オートモーターとスポーツテクノロジー賞を受賞したSkyactiv X

マツダの最先端エンジンがメディア創設者ポール・ピエチュ賞を受賞

毎年、自動車モーターとスポーツメディアは、革新的な技術開発に対して国際的なポールピッチ賞を贈っています。 電動モビリティが内燃機関の代替品としてますます見られるようになった現在、ポールピエッチ2020賞は、まさにそのような熱機関に対して授与されました。 ただし、前衛的な性格です。 ガソリンエンジンのような均質化とディーゼルエンジンのような自己着火の組み合わせを実現した企業は他にありません。生産モデルでは両方のタイプのエンジンの利点があります。 これは、この装置がどのように機能するかについて改めて説明する理由です。

ディーゼル エンジンのようなガソリン噴射圧力、スパーク プラグ点火、自己点火、常に変化する「λ」を備えた Skyactiv X は、まさに自動車産業における革命です。

マツダのHCCIエンジン開発は30年以上前に遡り、主にワンケルエンジンの開発における非常に詳細な燃料分析に基づいています。 何世代にもわたるエンジニアがこれに基づいてトレーニングを受けており、多くの頭痛と問題を引き起こしますが、多くの経験ももたらします。

均一な混合と自己点火を備えた機械の最初のプロトタイプが見つかったのは、ロータリーエンジンの深部でした。 ヴァンケル エンジンは、さまざまなターボ関連技術の開発のためのプラットフォームとしても機能します。これが RX-7 であり、基本的な VNT ターボチャージャー、ツインジェット タービン、カスケード給油を、ポルシェだけが使用していたガソリン エンジンに導入しています。

Xファイル

ただし、現在の Skyactiv X の直接の基盤は、すでに実績のある新世代のガソリン マシン Skyactiv G および Skyactiv D です。これらのデバイスで提示されたソリューションを見ると、それらがある程度「実現」されていることが必然的にわかります。 「新しい SPCCI プラントでは、燃焼室の分析から得られた経験から流れの乱れまで。

この仮説によれば、Skyactiv Xの効率は、トヨタプリウス（アトキンソンサイクルを使用）を搭載した2ZR-FXEガソリンエンジンの効率を39％上回っていますが、マツダ自体は、この最大点が最も重要ではないことを認識しています。点。 ほとんどの場合、エンジンは部分負荷で動作し、ガソリンエンジンの平均効率は劇的に低下します。 ほとんどの場合、Skyactiv Xは全開バタフライバルブで動作するため、ポンプ損失が大幅に減少し、平均効率が向上します。 これは、高い圧縮比と相まって、効率の共同増加をもたらします。

マツダのエンジニアにとっての素晴らしい成果は、Skyactiv Xが非常に広範囲の速度と負荷にわたって均一な自己点火モードで動作するという事実です。 実際には、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンだけでなく、ガスディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンで使用されるプロセスと同様のプロセスを組み合わせます。 後者では、正常領域と不良領域も形成されますが、プロセスが完全にフラッシュの前面で発生する場合とは異なり、マツダの場合、不良混合物はスパークプラグの助けを借りて自然発火します。

Skyactiv Xで何が起こっているのですか？ これまでに作成されたHCCIモードに基づいて動作するすべての実験エンジンは、非常に複雑な自己着火制御（圧縮中の熱と圧力、および燃料、ガス、空気間の予備的な化学反応に基づく）に基づいており、いくつかのモードで不安定な動作パラメーターが発生します。 通常のエンジン動作に。 マツダエンジンは、常に点火プラグとして燃焼開始剤を使用します。 ただし、ガソリンエンジンの通常の操作との違いは、その後のイベントにあります。 これにより、さまざまなモードへの移行がよりバランスよく行われ、HCCIモードでのこの制御方法により、安定した安定したプロセスが実現します。

理論上のこと

Skyactiv Xは、自然に吸引された0,5気筒16,3リットルのSkyactiv Gをベースにしており、それ自体が効率の良い優れたベースです。 また、排気量は1リットル/気筒で、燃焼速度の点で最適です。 HCCI運転の条件を作成するために、幾何学的圧縮比を95に増やしました。XNUMX.したがって、混合物は、ガソリン中のほとんどの留分の自己発火温度に近い温度まで厚くなり、平均オクタン価はXNUMXHで、通常のエンジン運転温度です。

いくつかのセンサーからのデータに基づいて、各シリンダーの 300 つの圧力センサーが重要であり、コンピューターはどの動作モードを選択するかを決定します。 後者は、エンジンの速度と負荷（つまり、アクセルペダルの踏み込みの程度）に応じて、いくつかの機能ゾーンに基づいて決定されます。 SCV と呼ばれる特別な渦流モジュール (吸気ポートの 1200 つにある特別な空気制御バルブを含む) の助けを借りて、シリンダー軸の周りに激しい乱流が作り出されます。 条件に応じて、圧縮および燃焼圧力上昇曲線の比較、および事前定義された「マップ」の他の多くのパラメーターに基づいて、マルチポート インジェクターは、第 XNUMX 世代のコモン レール ディーゼルの圧力に近い圧力で燃料を噴射します。システム。 - XNUMX から XNUMX バーまで - いくつかの部分で。 これは、XNUMX つの長いパルス (通常のフレアリング プロセス) から、吸気および圧縮行程 (自己着火操作) の間の複数のパルスまで行われます。 明らかに、ガソリンエンジンの記録的な噴射圧力も、混合気の形成における重要な要素です。 ただし、論理的な疑問が生じます-シリンダー圧力の増加、および燃料部分の増加の必要性に伴い、エンジン出力とターボチャージャーを下げる場合、およびいつ切り替える場合、パラメーターのセット全体がどのように変化するのでしょうか...

すべてがより速く起こります

マツダの SPCCI 特許は 44 ページの長さで、車がかなりの時間、スパーク プラグ自動点火 (SPCCI) モードで動作することが詳細に記載されています。 制御は、操作中の SPCCI 自己着火モードのいくつかのタイプに基づいています。14,7 つは、ほとんど混合気の少ない、ほとんど通常の混合気、およびわずかに濃い混合気です。 いずれの場合も、噴射と渦の構成により、軸の周りに同心円状に異なる組成の層 (成層) が作成され、内側のゾーンがより濃く (空気:燃料比約 20 ～ 1:35)、外側のゾーンがより希薄になります (50)。 -1:XNUMX)。 内部は十分な「可燃性」を持ち、外部は圧縮時のピストン上死点付近でほぼ自着火臨界温度に達しています。 スパークプラグの火花が内側のゾーンの点火を開始し、温度と圧力が急激に上昇し、これにより他のゾーンが同時に自然発火します。 引火前線がないため、窒素酸化物の形成のしきい値を下回る温度で発生し、窒素酸化物の存在が大幅に減少し、弱い均一な混合気により、より完全な燃焼と非常に低いレベルの粒子状物質、一酸化炭素、および炭化水素。

中速や高負荷などの運転条件に応じて、すべての場合において高速で、機械式コンプレッサーが起動して、より多くの空気を供給し、混合気をさらに枯渇させます。 その目的はパワーを上げることではありませんが、車の優れた動的特性に貢献します。 この特許は、車がターボチャージャーを搭載できることにも言及しており、論理的には、より低い排気温度により、可変ジオメトリータービンの使用が可能になる可能性があります。 ただし、現時点では、より応答性の高い機械式コンプレッサーを使用した制御がより簡単になりました (そのような定義が Skyactiv X と互換性がある場合)。 マツダのエンジニアによると、ターボチャージャーの使用は後の段階になる可能性があります。

彼らは、他の誰もできなかった何かを作成したことに注意することが重要です-少なくとも連続した形ではありません. 多くのセンサーパラメーターは、モード選択のために事前設定された動作と比較されますが、実際には、ほとんどの場合、マツダのディスプレイに「SPCCIモード」サインが表示されます。 rpm Mazda3 は XNUMX 速でスムーズに動きます。

これは実際にどのように起こりますか？

このような長い理論的な部分の後、ついに質問に答える時が来ました-これらすべてが最終的に実際に何につながるのか. ガソリン車と同じように、車は簡単にスピードを上げ、素早く反応します。 イスカー渓谷での上り坂や曲がり角、通常の都市間モード、高速道路モードなどのテスト中、Mazda 3 Skyactiv X は消費量を約 5,2 l / 100 km の範囲に維持します。 ドイツの同僚が達成した平均テスト消費量は 6,6 l / 100 km ですが、これには高速走行も含まれます。 経済的な運転テストでは、5,4 l/100 km (124 g/100 km CO2) を達成し、アウディ A3 2.0 TDI、BMW 118d、メルセデス A 200d と同等です。 ただし、複雑な操作プロセスにもかかわらず、このマシンは複雑なガス処理技術を必要としないことに注意する必要がありますが、一方で、非常に高圧の注入システムによりコストが増加します。 一方、小型の機械式コンプレッサーはターボチャージャーよりも安価であるため、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンの間の価格として位置付けられるべきです。

このエンジンは、Mazda 3 のダイナミックなキャラクターと快適なコーナリングのための良好な設定と調和しています。 ステアリングは正確にレイアウトされており、車はニュートラルな態度を維持し、鋭い挑発でのみ後輪を回す傾向を示しています。 これに加えて、マツダではさまざまなレベルの機器の一部である支援システムと機器の適切な組み合わせがあります。 コントロールの新しい人間工学的構成については、すでに十分に説明しました。 機能はモニターによって制御されず、操作が簡単で便利です。 全体的に、インテリアは、何年も前の高級モデルにしか見られなかった微妙な軽さと質感を備えています。 要するに、Skyactiv X が機能し、本当にあなたを興奮させます。