Skyactiv X với giải thưởng công nghệ thể thao động cơ tự động

Động cơ hiện đại của Mazda giành được Giải thưởng Nhà sáng lập Truyền thông Paul Pietsch

Hàng năm, phương tiện truyền thông thể thao ô tô tự động trao giải Paul Pitch quốc tế cho sự đổi mới công nghệ. Vào thời điểm mà điện di động ngày càng được coi là sự thay thế cho động cơ đốt trong, giải thưởng Paul Pietsch 2020 đã được trao cho một động cơ nhiệt như vậy. Tuy nhiên, nó có một nhân vật tiên phong. Không có công ty nào khác đạt được sự kết hợp hòa trộn như động cơ xăng và tính năng tự động như động cơ diesel, với những lợi ích của cả hai loại động cơ trong một mô hình sản xuất. Đây là dịp để kể lại cho bạn nghe về cách thức hoạt động của bộ máy này.

Với áp suất phun xăng như trong động cơ diesel, đánh lửa bằng bugi, tự đánh lửa, "λ" thay đổi liên tục, Skyactiv X thực sự là một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp ô tô.

Quá trình phát triển động cơ HCCI của Mazda đã có hơn 30 năm và phần lớn dựa trên phân tích nhiên liệu cực kỳ chuyên sâu trong quá trình phát triển động cơ Wankel. Nhiều thế hệ kỹ sư được đào tạo trên cơ sở này, điều này tạo ra rất nhiều vấn đề đau đầu, nhưng cũng mang lại nhiều kinh nghiệm.

Chính trong chiều sâu của động cơ quay, những nguyên mẫu đầu tiên của máy có khả năng trộn đồng nhất và tự đánh lửa đã được tìm thấy. Động cơ Wankel cũng đóng vai trò là nền tảng để phát triển các công nghệ khác nhau liên quan đến turbo - đây là RX-7, giới thiệu bộ tăng áp VNT cơ bản, tua-bin phản lực đôi và tiếp nhiên liệu theo tầng trong động cơ xăng chỉ được sử dụng bởi Porsche.

X-Files

Tuy nhiên, cơ sở trực tiếp của Skyactiv X hiện tại là thế hệ máy chạy xăng mới Skyactiv G và Skyactiv D. đã được chứng minh. Nếu bạn xem xét các giải pháp được trình bày trong các thiết bị này, chắc chắn bạn sẽ thấy rằng chúng đã được “hiện thực hóa” ở một mức độ nào đó. “Ở nhà máy SPCCI mới, từ kinh nghiệm thu được từ việc phân tích buồng đốt đối với dòng chảy rối.

Theo giả thuyết này, hiệu suất của Skyactiv X vượt quá hiệu suất của động cơ xăng 2ZR-FXE chạy trên Toyota Prius (sử dụng chu trình Atkinson) tới 39%, nhưng bản thân Mazda cũng nhận thức được rằng điểm tối đa này không phải là quan trọng nhất. chỉ trỏ. Phần lớn thời gian động cơ chạy ở mức tải một phần và hiệu suất trung bình của động cơ xăng giảm đột ngột. Do thực tế là trong hầu hết các trường hợp Skyactiv X hoạt động với van bướm mở rộng, tổn thất máy bơm được giảm đáng kể và tăng hiệu suất trung bình. Điều này, kết hợp với tỷ lệ nén cao, làm tăng hiệu quả của khớp.

Một thành tựu tuyệt vời của các kỹ sư Mazda là Skyactiv X của họ hoạt động ở chế độ đồng nhất và tự cháy trên một phạm vi tốc độ và tải trọng rất rộng. Trong thực tế, nó kết hợp các quá trình được sử dụng không chỉ trong động cơ diesel và động cơ xăng, mà còn tương tự như trong động cơ diesel chạy bằng khí và động cơ xăng đốt cháy. Loại thứ hai cũng tạo ra các khu vực bình thường và xấu, nhưng không giống như chúng, nơi quá trình xảy ra hoàn toàn với phía trước của đèn flash, trong trường hợp của Mazda, hỗn hợp xấu bốc cháy tự phát với sự hỗ trợ của bugi.

Điều gì đang xảy ra trong Skyactiv X? Tất cả các động cơ thử nghiệm hoạt động trên cơ sở chế độ HCCI được tạo ra cho đến nay đều dựa trên điều khiển tự bốc cháy rất phức tạp (dựa trên nhiệt và áp suất trong quá trình nén và các phản ứng hóa học sơ bộ giữa nhiên liệu, khí và không khí) với các thông số vận hành không ổn định, chạy qua một số chế độ. để động cơ hoạt động bình thường. Động cơ Mazda luôn sử dụng bugi làm bộ phận khởi động quá trình đốt cháy. Tuy nhiên, điểm khác biệt so với hoạt động bình thường của động cơ xăng nằm ở các sự kiện tiếp theo. Điều này làm cho quá trình chuyển đổi sang các chế độ khác nhau cân bằng hơn nhiều và cách kiểm soát này trong chế độ HCCI dẫn đến một quá trình ổn định và ổn định.

Những điều trên lý thuyết

Skyactiv X dựa trên Skyactiv G, 0,5 xi-lanh, 16,3 lít, hút khí tự nhiên, bản thân nó là một cơ sở tốt với hiệu suất cao. Ngoài ra, nó có dung tích 1 lít mỗi xi lanh, tối ưu cho tốc độ của quá trình đốt cháy. Để tạo điều kiện cho hoạt động của HCCI, tỷ số nén hình học đã được tăng lên 95: XNUMX. Do đó, hỗn hợp cô đặc đến nhiệt độ gần với nhiệt độ tự nhận của hầu hết các phân đoạn trong xăng với trị số octan trung bình là XNUMXH và nhiệt độ vận hành động cơ bình thường.

Dựa trên dữ liệu từ một số cảm biến, trong đó bốn cảm biến áp suất trên mỗi xi lanh là chìa khóa, máy tính sẽ quyết định chọn chế độ hoạt động nào. Cái sau được xác định trên cơ sở một số vùng chức năng, tùy thuộc vào tốc độ và tải trọng (hay nói cách khác là mức độ nhấn chân ga) của động cơ. Với sự trợ giúp của một mô-đun xoáy đặc biệt gọi là SCV (bao gồm một van điều khiển không khí đặc biệt ở một trong các cổng nạp), một dòng chảy hỗn loạn cường độ cao được tạo ra xung quanh trục xi-lanh. Tùy thuộc vào các điều kiện và dựa trên so sánh các đường cong tích lũy áp suất nén và áp suất đốt cháy, cũng như nhiều thông số khác trong "bản đồ" được xác định trước, vòi phun đa cổng phun nhiên liệu ở áp suất gần bằng áp suất của các thế hệ động cơ diesel common rail đầu tiên các hệ thống. - từ 300 đến 1200 bar - chia thành nhiều phần. Điều này được thực hiện từ một xung dài (trong quá trình đốt cháy thông thường) đến một số xung trong quá trình nạp và nén (trong hoạt động tự đánh lửa). Rõ ràng, áp suất phun kỷ lục đối với động cơ xăng cũng là một yếu tố quan trọng trong việc hình thành hỗn hợp. Tuy nhiên, một câu hỏi hợp lý được đặt ra - toàn bộ bộ thông số sẽ thay đổi như thế nào nếu và khi nào chuyển sang công suất động cơ thấp hơn và tăng áp, với sự gia tăng áp suất xi lanh, cũng như nhu cầu tăng các phần nhiên liệu ...

Mọi thứ diễn ra nhanh hơn

Bằng sáng chế SPCCI của Mazda dài 44 trang và nêu chi tiết rằng chiếc xe chạy ở chế độ tự động đánh lửa bằng bugi (SPCCI) trong một phần đáng kể thời gian. Việc kiểm soát dựa trên một số loại chế độ tự đánh lửa SPCCI trong quá trình hoạt động của nó - một chế độ có hỗn hợp chủ yếu là nghèo, hỗn hợp chủ yếu là bình thường và hỗn hợp hơi giàu. Trong mọi trường hợp, cấu hình phun và xoáy tạo ra các lớp có thành phần khác nhau (phân tầng) đồng tâm xung quanh trục, với vùng bên trong phong phú hơn (tỷ lệ không khí:nhiên liệu khoảng 14,7-20:1) và vùng bên ngoài gầy hơn (35). -50:1). Bên trong có đủ "khả năng bắt lửa" và bên ngoài đã đạt đến nhiệt độ gần như tới hạn để tự bốc cháy gần tâm điểm chết trên cùng của pít-tông trong quá trình nén. Tia lửa của bugi bắt đầu đánh lửa vùng bên trong, làm cho nhiệt độ và áp suất tăng mạnh, và điều này khiến các vùng khác tự bốc cháy cùng lúc. Vì không có mặt trước chớp cháy, nó xảy ra ở nhiệt độ dưới ngưỡng hình thành oxit nitơ, làm giảm đáng kể sự hiện diện của oxit nitơ và hỗn hợp đồng nhất yếu giúp quá trình đốt cháy hoàn toàn hơn và mức độ rất thấp của chất dạng hạt, carbon monoxide và hiđrocacbon.

Tùy thuộc vào điều kiện vận hành – chẳng hạn như tốc độ trung bình và tải trọng cao, và trong mọi trường hợp ở tốc độ cao – máy nén cơ học sẽ khởi động để giúp cung cấp thêm không khí và tiếp tục làm cạn kiệt hỗn hợp. Mặc dù mục đích của nó không phải là tăng sức mạnh, nhưng nó góp phần tạo nên tính năng động tốt cho xe. Bằng sáng chế cũng đề cập rằng chiếc xe có thể được tăng áp và về mặt logic, nhiệt độ khí thải thấp hơn có thể cho phép sử dụng tua-bin hình học thay đổi. Tuy nhiên, hiện tại, việc điều khiển bằng máy nén cơ học nhạy hơn đã trở nên dễ dàng hơn (miễn là định nghĩa như vậy tương thích với Skyactiv X). Theo các kỹ sư của Mazda, việc sử dụng bộ tăng áp có thể đến sau.

Điều quan trọng cần lưu ý là họ đã tạo ra được thứ mà không ai khác có thể làm được - ít nhất là không phải ở dạng nối tiếp. Nhiều thông số cảm biến được so sánh với hành vi cài sẵn để lựa chọn chế độ, nhưng thực tế là trong thực tế, ký hiệu "Chế độ SPCCI" được hiển thị trên màn hình Mazda hầu hết thời gian, ngay cả ở dải vòng tua máy rất thấp và rất cao - ngay cả ở mức rất thấp vòng tua máy Mazda3 chuyển số XNUMX mượt mà.

Làm thế nào điều này xảy ra trong cuộc sống thực?

Sau một phần lý thuyết dài như vậy, cuối cùng cũng đến lúc trả lời câu hỏi - cuối cùng thì tất cả những điều này dẫn đến điều gì trong thực tế. Giống như đối tác xăng, chiếc xe tăng tốc dễ dàng và phản ứng nhanh chóng. Trong các thử nghiệm, bao gồm leo dốc và rẽ ở hẻm núi Iskar, chế độ liên tỉnh và đường cao tốc thông thường, Mazda 3 Skyactiv X duy trì mức tiêu thụ trong khoảng 5,2 l/100 km. Mức tiêu thụ thử nghiệm trung bình mà các đồng nghiệp ở Đức đạt được là 6,6 l / 100 km, nhưng điều này cũng bao gồm cả việc lái xe tốc độ cao. Trong bài kiểm tra lái xe tiết kiệm, họ đạt mức 5,4 l/100 km, tương đương 124 g/100 km CO2, ngang bằng với Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d và Mercedes A 200d. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mặc dù có quy trình vận hành phức tạp nhưng loại máy này không cần đến các công nghệ xử lý khí phức tạp, mặt khác hệ thống phun áp suất rất cao lại làm tăng giá thành của nó. Mặt khác, một máy nén cơ học nhỏ rẻ hơn một bộ tăng áp, vì vậy nó nên được định vị như một mức giá giữa động cơ diesel và xăng.

Động cơ hài hòa với đặc tính năng động của Mazda 3 và các thiết lập tốt để vào cua dễ chịu. Hệ thống lái được bố trí chính xác và chiếc xe duy trì phong thái trung tính, cho thấy xu hướng chỉ quay bánh sau khi có những hành động khiêu khích sắc bén. Thêm vào đó là sự kết hợp tốt giữa các hệ thống và thiết bị hỗ trợ, mà tại Mazda là một phần của thiết bị ở các cấp độ khác nhau. Chúng ta đã nói đủ về thành phần công thái học mới của bộ điều khiển. Các chức năng không được điều khiển bởi màn hình và vận hành đơn giản và thuận tiện. Nhìn chung, nội thất phảng phất cảm giác nhẹ nhàng và chất lượng vốn chỉ thấy ở những mẫu xe sang cách đây nhiều năm. Tóm lại - Skyactiv X hoạt động - và nó thực sự khiến bạn thích thú.