Σε μια εποχή που σχεδόν ολόκληρη η βιομηχανία φαίνεται αποφασισμένη να περιορίσει τον κινητήρα εσωτερικής καύσης στα βιβλία της ιστορίας, η Mazda πάει… κόντρα! Ευχαρίστως.
Δεν είναι η πρώτη φορά που το κάνει η Mazda και η τελευταία φορά που ήταν σωστό. Θα ξανασυμβεί το ίδιο; Οι Ιάπωνες το πιστεύουν.
Η απόφαση να συνεχιστεί το στοίχημα στους κινητήρες εσωτερικής καύσης ανακοινώθηκε πέρυσι, μέσω της νέας γενιάς κινητήρων SKYACTIV-X. Και είχαμε την ευκαιρία να ζήσουμε αυτόν τον νέο κινητήρα SKYACTIV-X, ζωντανά και έγχρωμα, πριν την επίσημη άφιξή του στην αγορά το 2019.
Γι' αυτό επισκέπτεστε την Reason Automotive κάθε μέρα, έτσι δεν είναι;
Ετοιμάσου! Το άρθρο θα είναι μακρύ και τεχνικό. Αν φτάσετε στο τέλος θα έχετε αποζημίωση…
Κινητήρας εσωτερικής καύσης; Και τα ηλεκτρικά;
Το μέλλον είναι ηλεκτρικό και οι αξιωματούχοι της Mazda συμφωνούν επίσης με αυτή τη δήλωση. Διαφωνούν όμως στις προβλέψεις που δίνουν τον κινητήρα εσωτερικής καύσης ως «νεκρό»… χθες!
Η λέξη κλειδί εδώ είναι «μέλλον». Μέχρι να γίνει το 100% ηλεκτρικό αυτοκίνητο το νέο «κανονικό», η μετάβαση στην παγκόσμια ηλεκτροκίνηση θα διαρκέσει δεκαετίες. Επιπλέον, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές θα πρέπει επίσης να αυξηθεί, έτσι ώστε η υπόσχεση μηδενικών εκπομπών από ηλεκτρικά αυτοκίνητα να μην είναι απάτη.
Εν τω μεταξύ, θα εναπόκειται στον «παλιό» κινητήρα εσωτερικής καύσης να είναι ένας από τους κύριους μοχλούς για τη μείωση των εκπομπών CO2 βραχυπρόθεσμα και μεσοπρόθεσμα — θα συνεχίσει να είναι ο πιο κοινός τύπος κινητήρα για τις επόμενες δεκαετίες. Και γι' αυτό πρέπει να συνεχίσουμε να το βελτιώνουμε. Η Mazda έχει αναλάβει ως αποστολή της να εξάγει όσο το δυνατόν περισσότερη απόδοση από τον κινητήρα εσωτερικής καύσης επιδιώκοντας χαμηλότερες εκπομπές ρύπων.
«Δέσμευση στην αρχή της σωστής λύσης τη σωστή στιγμή», όπως το θέτει η Mazda, οδηγεί τη μάρκα σε μια συνεχή αναζήτηση για την καλύτερη λύση — όχι αυτή που φαίνεται καλύτερα στα χαρτιά, αλλά αυτή που λειτουργεί στον πραγματικό κόσμο . Σε αυτό το πλαίσιο προκύπτει το SKYACTIV-X, ο πρωτοποριακός και μάλιστα επαναστατικός κινητήρας εσωτερικής καύσης του.
Γιατί επαναστατικό;
Απλά επειδή το SKYACTIV-X είναι ο πρώτος βενζινοκινητήρας με δυνατότητα ανάφλεξης με συμπίεση — ακριβώς όπως οι κινητήρες ντίζελ… καλά, σχεδόν όπως οι κινητήρες ντίζελ, αλλά έχουμε τελειώσει.
Η ανάφλεξη με συμπίεση —δηλαδή, το μείγμα αέρα/καυσίμου σημαίνει αμέσως, χωρίς μπουζί, όταν συμπιέζεται από το έμβολο — στους βενζινοκινητήρες ήταν ένα από τα «άγια δισκοπότηρα» που επιδιώκουν οι μηχανικοί. Αυτό συμβαίνει επειδή η ανάφλεξη με συμπίεση είναι πιο επιθυμητή: είναι πολύ πιο γρήγορο, καίει αμέσως όλο το καύσιμο στον θάλαμο καύσης, επιτρέποντάς σας να κάνετε περισσότερη εργασία με την ίδια ποσότητα ενέργειας, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη απόδοση.
Η ταχύτερη καύση επιτρέπει επίσης ένα πιο λεπτό μείγμα αέρα/καυσίμου στον θάλαμο καύσης, δηλαδή ποσότητα αέρα πολύ μεγαλύτερη από αυτή του καυσίμου. Τα πλεονεκτήματα είναι εύκολα κατανοητά: η καύση πραγματοποιείται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, με αποτέλεσμα λιγότερα NOx (οξείδια του αζώτου) και λιγότερη σπατάλη ενέργειας κατά την προθέρμανση του κινητήρα.
Τα ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ
Αλλά η ανάφλεξη με συμπίεση στη βενζίνη δεν είναι εύκολη - όχι ότι δεν έχει δοκιμαστεί από άλλους κατασκευαστές τις τελευταίες δεκαετίες, αλλά κανένας δεν έχει βρει μια βιώσιμη λύση που θα μπορούσε να εμπορευματοποιηθεί.Η ομογενής φόρτιση ανάφλεξης με συμπίεση (HCCI), η βασική έννοια της ανάφλεξης με συμπίεση, έχει επιτευχθεί μέχρι στιγμής μόνο σε χαμηλές στροφές κινητήρα και σε χαμηλό φορτίο, επομένως, για πρακτικούς λόγους, η ανάφλεξη με σπινθήρα (μπουζί) εξακολουθεί να είναι απαραίτητη. για υψηλά συστήματα και φορτία . Το άλλο μεγάλο πρόβλημα είναι έλεγχος πότε συμβαίνει ανάφλεξη με συμπίεση.
Ως εκ τούτου, η πρόκληση είναι να μπορούμε να κάνουμε μετάβαση μεταξύ των δύο τύπων ανάφλεξης με αρμονικό τρόπο, κάτι που ανάγκασε τη Mazda να βελτιώσει και να ελέγξει τους διάφορους παράγοντες που επιτρέπουν την ανάφλεξη με συμπίεση βενζίνης και άπαχου μείγματος.
Η λύση
Η στιγμή του «εύρηκα» — ή μήπως είναι η στιγμή που υπήρξε μια σπίθα; ba dum tss… — που κατέστησε δυνατή την επίλυση αυτών των προβλημάτων, συνέβη όταν οι μηχανικοί της Mazda αμφισβήτησαν τη συμβατική ιδέα ότι η καύση με συμπίεση δεν απαιτεί μπουζί: «αν η μετάβαση μεταξύ διαφορετικών τρόπων καύσης είναι δύσκολη, είναι, πρώτα απ' όλα, χρειάζεται πραγματικά να κάνουμε αυτή τη μετάβαση;» Εδώ βρίσκεται η βάση του συστήματος SPCCI — Ανάφλεξη με συμπίεση ελεγχόμενη με σπινθήρα.
Με άλλα λόγια, ακόμη και για καύση με συμπίεση, η Mazda χρησιμοποιεί μπουζί, επιτρέποντας την ομαλή μετάβαση μεταξύ της καύσης με συμπίεση και της καύσης σπινθήρα. Αλλά αν χρησιμοποιείτε μπουζί, μπορεί να ονομαστεί καύση συμπίεσης;
Φυσικά! Αυτό συμβαίνει γιατί το μπουζί χρησιμεύει, κυρίως, ως μηχανισμός ελέγχου όταν λαμβάνει χώρα η καύση με συμπίεση. Με άλλα λόγια, η ομορφιά του SPCCI είναι ότι χρησιμοποιεί τη μεθοδολογία καύσης ενός κινητήρα ντίζελ με τη μεθοδολογία χρονισμού ενός βενζινοκινητήρα με μπουζί. Μπορούμε να χτυπήσουμε τα χέρια μας; Μπορούμε!
Ο στόχος
Ο κινητήρας σχεδιάστηκε με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργεί τις απαραίτητες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης στο θάλαμο καύσης, σε σημείο που το μείγμα αέρα/καυσίμου — πολύ άπαχο, 37:1, περίπου 2,5 φορές περισσότερο από ό,τι σε έναν συμβατικό κινητήρα βενζίνης — παραμείνετε στα πρόθυρα της ανάφλεξης στο κορυφαίο νεκρό σημείο. Αλλά είναι ο σπινθήρας από το μπουζί που ξεκινά τη διαδικασία.
Αυτό σημαίνει ένα μικρό, πιο πλούσιο μείγμα αέρα/καυσίμου (29:1), που εγχέεται σε μεταγενέστερο στάδιο, το οποίο δημιουργεί μια βολίδα. Αυτό αυξάνει περαιτέρω την πίεση και τη θερμοκρασία στο θάλαμο καύσης, έτσι ώστε το άπαχο μείγμα, ήδη κοντά στο σημείο όπου είναι έτοιμο να εκραγεί, να μην ανθίσταται και να αναφλέγεται σχεδόν αμέσως.
Αυτός ο έλεγχος ανάφλεξης με φέρνει σε αμηχανία. Η Mazda μπορεί να το κάνει αυτό σε πάνω από 5000 σ.α.λ. και δεν μπορώ να ανάψω καν το μπάρμπεκιου στην αρχή…
Μια λύση που φαίνεται πλέον τόσο προφανής, αλλά που απαιτούσε νέα «κόλπα»:
- Το καύσιμο πρέπει να ψεκαστεί σε δύο διαφορετικούς χρόνους, έναν για το άπαχο μείγμα που θα συμπιεστεί και το άλλο για το ελαφρώς πιο πλούσιο μείγμα που θα αναφλεγεί από το μπουζί.
- το σύστημα έγχυσης καυσίμου πρέπει να έχει εξαιρετικά υψηλή πίεση, ώστε να επιτρέπει γρήγορη εξάτμιση και ψεκασμό του καυσίμου, διασκορπίζοντάς το αμέσως σε όλο τον κύλινδρο, ελαχιστοποιώντας το χρόνο συμπίεσης
- Όλοι οι κύλινδροι διαθέτουν αισθητήρα πίεσης, ο οποίος παρακολουθεί συνεχώς τα προαναφερθέντα χειριστήρια, αντισταθμίζοντας, σε πραγματικό χρόνο, τυχόν αποκλίσεις από τα επιδιωκόμενα αποτελέσματα.
- χρήση συμπιεστή — είναι το βασικό συστατικό για τη διατήρηση της συμπίεσης σε υψηλά επίπεδα, καθώς το SKYACTIV-X χρησιμοποιεί τον κύκλο Miller, ο οποίος μειώνει τη συμπίεση, επιτρέποντας το επιθυμητό άπαχο μείγμα. Η πρόσθετη ισχύς και η ροπή είναι μια ευπρόσδεκτη συνέπεια.
Πίσω μέρος
Οφέλη
Το σύστημα SPCCI επιτρέπει την επέκταση της καύσης με συμπίεση σε ένα πολύ ευρύτερο φάσμα καθεστώτων, επομένως, μεγαλύτερη απόδοση σε περισσότερα σενάρια χρήσης. Σε σύγκριση με το τρέχον SKYACTIV-G, η μάρκα υπόσχεται χαμηλότερη κατανάλωση από 20 έως 30% ανάλογα με τη χρήση . Η μάρκα λέει ότι το SKYACTIV-X μπορεί ακόμη και να ταιριάξει ή ακόμη και να ξεπεράσει την οικονομία καυσίμου του δικού του κινητήρα ντίζελ SKYACTIV-D.
Ο συμπιεστής επιτρέπει υψηλότερη πίεση εισαγωγής, εξασφαλίζοντας καλύτερη απόδοση και απόκριση κινητήρα. Η μεγαλύτερη απόδοση σε ένα ευρύτερο φάσμα στροφών σας επιτρέπει επίσης να τρέχετε σε υψηλότερες στροφές, όπου υπάρχει περισσότερη διαθέσιμη ισχύς και η απόκριση του κινητήρα είναι ανώτερη.
Παρά την πολυπλοκότητα της λειτουργίας, η συνεχής χρήση του κεριού επέτρεψε, ενδιαφέροντα, έναν απλούστερο σχεδιασμό — δεν απαιτείται μεταβλητή κατανομή ή μεταβλητός ρυθμός συμπίεσης — και καλύτερα, αυτός ο κινητήρας λειτουργεί με βενζίνη 95 , καθώς λιγότερα οκτάνια είναι καλύτερα για ανάφλεξη με συμπίεση.
Επιτέλους, πίσω από το τιμόνι
Το κείμενο είναι ήδη πολύ μεγάλο, αλλά είναι απαραίτητο. Είναι σημαντικό να καταλάβουμε γιατί όλος ο «βουητός» γύρω από αυτόν τον κινητήρα - είναι πραγματικά μια αξιοσημείωτη πρόοδος όταν πρόκειται για κινητήρες εσωτερικής καύσης. Θα πρέπει να περιμένουμε μέχρι το 2019 για να επαληθεύσουμε όλους τους ισχυρισμούς της Mazda σχετικά με αυτό, αλλά λαμβάνοντας υπόψη όσα έχουν υποσχεθεί και αποδειχθεί με το SKYACTIV-G, οι προσδοκίες είναι υψηλές για το SKYACTIV-X να υλοποιήσει όλα όσα υπόσχεται να κάνει.
Ευτυχώς, είχαμε ήδη την ευκαιρία για ένα πρώιμο τεστ. Προβλεπόταν δυναμική επαφή με πρωτότυπα εξοπλισμένα με SKYACTIV-X, κρυμμένα κάτω από το γνωστό αμάξωμα του Mazda3, αν και είχε ελάχιστη ή καθόλου σχέση με το γνωστό Mazda3 — επίσης η βασική αρχιτεκτονική κάτω από το αμάξωμα είναι πλέον δεύτερης γενιάς.
Το SKYACTIV είναι επίσης συνώνυμο με νέες λύσεις πλατφόρμας/κατασκευής/σώματος. Αυτή η νέα γενιά υπόσχεται μεγαλύτερη στρεπτική ακαμψία, χαμηλότερα επίπεδα θορύβου, κραδασμών και σκληρότητας (NVH - θόρυβος, δόνηση και τραχύτητα) και αναπτύχθηκαν ακόμη νέα καθίσματα, που υπόσχονται μια πιο φυσική στάση, η οποία θα επιτρέψει μεγαλύτερα επίπεδα άνεσης.
Οδηγήσαμε δύο εκδόσεις των πρωτοτύπων — η μία με μηχανικό κιβώτιο και η άλλη με αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων, και οι δύο με έξι ταχύτητες — και μπορέσαμε ακόμη και να συγκρίνουμε τη διαφορά με το σημερινό Mazda3 2.0 των 165 ίππων με χειροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων, για να διακρίνουμε καλύτερα διαφορές. Ευτυχώς ήταν το πρώτο αυτοκίνητο που οδήγησα, επιτρέποντάς μου να ελέγξω το καλό σετ κινητήρα/κιβωτίου (χειροκίνητο).
Η διαφορά μεταξύ του SKYACTIV-X (κινητήρας του μέλλοντος) και του SKYACTIV-G (κινητήρας του σήμερα) δεν θα μπορούσε να είναι πιο ξεκάθαρη. Ο νέος κινητήρας της Mazda είναι πολύ πιο ενεργητικός ανεξάρτητα από το εύρος στροφών — η επιπλέον διαθέσιμη ροπή είναι αρκετά εμφανής. Όπως το "G", το "X" είναι μια μονάδα 2,0 λίτρων, αλλά με πιο ζουμερά νούμερα. Η Mazda στοχεύει σε ισχύ περίπου 190 ίππων — που είναι αισθητά, και καλά, στο δρόμο.
Εκπλήσσεται από την ανταπόκρισή του, από τα χαμηλότερα συστήματα, αλλά το καλύτερο κομπλιμέντο που μπορείτε να κάνετε στον κινητήρα, είναι ότι παρά το γεγονός ότι είναι μια μονάδα σε εξέλιξη, πείθει ήδη περισσότερους από πολλούς κινητήρες στην αγορά.
Οι φόβοι ότι, καθώς υπάρχει ανάφλεξη με συμπίεση όπως ένα Diesel, θα έφερνε ορισμένα από τα χαρακτηριστικά αυτού του τύπου κινητήρα, όπως μεγαλύτερη αδράνεια, μικρή εμβέλεια χρήσης ή ακόμα και ήχος, ήταν εντελώς αβάσιμοι. Αν αυτό είναι το μέλλον των κινητήρων εσωτερικής καύσης, έλα!
Το εσωτερικό του πρωτοτύπου - σαφώς το εσωτερικό ενός αυτοκινήτου σε εξέλιξη - είχε μια οθόνη τοποθετημένη πάνω από την κεντρική κονσόλα με τρεις αριθμημένους κύκλους. Αυτά έσβησαν ή άναψαν, ανάλογα με τον τύπο της ανάφλεξης ή του μείγματος που προέκυψε:
- 1 — ανάφλεξη με σπινθήρα
- 2 — ανάφλεξη με συμπίεση
- 3 — πιο λεπτό μείγμα αέρα/καυσίμου όπου επιτυγχάνεται μέγιστη απόδοση
«Μικροί» κινητήρες για την Πορτογαλία;
Η παρεκκλίνουσα φορολόγηση της Πορτογαλίας θα κάνει αυτόν τον κινητήρα μια οριακή επιλογή. Η χωρητικότητα 2,0 λίτρων είναι ιδανική για πολλούς λόγους, κυρίως επειδή είναι μια καλά αποδεκτή χωρητικότητα στις περισσότερες παγκόσμιες αγορές. Οι υπεύθυνοι μηχανικοί για το SKYACTIV-X ανέφεραν ότι είναι δυνατές και άλλες χωρητικότητες, αλλά προς το παρόν δεν είναι στα σχέδια της μάρκας να αναπτύξει κινητήρες με χωρητικότητα κάτω των 2,0 λίτρων.
Η ποικιλία των καταστάσεων όπου συνέβη η ανάφλεξη με συμπίεση - σχεδόν απλώς η μετάβαση σε ανάφλεξη με σπινθήρα, όταν εξερευνούσαμε υψηλότερες στροφές κινητήρα ή όταν πατούσαμε το γκάζι - ήταν εντυπωσιακή.
Όσο για τη λειτουργία 3, απαιτούσε σαφώς μια πιο ελεγχόμενη οδήγηση, ειδικά με το χειροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων, όπου αποδείχθηκε δύσκολο —ή έλλειψη ευαισθησίας στο δεξί πόδι— για να εμφανιστεί στην οθόνη. Η αυτόματη ταμειακή μηχανή — που κλιμακώνεται για την αγορά της Βόρειας Αμερικής —, αν και λιγότερο ευχάριστη στη χρήση, αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ πιο εύκολο να «ανάψει» τον κύκλο 3.
Καταναλώσεις; Δεν ξέρουμε!
Ρώτησα, αλλά κανείς δεν έβγαλε συγκεκριμένους αριθμούς. Ο ενσωματωμένος υπολογιστής ήταν «στρατηγικά» καλυμμένος με κολλητική ταινία, οπότε προς το παρόν μπορούμε να βασιστούμε μόνο στις δηλώσεις της μάρκας.Μια τελευταία σημείωση για τα πρωτότυπα που ήταν ήδη μέρος της νέας αρχιτεκτονικής — πιο άκαμπτα και επιτρέποντας μεγαλύτερα επίπεδα φινέτσας εσωτερικού χώρου. Είναι σημαντικό να μην ξεχνάμε ότι αυτά ήταν πρωτότυπα ανάπτυξης, επομένως ήταν εκπληκτικό το γεγονός ότι ήταν πιο εκλεπτυσμένα και ηχομονωμένα από το σημερινό Mazda3 παραγωγής — η επόμενη γενιά υπόσχεται…
Το νέο Mazda3 θα είναι το πρώτο SKYACTIV-X
Πιθανότατα, το Mazda3 θα είναι το πρώτο μοντέλο που θα λάβει το καινοτόμο SKYACTIV-X, επομένως δεν θα μπορέσουμε πραγματικά να δούμε τα κέρδη απόδοσης του κινητήρα μέχρι κάποια στιγμή μέσα στο 2019.
Όσον αφορά τη σχεδίαση, ο Kevin Rice, επικεφαλής του ευρωπαϊκού κέντρου σχεδιασμού της Mazda, μας είπε ότι η συνολική εμφάνιση του Kai Concept είναι παραγωγική, πράγμα που σημαίνει ότι δεν απέχει πολύ από την τελική έκδοση του μελλοντικού Mazda3 — ξεχάστε ότι είναι μεγάλοι τροχοί, μίνι καθρέφτες οπισθοπορείας ή εκτεθειμένα οπτικά…
Το 85-90% των σχεδιαστικών λύσεων της Kai Concept θα μπορούσε να βγει στην παραγωγή.
Φτάσατε στο τέλος του άρθρου… επιτέλους!
Η υπόσχεση οφείλεται, είπε ήδη ο Rui Veloso. Εδώ λοιπόν υπάρχει ένα είδος αποζημίωσης. Ένα επικό kamehameha που θυμίζει τα γεγονότα μέσα στους θαλάμους καύσης του κινητήρα SKYACTIV-X.