圧縮点火エンジンは大きい ブレークスルー—試してみました

これはマツダ3のように見えますが、実際には100万ドルです 同社の新しいSkyactivシャーシアーキテクチャのプロトタイプと その新しいSkyactiv-Xエンジン。 マツダ

マツダのエンジニアであるジェイ・チェンが、スパーク制御圧縮の方法を説明します 点火は機能し、なぜそれがそのようなブレークスルーであるか。 ジョナサン・ギトリン

Skyactiv-Xエンジン。 ジョナサン・ギトリン

別の角度から見たSkyactiv-X。 ジョナサン・ギトリン

そしてもう1つは幸運です。 ジョナサン・ギトリン

参考文献

マツダは待望のエンジンのブレークスルーをしたと言う technologyIRVINE、CA。—反対の噂にもかかわらず、 内燃機関は死んでいるとはほど遠い。 最近見た 大幅に後押しされるいくつかの技術的進歩 ガソリンエンジンの効率。 これらのいずれか、最初 2017年8月に報告された、マツダのブレークスルー 圧縮点火。 On Tuesday, マツダ invited us to its R&Dカリフォルニアの施設は、この巧妙な新しい Skyactiv-Xエンジン、しかしもっと重要なのは、実際にそれを運転するようになった 路上で。

このエンジンの特別なところは何ですか?

マツダ

Skyactiv-Xの背後にある考え方は、エンジンを 可能な限り燃料と空気の混合気(λとして知られる)をリーンにします。 とても 希薄燃焼は化学量論的反応よりも冷たい(λ= 1 そして、各分子を完全に燃やすのにちょうど十分な空気があります 燃料ではなく、それ以上)、より少ないエネルギーが熱として無駄になります。 さらに、 排気ガスには不快な窒素酸化物が少なく、未使用の 空気が機能します。 燃焼熱を吸収してから ピストンを拡張して押し下げます。 結果はきれいになり、 より効率的で強力なエンジン。 Skyactiv-Xは 非常にリーンなミックス:λ最大2.5。

それは自動車の聖杯のように聞こえるので、あなたは なぜ誰もがそれをしていないのだろうか。 よくあることですが、 現実の世界はそれほど単純ではありません。 非常に無駄のない問題 空気/燃料混合物は、それらの燃焼が特にないということです 安定; 燃料分子の濃度が非常に低いため、 燃焼イベントが簡単に消えてしまいます。 の 解決策は、物事をはるかに圧縮することです 通常より。 そして、燃料と空気を十分に圧縮すると、 素晴らしいことが起こります:それは必要なく点火します スパーク。

参考文献

今後の道:2025年までに54.5 mpgに到達する方法 均一チャージ圧縮点火、またはHCCI、カイルというアイデア ニーマイヤーは2012年に詳細を説明しました。HCCIには他にもいくつかあります 利点も。 燃焼クーラーの上に、より少ない 汚染物質、燃焼イベントはより速く、より高い 同じ圧力でより多くの仕事を得ることができます。 すべての それはかなり素晴らしいと思うので、おそらくあなたは自分自身に尋ねている 道路上のすべてのガソリンエンジンがHCCIを使用しないのはなぜですか。

残念ながら、それはそれらのアイデアの一つであり、 ラボですが、実稼働エンジンに翻訳することはできませんでした。 最大の問題は、常に正確に制御することです エンジンサイクルの圧縮点火が発生しました。 できるだけ上死点に近づけたい。

HCCIですが、スパークプラグはありますか?

マツダのブレークスルーは、スパークプラグが まだ役割があります。 Skyactiv-Xエンジンは、 非常に高い圧縮率(実際には16:1)および非常に無駄のない使用 空燃比ですが、これらは両方ともしきい値をわずかに下回っています HCCIが発生するために必要です。 代わりに、マツダのエンジンはスパークを使用して パーティーを始めよう; その結果、火の玉はさ​​らに熱を加えます 燃焼室への圧力など 圧縮 点火がトリガーされました。 マツダはこれをSpark Controlledと呼ぶ 圧縮点火、またはSPCCI。

マツダ

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Mazda

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明らかに、これには課題がなかったわけではありません。 燃料:空気ミックス 火花の近くで少しリッチにする必要があります シリンダーの残りの部分全体に配置する必要があります。 これらの必要性 λが2以下に低下するのを避けるために、別個の領域にする 圧縮点火を受けません)。 それは渦巻くことによって達成されます シリンダー内の空気と渦効果の生成、ここで 落ち着いた中心には、火花で点火するのに十分な低いλがあり、囲まれています λの高い領域で圧縮点火が行われます。

マツダの次の課題は、過早着火またはノックを防ぐことでした。 圧縮率が高いほど、ノックの可能性が高くなります。 通常、より高い圧縮比のエンジンもより多くを必要とします 高価な、ノック耐性の高いオクタン価の燃料。 さて、 技術的には、圧縮点火はノックですが、それが前に発生した場合 上死点で、悪いことが起こる可能性があります。なぜなら、 燃焼イベントは、ピストンに下向きの圧力を加えます 圧縮ストロークで上に移動します。

ここでの解決策は、燃料と空気の混合を加熱する時間を短縮することでした。 最初は燃料の少量の初期噴射があり、次にバルク 燃料のシリンダーにできるだけ遅く導入されます 圧縮ストローク中。 これは、複数のオリフィスを使用して行われます 燃料と空気の霧化と混合を促進するインジェクター。

それだけでは不十分な場合は、保存するという追加の問題があります 圧縮着火の軌跡。 過去には、これは HCCIエンジンにとって最も難しい問題。 理想的にはあなたが欲しい エンジンサイクルの同じポイントで起こる燃焼 時間-上死点後約4度 しかし、アンビエントとして 条件が変わる-デンバーの寒い日と暑い日 ヒューストン—火の玉が十分に到達するのに必要な時間 圧力も変化します。 そのため、エンジンは変更できるはずです スパークタイミングにより、ピーク圧力を適切な場所に維持します。

Skyactiv-Xは、それぞれの圧力を積極的に監視することによりこれを行います シリンダーなので、すべての燃焼の圧力上昇トレースを知っています イベント。 ずれると、スパークタイミングが調整されて補正されます。 マツダのパワートレインエンジニアの1人であるジェイチェンは、 会社がしばらく考えていたものでしたが、 エンジン制御が可能になったのはごく最近です プロセッサは、イベントごとに物事を制御するのに十分高速です。

Skyactiv-Xには、Skyactiv-X マツダの現在のSkyactiv-Gエンジンファミリー。 圧力が高い 実行される霧化を促進する直接噴射燃料システ� 現在のガソリン直噴システムと ディーゼルDIシステム。特定の燃料を入手できませんでしたが 圧力図。 シリンダー内圧力センサーがあります。 エンジンのデジタル脳に必要なデータを供給するために必要 制御タイミング。 低ブーストのルーツ型スーパーチャージャーがあります 並べ替え-マツダは仕事がそうではないので、これを高応答空気供給と呼びます 電力を追加し、それは本当に高負荷の下でのみ貢献します。 空対水インタークーラー、排気ガスもあります 早期燃焼の防止に役立つ再循環器(EGR)クーラー、 電気可変バルブタイミングアクチュエーター(ステッピングモーターを使用) より速いバルブタイミング、そして最後に、48Vマイルドハイブリッドスタート-ストップ システム。

ジョナサン・ギトリンによるリスト画像

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