Skyactiv X con motor automático e premio á tecnoloxía deportiva

O motor de punta de Mazda gaña o premio ao fundador de medios Paul Pietsch

Cada ano o motor e o deporte presentan o premio internacional Paul Pitch á innovación tecnolóxica. Nun momento no que a mobilidade eléctrica se ve cada vez máis como un substituto dun motor de combustión interna, o premio Paul Pietsch 2020 outorgouse por tal motor térmico. Non obstante, ten un carácter vangardista. Ningunha outra compañía conseguiu a combinación de mesturar como un motor de gasolina e autoignición como un motor diésel, cos beneficios de ambos tipos de motores nun modelo de produción. Esta é unha ocasión para falarte de novo sobre como funciona este aparello.

Con presión de inxección de gasolina como nun motor diésel, aceso da bujía, autoencendido, "λ" que está en constante cambio, Skyactiv X é verdadeiramente unha revolución na industria do automóbil.

O desenvolvemento do motor HCCI de Mazda remóntase a máis de 30 anos e baséase en gran medida nunha análise de combustible moi profunda no desenvolvemento do motor Wankel. Varias xeracións de enxeñeiros están adestrados nesta base, o que crea moitas dores de cabeza e problemas, pero tamén trae moita experiencia.

Foi nas profundidades do motor rotativo onde se atoparon os primeiros prototipos de máquinas con mestura homoxénea e autoencendido. O motor Wankel tamén serve como plataforma para o desenvolvemento de varias tecnoloxías relacionadas co turbo: este é o RX-7, que introduce turbocompresores VNT elementais, turbinas de dobre chorro e reabastecemento en cascada nun motor de gasolina que só utilizaba Porsche.

X-Files

Non obstante, a base directa do actual Skyactiv X é a xa probada nova xeración de máquinas de gasolina Skyactiv G e Skyactiv D. Se observas as solucións presentadas nestes dispositivos, inevitablemente descubrirás que están ata certo punto "realizadas". “Na nova planta SPCCI, desde a experiencia adquirida coa análise das cámaras de combustión ata as turbulencias do fluxo.

Segundo esta hipótese, a eficiencia do Skyactiv X supera nun 2 por cento a eficiencia do motor de gasolina 39ZR-FXE propulsado polo Toyota Prius (usando o ciclo Atkinson), pero a propia Mazda é consciente de que este punto máximo non é o máis importante punto. A maioría das veces o motor funciona a carga parcial e a eficiencia media dun motor de gasolina baixa dramaticamente. Debido a que na maioría dos casos Skyactiv X funciona cunha válvula de bolboreta aberta, as perdas da bomba redúcense significativamente e aumenta a eficiencia media. Isto, combinado coa alta relación de compresión, resulta nun aumento conxunto da eficiencia.

Un gran logro para os enxeñeiros de Mazda é o feito de que o seu Skyactiv X funciona nun modo homoxéneo e auto-inflamable nunha ampla gama de velocidades e cargas. Na práctica, combina os procesos utilizados non só nos motores diésel e gasolina, senón tamén semellantes aos dos motores diésel de gas e os motores de gasolina de combustión magra. Este último tamén produce zonas normais e malas, pero a diferenza delas, onde o proceso se produce enteiramente coa parte frontal do flash, no caso de Mazda, a mala mestura acéndese espontaneamente coa axuda dunha bujía.

Que pasa en Skyactiv X? Todos os motores experimentais que funcionan sobre a base do modo HCCI creado ata a data baséanse nun control de auto-ignición moi complexo (baseado na calor e na presión durante a compresión e as reaccións químicas preliminares entre combustible, gases e aire) con parámetros de funcionamento inestables que se producen nunha serie de modos. ao funcionamento normal do motor. Un motor Mazda sempre usa unha bujía como iniciador de combustión. Non obstante, a diferenza do funcionamento normal dun motor de gasolina radica nos sucesos posteriores. Isto fai que a transición a diferentes modos sexa moito máis equilibrada e esta forma de controlar no modo HCCI resulta nun proceso estable e estable.

Cousas en teoría

Skyactiv X baséase no aspirador natural de catro cilindros Skyactiv G de 0,5 litros, que en si é unha boa base con alta eficiencia. Ademais, ten un desprazamento de 16,3 litros por cilindro, o que é óptimo en canto á velocidade dos procesos de combustión. Para crear condicións para o funcionamento do HCCI, a proporción de compresión xeométrica aumentou a 1: 95. Así, a mestura engrosa ata unha temperatura próxima á temperatura de autoignición da maioría das fraccións na gasolina cun número medio de octanos de XNUMXH e temperatura de funcionamento normal do motor.

A partir dos datos de varios sensores, entre os que son fundamentais catro sensores de presión en cada cilindro, o ordenador decide que modo de operación seleccionar. Este último determínase en función de varias zonas funcionais, dependendo da velocidade e da carga (noutras palabras, o grao de depresión do pedal do acelerador) do motor. Coa axuda dun módulo de remolino especial chamado SCV (que inclúe unha válvula especial de control de aire nun dos portos de admisión), créase un intenso fluxo turbulento ao redor do eixe do cilindro. Dependendo das condicións e baseándose nunha comparación das curvas de acumulación de presión de compresión e combustión, así como moitos outros parámetros en "mapas" predefinidos, o inxector multipuerto inxecta combustible a presións próximas ás das primeiras xeracións de diesel common rail. sistemas. - de 300 a 1200 bar - en varias porcións. Isto faise desde un pulso longo (nun proceso de queima normal) ata varios pulsos durante a carreira de admisión e compresión (en operación de autoencendido). Obviamente, a presión de inxección récord para un motor de gasolina tamén é un elemento clave na formación da mestura. Non obstante, xorde unha pregunta lóxica: como cambiará todo o conxunto de parámetros se e cando cambiar a potencia do motor e turbocompresor máis baixas, cun aumento da presión do cilindro, así como coa necesidade de aumentar as porcións de combustible ...

Todo pasa máis rápido

A patente SPCCI de Mazda ten 44 páxinas e detalla que o coche funciona en modo de autoencendido da bujía (SPCCI) durante unha parte significativa do tempo. O control baséase en varios tipos de modos de autoencendido SPCCI durante o seu funcionamento: un cunha mestura maioritariamente pobre, unha mestura maioritariamente normal e unha mestura lixeiramente rica. En todos os casos, a configuración de inxección e remolino crea capas de diferente composición (estratificación) concéntricamente ao redor do eixe, cunha zona interior máis rica (proporción aire:combustible aproximadamente 14,7-20:1) e unha zona exterior máis delgada (35). -50:1). O interno ten suficiente "inflamabilidade" e o externo alcanzou case a temperatura crítica para a autoignición preto do punto morto superior do pistón durante a compresión. A faísca da bujía inicia a ignición da zona interior, facendo que a temperatura e a presión aumenten bruscamente, e isto fai que as outras se acendan espontaneamente ao mesmo tempo. Dado que non hai fronte de flash, prodúcese a temperaturas por debaixo do limiar de formación de óxidos de nitróxeno, o que reduce drasticamente a presenza de óxidos de nitróxeno, e unha mestura homoxénea débil proporciona unha combustión máis completa e niveis moi baixos de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos.

Dependendo das condicións de funcionamento, como velocidade media e alta carga, e en todos os casos a alta velocidade, o compresor mecánico entra en funcionamento para axudar a proporcionar máis aire e esgotar aínda máis a mestura. Aínda que a súa finalidade non é aumentar a potencia, contribúe ás boas calidades dinámicas do coche. A patente tamén menciona que o coche podería ser turboalimentado e, loxicamente, a menor temperatura de escape podería permitir o uso dunha turbina de xeometría variable. Por agora, con todo, o control cun compresor mecánico máis sensible fíxose máis sinxelo (sempre que tal definición sexa compatible con Skyactiv X). Segundo os enxeñeiros de Mazda, o uso dun turbocompresor pode chegar nunha fase posterior.

É importante ter en conta que conseguiron crear algo que ninguén puido facer, polo menos non en forma de serie. Moitos parámetros do sensor compáranse con comportamentos predefinidos para a selección do modo, pero o feito é que na práctica o sinal "Modo SPCCI" móstrase na pantalla de Mazda a maior parte do tempo, mesmo a intervalos de revolucións moi baixos e moi altos, mesmo a moi baixos. rpm Mazda3 movendo suavemente en sexta marcha.

Como sucede isto na vida real?

Despois dunha parte teórica tan longa, por fin chegou o momento de responder á pregunta: a que leva todo isto na práctica ao final? Do mesmo xeito que o homólogo de gasolina, o coche colle velocidade con facilidade e responde rapidamente. Durante as probas, que inclúen subidas e xiros no Garganta de Iskar, modo normal interurbano e autoestrada, o Mazda 3 Skyactiv X mantén o seu consumo nun rango duns 5,2 l/100 km. O consumo medio de proba acadado polos compañeiros en Alemaña é de 6,6 l/100 km, pero isto tamén inclúe a condución a alta velocidade. Nunha proba de condución económica, acadan 5,4 l/100 km, o que supón 124 g/100 km de CO2, o que equivale ao Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d e Mercedes A 200d. Non obstante, hai que ter en conta que, a pesar do complexo proceso de operación, esta máquina non precisa de tecnoloxías complexas de tratamento de gases, pero, por outra banda, o sistema de inxección a moi alta presión aumenta o seu custo. Por outra banda, un pequeno compresor mecánico é máis económico que un turbocompresor, polo que debería situarse como prezo entre os motores diésel e de gasolina.

O motor está en harmonía co carácter dinámico do Mazda 3 e a súa boa configuración para tomar curvas agradables. A dirección está disposta con precisión e o coche mantén un comportamento neutral, mostrando unha tendencia a virar as rodas traseiras só ante provocacións bruscas. A isto súmase unha boa mestura de sistemas de asistencia e equipamento, que en Mazda forman parte do equipamento a varios niveis. Xa falamos dabondo da nova composición ergonómica do control. As funcións non están controladas polo monitor e son sinxelas e cómodas de operar. En xeral, o interior ten unha sutil sensación de lixeireza e calidade que só se atopaba nos modelos de luxo hai moitos anos. En resumo, Skyactiv X funciona, e realmente te encende.