Skyactiv X พร้อมรางวัล auto motor und sport technology
Содержание
เครื่องยนต์ที่ล้ำสมัยของ Mazda ได้รับรางวัล Media Founder Paul Pietsch Award
ทุกปีสื่อ auto motor und sport จะมอบรางวัล Paul Pitch ระดับนานาชาติสำหรับนวัตกรรมทางเทคโนโลยี ในช่วงเวลาที่ความคล่องตัวไฟฟ้าถูกมองว่ามาแทนที่เครื่องยนต์สันดาปภายในมากขึ้นเรื่อย ๆ รางวัล Paul Pietsch 2020 ได้รับรางวัลสำหรับเครื่องยนต์ความร้อนเช่นนี้ อย่างไรก็ตามมันมีตัวละครที่เปรี้ยวจี๊ด ไม่มี บริษัท อื่นใดประสบความสำเร็จในการผสมผสานการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันเช่นเครื่องยนต์เบนซินและการจุดระเบิดในตัวเองเหมือนเครื่องยนต์ดีเซลโดยมีประโยชน์ของเครื่องยนต์ทั้งสองประเภทในรูปแบบการผลิต นี่เป็นโอกาสที่จะบอกคุณอีกครั้งเกี่ยวกับวิธีการทำงานของอุปกรณ์นี้
ด้วยแรงดันการฉีดน้ำมันเหมือนในเครื่องยนต์ดีเซล การจุดระเบิดด้วยหัวเทียน การจุดระเบิดด้วยตัวเอง "λ" ที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา Skyactiv X จึงเป็นการปฏิวัติในอุตสาหกรรมยานยนต์อย่างแท้จริง
การพัฒนาเครื่องยนต์ HCCI ของ Mazda ย้อนกลับไปกว่า 30 ปีและส่วนใหญ่มาจากการวิเคราะห์เชื้อเพลิงเชิงลึกในการพัฒนาเครื่องยนต์ Wankel วิศวกรหลายรุ่นได้รับการฝึกฝนบนพื้นฐานนี้ซึ่งสร้างความปวดหัวและปัญหามากมาย แต่ยังนำประสบการณ์มากมายมาให้
ในส่วนลึกของเครื่องยนต์โรตารีนั้นพบต้นแบบเครื่องแรกที่มีการผสมเป็นเนื้อเดียวกันและการจุดระเบิดด้วยตัวเอง เครื่องยนต์ Wankel ยังทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับเทอร์โบ - นี่คือ RX-7 ซึ่งแนะนำเทอร์โบชาร์จเจอร์ VNT ระดับประถมศึกษา กังหันไอพ่นคู่ และการเติมเชื้อเพลิงแบบเรียงซ้อนในเครื่องยนต์เบนซินที่ใช้โดยปอร์เช่เท่านั้น
X-Files
อย่างไรก็ตาม พื้นฐานโดยตรงของ Skyactiv X ในปัจจุบันคือเครื่องเบนซินรุ่นใหม่ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วคือ Skyactiv G และ Skyactiv D หากคุณดูโซลูชันที่นำเสนอในอุปกรณ์เหล่านี้ คุณจะพบว่าพวกเขา "รับรู้" ในระดับหนึ่งอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ “ในโรงงานแห่งใหม่ของ SPCCI จากประสบการณ์ที่ได้รับจากการวิเคราะห์ห้องเผาไหม้ไปจนถึงความปั่นป่วนของการไหล
ตามสมมติฐานนี้ ประสิทธิภาพของ Skyactiv X นั้นเหนือกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เบนซิน 2ZR-FXE ที่ขับเคลื่อนโดย Toyota Prius (โดยใช้วงจร Atkinson) ถึง 39 เปอร์เซ็นต์ แต่ Mazda เองก็ตระหนักดีว่าจุดสูงสุดนี้ไม่สำคัญ จุด. โดยส่วนใหญ่แล้วเครื่องยนต์จะทำงานที่โหลดบางส่วนและประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยของเครื่องยนต์เบนซินจะลดลงอย่างมาก เนื่องจากในกรณีส่วนใหญ่ Skyactiv X ทำงานโดยใช้วาล์วปีกผีเสื้อแบบเปิดกว้าง การสูญเสียปั๊มจะลดลงอย่างมากและประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยเพิ่มขึ้น เมื่อรวมกับอัตราการบีบอัดที่สูงแล้ว ส่งผลให้ข้อต่อมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น
ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่สำหรับวิศวกรของ Mazda คือความจริงที่ว่า Skyactiv X ของพวกเขาทำงานในโหมดที่เป็นเนื้อเดียวกันและจุดระเบิดได้เองในช่วงความเร็วและโหลดที่หลากหลาย ในทางปฏิบัติจะรวมกระบวนการที่ใช้ไม่เพียง แต่ในเครื่องยนต์ดีเซลและเบนซินเท่านั้น แต่ยังคล้ายกับในเครื่องยนต์ดีเซลและเครื่องยนต์เบนซินแบบลีนเผา หลังยังก่อให้เกิดพื้นที่ปกติและไม่ดี แต่แตกต่างตรงที่กระบวนการเกิดขึ้นโดยสิ้นเชิงกับด้านหน้าของแฟลชในกรณีของ Mazda ส่วนผสมที่ไม่ดีจะติดไฟได้เองโดยใช้หัวเทียน
เกิดอะไรขึ้นใน Skyactiv X เครื่องยนต์ทดลองทั้งหมดที่ทำงานบนพื้นฐานของโหมด HCCI ที่สร้างขึ้นจนถึงปัจจุบันนั้นขึ้นอยู่กับการควบคุมการจุดระเบิดด้วยตัวเองที่ซับซ้อนมาก (ขึ้นอยู่กับความร้อนและความดันระหว่างการบีบอัดและปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้นระหว่างเชื้อเพลิงก๊าซและอากาศ) ด้วยพารามิเตอร์การทำงานที่ไม่คงที่ซึ่งเกิดขึ้นในหลายโหมด สู่การทำงานของเครื่องยนต์ปกติ เครื่องยนต์ Mazda มักใช้หัวเทียนเป็นตัวเริ่มต้นการเผาไหม้ อย่างไรก็ตามความแตกต่างจากการทำงานปกติของเครื่องยนต์เบนซินอยู่ในเหตุการณ์ที่ตามมา ทำให้การเปลี่ยนไปใช้โหมดต่างๆมีความสมดุลมากขึ้นและวิธีการควบคุมในโหมด HCCI นี้ส่งผลให้กระบวนการทำงานมีเสถียรภาพและมีเสถียรภาพ
สิ่งต่างๆในทางทฤษฎี
Skyactiv X มีพื้นฐานมาจาก Skyactiv G 0,5 ลิตรสี่สูบที่ดูดซึมตามธรรมชาติซึ่งในตัวมันเองเป็นพื้นฐานที่ดีและมีประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ยังมีการกระจัด 16,3 ลิตรต่อกระบอกสูบซึ่งเหมาะสมที่สุดในแง่ของความเร็วของกระบวนการเผาไหม้ ในการสร้างเงื่อนไขสำหรับการทำงานของ HCCI อัตราส่วนการบีบอัดทางเรขาคณิตจึงเพิ่มขึ้นเป็น 1: 95 ดังนั้นส่วนผสมจึงข้นจนมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิการสลายตัวของเศษส่วนส่วนใหญ่ในน้ำมันเบนซินโดยมีค่าออกเทนเฉลี่ย XNUMXH และอุณหภูมิในการทำงานของเครื่องยนต์ปกติ
โดยอาศัยข้อมูลจากเซ็นเซอร์หลายตัว โดยเซ็นเซอร์ความดันสี่ตัวในแต่ละกระบอกสูบเป็นกุญแจสำคัญ คอมพิวเตอร์จะตัดสินใจว่าจะเลือกโหมดการทำงานใด หลังถูกกำหนดบนพื้นฐานของโซนการทำงานที่หลากหลายขึ้นอยู่กับความเร็วและภาระ (กล่าวคือระดับความกดของคันเร่ง) ของเครื่องยนต์ ด้วยความช่วยเหลือของโมดูลหมุนวนพิเศษที่เรียกว่า SCV (รวมถึงวาล์วควบคุมอากาศพิเศษในหนึ่งในพอร์ตไอดี) การไหลปั่นป่วนอย่างรุนแรงจะถูกสร้างขึ้นรอบแกนกระบอกสูบ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขและจากการเปรียบเทียบเส้นโค้งการสร้างแรงดันการบีบอัดและการเผาไหม้ ตลอดจนพารามิเตอร์อื่นๆ อีกมากมายใน "แผนที่" ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า หัวฉีดหลายพอร์ตจะฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงที่แรงดันใกล้เคียงกับเครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรลรุ่นแรก ระบบ - ตั้งแต่ 300 ถึง 1200 บาร์ - ในหลายส่วน สิ่งนี้ทำจากพัลส์ยาวหนึ่งจังหวะ (ในกระบวนการลุกวาบปกติ) ไปจนถึงหลายพัลส์ระหว่างไอดีและจังหวะการอัด (ในการจุดระเบิดด้วยตัวเอง) เห็นได้ชัดว่า แรงดันการฉีดที่บันทึกไว้สำหรับเครื่องยนต์เบนซินก็เป็นองค์ประกอบสำคัญในการก่อตัวของส่วนผสมเช่นกัน อย่างไรก็ตามมีคำถามเชิงตรรกะเกิดขึ้น - พารามิเตอร์ทั้งชุดจะเปลี่ยนไปอย่างไรและเมื่อใดที่จะเปลี่ยนไปใช้กำลังเครื่องยนต์ที่ลดลงและเทอร์โบชาร์จเจอร์โดยมีแรงดันกระบอกสูบเพิ่มขึ้นรวมถึงความจำเป็นในการเพิ่มส่วนเชื้อเพลิง ...
ทุกอย่างเกิดขึ้นเร็วขึ้น
สิทธิบัตร SPCCI ของ Mazda มีความยาว 44 หน้าและให้รายละเอียดว่ารถทำงานในโหมดการจุดระเบิดอัตโนมัติด้วยหัวเทียน (SPCCI) เป็นระยะเวลานาน การควบคุมขึ้นอยู่กับโหมดการจุดระเบิดด้วยตนเองของ SPCCI หลายประเภทในระหว่างการทำงาน - โหมดหนึ่งที่มีส่วนผสมที่แย่เป็นส่วนใหญ่ ส่วนผสมส่วนใหญ่ปกติ และส่วนผสมที่เข้มข้นเล็กน้อย ในทุกกรณี การกำหนดค่าการฉีดและหมุนวนจะสร้างชั้นขององค์ประกอบต่างๆ (การแบ่งชั้น) ที่ศูนย์กลางรอบแกน โดยมีโซนด้านในที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น (อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงประมาณ 14,7-20:1) และโซนด้านนอกที่บางลง (35) -50:1). ภายในมี "ความสามารถในการติดไฟ" เพียงพอ และภายนอกมีอุณหภูมิเกือบถึงระดับวิกฤตสำหรับการจุดระเบิดเองใกล้กับจุดศูนย์กลางตายบนของลูกสูบระหว่างการบีบอัด ประกายไฟของหัวเทียนจะเริ่มต้นการจุดระเบิดของโซนด้านใน ทำให้อุณหภูมิและความดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และสิ่งนี้ทำให้ส่วนอื่น ๆ ติดไฟได้เองในเวลาเดียวกัน เนื่องจากไม่มีแฟลชด้านหน้า จึงเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าเกณฑ์สำหรับการก่อตัวของไนโตรเจนออกไซด์ ซึ่งช่วยลดการมีอยู่ของไนโตรเจนออกไซด์ได้อย่างมาก และส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างอ่อนช่วยให้การเผาไหม้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น และระดับของอนุภาค คาร์บอนมอนอกไซด์ และคาร์บอนมอนอกไซด์ในระดับต่ำมาก ไฮโดรคาร์บอน
ขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งาน เช่น ความเร็วปานกลางและโหลดสูง และในทุกกรณีที่ความเร็วสูง คอมเพรสเซอร์เชิงกลจะเริ่มทำงานเพื่อช่วยให้มีอากาศมากขึ้นและทำให้ส่วนผสมหมดลงมากขึ้น แม้ว่าจุดประสงค์จะไม่ใช่เพื่อเพิ่มกำลัง แต่ก็มีส่วนช่วยให้รถมีคุณภาพไดนามิกที่ดี สิทธิบัตรยังระบุว่ารถสามารถเทอร์โบชาร์จได้ และตามเหตุผลแล้ว อุณหภูมิไอเสียที่ต่ำกว่าอาจอนุญาตให้ใช้กังหันรูปทรงเรขาคณิตแบบแปรผันได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับตอนนี้ การควบคุมด้วยคอมเพรสเซอร์เชิงกลที่ตอบสนองได้ดีขึ้นนั้นกลายเป็นเรื่องง่าย (หากคำจำกัดความดังกล่าวเข้ากันได้กับ Skyactiv X) ตามที่วิศวกรของ Mazda กล่าวว่า การใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์อาจเกิดขึ้นในภายหลัง
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าพวกเขาสามารถสร้างสิ่งที่ไม่มีใครสามารถทำได้ - อย่างน้อยก็ไม่อยู่ในรูปแบบอนุกรม พารามิเตอร์ของเซ็นเซอร์หลายตัวถูกนำไปเปรียบเทียบกับลักษณะการทำงานที่ตั้งไว้ล่วงหน้าสำหรับการเลือกโหมด แต่ความจริงก็คือว่าในทางปฏิบัติแล้ว เครื่องหมาย "โหมด SPCCI" จะแสดงบนจอแสดงผลของ Mazda เกือบตลอดเวลา แม้ในช่วงรอบต่ำและสูงมากๆ แม้แต่ในช่วงที่ต่ำมาก รอบต่อนาที Mazda3 เข้าเกียร์หกได้อย่างนุ่มนวล
สิ่งนี้เกิดขึ้นในชีวิตจริงได้อย่างไร?
หลังจากส่วนทางทฤษฎีที่ยาวนานดังกล่าว ในที่สุดก็ได้เวลาตอบคำถาม - ทั้งหมดนี้นำไปสู่อะไรในทางปฏิบัติในท้ายที่สุด เช่นเดียวกับเครื่องยนต์เบนซิน รถรับความเร็วได้ง่ายและตอบสนองอย่างรวดเร็ว ระหว่างการทดสอบ รวมถึงการปีนขึ้นและเลี้ยวใน Iskar Gorge โหมดระหว่างเมืองปกติและทางหลวง Mazda 3 Skyactiv X รักษาอัตราสิ้นเปลืองไว้ที่ประมาณ 5,2 ลิตร / 100 กม. อัตราสิ้นเปลืองในการทดสอบโดยเฉลี่ยที่เพื่อนร่วมงานในเยอรมนีทำได้คือ 6,6 ลิตร / 100 กม. แต่ยังรวมถึงการขับขี่ด้วยความเร็วสูงด้วย ในการทดสอบการขับขี่แบบประหยัด พวกเขาทำได้ 5,4 ลิตร/100 กม. ซึ่งเท่ากับ 124 กรัม/100 กม. CO2 ซึ่งเทียบเท่ากับ Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d และ Mercedes A 200d อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าแม้จะมีขั้นตอนการทำงานที่ซับซ้อน เครื่องนี้ไม่ต้องการเทคโนโลยีการบำบัดก๊าซที่ซับซ้อน แต่ในทางกลับกัน ระบบฉีดแรงดันสูงจะเพิ่มต้นทุน ในทางกลับกัน คอมเพรสเซอร์เชิงกลขนาดเล็กมีราคาถูกกว่าเทอร์โบชาร์จเจอร์ ดังนั้นควรวางตำแหน่งราคาไว้ระหว่างเครื่องยนต์ดีเซลและเบนซิน
เครื่องยนต์มีความกลมกลืนกับลักษณะไดนามิกของ Mazda 3 และการตั้งค่าที่ดีสำหรับการเข้าโค้งที่น่าพอใจ พวงมาลัยถูกวางอย่างแม่นยำ และรถยังคงรักษาท่าทางที่เป็นกลาง โดยแสดงแนวโน้มที่จะหมุนล้อหลังเมื่อมีสิ่งยั่วยุที่แหลมคมเท่านั้น นอกจากนี้ ยังมีการผสมผสานที่ดีของระบบช่วยเหลือและอุปกรณ์ ซึ่ง Mazda เป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ในระดับต่างๆ เราได้พูดคุยกันมากพอแล้วเกี่ยวกับองค์ประกอบตามหลักสรีรศาสตร์ของส่วนควบคุม ฟังก์ชั่นนี้ไม่ได้ถูกควบคุมโดยจอภาพและใช้งานง่ายและสะดวก โดยรวมแล้วการตกแต่งภายในให้ความรู้สึกเบาและมีคุณภาพซึ่งพบได้เฉพาะในรุ่นหรูหราเมื่อหลายปีก่อนเท่านั้น พูดสั้นๆ ว่า Skyactiv X ใช้งานได้ และมันทำให้คุณรู้สึกตื่นเต้น
