Вход

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Skyactiv X с наградата за технологии на auto motor und sport

07.04.2020 19:54

Авангардният двигател на Mazda получи приза, носещ името на основателя на медията Paul Pietsch Award

Всяка година медията auto motor und sport връчва международната награда за иновативни технологични разработки Paul Pietsch Award. Във времената в които електрическата мобилност все повече се смята за заместител на двигателя с вътрешно горене, призът Paul Pietsch 2020 получи именно подобна топлинна машина. Тя обаче има авангарден характер. Нито една друга компания досега не е постигала комбинацията от хомогенно смесообразуване като в бензинов мотор и самовъзпламеняване като в дизелов с присъщите за двата вид мотори ползи в сериен образец. Това е повод отново да ви разкажем за начина по който този агрегат функционира.       

С налягане на впръскване на бензин като в дизелов мотор, запалване от свещ, самовъзпламеняване, “λ” която варира непрекъснато – Skyactiv X наистина е революция в автомобилостроенето.  

Разработките на Mazda в областта на двигателите HCCI имат над 30-годишна давност и в голяма степен се коренят в изключително дълбокия анализ на горивните процеси при развитието на  ванкеловия двигател. Няколко поколения инженери се обучават върху тази основа, създаваща им много главоболия и предизвикателства, но носеща и много опит.  

Именно в дебрите на роторния двигател могат да бъдат открити първите прототипи на машини с хомогенно смесообразуване и самовъзпламеняване. Ванкеловият мотор служи и като развоен плацдарм за внедряване на различни технологии, свързани с турбопълненето – именно при RX-7 се въвеждат рудиментарни VNT турбокомпресори, двуструйни турбини и каскадно пълнене при бензинов мотор, каквото са използвали единствено от Porsche. 

Досиетата Х 

За директна основа на актуалния Skyactiv X обаче са послужили и вече доказали се машини от ново поколение под формата на бензиновите Skyactiv G и Skyactiv D. Ако се вгледате в решенията въведени в тези агрегати неминуемо ще откриете че те в една или други степен са „имплементирани“ в новия SPCCI агрегат – от опита натрупан при анализа на горивните камери, до завихрянето на потока. 

Според хипотезата коефициентът на полезно действие на Skyactiv X надвишава този на бензиновия мотор 2ZR-FXE задвижващ Toyota Prius (използващ цикъл на Аткинсън) с неговите 39 процента, но от самата Мazda не пропускат да отбележат че тази точка на максимума не е най-важната. В по-голяма част от времето двигателят работи в режими на частично натоварване, а при тях средната ефективност на бензиновия двигател драстично спада. Поради факта че в голяма част от времето Skyactiv X функционира с широко отворена дроселова клапа помпените загуби се намаляват значително, а средният коефициент на полезно действие се увеличава. Това, в съчетание с високата степен на сгъстяване, води до комбинирано нарастване на ефективността.  

Голямото постижение на инженерите от Mazda е фактът че техният Skyactiv X функционира в режим на хомогенно смесоообразуване и самовъзпламеняване в много широк диапазон от обороти и натоварване. На практика той съчетава процеси използвани не само от дизеловия и от бензиновия двигатели, но подобни на тези в газ-дизеловите мотори и бензиновите агрегати с бедни смеси. При последните също се осъществява формиране на нормални и бедни зони, но за разлика от тях, където процесът протича изцяло с факелен фронт, при този на Mazda се осъществява самовъзпламеняване на бедната смес с помощта на запалителната свещ. 

Какво се случва в Skyactiv X? Всички експериментални двигатели функциониращи на базата на режима HCCI създавани досега се основават на много сложен контрол на самовъзпламеняване (на базата на топлината и налягането при сгъстяването и предварителните химически реакции между горивото, газовете и въздуха) с нестабилни параметри на работа, като в редица режими преминават към конвенционална работа на двигателя. Двигателят на Mazda винаги използва свещта като инициатор на горенето. Разликата спрямо конвенционалния режим на работа на бензиновия мотор обаче е в последващите събития. Поради този факт преминаването в различните режими става много по-балансирано, а този начин на контрол в режим HCCI води до устойчив и стабилен процес. 

Нещата на теория 

Skyactiv X е базиран на четирицилиндровия двулитров Skyactiv G с атмосферно пълнене, който сам по себе си е добра основа със своята висока ефективност. Освен това е с работен обем от 0,5 л на цилиндър, оптимален от гледна точка на скоростта на горивните процеси. С цел създаване на условия за работа в HCCI режим геометричната степен на сгъстяване е увеличена до 16,3:1. Така сместа се сгъстява до температурна точка близка на тази на самовъзпламеняване на повечето фракции в бензина при средно октаново число от 95Н и нормална работна температура на двигателя. 

На базата на данните от множество датчици, сред които ключови са четирите датчика за налягането на всеки цилиндър, компютърът решава какъв точно режим на работа да избере. Последният се определя на базата на няколко функционални зони, в зависимост от оборотите и натоварването (другояче казано степента на натискане на педала за газта) на двигателя. С помощта на специфичен модул за завихряне, наречен SCV (включващ  специална регулираща въздуха клапа в единия всмукателен канал) се създава интензивен турбулентен поток около оста на цилиндъра. В зависимост от условията и на базата на сравняването на кривата на нарастване на налягането при сгъстяването и горенето, както и на множество други параметри в предварително зададени „карти“, инжекторът с много отвори впръсква горивото с налягане достигащо това при първите поколения дизелови системи common rail – от 300 до 1200 бара – на няколко порции. Това се осъществява с от един дълъг импулс (при нормален процес на горене с факелен фронт) до няколко импулса, по време на такта на всмукване и сгъстяване (при работа със самовъзпламеняване). Очевидно е че рекордното за бензинов мотор налягане на впръскване също е ключов елемент при формирането на сместа. С това обаче възниква и логичният въпрос – как ще се промени целият комплекс от параметри ако и когато се премине към по-малък обем на двигателя и турбопълнене, с нарастване на налягането в цилиндъра, а също и необходимостта от по-големи порции гориво…  

Всичко става по-бързо

Патентът на Mazda SPCCI е описан на 44 страници и в него е описано че подробно че машината функционира в режим на контролирано от свещта самовъзпламеняване (SPCCI) в значителна част от времето. Управлението се основава на няколко вида режими на самовъзпламеняване SPCCI в хода на работата му – такъв с основно бедна смес, основно нормална смес и леко богата смес. Във всички случаи чрез конфигурацията на впръскването и завихрянето се създават слоеве с различен състав (разслояване) концентрично около оста, с по-богата вътрешна зона (около 14,7-20:1 съотношение въздух:гориво) и по-бедна външна зона (35-50:1). Вътрешната притежава достатъчно „запалимост“, а външната е достигнала почти критичната за самовъзпламеняване температура в близост до горна мъртва точка на буталото в хода на сгъстяването. Искрата на свещта е инициаторът на запалването на вътрешната зона, в резултат от което температурата и налягането рязко нарастват, а това предизвиква самовъзпламеняването на цялата останала част едновременно. Тъй като няма факелен фронт това става при температура под прага на образуване на азотни окиси с които присъствието им драстично намалява, а бедната хомогенна смес осигурява по-пълно горене и много ниско ниво на твърди частици, въглероден окис и въглеводороди.

В зависимост от условията на работа – като например средни оборотни режими и високо натоварване и във всички случаи при високи обороти – се активира и механичният компресор, който спомага за осигуряване на повече въздух и допълнително обедняване на сместа. Въпреки че целта му не е постигане на увеличаване на мощността той има принос за добрите динамични качества на машината. В патента е споменато също че машината може да бъде оборудвана и с турбопълнене, а логично, по-ниската температура на  отработилите газове би могла да позволи използването и на турбина с променлива геометрия. Засега обаче контролът с помощта на по-бързо реагиращият механичен компресор е по-лесен (доколкото подобно определение е съвместимо със Skyactiv X). Използването на турбокомпресор, според инженерите на Mazda може би ще стане да стане на по-късен етап. 

Това което е важно да се спомене е че те са успели да създадат нещо което никой друг засега не съумява – поне не и в сериен вид. Множеството параметри от датчиците се сравняват с предварително зададените модели на поведение за да се избере режимът, но е факт че на практика знакът “SPCCI mode” се изписва на дисплея на Mazda в основната част от времето на работа, дори и при много ниски и много високи оборотни диапазони – дори и при много ниски обороти Mazda3 се движи безпроблемно на шеста предавка.  

Както се случва в реалния живот?

След тази толкова дълга теоретична част е време най-после да си отговорим на въпроса – до какво в края на краищата води всичко това на практика. Като своя бензинов побратим, машината набира обороти с лекота и реагира бързо. В теста включващ изкачвания и завои по Искърското дефиле, нормален междуградски режим и магистрала, Mazda 3 Skyactiv X придържа разхода си в диапазона около 5,2 л/100 км. Средният тестови разход постигнат от колегите в Германия е 6,6 л/100 км, но той включва и високоскоростно шофиране. В теста за икономично шофиране те постигат 5,4 л/100 км, а това са 124 г/100 км CO2, с което се достига нивото на  Audi A3 2.0 TDI, BMW 118d и Mercedes A 200d. Трябва да отбележим обаче че въпреки сложния процес на работа тази машина не се нуждае от сложни технологии за обработка на газовете, но от друга страна системата за впръскване под много високо налягане повишава стойността му. За сметка на това малкият механичен компресор е по-евтин от турбокопресора, така че той трябва да се позиционира като цена между дизеловия и бензиновия мотор.   

Двигателят е в хармония с динамичната природа на Mazda 3 и добрата и настройка за приятно шофиране по завои. Кормилното управление е прецизно композирано и автомобилът запазва неутрално поведение, показвайки склонност към завъртане на задната част едва при остро провокиране. Към това се добавя и добра комбинация от системи за асистенция и оборудване, които при Mazda са части от отделните нива на оборудване. За новата ергономична композиция на управлението вече сме говорили достатъчно. Управлението на функциите не става с помощта на монитора и с него се работи чисто и удобно. Като цяло интериорът радва с финото си усещане за лекота и качество, каквито преди години бяха присъщи само за луксозни модели. С две думи – Skyactiv X работи – и наистина те запалва. 

Текст: Георги Колев   

 

 

 

 

 

 

 

 

Коментари
comments powered by Disqus