Så funkar Mazda Skyactiv-X: "En riktig ingenjörsbedrift!"

Ryktet om förbränningsmotorns död är betydligt överdrivet. I alla fall enligt Mazda. Deras nya Skyactiv-X ska vara en supersnål och stark ­bensinmaskin med kompressionständning kontrollerad med tändstift. En revolution? Vi provkör en ­utvecklingsprototyp.

Så funkar Mazda Skyactiv-X: "En riktig ingenjörsbedrift!"

Mazdas pressmaterial visar tydligt att företaget vill göra det som ingen annan tillverkare hittills har lyckats med, nämligen att skapa den idealiska förbränningsmotorn. I den bästa av världar skulle bensinmotorer vara av HCCI-typ (Homogenous Charge Compression Ignition), vilket betyder att den homogena bränsle/luftblandningen självantänder utan tändstift tack vare att kompressionen, och därmed temperaturen, blir tillräckligt hög när kolven närmar sig toppen i cylindern. Då sker förbränningen i hela kammaren samtidigt och allt tryck som skapas kan användas maximalt effektivt för att pressa ner kolven.

Problemet är att HCCI bara fungerar inom ett ganska smalt, lågt varvtals- och belastningsområde. Där utanför är förbränningen svår att kontrollera, vilket kan resultera i sämre effektivitet eller i värsta fall skador på motorn om förbränningen startar när man inte vill att den ska göra det. För sådan kontroll krävs då tändning med tändstift.

Vad Mazda har gjort är att kombinera båda teknikerna. På så vis når man ännu bättre effektivitet genom kompressionständning och man kan kontrollera tidpunkten för antändningen med hjälp av tändstiften.

Den rullande testbänken för motorn Skyactiv-X ser ut som nuvarande Mazda 3, men chassit under skalet är nytt.

Nya Skyactiv-X använder sig av ett extremt högt kompressionförhållande för en bensinmotor, 16:1. Under kolvens insugsrörelse fylls cylindern med en väldigt mager bränsle/luftblandning som är drygt 2,5 gånger så tunn som normalt i en bensinmotor. Den virvlar runt och bildar en jämn mix under kolvens kompressionsrörelse och är till sist nära självantändning. Mot slutet av kompressionsrörelsen skickar insprutningssystemet in en fetare bränsleblandning med extra bensin i mitten av virveln bredvid tändstiftet. En gnista från tändstiftet tänder den fetare blandningen och en liten flamfront bildas. Tack vare det ytterligare trycket som bildas av flamfronten nås då gränsen för den magrare blandningen som självantänder nästan omedelbart.

Istället för som i en vanlig bensinmotor med en flamfront som sprider sig i kammaren och brinner mer långsamt, får man alltså en förbränning av allt bränsle i cylindern så gott som samtidigt. Resultatet är ett kraftigare, mer direkt tryck på kolven för en given mängd bränsle och därför en lägre förbrukning. Motorresponsen blir också bättre och vridmomentet höjs med 10–30 procent jämfört med nuvarande motorgeneration.

 

Läsplattan med de gröna cirklarna visar att motorn för tillfället går i sitt tredje, allra mest bränsleeffektiva läge.

Känns som vilken annan bensinmotor som helst

Värt att nämna är också att den nya maskinen har överladdning i form av en remdriven kompressor. Men kompressorn är inte till för att öka effekten, utan för att se till att motorn får tillräckligt mycket luft för att hålla bränsle/luftblandningen mager och därmed förbättra förbrukningen. Detta ger svalare förbränning och sänker kväveoxidutsläppen. Dessutom utökar man på det här sättet området när det är möjligt att använda kompressionständning och en mager bränsleblandning för en låg förbrukning. Utanför det fönstret fungerar Skyactiv-X som vilken annan bensinmotor som helst med en fetare bränsleblandning som tändstiften sätter eld på.

Fördomarna säger att en motor med kompressionständning borde ha en hård, kanske även en knattrig gång, men prototypen jag får köra går precis lika mjukt och tyst som vilken annan vanlig bensinmotor som helst. Mazda har även tagit med ett exemplar av nuvarande Mazda 3 med den motor som är på väg att ersättas för att jag ska kunna jämföra.

De enda skillnader jag lyckas identifiera motorerna emellan är dels att ljudet verkar bättre dämpat i den nya, det beror dock på den uppdaterade chassiplattformen, och dels att utvecklingsmotorn uppvisar minimala ryck när den skiftar mellan olika förbränningslägen. Tekniken är nämligen inte helt färdigutvecklad än.

Kai Concept visar ungefär hur formen på nästa Mazda 3 kommer att se ut.

Förbrukningen kan sänkas med 30 procent jämfört med dagens Mazdamotorer

Lite senare får jag i samband med fotografering köra ytterligare en utvecklingsbil som egentligen inte är till för oss journalister. I det exemplaret är ryckningarna helt borta. Jag försöker provocera fram omständigheter där jag upplevde dem i den andra bilen. Ingenting. En ingenjör som är med som obligatorisk barnvakt avslöjar att bilen jag kör har en senare, mer produktionsnära motorstyrning. Gångkulturen är precis lika len och fin i den nya motorn som i den nu existerande maskinen Skyactiv-G.

Och det är precis så Mazda vill att det ska vara. Man ska inte märka några skillnader – förrän man kommer till bensinmacken. Genom att använda kompressionständning i en bensinmotor ska man enligt Mazda få en bränslebesparing på 20–30 procent jämfört med den nuvarande Skyactiv-G, vilket betyder att nya Skyactiv-X blir lika effektiv som en dieselmotor.

Ingenjörsmässigt är det en riktig bedrift som Mazda har lyckats med. Vi kan bara lyfta på hatten och gratulera. Den nya motorn kommer att introduceras i nästa generation Mazda 3 som ska lanseras mot slutet av året. Vi ser redan fram emot att få testa en produktionsbil för att kunna mäta den verkliga förbrukningen.

"Övertygade om att det här är ett riktigt tekniskt genombrott"

Joachim Kunz, chef för produktutvärdering på Mazdas europeiska utvecklingscenter

• Hur kom ni på idén till tekniken i Skyactiv-X?

"Vi har jobbat på att hitta sätt för att sänka förbrukningen i förbränningsmotorn. Problemet vi stötte på med en väldigt mager bränsle/luftblandning var att den vanliga antändningen med tändstift inte fungerade. Det tvingade oss att fundera på andra alternativ och vi bestämde oss för att testa kompressionständning."

• Hur påverkas partikelutsläpp med den här tekniken?

"Vi har fördelen att en mager bränsle/luftblandning ger en sval förbränning som genererar färre partiklar. I dagsläget vet vi inte om vi kommer att använda ett partikelfilter, det kanske inte är nödvändigt."

• Vad har ni för verkningsgrad i nya Skyactiv-X? Toyota har presenterat en ny bensinmotor till nya Auris och skryter om en verkningsgrad på 40 procent. Jag har sett uppgifter om en verkningsgrad på 56 procent i er motor, stämmer det?

"Det finns en slags tävling i att uppge så hög verkningsgrad som möjligt, inte bara för konventionella motorer. Detta kan vara av vikt i akademiska avseenden eller för till exempel fartyg som går i marschfart flera dygn i sträck. När det gäller bilar är det viktigt att matcha verklig körning för att kunna beskriva förbrukning och därmed även effektivitet. Den nya WLTP-körcykeln är ett steg närmare att kunna göra detta. Snarare än att prata om en motors optimala användningsområde är det viktigt med hur stor del av tiden man kan köra med hög effektivitet i sin personliga, "verkliga" körcykel. Ur det här perspektivet är vi övertygade om att Skyactiv-X är ett riktigt tekniskt genombrott."

• Kommer ni att använda tekniken med kompressionständning i andra större eller mindre motorer?

"Det tekniska konceptet tillåter naturligtvis att vi minskar eller ökar antalet cylindrar, liksom volym. 
Vi valde nu att använda en motor på två liter eftersom det är en slagvolym som är bra att börja med, tack vare dess mångsidiga användningsområden i olika segment och regioner runt om i världen."