具有汽車和運動技術大獎的Skyactiv X

馬自達尖端引擎榮獲媒體創始人保羅·皮奇獎

每年，汽車和體育媒體都會為創新技術發展頒發國際保羅·皮奇獎。 在電動車越來越被視為內燃機替代品的時代，Paul Pietsch 2020 獎專門授予此類熱力發動機。 然而，它具有前衛的性格。 沒有其他公司能夠將汽油引擎的均勻混合氣形成和柴油引擎的自動點火相結合，並在量產車型中兼具兩種引擎的優點。 藉此機會再次向您介紹該設備的工作原理。

憑藉柴油發動機中的汽油噴射壓力、火花塞點火、自點火、不斷變化的“λ”，Skyactiv X 是汽車行業真正的一場革命。

馬自達的 HCCI 引擎開發跨越了 30 多年，很大程度上基於汪克爾引擎開發過程中對燃料過程的極其深入的分析。 幾代工程師都是在此基礎上培養起來的，這帶來了許多令人頭痛的問題和問題，但也帶來了許多經驗。

正是在轉子發動機的深處，發現了第一批具有均勻混合和自燃功能的機器原型。 Wankel 發動機還作為開發各種渦輪相關技術的平台——這就是 RX-7，它在僅由保時捷使用的汽油發動機中引入了初級 VNT 渦輪增壓器、雙噴氣渦輪和級聯加油。

X檔案

然而，當前 Skyactiv X 的直接基礎是已經證明的新一代汽油機 Skyactiv G 和 Skyactiv D。如果您查看這些設備中提供的解決方案，您將不可避免地發現它們在某種程度上“實現”了。 “在新的 SPCCI 工廠中，從分析燃燒室到流動湍流中獲得的經驗。

根據這一假設，Skyactiv X 的效率超過了豐田普銳斯（使用阿特金森循環）中運行的 2ZR-FXE 汽油發動機的效率 39%，但馬自達本身並沒有忽視這樣一個事實：這個最高效率點還不是最重要的。 引擎大部分時間都在部分負荷下運行，汽油引擎的平均效率急劇下降。 由於 Skyactiv X 在大多數情況下在節氣門全開的情況下運行，因此泵浦損失顯著降低，平均效率提高。 這與高壓縮比相結合，可實現效率的綜合提高。

馬自達工程師的一項偉大成就是，他們的 Skyactiv X 在非常寬的速度和負載範圍內以均勻混合和自點火模式運行。 實際上，它結合了不僅用於柴油和汽油引擎的工藝，而且還類似於燃氣柴油引擎和稀薄燃燒汽油引擎的工藝。 在後者中，也會形成正常區域和不良區域，但與它們不同的是，該過程完全在閃光前端發生，在馬自達的情況下，不良混合物是由火花塞自燃的。

Skyactiv X 中會發生什麼事？ 迄今為止創建的所有基於 HCCI 模式運行的實驗引擎都基於非常複雜的自燃控制（基於壓縮期間的熱和壓力以及燃料、氣體和空氣之間的初步化學反應），並且在模式數量。 至引擎正常運轉。 馬自達引擎始終使用火星塞作為燃燒引髮劑。 然而，與汽油引擎正常運作的不同之處在於隨後發生的事件。 這使得不同模式之間的轉換更加平衡，而這種控制 HCCI 模式的方式會帶來穩定的過程。

理論上的事情

Skyactiv X 基於自然進氣四缸 0,5 升 Skyactiv G，其本身就是一個高效率的良好基礎。 此外，每個汽缸的工作容積為 16,3 公升，這對於燃燒過程的速度是最佳的。 為了給HCCI運轉創造條件，將幾何壓縮比提高到1:95，使混合氣濃縮到接近汽油中大部分餾分的自燃溫度，平均辛烷值XNUMXH，引擎正常運轉溫度。

根據來自多個傳感器的數據，其中每個氣缸上的四個壓力傳感器是關鍵，計算機決定選擇哪種操作模式。 後者是根據幾個功能區確定的，具體取決於發動機的速度和負載（換句話說，加速踏板的下壓程度）。 在稱為 SCV 的特殊渦流模塊（包括其中一個進氣口中的特殊空氣控制閥）的幫助下，圍繞氣缸軸線產生強烈的湍流。 根據條件並基於壓縮和燃燒壓力建立曲線的比較，以及預定義“映射”中的許多其他參數，多端口噴射器以接近第一代共軌柴油機的壓力噴射燃料系統。 - 從 300 到 1200 bar - 分幾個部分。 這是從一個長脈衝（在正常的燃燒過程中）到進氣和壓縮衝程期間的幾個脈衝（在自點火操作中）完成的。 顯然，汽油發動機創紀錄的噴射壓力也是混合氣形成的關鍵因素。 然而，出現了一個合乎邏輯的問題 - 如果以及何時切換到較低的發動機功率和渦輪增壓，隨著氣缸壓力的增加以及增加燃料部分的需要，整組參數將如何變化......

一切都發生得更快

馬自達的 SPCCI 專利長達 44 頁，詳細說明了該車在相當長的一段時間內以火花塞自動點火 (SPCCI) 模式運行。 該控制基於運行期間的幾種 SPCCI 自點火模式 - 一種混合氣大多較差，混合氣大部分正常，混合氣稍濃。 在所有情況下，噴射和渦流配置都會圍繞軸同心地形成不同成分（分層）的層，內部區域較濃（空氣：燃料比約為 14,7-20:1），外部區域較稀（35）。 -50:1)。 內部具有足夠的“可燃性”，外部在壓縮時幾乎達到活塞上止點附近的自燃臨界溫度。 火花塞的火花引發內部區域的點火，導致溫度和壓力急劇上升，並導致其他區域同時自燃。 由於沒有閃鋒，它發生在低於氮氧化物形成閾值的溫度下，這大大減少了氮氧化物的存在，並且弱均勻混合物提供了更完全的燃燒和非常低水平的顆粒物、一氧化碳和碳氫化合物。

根據運行條件——例如中速和高負載，以及在所有情況下的高速——機械壓縮機啟動以幫助提供更多空氣並進一步消耗混合物。 雖然它的目的不是增加動力，但它有助於汽車良好的動態品質。 該專利還提到該車可以進行渦輪增壓，從邏輯上講，較低的排氣溫度可以允許使用可變幾何渦輪機。 然而，就目前而言，使用響應更靈敏的機械壓縮器進行控制變得更加容易（前提是此類定義與 Skyactiv X 兼容）。 據馬自達工程師稱，渦輪增壓器的使用可能會在稍後階段進行。

重要的是要注意，他們設法創造了其他人無法做到的東西——至少不是以連續形式。 許多傳感器參數與模式選擇的預設行為進行比較，但事實是，在實踐中，“SPCCI 模式”標誌大部分時間都顯示在馬自達顯示屏上，即使在非常低和非常高的轉速範圍內 - 即使在非常低的轉速下rpm Mazda3 在第六檔平穩移動。

這在現實生活中是如何發生的？

經過這麼長的理論部分之後，終於到了回答這個問題的時候了——這一切最終在實踐中會導致什麼。 與汽油車一樣，汽車可以輕鬆提速并快速響應。 在測試期間，包括 Iskar Gorge 的爬坡和轉彎、正常的城際和高速公路模式，馬自達 3 Skyactiv X 的油耗保持在約 5,2 l / 100 km 的範圍內。 德國同行的平均測試油耗為 6,6 l/100 km，但這也包括高速行駛。 在經濟駕駛測試中，它們達到了 5,4 l/100 km，即 124 g/100 km CO2，與奧迪 A3 2.0 TDI、寶馬 118d 和梅賽德斯 A 200d 相當。 但需要注意的是，儘管操作過程複雜，但該機不需要復雜的氣體處理技術，但另一方面，超高壓噴射系統增加了成本。 另一方面，小型機械壓縮機比渦輪增壓器便宜，因此應該定位為介於柴油機和汽油機之間的價格。

該發動機與馬自達 3 的動態特性及其良好的轉彎設置相得益彰。 轉向精確佈置，汽車保持中性風度，表現出僅在急劇挑釁時才轉動後輪的趨勢。 除此之外，還有輔助系統和設備的良好組合，在馬自達，這些都是各級設備的一部分。 我們已經充分討論了控件的新人體工程學組成。 各項功能不受顯示器控制，操作簡單方便。 總體而言，內飾具有多年前僅在豪華車型中才有的微妙輕盈感和品質感。 簡而言之 - Skyactiv X 有效 - 它真的讓你興奮。