자동 모터 및 스포츠 기술 상을 수상한 Skyactiv X
Mazda의 최첨단 엔진, 미디어 창립자 Paul Pietsch Award 수상
매년 자동차 및 스포츠 미디어는 기술 혁신에 대한 국제 Paul Pitch 상을 수여합니다. 전기 모빌리티가 내연 기관의 대체품으로 점점 더 인식되고있는시기에 Paul Pietsch 2020상은 그러한 열 기관에만 수여되었습니다. 그러나 아방가르드적인 성격을 가지고있다. 어떤 회사도 가솔린 엔진과 같은 균질화와 디젤 엔진과 같은자가 점화의 조합을 달성하지 못했으며 양산 모델에서 두 가지 유형의 엔진의 이점을 모두 얻었습니다. 이 장치가 어떻게 작동하는지 다시 한 번 알려 드릴 기회입니다.
디젤 엔진과 같은 휘발유 분사 압력, 스파크 플러그 점화, 자체 점화, 끊임없이 변화하는 "λ"를 갖춘 Skyactiv X는 진정한 자동차 산업의 혁명입니다.
Mazda의 HCCI 엔진 개발은 30 년 이상 거슬러 올라가며 주로 Wankel 엔진 개발에서 매우 심층적 인 연료 분석을 기반으로합니다. 여러 세대의 엔지니어가이를 기반으로 교육을 받았기 때문에 많은 골칫거리와 문제가 발생하지만 많은 경험이 있습니다.
균질 혼합 및 자체 점화 기능을 갖춘 기계의 첫 번째 프로토타입이 발견된 곳은 로터리 엔진의 깊이였습니다. Wankel 엔진은 또한 다양한 터보 관련 기술 개발을 위한 플랫폼 역할을 합니다. RX-7은 포르쉐에서만 사용했던 기본 VNT 터보차저, 트윈 제트 터빈 및 캐스케이드 급유를 가솔린 엔진에 도입한 것입니다.
X 파일
그러나 현재 Skyactiv X의 직접적인 기반은 이미 입증된 차세대 휘발유 기계 Skyactiv G 및 Skyactiv D입니다. 이러한 장치에 제시된 솔루션을 살펴보면 필연적으로 어느 정도 "실현"되었음을 알 수 있습니다. “새로운 SPCCI 공장에서는 연소실 분석에서 얻은 경험에서 유동 난류에 이르기까지.
이 가설에 따르면 Skyactiv X의 효율은 Toyota Prius(Atkinson 사이클 사용)로 구동되는 2ZR-FXE 가솔린 엔진의 효율을 39% 초과하지만 Mazda 자체는 이 최대값이 가장 중요하지 않다는 것을 알고 있습니다. 가리키다. 대부분의 경우 엔진은 부분 부하로 작동하고 가솔린 엔진의 평균 효율은 급격히 떨어집니다. 대부분의 경우 Skyactiv X가 활짝 열린 버터플라이 밸브로 작동하기 때문에 펌프 손실이 크게 감소하고 평균 효율이 증가합니다. 이것은 높은 압축비와 결합되어 효율성의 공동 증가를 가져옵니다.
Mazda 엔지니어의 큰 업적은 Skyactiv X가 매우 광범위한 속도와 부하에 걸쳐 균일하고 자체 점화 모드로 작동한다는 사실입니다. 실제로 이는 디젤 및 가솔린 엔진뿐만 아니라 가스 디젤 엔진 및 린번 가솔린 엔진과 유사한 프로세스를 결합합니다. 후자는 또한 정상 및 불량 영역을 생성하지만 프로세스가 전적으로 플래시 전면에서 발생하는 것과 달리 Mazda의 경우 불량 혼합물이 스파크 플러그의 도움으로 자발적으로 점화됩니다.
Skyactiv X에서 무슨 일이 일어나고 있습니까? 현재까지 생성 된 HCCI 모드를 기반으로 작동하는 모든 실험용 엔진은 여러 모드에서 발생하는 불안정한 작동 매개 변수와 함께 매우 복잡한 자체 점화 제어 (압축 중 열과 압력 및 연료, 가스 및 공기 사이의 예비 화학 반응 기반)를 기반으로합니다. 정상적인 엔진 작동으로. Mazda 엔진은 항상 점화 플러그를 연소 개시 제로 사용합니다. 그러나 가솔린 엔진의 정상적인 작동과의 차이점은 후속 이벤트에 있습니다. 이렇게하면 다른 모드로의 전환이 훨씬 더 균형 잡히고 HCCI 모드에서 이러한 제어 방식은 안정적이고 안정적인 프로세스를 제공합니다.
이론상의 것들
Skyactiv X는 자연 흡기 0,5 기통 Skyactiv G 16,3 리터를 기반으로하며, 그 자체로 고효율의 좋은베이스입니다. 또한 실린더 당 1 리터의 배기량을 가지고있어 연소 과정의 속도 측면에서 최적입니다. HCCI 작동 조건을 만들기 위해 기하학적 압축비를 95 : XNUMX로 증가 시켰습니다. 따라서 혼합물은 평균 옥탄가가 XNUMXH이고 엔진 작동 온도가 정상인 가솔린 대부분의자가 점화 온도에 가까운 온도로 두껍게됩니다.
각 실린더에 있는 300개의 압력 센서가 핵심인 여러 센서의 데이터를 기반으로 컴퓨터는 선택할 작동 모드를 결정합니다. 후자는 엔진의 속도와 부하(즉, 가속 페달을 밟는 정도)에 따라 여러 기능 영역을 기반으로 결정됩니다. SCV(흡기 포트 중 하나에 있는 특수 공기 제어 밸브 포함)라는 특수 소용돌이 모듈의 도움으로 실린더 축 주위에 강렬한 난류가 생성됩니다. 조건에 따라 그리고 압축 및 연소 압력 증가 곡선의 비교와 사전 정의된 "맵"의 다른 많은 매개변수를 기반으로 다중 포트 인젝터는 1200세대 커먼 레일 디젤에 접근하는 압력에서 연료를 분사합니다. 시스템. - XNUMX에서 XNUMX bar까지 - 여러 부분으로. 이것은 하나의 긴 펄스(정상적인 플레어링 프로세스에서)에서 흡기 및 압축 행정(자기 점화 작동에서) 동안 여러 펄스로 수행됩니다. 분명히 가솔린 엔진의 기록적인 분사 압력은 혼합물 형성의 핵심 요소이기도 합니다. 그러나 논리적 인 질문이 생깁니다. 실린더 압력이 증가하고 연료 부분을 늘려야 할 때 엔진 출력을 낮추고 터보 차징으로 전환해야하는 경우 전체 매개 변수 세트가 어떻게 변경됩니까?
모든 것이 더 빠르게 진행됩니다.
Mazda의 SPCCI 특허는 44페이지 길이이며 자동차가 상당한 시간 동안 스파크 플러그 자동 점화(SPCCI) 모드로 작동한다고 자세히 설명합니다. 제어는 작동 중 여러 유형의 SPCCI 자체 점화 모드를 기반으로 합니다. 하나는 대부분 불량 혼합물, 대부분 정상 혼합물 및 약간 풍부한 혼합물입니다. 모든 경우에 분사 및 와류 구성은 더 풍부한 내부 구역(공기:연료 비율 약 14,7-20:1)과 더 희박한 외부 구역(35)과 함께 축 주위에 동심원으로 다른 구성(성층화)의 층을 생성합니다. -50:1). 내부는 충분한 "가연성"을 가지고 있으며 외부는 압축 중에 피스톤의 상사점 근처에서 자기 점화를 위한 거의 임계 온도에 도달했습니다. 스파크 플러그의 스파크는 내부 영역의 점화를 시작하여 온도와 압력을 급격히 상승시키고 이로 인해 다른 영역도 동시에 자발적으로 점화됩니다. 플래시 프런트가 없기 때문에 질소 산화물 형성 임계값 이하의 온도에서 발생하여 질소 산화물의 존재를 크게 줄이고 약한 균질 혼합물은 보다 완전한 연소와 매우 낮은 수준의 입자상 물질, 일산화탄소 및 일산화탄소를 제공합니다. 탄화수소.
작동 조건(예: 중속 및 고부하, 모든 경우 고속)에 따라 기계식 압축기가 작동하여 더 많은 공기를 공급하고 혼합물을 더 고갈시킵니다. 그 목적은 출력을 높이는 것이 아니지만 자동차의 우수한 동적 품질에 기여합니다. 이 특허는 또한 자동차가 터보차지될 수 있고 논리적으로 더 낮은 배기 온도가 가변 형상 터빈의 사용을 허용할 수 있다고 언급합니다. 그러나 지금은 보다 반응이 빠른 기계식 컴프레서를 사용한 제어가 더 쉬워졌습니다(이러한 정의가 Skyactiv X와 호환되는 경우). Mazda 엔지니어에 따르면 터보차저의 사용은 나중 단계에 올 수 있습니다.
그들이 다른 누구도 할 수 없었던 무언가를 만들 수 있었다는 점에 주목하는 것이 중요합니다. 적어도 직렬 형식은 아닙니다. 많은 센서 매개변수는 모드 선택을 위해 미리 설정된 동작과 비교되지만 실제로 "SPCCI 모드" 기호는 매우 낮거나 매우 높은 rpm 범위에서도 Mazda 디스플레이에 대부분 표시됩니다. 3단 기어로 부드럽게 움직이는 rpm MazdaXNUMX.
이것이 실생활에서 어떻게 발생합니까?
이렇게 긴 이론적 부분이 끝나면 마침내 질문에 답할 시간이 왔습니다. 이 모든 것이 결국 실제로 무엇으로 이어지는가. 휘발유 차량과 마찬가지로 자동차는 쉽게 속도를 높이고 빠르게 반응합니다. 정상 시외 및 고속도로 모드인 Iskar Gorge의 오르막 및 회전을 포함한 테스트 중에 Mazda 3 Skyactiv X는 약 5,2 l / 100km 범위의 소비량을 유지합니다. 독일 동료들이 달성한 평균 테스트 소비량은 6,6l/100km이지만 여기에는 고속 주행도 포함됩니다. 경제적인 주행 테스트에서 그들은 Audi A5,4 100 TDI, BMW 124d 및 Mercedes A 100d와 동등한 2g/3km CO2.0인 118l/200km를 달성했습니다. 그러나 복잡한 작동 과정에도 불구하고 이 기계는 복잡한 가스 처리 기술이 필요하지 않지만 반면에 초고압 분사 시스템은 비용을 증가시킵니다. 반면 소형 기계식 압축기는 터보차저에 비해 가격이 저렴해 디젤과 가솔린 엔진의 중간 가격대로 포지셔닝해야 한다.
엔진은 Mazda 3의 역동적인 특성과 쾌적한 코너링을 위한 좋은 설정과 조화를 이룹니다. 스티어링은 정밀하게 배치되어 있고, 차량은 중립적인 태도를 유지하며 날카로운 도발 시에만 뒷바퀴를 돌리는 경향을 보인다. 여기에 Mazda에서 다양한 수준의 장비의 일부인 지원 시스템과 장비의 좋은 조합이 추가되었습니다. 우리는 이미 컨트롤의 새로운 인체공학적 구성에 대해 충분히 이야기했습니다. 기능은 모니터에 의해 제어되지 않으며 간단하고 조작이 편리합니다. 전체적으로 실내는 수년 전 고급 모델에서만 볼 수 있었던 은은한 가벼움과 품격이 느껴진다. 즉, Skyactiv X가 작동하고 정말 흥분됩니다.
