Los motores de encendido por compresión son un gran avance: tenemos que probar uno

Esto se parece a un Mazda 3, pero en realidad es un millón de dólares prototipo de la nueva arquitectura de chasis Skyactiv de la compañía y su nuevo motor Skyactiv-X. Mazda

El ingeniero de Mazda Jay Chen explica cómo Spark controla la compresión La ignición funciona y por qué es un gran avance. Jonathan Gitlin

El motor Skyactiv-X. Jonathan Gitlin

Skyactiv-X desde otro ángulo. Jonathan Gitlin

Y uno más por suerte. Jonathan Gitlin

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Mazda dice que ha logrado un avance tan esperado en el motor tecnología IRVINE, California. A pesar de los rumores que dicen lo contrario, el El motor de combustión interna está lejos de estar muerto. Recientemente hemos visto varios avances tecnológicos que impulsarán significativamente el eficiencia de motores a gasolina. Uno de estos, primero reportado en agosto de 2017, es el avance de Mazda con encendido por compresión On Tuesday, Mazda invited us to its R&Dinstalación en California para aprender más sobre esta nueva e inteligente Motor Skyactiv-X, pero lo más importante es que tenemos que conducirlo en el camino.

�Qué tiene de especial este motor entonces?

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La idea detrás de Skyactiv-X es poder ejecutar el motor con como magra una mezcla de combustible-aire (conocida como λ) como sea posible. Porque muy la combustión pobre es más fría que una reacción estequiométrica (donde λ = 1 y hay exactamente suficiente aire para quemar por completo cada molécula de combustible pero no más), se desperdicia menos energía como calor. Además, el los gases de escape contienen menos óxidos de nitrógeno desagradables y los no utilizados el aire se pone a trabajar. Absorbe el calor de la combustión y luego se expande y empuja hacia abajo el pistón. El resultado es un limpiador, motor más eficiente y más potente. Y Skyactiv-X usa un mezcla muy magra: un λ hasta 2.5.

Eso suena como un santo grial automotriz, así que podrías ser preguntándose por qué no todos lo están haciendo. Como suele ser el caso, el El mundo real no es tan simple. El problema con muy magra mezclas de aire / combustible es que su combustión no es particularmente estable; porque las moléculas de combustible están mucho menos concentradas, Es fácil que el evento de combustión desaparezca. los la solución, entonces, es comprimir las cosas en mayor medida de lo normal Y si comprimes el combustible y el aire lo suficiente, un sucede algo maravilloso: se enciende sin la necesidad de un Chispa – chispear.

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El camino a seguir: cómo llegaremos a 54.5 mpg para 2025 Esto se conoce como encendido homogéneo por compresión de carga, o HCCI, una idea que Kyle Niemeyer nos cubrió en profundidad en 2012. HCCI tiene otros ventajas también. Encima de la nevera y con menos contaminantes, el evento de combustión ocurre más rápido, con un mayor pico de presión, por lo que obtiene más trabajo de la misma energía. Todo eso suena maravilloso, así que probablemente te estés preguntando por qué cada motor de gasolina en la carretera no solo usa HCCI.

Desafortunadamente, ha sido una de esas ideas que funcionó en el laboratorio pero nunca podría traducirse en un motor de producción. El mayor problema siempre ha sido controlar exactamente cuándo durante se produjo el encendido por compresión del ciclo del motor, algo que usted querer lo más cerca posible del punto muerto superior.

HCCI, pero con una bujía?

El avance de Mazda fue darse cuenta de que la bujía podría Todavía tengo un papel. El motor Skyactiv-X ha sido diseñado para tener una relación de compresión muy alta, de hecho, 16: 1, y para usar una muy delgada relación aire: combustible, pero ambos están justo por debajo del umbral necesario para que ocurra HCCI. En cambio, el motor de Mazda usa una chispa para que empiece la fiesta; la bola de fuego resultante luego agrega más calor y presión a la cámara de combustión, ¡y listo! Compresión Se ha activado el encendido. Mazda llama a esto chispa controlada Encendido por compresión, o SPCCI.

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Obviamente, esto no estuvo exento de desafíos. El combustible: mezcla de aire necesita ser un poco más rico cerca de la chispa para que se encienda que quieres que esté en el resto del cilindro. Estos necesitan ser regiones distintas para evitar que λ caiga a 2 o menos (que no sufrirá ignición por compresión). Eso se logra girando el aire dentro del cilindro y generando un efecto vórtice, donde el centro tranquilo tiene un λ lo suficientemente bajo como para encender por chispa, rodeado por una región λ alta que luego sufre ignición por compresión.

El siguiente desafío de Mazda fue evitar el preencendido o el golpe. Las relaciones de compresión más altas aumentan el potencial de golpe, que Es por eso que los motores de mayor relación de compresión generalmente también requieren más Combustible caro y de mayor octanaje que es resistente a los golpes. Ahora, técnicamente, el encendido por compresión es golpe, pero si ocurre antes desea que, en el punto muerto superior, puedan suceder cosas malas, porque un El evento de combustión ejercerá presión hacia abajo sobre el pistón, ya que es subiendo en un golpe de compresión.

La solución aquí fue usar menos tiempo para calentar el combustible: mezcla de aire. Al principio hay una pequeña inyección inicial de combustible, luego el volumen del combustible se introduce en el cilindro lo más tarde posible durante la carrera de compresión. Esto se hace usando múltiples orificios inyectores para aumentar la atomización y la mezcla de combustible y aire.

Si todo eso no fuera suficiente, existe el problema adicional de mantener pista de encendido por compresión. En el pasado, este ha sido uno de Los problemas más difíciles de resolver para los motores HCCI. Idealmente quieres la combustión ocurrirá en el mismo punto del ciclo del motor cada tiempo, aproximadamente cuatro grados después del punto muerto superior. Pero como ambiente las condiciones cambian: un día frío en Denver versus uno caluroso en Houston: el tiempo necesario para que la bola de fuego alcance suficiente La presión también cambia. Entonces el motor debería poder cambiar tiempo de encendido para mantener la presión máxima en el lugar correcto.

Skyactiv-X hace esto al monitorear activamente la presión en cada cilindro, por lo que conoce el rastro de aumento de presión de cada combustión evento. Si se desvía, la sincronización de la chispa se ajusta para compensar. Jay Chen, uno de los ingenieros de motores de Mazda, explicó que esto era algo en lo que la compañía había estado pensando durante un tiempo, pero solo recientemente ha sido posible ahora que el control del motor Los procesadores son lo suficientemente rápidos como para controlar las cosas evento por evento.

Skyactiv-X tiene algunas otras características que lo diferencian de La actual familia de motores Skyactiv-G de Mazda. Tiene una mayor presión sistema de combustible de inyección directa para promover la atomización que funciona en algún lugar entre un sistema actual de inyección directa de gasolina y un sistema diesel DI, aunque no pude obtener un combustible específico Figura de presión. Hay sensores de presión en el cilindro, que son necesario para alimentar los cerebros digitales del motor con los datos que necesita controlar el tiempo Hay un sobrealimentador tipo Roots de bajo impulso de tipo: Mazda llama a esto un suministro de aire de alta respuesta, ya que su trabajo no es para agregar potencia, y realmente solo contribuye bajo altas cargas. También hay un intercooler aire-agua, un gas de escape. enfriador de recirculador (EGR) que ayuda a prevenir la combustión prematura, actuadores eléctricos de sincronización variable de válvulas (que usan motores paso a paso) para una sincronización de la válvula más rápida y, finalmente, un arranque-parada híbrido suave de 48v sistema.

Imagen de listado de Jonathan Gitlin

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