Мазда двигатель без свечей


Бензиновые двигатели Mazda смогут работать без свечей — журнал За рулем

Компания Mazda готовит бензиновый двигатель, который сможет работать без свечей зажигания. Сгорание смеси в нем будет происходить за счет сжатия в цилиндрах.

Mazda работает над вторым поколением двигателей семейства Skyactiv. Японцы решили применить революционную технологию HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition), позволяющую полностью отказаться от свечей зажигания.

Сгорание смеси в таких двигателях происходит по принципу дизельного, то есть за счет давления на топливно-воздушную смесь в цилиндрах. Впрочем, полностью отказываться от свечей зажигания в Mazda не намерены: они будут использоваться на низких оборотах двигателя, а с их ростом станет задействована технология HCCI. Инженеры компании говорят, что новая технология позволит увеличить эффективность бензиновых двигателей на 30%, снизив средний расход топлива с 7,8 до 5,6 л на 100 километров.

С технологией HCCI экспериментировали практически все автопроизводители: ближе всех к серийному производству таких двигателей продвинулись в General Motors, Daimler и Volkswagen. Но в итоге все три автоконцерна отказались от технологии гомогенного сжигания в пользу более простых решений с навешиванием на двигатель турбин.

Дебютировать двигатель Skyactiv-II должен на прототипе хэтчбека Mazda 3, который японская компания может привезти на автосалон во Франкфурт в сентябре этого года. По неофициальной информации, хэтчбек сохранит нынешнюю платформу и силовую структуру, но получит полностью новые кузовные панели и пересмотренный интерьер. После того как «трешка» пойдет в серию, двигатели с HCCI планируется устанавливать на все модели Mazda.

  • Недавно Mazda заключила соглашение о партнерстве с Toyota. Компании вместе построят завод в США и будут разрабатывать электромобили.
  • Mazda готовит новый кроссовер с индексом CX-8. Его будут отличать премиальная «начинка» и салон, который может трансформироваться из 6- в 7-местный. Правда, продавать машину планируют только в Японии.
  • В июле в России дебютировал кроссовер Mazda CX-5 второго поколения. Машина предсказуемо подорожала.

Фото: Mazda

Двигатели с воспламенением от сжатия - это большой прорыв - мы должны попробовать один

  • Это похоже на Mazda 3, но на самом деле это прототип новой архитектуры шасси Skyactiv и ее нового двигателя Skyactiv-X стоимостью миллион долларов.

    Mazda

  • Инженер Mazda Джей Чен объясняет, как работает компрессионное зажигание с контролем искры и почему это такой прорыв.

    Джонатан Гитлин

  • Двигатель Skyactiv-X.

    Джонатан Гитлин

  • Skyactiv-X под другим углом.

    Джонатан Гитлин

  • И еще один на удачу.

    Джонатан Гитлин

ИРВИН, Калифорния.- Несмотря на слухи об обратном, двигатель внутреннего сгорания еще далеко не мертв. Недавно мы стали свидетелями нескольких технологических достижений, которые значительно повысят эффективность бензиновых двигателей. Одно из них, о котором впервые было сообщено еще в августе 2017 года, - это прорыв Mazda в области воспламенения от сжатия. Во вторник Mazda пригласила нас на свой научно-исследовательский центр в Калифорнии, чтобы узнать больше об этом новом умном двигателе Skyactiv-X, но, что более важно, мы действительно смогли водить его по дороге.

Что же такого особенного в этом двигателе?

Mazda

Идея Skyactiv-X заключается в том, чтобы иметь возможность запускать двигатель на как можно более бедной топливно-воздушной смеси (известной как λ).Поскольку очень бедное сгорание холоднее, чем стехиометрическая реакция (где λ = 1 и воздуха ровно достаточно, чтобы полностью сжечь каждую молекулу топлива, но не более), меньше энергии расходуется в виде тепла. Более того, выхлопные газы содержат меньше вредных оксидов азота, а неиспользованный воздух начинает работать. Он поглощает тепло сгорания, а затем расширяется и давит на поршень. В результате получается более чистый, эффективный и мощный двигатель. А Skyactiv-X использует очень бедную смесь : λ до 2.5.

Звучит как Святой Грааль для автомобилей, поэтому вам может быть интересно, почему все этого не делают. Как это часто бывает, реальный мир не так прост. Проблема с очень бедными топливно-воздушными смесями заключается в том, что их сгорание не особенно стабильно; поскольку молекулы топлива гораздо менее сконцентрированы, сгорание легко прекратится. Тогда решение состоит в том, чтобы сжать вещи в гораздо большей степени, чем обычно. А если достаточно сжать топливо и воздух, произойдет чудесное: он воспламенится без искры.

Это известно как воспламенение от сжатия однородного заряда, или HCCI, идея, которую Кайл Нимейер подробно рассмотрел для нас еще в 2012 году. HCCI имеет и другие преимущества. Помимо охладителя сгорания и с меньшим количеством загрязняющих веществ, процесс сгорания происходит быстрее, с более высоким пиком давления, поэтому вы получаете больше работы с той же энергией. Все это звучит довольно замечательно, поэтому вы, вероятно, задаетесь вопросом, почему каждый бензиновый двигатель на дороге не использует только HCCI.

К сожалению, это была одна из тех идей, которые сработали в лаборатории, но так и не смогли полностью воплотиться в производственный движок.Самая большая проблема всегда заключалась в том, чтобы точно контролировать момент, когда во время цикла двигателя происходит воспламенение от сжатия, что вы хотите как можно ближе к верхней мертвой точке.

HCCI, но со свечой зажигания?

Mazda сделала прорыв в понимании того, что свеча зажигания все еще может иметь значение. Двигатель Skyactiv-X был разработан для обеспечения очень высокой степени сжатия - фактически 16: 1 - и для использования очень бедного соотношения воздух: топливо, но оба эти показателя чуть ниже порога, необходимого для возникновения HCCI.Вместо этого двигатель Mazda использует искру, чтобы начать вечеринку; получившийся огненный шар затем добавляет больше тепла и давления в камеру сгорания, et voila! Сработало воспламенение от сжатия. Mazda называет это зажигание от сжатия с контролем искры или SPCCI.

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

  • Mazda

Очевидно, здесь не обошлось без проблем.Чтобы зажечь искру, смесь топлива и воздуха должна быть немного богаче, чем вы хотите, чтобы она была в остальной части цилиндра. Это должны быть отдельные области, чтобы избежать падения λ до 2 или ниже (которое не подвергнется воспламенению от сжатия). Это достигается за счет закручивания воздуха внутри цилиндра и создания вихревого эффекта, при котором спокойный центр имеет достаточно низкую λ для воспламенения искрой, окруженную областью с высокой λ, которая затем подвергается воспламенению от сжатия.

Следующей задачей Mazda

было предотвращение преждевременного возгорания или детонации.Более высокая степень сжатия увеличивает вероятность детонации, поэтому для двигателей с более высокой степенью сжатия обычно также требуется более дорогое топливо с более высоким октановым числом, устойчивое к детонации. Технически, воспламенение от сжатия - это детонация, но если это произойдет до того, как вы этого захотите - в верхней мертвой точке - могут произойти неприятности, потому что событие возгорания окажет давление на поршень, когда он движется вверх на такте сжатия. ,

Решением здесь было сократить время нагрева смеси топливо: воздух.Сначала происходит небольшой начальный впрыск топлива, затем основная часть топлива вводится в цилиндр как можно позже во время такта сжатия. Для этого используются форсунки с несколькими отверстиями для увеличения распыления и смешивания топлива и воздуха.

Если всего этого было недостаточно, добавилась проблема отслеживания воспламенения от сжатия. В прошлом для двигателей HCCI это была одна из самых сложных проблем. В идеале вы хотите, чтобы сгорание происходило каждый раз в одной и той же точке цикла двигателя - примерно на четыре градуса после верхней мертвой точки.Но по мере изменения окружающих условий - холодный день в Денвере по сравнению с жарким в Хьюстоне - время, необходимое огненному шару для достижения достаточного давления, также изменяется. Таким образом, двигатель должен иметь возможность изменять время зажигания, чтобы поддерживать пиковое давление в нужном месте.

Skyactiv-X делает это, активно отслеживая давление в каждом цилиндре, поэтому он знает график повышения давления при каждом событии сгорания. Если он отклоняется, синхронизация зажигания корректируется для компенсации. Джей Чен, один из инженеров Mazda по трансмиссиям, объяснил, что это было то, о чем компания думала некоторое время, но это стало возможным только недавно, когда процессоры управления двигателем стали достаточно быстрыми, чтобы управлять событиями событие за событием.

Skyactiv-X имеет некоторые другие особенности, которые отличают его от нынешнего семейства двигателей Mazda Skyactiv-G. У него есть топливная система с прямым впрыском под более высоким давлением для обеспечения распыления, которая работает где-то между текущей системой прямого впрыска бензина и дизельной системой прямого впрыска, хотя я не смог получить конкретное значение давления топлива. Есть датчики давления в цилиндре, которые необходимы для подачи в цифровой мозг двигателя данных, необходимых для управления синхронизацией. Есть своего рода нагнетатель типа Рутса с низким наддувом - Mazda называет это подачей воздуха с высоким откликом, поскольку его задача не в добавлении мощности, и он действительно способствует только при высоких нагрузках.Также есть промежуточный охладитель воздух-вода, охладитель рециркулятора выхлопных газов (EGR), который помогает предотвратить преждевременное сгорание, электрические приводы изменения фаз газораспределения (которые используют шаговые двигатели) для более быстрого газораспределения, и, наконец, мягкий гибридный запуск 48 В система остановки.

Изображение объявления Джонатана Гитлина

,

Как работают газовые двигатели с воспламенением от сжатия

Объявление

Летом 2017 года Mazda сделала объявление: автомобильная компания нашла способ производить бензиновые двигатели с воспламенением от сжатия для легковых автомобилей. Mazda заявила, что ее новый двигатель может улучшить экономию топлива на 20-30 процентов, что является значительным достижением для бензинового двигателя.

Прежде чем углубиться в эту технологию, стоит отметить, что двигатель с воспламенением от сжатия не является новой концепцией.В автомобилях Формулы 1 используются двигатели с воспламенением от сжатия, и несколько других автопроизводителей пытались разработать коммерчески жизнеспособную версию для легковых автомобилей. Но двигатель Mazda, получивший название Skyactiv-X, станет первым серийно выпускаемым и коммерчески доступным двигателем этого типа. Благодаря Джею Чену, инженеру по силовому агрегату Mazda, HowStuffWorks удалось узнать, как был достигнут этот прорыв. Однако сначала мы должны взглянуть на основные функции движка.

Двигатель работает, воспламеняя топливо двумя способами: от тепла и от сжатия.Двигатели с искровым зажиганием встречаются в большинстве бензиновых автомобилей. В этих типах двигателей свечи зажигания загораются, чтобы воспламенить топливо в камере сгорания, при этом смесь топлива и воздуха также сжимается. Это очень упрощенная версия процесса, конечно, чтобы проиллюстрировать основное различие между двумя типами двигателей. Двигатели с искровым зажиганием следуют циклу и требуют точной синхронизации для работы, но в целом надежны в различных условиях [источник: Knight].

Двигатели с воспламенением от сжатия работают больше как дизельные двигатели.Дизели рассчитаны на гораздо более высокую степень сжатия (для чего требуются более тяжелые компоненты и более прочная конструкция) и в качестве источника тепла используют свечи накаливания, а не свечи зажигания. Свечи накаливания нагревают камеру сжатия, что, в свою очередь, увеличивает степень сжатия в камере. Когда топливо добавляется в камеру, оно разбрызгивается по кончику свечи накаливания, но процесс зависит от сжатия больше, чем от контакта топлива и свечи. Отсутствие «искры» помогает дизельным двигателям достичь более высоких оценок EPA, чем бензиновые двигатели с аналогичными характеристиками [источник: Стюарт].

Если мы сосредоточимся на газе, вам может быть интересно, какой смысл объяснять, как работает дизельный двигатель? Просто чтобы проиллюстрировать важность сжатия. Лучший способ улучшить газовый двигатель - это выяснить, как увеличить компрессию, что позволяет двигателю более эффективно использовать запас топлива.

Бензиновый двигатель с воспламенением от сжатия сочетает в себе лучшие части этих процессов. Двигатель запрограммирован на улавливание воздуха (обычно выхлопа двигателя) в цилиндре двигателя путем регулировки времени открытия выпускных и впускных клапанов.Топливные форсунки добавляют топливо в этот захваченный выхлоп, и, поскольку захваченная смесь находится под очень высокой степенью сжатия, относительно небольшое количество топлива может воспламениться.

Двигатели с воспламенением от сжатия можно даже разделить на два разных типа [источник: Lindberg].

  • Воспламенение от сжатия однородного заряда (HCCI): Этот двигатель смешивает воздух и топливо, а затем сжимает эту смесь до тех пор, пока она не воспламенится. Двигатель Mazda станет первым серийным двигателем типа HCCI.
  • Бензин с прямым воспламенением от сжатия (GDCI): Этот двигатель впрыскивает бензин в смесь воздуха и выхлопных газов, которая уже была сжата.

Основное различие между этими двумя двигателями - это точка в процессе добавления топлива, достигаемая за счет корректировки циклов и времени работы двигателей. В остальном двигатели работают аналогично; сжатие - самый важный фактор.

,

Mazda сделает свечи зажигания бесполезными к 2018 году

Похоже, Mazda продолжит вводить новшества в области технологий двигателей. К концу 2018 года японская марка представит новую бензиновую силовую установку, которая использует с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI) , или просто двигатель без свечей зажигания.

HCCI - это не что-то новое, когда мы говорим о двигателях. Фактически, именно так дизельные электростанции сжигают топливо, что является одним из основных отличий от их бензиновых аналогов.

Тем не менее, Mazda будет одним из первых брендов, которые смело объявят о своем шаге по внедрению HCCI в бензиновые двигатели, что General Motors пыталась пересмотреть еще в 2007 году, в то время как Nissan начал собственное развитие в прошлом году.

Для сравнения: в бензиновых двигателях используются свечи зажигания для воспламенения топливно-воздушной смеси внутри камер. С другой стороны, дизельные типы вместо этого сжимают смесь, что является основным сторонником HCCI.

Их главное отличие? В то время как сгорание в дизельном двигателе более экономично, это влечет за собой более крупные (эргономичные, тяжелые) детали и более высокую степень сжатия, чтобы иметь возможность получать точные значения давления и температуры в камере сгорания.Это нерентабельно, и бензин непредсказуемо сгорает при сжатии, что является одной из основных причин, по которым автопроизводители решают оставить обычные свечи зажигания в своих автомобилях с бензиновым двигателем.

Mazda, являясь инновационной компанией с отмеченными наградами технологиями SkyActiv и SkyActiv-D , к концу 2018 года внедрит HCCI в бензиновые двигатели. Как они смогут это сделать? Скажем так, пусть Mazda сделает свое дело.

Согласно отчету Nikkei Asian Review, Mazda впервые включит это в компактный автомобиль Mazda 3 следующего поколения в следующем году. Говорят, что это повысит эффективность использования топлива до 30% и уменьшит выбросы выхлопных газов.

Как потребители, Mazda видит образцовый и захватывающий вид, учитывая, что топливная экономичность является одним из ключевых факторов, на которые покупатели обращают внимание при выборе автомобиля. Мы просто надеемся, что они справятся с этим так же, как и с технологией SkyActiv, которая максимизирует топливную экономичность без ущерба для производительности.

,

Смотрите также