assistentiesystemen en uitrusting, die bij Mazda op verschillende niveaus deel uitmaken van de uitrusting. Over de nieuwe ergonomische samenstelling van de bediening hebben we het al genoeg gehad. De functies worden niet bestuurd door de monitor en zijn eenvoudig en gemakkelijk te bedienen. Over het algemeen heeft het interieur een subtiel gevoel van lichtheid en kwaliteit dat vele jaren geleden alleen in luxe modellen te vinden was. Kortom - Skyactiv X werkt - en het windt je echt op.