Mazda Skyactiv-X – Ochuzená směs

Zážehový čtyřválec Mazda Skyactiv-X obohacuje nabídku modelu Mazda 3. Jeho technika spalování chudé směsi je originální a důmyslně navržená pro svět, jímž obchází strašák jménem CO₂. 

Mazda je proslulá svým nekonvenčním přístupem k automobilové technice. Známé jsou například motory s rotačními písty, jež v roce 1991 dovedla dokonce k vítězství v závodě 24 hodin Le Mans. Zmínit je třeba také přeplňování dmychadlem Comprex (1992) nebo šestiválec s Millerovým pracovním cyklem z roku 1994. Ostatně i současné motory Skyactiv-G/D zaujmou ne zcela tradičním přístupem v  oblasti kompresního poměru a plnění. Právě na aktuální zážehový čtyřválec navazuje motor označovaný Skyactiv-X, o němž se často mluví, poněkud zjednodušeně, jako o jednotce kombinující princip zážehového a vznětového motoru. O tomto motoru jsme psali již v Automobilu 12/2017, avšak nyní máme k dispozici finální specifikaci určenou pro sériovou výrobu a montáž do modelu Mazda 3 (viz AR 1/’19). Právě za volantem tohoto vozu jsme strávili první stovku kilometrů v běžném provozu v okolí Frankfurtu nad Mohanem.

Předně je třeba říci, že motor Skyactiv-X je zážehový řadový čtyřválec se zdvihovým objemem 1998 cm³, vybavený přímým vstřikováním a odpojitelným mechanickým kompresorem. Jeho specialitou je schopnost ve velmi širokém rozsahu provozních podmínek pracovat s extrémně chudou směsí. Nejedná se ale o princip pracující s chudou vrstvenou směsí, jež má u zapalovací svíčky stechiometrický poměr paliva a vzduchu, od nějž se postupným, a tudíž pomalým prohoříváním zapálí veškerá směs ve spalovacím prostoru. 

Princip fungování motoru Mazda Skyactiv-X spočívá v přípravě velmi chudé směsi během sací části pracovního cyklu motoru, při níž je do nasávaného vzduchu vstřikováno malé množství paliva. Směs vyplní, pokud možno homogenně, celý spalovací prostor. V kompresní části pracovního cyklu ale systém vstřikování provede další vstřik, jenž v blízkosti svíčky vytvoří „obláček“ paliva, který lze zapálit svíčkou. Po jeho zážehu, jenž probíhá v horní úvrati pístu, se dále zvětší tlak a teplota uvnitř spalovacího prostoru, čímž vznikne poslední impulz pro současné vznícení veškeré zápalné směsi ve válci. Na rozdíl od motorů s chudou vrstvenou směsí je celý proces hoření rychlejší, efektivnější z hlediska produkce škodlivých látek, a především dosažitelný v mnohem širším rozsahu provozních podmínek.

Mazda tento princip poměrně přesně označuje zkratkou SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition), tedy svíčkou řízený kompresní zážeh. Aby motor fungoval z pohledu uživatele jak má, znamenalo to pro Mazdu vývoj trvající od počátečních studií a myšlenek šest let. Motor pracuje s nebývale vysokým kompresním poměrem 16,3:1, který odpovídá spíše přeplňovaným vznětovým motorům. Takto vysoký kompresní poměr byl zvolen z důvodu, aby ve spalovacím prostoru vznikl potřebný tlak a teplota, jež pro samovznícení chudé směsi doplní tlak vzniklý prvotním zážehem. Běžné zážehové motory pracují se stechiometrickým poměrem směsi v poměru 14,7:1, což znamená, že ke spálení 1 kg benzinu je potřeba 14,7 kg vzduchu. Když je paliva více (tzv. bohatá směs), nestačí všechno palivo shořet a vznikají nespálené uhlovodíky a oxid uhelnatý (CO). Když je naopak paliva méně (chudá směs), zůstává po spálení benzinu nevyužitý kyslík, jenž dále reaguje s dusíkem a vznikají oxidy dusíku. Mazda v motoru Skyactiv-X v režimu SPCCI používá extrémně chudou směs s obsahem paliva 2krát až 3krát menším, než je stechiometrický poměr. Samozřejmostí je účinný systém čištění výfukových plynů.

Zcela zásadní je regulace a kontrola spalovacího procesu s chudou směsí. V něm motor pracuje s trvale otevřenou škrticí klapkou, protože požadovaný točivý moment vzniká až podle množství ve dvou fázích vstříknutého paliva. Pro zajištění potřebného množství vzduchu se používá mechanicky poháněný kompresor. Správné načasování vstřikování a použití optimálního množství paliva pomáhají určit také čidla tlaku integrovaná v každém spalovacím prostoru.

Výzkumy Mazdy počítají s tím, že nový motor bude v režimu s chudou směsí SPCCI pracovat přibližně 80 % své činnosti. Ve zbývajících 20 procentech funguje jako standardní zážehový motor s přímým vstřikováním. Dojde k odpojení kompresoru a aktivaci škrticí klapky a vstřikovací soustava začne pracovat se stechiometrickým poměrem zápalné směsi.

Praktická zkušenost ukázala, že přechody mezi provozními režimy jsou postřehnutelné, avšak nejsou rušivé. Motor používá konvenční pracovní režim například při studeném startu za nízkých teplot, kdy nelze dosáhnout potřebné kombinace tlaku a teploty pro samovznícení (aby se zpomalilo chladnutí motoru po vypnutí, je velmi důkladně zapouzdřen). Druhou hlavní oblastí je požadavek řidiče na vysoký točivý moment. 

Při sledování ukazatele aktuálního režimu motoru bylo zřejmé, že se standardním spalováním pracuje jen ve velmi nízkých otáčkách (proměnlivě) a následně při intenzivním sešlápnutí plynového pedálu. Vozidlo má na konci plynového pedálu spínač plného sešlápnutí (tzv. kickdown), po jehož aktivaci se vždy spustí standardní režim a motor pracuje naplno. Když se noha řidiče zastaví před tímto spínačem (má mírný odpor), dochází k přepnutí z provozu na chudou směs na konvenční spalování kolem přibližně 4700 min^-1 (na 2. a 3. převodový stupeň manuální převodovky). Když jsme cíleně zkoušeli motor vytáčet, avšak nikoliv s plně sešlápnutým plynovým pedálem, kdy se čtyřválec točil lehce a nebyl po něm požadován výkon, bylo spalování SPCCI aktivní až do zásahu omezovače před hranicí 7000 min^-1.

Reálná jízdní zkušenost ukázala, že spotřeba paliva velmi závisí na způsobu jízdy. Když se motor udržuje v režimu SPCCI, dokáže pracovat i se spotřebou mírně nad 6 l/100 km, nám se na konci testovací jízdy ukázal průměr 7,5 l/100 km. Při intenzivním využívání nabízené dynamiky ale apetit vyskočí až k 12 l/100 km. Hodnota normované kombinované spotřeby podle NEDC ve výši 4,5 l/100 km odráží spíše um inženýrů Mazdy v naladění motoru než realitu. Údaji 4,5 l/100 km odpovídá produkce pouhých 103 g/km, což je vynikající hodnota u tohoto snad nejostřeji sledovaného parametru moderních automobilů současnosti. Z ní je totiž odvozeno mnoho různých ekologických poplatků, jež jsou země od země vyžadovány nejen po majitelích vozů, ale zanedlouho také celoevropsky po jejich výrobcích. Právě v tom Mazdě nový motor hodně pomůže. 

Samotná dynamika motoru Skyactiv-X -působila přirozeně a byl znát zejména větší točivý moment čtyřválce ve středních otáčkách. To potvrzují i údaje Mazdy, kde jeho nárůst oproti motoru Skyactiv-G činí 10-30 % v závislosti na otáčkách. Nový motor je k dispozici pro obě karosářské verze Mazdy 3, a to v kombinaci s manuální i samočinnou převodovkou, a s pohonem předních nebo všech kol.

MAPA MĚRNÉ SPOTŘEBY PALIVA

Srovnání map měrné spotřeby paliva motoru Skyactiv-G (vlevo) a Skyactiv-X (vpravo) v závislosti na otáčkách a zatížení motoru. Tmavě modrá oblast – nejnižší měrná spotřeba, neboli nejvyšší účinnost motoru. Světle modrá, zelená a červená – postupně klesající účinnost. Motor Skyactiv-X má významně rozšířenou oblast nejnižší měrné spotřeby, což je jednou z příčin jeho nízké spotřeby paliva v reálném provozu s malým nebo částečným zatížením

TECHNICKÉ ÚDAJE

MOTOR
Kapalinou chlazený, kompresorem přeplňovaný zážehový celohliníkový čtyřválec uložený vpředu napříč; DOHC 4V, 2x proměnné časování; elektronické přímé vstřikování; EU6d; 1998 cm³ (ø 83,5 x 91,2 mm); 16,3:1; 132 kW (180 k)/6000 min^-1 a 224 N.m/3000 min^-1; trojčinný katalyzátor, filtr pevných částic; palivo Natural 95.

PROVOZNÍ VLASTNOSTI*
Největší rychlost 216/216/214/211 km/h; zrychlení 0 – 100 km/h za 8,2/8,6/8,5/8,9 s; spotřeba paliva NEDC město 5,1/6,2/5,5/6,6 l/100 km, mimo město 4,2/4,8/4,4/4,9 l/100 km, kombinace 4,5/5,3/4,8/5,5 l/100 km; emise CO₂ 103/120/109/125 g/km.

* údaje výrobce, Mazda 3 hatchback, 18“ kola, 6M FWD / 6A FWD / 6M AWD / 6A AWD

Převzato z časopisu

Fotogalerie