Bencinski proti dizelskim motorjem
Bencinski motorji imajo težave s toplotno učinkovitostjo in hitrostjo zgorevanja. Omogočajo natančen nadzor zgorevanja zaradi vžiga z iskro, vendar so termično neučinkoviti in povzročajo več emisij. Dizelski motorji so zelo učinkoviti pri ustvarjanju navora in imajo nižje toplotne izgube, vendar so manj primerni za spremenljivo obremenitev in imajo težave z emisijami. Kombinacija obeh bi predstavljala idealno rešitev, vendar so se poskusi pogosto soočali z nepredvidljivim vžigom (detonacijo) in težavami pri nadzoru. Glavne razlike izhajajo iz kompresijskega razmerja in mešanice goriva.
Bencinski motorji običajno delujejo pri razmerju približno 14,7 : 1 (zrak : gorivo), dizelski pa pri bistveno bolj revni mešanici, od 25 : 1 do 40 : 1. Prav tako imajo dizelski motorji bistveno višje kompresijsko razmerje (okoli 25 : 1) v primerjavi z bencinskimi (približno 12 : 1). Višje kompresijsko razmerje pomeni boljšo pretvorbo energije zgorevanja v mehansko delo namesto v toploto.
Tehnologija HCCI
Pri zasnovi HCCI (homogeno kompresijsko vžiganje) se kombinira visoka kompresija dizelskega motorja z uporabo bencina in revnejše mešanice goriva. Glavna težava je nepredvidljivost vžiga.
Pri dizelskih motorjih se gorivo vbrizga tik pred koncem kompresijskega takta, kar povzroči slabše izhlapevanje in nepopolno zgorevanje. Pri bencinu, ki se vbrizga prej, lahko pride do prezgodnjega ali prepoznega vžiga zaradi sprememb temperature, tlaka in razmerja gorivo–zrak.
Uvedba sistema Skyactiv
Mazda je v začetku 2000-ih predstavila serijo motorjev Sky, kasneje pa izboljšano različico Skyactiv-G (na naslovni sliki) za bencin. Dizelska različica Skyactiv-D ima nižje emisije NOx in trdnih delcev. Skyactiv-G je bil predstavljen leta 2010 in uporabljen v modelu Mazda Demio. Kasneje so bili razviti večji motorji, uporabljeni v različnih modelih, vključno s sodelovanjem s Toyoto. Motorji Skyactiv-G so aluminijasti, z kompresijskim razmerjem od 13 : 1 do 14 : 1 in prostornino od 1,3 do 3,3 litra. Večina je atmosferskih, z izjemo turbinskih različic. Ti motorji še niso uporabljali HCCI, zato imajo nižje kompresijsko razmerje.
Razvit je bil tudi hibridni sistem Skyactiv-Hybrid v kombinaciji s Toyotinim sistemom Hybrid Synergy Drive, kasneje pa blagi hibrid e-Skyactiv-G. Mazda je eksperimentirala tudi s stisnjenim zemeljskim plinom in rotacijskimi motorji. Leta 2023 je bil predstavljen Skyactiv-R kot potencialni generator za električna vozila. Mazda je razvila rešitev za preprečevanje detonacije pri visokem kompresijskem razmerju z uporabo sistema SPCCI (vžig s kompresijo, nadzorovan z iskro). Gorivo se vbrizga kot zelo revna mešanica (približno 30 : 1), nato pa majhna količina goriva ob vžigu povzroči povečanje tlaka, kar sproži enakomerno zgorevanje celotne mešanice. Rezultat so nižje emisije, manj saj in večja učinkovitost.
Ta tehnologija je vodila do motorja Skyactiv-X, ki uporablja HCCI (v obliki SPCCI), s kompresijskim razmerjem 16 : 1 in 20–30 % boljšo učinkovitostjo. Namesto turbopolnilnika uporablja mehanski kompresor za izboljšanje delovanja pri višjih obremenitvah.
Skyactiv-Z kot naslednja faza razvoja
Mazda je napovedala motor Skyactiv-Z, ki predstavlja nadaljnji razvoj v smeri hibridizacije. Gre za 2,5-litrski štirivaljni motor, namenjen izpolnjevanju strogih emisijskih standardov (Euro 7, LEV4, Tier 4), ki bo predstavljen leta 2027 v modelu CX-5 Hybrid. Glavne prednosti vključujejo še bolj revno mešanico goriva zaradi podpore elektromotorja ter tehnologijo toplotne izolacije, ki pretvarja odvečno toploto v dodatno energijo. Možne rešitve vključujejo rekuperacijo odpadne toplote ali termoelektrično generacijo.Toplotna učinkovitost je bila ključni element razvoja že pri Skyactiv-G, izboljšana pri Skyactiv-X in dodatno optimizirana pri Skyactiv-Z.
Motor Skyactiv-Z bo verjetno najprej uporabljen v hibridnih sistemih, z možnostjo nadaljnje elektrifikacije. Zasnova omogoča uporabo kot glavni pogonski sistem ali kot generator za električna vozila. Mazda razvija tudi ogljično nevtralna goriva in tehnologije za čiščenje izpušnih plinov na osnovi zeolitov, kar bi lahko omogočilo celo negativne emisije CO₂.
Mazdini inženirji predvidevajo prihodnost, v kateri motorji z notranjim zgorevanjem ne bodo služili le pogonu vozil, temveč tudi aktivnemu čiščenju zraka z odstranjevanjem ogljikovega dioksida. Takšen razvoj bi pomenil vrhunec tehnologije motorjev z notranjim zgorevanjem brez potrebe po velikih spremembah infrastrukture ali zasnove vozil.
Vir: Mazda
