Mazda Skyactiv-D: Technika nového turbodieselu z Japonska
Skyactiv-D má stejně jako jeho zážehový protějšek kompresní poměr 14,0:1. Zatímco u zážehového motoru je to hodnota rekordně vysoká, tak u vznětového agregátu je situace zcela opačná. Jedná se o nebývale nízkou hodnotu.
Revolučně nízký kompresní poměr
Podle Mazdy má Skyactiv-D nejnižší kompresní poměr mezi všemi automobilovými diesely na světě. Konveční vznětové motory mají kompresní poměr 16:1 až 18:1. Zároveň tento nový motor patří k prvním vznětovým jednotkám, které splňují nové japonské předpisy pro regulaci emisí v dlouhodobém horizontu, stejně jako emisní normy Tier II BIN 5 (USA) a Euro 6. Ta začne platit v roce 2014. Skyactiv-D je splňuje bez selektivní katalytické redukce a nepotřebuje ani katalyzátor se zachytávačem NOx.
Nízký kompresní poměr 14,0:1 umožnil konstruktérům optimalizovat načasování spalovacího procesu. Se snížením kompresního poměru klesá teplota a tlak ve válci při dosažení horní úvratě. Hoření směsi potom trvá déle, i když je palivo vstříknuto do válce těsně před dosažením horní úvratě. V oblaku hořícího plynu se netvoří oblasti s nedostatkem kyslíku a teplota je homogenní, takže nedochází ke vzniku NOx a sazí.
Díky tomu, že ke vstříknutí paliva a hoření dochází blízko horní úvratě, dosahuje takový vznětový motor velké účinnost. Jeho expanzní poměr, neboli množství skutečně odvedené práce, je vyšší než u vznětového agregátu s vysokou kompresí.
Optimální načasování spalovacího procesu umožňuje motoru SKYACTIV-D efektivněji využít energii obsaženou v palivu. Výsledkem je snížení spotřeby o 20 % ve srovnání s motorem 2,2 MZR-CD při stejném objemu.
Překonávání nevýhod
Nízký kompresní poměr u vznětového motoru nepřináší pouze pozitivní výsledky, ale doprovázejí jej i komplikace. Vznětový motor s kompresním poměrem 14,0:1 například nedokáže při studeném startu vytvořit dostatečně vysokou teplotu pro vznícení směsi a při nízkých teplotách by nemusel vůbec nastartovat. Měl by také hrubý, neklidný chod a v zimním období by vynechával.
V zájmu hladkých studených startů opatřila Mazda motor Skyactiv-D keramickými žhavicími svíčkami a proměnným zdvihem výfukových ventilů. Účelem tohoto technického řešení je umožnit vnitřní recirkulaci horkých výfukových plynů ve spalovací komoře.
Princip je prostý. O první zážeh se postará žhavicí svíčka, která stačí k tomu, aby výfukové plyny dosáhly potřebné teploty. Po spuštění motoru se výfukový ventil nezavře, jako by tomu bylo normálně ve fázi sání. Namísto toho zůstává lehce pootevřený a výfukové plyny tak proudí zpět do spalovací komory. Tím v ní roste teplota a následné vznícení směsi paliva a vzduchu je proto snazší. Motor běží od prvního okamžiku hladce a bez vynechávání.
Nižší tlaky, nižší hmotnost
Nižší kompresní poměr motoru Skyactiv-D znamená nižší hodnoty maximálního tlaku ve válcích a tím i menší zatížení jednotlivých součástí, než bývá obvyklé u konvenčních dieselů. Maximální spalovací tlak motoru Skyactiv-D (130 kg/cm2) je o více než 20 % menší než u současného 2,2 MZR-CD (170 kg/cm2). Konstruktérům se tak otevírá prostor ke snižování hmotnosti na strukturální úrovni.
Hlavy válců s integrovaným sběrným potrubím mají tenčí stěny a váží o 3 kg méně než dosud. Blok válců je nyní vyrobený z hliníku a je o dalších 25 kg lehčí. Hmotnost pístů a klikové hřídele poklesla o 25 %. Celková hmotnost motoru Skyactiv-D o objemu 2,2 litru je o 10 % nižší ve srovnání se současným 2,2 MZR-CD.
V porovnání s dnešním vznětovým agregátem MZR-CD tak Mazda dokázala snížit vnitřní tření motoru Skyactiv-D o plných 25 %. Řidič má tyto změny pocítit jako živější odezvu, silnější zátah a menší spotřebu paliva.
Dvoustupňové přeplňování
Přeplňování turbodmychadlem pomáhá vznětovým motorům nejen dosáhnout vyššího točivého momentu, ale také snížit spotřebu paliva bez vzniku škodlivých emisí. Skyactiv-D používá dvoustupňové přeplňování.
Motor je osazen jedním malým a jedním větším turbodmychadlem, přičemž každé pracuje v jiném rozsahu otáček. Menší, rychleji reagující dmychadlo tlačí vzduch do spalovacích komor při nízkých pístových rychlostech (nízkých otáčkách), čímž zlepšuje průběh křivky točivého momentu a eliminuje takzvaný turboefekt.
Obě turbodmychadla společně udělují motoru plochou křivku točivého momentu se silným nástupem již v nízkých otáčkách a vysoký výkon v horním rozsahu: červené pole motoru Skyactiv-D začíná až na hodnotě 5200 min-1.
Synergický efekt dvoustupňového přeplňování a nízkého kompresního poměru přispívá k optimálnímu průběhu spalovacího procesu. Protože v motoru je vždy dostatek vzduchu, respektive kyslíku, zůstávají emise NOx a sazí (pevných částic) na absolutním minimu.
Poprvé v CX-5
Prvním sériovým vozem s motorem Skayctiv-D se stane crossover Mazda CX-5. Ten se představí na zářijovém autosalonu ve Frankfurtu nad Mohanem. Pod jeho kapotou bude pracovat nový 2,2litrový turbodiesel s výkonem 129 kW při 4500 min-1. Nejvyšší točivý moment 420 Nm bude dostupný při 2000 min-1.
