Premi Skyactiv X amb tecnologia de motor automàtic i esportiu

El motor d’última generació de Mazda guanya el premi fundador de mitjans Paul Pietsch

Cada any, l’automòbil i l’esport presenten el premi internacional Paul Pitch a la innovació tecnològica. En un moment en què la mobilitat elèctrica es veu cada vegada més com un substitut d’un motor de combustió interna, el premi Paul Pietsch 2020 s’ha concedit només per aquest motor tèrmic. Tanmateix, té un caràcter avantguardista. Cap altra empresa ha aconseguit la combinació de barrejar-se com un motor de gasolina i autoignicionar-se com un motor dièsel, amb els avantatges dels dos tipus de motors en un model de producció. Aquesta és una ocasió per tornar-vos a explicar com funciona aquest aparell.

Amb la pressió d'injecció de gasolina com en un motor dièsel, encesa de bugies, autoencesa, "λ" que canvia constantment, Skyactiv X és realment una revolució en la indústria de l'automòbil.

El desenvolupament del motor HCCI de Mazda es remunta a més de 30 anys i es basa bàsicament en anàlisis de combustible extremadament profundes en el desenvolupament del motor Wankel. Sobre aquesta base es formen diverses generacions d’enginyers, cosa que crea molts mals de cap i problemes, però també aporta molta experiència.

Va ser a les profunditats del motor rotatiu on es van trobar els primers prototips de màquines amb mescla homogènia i autoencesa. El motor Wankel també serveix com a plataforma per al desenvolupament de diverses tecnologies relacionades amb el turbo: aquest és el RX-7, que introdueix turbocompressors VNT elementals, turbines de doble raig i reabastament en cascada en un motor de gasolina que només utilitzava Porsche.

X-Files

No obstant això, la base directa de l'actual Skyactiv X és la ja provada nova generació de màquines de gasolina Skyactiv G i Skyactiv D. Si observeu les solucions que es presenten en aquests dispositius, inevitablement trobareu que en certa mesura estan "realitzades". “A la nova planta SPCCI, des de l'experiència adquirida a partir de l'anàlisi de les cambres de combustió fins a la turbulència del flux.

Segons aquesta hipòtesi, el Skyactiv X és més eficient que el motor de gasolina 2ZR-FXE impulsat pel Toyota Prius (amb el cicle Atkinson) en un 39%, però Mazda és conscient que aquest punt àlgid no és el més important. La majoria de les vegades el motor funciona a càrrega parcial i l’eficiència mitjana d’un motor de gasolina baixa dràsticament. A causa del fet que en la majoria dels casos Skyactiv X funciona amb una vàlvula de papallona oberta, les pèrdues de la bomba es redueixen significativament i augmenta l’eficiència mitjana. Això, combinat amb l’elevada relació de compressió, resulta en un augment conjunt de l’eficiència.

Un gran èxit per als enginyers de Mazda és el fet que el seu Skyactiv X funciona en un mode homogeni i auto-inflamable en una gamma molt àmplia de velocitats i càrregues. A la pràctica, combina processos utilitzats no només en motors dièsel i gasolina, sinó també similars als utilitzats en motors dièsel i gasolina. Aquest darrer també produeix zones normals i dolentes, però a diferència d’elles, on el procés es produeix completament amb la part frontal del flaix, en el cas de Mazda, la mala barreja s’encén espontàniament amb l’ajut d’una bugia.

Què passa a Skyactiv X? Tots els motors experimentals que funcionen sobre la base del mode HCCI creat fins ara es basen en un control d’auto-ignició molt complex (basat en la calor i la pressió durant la compressió i les reaccions químiques preliminars entre combustible, gasos i aire) amb paràmetres de funcionament inestables que tenen lloc en diversos modes. al funcionament normal del motor. Un motor Mazda sempre utilitza una bugia com a iniciador de combustió. No obstant això, la diferència respecte al funcionament normal d'un motor de gasolina rau en els esdeveniments posteriors. Això fa que la transició a diferents modes sigui molt més equilibrada i aquesta manera de controlar en mode HCCI resulta en un procés estable i estable.

Coses en teoria

Skyactiv X es basa en l’aspirador natural, de quatre cilindres, Skyactiv G de 0,5 litres, que per si mateix és una bona base amb alta eficiència. A més, té un desplaçament de 16,3 litres per cilindre, que és òptim pel que fa a la velocitat dels processos de combustió. Per crear condicions per al funcionament HCCI, la proporció de compressió geomètrica es va augmentar a 1: 95. Per tant, la mescla s’espessa fins a una temperatura propera a la temperatura d’autoignició de la majoria de les fraccions de gasolina amb un nombre mitjà d’octans de XNUMXH i una temperatura normal de funcionament del motor.

A partir de les dades de diversos sensors, entre els quals són clau quatre sensors de pressió a cada cilindre, l'ordinador decideix quin mode de funcionament seleccionar. Aquest últim es determina en funció de diverses zones funcionals, depenent de la velocitat i la càrrega (és a dir, el grau de depressió del pedal de l'accelerador) del motor. Amb l'ajuda d'un mòdul de remolí especial anomenat SCV (incloent una vàlvula especial de control d'aire en un dels ports d'admissió), es crea un flux turbulent intens al voltant de l'eix del cilindre. Depenent de les condicions i basant-se en una comparació de les corbes d'acumulació de pressió de compressió i combustió, així com molts altres paràmetres en "mapes" predefinits, l'injector multiport injecta combustible a pressions properes a les de les primeres generacions de dièsel common rail. sistemes. - de 300 a 1200 bar - en diverses porcions. Això es fa des d'un pols llarg (en un procés normal de flaring) fins a diversos polsos durant la carrera d'admissió i compressió (en operació d'autoencesa). Òbviament, la pressió d'injecció rècord per a un motor de gasolina també és un element clau en la formació de la mescla. Tanmateix, sorgeix una pregunta lògica: com canviarà tot el conjunt de paràmetres si i quan es canvia a una potència més baixa del motor i una sobrealimentació amb un augment de la pressió del cilindre, així com amb la necessitat d'augmentar les porcions de combustible ...

Tot passa més ràpid

La patent SPCCI de Mazda té 44 pàgines i detalla que el cotxe funciona en mode d'encesa automàtica de bugies (SPCCI) durant una part important del temps. El control es basa en diversos tipus de modes d'autoencesa SPCCI durant el seu funcionament: un amb una barreja majoritàriament pobre, una barreja majoritàriament normal i una barreja lleugerament rica. En tots els casos, la configuració d'injecció i remolí crea capes de composició diferent (estratificació) de manera concèntrica al voltant de l'eix, amb una zona interior més rica (proporció aire:combustible aproximadament 14,7-20:1) i una zona exterior més magra (35). -50:1). L'interior té prou "inflamabilitat", i l'exterior ha arribat gairebé a la temperatura crítica per a l'autoencesa prop del punt mort superior del pistó durant la compressió. L'espurna de la bugia inicia l'encesa de la zona interior, fent que la temperatura i la pressió augmentin bruscament, i això fa que les altres s'encenguin espontàniament al mateix temps. Com que no hi ha front de flaix, es produeix a temperatures per sota del llindar de formació d'òxids de nitrogen, la qual cosa redueix dràsticament la presència d'òxids de nitrogen, i una mescla homogènia feble proporciona una combustió més completa i nivells molt baixos de partícules, monòxid de carboni i hidrocarburs.

Depenent de les condicions de funcionament, com ara velocitat mitjana i càrrega elevada, i en tots els casos a alta velocitat, el compressor mecànic s'activa per ajudar a proporcionar més aire i esgotar encara més la mescla. Tot i que la seva finalitat no és augmentar la potència, contribueix a les bones qualitats dinàmiques del cotxe. La patent també esmenta que el cotxe podria ser turboalimentat i, lògicament, la temperatura d'escapament més baixa podria permetre l'ús d'una turbina de geometria variable. De moment, però, el control amb un compressor mecànic més sensible s'ha tornat més fàcil (sempre que aquesta definició sigui compatible amb Skyactiv X). Segons els enginyers de Mazda, l'ús d'un turbocompressor pot arribar en una etapa posterior.

És important tenir en compte que van aconseguir crear alguna cosa que ningú més ha pogut fer, almenys no en forma de sèrie. Molts paràmetres del sensor es comparen amb comportaments preestablerts per a la selecció del mode, però el fet és que a la pràctica el signe "Mode SPCCI" es mostra a la pantalla de Mazda la major part del temps, fins i tot a intervals de revolucions molt baixos i molt alts, fins i tot a molt baixes. rpm Mazda3 es mou sense problemes en sisena marxa.

Com passa això a la vida real?

Després d'una part teòrica tan llarga, per fi ha arribat el moment de respondre la pregunta: a què porta tot això a la pràctica al final? Com la contrapart de gasolina, el cotxe agafa velocitat fàcilment i respon ràpidament. Durant les proves, que inclouen pujades i girs al Congost d'Iskar, en mode normal interurbans i autopista, el Mazda 3 Skyactiv X manté el seu consum en el rang d'uns 5,2 l/100 km. El consum mitjà de prova assolit pels companys a Alemanya és de 6,6 l/100 km, però això també inclou la conducció a alta velocitat. En una prova de conducció econòmica, aconsegueixen 5,4 l/100 km, que són 124 g/100 km de CO2, igual que l'Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d i Mercedes A 200d. Tanmateix, cal tenir en compte que, malgrat el complex procés d'operació, aquesta màquina no necessita tecnologies complexes de tractament de gasos, però, d'altra banda, el sistema d'injecció a molt alta pressió augmenta el seu cost. D'altra banda, un petit compressor mecànic és més econòmic que un turbocompressor, per la qual cosa s'ha de posicionar com a preu entre els motors dièsel i gasolina.

El motor està en harmonia amb el caràcter dinàmic del Mazda 3 i els seus bons ajustos per a unes revoltes agradables. La direcció està dissenyada amb precisió i el cotxe manté un comportament neutre, mostrant una tendència a girar les rodes posteriors només amb provocacions agudes. A això s'afegeix una bona combinació de sistemes d'assistència i equipament, que a Mazda formen part de l'equipament a diferents nivells. Ja hem parlat prou de la nova composició ergonòmica del control. Les funcions no estan controlades pel monitor i són senzilles i còmodes d'operar. En general, l'interior té una sensació subtil de lleugeresa i qualitat que només es trobava en models de luxe fa molts anys. En resum, Skyactiv X funciona, i realment t'encén.