Know How: Κινητήρες Mazda Skyactiv-X

Know How: Κινητήρες Mazda Skyactiv-X

Κοσμοθεωρία «Mazda»

H Mazda είναι ένας «ξεροκέφαλος» κατασκευαστής αυτοκινήτων με τα μέτρα της mainstream αυτοκινητοβιομηχανίας. Για εμάς όμως που αγαπάμε την τεχνολογία και το διαφορετικό, το οποίο δεν είναι διαφορετικό απλά για να διαφέρει αλλά επειδή όντως πλεονεκτεί σε διάφορα επίπεδα, αυτή η «ξεροκεφαλιά» έχει μία μάλλον θετικότατη υπόσταση και ερμηνεία: όταν πρωτοπορείς και για την τιμή των όπλων προσπαθείς να τελειοποιήσεις τα μηχανολογικά πιστεύω σου (βλ. Wankel), όταν - παρόλο που δεν είσαι ανάμεσα στους γίγαντες του κλάδου από πλευράς μεγέθους - κυριαρχείς σε μία ολόκληρη και πολύ petrolhead κατηγορία παγκοσμίως (roadster), τότε είσαι αυτόματα αγαπημένος όλων εμάς που αγαπάμε την αυτοκίνηση ως πάθος και όχι ως αναγκαίο κακό. Η Mazda, λοιπόν, δηλώνει παρούσα στην περαιτέρω εξέλιξη του βενζινοκινητήρα και μέσω της επερχόμενης, το 2019(το επόμενο Mazda 3 θα είναι το πρώτο που θα τον φορέσει και μάλιστα με χειροκίνητο σασμάν εκτός από το αυτόματο), νέας γενιάς κινητήρα που ονομάζει SKYACTIV-X, θέλει να του δώσει το φιλί της ζωής βελτιώνοντας ακόμα περισσότερο το βαθμό απόδοσής του, ευχαριστώντας τους οικολόγους και την τσέπη μας σε πείσμα του βενζινά. Για να μπορέσει να το κάνει αυτό όμως έπρεπε να δανειστεί στοιχεία από τον πλέον αποδοτικό -ενεργειακά- κινητήρα εσωτερικής καύσης, που δεν είναι άλλος από τον πετρελαιοκινητήρα: συνδυάζοντας τα καλά του ντίζελ (βαθμός απόδοσης καύσης, δηλαδή οικονομία), χωρίς όμως τα κακά του (NOx, σωματίδια, λειτουργία κτλ.) σε έναν βενζινοκινητήρα, είναι φυσικά το απόλυτο όνειρο κάθε μοτερίστα και κατασκευαστή, ειδικά στις όλο και πιο δύσκολες -από πλευράς νορμών ρύπων- εποχές που ζούμε.

Σε πειραματικό επίπεδο πρωτοτύπων, αρκετοί κατασκευαστές παρουσίασαν στο παρελθόν «υβριδικές» λύσεις με στοιχεία και όττο (=ανάφλεξη με σπινθήρα) κινητήρων και ντίζελ (=ανάφλεξη με συμπίεση), αλλά δεν μπήκαν ποτέ σε ευρεία παραγωγή. Η πιο γνωστή τέτοια προσπάθεια ήταν από την Mercedes, το 2007, με τον «Dies Otto» κινητήρα του πρωτοτύπου F700: ήταν 4κύλινδρος, 1,8 λίτρων, με διπλά σειριακά τούρμπο και έβγαζε 240 άλογα και 41 κιλά ροπής με μόλις 4,43 λίτρα/100χλμ μέση κατανάλωση. Εντυπωσιακά νούμερα για την εποχή, αλλά εξίσου εντυπωσιακά ήταν και τα ανάλογα κόστη για να μπει τότε κάτι τέτοιο σε παραγωγή. Έκτοτε, η Mercedes άφησε την ιδέα στο ράφι και τελευταίως επικεντρώθηκε σε άλλες κατευθύνσεις μείωσης της κατανάλωσης (48V, υβριδικά, ηλεκτρικά, ισχυρό downsizing), ενώ η Mazda, που στρατηγικά θεωρεί ότι αυτά απέχουν ακόμα αρκετά από το να αντικαταστήσουν τον βενζινοκινητήρα, αποφάσισε όχι μόνο να αναστήσει την ιδέα, αλλά και να την βάλει σε ευρεία παραγωγή. Πάμε να δούμε λοιπόν πώς έφτασαν οι Ιάπωνες της Χιροσίμα να κάνουν το μεγάλο βήμα και να πρωτοπορήσουν επενδύοντας σε κάτι τέτοιο.

θεωρία πίσω από την ιδέα

Πώς λοιπόν βελτιώνουμε την, κυριολεκτικά αιωνόβια στις βασικές αρχές της, διαδικασία εσωτερικής καύσης..? Στην αμέσως προηγούμενη γενιά κινητήρων της, την SKYACTIVE-G, η Mazda είχε ήδη αρχίσει να οδεύει προς την κατεύθυνση «ντιζελοποίησης» της ανάφλεξης-καύσης χρησιμοποιώντας ιδιαίτερα υψηλές σχέσεις στατικής συμπίεσης (κάτι που η θεωρία των ΜΕΚ μας λέει ότι αυξάνει ευθέως το βαθμό απόδοσης) σε επίπεδα υψηλά ακόμα και για τα δεδομένα του άμεσου ψεκασμού καυσίμου. Χρησιμοποιώντας κύκλο Miller (ο οποίος μειώνει τις απώλειες εμβολισμού και αποτελεί ουσιαστικά έναν υπερτροφοδοτούμενο κύκλο Atkinson) αντί για αυστηρό τετράχρονο Όττο, καθώς και συνεχή «εναλλακτικό» έλεγχο της θερμοκρασίας νερού ανάλογα με τις ακριβείς συνθήκες λειτουργίας (κάτι που μειώνει τις θερμικές απώλειες από τον κύλινδρο προς τα χιτώνια), η προηγούμενη γενιά ήδη θεωρούνταν από τις πιο αποδοτικές -ενεργειακά- οικογένειες κινητήρων στην κατηγορία τους (όπως και πολλοί κινητήρες της Toyota, τελευταίως, χρησιμοποιούσε κύκλο Atkinson αντί για Otto σε μεγάλο φάσμα, θα δούμε τις διαφορές σε κάποια φάση στο μέλλον). Εκεί τώρα που η ιστορία πάει ένα μεγάλο βήμα παραπέρα με τους επερχόμενους SKYACTIV-X είναι το προχωρημένο παιχνίδι με το λόγο αέρα/καυσίμου του μείγματος, το A/F ratio δηλαδή. Κλειδί για το παιχνίδι αυτό είναι το υπερβολικά (βάσει στοιχειομετρικού λόγου)  φτωχό μείγμα, το οποίο επιτρέπει την παρουσία μεγάλων (περίπου διπλάσιων) ποσοτήτων αέρα κατά την καύση. Αν αυτό γίνει με το σωστό τρόπο και με συνεχή έλεγχο, όχι μόνο δεν κινδυνεύουμε από πειράκια λόγω φτωχού μείγματος, αλλά αντίθετα μειώνει τη θερμοκρασία του μείγματος, κάτι που μειώνει και τις απώλειες θερμότητας προς το ψυκτικό μέσω των χιτωνίων. Θετική «παρενέργεια» της μεγάλης ποσότητας αέρα που εισέρχεται στον κύλινδρο είναι και οι λιγότερες -συνολικά- απώλειες ενέργειας από την πτώση πίεσης της ροής στο κλαπέτο της πεταλούδας.

Το γενικό πρόβλημα ως τώρα, όταν μιλάμε για πολύ φτωχό μείγμα αέρα-βενζίνης, είναι ότι δεν δουλεύει με το κλασσικό μοντέλο διάδοσης της φλόγας στο θάλαμο καύσης από τον κλασσικό σπινθήρα του μπουζί, αφού η καύση -ούσα μακριά από τον στοιχειομετρικό λόγο- τείνει να είναι ασταθής στη διάδοσή της. Εδώ είναι που έρχεται η Mazda και ως λύση στο πρόβλημα πρόκρινε την «ντιζελοποίηση» στην ανάφλεξη της βενζίνης μέσω συνθηκών πολύ υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης κατά την ανάφλεξη, υπάρχουν όμως συγκεκριμένες παράμετροι-μεταβλητές ελέγχου της ανάφλεξης που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη διαδικασία της χρήσης πολύ φτωχού μείγματος: πολύ συγκεκριμένη (τεράστια…) σχέση στατικής συμπίεσης, ο χρονισμός της έναρξης της ανάφλεξης κοντά στο ΑΝΣ και η ρύθμιση του συνολικά απαιτούμενου χρόνου καύσης, ώστε σε αυτόν όλο το καύσιμο να καίγεται ταυτόχρονα και όχι σε διακριτές φάσεις.

Πριν προχωρήσουμε να δούμε ακριβώς πώς έλυσε το πρόβλημα η Μazda, πρέπει πρώτα να εμβαθύνουμε λίγο στο πώς η ντιζελάτη συνολική αυτανάφλεξη μέσω συμπίεσης στους βενζινοκινητήρες (ονομάζεται HCCI - Ηomogenous Charge Compression Ignition) είναι τόσο δύσκολο να υλοποιηθεί σωστά και στο τι προβλήματα αυτή φέρνει. Κατά τα γνωστά, λοιπόν, όταν έχουμε κανονικά το μπουζί στη θέση του «εμπρηστή» για την έναρξη της ανάφλεξης, η καύση αρχίζει να διαδίδεται ακριβώς από το σημείο των ακίδων του μπουζί σταδιακά προς τα έξω, κάτι που (σχετικά με τους diesel) σημαίνει αργή ταχύτητα καύσης. Και αυτό όταν έχουμε κανονικό-στοιχειομετρικό μείγμα: αν τώρα, όπως θέλουμε εδώ, έχουμε υπερβολικά φτωχό μείγμα με σοβαρή περίσσεια αέρα, το μέτωπο φλόγας που ξεκίνησε στο μπουζί πολύ απλά δεν θα φτάσει ποτέ στα άκρα του θαλάμου καύσης! Με την ντιζελάτη αυτανάφλεξη όμως αυτό το θέμα πάει περίπατο, αφού πρακτικά όλο το μείγμα αναφλέγεται ταυτόχρονα, κάτι που σημαίνει ουσιαστικά ότι η ταχύτητα καύσης είναι μία κλάση μεγέθους μεγαλύτερη, που με τη σειρά του σημαίνει ότι μπορεί να καεί μείγμα πολύ πολύ φτωχότερο. Αυτό λέει η θεωρία της βενζινάτης αυτανάφλεξης χωρίς μπουζί HCCI, η πράξη όμως λέει ότι μέχρι τώρα κανείς δεν το κατάφερε αυτό σε επίπεδο μοντέλου παραγωγής, αφού, χωρίς «εξωτερική» βοήθεια (το μπουζί σε εναλλακτικό ρόλο, όπως θα δούμε πιο κάτω), δουλεύει σωστά και αποδοτικά μόνο σε περιορισμένο φάσμα λειτουργίας, δηλαδή χαμηλές rpm και χαμηλά φορτία. Αν οι συνθήκες αλλάξουν έστω και λίγο, το HCCI σε βενζίνες πολύ απλά δεν δουλεύει. Αλλά ακόμα κι αν ξέραμε ακριβώς που μπορεί η βενζίνη να αυταναφλεγεί ελεγχόμενα μέσω ΗCCI, το εύρος αυτό είναι τόσο μικρό, που το συνεχές πέρασμα σε/από κανονική ανάφλεξη με μπουζί θα ήταν προβληματικό. Για να αυξήσουμε σημαντικά το εύρος του HCCI χωρίς μπουζί, θα χρειαζόμασταν ακόμα υψηλότερη γεωμετρική συμπίεση (βλ. αντίο βενζίνη πρατηρίου), γεωμετρία θαλάμου καύσης που θα έκανε αδύνατη την οικονομική χύτευση και παραγωγή και ένα κάρο τρομακτικά πανάκριβους αισθητήρες και μπεκ, που θα τσεκάρανε κάθε σπιθαμή του θαλάμου καύσης για το αν έχει ιδανικές συνθήκες.

Η λύση: SPCCI

Προσπαθώντας, λοιπόν, να περάσει η Mazda την «καλή» -από πλευράς απόδοσης- αυτανάφλεξη του ντίζελ στις βενζίνες, πολύ απλά αντέστρεψε το προαναφερθέν πρόβλημα του «σε κάθε περίπτωση για να δουλέψει η βενζίνη σαν ντίζελ πρέπει να έχουμε και μπουζί για το υπόλοιπο εύρος και να δούμε και πώς θα περνάμε αναίμακτα από το μπουζί στην αυτανάφλεξη και πάλι πίσω»: ήρθαν τα σοφά Γιαπώνια και σου λένε τώρα αντίστροφα, «αφού για μοτέρ παραγωγής είναι τόσο δύσκολο να εφαρμόσουμε αποδοτικά τη μετάβαση από την αυτανάφλεξη από και προς το μπουζί, γιατί να έχουμε εξ’ αρχής μετάβαση και να μην βάλουμε το μπουζί συνέχεια σε λειτουργία, όχι με τον παραδοσιακό τρόπο, αλλά μόνο ως «αφορμή» αυτανάφλεξης…?». Ονόμασαν τη μέθοδό τους SPCCI – Spark Controlled Compression Ignition (αυτανάφλεξη ελεγχόμενη με σπινθήρα) και, από του χρόνου, τα βασικά τους μοντέλα θα εξοπλίζονται με τέτοια μοτέρ: με το SPCCI, το εύρος rpm/φορτίου, με το οποίο μπορούμε να έχουμε σωστή και ελεγχόμενη αυτανάφλεξη, πολύ απλά καλύπτει ούτε λίγο ούτε πολύ όλο το εύρος λειτουργίας του μοτέρ, με το μπουζί να λειτουργεί παντού και πάντα, με άλλα λόγια με το μπουζί να δίνει σπινθήρα όχι μόνο όταν το μοτέρ λειτουργεί ως παραδοσιακός βενζινοκινητήρας, αλλά ακόμα και όταν είναι σε mode αυτανάφλεξης. Πάμε να δούμε αναλυτικά πώς όλο αυτό το περίεργο και ριζοσπαστικό SPCCI εφαρμόστηκε με επιτυχία στα SKYACTIV-X μοτέρ.

Ενώ λοιπόν το SPCCI είναι σαν ιδέα και πακέτο κάτι ολοκαίνουριο σε επίπεδο παραγωγής, οι δύο άξονες υλοποίησής του είναι φυσικά προϋπάρχοντες και διαθέσιμοι σε κάθε κινητήρα βενζίνης: η ανάφλεξη με σπινθήρα και ο ψεκασμός καυσίμου, που -με το σωστό, «ανορθόδοξο» φάκελο λειτουργίας καθενός ξεχωριστά- συνδυαζόμενα μας δίνουν ένα μοτέρ, του οποίου η λειτουργία αγγίζει την καρδιά του πλεονεκτήματος των πετρελαιοκινητήρων. Φυσικά δεν ήταν τόσο απλό όσο αρχικά ακούγεται: η Mazda εξέλιξε νέα ειδική -για το σκοπό αυτό- σχεδίαση κορώνας-εμβόλου, μπεκ και υπόλοιπο σύστημα ψεκασμού καυσίμου τρομακτικών πιέσεων (δεν ανακοινώνει ακόμα την ακριβή πίεση, αλλά σίγουρα μιλάμε για μίνιμουμ το τωρινό μέγιστο επίπεδο που βλέπουμε στους άμεσου ψεκασμού βενζίνης, δηλαδή 300-350 bar) και επίσης μία πηγή αυξημένης παροχής εισερχόμενου αέρα άμεσης απόκρισης (βλ. μηχανικός υπερσυμπιεστής τύπου roots, που χρησιμοποιεί το μοτέρ αυτό, με μαγνητικό συμπλέκτη απομόνωσής του για ακόμα καλύτερη απόδοση, όταν δεν τον χρειαζόμαστε, δηλαδή όταν το μείγμα δεν θέλει κι άλλο αέρα για να φτωχύνει. Η Mazda μάλιστα θέλει τόσο πολύ να τονίσει ότι ο roots δεν είναι εκεί για να αυξήσει τα άλογα μέσω αύξησης της πίεσης υπερπλήρωσης, που δεν τον ονομάζει καν «υπερσυμπιεστή», αλλά «αντλία αέρα», θέλοντας να δείξει ότι δεν επηρεάζει τόσο την πίεση εισαγωγής. Δίπλα σε όλα αυτά προστέθηκε και ένας επιπλέον αισθητήρας ελέγχου του συστήματος και της λειτουργίας του μέσα στον κύλινδρο. Ακούγονται πολύπλοκα, αλλά σε σχέση με τις αντίστοιχες ντιζελο-βενζινάτες λύσεις των προηγούμενων προσπαθειών στην αυτοκινητοβιομηχανία δεν είναι.

Η διάταξη και λειτουργία του SPCCI

Η βασική αρχή πάνω στην οποία χτίστηκε το SPCCI είναι «η ειδικά σχεδιασμένη διάδοση του μετώπου της φλόγας από τοπικό αρχικό σπινθήρα, ώστε αυτή να επηρεάζει την απαιτούμενη θερμοκρασία και δυναμική συμπίεση του μείγματος τόσο ώστε να έχουμε ελεγχόμενη αυτανάφλεξη». Πιο συγκεκριμένα, η στατική σχέση συμπίεσης (επίσης δεν δίνει η Mazda ακόμα νούμερο, αλλά ήδη διέρρευσε ότι θα είναι 16:1, δηλαδή πιο κοντά σε πετρέλαιο παρά σε κλασσική βενζίνη, αλλά φανταστείτε ότι η προηγούμενη γενιά SKYACTIVE-G είχε ήδη 14:1...!) είναι τόσο υψηλή στο SPCCI, που το μείγμα είναι ακριβώς στο όριο αυτανάφλεξης με το έμβολο στο ΑΝΣ. Η ύπαρξη συμπίεσης 16:1, που είναι τεράστια για βενζίνη, σχετικά όμως χαμηλή για ντίζελ, εκτός από το γεγονός ότι επέτρεψε στη Mazda να χρησιμοποιήσει δομικά -από πλευράς αντοχής- πρακτικά το ίδιο μπλοκ με πριν, έχει και ένα …ακουστικό πλεονέκτημα: δεν κροταλίζει το μοτέρ όπως ένας ντίζελ, πράγμα που στα αυτιά μας παίζει και να είναι πιο σημαντικό από όλα τα άλλα εδώ...Υπάρχει μόνο λίγη παραπάνω ηχομόνωση στο μηχανοστάσιο, ώστε να εξαλειφθεί πλήρως η όποια υπόνοια κροταλίσματος λόγω του 16:1. Σε αυτό το σημείο και με το μείγμα πρακτικά έτοιμο για αυτανάφλεξη, έρχεται ο σπινθήρας του μπουζί με το μικρό τοπικό του διαστελλόμενο μέτωπο φλόγας και πίεσης να δώσει απλά την τελική ώθηση, ώστε να αυταναφλεγεί όλο το υπόλοιπο μείγμα ταυτόχρονα. Το πόσο ακριβώς δυνατό πρέπει να είναι αυτό το αρχικό μέτωπο-αφορμή και σε ποιο ακριβώς σημείο γύρω από το ΑΝΣ πρέπει να συμβεί καθορίζεται από το σύστημα ξεχωριστά μέσω της εκάστοτε συνθήκης φορτίου και rpm που επικρατεί. Σε κάθε περίπτωση, ο χρονισμός του ντιζελο-σπινθήρα είναι τέτοιος ώστε να δίνει πίεση και θερμοκρασία στο θάλαμο καύσης βάσει των προπρογραμματισμένων ανάλογων τιμών των χαρτών. Στην πράξη, αυτό που γίνεται είναι ο σπινθήρας να δουλεύει το μοτέρ ως κλασσικό βενζινοκινητήρα χωρίς αυτανάφλεξη, αλλά με σταδιακή διάδοση φλόγας, όταν η αυτανάφλεξη δεν είναι δυνατή και από την άλλη να τον δουλεύει ως ντίζελ με απλά ένα «πολύ ενεργό glow plug», όταν οι rpm και το φορτίο το επιτρέπουν. Με αυτόν τον τρόπο, η δυναμική συμπίεση ούτε αυξάνεται υπερβολικά ούτε απαιτούνται πανάκριβες λύσεις, όπως μεταβλητή σχέση γεωμετρικής συμπίεσης (εδώ η Nissan «διαφωνεί», παρουσιάζοντας πρόσφατα αντίστοιχο μοτέρ μεταβλητής γεωμετρικής συμπίεσης, που -τελευταίως- αποτελεί το δεύτερο σημαντικό σύμμαχο στη σωτηρία του κινητήρα εσωτερικής καύσης, υπομονή μέχρι τον Αύγουστο που θα το πιάσουμε κι αυτό). Μέσω του SPCCI μάλιστα και του τρόπου που αυτό μπορεί και ελέγχει την καύση και την ανάφλεξη, τα νέα αυτά SKYACTIVE-Χ μοτέρ της Mazda δεν διαθέτουν ούτε κάποιο από τα, στάνταρντ πια στην αυτοκινητοβιομηχανία εδώ και δεκαετίες, συστήματα μεταβλητού βυθίσματος των βαλβίδων από τον εκκεντροφόρο (διαθέτει σκέτο απλό μεταβλητό χρονισμό μόνο)!

Ο δεύτερος τρόπος που το SPCCI ελέγχει την όλη φάση είναι μέσω της μεταβλητής-διαφορετικής κατανομής της πυκνότητας του καύσιμου στο υπέρφτωχο μείγμα (εδώ υπάρχουν πολλές ομοιότητες με τη στρωματοποιημένη/stratified καύση που γνωρίζουμε π.χ. από τους κινητήρες FSI των VAG). Σε πρώτη φάση, το αρχικό φτωχό μείγμα -κατάλληλο για αυτανάφλεξη- γεμίζει όλο το θάλαμο καύσης, ενώ σε δεύτερη φάση, ο δευτερεύων ψεκασμός ακριβείας και ο κατάλληλος στροβιλισμός του μείγματος εφαρμόζονται ώστε να σχηματισθεί μία ζώνη πλουσιότερου μείγματος: το A/F αυτής της πλουσιότερης -τοπικά- περιοχής είναι τέτοιο που να μπορεί να αναφλεγεί με το σπινθήρα του μπουζί χωρίς αυτανάφλεξη, μειώνοντας δηλαδή ταυτόχρονα την παραγωγή οξειδίων του αζώτου που είναι η μαύρη κατάρα των 100% ντίζελ. Ο SKYACTIVE-X -λόγω χαμηλής θερμοκρασίας καύσης σε σχέση με άλλους κινητήρες φτωχού μείγματος- παράγει τόσο λίγα οξείδια του αζώτου, μάλιστα, που δεν απαιτείται καν η αντίστοιχη διάταξη συγκράτησής τους στην εξάτμιση, όπως στους κλασσικούς ντίζελ.

Πάμε όμως να χωθούμε ακόμα πιο βαθιά στα μυστικά των ιδιαιτεροτήτων του «μεικτού» αυτού μείγματος του SPCCI, ξεκινώντας από το διακριτό και ξεχωριστό προαναφερθέντα ψεκασμό βενζίνης. Όπως είπαμε, ένα από τα βασικά θέματα της HCCI αυτανάφλεξης, χωρίς μπουζί, είναι η χαώδης και ακανόνιστη καύση που λαμβάνει χώρα όταν πλούσια -σχετικά- μείγματα συμπιέζονται επί ώρα για πολλές μοίρες στροφάλου. Το SPCCI το αντιμετωπίζει αυτό χωρίζοντας τον ψεκασμό σε δύο φάσεις: ο πρώτος μερικός ψεκασμός γίνεται στη φάση της εισαγωγής του αέρα με τις βαλβίδες εισαγωγής ανοικτές, ενώ ο δεύτερος γίνεται αφότου οι βαλβίδες κλείσουν και αρχίσει η συμπίεση του αρχικού μείγματος με το έμβολο σε άνοδο. Το πρώτο μείγμα -κατά την εισαγωγή- είναι το φτωχό με τη μικρή πυκνότητα καυσίμου, ενώ το δεύτερο είναι το πλούσιο που είδαμε γύρω από το μπουζί. Ο συνδυασμός των δύο αυτών φάσεων αφενός μεν δημιουργεί την κατάλληλη κατανομή στον κύλινδρο για να δουλέψει το SPCCI αφετέρου δε μειώνει το χρόνο που απαιτεί η ελεγχόμενη αυτανάφλεξη για να συμβεί, όταν το SPCCI δώσει εντολή για αυτανάφλεξη, με άλλα λόγια κάνει τη χαώδη αυτανάφλεξη του κλασσικού HCCI δομημένη και φουλ ελεγχόμενη. Ο άλλος παράγοντας, που πεταχτά αναφέραμε πιο πάνω, είναι η πολύ υψηλή απαιτούμενη πίεση καυσίμου. Χωρίς τέτοια πολύ απλά δεν γίνεται καθόλου δουλειά, αφού για να λειτουργήσει η ντιζελοβενζινάτη ανάφλεξη, που περιγράψαμε, προϋπόθεση είναι πρώτον η ελαχιστοποίηση του χρόνου συμπίεσης του μείγματος και δεύτερον η μεγιστοποίηση της αποδοτικότητας της αρχικής ανάφλεξης. Για να συμβούν αυτά, το καύσιμο πρέπει να εξατμιστεί και να ψεκαστεί σε πάρα πολύ μικρά σταγονίδια και στη συνέχεια αμέσως να κατανεμηθεί σε όλον τον όγκο του κυλίνδρου. Ειδικά γι’ αυτή τη δουλειά, η Mazda τοποθέτησε μπεκ άμεσου ψεκασμού πολλαπλών οπών (πάλι δεν λέει η Mazda πόσες, η VW χρησιμοποιεί 6-τρυπα παραδοσιακά στα FSI) ακριβώς στο κέντρο του θαλάμου καύσης έτσι ώστε -σε συνδυασμό με το στροβιλισμό του εισερχόμενου αέρα- να ξέρουμε ακριβώς πού και πόση πυκνότητα καυσίμου έχουμε στο μείγμα. Ο συνδυασμός των δύο εξαφανίζει -σύμφωνα με τους Ιάπωνες- την άναρχη ακανόνιστη καύση, που με φουλ ανοικτή πεταλούδα σε χαμηλές rpm δυσκολεύει παραδοσιακά τους βενζινοκινητήρες, οι οποίοι, σε αυτές τις συγκεκριμένες συνθήκες, επιστρατεύουν σοβαρή βραδυπορεία στην ανάφλεξη, δηλαδή θυσιάζουν δύναμη και απόδοση που κανονικά θα υπήρχε με σωστό αβάνς. Αναφέραμε πριν στην περιγραφή του συστήματος και την ύπαρξη ειδικού αισθητήρα μέσα στον κύλινδρο για τον έλεγχο του SPCCI. Αυτός ο αισθητήρας πίεσης κάθε κυλίνδρου είναι εκεί για να παρατηρεί συνεχώς -κατά τις διαφορετικές φάσεις του κυλίνδρου- αν οι μετρούμενες τιμές είναι ακριβώς οι προδιαγεγραμμένες από το πρόγραμμα κι αν όχι, να δώσει εντολή στην ECU προς διόρθωση βάσει των σχετικών παρεμβολών στους χάρτες μέσω κλειστού βρόχου κατά τα γνωστά (η Mazda προσπάθησε αρχικά να χρησιμοποιήσει την ίδια ECU από πλευράς hardware με τους SKYACTIVE-G, αλλά αποδείχτηκε στην πράξη ότι όλοι οι νέοι υπολογισμοί -λόγω του SPCCI- απαιτούσαν πιο δυνατή μονάδα). Με όλα αυτά πάνω μαζί, τουλάχιστον ένα μέρος του μείγματος αυταναφλέγεται υπό όλες τις συνθήκες, από μηδέν μέχρι φουλ πατημένο γκάζι, χωρίς φυσικά ο οδηγός να αντιλαμβάνεται πότε και πόσο από το μείγμα αυταναφλέγεται με σπινθήρα ή χωρίς.

Μακάρι να έχουν δίκιο για όλους μας!

Η Mazda περήφανα τονίζει ότι το SPCCI δεν είναι απλά ένας τρόπος ώστε να έχουμε αυτανάφλεξη με το μπουζί σε βοηθητικό ρόλο, αλλά ένας τρόπος ώστε γενικώς να ελέγχουμε πλήρως την πίεση και τη θερμοκρασία του κυλίνδρου μέσω της σύστασης και της κατανομής του μείγματος. Το SPCCI επίσης επηρεάζει θετικά και την επανακυκλοφορία καυσαερίων/ EGR μέσω της πιο ακριβούς παρακολούθησης του συστήματος.

Συνολικά, σε ένα δίλιτρο SKYACTIV-Χ, το SPCCI -σύμφωνα με τη Mazda- αυξάνει τη ροπή τουλάχιστον κατά 10% σε σχέση με τον άνευ SPCCI προηγούμενο SKYACTIV-G σε όλο το φάσμα, ενώ σε συγκεκριμένες rpm το κέρδος είναι 30% σύμφωνα με τις εργαστηριακές δοκιμές της. Επιπροσθέτως, επειδή και το άνοιγμα της πεταλούδας ακολουθεί τον ντίζελ προσανατολισμό και η πεταλούδα είναι φουλ ανοικτή σχεδόν πάντα, η απόκριση του γκαζιού στο αρχικό πάτημα είναι το ίδιο καλή με αυτή ενός ντίζελ που δεν έχει καθόλου πεταλούδα για π.χ. συνθήκες εκτός ρελαντί. Από την άλλη, μέσω της καύσης της βενζίνης, αποφεύγουμε το βασικό μειονέκτημα λειτουργίας των ντίζελ, που δεν είναι άλλο από την αδυναμία τους να στροφάρουν αποδοτικά ψηλά.  Όλα αυτά φυσικά δεν έγιναν με πρωταρχικό σκοπό τα άλογα, μην ξεχνάτε ότι δεν είμαστε πια στο 1990, αλλά την απόδοση και την οικονομία: ο δίλιτρος SKYACTIV-Χ καίει 20% λιγότερο συνολικά από τον αντίστοιχο SKYACTIV-G, ενώ, σε συνθήκες πόλης με χαμηλές ταχύτητες και συνεχές φτωχό μείγμα, μιλάμε για 30% μείωση (και 40% μείωση σε σχέση με τους κλασσικούς MZR κινητήρες που είχε η Mazda από το 2006 και που αγαπήσαμε ιδιαίτερα στην Ελλάδα, τουλάχιστον μέχρι να χάσουμε την εταιρεία από τη χώρα μας). Δηλαδή φτάνουμε ή και ξεπερνάμε τα αντίστοιχα ποσοστά βελτίωσης κατανάλωσης που προσφέρει ένα υβριδικό σύστημα σε έναν προϋπάρχοντα θερμικό κινητήρα (ο SKACTIVE-X μπορεί, αν χρειαστεί, να δεχτεί μελλοντικά και mild hybrid μιζό-γεννήτρια με μικρή μπαταρία, όπως πολλά υβριδικά μοτέρ σήμερα, αλλά για την ώρα αυτό είναι άσχετο με τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας SPCCI). Η πλάκα είναι ότι η ίδια Mazda λέει ότι βενζινάτος αυτός ο SKYACTIV-Χ φτάνει ή ξεπερνάει σε θερμοδυναμικό βαθμό απόδοσης ακόμα και τους SKYACTIV-D κινητήρες της, δηλαδή του κανονικούς ντίζελ της..! Το να ξεπερνάει ένας βενζινοκινητήρας, γιατί τέτοιος είναι τυπικά ο SKYACTIV-Χ ασχέτως αν καίει τη βενζίνη σαν να ήταν ντίζελ, σε βαθμό απόδοσης έναν ντίζελ είναι πραγματικά κατόρθωμα, αφού -παραδοσιακά- οι ντίζελ ξεπερνάνε -από τα αποδυτήρια- σε βαθμό απόδοσης τους βενζινοκινητήρες κατά 10%, εύκολα (30-35% vs. 40-45% χονδρικά).

Ως εξωτερικοί παρατηρητές και μάλιστα ενός περιοδικού που, ας μην κρυβόμαστε, μαζί με το κοινό του γράφει τα οικολογικά στα παλιά του τα παπούτσια σε σχέση με τη βαρύτητα που δίνουμε σε άλλες …πτυχές της αυτοκίνησης, την πρωτοπορία αυτή της Mazda την γουστάρουμε ιδιαίτερα όχι για το πόσο καύσιμο σώζει ή πόσα λιγότερα ΝOx θα βγάλει από την εξάτμιση: την γουστάρουμε γιατί δείχνει ότι δεν κατατέθηκαν ακόμα τα όπλα στον αγώνα για την επιβίωση του αγαπημένου μας κινητήρα, του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Δείχνει ότι ακόμα εκεί έξω στον κόσμο επενδύονται εκατομμύρια για τον εμβολοφόρο παλινδρομικό φίλο μας και υπάρχει ακόμα πολύ ψωμί στη μάχη με τις αχώνευτες μπαταρίες και τα σιχαμερά inverter. Γι’ αυτό κι αυτόν το μήνα, όπως και τον επόμενο, θα δούμε τέτοιες προσπάθειες, πριν γυρίσουμε πάλι στα αυστηρά δικά μας, δηλαδή στα πολύμηνα, εγκυκλοπαιδικά, πιο γενικά Know How. Καλά μπάνια και διακοπές στους απανταχού εμβολοφόρους, παλινδρομικούς ή περιστροφικούς!

 

Αρθρογράφος