Jeździliśmy prototypem Mazdy z nowym silnikiem benzynowym Skyactiv-X z samoczynnym zapłonem

Prototypowa Mazda3 z silnikiem Skyactive-X z samoczynnym zapłonem

Prototypowa Mazda3 z silnikiem Skyactive-X z samoczynnym zapłonem (fot. mazda)

Mazda, zamiast podążać za wyznaczonymi trendami, szuka własnych rozwiązań. Tym razem inżynierowie japońskiej firmy stworzyli silnik benzynowy z samoczynnym zapłonem. Sprawdziliśmy, jak się tym wynalazkiem jeździ.

Motoryzacyjnym tematem numer jeden w ostatniej dekadzie była oszczędność paliwa i ograniczenie emisji spalin. Stąd trend tzw. downsizingu (zmniejszania pojemności skokowej jednostek napędowych) i napędów hybrydowych.

W Mazdzie uważa się, że downsizing nie jest optymalnym rozwiązaniem. Zamiast zmniejszać pojemność, lepiej podwyższyć sprawność jednostki napędowej, poprawiając efektywność procesu spalania. Naukowcy i inżynierowie pracujący w tej firmie są przekonani, że w tej kwestii jest jeszcze sporo do zrobienia.

Przeczytaj także: Mazda szykuje aż pięć premier na Genewę

W obecnie oferowanych modelach Mazdy, jedną z dostępnych jednostek napędowych jest benzynowy silnik Skyactiv-G, pracujący w tzw. cyklu Millera i osiągający wyższy, niż w typowym silniku benzynowym, stopień sprężania. Ponieważ nie do końca spełnia założenia dotyczące oszczędności paliwa, postanowiono iść dalej.

Skyactiv-X benzynowy jak Diesel

Dlatego powstała koncepcja nazwana Skyactiv-X - silnika benzynowego o zapłonie samoczynnym o znacznie wyższym stopniu sprężania (16:1). Do tej pory proces spalania mieszanki powietrza i paliwa przebiegał samoczynnie tylko w silnikach Diesla, ale jest to możliwe również w jednostkach zasilanych benzyną.

Warunki konieczne, to odpowiednie ciśnienie i temperatura możliwe do uzyskania tylko przy tzw. ubogiej mieszance paliwa. Idealne proporcje w przypadku silnika z zapłonem wywoływanym iskrą świecy, to 14,7:1 (mieszanka stechiometryczna).

Silnik Skyactive-XSilnik Skyactive-X fot. mazda

W przypadku silnika z zapłonem samoczynnym proporcje powietrza do paliwa jest dużo wyższa, wtedy się mówi o ubogiej mieszance paliwa. Efektem spalania ubogiej mieszanki w wyniku samoczynnego zapłonu (wywołanego jej kompresją w cylindrze i związanym z nią wzrostem temperatury, aż do momentu samozapłonu) jest znacznie szybsze i bardziej jednorodne spalenie mikstury, co sprawia, że z tej samej ilości paliwa uzyskujemy więcej energii.

Więcej energii oznacza wyższą sprawność silnika, a w efekcie niższe zużycie paliwa. Problemem, który do tej pory uniemożliwiał stosowanie zapłonu samoczynnego w silnikach benzynowych, było kontrolowanie momentu, w którym następował.

Przeczytaj także: Mazda pracuje nad rewolucją w silnikach spalinowych

Gdy mieszanka wybucha zbyt wcześnie, mamy do czynienia ze spalaniem stukowym, które szybko doprowadzi do uszkodzenia silnika. Inżynierowie Mazdy od dawna zastanawiali się jak sterować zapłonem samoczynnym i w końcu wpadli na genialny pomysł.

Wcale nie trzeba rezygnować z zapłonu iskrowego. Wręcz przeciwnie - może posłużyć do inicjowania zapłonu samoczynnego. Wystarczy podzielić wtrysk benzyny na dwie fazy: najpierw aplikowana jest większość wymaganego paliwa, ale temperatura mieszanki przy kompresji mieszanki tłokiem jest utrzymywana minimalnie poniżej samozapłonu.

Dopiero w drugiej fazie wtrysku, do centralnej części cylindra aplikowana jest mała porcja paliwa w proporcji idealnej do spalania iskrowego. Jej zapalenie powoduje to wzrost ciśnienia w cylindrze i automatyczny zapłon ubogiej mieszanki w cylindrze.

Zasada działania Skyactiv-X w skrócie

Teoria brzmi skomplikowanie, ale chodzi o to, że zapłon iskrowy działa jak zapalnik, który pozwala bardzo precyzyjnie kontrolować moment zapłonu samoczynnego.

Takie rozwiązanie stało się możliwe dopiero niedawno, dzięki wzrostowi mocy obliczeniowej komputerów sterujących wtryskiem i precyzji wtryskiwaczy.

Hybrydowy system zapłonu nazwano w Mazdzie SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition), czyli zapłon samoczynny sterowany iskrą. SPCCI łączy zalety zapłonu samoczynnego i iskrowego: dokładniejsze, efektywniejsze i szybsze spalanie mieszanki oraz precyzyjną kontrolę tego procesu.

Silnik Skyactive-X z samoczynnym zapłonemSilnik Skyactive-X z samoczynnym zapłonem fot. mazda

Pisałem, że genialne, prawda? Dodatkowe zalety takiego rozwiązania, to mniejsze straty ciepła (spalanie samoczynne odbywa się przy niższej temperaturze, nie trzeba tak bardzo rozgrzewać silnika) oraz możliwość płynnego przełączania trybów zapłonu pomiędzy SPCCI i klasycznym iskrowym.

Ideałem byłoby stosowanie zapłonu SPCCI w całym zakresie obrotów, ale nie jest to możliwe. Dlatego w momentach największego obciążenia silnika, podczas intensywnego przyspieszania na wysokich obrotach silnik pracuje jak klasyczny benzynowy.

Jednak zakres obrotów, w którym silnik używa trybu SPCCI jest naprawdę duży. Przekonałem się o tym, kiedy pozwolono nam pojeździć prototypem Mazdy wyposażonym w taki silnik.

W czasie jazdy Skyactiv-X robi dobre wrażenie

Silnik Mazdy Skyactiv-X pracuje zaskakująco podobnie do klasycznego silnika benzynowego. Jego pojemność skokowa to 2 l, moc maksymalna wersji produkcyjnej powinna osiągnąć około 190 KM.

W prototypowych egzemplarzach była nieco niższa, ponieważ dopiero trwają prace nad jej optymalizacją. W tej chwili na świecie jest sześć jeżdżących prototypów Mazdy z silnikami Skyactiv-X.

Napełnianie cylindrów powietrzem jest wspomagane przez niedużą sprężarkę mechaniczną, jednak jest ona włączana tylko kiedy napełnianie cylindrów powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym nie wystarcza do uzyskania odpowiednich proporcji powietrza do paliwa.

Mazda3 z prototypowym silnikiem Skyactive-XMazda3 z prototypowym silnikiem Skyactive-X fot. mazda

Efektem jest silnik płynnie i dość szybko wchodzący na obroty, pracujący cicho i bezwibracyjnie, nawet przy wysokich prędkościach obrotowych. Jego dźwięk nie różni się zauważalnie od brzmienia tradycyjnego silnika benzynowego z zapłonem iskrowym.

Może przy najniższych obrotach odgłosy, które wydaje przypominają nieco pracę silnika Diesla, ale przy zachowaniu bardzo wysokiej kultury pracy, charakterystycznej dla silnika benzynowego.

Przeczytaj także: Silnik Wankla wraca! Mazda planuje sportowy model

Prototypowa jednostka napędowa pracuje niemal bezwibracyjnie i cicho nawet przy wysokich obrotach wału korbowego. W połączeniu ze spodziewanym niskim zużyciem paliwa, nawet przy wyższych obrotach, pozwala na zastosowanie krócej zestopniowanych skrzyń biegów. Dzięki temu można lepiej wykorzystać optymalny dla silnika benzynowego zakres obrotów.

Zużycie benzyny Skyactiv-X na razie nie zostało ujawnione

Na środku prymitywnej tablicy przyrządów umieszczono iPada, którego ekran wskazywał aktualny tryb pracy silnika. Dostępne są trzy: tradycyjny z zapłonem iskrowym, używany przy maksymalnym obciążeniu oraz dwa tryby pracy z zapłonem samoczynnym: oszczędny i bardzo oszczędny.

Nawet przy dość dynamicznej jeździe, przez większość czasu ekran wskazywał pracę w oszczędnym trybie, ale ze względu na brak komputera pokładowego w prototypowych konstrukcjach, nie mogliśmy w żaden sposób ocenić realnego zużycia paliwa. Celem inżynierów Mazdy jest uzyskanie średniego zużycia benzyny niższego o 20%, od obecnie oferowanego silnika Skyactiv-G.

Silnik Mazdy nie jest przeznaczony do samochodów sportowych

Skyactiv-X ma być jednostką napędową o osiągach i kulturze pracy silnika benzynowego, zużyciu paliwa na poziomie Diesla i emisji szkodliwych substancji niższej, niż obecnie produkowane silniki benzynowe.

Brzmi jak ideał. Nie do końca tak jest, chociaż efekt wysiłku inżynierów Mazdy robi duże wrażenie. Tylko, po pierwsze jeszcze nie wiemy, czy teoretyczne niskie zużycie paliwa, znajdzie odzwierciedlenie w praktyce. Po drugie, taki silnik sprawdzi się najlepiej w przypadku samochodach nastawionych na ekonomię, a nie znakomite przyspieszenia.

Możliwe jest podniesienie mocy jednostkowej, tak aby osiągał więcej niż około 100 km z 1 litra pojemności, ale wtedy przestałby być ekonomiczny. Silnik o wyższej mocy jednostkowej przez większość czasu musiałby pracować w trybie tradycyjnego zapłonu iskrowego.

Przeczytaj także: Nowa Mazda CX-8 pomieści 7 osób

Za to nic nie stoi na przeszkodzie, aby Skyactiv-X w przyszłości posłużył do skonstruowania napędu hybrydowego, w którym silnik elektryczny zapewni dodatkowy zastrzyk momentu obrotowego. Nawet prototypowa wersja Skyactiv-X jest mikrohybrydą - ze źródłem napędu jest zintegrowany nieduży silnik elektryczny (taki większy rozrusznik), który w pewnych warunkach pozwala na wyłączenie spalinowej jednostki napędowej. Jednak w czasie jazd testowych ta funkcja była nieaktywna.

Pod karoserią Mazdy 3 ukryto jej sukcesora

Prototypy z silnikami Skyactiv-X miały nadwozie aktualnego modelu 3, ale pod spodem były schowane podwozia przygotowywane dla jego następcy. Dlatego mieliśmy okazję sprawdzić, jak działają inne elementy architektury Skyactiv.

Wnętrze prototypowej Mazdy3 z silnikiem Skyactive-3Wnętrze prototypowej Mazdy3 z silnikiem Skyactive-3 fot. Łukasz Kifer

Składają się na nią odpowiednio skonstruowany układ jezdny, nadwozie, fotele i wytłumienie komory silnika oraz wnętrza pojazdu. Wszystkie składniki koncepcji Skyactiv są projektowane z myślą o jak największej integracji kierowcy z pojazdem.

Celem jest wysoki komfort podróżowania i przyjemność z prowadzenia. Po pierwszych jazdach przyznam, że praktyka potwierdza te założenia. Niski poziom hałasu jednostki napędowej prototypów robił bardzo dobre wrażenie, zarówno w wersji z manualną skrzynią biegów, jak i z przekładnią automatyczną.

Obie skrzynie biegów będą dostępne, kiedy samochód znajdzie się w sprzedaży. Również układ jezdny i kierowniczy pracowały znakomicie, szczególnie, że nie mamy do czynienia z ich wersją finalną. Resorowanie było dość sztywne, sprężyste, ale jednocześnie komfortowe, a wygodne fotele, pozwalały zająć idealną pozycję. Również zakres regulacji kierownicy został powiększony w porównaniu z aktualną Mazdą 3.

Przeczytaj także: Mazda Vision Coupe i Mazda Kai - Japończycy zapowiadają dwa przepiękne modele

Nowy model trafi do sprzedaży w 2019 r.

Do premiery wersji produkcyjnej lub prezentacji przedprodukcyjnych modeli jeszcze daleko. Samochód ma się znaleźć w sprzedaży w 2019 r. Jednak już teraz sporo o nim wiadomo. Będzie to pierwszy model, w którym znajdzie się rewolucyjny silnik Skyactiv-X oraz pozostałe, wyżej wymienione, elementy architektury o tej samej nazwie.

Nie końca wiadomo, jakie kształty będzie miała karoseria nowego modelu, ale na zeszłorocznym salonie samochodowym w Tokio Mazda zaprezentowała wizję stylistów nazwaną KAI Concept. Jego wygląd sugeruje kierunek, w którym zmierzają styliści koncernu, odpowiedzialni za następną Mazdę 3.

Mazda KAI ConceptMazda KAI Concept fot. mazda

Dlaczego Mazda idzie pod prąd?

Najtrudniej odpowiedzieć na pytanie, dlaczego Mazda nie lubi płynąć z głównym nurtem, nawet jeśli płaci za to wysoką cenę. Jeśli chodzi o popularne kierunki rozwoju - hybrydowe zespoły napędowe i pojazdy autonomiczne - japoński producent ma sporo do nadrobienia.

Są dwie możliwości. Albo dyrekcja jest przekonana, że lepiej niż konkurencja wie, jaka ścieżka rozwoju zapewni największe szanse przetrwania na zmieniającym się motoryzacyjnym rynku. Albo po prostu chcą się wyróżnić, licząc na zainteresowanie klientów-indywidualistów. których pociąga oryginalność. Prawda pewnie leży po środku.

Zobacz także
  • Zanieczyszczenie powietrza Przełomowy wyrok sądu. Niemcy na potęgę sprzedają stare diesle. Polscy handlarze zacierają ręce
  • Ładowarki IONITY Przełom w elektromobilności w Polsce - powstaną stacje IONITY
  • Nowe Volvo V60 2018 Volvo kończy prace nad silnikami spalinowymi - to ostatnia generacja takich jednostek
Komentarze (45)
Silnik benzynowy Mazdy z samoczynnym zapłonem
Zaloguj się lub komentuj jako gość
  • joymachine

    Oceniono 39 razy 37

    W Mazdzie uważa się, że downsizing nie jest optymalnym rozwiązaniem. Zamiast zmniejszać pojemność, lepiej podwyższyć sprawność jednostki napędowej, poprawiając efektywność procesu spalania.

    I to są mądrzy ludzie!

  • Gość: panx

    Oceniono 32 razy 20

    Mam w firmie mazde cx-9 3.7 ktora na lpg zrobila prawie 300tys km. Nikt o nia nie dba ale jezdzi i jezdzi. Mechanika to ona widziala kilka razy przy zmianie tarcz z klockami, lozysk i wymianie oleju. W porownianiu do niemieckich wozidel (lubie juz nie kupuje) mazda jest pancerna;)

  • Gość: ty

    Oceniono 32 razy 14

    Mazda cx5 - mam od 5 lat, to mój 14 samochód, nie jestem przywiązany do marek pojazdów, jeździłem wszystkim od trabanta po mercedesa, osobowymi i ciężarowymi, jeżdżę ok 60 - 70 k km rocznie, głównie autostrady, jestem inżynierem, znam się na autach. Moja opinia o mazdzie jest jak najbardziej pozytywna, zbliżam sie do 300 k km i nic (polecam rankingi niezawodności), przepraszam szlag trafił lusterka, to feler mazdy, nie jest to super samochód, jest głośny , maska drga przy dużych prędkościach czyli ma felery jak każde !!! bez wyjątków auto ale ma największa zaletę jest po prostu niezawodna i mogę na niej polegać, fenomenalnie zaprojektowana, porównuję ją z isuzu (u nas nieznany i niedoceniany), z beczką 123, toyotą corollą czy starym audi 80. To tyle w temacie, a na koniec tylko tyle, ż cała reszta współczesnych vw, skod, renault, subaru, volvo, opli, fiatów to szrot przebieg 130 k i na śmietnik, co kwartał serwis bo się psuje. Nikt mi za ten komentarz nie płaci i nie wypowiadam się na temat koreańczyków bo za mało nimi jeździłem. Aha na koniec ci "specjaliści" od cen w tzw polskich gazetach motoryzacyjnych, zwłaszcza volksdeutsche, niech porównują z mazdą ceny samochodów z tym samym wyposażeniem, ale jest nakaz pisać kłamstwa, suweren tylko tak rozumie słowo pisane.

  • Tomek Poździk

    Oceniono 9 razy 9

    Zdarzyło mi się napisać w 2005 roku pracę inżynier. w temacie silników HCCI i wówczas największym problemem było sterowanie i moc obliczeniowa komputerów. Rozważano rozrząd elektromagnetyczny, ale to wymagało instalacji 48V. Ze względu na koszty w Europie zaniechano rozwóju tych silników. Tym bardziej chwała Mazdzie za to, że się tak łatwo nie poddała.

  • boguswasik

    Oceniono 13 razy 5

    Ah to niema reguły jaka Marka,tylko poprostu Japończycy traktują poważnie każdego klienta swojego nawet ten co ma 20letnia Toyotę jest super traktowany,a Niemcy dbają o siebie.dlatego ja również przeżyciami się na Japończyka,15 lat niemieckich nawet dobrych aut ale wystarczy.

  • hansman

    Oceniono 9 razy 3

    Fajny marketingowy tekst. Jak ktoś się dal nabrać na kilka sprytnie przemyconych bądź przemilczanych faktów to np:
    Downsizing – w motoryzacji zastępowanie większego układu napędowego mniejszym (o mniejszej pojemności czy mniejszej liczbie cylindrów) o tych samych parametrach osiąganych dzięki takim podzespołom jak turbosprężarka czy kompresor, albo zastosowaniu takich technik jak zmienne kąty rozrządu czy bezpośredni wtrysk paliwa o wysokim stopniu sprężania[1].
    Zaletami downsizingu miały być mniejsza masa, ekonomiczna charakterystyka pracy, mniejsza emisja zanieczyszczeń i wysoki moment obrotowy dostępny od umiarkowanych obrotów[1]. W praktyce silniki tego typu okazały się charakteryzować wysoką emisją spalin i niską żywotnością, co doprowadziło do częściowego odwrotu od tej drogi rozwoju zespołów napędowych w połowie lat 2010., do czego przyczyniły się doniesienia o fałszowaniu danych o spalaniu.
    A nie jak napisał autor:
    " Motoryzacyjnym tematem numer jeden w ostatniej dekadzie była oszczędność paliwa i ograniczenie emisji spalin. Stąd trend tzw. downsizingu (zmniejszania pojemności skokowej jednostek napędowych) i napędów hybrydowych."
    Tak więc to poniżej:
    "Napełnianie cylindrów powietrzem jest wspomagane przez niedużą sprężarkę mechaniczną, jednak jest ona włączana tylko kiedy napełnianie cylindrów powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym nie wystarcza do uzyskania odpowiednich proporcji powietrza do paliwa."
    To nic innego jak wprowadzenie doładowania do silników wolnossących - zapewne na początek 2.0, bo 2.5 już od jakiegoś czasu jest dostępny z Turbo. Nie dość , że autor sam sobie przeczy to zapewne czeka nas wysyp użytkowników nowych samochodów mazdy przekonanych o tym, że mają silnik bez żadnego doładowania. Do tej pory najbardziej efektywne zmiany wpływające na zużycie paliwa sprowadzaly się jednak to wprowadzenia nowych skrzyń automatycznych, np o 8 czy 9ciu przelozeniach lub technologii odłączanych cylindrów - MDS. Zobaczymy czy Mazda ze swoim rozwiązaniem zapisze się jakos w historii motoryzacji - na plus, czy na minus.

  • antoniferdynand

    Oceniono 15 razy 3

    Nie miałem nigdy Mazdy i powiem nawet, że mocno irytują mnie zachwyty na temat ich wyglądu - wg. mnie na tle stylistyki, która nie jest niemiecka lub japońska wygląda co najmniej poprawnie.
    Jestem jednak pełen podziwu, że nie dali się zdominować księgowym i marketingowcom i są otwarci na drogę pod prąd. Silnik wancla, alternatywne podejście do downsizengu a teraz produkcyjne eksperymenty ze sprężaniem robią wrażenie chociażby za samo podejście. Niewysilone silniki przy porównywalnym spalaniu mogą być ciekawą alternatywą dla tego co się dzieje na rynku. Będą chyba zdecydowanie bardziej trwałe i bezawaryjne a przy tym oszczędne. To też ciekawe w kontekście hybryd, które używają spalinowego silnika do zwykłego obciążenia natomiast elektryczności dla krótkotrwałej, wzmożonej mocy i to jest rozsądne.

  • Gość: lechutek

    Oceniono 2 razy 2

    Miałem 3 Mazdy i zrobiłem nimi łącznie ca 700 tys km. Mazda 323 S -nówka z silnikiem 1,7 TD-358 tys km bez naprawy, mazda 3 1,6 MZR-CD -150 tys km bez naprtawy -5 lat. Mazda 2,5 D bus-wogóle nie naprawiałem, Ale teraz mam 12-letnią Kia carens 2,0 CRDi VGt-samochód lepszy niż Mazdy!!!! Zero rdzy po 12-tu latach i zero napraw.Tylko leje i jeżdzę. Polecam kazdemu-kupisz za smieszne pieniadze! totalnie wygodny, małe spalanie, dynamiczny silnik i bezawaryjny!

  • Gość: imho

    Oceniono 3 razy 1

    Buhaha. silnik elektryczny ma sprawność do 90% .Spalonowy na razie 35% w porywach.Nawet jak podniosa do 40 to i tak to jest slepy zaułek.Juz widze mechaników z ASO którzy staną przed takim autem i rozlożą ręce , bo nie bedą mieli pojęcia jak regulować to skomplikowane sterowanie. Komputerem wiadomo ale trzeba miec i tak pojęcie. A silniki elektryczne jakie są kazdy widzi. Po jednym na kazde koło Bez skrzyni biegów, chłodnic, rur od wydechu, wałow ,półosiek. Przemysł samochodowy będzie w nas pchał te przestarzała - stuletnia technologię zatruwającą świat, bo przy elektrykach padnie połowa fabryk, rafinerie ropy i wiertacze.Mieće tylko dobre ogniwo paliwowe na pokładzie i heja - można jechać nawet na biegun.

Aby ocenić zaloguj się lub zarejestrujX

Najczęściej czytane