„Nem, köszönöm, nem szeretnék táltosbenzint tankolni.” – Érzésre vagy ötmilliószor elmondtam már ezt a mondatot különféle benzinkutasoknak. A szép új tesztautókba állandóan szeretnék belelocsolni a 100 oktán feletti prémium üzemanyagot, amitől a motor megtáltosodik, kevesebbet fogyaszt én pedig menten megállok az őszülésben és fogyok öt kilót. Ezt azért citáltam ide, mert a Mazda kifejlesztett egy vadonatúj, Skyactiv X jelű benzines motort, amelynek egyik különlegessége, hogy biztosan nem kell neki háromjegyű oktánszám. Sőt, 91-est tankolva hamarabb leadná a maximális nyomatékát, mint az Európában elérhető 95-ös benzinre hangolva. A szikraszabályozású öngyulladással működő benzines motor még nincs kész, de már van annyira működőképes, hogy meg merték mutatni újságíróknak.

SPCCI, az új varázsszó

Mint minden meghatározó újítás, ez is egy nagy ötlettel indult. Ha egy pukkanásig fújt luftballonból az alján kiengedjük a levegőt, akkor időegység alatt kevesebb munkát végeztetünk vele, mintha kilyukasztanánk és egy pillanat alatt távozna belőle a levegő. Márpedig az egységnyi idő alatt elvégzett munka a teljesítmény. A Mazda mérnökeit ez ösztönözte az SPCCI-motor (Spark Controlled Compression Ignition – szikraszabályozású öngyulladású) kifejlesztésére, amely az elv szerint nagyobb erővel taszítja lefelé a dugattyút, több mozgási energiát termel adott benzinmennyiségből és így takarékosabban működik.

Fent látható a szíjjal hajtott mechanikus feltöltő. Nem megy folyamatosan, a teljesítménynövelés helyett a bőséges levegőellátást szolgálja, hogy bőven legyen oxigén a hengerekben az üzemanyag tisztább elégéséhez

Azt régóta tudjuk, hogy az erősen komprimált levegőbe adagolt üzemanyag meggyullad a levegő magas sűrítésével elért hőmérséklet-növekedéstől, így működnek a dízelmotorok, az Otto-motoroknál jóval magasabb hatásfokkal. A motorfejlesztők régi vágya öngyulladással takarékosabbá tenni a benzines motorokat is, amivel több autógyár is kísérletezett. Futott DiesOtto néven is, ami jól kifejezte, hogy Diesel-elven működő Otto-motorról van szó. Horváth Zsolt épp tíz éve vezette a GM HCCI-motorját, amely éppúgy nem jutott el szériaautóba, mint más márkáké sem. A fő gond az átmenet megoldása a szikragyújtásos üzemből a homogén töltetű kompressziógyújtású motorokban csak nagyon szűk tartományban életképes öngyulladós üzembe. A Mazda azonban kitartott az elv mellett és elsőként elviszi a sorozatgyártásig a saját konstrukcióját. Náluk nincs átállás egyik üzemmódról a másikra, a gyújtógyertya folyamatosan aktív. Részletek a keretesben.

Az új motorról nagyon röviden azt érdemes tudni, hogy
– Sűrítési aránya benzinestől extrém magas, 1:16 arányú
– Nem turbós, nem is teljesen szívó: leoldható kompresszor segíthet a feltöltésben
– A sűrítéses gyújtással az égéstérben lévő üzemanyag egyidejűleg ég el, így igen szegény keverék is elégethető
Miller-ciklus szerint működik, ami az Atkinson kombinálása feltöltéssel
– A benzin öngyulladásának határáig nyomja össze a levegőt
– Nagynyomású, közös nyomócsöves közvetlen befecskendezésű
– Gyújtógyertyái folyamatosan adnak szikrát
– Üzemállapottól függően működik szikragyújtással, például beindításakor és igen nagy terheléskor
– Benzinben nagyon szegény üzemanyag-levegő keverékkel működik
– Szívó- és kipufogó oldalon is változik a szelepvezérlése, de nincs változó szelepemelés
– Nem kizárólagos: nem váltja le sem a mostani benzines, sem a dízelmotorokat
– Karbantartási igényével, élettartamával a cél tartani a jelenlegi Skyactiv G benzinesek szintjét
– 190 LE és 230 Nm a cél, a 2,0 G165 benzinesnél 20-30 százalékkal kedvezőbb fogyasztással
– Várhatóan lesz belőle háromhengeres is.

190 lóerő és 230 Nm nyomaték a cél az SPCCI-motor szériaváltozatával. A következő Mazda3-ban lesz megvásárolható, más motorváltozatok mellett

Mindennek az alapja a magas sűrítés, amivel több munkát végeztethetünk a motorral, tehát jobb lesz a hatásfoka, kevesebb energia megy veszendőbe. A sűrítési viszony a benzines motoroknál megszokott, körülbelül 1:9 és 1: 12,5 között szóró aránynál sokkal magasabb: 1:16 arányú. A Mazdának van ezzel tapasztalata, mert a Skyactiv benzines motorok sűrítése 1:14-hez.

Ebben a videóban Gajdán Miklós elmeséli, mi is az érdekes ebben a motorban

Tánc, borotvaélen

Csakhogy a magas sűrítés kontrollálatlan öngyulladáshoz, kopogásos égéshez vezethet, ami károsítja a motort és ezt mindenképp el kell kerülni. A Mazda megoldása valahogy úgy néz ki, hogy az öngyulladás határáig sűrítik össze a részben a szívási ütemben, részben a sűrítési ütemben befecskendezett benzin és a levegő keverékét, majd a gyújtógyertyával beindítják az égést. A gyújtógyertya tehát mindig aktív szerepet játszik, nemcsak akkor, amikor a nagy terhelés, a mélyre nyomott gáz és a magas fordulatszám vagy a hidegindítás miatt a motor egyébként is visszaállna szikragyújtásra, ahogy más kísérleti motorok is működtek. Alapjáraton viszont már a kompressziógyújtás a meghatározó.

Nagyon szegény keverékkel működik a szikraszabályozású gyújtásos, de a levegőt a benzin öngyulladásának határáig sűrítő új motor

Szériaautóval ennyire a kopogásos égés határán egyensúlyozni rendkívül nehéz feladat, amihez gigantikus számítógépes kapacitás kell. A motor megvalósítását nem kis részben az tette lehetővé, hogy mára elérhetővé vált a szükséges computeres háttér. Végtelennek tűnő adatmennyiséggel dolgozik a motorvezérlés, mert az égést befolyásolja a levegő hőmérséklete, páratartalma, sűrűsége, így a tengerszint feletti magasság is. Gondoljatok bele, mennyit változik mindez egy napon belül, vagy csak a garázsból kiállva. Az új benzines motornak hengerenkénti nyomásérzékelők segítenek a kopogásos égés, a szabályozatlan öngyulladás határa alatt maradni.

Kevés benzin, nagyon sok oxigén

A hengerekben arányaiban nagyon kevés benzint nagyon sok levegővel égetnek el, minél tökéletesebben és lehetőleg csekély hőmérsékleten, hogy minél kevesebb mérgező nitrogén-oxid képződjék az égés során. A közvetlen befecskendezéses motor nyersemissziója jónak ígérkezik, ennek ellenére részecskeszűrőt kap, mint egyre több benzines az Euro 6 norma szigorításának lépcsőfokaival. Mivel a benzinszegény keveréket nehéz volna begyújtani, a gyújtógyertya körül van egy kicsit dúsabb keverék. Nagy mágia az éghető elegy szabályozása a hengerben, itt tényleg visszamentek a belső égésű motor alapjaiig, az égésig a hengerben.

Mikrohibrid lesz az új motor, a kép jobb felső sarkában látható önindító-generátor vesz részt a mozgási energia átalakításában, ami áramként tárolható. És az erősített generátor kicsit besegíthet gyorsításkor

A szegénykeverékes égéshez szükséges bőséges levegőellátást mechanikus feltöltő is biztosítja. A szíjhajtású kompresszor igen csekély, bár konkrétan el nem árult, töltőnyomással dolgozik, mert nem a teljesítménynövelést szolgálja, mint Jaguarokban, Range Rovereken. Bár a kipufogógázzal pörgetett turbófeltöltőnek alapesetben jobb a hatásfoka, mint a motor által szíjjal hajtott Roots-fúvóknak, de a Mazdánál másképp jön ki a matek. Turbófeltöltő használatával, valószínűleg a hőterhelés korlátozására, vissza kellene venni a motor sűrítését, ami összességében többet rontana a hatásfokon annál, amit a kompresszor forgatásán meg lehet fogni. Annál is inkább, mert a mechanikus feltöltő egy kuplunggal leválasztható, amikor nincs rá szükség, akárcsak a Nissan 1,2 literes motorjaiban a Micrában és a Note-ban.

Mert a lényeg természetesen a fogyasztás és a kipufogógázok károsanyag-tartalmának csökkentése. Sajnos a kipróbált prototípusok fogyasztásáról semmilyen adatunk nincs, a fedélzeti számítógép nem működött bennük, ezért arra vagyunk kénytelenek hagyatkozni, amit a Mazda fejlesztői ígérnek.

Méréseik szerint 20 százalékkal mérsékelhető a fogyasztás az új motorral, helyesebben ez a minimumérték, amennyivel a szikraszabályozású kompressziógyújtású benzines takarékosabb a jelenlegi Skyactiv-motorcsalád 165 lóerős tagjánál. De a megtakarítás 30 százalék is lehet.

Ez egy prototípus, a jelenlegi Mazda3 karosszériája az új technikát hordozza és váza is új

Ha nem a kétliteres hengerűrtartalmat, hanem a megcélzott teljesítményt vesszük alapul, a mostani 2,5 literes, 194 lóerős motorhoz képest a 20-30 százaléknál is nagyobb lehet a különbség. Ezt minden további nélkül el is hiszem, mert egy új CX-5-ben épp ezt a motort használom és városban 13 l/100 kilométer feletti fogyasztást mértem, autópályán pedig 10,9 liter jött ki.

Mazda szerint

A technika bemutatásában segíthet a gyári sajtóközlemény, ebből közlünk pár szakaszt. „A sűrítéses gyújtáshoz nincs szükség gyújtógyertyára, ugyanakkor az utóbbi mégis nélkülözhetetlen azokban a fordulatszám- és terhelési tartományokban, ahol a kompressziógyújtás nem megvalósítható. Sajnálatos módon a két üzemmód között rendkívül nehéz átváltani, ami a HCCI-motorok egyik fő problémája.

A Mazda megkérdőjelezi, hogy a sűrítéses gyújtásnak gyertya nélkül kell végbemennie. Mivel nehéz megvalósítani az üzemmódok közötti finom váltást, jobb, ha eleve nem is kell váltan, ami a gyertyavezérelt sűrítéses gyújtás (SPCCI) alapja. Az SPCCI alkalmazásával immár a teljes üzemi tartományban elérhetők a sűrítéses gyújtáshoz elengedhetetlen fordulatszám- és motorterhelési viszonyok. Ezzel a sűrítéses gyújtás csaknem tetszőleges üzemi körülmények között alkalmazható. Mivel folyamatosan alkalmazzuk a gyújtógyertyát, a motor zökkenőmentesen képes átváltani a sűrítéses gyújtású és gyertyagyújtású égési üzemmódok között.

Az SPCCI mechanizmus végső soron egy olyan rendszer, amelyben a gyújtógyertya által beindított, helyi égés sűrítési hatását kiaknázva érik el a kompressziógyújtás megvalósításához szükséges nyomást és hőmérsékletet. Olyan nagyra nő a geometrikus sűrítési viszony, ahol a levegő/üzemanyag keverék a felső holtpontnál mért kompresszió miatt az öngyulladás határára kerül. A gyújtógyertya által létrehozott, gyorsan terjedő „tűzgömb” ezen a ponton képes egyszerre berobbantani az egész elegyet. Először is a sűrítéses gyújtáshoz optimalizált, szegény levegő-üzemanyag keverék eloszlik az égéstérben. Ezt követően precíziós üzemanyag-befecskendezést és örvénylést alkalmazva a rendszer létrehoz egy dúsabb levegő-üzemanyag keverékű zónát a gyújtógyertya környezetében. Ez a keverék elég dús ahhoz, hogy szikragyújtással be lehessen lobbantani, valamint, hogy az égés minimális NOx-kibocsátás mellett menjen végbe.”

Nem turbós, szemben a CX-9-cel

Valószínűleg háromhengeres is lesz az SCCI-motorból, amelynél az 500 köbcentis hengertérfogat kulcsfontosságú, így az 1,5 literes hengerűrtartalom biztosra vehető. Persze nemcsak elvenni lehet egy hengert, hanem hozzátenni is, akár kettőt, de hathengeres, pláne öthengeres Mazdákat nehéz elképzelni, tekintve, hogy legnagyobb autójukban, az amerikai CX-9 terepjáróban 2,5 literes turbós négyhengeres motor van.

Mivel az új motor viszonylag széles tartományban üzemel hatékonyan, nem kell hozzá sem teljes hibridrendszer, sem 7-10 fokozatú sebességváltó, ami mind arra szolgál, hogy a belső égésű motor abban a szűk tartományban dolgozhasson, ahol hatásfoka a legkevésbé rossz

Mivel a Mazda európai autóiban kerüli az időközben a Toyota- és Lexus-modellekben is terjedő, visszavett hengerűrtartalmú turbómotorotokat, erről megkérdeztük Jeffrey H. Guytont, az európai vezérképviselet elnökét. Válasza meggyőző: a cég elutasítja a méretcsökkentést, ha az csak a szabványos ciklusban mért fogyasztás leszorítására szolgál, de nem zárja ki a turbófeltöltést, ha azzal elkerülhető a méretnövelés. Mivel a való életben a korábbi 3,6 literes V6-nál jobban fogyaszt a feltöltött 2,5-ös négyhengeres, a CX-9-ben ezt választotta a Mazda.

Egy év a sorozatgyártásig

Amikor az új motorhoz szükséges gyújtógyertyák áráról és csereperiódusáról, a kenőanyag specifikációjáról vagy az olajcsere-intervallum hosszáról, az új motor élettartamáról faggattuk a Mazda Motor Europe németországi fejlesztőbázisáról érkezett mérnököket, a kérdések zömére nem kaptunk választ. Ezek a részletek még nem dőltek el, mivel a motor fejlesztése tovább folytatódik a hátralévő körülbelül egy évben, amíg a Mazda3 negyedik generációjával megvásárolhatóvá válik.

Összesen hat ilyen autó van a világon, most négyet közülük vezethetett a szaksajtó, köztük a Vezesst képviselve én is. Nemsokára megírom a tapasztalatokat, ebbe a cikkbe ennyi fért

Egyet viszont egyértelművé tettek a szakemberek: a keverékképzés új, de ez alapjában véve egy benzines motor, amivel van gazdagon tapasztalat és sem élettartamában, sem karbantartási szükségleteiben nem különbözhet lényegesen a mai Mazdákban megszokottól. A következő Mazda3 bemutatásakor többet tudunk majd erről, az autó 2019 első felében debütálhat. Mivel a kifutó Mazda3 karosszériájába plántálva vezettük az új generáció technikáját, benne az új motorral, nemsokára részletesen azt is megírjuk, hogyan viselkedik az új motor az új futóművel, új vázszerkezettel és új ülésekkel ellátott autóban a fejlesztés jelenlegi fokán.

Forrás: Mazda Motor Europe, Vezess