W czasach, gdy praktycznie cała branża wydaje się zdeterminowana, aby ograniczyć silnik spalinowy do podręczników historii, Mazda idzie… pod prąd! Ochoczo.
Mazda nie po raz pierwszy to zrobiła, a ostatni raz miała rację. Czy to samo się powtórzy? Tak uważają Japończycy.
Decyzja o kontynuacji obstawiania silników spalinowych została ogłoszona w zeszłym roku, poprzez nową generację silników SKYACTIV-X. Mieliśmy okazję doświadczyć tego nowego silnika SKYACTIV-X, na żywo iw kolorze, przed jego oficjalnym pojawieniem się na rynku w 2019 roku.
Dlatego codziennie odwiedzasz Reason Automotive, prawda?
Przygotuj się! Artykuł będzie długi i techniczny. Jeśli dojdziesz do końca, otrzymasz odszkodowanie…
Silnik spalinowy? A elektryczne?
Przyszłość jest elektryczna, a przedstawiciele Mazdy również zgadzają się z tym stwierdzeniem. Ale nie zgadzają się z przewidywaniami, według których silnik spalinowy jest „martwy”… wczoraj!
Kluczowym słowem jest tutaj „przyszłość”. Dopóki samochód w 100% elektryczny nie stanie się nową „normalnością”, przejście na ogólnoświatową mobilność elektryczną zajmie dziesięciolecia. Co więcej, produkcja energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych również będzie musiała wzrosnąć, aby obietnica zerowej emisji z samochodów elektrycznych nie była fikcją.
Tymczasem to „stary” silnik spalinowy będzie jednym z głównych motorów redukcji emisji CO2 w perspektywie krótko- i średnioterminowej — będzie to najpopularniejszy typ silnika przez kolejne dziesięciolecia. I dlatego musimy go nadal ulepszać. Mazda podjęła misję wydobycia jak największej wydajności z silnika spalinowego w dążeniu do obniżenia emisji.
„Zaangażowani w zasadę właściwego rozwiązania we właściwym czasie”, jak to ujmuje Mazda, napędza markę w ciągłym poszukiwaniu najlepszego rozwiązania – nie takiego, które najlepiej wygląda na papierze, ale takiego, które sprawdza się w realnym świecie . W tym kontekście powstaje SKYACTIV-X, jego innowacyjny, a nawet rewolucyjny silnik spalinowy.
Dlaczego rewolucyjny?
Po prostu dlatego, że SKYACTIV-X jest pierwszym silnikiem benzynowym zdolnym do zapłonu samoczynnego — podobnie jak silniki Diesla… no, prawie jak silniki Diesla, ale ruszamy.
Zapłon samoczynny — czyli mieszanka paliwowo-powietrzna, czyli natychmiastowa, bez świecy zapłonowej, po sprężeniu przez tłok — w silnikach benzynowych był jednym ze „świętych graali” realizowanych przez inżynierów. Dzieje się tak, ponieważ zapłon samoczynny jest bardziej pożądany: jest znacznie szybszy, natychmiast spala całe paliwo w komorze spalania, co pozwala wykonać więcej pracy przy tej samej ilości energii, co skutkuje większą wydajnością.
Szybsze spalanie pozwala również na uzyskanie uboższej mieszanki paliwowo-powietrznej w komorze spalania, to znaczy, że ilość powietrza jest znacznie większa niż w paliwie. Zalety są łatwe do zrozumienia: spalanie odbywa się w niższych temperaturach, co skutkuje mniejszą ilością NOx (tlenków azotu) i mniej marnowanej energii podczas rozgrzewania silnika.
Problemy
Ale zapłon samoczynny w benzynie nie jest łatwy — nie dlatego, że w ostatnich dziesięcioleciach nie wypróbowali go inni konstruktorzy, ale żaden z nich nie wymyślił realnego rozwiązania, które można by skomercjalizować.Jednorodne ładowanie samoczynne zapłonu samoczynnego (HCCI), podstawowa koncepcja zapłonu samoczynnego, była dotychczas osiągana tylko przy niskich prędkościach obrotowych silnika i przy niskim obciążeniu, więc ze względów praktycznych nadal konieczny jest zapłon iskrowy (świeca zapłonowa). . Drugim dużym problemem jest kontrola, kiedy nastąpi zapłon samoczynny;.
Wyzwaniem jest zatem możliwość harmonijnego przejścia między dwoma rodzajami zapłonu, co zmusiło Mazdę do poprawy i kontrolowania różnych czynników, które umożliwiają zapłon samoczynny benzyny i mieszanki ubogiej.
Rozwiązanie
Moment „eureki” – a może moment, w którym pojawiła się iskra? ba dum tss… — co pozwoliło rozwiązać te problemy, wydarzyło się, gdy inżynierowie Mazdy zakwestionowali umowną ideę, że spalanie metodą sprężania nie wymaga świec zapłonowych: „jeśli przejście między różnymi trybami spalania jest trudne, to przede wszystkim, czy naprawdę musimy dokonać tego przejścia?” Na tym polega podstawa systemu SPCCI — zapłon sprężony kontrolowany przez SPark.
Innymi słowy, nawet w przypadku spalania przez sprężanie Mazda używa świec zapłonowych, umożliwiając płynne przejście od spalania przez sprężanie do spalania iskrowego. Ale jeśli użyjesz świecy zapłonowej, czy nadal można to nazwać spalaniem sprężonym?
Oczywiście! Dzieje się tak dlatego, że świeca zapłonowa służy przede wszystkim jako mechanizm sterujący podczas spalania przez sprężanie. Innymi słowy, piękno SPCCI polega na tym, że wykorzystuje metodologię spalania silnika wysokoprężnego z metodologią rozrządu silnika benzynowego ze świecą zapłonową. Czy możemy klaskać w dłonie? Możemy!
Cel
Silnik został zaprojektowany w taki sposób, aby stworzyć niezbędne warunki temperatury i ciśnienia w komorze spalania, do punktu, w którym mieszanka paliwowo-powietrzna — bardzo uboga, 37:1, około 2,5 razy większa niż w silniku konwencjonalnej benzyny — pozostać na granicy zapłonu w górnym martwym punkcie. Ale to iskra ze świecy zapłonowej rozpoczyna ten proces.
Oznacza to małą, bogatszą mieszankę paliwowo-powietrzną (29:1), wtryskiwaną na późniejszym etapie, co powoduje powstanie kuli ognia. Powoduje to dalsze zwiększenie ciśnienia i temperatury w komorze spalania, dzięki czemu uboga mieszanka, już blisko punktu, w którym jest gotowa do detonacji, nie stawia oporu i zapala się niemal natychmiast.
Ta kontrola zapłonu wprawia mnie w zakłopotanie. Mazda jest w stanie to zrobić przy ponad 5000 obr/min i na początku nie mogę nawet zapalić grilla…
Rozwiązanie, które teraz wydaje się tak oczywiste, ale wymagało nowych „sztuczek”:
- paliwo musi być wtryskiwane w dwóch różnych momentach, jeden dla ubogiej mieszanki, która będzie kompresowana, a drugi dla nieco bogatszej mieszanki, która zostanie zapalona przez świecę zapłonową.
- układ wtrysku paliwa musi mieć bardzo wysokie ciśnienie, aby umożliwić szybkie odparowanie i rozpylenie paliwa, rozpraszając je natychmiast w całym cylindrze, minimalizując czas sprężania
- wszystkie cylindry posiadają czujnik ciśnienia, który na bieżąco monitoruje w/w sterowanie, kompensując w czasie rzeczywistym ewentualne odchylenia od zamierzonych efektów.
- użycie kompresora — jest niezbędnym składnikiem do utrzymania wysokiego stopnia kompresji, ponieważ SKYACTIV-X wykorzystuje cykl Millera, który obniża kompresję, pozwalając na uzyskanie pożądanej ubogiej mieszanki. Dodatkowa moc i moment obrotowy są mile widzianą konsekwencją.
Część tylna
Korzyści
System SPCCI pozwala na rozszerzenie spalania poprzez sprężanie w znacznie szerszym zakresie reżimów, a tym samym większą wydajność w większej liczbie scenariuszy użytkowania. W porównaniu do obecnego SKYACTIV-G marka obiecuje mniejsze zużycie od 20 do 30% w zależności od użytkowania . Marka twierdzi, że SKYACTIV-X może nawet dorównać, a nawet przewyższyć zużycie paliwa własnego silnika wysokoprężnego SKYACTIV-D.
Sprężarka pozwala na wyższe ciśnienie wlotowe, zapewniając lepszą wydajność i responsywność silnika. Większa wydajność w szerszym zakresie obrotów pozwala również na jazdę przy wyższych obrotach, gdzie dostępna jest większa moc, a reakcja silnika jest lepsza.
Pomimo złożoności operacji, ciągłe stosowanie świecy pozwoliło, co ciekawe, na prostszą konstrukcję — nie jest konieczny zmienny rozkład ani zmienny stopień kompresji — i lepiej, ten silnik pracuje na 95 benzynie , ponieważ mniejsza liczba oktanów jest lepsza dla zapłonu samoczynnego.
Wreszcie za kierownicą
Tekst jest już bardzo długi, ale jest konieczny. Ważne jest, aby zrozumieć, dlaczego całe to „brzęczenie” wokół tego silnika — to naprawdę niezwykły postęp, jeśli chodzi o silniki spalinowe. Będziemy musieli poczekać do 2019 r., aby zweryfikować wszystkie twierdzenia Mazdy na ten temat, ale biorąc pod uwagę to, co zostało obiecane i zademonstrowane z SKYACTIV-G, oczekiwania wobec SKYACTIV-X, aby spełnić wszystkie swoje obietnice, są wysokie.
Na szczęście mieliśmy już okazję na wczesny test. Przewidywano dynamiczny kontakt z prototypami wyposażonymi w SKYACTIV-X, ukrytymi pod znajomą karoserią Mazdy3, choć miał on niewiele lub nic wspólnego ze znaną Mazdą3 — również podstawowa architektura pod nadwoziem jest teraz drugiej generacji.
SKYACTIV jest również synonimem nowych rozwiązań w zakresie platform/struktur/nadwozi. Ta nowa generacja obiecuje większą sztywność skrętną, niższy poziom hałasu, wibracji i szorstkości (NVH - hałas, wibracje i szorstkość), a nawet opracowano nowe siedzenia, obiecując bardziej naturalną postawę, która pozwoli na wyższy poziom komfortu.
Jeździliśmy dwiema wersjami prototypów — jedną z manualną skrzynią biegów, a drugą z automatyczną skrzynią biegów, obie z sześcioma biegami — i byliśmy nawet w stanie porównać różnicę z obecną 165-konną Mazdą3 2.0 z manualną skrzynią biegów, aby lepiej rozpoznać różnice. Na szczęście był to pierwszy samochód, którym jeździłem, co pozwoliło mi sprawdzić dobry zestaw silnika/skrzyni (manualny).
Różnica między SKYACTIV-X (silnikiem przyszłości) a SKYACTIV-G (silnikiem dzisiejszym) nie mogłaby być wyraźniejsza. Nowy silnik Mazdy jest znacznie bardziej energetyczny niezależnie od zakresu obrotów — dodatkowy dostępny moment obrotowy jest dość oczywisty. Podobnie jak „G”, „X” to jednostka o pojemności 2,0 litra, ale z bardziej soczystymi liczbami. Mazda dąży do uzyskania mocy około 190 KM — które są zauważalne i cóż, na drodze.
Zaskoczyła jego reakcją, od najniższych reżimów, ale najlepszym komplementem, jaki można oddać silnikowi, jest to, że pomimo tego, że jest jednostką w fazie rozwoju, przekonuje już bardziej niż wiele silników na rynku.
Obawy, że skoro występuje zapłon samoczynny jak w Dieslu, to przyniesie niektóre cechy tego typu silnika, takie jak większa bezwładność, krótki zasięg pracy, a nawet dźwięk, były całkowicie bezpodstawne. Jeśli to przyszłość silników spalinowych, chodź!
Wnętrze prototypu — wyraźnie wnętrze opracowywanego samochodu — było wyposażone w ekran umieszczony nad konsolą środkową z trzema ponumerowanymi okręgami. Zgasły lub włączyły się, w zależności od rodzaju zapłonu lub mieszanki, który miał miejsce:
- 1 — zapłon iskrowy
- 2 — zapłon samoczynny
- 3 — uboższa mieszanka paliwowo-powietrzna, przy której uzyskuje się maksymalną wydajność
„Małe” silniki dla Portugalii?
Nieprawidłowe portugalskie opodatkowanie sprawi, że ten silnik będzie marginalnym wyborem. Pojemność 2,0 litra jest idealna z kilku powodów, nie tylko dlatego, że jest to dobrze akceptowana pojemność na większości światowych rynków. Inżynierowie odpowiedzialni za SKYACTIV-X wspomnieli, że możliwe są inne pojemności, ale na razie nie ma w planach marki rozwijania silników o pojemności poniżej 2,0 litra.
Różnorodność sytuacji, w których wystąpił zapłon samoczynny — po prostu przejście na zapłon iskrowy, podczas badania wyższych prędkości obrotowych silnika lub gdy zwolniliśmy przepustnicę — była imponująca.
Jeśli chodzi o tryb 3, wyraźnie wymagał bardziej kontrolowanej jazdy, zwłaszcza z manualną skrzynią biegów, gdzie trudno było – lub brak czułości w prawej nodze – pojawić się na ekranie. Bankomat — skalowany na rynek północnoamerykański — choć mniej przyjemny w obsłudze, okazał się znacznie łatwiej „zapalić” kółko numer 3.
Konsumpcje? Nie wiemy!
Pytałem, ale nikt nie wymyślił konkretnych liczb. Komputer pokładowy został „strategicznie” pokryty taśmą klejącą, więc na razie możemy polegać tylko na wypowiedziach marki.Ostatnia uwaga dotycząca prototypów, które były już częścią nowej architektury — bardziej sztywnej i pozwalającej na wyższy poziom wyrafinowania wnętrza. Ważne jest, aby nie zapominać, że były to prototypy rozwojowe, więc zaskakujące było to, że były one bardziej dopracowane i dźwiękoszczelne niż obecna produkcyjna Mazda3 — obiecuje następna generacja…
Nowa Mazda3 pierwszym SKYACTIV-X
Najprawdopodobniej Mazda3 będzie pierwszym modelem, który otrzyma innowacyjny SKYACTIV-X, więc dopiero w 2019 roku będziemy mogli naprawdę zobaczyć wzrost wydajności silnika.
Jeśli chodzi o projekt, Kevin Rice, szef europejskiego centrum projektowego Mazdy, powiedział nam, że ogólny wygląd Kai Concept jest możliwy do zrealizowania, co oznacza, że nie jest zbyt daleko od ostatecznej wersji przyszłej Mazdy3 — zapomnij, że to mega-koła, mini- lusterka wsteczne lub wyeksponowana optyka…
85-90% rozwiązań projektowych Kai Concept może wejść do produkcji.
Dotarłeś do końca artykułu… w końcu!
Obietnica jest słuszna, powiedział Rui Veloso. Oto rodzaj rekompensaty. Epicka kamehameha przypominająca wydarzenia wewnątrz komór spalania silnika SKYACTIV-X.