Mazda se brez turba in elektrike pelje v zeleno prihodnost

Inženirska drznost se obrača stran od sivega povprečja

Mazda je v svojih 83 letih obstoja s številnimi unikatnimi rešitvami, tehnologijami in končnimi modeli dokazala, da spada med tiste avtomobilske proizvajalce, ki razumejo in podpirajo inženirsko drznost ter razvoj.

Spomnite se samo Mazdinega dirkalnika 787B. Ta je še vedno edini bolid, ki je na legendarni dirki 24 ur Le Mansa zmagal z rotacijskim motorjem.

Prav zato so pri Mazdi tudi zdaj, ko avtomobilski svet mrzlično išče in odkriva rešitve za zeleno, trajnostno mobilnost, znova ubrali povsem svojo pot. To predstavlja tehnologija Skyactiv. Z njo so Mazdini inženirji povsem na novo definirali razvoj svojih prihodnjih modelov, ki temelji ‒ kot trdijo v Hirošimi ‒ na dramatičnem izboljšanju energijske učinkovitosti, znižanju izpustov in seveda izboljšanju varnosti, zmogljivosti in vodljivosti.

Mazdina nova doba temelji na tehnologiji Skyactiv

In kaj je tu tako posebnega, bi lahko v tem trenutku kdo upravičeno pomislil, saj tem vrednotam bolj ali manj resno sledijo vsi veliki proizvajalci.

Poseben je način, kako so se pri Mazdi tega lotili. Tehnologija Skyactiv namreč ne predvideva zdaj tako aktualnega zmanjševanja prostornine motorja. Za povečanje navora in moči se ne naslanja na turbopolnilnik, "pobeglo" energijo iz zaviranja pa namesto v baterije shranjuje v kondenzator.

Za povrhu vsega z visokim kompresijskim razmerjem japonski inženirji dokazujejo, da tudi v ključnem pogonskem stroju, ki ga, roko na srce, sodoben avtomobilski svet še vedno najbolje pozna in razume, torej motorju z notranjim izgorevanjem, še vedno obstajajo velike rezerve. Rezerve v izkoristku energije.

Pri Mazdi so se torej vprašanja, kako iz goriva na kolesa spraviti več energije s čim manj odpadnimi toplotnimi kilovati, izpusti in trenjem ter seveda stroški, lotili z natančno optimizacijo motorja. Zadeva v praksi res deluje, kar smo že ugotovili tudi na testih novih mazde 6 in mazde 3.

In kar je res hvalevredno, voznikom želijo naliti čistega vina, kar zadeva porabo v realnem prometnem življenju. Tam, med semaforji, ne v laboratoriju.

Mazda na aktualno zmanjševanje prostornine odgovarja s t. i. rightsizingom

Čeprav že debelo stoletje oziroma 120 let inženirji po vsem svetu nenehno dodelujejo in razvijajo motor z notranjim izgorevanjem, je njegov izkoristek še vedno precej skromen. Pri najbolj učinkovitih bencinskih avtomobilskih motorjih gre še vedno kar 70 odstotkov vse energije iz goriva mimo koles, kar se seveda pozna pri porabi goriva. V iskanju boljšega izkoristka teh strojev in ob hkratnem zmanjševanju porabe goriva se je zgodil tako imenovani trend "downsizinga" oziroma zmanjševanja prostornine motorja. Manjša delovna prostornina pa za doseganje primerljivih zmogljivosti večjih motorjev seveda potrebuje pomoč. Turbopolnilnik oziroma prisilno polnjenje valjev prinaša več moči in navora.

Če k temu dodate še daljša prestavna razmerja in sedem ali celo osem menjalniških stopenj, so seveda možnosti za zagotavljanje optimalnih razmerij med zmogljivostmi in porabo goriva precejšnje. Zaradi tega dejstva je večina proizvajalcev stopila po poti tega teh smernic. Mazda pa je prav na tej točki znova pokazala svoj inženirski pogum in se stvari lotila drugače. Dejstvo, da se pri njih temelji začnejo pri štirih valjih, da zmogljivost narašča linearno, da motor zrak zajema brez hitro vrtečih se lopatic in se zvezno zavrti na zgornjo mejo vrtljajev brez "turboluknje" ter ponuja celo več navora in prožnosti v srednjem območju delovanja, temelji na tako imenovanem rightsizingu, s katerim Japonci rokavico vračajo množici tekmecev.

Inženirski cilj: energijska učinkovitost hibridnih in električnih vozil za bistveno manj denarja

"Mislim, da smo s trenutno generacijo motorjev Skyactiv z visokim kompresijskim razmerjem 14 : 1 dosegli nekaj, česar drugi niso. Upam, da nam bodo ljudje zaupali, da bodo uvideli potenciale naše poti in da bomo lahko v tej smeri nadaljevali. Z inženirskega vidika je to raziskovanje izgorevanja v valjih in iskanje večjega izkoristka energije v gorivu zares posebna reč. Na Japonskem se te raziskave začnejo v laboratoriju na enem valju in so res zelo usmerjene, natančne in zahtevne. Motor je celo pod steklom, da tudi vizualno spremljamo potek vžiga in izgorevanja. V drugi in tretji generaciji Skyactiva bo naša optimizacija motorja z notranjim izgorevanjem tako daleč, da bodo motorji dosegali porabo goriva in količino izpustov, primerljivih z najbolj prepričljivimi hibridnimi vozili, oziroma dosegli celo raven ogljičnega odtisa električnih vozil.

Naš cilj je, da motor z notranjim izgorevanjem optimiziramo tako, da bo vsa paleta motorjev oziroma modelov kmalu dosegla povprečje, nižje od meje 80 gramov ogljikovega dioksida na prevoženi kilometer. Smo na dobri poti, da ponudimo avtomobil, ki bo imel tehnologijo za doseganje take učinkovitosti, in to veliko bolj cenovno dostopno od preostalih avtomobilskih proizvajalcev," nam je bistvo Mazdinega rightsizinga razložil Joachim Kunz, eden od glavnih inženirjev v evropskem razvojnem centru v Frankfurtu.

Ključni recept: precejšnje zvišanje kompresijskega razmerja

Ključne skrivnosti zniževanja porabe goriva in povečevanja izkoristka motorja, na katerem temelji Mazdin razvoj, razkriva že srednješolska fizika. Izkoristek Ottovega cikla narašča proporcionalno s povečanjem kompresijskega razmerja. Višje kompresijsko razmerje pa poveča še potisno moč bata. To je torej temelj.

"Prepričani smo, da nam bo to, kar smo vam napovedali, uspelo, vključno z izjemno visokim kompresijskim razmerjem 18 : 1 brez klenkanja motorja in brez povečevanja oktanskega števila goriva. Precej prepričani smo torej o uspehu te svoje edinstvene tehnologije, ki se precej nanaša predvsem na optimizacijo izgorevanja v motorju. Imamo namreč res veliko izkušenj z visokimi kompresijskimi razmerji," samozavestno pove Joachim Kunz, ki je prepričan, da jim bo uspelo rešiti vse težave zares ekstremnega stiskanja homogene mešanice zraka in goriva v bencinskem motorju.

Termični nadzor in tehnologija HCCI

Da bo torej vžig in zgorevanje mogoče v bencinskem motorju nadzorovati oziroma preprečevati nenadzorovano eksplozijo homogene mešanice goriva in zraka pri kompresijskem razmerju 18 : 1, bodo Mazdini inženirji morali poseči po radikalni spremembi. Naredili bodo nekakšen tehnološki preplet tehnologije, distribucije goriva, vbrizga in procesa izgorevanja iz sveta bencinskega in dizelskega motorja. Iz obeh zasnov bodo vzeli najboljše. Zadnje nam potrdi inženir tudi inženir Kunz.

Nenadzorovani vžig bodo preprečevali s tehnologijo HCCI (homogeneous charge compression ignition) in termičnim nadzorom procesa, v katerem bo eno od hladilnih vlog prevzel tudi neposredni vbrizg s šobami s po šestimi odprtinami. Te bodo večstopenjsko vbrizgavale gorivo v valj z namenom kar najboljše razporeditve mešanice zraka in goriva.

Prilagoditve tako visoki kompresiji pa so zahtevale tudi novo obliko površine bata, ki ima v sredini nekakšen detonatorski žep v obliki vulkana,v katerem se izvrši začetni del eksplozije brez čezmernega pregrevanja zgornjega površine. Ključno pri vsem skupaj je tudi učinkovito odvajanje vročih izpušnih plinov. To omogoča sekvenčno časovno krmiljenje ventilov in zasnova izpušnega sistema 4-2-1. Ta je za povrhu močno podaljšan, kot na primer pri dirkalnikih formule 1. Gre torej za res pravi inženirski dosežek.

Res ne bo manjših motorjev?

Mazdina tehnologija resnično deluje, o tem smo se prepričali na testih. Motorji so prožni, poraba pa zmerna, tudi če se motor vrsti v zgornjem območju vrtljajev. Prav v tej postavki tekmeci s turbopolnilnikom, ki zahtevajo več energije, bolj ko se vrtijo, izgubljajo energijsko prednost.

Tehnologija Skayactiv pa se pozitivno odraža tudi na lahki gradnji in zares prepričljivih voznih zmogljivostih. Kljub temu smo ob koncu druženja izkušenega inženirja izvali z marketinškim izzivom. Bodo naredili majhen motor, če bodo kupci zaradi ofenzive konkurenčnih litrskih trivaljnikov spregledali prednosti visokoučinkovitega atmosferskega dvolitrskega štirivaljnega bencinarja? Izkušeni Joachim Kunz, ki že 20 let službuje v Mazdinem evropskem razvojnem centru v Frankfurtu, je odgovoril samozavestno, brez trohice dvoma:

"Manjši motorji ne spadajo v naš koncept rightsizinga. Štirivaljnik je temelj za naše delo. Manjši trivaljni motorji so domena koncepta downsizinga in uporabe turbinskega polnilnika. Tega se pri bencinskih motorjih izogibamo, ker bi z njim izgubili možnost za doseganje visokega kompresijskega razmerja in tako izgubili možnost za povečanje učinkovitosti zgorevanja v valjih."