Mazda Skyactiv-X je téměř „diesel na benzin“. Vyzkoušeli jsme, jak jezdí v praxi

• Mazda elegantně vyřešila problémy „benzinových dieselů“

• Motor Skyactiv-X využívá k zapálení směsi kompresi, o čistokrevný motor HCCI ale najde 

• V motoru je pořád svíčka. Pomáhá s časováním 

• Kompresor má opačný smysl, než tomu je běžně. Jeho úkolem je zařídit pořádně chudou směs 

• Skyactiv-X není náhradou za diesel, Mazda chce v budoucnu prodávat tři varianty spalovacího motoru 

• Spolu s novým čtyřválcem přichází také nová platforma 

• Skyactiv-X by se měl dostat do prodeje přibližně za dva roky 

Mazda představila nový zážehový motor. Nejde o jen tak obyčejnou jednotku, nýbrž o bez přehánění revoluční technologii. Novinka totiž v principu funguje jako vznětový agregát spalující benzin.

Podobné pokusy známe už z minulosti, jenže Mazda je velmi blízko sériové výrobě. V německém vývojovém středisku značky jsme se s touto novinkou podrobněji seznámili a hlavně jsme si mohli v prvních prototypech vyzkoušet, jak takový „diesel na benzin“ funguje v praxi.

Základní rovnice určila vše

Technici automobilky Mazda vycházeli při vývoji nového motoru Skyactiv-X ze základní rovnice určující termickou účinnost zážehového spalovacího motoru (pro úplnost, jde o vztah η = 1 - (1/ε)^κ-1). Důležité je ovšem to, co z této rovnice vyplývá. Termická účinnost motoru se zvyšuje jak s vyšším kompresním poměrem (ε), tak spolu s rostoucím poměrem měrných tepelných kapacit (κ).

Pokud chceme zvýšit účinnost motoru, je potřeba v první řadě zvýšit kompresní poměr. Druhou možností je zvýšení poměru měrných tepelných kapacit (κ), což v praxi znamená opuštění stechiometrického poměru a práci s podstatně chudší směsí. Přesně proto přichází Mazda s technologií SPCCI (Autor: Mazda)

Mazda se už dříve vydala u zážehových motorů cestou navyšování kompresního poměru natolik, až se podařilo srovnat kompresní poměr benzinového a dieselového motoru. Tuto cestu zcela nový čtyřválec řady Skyactiv X následuje také, ale přidává k tomu ještě snahu navýšit právě zmíněný poměr měrných tepelných kapacit. A to lze učinit zvýšením podílu vzduchu v palivové směsi.

Chudá směs přináší i další výhody. Díky ní se snižuje teplota uvnitř válce a méně tepla (tedy energie) proniká do stěn válců, kde se následně ztrácí v systému chlazení. Více vzduchu má vliv na vyšší točivý moment, díky tomu motor reaguje lépe na sešlápnutí plynového pedálu.

Samozřejmě je zde drobný háček. Tedy spíš dost podstatný problém. Nový motor Mazda pracuje s velmi chudou směsí a tu zapálit klasickou svíčkou nejde buď vůbec, nebo dochází ke špatnému hoření. Určitě víte, že ideálem je takzvaný stechiometrický poměr, kdy na 14,7 kg vzduchu připadá 1 kg paliva, odtud tedy 14,7:1. Mazda na prezentaci ukázala, jak vypadal uvnitř válce pokus o zapálení klasickou svíčkou směs s poměrem 29,4:1, přičemž ta skoro nechytla. Jenže následně ukázala snímky z válce, kde byla směs dokonce s poměrem 36,8:1, a plamen pokryl téměř celý průřez válce.

Takto vypadá porovnání hoření při klasickém poměru 14,7:1 (zcela nahoře) po zážehu svíčkou. Uprostřed je to samé, ale s velmi chudou směsí, která téměř nezačala hořet. Zcela dole je průběh hoření ještě chudší směsi, ovšem v kombinaci s technologií kompresního zapalování (Autor: Mazda)

Jak je tohle možné? Odpovědí je velmi vysoký tlak. Podobně jako u vznětových motorů. Právě proto se v souvislosti s touto technologií mluví o „dieselovém motoru spalujícím benzin“.

Na HCCI nedošlo, ale zapalování kompresí zůstalo

Poté, co Mazda zveřejnila první informace, se začalo o této technologii zuřivě spekulovat. Původně se totiž zdálo, že Japonci dotáhli do sériové podoby věc označovanou za „svatý grál spalovacích motorů“, kdy je chudá směs zapalována kompresí, nikoliv svíčkou. Tato technologie se jmenuje HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition) a není zcela nová. Svého času s ní koketovaly automobilky jako Nissan, Mercedes-Benz nebo GM, nikdy se ale takové motory do sériové výroby nedostaly.

V tomto kontextu se určitě hodí připomenout základní princip HCCI. Zde se předpokládá, že směs ve válci není zcela homogenní, ale existují v ní takzvané „horké body“, kde je směs bohatší. S tím, jak roste tlak, roste také teplota. Jakmile je dosaženo určité úrovně, vznítí se v podstatě téměř celá směs od zmíněných horkých bodů naráz. Nedochází tedy k postupnému hoření, což se hodí z pohledu produkce emisí.

Pásmo, kde se dá využít čistokrevný režim zapalování benzinu bez svíčky, je velmi úzké a navíc se mění spolu s otáčkami a zatížením (Autor: Mazda)

Když přidáte pomocnou svíčku, můžete využít zapalování za pomoci komprese v téměř celém spektru otáček i zatížení (Autor: Mazda)

Potíže je v tom, že existuje poměrně úzké pásmo otáček, kde by se režim HCCI (čistokrevné zapalování kompresí bez svíčky) dal využít. A navíc se mění v závislosti na zatížení motoru. Proto u běžných automobilů není v podstatě možné motor využívající pouze tuto technologii nabídnout. Mazda ovšem přišla s velmi elegantním řešením.

Tak to je on, bez přehánění revoluční benzinový čtyřválec. Pořád má sice svíčku, ale v drtivé většině času ji přímo nevyužívá k zapalování paliva. Hlavní roli zde hraje zapalování za pomoci komprese (Autor: Lukáš Dittrich, Mladá fronta a.s.)

Čtyřválec řady Skyactiv-X nikdy v režimu HCCI nepracuje, vždy používá svíčku. Její smysl je ale ve většině případů odlišný než u klasických motorů. Zde dochází k zapálení směsi těsně kolem svíčky, čímž vznikne plamen. Ten se zvětšuje v kulovité ploše, jako když nafukujete balónek. Důležité je, že narůstá proti pohybu pístu a s tím, jak roste, zvyšuje tlak uvnitř válce a tudíž i teplotu. A jsme zase u toho.

Jakmile se teplota dostane na určitou úroveň, zbytek směsi chytne stejně, jako kdyby šlo o motor s technologií HCCI. Odtud pramení označení SPCCI – Spark Controlled Compression Ignition, kompresní zapalování řízené svíčkou.

Kompresor použitý naopak

Velmi důležitou věcí je časování momentu vznícení zbývající směsi za pomoci komprese. Protože je zde klíčová teplota uvnitř válce, využívá se k jejímu řízení systém EGR. Motor Skyactiv-X zároveň dokáže velmi přesně distribuovat směs tak, aby se u svíčky nacházelo více paliva a bylo možné ho zapálit, zatímco kolem je více vzduchu, takže je zbytek zapálen až za pomoci komprese.

Doporučujeme: Mazda připravuje čtyřválec se třemi turby, jedno bude elektrické

Aby se předcházelo předčasnému samovznícení paliva, nasadili inženýři vstřikování pracující s velmi vysokým tlakem. Do válce se tudíž dostane palivo rychleji a na poslední chvíli. K co možná nejpřesnějšímu řízení slouží také snímač tlaku umístěný přímo ve válci. Zjednodušeně řečeno lze říci, že Skyactiv-X upravuje časování kompresního hoření pomocí momentu vstřiku, množství paliva, řízení vnitřní teploty a hlavně pomocí jiskry.

Systém SPCCI využívá svíčku pouze ke zvýšení tlaku v okolní směsi a ta se díky tomu sama vznítí. Tlak ve válci roste s tím, jak se od svíčky šíří plamen (Autor: Mazda)

Velmi zajímavou věcí je rovněž kompresor. Je shodný s tím, co známe z běžných motorů, ovšem jeho naladění je jiné a především smysl použití naprosto opačný. Fakticky jde o přeplňovaný motor, jenže zatímco běžně je žádoucí dostat do válce více vzduchu, aby bylo možné přidat více paliva, zde slouží kompresor k tomu, aby byla směs dostatečně chudá a tím pádem se šetřilo palivo.

Celkově pracuje motor Skyactiv-X se spalováním za pomoci komprese ve většině spektra otáček. Při studených startech a při vysokém zatížení ve vysokých otáčkách se ale vrací zpět a funguje v podstatě stejně jako stávající zážehové motory Skyactiv-G. Jednoduše proto, že za nízkých teplot by směs nemusela chytnout a při vysokém zatížení by mohlo docházet naopak k předčasnému samovznícení.

Doporučujeme: Galerie — Mazda oslavuje 50 let motoru Wankel. Jen tak se do aut nevrátí

Jaké přesné objemy Mazda u tohoto typu motoru nasadí, to se ještě uvidí. Prozatím to vypadá na čtyřválcový dvoulitr. Sluší se podotknout, že aktuálně disponuje motor kompresním poměrem 15:1, nikoliv 18:1, jak se dříve psalo. Protože se bude jednotka ještě dále vyvíjet, není vyloučené zvýšení na 16:1. Jistý není ani maximální výkon. Současný cíl je 140 kW (190 k), maximum by ale teoreticky mohlo být i vyšší.

Výhody?

Technologie Skyactiv-X kombinuje výhody zážehového a vznětového motoru. V praxi bychom se tedy měli těšit na rychlou odezvu na plyn a podstatně vyšší točivý moment, než tomu je u současných atmosférických benzinových jednotek. Velkou předností je rovněž nižší spotřeba dostupná v širším spektru otáček a při vyšším zatížení, respektive až o třicet procent lepší účinnost motoru.

Tohle je asi nejdůležitější výhoda. Oblast nízké spotřeby (žlutá) je u nového motoru daleko větší, a tudíž je motor Skyactiv-X v praxi úspornější. Spotřeba je navíc méně citlivá na styl jízdy (Autor: Mazda)

Tento moment je velmi důležitý. V praxi totiž znamená, že spotřeba motorů Skyactiv-X bude ještě méně citlivá na zacházení, než tomu je u současných jednotek. Navíc je lze držet ve vyšších otáčkách bez toho, aby se spotřeba zhoršila, takže mohou být převody v převodovkách kratší a vůz tím pádem bude při obyčejném přišlápnutí plynového pedálu živější.

S nižší spotřebou souvisí i lepší produkce emisí. Mazda samozřejmě uvažuje také o kombinaci s elektromotorem. Motor Skyactiv-X se zdá být pro použití v hybridních automobilech ideální.

Ne, není to klasická Mazda3

Mazda to myslí s kompresním spalováním smrtelně vážně, což během prezentace dokázalo také několik funkčních prototypů, se kterými jsme se mohli svézt. Polovina měla manuální převodovku, druhá polovina automat. Převodovky byly upravené, ale jinak pocházejí ze současné techniky Skyactiv. Prototypy se sice tvářily jako Mazda3, faktem ale je, že jejich platforma už byla jiná. Stejně jako v případě motorů šlo o nastupující generaci.

Nová platforma dostala řadu výztuh. Do podlahy lze instalovat baterie, elektromobil je pouze otázkou času (Autor: Lukáš Dittrich, Mladá fronta a.s.)

Snížit vibrace pomáhá speciální tlumicí materiál. Takových bodů je v karoserii celkem 16 (Autor: Lukáš Dittrich, Mladá fronta a.s.)

Také zde se najde řada zajímavých věcí. Obecně Mazda chtěla udělat řízení automobilu co možná nejpřirozenější (vždyť víte, Jinba Ittai). Jak známo, informace o chování vozu se k řidiči dostávají prostřednictví jeho pozadí. Snaha byla přenést veškeré vjemy k pánvi řidiče pokud možno bez zpoždění. Základní karoserie proto dostala řadu nejrůznějších výztuh, ukotvení sedačky je pevnější, myslelo se rovněž na samotnou polohu pánve a opěradlo má jiný tvar tak, aby lépe odpovídal tvaru zad. Mimochodem, tahle nová sedadla jsou vážně skvělá.

Doporučujeme: Líbila by se vám hybridní motorka s Wankelem? Můžete podpořit její vývoj

Kromě toho se pracovalo rovněž na snížení vibrací a lepším pohlcování nerovností. Mazda například počítá s nasazením pneumatik s měkčí bočnicí. Mohli byste namítnout, že to povede k horšímu chování v zatáčkách, nicméně měkčí bočnice bude kompenzovat systém G-Vectoring Control. Tyto pneumatiky zároveň přinesou trochu lepší spotřebu paliva (prototypy dostaly pláště Toyo, pneumatiky ušité na míru nové platformě ale údajně zvládnou dodat všichni výrobci). S adaptivními tlumiči se ovšem nepočítá. Dalším prvkem snižujícím vibrace jsou body v karoserii opatřené speciálním tlumicím materiálem. Takových bodů je na nové karoserii celkem šestnáct.

Jak to funguje v praxi?

Prototypy na fotkách sice vypadají jako běžná Mazda3 s karoserií hatchback, ale pod známým tvarem se ukrývá kompletně nová technika a my jsme si ji mohli vyzkoušet v praxi. První dojem? Téměř dokonalé odhlučnění. Nový motor má velice jemný chod a je hodně tichý i v nejvyšších otáčkách. Naopak trochu zklamala jeho dynamika.

První prototypy se sice tváří jako současná Mazda3, ale pod známými tvary se ukrývala úplně nová technika. Kromě motoru Skyactiv-X šlo také o novou platformu. Tu poměrně brzy dostane nastupující generace Mazdy3 (Autor: Lukáš Dittrich, Mladá fronta a.s.)

Prohlášení o točivém momentu na úrovni dieselů ve mne vyvolalo velká očekávání, ale ta v praxi zůstala poněkud nenaplněna. Tím spíš, když mi inženýr sedící na sedadle spolujezdce oznámil, že by vůz měl mít 140 kW (190 koní). Takový výkon bych vzhledem k nabízené plné akceleraci netipoval, hádal bych méně. Jenže důvod se našel vcelku brzy. Dotyčný inženýr později přiznal, že 190 koní je cíl a kvůli ochraně nového motoru současné prototypy zatím slibovaného maxima nedosahují. Aktuální hodnotu nejvyššího výkonu mi ale neprozradil.

Dalším menším zklamáním byla reakce na plyn. Přímé srovnání se současnými čtyřválci Skyactiv-G jsme sice na prezentaci neměli, ale já jsem se shodou okolností druhý den krátce svezl s dvoulitrovou Mazdou CX-5. A ta byla v tomto směru výrazně lepší. Kde naopak přínos nové technologie poznáte, to je rychlejší jízda po dálnici. Moc dobře si z testů pamatuji, jak bylo potřeba při každém menším stoupání řadit pětku, aby vůz udržel rychlost. Tohle Skyactiv-X nepotřebuje. Prostě přišlápnete plyn, a jede se dál.

První prototypy nebyly bez chyby. Občas se od motoru ozývaly zvuky prozrazující nesprávné spalování. Pocitově bychom tipovali méně než slibovaných 190 koní. Zaujme ale velmi jemný chod, solidní pružné zrychlení a hlavně nízká spotřeba (Autor: Mazda)

Jak se ukázalo, motor je opravdu úspornější. Mazda během našich jízd měřila spotřebu a zaznamenávala přesný jízdní styl, aby následně nasimulovala totéž se současným dvoulitrem Skyactiv-G a dopočítala jeho spotřebu. Trasa přitom vedla po městě a z části také po dálnici bez rychlostního limitu. S manuální převodovkou jsem se v tomto režimu dostal na 7,1 l/100 km, moje maximální rychlost na dálnici byla 151 km/h. S klasickým motorem by spotřeba byla o 0,9 l/100 km.

Doporučujeme: Test na pondělí — Mazda3 Sedan 2.0 Skyactiv-G120

Při pohledu na výsledky všech novinářů se v praxi ukázalo, že motor Skyactiv-X je oproti běžnému dvoulitru úspornější zhruba o litr a víc. Jeho spotřeba během našich jízd byla ve srovnáním se současnými jednotkami lepší o 11,2 až 16,8 %. To rozhodně není nezajímavé. Zároveň se sledoval i čas, kdy se motor pohyboval v oblasti zapalování svíčkou a v oblasti zapalování za pomoci komprese. Režim jízdy využívající technologii SPCCI u každého novináře naprosto dominoval.

Takhle vypadaly výsledky novinářských jízd a porovnání se spotřebou současných zážehových motorů. Nový motor Skyactiv-X byl úspornější zhruba o litr. Mazda bude na jednotce dále pracovat, takže by sériová verze mohla být ještě lepší (Autor: Lukáš Dittrich, Mladá fronta a.s.)

Na finální verdikt je samozřejmě příliš brzy, protože Mazda bude na motoru dále pracovat. Dá se očekávat, že se zlepší jak odezva, tak třeba i dynamika. A určitě zmizí pochybné zvuky, které se občas ozývaly zpod kapoty, jak se směs zapálila v jiný okamžik, než měla.

Na trhu zhruba za dva roky

Kdy přijde motor Skyactiv-X do prodeje, to na prezentaci nikdo přesně říci nechtěl. Zaručeně proto, že ještě není hotový. Mluvilo se ovšem o horizontu dvou let. Prvním automobilem, který tuto jednotku dostane, bude nová generace Mazdy3. Ta zároveň dorazí i s novou platformou.

Mazda do budoucna počítá i se vznětovými motory. Jinak řečeno, Skyactiv-X nemá být přímou náhradou za diesel nebo současný benzin, má být další možností. Japonská automobilka se tak nejspíš stane jedinou značkou nabízející tři druhy spalovacího motoru. Jedním dechem je ale potřeba dodat, že produkce automaticky neznamená prodej. Mazda sice počítá s výrobou tří variant spalovací jednotky, ale pro konkrétní trhy vybere to, co se nejvíce hodí. Takže tam, kde diesely zakážou, Skyactiv-X nakonec faktickou náhradou za diesel bude.

Budoucnost Mazdy je velmi zajímavá a technika zapalování benzinu za pomoci komprese zrovna tak. Uvidíme, zda tato japonská automobilka nakonec vše dotáhne do sériové výroby. Aktuálně se zdá, že k tomu má velmi blízko.

Foto: Lukáš Dittrich, archiv