Artikel Pilihan

BICARA TEKNIKAL : SEGALANYA TENTANG SKYACTIV-X

Masa depan untuk automotif ialah kuasa dan enjin yang dibekalkan untuk menggerakkan kenderaan akan datang dari teknologi elektrik. Samaada kita bersedia atau tidak, hanya masa menentukan. Namun disebalik keghairahan pembuat seluruh dunia berlumba-lumba menghasilkan kenderaan elektrik, hanya Mazda Motor Corporation yang tekun membangunkan teknologi enjin pembakaran dalam. Mazda percaya, dengan purata kecekapan antara 30-40%, masih ada ruang penambahbaikan yang sangat besar pada enjin petrol dan diesel.

Ini menjadikan penulis dengan lulusan kejuruteraan mekanikal automotif masih lagi relevan dalam masyarakat. Beberapa tahun lepas, Mazda memperkenalkan pada umum teknologi SkyActiv G khusus untuk enjin petrol dengan nisbah mampatan 14:1 iaitu satu angka yang cukup menggerunkan divisi kajian dan pembangunan enjin di dunia. Manakan tidak, dengan nisbah mampatan 11:1 pun jurutera sudah pening dengan masalah ketukan atau knocking yang berlaku.

Nisbah mampatan di sini bermaksud, apabila udara disedut ke dalam silinder sebanyak 100ml padu, apabila ia dimampatkan oleh piston semasa proses “compression” atau mampatan, udara tadi akan menjadi 10ml padu saja. Jika enjin tersebut menggunakan sistem pancitan bahan api biasa iaitu pemancit berada di belakang injap kemasukan, maka isipadu udara tersebut termasuk dengan petrol yang disuntik masuk semasa proses mampatan.

Proses mampatan udara tadi sebenarnya akan menyebabkan molekul udara tadi berlanggar antara satu sama lain, meningkatkan suhu campuran dan akhirnya terbakar dengan sendiri tanpa bantuan palam pencucuh. Proses ini dikenali dengan nama knocking atau ketukan. Palam pencucuh ini telah ditetapkan waktu untuk menyalakan campuran udara dan petrol, dan ketukan akan mengganggu proses pembakaran dan merosakkan enjin.

Anda boleh membaca artikel penuh bagaimana enjin SkyActiv-G befungsi di sini.

Namun Mazda tidak berhenti dengan SkyActiv – G, tetapi meneruskan kajian dan pembangunan enjin dengan memperkenalkan enjin SkyActiv-X. Walaupun nama dia mengandungi huruf X, namun ia tidak mengandungi unsur kelucahan dan pergolakan politik Malaysia. SkyActiv-X adalah kesinambungan pada misi  dan visi Mazda membangunkan enjin pembakaran dalam yang lebih efisyen, menjimatkan bahan api dan mengurangkan pelepasan asap pada alam sekitar. Ia dilakukan tanpa sebarang bantuan teknologi hibrid dan elektrik seperti yang dipelopori oleh pembuat kereta yang lain.

Pembakaran Petrol yang Ideal

Enjin pembakaran dalam memerlukan udara (oksigen) untuk proses pembakaran berlaku. Tapi untuk pembakaran berlaku dengan ideal dimana semua atom petrol habis dibakar, nisbah udara dengan petrol perlu berlaku dalam keadaan stoikiometrik. Bagi petrol nisbah ini ialah 14.7:1. Jika 1 liter petrol dibakar, kita memerlukan 14.7 kg udara untuk melakukan pembakaran yang lengkap. Jika nisbah ini melebihi 14.7:1, maka nisbah atau campuran tersebut dipanggil “lean mixture” iaitu kandungan molekul  oksigen melebihi daripada molekul petrol

Jika nisbah ini kurang daripada 14.7:1, maka campuran udara dan petrol tersebut dipanggil “rich mixture” iaitu campuran tersebut mempunyai kandungan molekul petrol melebihi molekul oksigen. Jika enjin beroperasi dalam keadaan “lean mixture” ia sebenarnya bagus untuk enjin kerana enjin akan kurang mengahasilkan gas berbahaya seperti Nitrogen Oksida dan juga ia kurang menghasilkan tenaga haba yang hanya terbuang pada persekitaran. Namun masalah jika “lean combustion” berlaku ialah proses pembakarannya lebih perlahan.

Enjin SkyActiv-X menggunakan “lean combustion” dengan nisbah campuran udara dengan petrol ialah 37:1, satu angka yang tidak pernah dibuat oleh mana-mana pembuat kereta. Manakala nisbah mampatan enjin (compression ratio) bagi SkyActiv-X ialah 16:1, sudah cukup untuk membuatkan jurutera yang tidak berpengalaman menghantar surat berhenti kerja. Sebagai perbandingan, enjin diesel yang dipasarkan oleh pengeluar lain mempunyai nisbah mampatan antara 16:1-20:1.

Pembakaran Dalam Enjin SkyActi-G

Enjin SkyActiv-G merupakan enjin Mazda yang menggunakan sistem pancitan bahan api secara terus. Pemancit bahan api dipasang secara terus ke dalam silinder berbanding dengan kaedah konvensional. Semasa proses pengambilan udara, injap kemasukan dibuka dan udara akan masuk tanpa petrol disuntik ke dalam silinder. Selepas injap kemasukan ditutup, piston akan memampatkan udara tadi dan pemancit petrol akan menyuntik sedikit petrol agar campuran ini menjadi “lean mixture”.

Sebaik sahaja piston sampai ke atas atau “Top Dead Center” pemancit akan memancitkan bahan api dalam kuantiti yang banyak lantas mewujudkan “rich mixture” berdekatan dengan palam pencucuh. Tujuannya ialah campuran yang kaya dengan petrol ini akan mudah terbakar, mewujudkan “fireball” atau bebola api dan akhir sekali membakar “lean mixture” yang lain.

Proses pembakaran bermula dari satu titik dekat dengan palam pencucuh dan merebak ke bahagian lain. Ini bermakna kesemua petrol akan terbakar tapi bukan pada masa yang sama.

Pembakaran Dalam Enjin Diesel

Enjin diesel sama seperti enjin petrol, iaitu memerlukan udara yang cukup untuk memastikan pembakaran berlaku secara sempurna. Semasa proses ambilan udara, injap kemasukan membenarkan udara masuk secara maksima dan dimampatkan oleh piston. Proses memampatkan udara ini menyebabkan udara menjadi panas.

Sebaik sahaja piston sampai pada “Top Dead Center” pemancit bahan api atau bagi enjin SkyActiv-Diesel ia menggunakan piezometer iaitu penyuntik bertekanan tinggi akan memancitkan disel dalam 5 pakej pancitan halus bertekanan tinggi dalam masa 0.0027 saat. Semburan diesel yang halus akan bergabung dengan udara panas yang dimampatkan dan apabila mencapai tekanan yang cukup, campuran ini akan menyala dengan sendiri.

Berbanding dengan enjin petrol yang hanya mempunyai satu titik nyalaan, enjin diesel menyala dengan pelbagai titik nyalaan yang seragam pada masa yang serentak. Hasilnya enjin diesel menghasilkan tork yang lebih berkuasa berbanding dengan enjin petrol.

Spark Control Compression Ignition

Enjin Nyalaan Secara Mampatan Kawalan Palam Pencucuh inilah nama enjin SCCI yang diterjemahkan di dalam Bahasa Melayu. Enjin ini merupakan gabungan teknologi enjin diesel dan petrol di dalam satu unit. Teknologi ini membolehkan SkyActiv-X menggunakan nisbah mampatan 16:1 dimana nisbah mampatan yang tinggi menjadikan enjin ini semakin efisyen dan mampu mengekstrak lebih kuasa.

Enjin SkyActiv-X memulakan proses ambilan udara sama seperti enjin petrol yang lain. Udara tersebut dimampatkan oleh piston dengan hanya sedikit sahaja petrol dipancitkan masuk pada permulaan proses mampatan. Namun campuran udara dan petrol yang dihasilkan ini sebenarnya “ultra lean mixture” 37:1 sehinggakan nisbah mampatan enjin 16:1 gagal menyalakan campuran ini.

Jika palam pencucuh tidak dinyalakan, maka campuran ini tidak akan menyala. Apa yang diperlukan oleh enjin ini untuk menyala ialah tambahan tekanan yang perlu diwujudkan di dalam kebuk pembakaran. Enjin SkyActiv-X akan memancitkan sedikit lagi petrol berhampiran palam pencucuh dan proses pembakaran berlaku dengan serta merta.

Pembakaran atau letupan yang berlaku akan menyebabkan tekanan di dalam kebuk pembakaran meningkat sehingga satu tahap ketukan atau “knocking” akan berlaku, menyalakan campuran petrol dan udara “ultra lean mixture” secara seragam dan serentak, sama seperti pembakaran disel di dalam enjin diesel. Hasilnya tork yang dihasilkan adalah setanding dengan tork yang dihasilkan oleh enjin diesel.

Oleh kerana enjin ini memerlukan banyak udara untuk menjana “ultra lean mixture” maka ia telah dipasang dengan supercaj bagi menyedut udara masuk secara maksima dalam masa yang amat singkat. Supercaj di sini bukan berfungsi untuk prestasi tapi lebih kepada untuk kecekapan bahan api.

Peranan palam Pencucuh pada enjin SkyActiv-X

Mazda mensasarkan untuk menyalakan campuran “ultra lean” ini ketika piston berada di kedudukan atas yang maksimum ataupun Top Dead Center. Disebabkan proses ini berlaku dalam sela masa yang amat singkat, ia perlu dikawal selia dengan satu alat iaitu palam pencucuh. Palam pencucuh menyalakan campuran “rich”, mewujudkan tekanan dan suhu yang sesuai agar “ultra lean mixture” menyala dengan sendiri. Ia menyala dengan pantas berbanding dengan nyalaan palam pencucuh, menggunakan hanya sedikit petrol dan tork setinggi enjin disel.

Terdapat pelbagai parameter seperti suhu persekitaran, kelembapan udara, tekanan campuran “ultra rich” serta suhu yang sesuai untuk campuran tersebut mengalami “self ignite”. Enjin SkyActiv-X ini boleh kembali kepada cara pembakaran konvensional (keseluruhan campuran dinyalakan dengan palam pencucuh) jika ia mengesan keadaan tidak sesuai. Palam pencucuh mengambil alih tugas pembakaran berbanding dan input kepada penukaran kaedah pembakaran ini digalas oleh unit sensor tekanan yang dipasang di dalam silinder.

Ini bermakna enjin SkyActiv-X boleh beroperasi dalam kedua dua kitaran dan cara pencucuhan samaada menggunakan palam pencucuh sepenuhnya atau menggunakan pencucuhan sama seperti enjin diesel. Bagi menukar cara campuran tadi dibakar, SkyActiv-X turut mempunyai sistem pemasaan berubah ataupun VVT-i

Unit VVT-i akan membuka injap kemasukan seketika sewaktu piston memampatkan campuran sekaligus mengurangkan tekanan di dalam silinder. Ini mengurangkan nisbah mampatan di dalam enjin dan membenarkan enjin ini berfungsi seperti enjin biasa. Kaedah ini dipanggil Kitaran Otto yang diubah atau Kitaran Atkinson dimana pengeluar lain menggunakan kaedah ini untuk menambah kecekapakan bahan api, tapi Mazda menggunakan kaedah ini untuk menukar cara pembakaran bahan api. Ia membenarkan enjin ini beroperasi seperti enjin biasa pada nisbah mampatan yang lebih rendah.

Berdasarkan ujian yang dijalankan, enjin SkyActiv-X ini menggunakan 95% kaedah pembakaran secara mampatan disel, manakala baki 5% lagi iaitu pembakaran yang dimulakan oleh palam pencucuh hanya diaktifkan apabila ia dipandu dengan laju di lebuh raya. Enjin 2000cc SkyActiv-X mampu menjana 177 kuasa kuda pada 6000RPM dan 224Nm tork pada 3000 RPM.

Untuk ujian yang dijalankan di Amerika, enjin ini boleh berfungsi walaupun menggunakan RON87 dan jurutera Mazda mengesahkan ia sebenarnya direka untuk menggunakan RON80 sahaja. Ini bermakna enjin ini tiada masalah untuk menerima RON95 jika dipasarkan di Malaysia. Apabila digandingkan dengan rim berjejari 18 inci yang biasa digunakan, ia masih mampu menawarkan penggunaan  bahan api sekitar 15km per liter petrol.

Secara perbandingan enjin SkyActiv-G 2500 menghasilkan kuasa 192 kuasa kuda pada 6000 RPM dan 257Nm tork pada 3250 RPM. Hasil kerja yang sangat bagus dari Mazda.

Tags
Google ads
Back to top button