Skyactiv X con Auto Motor y Sport Technology Award

El motor de vanguardia de Mazda gana el premio Paul Pietsch, fundador de medios

Todos los años, auto motor und sport media presenta el Premio Internacional a la Innovación Tecnológica Paul Pitch. En un momento en que la movilidad eléctrica se ve cada vez más como un reemplazo para un motor de combustión interna, el premio Paul Pietsch 2020 fue otorgado por tal motor térmico. Sin embargo, tiene un carácter vanguardista. Ninguna otra compañía ha logrado tal combinación de formación de una mezcla homogénea, como en un motor de gasolina, y autoencendido, como en un motor diesel, con las ventajas de ambos tipos de motores en un modelo de producción. Esta es una ocasión para contarle nuevamente cómo funciona este dispositivo.

Con presión de inyección de gasolina como en un motor diesel, encendido por bujía, autoencendido, "λ" que cambia constantemente, Skyactiv X es una verdadera revolución en la industria automotriz.

Los desarrollos de Mazda en la industria de motores HCCI abarcan más de 30 años y se basan en gran medida en un análisis extremadamente profundo de los procesos de combustible en el desarrollo del motor Wankel. Varias generaciones de ingenieros están capacitados sobre esta base, lo que crea muchos dolores de cabeza y problemas, pero también aporta mucha experiencia.

Fue en las profundidades del motor rotativo donde se encontraron los primeros prototipos de máquinas con mezcla homogénea y autoencendido. El motor Wankel también sirve como plataforma para el desarrollo de varias tecnologías relacionadas con turbo: este es el RX-7, que presenta turbocompresores VNT elementales, turbinas de doble chorro y reabastecimiento en cascada en un motor de gasolina que solo usaba Porsche.

X-Files

Sin embargo, la base directa del Skyactiv X actual es la nueva generación ya probada de máquinas de gasolina Skyactiv G y Skyactiv D. Si observa las soluciones presentadas en estos dispositivos, inevitablemente encontrará que hasta cierto punto están "realizados". “En la nueva planta de SPCCI, a partir de la experiencia adquirida en el análisis de cámaras de combustión para flujo de turbulencia.

Según esta hipótesis, la eficiencia del Skyactiv X supera en un 2 por ciento la eficiencia del motor de gasolina 39ZR-FXE propulsado por el Toyota Prius (utilizando el ciclo Atkinson), pero la propia Mazda es consciente de que este punto máximo no es el más importante. punto. La mayoría de las veces, el motor funciona a carga parcial y la eficiencia media de un motor de gasolina se reduce drásticamente. Debido al hecho de que, en la mayoría de los casos, Skyactiv X opera con una válvula de mariposa completamente abierta, las pérdidas de la bomba se reducen significativamente y la eficiencia promedio aumenta. Esto, combinado con la alta relación de compresión, da como resultado un aumento de la eficiencia conjunta.

Un gran logro de los ingenieros de Mazda es el hecho de que su Skyactiv X funciona en una mezcla uniforme y un modo de autoencendido en un rango muy amplio de velocidades y cargas. En la práctica, combina los procesos utilizados no solo en motores diesel y de gasolina, sino también procesos similares en motores de gas-diesel y motores de gasolina con mezclas magras. En este último, también se forman secciones normales y malas, pero a diferencia de ellas, donde el proceso ocurre completamente con el frente del flash, en el caso de Mazda, la mezcla pobre se enciende espontáneamente con la ayuda de una bujía.

¿Qué está pasando en Skyactiv X? Todos los motores experimentales que funcionan según el régimen de HCCI creado hasta ahora se basan en un control de autoencendido muy complejo (basado en el calor y la presión durante la compresión y las reacciones químicas preliminares entre combustibles, gases y aire) con parámetros operativos inestables en varios modos. a la operación normal del motor. El motor Mazda siempre usa una bujía como iniciador de combustión. Sin embargo, la diferencia con el funcionamiento normal del motor de gasolina está en los eventos posteriores. Gracias a esto, la transición a diferentes modos se vuelve mucho más equilibrada, y este método de control en modo HCCI conduce a un proceso estable y estable.

Cosas en teoría

Skyactiv X se basa en un Skyactiv G de cuatro cilindros y dos litros con relleno atmosférico, que en sí mismo es una buena base con alta eficiencia. Además, tiene un volumen de trabajo de 0,5 litros por cilindro, óptimo en términos de velocidad de los procesos de combustión. Para crear condiciones para trabajar en modo HCCI, la relación de compresión geométrica se incrementó a 16,3: 1. Por lo tanto, la mezcla se espesa a una temperatura cercana a la temperatura de autoignición de la mayoría de las fracciones en la gasolina con un índice de octano promedio de 95H y temperatura normal de operación del motor.

Con base en los datos de varios sensores, entre los cuales cuatro sensores de presión en cada cilindro son clave, la computadora decide qué modo de operación seleccionar. Este último se determina sobre la base de varias zonas funcionales, dependiendo de la velocidad y la carga (en otras palabras, el grado de depresión del pedal del acelerador) del motor. Con la ayuda de un módulo de remolino especial llamado SCV (que incluye una válvula de control de aire especial en uno de los puertos de admisión), se crea un intenso flujo turbulento alrededor del eje del cilindro. Dependiendo de las condiciones y en base a una comparación de las curvas de acumulación de presión de compresión y combustión, así como muchos otros parámetros en "mapas" predefinidos, el inyector multipuerto inyecta combustible a presiones cercanas a las de las primeras generaciones de diesel common rail. sistemas - de 300 a 1200 bar - en varias porciones. Esto se hace desde un pulso largo (en un proceso normal de abocardado) hasta varios pulsos durante la carrera de admisión y compresión (en operación de autoencendido). Obviamente, la presión de inyección récord para un motor de gasolina también es un elemento clave en la formación de la mezcla. Sin embargo, surge una pregunta lógica: cómo cambiará todo el conjunto de parámetros si y cuándo cambiar a una potencia del motor más baja y turboalimentación, con un aumento en la presión del cilindro, así como con la necesidad de aumentar las porciones de combustible ...

Todo pasa más rápido.

La patente SPCCI de Mazda tiene 44 páginas y detalla que el automóvil funciona en modo de encendido automático por bujía (SPCCI) durante una parte significativa del tiempo. El control se basa en varios tipos de modos de autoencendido SPCCI durante su funcionamiento: uno con una mezcla mayormente pobre, una mezcla mayormente normal y una mezcla ligeramente rica. En todos los casos, la configuración de inyección y turbulencia crea capas de diferente composición (estratificación) concéntricamente alrededor del eje, con una zona interior más rica (relación aire:combustible de aproximadamente 14,7-20:1) y una zona exterior más pobre (35). -50:1). El interior tiene suficiente "inflamabilidad" y el exterior ha alcanzado casi la temperatura crítica para la autoignición cerca del punto muerto superior del pistón durante la compresión. La chispa de la bujía inicia el encendido de la zona interior, haciendo que la temperatura y la presión suban bruscamente, y esto hace que las demás se enciendan espontáneamente al mismo tiempo. Al no existir frente de inflamación, se produce a temperaturas por debajo del umbral de formación de óxidos de nitrógeno, lo que reduce drásticamente la presencia de óxidos de nitrógeno, y una mezcla homogénea débil proporciona una combustión más completa y niveles muy bajos de material particulado, monóxido de carbono y hidrocarburos.

Dependiendo de las condiciones de operación, como velocidad media y carga alta, y en todos los casos a alta velocidad, el compresor mecánico se activa para ayudar a proporcionar más aire y agotar aún más la mezcla. Aunque su finalidad no es aumentar la potencia, contribuye a las buenas cualidades dinámicas del coche. La patente también menciona que el coche podría ser turboalimentado y, lógicamente, la menor temperatura de escape podría permitir el uso de una turbina de geometría variable. Por ahora, sin embargo, el control con un compresor mecánico más receptivo se ha vuelto más fácil (siempre que dicha definición sea compatible con Skyactiv X). Según los ingenieros de Mazda, el uso de un turbocompresor puede llegar en una etapa posterior.

Es importante tener en cuenta que lograron crear algo que nadie más ha podido hacer, al menos no en forma de serie. Muchos parámetros de los sensores se comparan con comportamientos preestablecidos para la selección de modo, pero el hecho es que, en la práctica, la señal de "Modo SPCCI" se muestra en la pantalla de Mazda la mayor parte del tiempo, incluso en rangos de rpm muy bajos y muy altos, incluso en rangos de rpm muy bajos. rpm Mazda3 moviéndose suavemente en sexta marcha.

¿Cómo sucede esto en la vida real?

Después de una parte teórica tan larga, finalmente ha llegado el momento de responder a la pregunta: ¿a qué conduce todo esto en la práctica al final? Al igual que su homólogo de gasolina, el coche acelera fácilmente y responde rápidamente. Durante las pruebas, incluyendo subidas y giros en el desfiladero de Iskar, modo interurbano normal y autopista, el Mazda 3 Skyactiv X mantiene su consumo en el rango de unos 5,2 l/100 km. El consumo medio de prueba alcanzado por los compañeros en Alemania es de 6,6 l/100 km, pero esto también incluye la conducción a alta velocidad. En una prueba de conducción económica, consiguen 5,4 l/100 km, que son 124 g/100 km de CO2, a la par que el Audi A3 2.0 TDI, el BMW 118d y el Mercedes A 200d. Sin embargo, cabe señalar que a pesar del complejo proceso de operación, esta máquina no necesita tecnologías complejas de tratamiento de gases, pero, por otro lado, el sistema de inyección de muy alta presión aumenta su costo. Por otro lado, un pequeño compresor mecánico es más económico que un turbocompresor, por lo que debe posicionarse como un precio entre los motores diésel y gasolina.

El motor está en armonía con el carácter dinámico del Mazda 3 y sus buenos reglajes para un agradable paso por curva. La dirección está diseñada con precisión y el automóvil mantiene un comportamiento neutral, mostrando una tendencia a girar las ruedas traseras solo ante provocaciones agudas. A esto se suma una buena combinación de sistemas y equipos de asistencia, que en Mazda forman parte del equipamiento en varios niveles. Ya hemos hablado bastante de la nueva composición ergonómica del mando. Las funciones no están controladas por el monitor y son simples y convenientes de operar. En general, el interior tiene una sutil sensación de ligereza y calidad que solo se encontraba en los modelos de lujo hace muchos años. En resumen, Skyactiv X funciona y realmente te excita.