W ostatnich latach ekologia stała się głównym wyznacznikiem określającym kurs rozwoju motoryzacji. Przewiduje się, że do 2020 r. nieco ponad 20 proc. sprzedawanych w Europie samochodów będzie miało napęd elektryczny. Jednocześnie oznacza to, że zdecydowana większość wciąż będzie używać aut z silnikami spalinowymi. Mazda opracowała technologię SKYACTIVE, która pozwala na wyraźne obniżenie spalania.
(fot. zdjęcie producenta) Po 120 latach od wynalezienia silniki spalinowe nadal nie wykorzystują 70-90% energii zawartej w paliwie. Energię cieplną traci się głównie przez układ wylotowy, chłodzenia oraz powierzchnie silnika i przekładni. Podstawowym krokiem Mazdy była poprawa sprawności cieplnej silnika. Poza tym, Mazda starała się zmniejszyć wewnętrzne tarcie w silniku oraz jego masę. By zwiększyć sprawność jednostki napędowej Mazda wzięła pod lupę kilka czynników: stopień sprężania, skład mieszanki paliwowo-powietrznej, czas spalania, moment rozpoczęcia spalania, straty pompowania, straty mechaniczne spowodowane tarciem.
Niektórzy producenci poszukują sposobu na zmniejszenie zużycia paliwa w ich silnikach benzynowych poprzez zmniejszanie pojemności skokowej. Określa się to jako „downsizing”. Dużą moc i moment uzyskuje się przez zwiększanie ilości powietrza dostarczanego do komór spalania dzięki turbodoładowaniu lub doładowaniu sprężarką mechaniczną. Choć jest to skuteczny sposób, Mazda wybrała inną drogę. Najważniejszy, zarówno w silnikach benzynowych, jak i dieslach, okazała się stopień sprężania. Opracowując nowy silnik Mazda uzyskała stopień sprężania wynoszący 14,0:1. Tak wysoki poziom uzyskiwano dotychczas tylko wyczynowych silnikach, które nie nadawały się do codziennego użytku.
(fot. zdjęcie producenta) Skrócono także proces spalania, co ma zniwelować zjawisko spalania stukowego. Szybsze spalanie skraca czas, w jakim świeża mieszanka paliwowo-powietrzna jest narażona na wpływ wysokiej temperatury, umożliwiając normalny zapłon przed wystąpieniem stukania. Dlatego nowy silnik ma także specjalne wgłębienia w tłokach, umożliwiające rozprzestrzenianie się czoła płomienia bez przeszkód, i nowe wielootworkowe wtryskiwacze, poprawiające rozpylenie paliwa.
W celu zwiększenia sprawności silnika trzeba zmniejszyć także straty pompowania, do których dochodzi przy małych obciążeniach silnika podczas suwu ssania. Japońskiemu producentowi udało się obniżyć straty pompowania dzięki bezstopniowej zmianie faz rozrządu S-VT zaworów dolotowych i wylotowych. S-VT zmienia czas otwarcia i zamknięcia zaworów, umożliwiając sterowanie ilością powietrza dostającego się do cylindrów bardziej za pomocą zaworów niż przepustnicy. Zmniejszono także opory wewnątrz jednostki napędowej i jej masę. Przy o 20 proc. lżejszych tłokach, o 15 proc. lżejszych korbowodach i 30 proc. zmniejszeniu tarcia w porównaniu z obecnym 2-litrowym MZR, nowy silnik SKYACTIV-G szybko „wchodzi w obroty”. Razem z nowo zaprojektowanym kolektorem, te innowacje skutkują zwiększeniem momentu obrotowego o 15 proc. Jednocześnie o 15 proc. zmniejszono zużycie paliwa.
(fot. zdjęcie producenta) Innym członkiem nowej generacji innowacyjnych silników Mazdy jest diesel z układem wtrysku common rail SKYACTIV-D. Ma on taki sam stopień sprężania 14.0:1 jak silnik benzynowy SKYACTIV-G. Tym samym jest silnikiem diesla o najniższym stopniu sprężania na świecie. SKYACTIV-D jest także jednym z pierwszych silników diesla spełniających surową normę emisyjną Euro 6 (która nie wejdzie w życie przed 2014 r.).
Mazda wyposażyła silnik SKYACTIV-D w ceramiczne świece żarowe i zawory wylotowe o zmiennym wzniosie. Zadaniem tych drugich jest zapewnienie recyrkulacji gorących spalin do komór spalania. Działa to w ten sposób, że świece żarowe są używane do pierwszego cyklu spalania, co wystarcza do nagrzania spalin do wystarczającej temperatury. Po rozruchu silnika zawory wylotowe nie zamykają się jak zazwyczaj w suwie ssania, lecz zostają nieznacznie otwarte pozwalając powrócić części spalin. Zwiększają one temperaturę w komorze spalania, co sprzyja zapłonowi mieszanki paliwowo-powietrznej.
(fot. zdjęcie producenta) Mniejszy stopień sprężania silnika SKYACTIV-D oznacza mniejsze maksymalne ciśnienia i tym samym mniejsze obciążenie podzespołów niż w konwencjonalnym silniku. Dzięki temu pojawiła się możliwość zmodyfikowania konstrukcji tak, by zmniejszyć masę: głowice cylindrów z cieńszymi ściankami i ze zintegrowanym kolektorem wylotowym są o 3 kg lżejsze niż wcześniejsze, a blok silnika, teraz aluminiowy, oszczędza kolejne 25 kg. Do tego trzeba dodać 25-% zmniejszenie mas tłoków i wałów korbowych; Mazda zmniejszyła też o 20 proc. wewnętrzne tarcie w silniku SKYACTIV-D w porównaniu z obecnym dieslem MZR-CD. Dla kierowcy oznacza to szybszą reakcję silnika, więcej mocy na kołach i mniejsze zużycie paliwa.
Zmiany w jednostkach napędowych nie są jedynymi, na które zdecydowała się Mazda. System SKYACTIVE obejmuje również skrzynię biegów, a nawet nadwozie i podwozie. Głównymi zasadami podczas konstruowania były ograniczanie masy i poprawa sprawności. Nowo opracowana, automatyczna przekładnia hydrokinetyczna dysponuje 6 przełożeniami. Jej konstrukcja zmniejsza charakterystyczne straty mocy w czasie rozpędzania, zapewniając także jego bardziej płynny przebieg. Mazda całkowicie przekonstruowała również manualną skrzynię 6-biegową. Ograniczono jej rozmiary i nadano lekką budowę. W zależności od wersji masę skrzyni biegów obniżono o 7-16 proc.
Odchudzanie dotknęło też nadwozia i podwozia. Zamiast koncentrować się na wykonaniu poszczególnych elementów z lekkich, ale często kosztownych materiałów, takich jak kompozyty węglowe czy aluminium, Mazda postawiła na zmianę technologii produkcji. Oprócz tego wprowadzono nowe materiały. Nowe nadwozie SKYACTIV-Body ma masę o 8 proc. mniejszą, a podwozie SKYACTIV-Chassis o 14 proc. mniejszą niż poprzednik. Podczas produkcji w większym stopniu wykorzystywane jest zgrzewanie z klejeniem. Na przykład punkty mocowania tylnego zawieszenia są przyklejane bezpośrednio do ramy wzmacniającej spód tworząc „podwójny zastrzał”. Dodatkowo, cztery pierścieniowe struktury wzmacniające górną część nadwozia są przyklejone do wzmocnień dolnej części, dalej zwiększając ogólną sztywność. W nadwoziu SKYACTIV-Body Mazda szeroko zastosowała stali o wysokiej wytrzymałości. Ich udział zwiększono z 40% do 60%. Cieńsze, ale mocne, stale o dużej wytrzymałości umożliwiają zmniejszenie masy nadwozia samochodu przy zwiększeniu jego
odporności kolizyjnej.
tb/