Proizvajalci avtomobilov se v hitenju proti elektrifikaciji morda spotikajo drug ob drugega. Mazda pa ima z napredno serijo motorjev Skyactiv-X, ki bodo premiero doživeli z novim modelom 3 v letu 2019, drugačne načrte 

Pri Mazdi morajo svoja sredstva porabljati modro. Pri 1,6 milijona izdelanih vozil letno se nahajajo daleč od vrha avtomobilistične prehrambene verige. S svojo samostojnostjo so prikrajšani za ugodnosti ekonomije obsega, ki jo uporabljajo v podjetjih, kot so Volkswagen, Toyota, Hyundai in Kia ali pa General Motors.

Omenjena samostojnost pa daje Mazdi proste roke pri utiranju lastne razvojne poti. Nikjer niso tako dolgo vztrajali z Wanklovim rotacijskim motorjem kot inženirji iz Hirošime (kar ni bil nujno moder vložek, so pa s tem pokazali zmožnost osredotočanja na iskanje inženirskih rešitev za specifične probleme). In potem, ko se je večina industrije z namenom zmanjšanja okoljskega vpliva usmerila proti prisilnemu polnjenju in zmanjševanju prostornine motorjev (t. i. downsizing), so pri Mazdi začeli z rightsizingom (ravno pravšnja prostornina). Konvencionalne motorje so oplemenitili z izboljšano tehnologijo in jih primerno dimenzionirali za svoj namen.

Mazdina prihajajoča serija motorjev z notranjim zgorevanjem, poimenovana Skyactiv-X, vleče koncept neprestanih tehničnih izboljšav proti naslednji smiselni stopnji. Predstavlja tehnologijo, s katero se je v preteklosti nekaj podjetij že mučilo brez uspeha – kompresijski vžig pri bencinskih motorjih.

Mazdin prihajajoči Skyactiv-X predstavlja tehnologijo, s katero se je v preteklosti nekaj proizvajalcev že mučilo brez uspeha.

Ideja sicer ne predstavlja nič novega. Po tem principu že delujejo dizelski motorji in več proizvajalcev je v prototipni fazi že preizkušalo podobno z bencinskimi. Pri Infinitiju so pred kratkim predstavili motor z variabilno kompresijo. Čeprav vžig še ne poteka s kompresijo, motor vsebuje tehnologijo, ki bi lahko v prihodnosti pri bencinskih motorjih to omogočala. Pri Mazdi pa so že danes našli način, in to precej enostavnejši od predhodnih poskusov.

Kako Skyactiv-X deluje? Najprej moramo razumeti osnovna načela kompresijskega vžiga homogene mešanice (HCCI). Motorji HCCI delujejo s spontanim vžigom mešanice goriva in zraka na koncu takta stiskanja v štiritaktnem motorju. Vžig povzroči povišanje temperature mešanice, ki je posledica stiska mešanice – z višjim kompresijskim razmerjem, kot bi ga uporabili v motorjih z vžigom s pomočjo svečke. Postopek je učinkovitejši kot pri vžigu s svečko. Deloma zato, ker se vžig zgodi skozi celotno zgorevalno komoro hkrati (pri vžigu s svečko pa napreduje okoli slednje), deloma pa zato, ker motor uporablja revnejšo mešanico. Ali kot pravijo pri Mazdi – hitrejši vžig naredi več dela iz enake količine energije.

Ampak – HCCI je težko nadzirati, učinkovito pa deluje v zelo ozkem območju delovanja – pri relativno nizkih vrtljajih in relativno nizkih obremenitvah. Rešitev za ta problem je vključitev svečke v postopek ter preklapljanje med vžigom s pomočjo svečke ter HCCI. A ta rešitev je zapletena in draga, odvisno od načina delovanja zahteva različne pogoje znotraj valja.

Mazdina rešitev se imenuje SPCCI – spark-controlled compression ignition, kar bi lahko prevedli kot kompresijski vžig, upravljan s svečko. Uporablja torej svečko – motor lahko deluje kot običajen motor s svečkami, ko je to potrebno. Svečko pa uporabi tudi za spodbuditev kompresijskega vžiga – brez potrebe po mehanskem povečanju kompresijskega razmerja v motorju, kar je enostavneje in ceneje.

Koncept Kai, predstavljen na lanskoletnem salonu v Tokiju, napoveduje naslednjo generacijo Mazde3

Motor Skyactiv-X v običajnem stanju uporablja visoko kompresijsko razmerje (16:1), kar pa ni dovolj za sproženje kompresijskega vžiga. Z jermenom gnani polnilnik med sesalnim taktom v valj potisne zrak, visokotlačna šoba pa vbrizga gorivo. Oblika zgorevalne komore in čela bata povzročata vrtinčenje in enakomerno porazdelitev revne mešanice.

Med kompresijskim taktom se spet sproži šoba, ki malenkost obogati mešanico okoli svečke. Svečka nato na začetku delovnega takta vžge bogatejšo mešanico in ustvari nekaj, kar pri Mazdi opisujejo kot zračni bat – plamen se hitro razširi in dvigne kompresijo v zgorevalni komori, ki nato spontano vžge preostali, revnejši naboj.

Faza kompresijskega vžiga je neprestano nadzorovana, tako da se zgodi takoj za vrhom takta, ko je njen vpliv najučinkovitejši. Postopek deljenega vbrizga pa preprečuje tudi nenadzorovane kompresijske vžige ali ‘udare’. Primarna mešanica je namreč prešibka, da bi eksplodirala, še preden je vbrizgana sekundarna – bogatejša mešanica.

Senzor pritiska v vsakem valju omogoča računalniški enoti motorja časovno upravljanje svečk in vbrizgavanja goriva glede na obremenitev ali vrtljaje. Če je potrebno, lahko sistem neopazno prehaja med SPCCI in običajnim načinom vžiga.

Za doseganje tega se šoba postopoma pomika od svojega deljenega cikla do posameznega, bolj tipičnega naboja, ki se vžiga izključno s svečko. To se zgodi, ko voznik zahteva višjo obremenitev ali višje vrtljaje. Na drugi strani pa se ob manjših obremenitvah in vrtljajih lahko za nižjo porabo goriva uporabi še šibkejša mešanica, SPCCI pa prepreči tipično težavo nepopolnega vžiga pri revnih mešanicah.

Motor Skyactiv-X deluje po principu Millerjevega cikla. Ta je pravzaprav različica Aktinsonovega cikla, ki ga uporabljajo v aktualnih Mazdinih bencinskih motorjih Skyactiv, z dodatkom prisilnega polnjenja. Aktinsonov cikel odloži zaprtje vstopnih ventilov med kompresijskim taktom, kar zmanjša razmerje kompresije ter količino mešanice zraka in goriva. Medtem pa je delovni takt realno daljši od kompresijskega takta – nadaljuje se mimo točke začetka kompresije – tako je količina sile, ki jo ustvari izgorevanje, kar se da visoka. To pomeni večjo doseženo učinkovitost. V Millerjevem motorju prisilno polnjenje zagotavlja dovolj pritiska pri nizkih vrtljajih, s čimer ublaži izgubo moči zaradi nižjega realnega kompresijskega razmerja. Rootsov polnilnik je gnan preko jermena, dodatno obremenitev motorja pa minimizira mangnetna sklopka. Prenos namreč vklopi le takrat, ko je potrebna dodatna zaloga zraka za šibkejšo mešanico. Takšen način prisilnega polnjenja ima torej drugačen namen od tistega z izboljšanjem zmogljivosti, ki nam je bolj poznan. Pri Mazdi tlačnemu polnilniku zato v tem primeru raje pravijo »zračna črpalka«.

Motor Skyactiv-X obljublja izboljšane pospeške, a ne na račun ekonomije – navor je višji za 30 odstotkov, številke porabe goriva pa nižje v podobni meri; motor bo v serijski različici prvič na voljo z novo Mazdo3 v letu 2019

Z nadaljnim odkrivanjem se zdi tehnologija vse pametnejša. Večen problem z motorji, ki uporabljajo revno mešanico, je na primer velik izpust dušikovih oksidov. To je rezultat višjih temperatur, potrebnih za vžig. Skyactiv-X pa natančno nadzira vžig, kar mu dovoljuje delovanje pri nižjih temperaturah od prej omenjenih motorjev, posledično pa je izpust dušikovih oksidov manjši.

Dizelski pa ni niti zvok, saj kompresijsko razmerje 16:1 v primerjavi z mnogimi dizelskimi motorji niti ni tako visoko in je samo malo višje od obstoječe Mazdine enote Skyactiv-G. Pravzaprav tudi zasnova motorja – čeprav povsem nova – ni tako oddaljena od Mazdinih trenutnih bencinskih motorjev. Dodatna zvočna izolacija okoli motorja zaduši zvoke, zaradi katerih bi motor sicer zvenel drugače. Natančen nadzor vžiga pa pomeni, da niso problematične niti vibracije.

V uporabi je variabilni nadzor odpiranja ventilov, ki motorju po potrebi omogoča preklapljanje med revnejšo in bogatejšo mešanico. Pri Mazdi pa so se izognili kompleksnosti aktuatorja ventila, potrebe zraka in goriva v motorju nadzirajo polnilnik in visokotlačne šobe.

In kakšne so koristi vsega tega? Najpomembnejše – zadeva deluje prav tako dobro z ročnim kot s samodejnim menjalnikom, zato se pri Mazdi še ne bodo znebili svojih bliskovitih šeststopenjskih prestavnih ročic. Še več – inženirji so ugotovili, da lahko zaradi razširjenega območja, v katerem motor deluje najučinkoviteje, sedaj uporabijo krajšo zadnjo prestavo za odločnejši pospešek. Ne da bi se to poznalo pri porabi. Mazdini grafi namreč kažejo, da nova enota pri 5.000 vrtljajih deluje tako učinkovito kot obstoječi Skyactiv-G pri 3.000.

Tudi navor se je v primerjavi z obstoječimi dvolitrskimi motorji zvišal za okoli 30 odstotkov, poraba goriva pa je že v tako zgodnji fazi boljša za 20 do 30 odstotkov. In ne samo na papirju ali v laboratoriju, ampak tam, kjer je to pomembno – v resničnem svetu. Pri Mazdi pravijo, da Skyactiv-X v nekaterih načinih vožnje prekaša celo njihove trenutne dizelske motorje – brez njihovih slabih lastnostih.

Naslednja generacija Mazde3, ki prihaja leta 2019, bo prva serijska Mazda, natančen predogled nove podobe tega modela so ponudili na lanskem salonu v Tokiju s konceptom Kai.

Skyactiv je sicer več kot filozofija motorja – ime velja namreč tudi za novo, torzijsko trdnejšo platformo, na osnovi katere bodo narejeni prihodnji avtomobili. Ta bo vključevala prenovljeno podvozje in kinematiko vpetja, izboljšane karakteristike hrupa, vibracij in trdote ter preoblikovane sedeže, ki prispevajo k večjemu udobju v vožnji. Predvsem pa brez izgube na strani vključevalne vozniške izkušnje, ki jo Mazda pridno uresničuje v vseh svojih modelih.

Trdnejša karoserija prispeva k splošni prefinjenosti

Vožnja s prototipom Mazde3 z 2-litrskim motorjem Skyactiv-X nakazuje, da so na pravi poti. Motor potrebuje nekaj trenutkov za prvi obrat, preden se zažene v tiho in mirno mrmranje. Vsi predsodki o morebitnem dizelskem ropotu – v prostem teku deluje na način s kompresijskim vžigom – se hitro razblinijo. Pravzaprav je zaradi prisilnega polnjenja in dodatne zvočne izolacije delovanje tega motorja celo tišje od delovanja motorja Skyactiv-G.

Vožnja z novim motorjem se zdi povsem normalna, kar je pravzaprav bistvo. V nižjem območju vrtljajev je ob manjšem dodajanju plina občutiti malenkostno slabšo odzivnost v primerjavi z aktualnim atmosferskim Skyactiv-G, a razlika je res zanemarljiva. Motor se na dodajanje in odvzemanje plina odzove predvidljivo, ob obremenitvi se ne preda niti pri najnižjih vrtljajih, kjer vleče s turbodizelsko vztrajnostjo, a enakomerneje.

Na armaturno ploščo nameščen tablični računalnik nam sporoča, s katerim načinom vžiga trenutno deluje motor. Večinoma deluje v načinu SPCCI, glede na obremenitev in vrtljaje se pogosto pomakne v način vžiga s svečko, v nizkem območju vrtljajev in obremenitve pa prestavi v kompresijski način vžiga z revno mešanico. Preklapljanja in načina vžiga med vožnjo brez pogleda na indikator ni mogoče zaznati.

Že v tej zgodnji fazi Skyactiv-X ustvarja tudi manj vibracij in hrupa od trenutnega dvolitrskega motorja v Mazdini ponudbi, kar je čutiti izza volana. In medtem ko motor ne razvija posebej športnega zvoka, ki pa sicer ni neprijeten, bi lahko malce akustičnega uglaševanja izpušnega sistema in dodatno generiranega zvoka v športnejših različicah zlahka dodalo nekaj karakterja.

Mazda bi lahko končala kot zadnja trdnjava tehnologije, ki pooseblja transport že več kot stoletje.

Medtem ko se preostala industrija pomika proti downsizingu in elektrifikaciji, bo relativno majhen proizvajalec iz Hirošime morda zadnja sprejemljiva trdnjava tehnologije, ki pooseblja transport že več kot stoletje.