Skyactiv X avec Auto Motor und Sport Technology Award

Le moteur de pointe de Mazda remporte le prix Paul Pietsch, fondateur du média

Chaque année, les médias automobiles et sportifs présentent le Prix international d'innovation technologique Paul Pitch. À une époque où la mobilité électrique est de plus en plus considérée comme un remplacement pour un moteur à combustion interne, le prix Paul Pietsch 2020 a été décerné pour un tel moteur thermique. Cependant, il a un caractère avant-gardiste. Aucune autre entreprise n'a réussi une telle combinaison de formation d'un mélange homogène, comme dans un moteur à essence, et d'auto-allumage, comme dans un moteur diesel, avec les avantages des deux types de moteurs dans un modèle de production. C'est l'occasion de vous raconter à nouveau le fonctionnement de cet appareil.

Avec une pression d'injection d'essence comme dans un moteur diesel, un allumage par bougie, un auto-allumage, un « λ » qui change constamment, Skyactiv X est une véritable révolution dans l'industrie automobile.

Les développements de Mazda dans l'industrie des moteurs HCCI s'étendent sur plus de 30 ans et sont largement basés sur une analyse extrêmement approfondie des processus de carburant dans le développement du moteur Wankel. Plusieurs générations d'ingénieurs sont formées sur cette base, ce qui crée de nombreux maux de tête et problèmes, mais apporte également beaucoup d'expérience.

C'est dans les profondeurs du moteur rotatif que furent trouvés les premiers prototypes de machines à mélange homogène et à auto-allumage. Le moteur Wankel sert également de plate-forme pour le développement de diverses technologies liées au turbo - il s'agit du RX-7, qui introduit des turbocompresseurs VNT élémentaires, des turbines à double jet et un ravitaillement en cascade dans un moteur à essence utilisé uniquement par Porsche.

X-Files

Cependant, la base directe du Skyactiv X actuel est la nouvelle génération déjà éprouvée de machines à essence Skyactiv G et Skyactiv D. Si vous regardez les solutions présentées dans ces appareils, vous constaterez inévitablement qu'elles sont dans une certaine mesure "réalisées". « Dans la nouvelle usine SPCCI, de l'expérience acquise de l'analyse des chambres de combustion à la turbulence des flux.

Selon cette hypothèse, le Skyactiv X est plus efficace que le moteur à essence 2ZR-FXE propulsé par la Toyota Prius (utilisant le cycle Atkinson) de 39%, mais Mazda elle-même est consciente que ce point culminant n'est pas le plus important. La plupart du temps, le moteur tourne à charge partielle et le rendement moyen d'un moteur à essence chute considérablement. Du fait que dans la plupart des cas, Skyactiv X fonctionne avec une vanne papillon grande ouverte, les pertes de la pompe sont considérablement réduites et l'efficacité moyenne est augmentée. Ceci, combiné au taux de compression élevé, se traduit par une augmentation conjointe de l'efficacité.

Une grande réussite des ingénieurs Mazda est le fait que leur Skyactiv X fonctionne en mélange uniforme et en mode auto-allumage sur une très large gamme de vitesses et de charges. En pratique, il combine les processus utilisés non seulement dans les moteurs diesel et à essence, mais également similaires aux processus dans les moteurs diesel-essence et les moteurs à essence avec des mélanges pauvres. Dans ce dernier, des sections normales et mauvaises se forment également, mais contrairement à elles, où le processus se produit complètement avec le front de flash, dans le cas de Mazda, le mauvais mélange s'enflamme spontanément à l'aide d'une bougie d'allumage.

Que se passe-t-il dans Skyactiv X? Tous les moteurs expérimentaux fonctionnant sur la base du régime HCCI créé jusqu'à présent sont basés sur un contrôle d'auto-inflammation très complexe (basé sur la chaleur et la pression pendant la compression et les réactions chimiques préliminaires entre les carburants, les gaz et l'air) avec des paramètres de fonctionnement instables dans un certain nombre de modes. au fonctionnement normal du moteur. Le moteur Mazda utilise toujours une bougie comme amorceur de combustion. Cependant, la différence par rapport au fonctionnement normal du moteur à essence réside dans les événements ultérieurs. Grâce à cela, la transition vers différents modes devient beaucoup plus équilibrée, et cette méthode de contrôle en mode HCCI conduit à un processus stable et stable.

Les choses en théorie

Skyactiv X est basé sur un quatre cylindres, deux litres Skyactiv G avec un remplissage atmosphérique, qui en soi est une bonne base avec une grande efficacité. En outre, il a un volume de travail de 0,5 litre par cylindre, optimal en termes de vitesse de processus de combustion. Pour créer des conditions de fonctionnement en mode HCCI, le taux de compression géométrique a été augmenté à 16,3: 1. Ainsi, le mélange épaissit à une température proche de la température d'auto-inflammation de la plupart des fractions dans l'essence avec un indice d'octane moyen de 95H et une température de fonctionnement normale du moteur.

Sur la base des données de plusieurs capteurs, parmi lesquels quatre capteurs de pression sur chaque cylindre sont essentiels, l'ordinateur décide du mode de fonctionnement à sélectionner. Ce dernier est déterminé sur la base de plusieurs zones fonctionnelles, en fonction de la vitesse et de la charge (autrement dit, du degré d'enfoncement de la pédale d'accélérateur) du moteur. À l'aide d'un module de tourbillon spécial appelé SCV (comprenant une soupape de commande d'air spéciale dans l'un des orifices d'admission), un flux turbulent intense est créé autour de l'axe du cylindre. En fonction des conditions et sur la base d'une comparaison des courbes de montée en pression de compression et de combustion, ainsi que de nombreux autres paramètres dans des "cartographies" prédéfinies, l'injecteur multivoies injecte du carburant à des pressions proches de celles des premières générations de diesel à rampe commune systèmes. - de 300 à 1200 bar - en plusieurs portions. Cela se fait d'une longue impulsion (dans un processus d'évasement normal) à plusieurs impulsions pendant la course d'admission et de compression (en mode d'auto-allumage). Évidemment, la pression d'injection record pour un moteur à essence est aussi un élément clé dans la formation du mélange. Cependant, une question logique se pose - comment l'ensemble des paramètres changera-t-il si et quand passer à une puissance moteur et à un turbocompresseur inférieurs, avec une augmentation de la pression dans les cylindres, ainsi qu'avec la nécessité d'augmenter les portions de carburant ...

Tout se passe plus vite.

Le brevet SPCCI de Mazda compte 44 pages et précise que la voiture fonctionne en mode d'allumage automatique à bougie d'allumage (SPCCI) pendant une partie importante du temps. Le contrôle est basé sur plusieurs types de modes d'auto-allumage SPCCI pendant son fonctionnement - un avec un mélange principalement pauvre, un mélange principalement normal et un mélange légèrement riche. Dans tous les cas, la configuration d'injection et de tourbillon crée des couches de composition différente (stratification) concentriquement autour de l'axe, avec une zone interne plus riche (rapport air:carburant d'environ 14,7-20:1) et une zone externe plus pauvre (35). -50:1). L'intérieur a une "inflammabilité" suffisante et l'extérieur a atteint presque la température critique d'auto-inflammation près du point mort haut du piston pendant la compression. L'étincelle de la bougie initie l'allumage de la zone intérieure, provoquant une forte élévation de la température et de la pression, ce qui provoque l'allumage spontané des autres en même temps. Comme il n'y a pas de front éclair, il se produit à des températures inférieures au seuil de formation d'oxydes d'azote, ce qui réduit considérablement la présence d'oxydes d'azote, et un mélange faiblement homogène permet une combustion plus complète et de très faibles niveaux de particules, de monoxyde de carbone et hydrocarbures.

En fonction des conditions de fonctionnement - telles que vitesse moyenne et charge élevée, et dans tous les cas à vitesse élevée - le compresseur mécanique entre en action pour aider à fournir plus d'air et appauvrir davantage le mélange. Bien que son but ne soit pas d'augmenter la puissance, il contribue aux bonnes qualités dynamiques de la voiture. Le brevet mentionne également que la voiture pourrait être turbocompressée, et logiquement, la température d'échappement plus basse pourrait permettre l'utilisation d'une turbine à géométrie variable. Pour l'instant, cependant, le contrôle avec un compresseur mécanique plus réactif est devenu plus facile (à condition qu'une telle définition soit compatible avec Skyactiv X). Selon les ingénieurs de Mazda, l'utilisation d'un turbocompresseur pourrait intervenir ultérieurement.

Il est important de noter qu'ils ont réussi à créer quelque chose que personne d'autre n'a pu faire - du moins pas sous forme de série. De nombreux paramètres de capteur sont comparés à des comportements prédéfinis pour la sélection de mode, mais le fait est qu'en pratique, le signe "SPCCI Mode" est affiché sur l'écran Mazda la plupart du temps, même à des plages de régime très basses et très élevées - même à très bas rpm Mazda3 se déplaçant en douceur en sixième vitesse.

Comment cela se produit-il dans la vraie vie?

Après une si longue partie théorique, le moment est enfin venu de répondre à la question - à quoi tout cela aboutit-il en pratique au final. Comme son homologue à essence, la voiture prend de la vitesse facilement et répond rapidement. Lors d'essais, comprenant des montées et des virages dans les gorges de l'Iskar, en mode normal interurbain et sur autoroute, la Mazda 3 Skyactiv X maintient sa consommation dans la fourchette d'environ 5,2 l/100 km. La consommation d'essai moyenne obtenue par des collègues en Allemagne est de 6,6 l / 100 km, mais cela inclut également la conduite à grande vitesse. Lors d'un test de conduite économique, ils atteignent 5,4 l/100 km, soit 124 g/100 km de CO2, ce qui est à égalité avec l'Audi A3 2.0 TDI, la BMW 118d et la Mercedes A 200d. Cependant, il convient de noter que malgré le processus de fonctionnement complexe, cette machine ne nécessite pas de technologies complexes de traitement des gaz, mais, en revanche, le système d'injection à très haute pression augmente son coût. En revanche, un petit compresseur mécanique est moins cher qu'un turbocompresseur, il convient donc de le positionner comme un prix entre les moteurs diesel et essence.

Le moteur est en harmonie avec le caractère dynamique de la Mazda 3 et ses bons réglages pour des virages agréables. La direction est disposée avec précision et la voiture conserve un comportement neutre, montrant une tendance à faire tourner les roues arrière uniquement lors de fortes provocations. A cela s'ajoute un bon mix de systèmes d'assistance et d'équipements, qui chez Mazda font partie de l'équipement à différents niveaux. Nous avons déjà assez parlé de la nouvelle composition ergonomique de la commande. Les fonctions ne sont pas contrôlées par le moniteur et sont simples et pratiques à utiliser. Dans l'ensemble, l'intérieur dégage une subtile sensation de légèreté et de qualité que l'on ne trouvait que dans les modèles de luxe il y a de nombreuses années. En bref - Skyactiv X fonctionne - et il vous excite vraiment.