Във време, когато почти цялата индустрия изглежда е решена да ограничи двигателя с вътрешно горене до учебниците по история, Mazda върви… против зърното! с удоволствие.
Това не е първият път, когато Mazda го прави, и последният път е правилно. Ще се повтори ли същото? Японците вярват в това.
Решението да продължим да залагаме на двигатели с вътрешно горене беше обявено миналата година чрез новото поколение двигатели SKYACTIV-X. И имахме възможността да изпитаме този нов двигател SKYACTIV-X, на живо и в цвят, преди официалното му идване на пазара през 2019 г.
Ето защо посещавате Reason Automotive всеки ден, нали?
Приготви се! Статията ще бъде дълга и техническа. Ако стигнете до края, ще получите компенсация...
Двигател с вътрешно горене? А електрическите?
Бъдещето е електрическо и служителите на Mazda също са съгласни с това твърдение. Но те не са съгласни с прогнозите, които дават на двигателя с вътрешно горене „мъртъв“… вчера!
Ключовата дума тук е „бъдеще“. Докато 100% електрическата кола не стане новото „нормално“, преходът към световна електрическа мобилност ще отнеме десетилетия. Освен това, производството на електроенергия от възобновяеми източници също ще трябва да нараства, така че обещанието за нулеви емисии от електрически автомобили да не е фалшиво.
Междувременно „старият“ двигател с вътрешно горене ще бъде един от основните двигатели за намаляване на емисиите на CO2 в краткосрочен и средносрочен план – той ще продължи да бъде най-разпространеният тип двигател за десетилетия напред. И затова трябва да продължим да го подобряваме. Mazda пое мисията си да извлече възможно най-голяма ефективност от двигателя с вътрешно горене в преследване на по-ниски емисии.
„Отдаден на принципа на правилното решение в точното време“, както казва Mazda, води марката в постоянно търсене на най-доброто решение – не това, което изглежда най-добре на хартия, а това, което работи в реалния свят . Именно в този контекст възниква SKYACTIV-X, неговият иновативен и дори революционен двигател с вътрешно горене.
Защо революционен?
Просто защото SKYACTIV-X е първият бензинов двигател, способен на компресионно запалване — точно като дизеловите двигатели... е, почти като дизеловите двигатели, но ние сме на път.
Запалването чрез сгъстяване - тоест сместа въздух/гориво означава моментално, без запалителна свещ, когато се компресира от буталото - в бензиновите двигатели е един от „свещения граал“, преследван от инженерите. Това е така, защото запалването чрез компресия е по-желателно: той е много по-бърз, незабавно изгаря цялото гориво в горивната камера, което ви позволява да извършвате повече работа със същото количество енергия, което води до по-голяма ефективност.
По-бързото горене също така позволява по-слаба смес въздух/гориво в горивната камера, тоест количество въздух, много по-голямо от това на горивото. Предимствата са лесни за разбиране: изгарянето се извършва при по-ниски температури, което води до по-малко NOx (азотни оксиди) и има по-малко загуба на енергия по време на загряване на двигателя.
Проблемите
Но запалването чрез компресия в бензина не е лесно - не че не е изпробвано от други строители през последните десетилетия, но никой не е измислил жизнеспособно решение, което би могло да се комерсиализира.Хомогенно зареждане с компресионно запалване (HCCI), основната концепция за запалване чрез компресия, досега се постига само при ниски обороти на двигателя и при ниско натоварване, така че по практически причини все още е необходимо искрово запалване (свещ). . Другият голям проблем е контролира кога възникне компресионно запалване.
Следователно предизвикателството е да можем да превключваме между двата типа запалване по хармоничен начин, което принуди Mazda да подобри и контролира различните фактори, които позволяват компресионно запалване на бензин и смес на бедна смес.
Решението
Моментът „еврика“ — или е моментът, в който е имало искра? ba dum tss... — което направи възможно решаването на тези проблеми, се случи, когато инженерите на Mazda оспориха конвенционалната идея, че горенето чрез компресия не изисква запалителни свещи: „ако преходът между различните режими на горене е труден, първо ли е, наистина ли трябва да направим този преход?" Тук лежи основата на системата SPCCI — Spark-контролирано компресионно запалване.
С други думи, дори за горене чрез компресия, Mazda използва запалителни свещи, позволяващи плавен преход между горене чрез компресия и горене на искри. Но ако използвате свещ може ли все пак да се нарече компресионно горене?
Разбира се! Това е така, защото запалителната свещ служи преди всичко като контролен механизъм, когато се извършва горене чрез компресия. С други думи, красотата на SPCCI е, че използва методологията на горене на дизелов двигател с методологията за синхронизиране на бензинов двигател със свещ. Може ли да пляскаме с ръце? Ние можем!
Целта
Двигателят е проектиран по такъв начин, че да създаде необходимите условия за температура и налягане в горивната камера, до точката, в която сместа въздух/гориво е много бедна, 37:1, около 2,5 пъти повече, отколкото при конвенционален бензинов двигател — останете на ръба на запалването в горната мъртва точка. Но искрата от запалителната свещ е тази, която стартира процеса.
Това означава малка, по-богата смес въздух/гориво (29:1), инжектирана на по-късен етап, което води до огнено кълбо. Това допълнително повишава налягането и температурата в горивната камера, така че бедната смес, вече близо до точката, където е готова да детонира, не се съпротивлява и се запалва почти мигновено.
Това управление на запалването ме смущава. Mazda е в състояние да направи това при над 5000 оборота в минута и в началото дори не мога да запаля барбекюто...
Решение, което сега изглежда толкова очевидно, но изискваше нови "трикове":
- горивото трябва да се впръсква в две различни моменти, едното за бедната смес, която ще бъде компресирана, а другата за малко по-богатата смес, която ще се запали от свещта.
- системата за впръскване на гориво трябва да има супер високо налягане, за да позволи бързо изпаряване и пулверизиране на горивото, разпръсквайки го незабавно в цилиндъра, минимизирайки времето за компресия
- всички бутилки имат сензор за налягане, който постоянно следи гореспоменатите контроли, компенсирайки в реално време всякакви отклонения от предвидените ефекти.
- използването на компресор — е основната съставка за поддържане на висока компресия, тъй като SKYACTIV-X използва цикъла на Милър, който понижава компресията, позволявайки желаната постна смес. Допълнителната мощност и въртящ момент са желано последствие.
Задна част
Ползи
Системата SPCCI позволява разширяване на горенето чрез компресия в много по-широк диапазон от режими, следователно по-голяма ефективност при повече сценарии на използване. В сравнение със сегашния SKYACTIV-G, марката обещава по-ниска консумация между 20 до 30% в зависимост от употребата . Марката казва, че SKYACTIV-X може дори да съответства и дори да надхвърли икономията на гориво на собствения си дизелов двигател SKYACTIV-D.
Компресорът позволява по-високо входящо налягане, осигурявайки по-добра производителност и отзивчивост на двигателя. По-голямата ефективност в по-широк диапазон от обороти също ви позволява да работите при по-високи обороти, където има повече налична мощност и реакцията на двигателя е по-добра.
Въпреки сложността на операцията, постоянната употреба на свещта, интересно, е позволила по-опростен дизайн - не е необходимо променливо разпределение или променлива степен на компресия - и по-добре, този двигател работи с 95 бензин , тъй като по-малко октан е по-добър за запалване чрез компресия.
Накрая зад волана
Текстът вече е много дълъг, но е необходим. Важно е да разберете защо се шуми целият този двигател — това наистина е забележителен напредък, когато става въпрос за двигатели с вътрешно горене. Ще трябва да изчакаме до 2019 г., за да проверим всички твърдения на Mazda за него, но като се има предвид това, което е обещано и демонстрирано със SKYACTIV-G, очакванията са големи за SKYACTIV-X да изпълни всичко, което обещава да направи.
За щастие вече имахме възможност за ранен тест. Беше предвиден динамичен контакт с прототипи, оборудвани със SKYACTIV-X, скрити под познатата каросерия на Mazda3, въпреки че нямаше почти нищо общо с познатата Mazda3 — също така базовата архитектура под каросерията вече е второ поколение.
SKYACTIV също е синоним на нови решения за платформа/структура/тяло. Това ново поколение обещава по-голяма твърдост на усукване, по-ниски нива на шум, вибрации и грубост (NVH - шум, вибрации и грубост) и дори са разработени нови седалки, обещаващи по-естествена стойка, която ще позволи по-високи нива на комфорт.
Карахме две версии на прототипите — едната с ръчна скоростна кутия, а другата с автоматична скоростна кутия, и двете с шест скорости — и дори успяхме да сравним разликата със сегашната Mazda3 2.0 с 165 к.с. с ръчна скоростна кутия, за да разпознаем по-добре разлики. За щастие това беше първата кола, която карах, което ми позволи да проверя добър двигател/кутия (ръчен) комплект.
Разликата между SKYACTIV-X (двигател на бъдещето) и SKYACTIV-G (двигател на днешния ден) не може да бъде по-ясна. Новият двигател на Mazda е много по-енергичен, независимо от обхвата на оборотите - наличният допълнителен въртящ момент е доста очевиден. Подобно на „G“, „X“ е 2,0-литров агрегат, но с по-сочни числа. Mazda се стреми към мощност от около 190 к.с — които са забележими и добре, на пътя.
Той изненада с отзивчивостта си от най-ниските режими, но най-добрият комплимент, който можете да направите на двигателя, е, че въпреки че е единица в процес на разработка, той вече убеждава повече от много двигатели на пазара.
Опасенията, че тъй като има запалване чрез компресия като дизеловото, то ще донесе някои от характеристиките на този тип двигатели, като по-голяма инерция, малък обхват на използване или дори звук, бяха напълно неоснователни. Ако това е бъдещето на двигателите с вътрешно горене, хайде!
Интериорът на прототипа - ясно интериорът на автомобил в процес на разработка - се предлага с екран, разположен над централната конзола с три номерирани кръга. Те изгасваха или се включваха, в зависимост от вида на възпламеняването или сместа, която е възникнала:
- 1 — искрово запалване
- 2 — запалване чрез компресия
- 3 — по-бедна смес въздух/гориво, при която се постига максимална ефективност
"Малки" двигатели за Португалия?
Ненормалното португалско данъчно облагане ще направи този двигател маргинален избор. Капацитетът от 2,0 литра е идеален по няколко причини, не на последно място защото е добре приет капацитет на повечето световни пазари. Инженерите, отговорни за SKYACTIV-X, споменаха, че са възможни и други капацитети, но засега не е в плановете на марката да разработва двигатели с обем под 2,0 литра.
Разнообразието от ситуации, при които възникна компресионно запалване – почти просто преминаване към искрово запалване, при изследване на по-високи обороти на двигателя или когато натискаме газта – беше впечатляващо.
Що се отнася до режим 3, той очевидно изискваше по-контролирано шофиране, особено с ръчната скоростна кутия, където се оказа трудно - или липса на чувствителност в десния крак - да се появи на екрана. Банката - мащабиране за северноамериканския пазар -, макар и по-малко приятна за използване, се оказа много по-лесна за „осветяване“ на кръг номер 3.
Консумации? Ние незнаем!
Питах, но никой не излезе с конкретни цифри. Бордовият компютър беше “стратегически” покрит с тиксо, така че засега можем да разчитаме само на изявленията на марката.Последна бележка за прототипите, които вече бяха част от новата архитектура – по-твърда и позволяваща по-високи нива на усъвършенстване на интериора. Важно е да не забравяме, че това бяха прототипи за разработка, така че беше изненадващо, че те бяха по-рафинирани и шумоизолирани от сегашното производство на Mazda3 — следващото поколение обещава...
Новата Mazda3 ще бъде първият SKYACTIV-X
Най-вероятно Mazda3 ще бъде първият модел, който ще получи иновативния SKYACTIV-X, така че едва през 2019 г. наистина ще можем да видим повишаването на ефективността на двигателя.
Що се отнася до дизайна, Кевин Райс, ръководител на европейския дизайнерски център на Mazda, ни каза, че цялостната визия на Kai Concept е произведена, което означава, че не е твърде далеч от окончателната версия на бъдещата Mazda3 — забравете, че е мега колела, мини- огледала за обратно виждане или открита оптика...
85-90% от дизайнерските решения на Kai Concept могат да влязат в производство.
Стигнахте до края на статията... най-накрая!
Обещанието е дължимо, каза Руи Велозо. Така че ето един вид компенсация. Епична камехамеха, припомняща събитията в горивните камери на двигателя SKYACTIV-X.