Mazda Skyactiv-X: η αυτοκρατορία αντεπιτίθεται

21

H ιστορία είναι γνωστή. Πολλοί το προσπάθησαν, αλλά απέτυχαν. Η καύση ομογενούς μείγματος σε βενζινοκινητήρες αποτέλεσε κάποια στιγμή το ιερό δισκοπότηρο της αυτοκινητοβιομηχανίας, αποδείχθηκε όμως απατηλό όνειρο. Οι Ιάπωνες, ωστόσο, φαίνεται να μην τα έχουν παρατήσει, βρίσκοντας τη λύση σε φαινομενικά άλυτα προβλήματα.

Θεωρήθηκε κάποτε η επόμενη μεγάλη καινοτομία της αυτοκίνησης. Η καύση φτωχού μείγματος αέρα/βενζίνης χωρίς σπινθήρα υποσχόταν δραστική αύξηση του βαθμού απόδοσης και οικονομία κατανάλωσης. Στην πράξη τα πράγματα αποδείχθηκαν κάπως διαφορετικά. Ασταθής και δύσκολη στον έλεγχό της, η καύση ομογενούς μείγματος προσέφερε μεν βελτίωση του βαθμού απόδοσης στα επίπεδα των ντίζελ, αλλά μόνο σε περιορισμένες συνθήκες λειτουργίας: στο ρελαντί και κατά το cruising στον αυτοκινητόδρομο. Οι κινητήρες φτωχού μείγματος HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) αναγκάζονταν να λειτουργήσουν με στοιχειομετρικό μείγμα σε ψηλότερες στροφές και φορτία. Τα μεγαθήρια της αυτοκινητοβιομηχανίας σήκωσαν τα χέρια ψηλά, εγκαταλείποντας μια έρευνα που έδειχνε να οδηγεί με μαθηματική ακρίβεια σε αδιέξοδο. Η Mazda, παρά το σχεδόν αμελητέο της μέγεθος στην παγκόσμια αγορά, δεν το έβαλε κάτω, επιδεικνύοντας πείσμα ανάλογο με αυτό που τη συνέδεσε άρρηκτα με τον κινητήρα Βάνκελ. Προφανώς στους Ιάπωνες αρέσουν τα δύσκολα…

Πώς λειτουργεί όμως ο Skyactive-X; Σαν μια μείξη αυτανάφλεξης και ανάφλεξης με σπινθήρα. Σε ένα συμβατικό τετράχρονο βενζινοκινητήρα, καύσιμο και αέρας αναμειγνύονται κατά τη φάση εισαγωγής και αναφλέγονται στο τέλος της φάσης συμπίεσης με τη βοήθεια του μπουζί. Στον ντίζελ, αντίθετα, εισάγεται και συμπιέζεται μόνον ο αέρας, ενώ η ανάφλεξη δε γίνεται με εξωτερικό σπινθήρα, αλλά με την εισαγωγή του καυσίμου στο τέλος της φάσης συμπίεσης, λόγω της υψηλότερης σχέσης συμπίεσης. Ο κλασικός κινητήρας HCCI βρίσκεται ανάμεσα σε αυτά τα δύο concept: παρόλο που στον κύλινδρο εισάγεται και συμπιέζεται καύσιμο μείγμα (όπως στο βενζινοκινητήρα), αυτό αυταναφλέγεται μέσω της συμπίεσης, όπως στην περίπτωση του ντίζελ. Ο κινητήρας Skyactiv-X της Mazda διαφέρει στο ότι διαθέτει σύστημα ανάφλεξης, το οποίο και χρησιμοποιεί με έναν πολύ συγκεκριμένο τρόπο. O ψεκασμός γίνεται σε δύο στάδια. Αρχικά δημιουργείται ένα πολύ φτωχό καύσιμο μείγμα -τόσο φτωχό, που δε θα μπορούσε να αναφλεγεί με σπινθήρα-, το οποίο και ψεκάζεται στο θάλαμο καύσης. Λόγω κατασκευής του αυλού εισαγωγής, δημιουργείται έντονος στροβιλισμός, και το μείγμα ωθείται προς τα τοιχώματα του κυλίνδρου. Κατόπιν, ένας δεύτερος ψεκασμός καυσίμου γίνεται κοντά στο μπουζί και αναφλέγεται με σπινθήρα. Η φλόγα εκτείνεται από το μπουζί προς τα κάτω, δημιουργώντας ένα κύμα πίεσης αντίθετο ως προς την κίνηση του εμβόλου. Η αύξηση της πίεσης, και όχι το μέτωπο της φλόγας, είναι αυτή που εντέλει αναφλέγει το καύσιμο μείγμα. Η ακρίβεια του συνδυασμού αυτανάφλεξης και ανάφλεξης με σπινθήρα μπορεί να ελεγχθεί με διαφοροποιήσεις στο κύμα πίεσης, μέσω του χρονισμό ψεκασμού/σπινθήρα.

Με αυτόν τον τρόπο η Mazda φαίνεται να λύνει το πρόβλημα του μικρού εύρους αποδοτικής λειτουργίας των συμβατικών HCCI, που περιορίζεται σε χαμηλές στροφές κινητήρα και σε μικρά φορτία. Κλειδί για την αποδοτική λειτουργία σε ψηλότερες στροφές περιστροφής είναι και η χρήση ενός συμπιεστή τύπου Roots, της τάξης των 7 psi. Δε χρησιμεύει στην αύξηση της ισχύος, αλλά στην εισαγωγή μεγαλύτερου όγκου αέρα στο θάλαμο καύσης, γεγονός που θα διατηρήσει το μείγμα αρκετά φτωχό για αυτανάφλεξη, ακόμα και σε ψηλές στροφές. Φυσικά, ο συμπιεστής διαθέτει συμπλέκτη που τον απεμπλέκει στις χαμηλότερες στροφές. Ένα ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα ανακύκλησης καυσαερίων (προερχόμενο από το CX-9) διατηρεί την ιδανική θερμοκρασία καύσης, ενώ ο μεταβλητός χρονισμός βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής ελέγχεται ηλεκτρονικά για ταχύτερη απόκριση (σε αντίθεση με τον πρώτης γενιάς Skyactive-G, όπου οι βαλβίδες εξαγωγής ελέγχονται υδραυλικά). Εξαιτίας των χαρακτηριστικών λειτουργίας (απουσία επικάλυψης βαλβίδων, άμεση ανάφλεξη του δεύτερου ψεκασμού), η Mazda χρειαζόταν έναν τρόπο περιορισμού της αιθάλης. Για αυτό και χρησιμοποίησε σύστημα ψεκασμού υψηλής πίεσης (500 bar), για ταχύτερη και καθαρότερη καύση.

Ο κινητήρας Skyactive-X αναμένεται να βγει στην παραγωγή το επόμενο έτος. Στην τωρινή του, πειραματική ακόμη μορφή, αποδίδει 190 ίππους και 280 Nm από 2,0 λίτρα χωρητικότητας. Ο αντίστοιχος 2λιτρος Skyactive-G παραγωγής αποδίδει αυτήν τη στιγμή 155 ίππους και 200 Nm, ενώ η Μazda υπόσχεται και κατά 30% μεγαλύτερη αποδοτικότητα. Οι Ιάπωνες δε σταματούν όμως εδώ, αφού κάνουν σχέδια και για το απώτερο μέλλον των κινητήρων εσωτερικής καύσης. Πρόσφατα, ο επικεφαλής εξέλιξης κινητήρων, Μιτσούο Χιτόμι, υποστήριξε πως η τρίτη γενιά της τεχνολογίας Skyactive θα αυξήσει το βαθμό απόδοσης στο -ασύλληπτο με τα σημερινά δεδομένα- 56%, καθιστώντας την καθαρότερη από την ηλεκτροκίνηση! Αυτό, βέβαια, υπολογίζοντας την εκπομπή CO2 «well-to-wheel», από την παραγωγή δηλαδή του καυσίμου (βενζίνης και ηλεκτρισμού αντίστοιχα) έως την κατανάλωση του αυτοκινήτου._ Ν.Κ.

ΠΗΓΗ: 4troxoi.gr