Današnja tema – naslov vam otkriva 50 posto onoga što trebate znati. Mazdina inženjerska ludost i prijavljeni američki patent (US 2022/0034265 A1) otkrivaju još dodatnih 10 posto
Kad je riječ o kreativnom razvoju motora s unutarnjim izgaranjem, Mazda zaslužuje mjesto na samom vrhu.
Od nedavnog predstavljanja oživljenog programa rotacijskih motora do vozački usmjerenih Skyactiv dizelskih pogona namijenjenih europskom i azijskom tržištu, Mazdina inovativnost i dalje impresionira.
Iako u članku na EngineLabs nema puno prostora za detaljnije razmatranje Mazdina „Kodo” dizajnerskog jezika ili ručno izrađenih materijala iz Hiroshime koje mnogi možda zanemaruju, sve to vodi do jednog osnovnog zaključka: Mazda je možda mala, ali kada je riječ o automobilskoj proizvodnji – ide do kraja.
Uzmimo za primjer Mazdinu odlučnost da svom domišljatom (ali očito manjkavom) Skyactiv-X motoru doda drugu svjećicu. Odluka koja nekima može djelovati čudno, drugima genijalno, a nekolicini i sasvim ludo – ova tehnologija nadograđuje potencijal učinkovitog, ali slabo snažnog i hirovitog motora dodatnom iskrom.
Postoji vrlo dobar razlog zašto je Mazda podnijela patentni zahtjev za ekskluzivnu uporabu ovog dizajna, te nedavno ažurirala svoj zahtjev pri Američkom patentnom uredu (USPTO). Jer, za razliku od većine drugih proizvođača automobila na svijetu, ova japanska marka vjeruje da super-učinkoviti, zabavni automobili s unutarnjim izgaranjem imaju budućnost.
Samo još trebaju izgladiti neke „dječje bolesti“…
Polako koračanje prema Skyactiv tehnologiji
Iako je Mazda svoju američku patentnu prijavu za sustav s dvije svjećice podnijela još u ljeto 2022., ažuriranja tog patenta pojavila su se 2. veljače 2023. To znači da je razvojni dio uglavnom završen — sada Mazda samo treba finalizirati postupak i osigurati patentna prava. Kao najmanji japanski proizvođač automobila, Mazda ima jako dobar razlog zašto želi što prije staviti ovu tehnologiju u praktičnu primjenu i osigurati ekskluzivitet.
Iako su SPCCI tehnologija (paljenje kompresijom uz kontrolu svjećicom) i Skyactiv-X motor prisutni već neko vrijeme, još uvijek se suočavaju s početnim poteškoćama. Vozači, stručnjaci i inženjeri primijetili su da motor ima problema s uglađenošću rada te da mu nedostaje okretnog momenta.
Unatoč pohvalama zbog potrošnje goriva i čiste izgaranja, usporedbe s konkurentskim motorima slične klase pokazuju da Skyactiv-X još uvijek ne pruža performanse koje bi se mogle smatrati zadovoljavajućima.
Mazda se u Skyactiv-X motorima oslanja na izrazito visok omjer kompresije, gotovo na razini dizelskih motora, kako bi postigla učinkovito izgaranje. Umjesto klasičnog rada benzinskih motora, ovaj sustav koristi načelo samozapaljenja smjese pod visokim tlakom i temperaturom, uz pomoć svjećice koja inicira kompresijsko paljenje. Rezultat je čišće izgaranje i vrlo učinkovito iskorištavanje goriva.
No, tu leži i problem. Kao i kod dizelskih motora, ovako visoka kompresija kod benzinskih verzija može uzrokovati nekontrolirano samozapaljenje goriva kada je motor iznenada opterećen. Vožnja po gradu ili u leru ne uzrokuje probleme, ali naglo dodavanje gasa ili vožnja pod punim opterećenjem može dovesti do neugodnih posljedica u komori za izgaranje.
Zato je Mazda trebala rješenje. I ono što su njihovi inženjeri osmislili toliko je jednostavno da se čovjek zapita — zašto se ovo nije primjenjivalo već desetljećima?
Možda se ne čini kao nešto veliko...
U pokušaju da motor radi gotovo “na isparavanjima”, Mazda je kod svojih Skyactiv-X motora omogućila deaktivaciju svih svjećica pri niskom opterećenju gasa. U tim uvjetima motor se oslanja isključivo na paljenje smjese putem kompresije — proces gdje višak topline i tlak nakon kompresije uzrokuju samozapaljenje goriva. Ovo je istovremeno i blagoslov i prokletstvo za Skyactiv motore.
Taj proces Mazda naziva Homogeno paljenje kompresijom (HCCI), što je izrazito siromašna metoda izgaranja koja zahtijeva vrlo visoke omjere kompresije kako bi funkcionirala. Problem je u tome što, ako su vanjske temperature previsoke ili preniske, dolazi do detonacija (kod visokih temperatura), dok u hladnim uvjetima motor može imati problema s pravilnim paljenjem smjese.
I upravo tu na scenu stupaju ti dodatni vrhovi svjećica iznad svakog cilindra…
Slika 1 – prikazan je presjek glave cilindra koji prikazuje položaj dvostrukih svjećica. Slika 2 – dijagrami PR1 i PR2 ilustriraju vrijeme glavnog i pomoćnog paljenja tijekom prijelaza s HCCI sustava (homogeno kompresijsko paljenje) na potpuno paljenje pomoću svjećica.
Mazda je poboljšala već učinkoviti SPCCI sustav dodavanjem dizelski inspiriranog dizajna s nizom odvojenih, manjih pomoćnih komora za dodatne svjećice. Time su inženjeri praktički uklonili probleme s paljenjem povezane s temperaturom i nedostatkom momenta.
Opremljen rezervnim izvorom paljenja i trima prijenosnim kanalima na vrhu komore za izgaranje koji dopuštaju kontrolirani protok viška smjese zraka i goriva, ovaj sustav premošćuje razdoblja kada je primarna komora u “ambijentalnom načinu rada”.
Naravno, količina i tajming ubrizgavanja goriva ostaju ključni, a vjerojatno su predstavljali jedan od najvećih izazova u redizajnu Skyactiv motora. No kada se smjesa pravilno izmiješa i sabije, ta dodatna komora pretvara nekadašnje slabosti SPCCI sustava u iznenađujuće snažnu kombinaciju. Evo kako sve to funkcionira…
Budući da su otvori sekundarne komore za izgaranje koje je Mazda dizajnirala vrlo mali, izbačena smjesa stvara vatreni mlaz sličan bacaču plamena prilikom izlaska.
Što se tiče samog procesa paljenja, glavne svjećice Mazde funkcioniraju kao i obično, deaktivirajući se po potrebi, ovisno o vremenu paljenja kojeg kontrolira ECU i o izostanku potiska na papučicu gasa. Upravo u tom slijedećem procesu leži Mazda čarolija.
Ovisno o opterećenju motora i atmosferskim uvjetima, “rezervna svjećica” pali zrak-gorivnu smjesu koja se zadržala u svojoj komori ili istovremeno ili odmah nakon što primarna svjećica izazove paljenje. Budući da je jedini ulaz i izlaz iz te komore kroz tri otvora za ventilaciju, zapaljena smjesa se vraća natrag u glavne komore za izgaranje.
Rezultat je žestoki plamen vatre koji izlazi ne iz jednog, već iz sva tri otvora po cilindru. Primarno paljenje pojačava svoju snagu, a ostatci plinova se zapale, što dovodi do potpunijeg izgaranja, a time i većeg snage te nižih emisija.
Naravno, iza kulisa odvija se vrlo složeno fino podešavanje ECU-a, jer oba para svjećica moraju raditi u savršenoj sinergiji. Prijelazi između HCCI i paljenja klasičnom svjećicom (SI) stalno se mijenjaju. Sve u nadi da će se održati savršeno tempirano odgođeno paljenje — ono koje može odgoditi fazu detonacije točno do trenutka kada će omogućiti Skyactiv-X motoru da radi glađe i snažnije.
Mazdine ludorija tek dolaze…
Koliko jače, pitate? Nitko zapravo ne zna. Čak ni ne možemo pronaći konkretne informacije o tome koliko će zapravo cilindara Mazda opremiti ovim snažno nadograđenim Skyactiv-X patentnim dizajnom. Ali, na jedno možemo staviti svoje novce — a to je Mazdačina predanost stvaranju automobila za one koji uživaju u vožnji.
Za razliku od većine proizvođača automobila, Mazda i dalje snažno ulaže u razvoj motora s unutarnjim izgaranjem. Bilo zbog manjka interesa za električna vozila ili ograničenih sredstava kao najmanji od velikih japanskih proizvođača, Mazda ostaje fokusirana na proizvodnju zabavnih i štedljivih automobila, a ne poluautonomnih dosadnjakovića.
Iako je Mazda nedavno pokazala pomak prema električnim pogonima, upravo je benzinski rotacijski motor na toj platformi ono što je daleko najuzbudljiviji dio vozila.
Pa, nadamo se da će Mazda prodati gomilu dosadnih hibridnih crossovera kako bi financirala svoj sljedeći rotacijski raketni automobil. Tko zna, možda će čak imati dodatni set svjećica i hibridnu bateriju negdje ugrađene…
