SKYACTIV, czyli odpowiedź Mazdy na downsizing

Producenci samochodów robią, co mogą, aby ich silniki spełniały coraz wyższe oczekiwania kierowców. Ale to nie wszystko. Oprócz dawania radości już po pierwszym uruchomieniu, jednostki muszą jeszcze spełnić szereg wyśrubowanych europejskich norm ekologicznych. Od sierpnia 2014 roku na terenie UE obowiązuje bardzo rygorystyczna norma Euro VI.

Poza tym od silników oczekuje się coraz mniejszego apetytu na paliwo. W jaki sposób producenci nowych aut usiłują sprostać wymaganiom użytkowników i ustawodawców? W ciągu ostatnich lat pojawiły się dwie interesujące drogi rozwoju nowoczesnych jednostek napędowych, zwłaszcza benzynowych. Pierwsza z nich to downsizing, rozwiązanie masowo stosowane przez producentów europejskich. Tej opcji przeciwstawia się Mazda, która zastosowała pakiet rozwiązań znanych jako SKYACTIV. Która droga jest lepsza?

Downsizing benzynowych jednostek napędowych

Downsizing zdobył ogromną popularność w Europie. Czym się charakteryzuje? W uproszczeniu jest to stosowanie mniejszych, ale mających takie same parametry układów napędowych w miejsce większych. Downsizing dotyczy zarówno dużych jednostek, w których ośmiocylindrowy, czterolitrowy silnik wolnossący zastępuje się trzylitrowym z turbodoładowaniem, jak i mniejszych, gdzie w miejsce czterocylindrowego silnika o pojemności 1.4 litra stosuje się trzycylindrową (a czasami nawet dwucylindrową), turbodoładowaną jednostkę o pojemności 900 ccm. Dziś bez problemu udaje się „wycisnąć” sto pięćdziesiąt koni mocy z trzycylindrowej jednostki o pojemności jednego litra.

Jak się to dzieje? Silniki wykorzystują turbodoładowanie, generowane przede wszystkim przez turbosprężarkę, rzadziej przez kompresor. Stosuje się układy zmiennych kątów i wzniosów rozrządu, paliwo dostarczane jest za pomocą bezpośredniego wtrysku, silniki uzyskują bardzo wysoki stopień sprężania. Do sterowania jednostki stosuje się mnóstwo systemów elektronicznych.

Efekt? Jednostki są lżejsze, bardziej przyjazne dla środowiska (emitują mniej zanieczyszczeń) i mniej paliwożerne.

Niestety, system nie jest doskonały, albowiem wciąż jest testowany i dopracowywany. Ciągłe, bardzo silne obciążenie jednostki napędowej (nie ma ona zapasu mocy jak jednostka klasyczna) ma duży wpływ na jej trwałość, która będzie znacznie krótsza niż w przypadku klasycznych silników wolnossących. Testy przeprowadzone przez wiele czasopism i portali pokazały, że rzeczywiste spalanie wcale nie jest tak niskie jak twierdzą producenci. Zastosowanie wrażliwej na uszkodzenia i drogiej w naprawie turbosprężarki oraz mnóstwa elektroniki, która wymaga specjalistycznych (a więc i drogich) serwisów przy naprawie sprawiło, że oprócz entuzjastów jest także sporo przeciwników tej metody.

Dlatego też niektórzy producenci w ogóle nie zmierzają w stronę downsizingu. Należy do nich Mazda, która podąża własną, oryginalną drogą i przeciwstawia się temu trendowi.

Mazda - technologia SKYACTIV

Silnik może być ekologiczny, może spalać mniej, może być mocny, ale wcale nie musi być przeciążony i nietrwały. Wystarczy tylko dopracować do perfekcji istniejące już rozwiązania. Tak twierdzą inżynierowie Mazdy. SKYACTIV to nie tylko zmiany dotyczące silnika (benzynowego i Diesla). To także kompleksowe przeprojektowanie karoserii, podwozia, silnika oraz skrzyni biegów.

Inżynierom Mazdy udało się osiągnąć stopień sprężania 14,0:1 (wobec standardowych 8 lub 10:1), który możliwy był do uzyskania jedynie w silnikach aut sportowych. Skrócono proces spalania (eliminując zjawisko spalania stukowego) oraz zastosowano systemy spalania mieszanki jednorodnej HCCI. Wdrożono nowy kształt tłoków i wielootworkowe wtryskiwacze. Silniki benzynowe wyposażone są w układ bezstopniowej zmiany faz rozrządu S-VT. Niektóre elementy silnika zostały znacząco odchudzone – tłoki (o 20%), korbowody (o 15%), a także głowica i blok silnika. Zmniejszona masa elementów mechanicznych przekłada się na mniejsze tarcie, co z kolei sprawia, że silniki mają większy moment obrotowy (o 15%) i mniej palą (również średnio o 15%).

W silnikach Diesla z rodziny SKYACTIV inżynierowie Mazdy zastosowali nowe ceramiczne świece żarowe oraz nowe zawory wylotowe, o zmiennym wzniosie. Tutaj również zmniejszono wagę tłoków i wałów korbowych – aż o jedną czwartą.

Aby odchudzić nadwozia i podwozia swoich pojazdów, Mazda zastosowała nową technologię produkcji (zamiast stosować starą technologię i lekkie, ale bardzo drogie materiały, takie jak aluminium). Dzięki temu udało się zmniejszyć masę nadwozia (o 8%) i podwozia (o 14%). Mniejsza masa auta to oczywiście mniejsze spalanie.

Mazda oferuje także możliwość zastosowania systemu i-ELOOP (Intelligent Energy Loop), który pozwala na odzyskiwanie energii i zmniejszenie spalania nawet o dziesięć procent. Podobne systemy są stosowane w samochodach hybrydowych. Magazynują one energię powstałą w czasie hamowania i przekazują ją do akumulatorów. Mazda swój efektywny system odzyskiwania energii zastosowała w samochodzie z benzynowym silnikiem wolnossącym.

Hybrydy do magazynowania potrzebują drogich i ciężkich baterii. System i-ELOOP przekazuje odzyskaną energię do superkondensatora. Stąd jest ona kierowana do tego układu, który w danej chwili potrzebuje najwięcej prądu: może to być oświetlenie auta, system audio czy klimatyzacja.

Miłość od pierwszego włączenia silnika

Czym w praktyce różni się benzynowa jednostka napędowa Mazda SKYACTIV od tej zbudowanej zgodnie z zasadami downsizingu? Obydwie mogą pochwalić się wysoką kulturą pracy. Podobne będzie też spalanie jednostek o przybliżonej mocy silnika.

Jednostka napędowa SKYACTIV generuje duży moment obrotowy, zwłaszcza w średnim i górnym zakresie prędkości. Auta mają większą dynamikę od downsizingowych konkurentów i lepiej reagują na gaz, a wszystko dzięki temu, że auta z turbodoładowanymi silnikami są spowalniane bezwładnością turbiny.

Auto z turbiną wymaga także specjalnego traktowania, jeśli kierowca nie chce ponieść szybko wysokich kosztów jej naprawy (np. nie wolno zapominać o trzydziestosekundowym rozgrzewaniu silnika, aby olej doszedł do turbiny, i o chłodzeniu turbosprężarki po zakończonej jeździe).

Które rozwiązanie jest lepsze?

Masowa produkcja aut z silnikami budowanymi zgodnie z zasadami downsizingu wcale nie oznacza, że ich popularność będzie trwała przez długie lata. Kilka lat eksploatacji wystarczy, aby wiedzieć, czy potwierdzą się obawy o bardzo niskiej żywotności tych jednostek i ich nieopłacalnych naprawach. Z kolei wolnossące silniki benzynowe, produkowane przez japońskie firmy, niemal zawsze były bardzo trwałe i mało awaryjne.

Dla kierowców najważniejsze jest to, że nie każdy producent podąża tą samą ścieżką. Dzięki temu można spośród kilku rozwiązań wybrać to, które uważa się za najlepsze dla siebie.

Artykuł powstał we współpracy z Mazda.