Autoforum

/

Foto: Mazda

„Vezměte vše, co víte o motorech a obraťte to vzhůru nohama,” říká o své novince Mazda. Tak moc má být její motor SkyActiv-X převratný.

Slova z úvodních vět zní trochu přehnaně, o nové pohonné jednotce SkyActiv-X je ale opravdu potřeba přemýšlet úplně jinak než o dosavadních spalovacích motorech. Japonci to demonstrují na všeobecném vnímání vztahu oktanového čísla a výkonu - tam běžně platí, že čím vyšší je oktanové číslo, tím vyšší může být výkon. Jenže to je až následek toho, že palivo s vyšším oktanovým číslem je odolnější vůči samovznícení. Tím je u něj možno užít vyšších kompresních tlaků a dosáhnout vyššího výkonu. Problém je v tom, že u motoru SkyActiv-X je řízené samovznícení žádoucí.

V laboratorním prostředí tedy nová pohonná jednotka Mazdy miluje 80oktanový benzín, což je něco, co dnes u čerpacích stanic a nekoupíte. Ropní giganti investují miliardy do efektivního zušlechťování paliv k až 100oktanovým hodnotám, u novinky Mazdy ale bude mít jakékoli vyšší oktanové číslo za následek jediné - přijdete o část výkonu v nízkých otáčkách. Není to jediná anomálie, s níž je agregát spojen, další se týká použitého kompresoru. Ten zde slouží pouze ke vhánění dodatečného vzduchu, s jehož objemem ale neroste množství spalovaného paliva. A aby toho nebylo málo, pak zde máme svíčky, jež fungují i ve chvíli, kdy je běžně vlastně vůbec nepotřebujete.

V konvenčním benzínovém motoru je vzduch a palivo nejčastěji mícháno v poměru 14,8:1. V tu chvíli vzniká směs, ve které je přesně tolik kyslíku, aby mohlo shořet všechno palivo. Pokud je cílem úspora paliva, přidává se více vzduchu a pracuje se s tzv. chudou směsí. Provedete-li vše naprosto správně, ve spalovací komoře jsou nižší teploty, což znamená, že z motoru unikne méně energie ve formě tepla, tím se zvýší efektivita a současně sníží emise NOx.

S chudou směsí jsou však spojeny také problémy. Především jde o zapálení směsi, jehož dosažení je nadmíru obtížné. Je to stejné, jako kdybyste zkoušeli zapálit oheň v kamnech, ovšem třísky jste měli poházené po celé místnosti. Právě proto Mazda nešla cestou úplného homogenního spalování HCCI (Samovznícení vyvolané kompresí), ale vyvinula vlastní variantu nazvanou SPCCI (Samovznícení řízené svíčkou). Se svíčkami se tedy počítá za každé situace, a to tedy i ve chvílích, kdy by běžně vůbec potřeba nebyly.

Ještě než budeme pokračovat dále, musíme připomenout princip fungování běžného motoru. V podstatě jde o načasování a také vstříknutí správné dávky paliva do předem nasátého vzduchu, což vytvoří směs, jež je následně stlačena pístem. V určitém okamžiku pak svíčka jiskrou směs zapálí, jejím hořením dojde k prudkému nárůstu tlaku ve válci a zatlačení pístu směrem od hlavy válce. Pokud by časování či komprese byly špatné, může dojít k předčasnému zapálení či třeba ke špatnému tlaku na píst. To vše ve výsledku vede až ke zničení jednotky.

Aby se tomu Mazda vyhnula, spoléhá na přímé vstřikování paliva a vysoký kompresní poměr. Co nejdelší dobu udržuje ve válci jen vzduch, čímž nehrozí předčasné vznícení. Stinnou stránkou věci je však delší doba, která je potřeba k tomu, aby se plamen rozšířil po celé komoře. V případě většího množství vzduchu a menšího množství paliva je tu navíc riziko, že nedojde k plnému prohoření směsí, palivo se do stane do výfuku, kde může zničit katalyzátor.

To vše vyžaduje zcela přesnou kontrolu dávky a časování vstřiku paliva a také jeho rozvrstvení ve spalovací komoře, kde alespoň v určitém místě musí vzniknout směs vhodná pro zapálení. Jinými slovy, kvůli požadovanému vysokému výkonu a nízké spotřebě Mazda nikdy ryzí HCCI použít ani nemohla, protože to je z principu nekontrolovatelné. Proto si na něm vylámaly zuby i firmy jako GM nebo Bosch, giganti světa aut. Mazda je vedle nich garážovka, ale uspěla, protože se do ryzího HCCI za každou cenu nenutila.

U SkyActiv-X je při sání ve spalovací komoře vytvořen vír, do jehož středu je palivo vstřikováno a díky pohybu vzduchu se tam i udrží. Pohybem vzduchu je palivo řádně promícháno a vznikne homogenní směs. Následně je do centra vstříknuto dodatečné palivo, což vytvoří směs zapálitelnou svíčkou. Jejím hořením vznikne ve zbytku válce dostatečně vysoký tlak na to, aby došlo ke vznícení chudší směsi okolo. Výsledkem je rychlé prohoření kompletně celé směsi. Pokud je vám popis dění povědomý, je to proto, že stejný princip promíchávání směsi používají všechny moderní přímovstřikové motory. Rozdíl je v tom, že Mazda využívá kombinaci výrazně vyššího kompresního tlaku a chudé směsi a umí natolik kontrolovat chování směsi ve válci, že ta sice dojde na pokraj samovznícení, ale k tomu dojde až na impuls daný přidáním dodatečného paliva a jeho svíčkou, tedy v definovaný čas.

Za normálních situací by měl motor v tomto režimu fungovat po 80 procent veškerého času. Ve zbytku - tedy při startování nebo při prudkém sešlápnutí plynového pedálu - pak operuje na bázi Atkinsonova cyklu, kdy je nechtěnému samovznícení zabráněno sníženou kompresí. To je dosaženou neuzavřením sacího ventilu na počátku komprese. Daný princip je využíván již u tradičních motorů Mazdy, nicméně jeho efektivita je daleko na nižší úrovni než u SkyActiv-X.

Tím bychom se mohli dostat k číslům. U spotřeby však Mazda zatím nic konkrétního nezmínila. Pouze říká, že ve srovnání s již existujícími jednotkami o dvoulitrovém objemu by nový motor měl být o 30 procent úspornější. Pokud si uvědomíme, že třeba Mazda 3 osazená jednotkou SkyActiv-G 2,0 si v průměru dle certifikace EPA řekne o 7,6 l/100 km, pak s novým motorem bude jezdit za 5,3 l/100 km. A to se bavíme o reálně dosažitelné spotřebě motoru s výkonem mezi 150 a 200 koňmi.

Vše samozřejmě bude záviset na konkrétním použití, tedy na daném modelu. A rovněž na finálním naladění motoru. Ve Frankfurtu automobilka uvedla, že jednotka produkuje 190 koní a 195 Nm točivého momentu, aktuálně však mluví o 193 k a 245 Nm. Zatím tak není zcela jisté, co dostaneme v roce 2019, kdy motory SkyActiv-X dorazí na trh. Výkon a spotřeba však nejsou jedinou věcí, co musí značka dořešit.

Mazda se musí poprat ještě se zvukem motoru, zatím je příliš hlučný. Podle automobilky by ale tento problém měl být možná i kompletně eliminován, při nejhorším snížen na prakticky neslyšitelnou úroveň. Zdá se tedy, že na čem si ostatní automobilky vylámaly zuby, to Japonci dotáhli do úspěšného konce. Prý i proto, že „co jsme zkoušeli eliminovat u motorů SkyActiv-G, to nyní u motoru SkyActiv-X chceme“. Jsme moc zvědavi, jak tohle bude fungovat ve finální podobě - s dalšími zveřejňovanými informacemi vypadá řešení Mazdy stále zajímavěji...

Zdroj: Autoblog

Petr Prokopec