Zaawansowane silniki dieselowe w duchu rightsizingu - Mazda Skyactiv-D

W trzeciej dekadzie XXI wieku silniki wysokoprężne tracą na popularności w samochodach osobowych, co wynika z ich trudności w spełnianiu norm emisji spalin. Mimo to warto pamiętać, o zaletach tego typu napędu, zwłaszcza wtedy, kiedy producenci dbają o nowoczesne podejście do ich konstruowania. Zaletami silników wysokoprężnych (dieslowskich) są:

• niższe spalanie niż w silnikach benzynowych;
• zwykle niższy koszt oleju napędowego względem benzyny;
• wytrzymałość i trwałość (zwykle silnik diesla wytrzyma dłuższy przebieg niż benzynowy);
•  wyjątkowe możliwości holowania;
• wyższe początkowe przyspieszenie;
• wysoka kultura prowadzenia (wynikająca z wyższego momentu obrotowego na niskich obrotach silnika względem silników benzynowych).

Z tak przedstawionej listy zalet widać, że diesel przede wszystkim sprawdza się lepiej przy dłuższych trasach. Z tego powodu jest głównym rodzajem silnika stosowanym w pojazdach ciężarowych lub użytkowych. Jednak nic nie stoi na przeszkodzie, żeby jego zalety były wykorzystywane w samochodach osobowych. Pokonywanie długich tras poza miastami oraz codzienne, intensywne wykorzystywanie pojazdu to idealny scenariusz dla samochodu z silnikiem wysokoprężnym. Przy takim stylu życia lub pracy wybór diesla przyniesie oszczędności i komfort.

Silniki diesla mają również swoje minusy, a najważniejszym z nich jest wyższa emisja spalin (wyższa emisja cząstek stałych i tlenków azotu względem silników benzynowych). A co gdyby udało się obejść wady silników diesla i wykorzystać tylko ich zalety? W ten sposób powstały zaawansowane silniki dieslowskie z rodziny Mazda Skyactiv-D z zastosowaniem zasady rightsizingu.

Przykładowo zaawansowany silnik 3.3L e-Skyactiv D 200 KM wykorzystany w Mazdzie CX-60 może szczycić się spalaniem paliwa wynoszącym 4,9 l/100 km, średnią emisją CO2 na poziomie 127 g/km oraz spełnieniem najbardziej restrykcyjnej normy emisji spalin Euro 6d.

Zalety wyboru samochodu spełniającego normę Euro 6d:

Najważniejszą zaletą zgodności z najnowszą normą Euro jest przede wszystkim pewność, że nasz samochód posłuży nam długo i będzie miał możliwość poruszania się po drogach publicznych przez cały okres jego użytkowania.

Kolejną korzyścią jest możliwość wjazdu do większości miast oraz dzielnic. Nawet w Polsce planowane jest wprowadzenie stref czystego transportu, które zakładają zakaz wjazdu pojazdów ze zbyt wysoką emisją spalin do centrów miast. Dużo częściej możemy spotkać się z podobnymi ograniczeniami np. podczas wakacji w Europie Zachodniej.

Dodatkowym plusem jest możliwość uniknięcia opłat za wjazd do centrum miast, bo nawet jeśli w danym miejscu nie obowiązuje zakaz dla pojazdów niespełniających nowych norm emisji spalin, to mogą obowiązywać dla nich dodatkowe opłaty środowiskowe.

Niska emisja spalin w najnowszym silniku Mazda Skyactiv-D wynika z jego rozwiązań konstrukcyjnych. Na podstawie wielu badań Mazda opracowała zasadę rightsizingu, czyli optymalnego projektowania pojemności silników względem wagi i zastosowania danego pojazdu.

W silnikach z rodziny Skyactiv-D postawiono na stosunek wielkości silnika, który wynosi pół litra pojemności na jeden cylinder. W przypadku silnika sześciocylindrowego daje to ok. 3 litrów, a dokładnie 3,3 l pojemności. Dlatego Mazda oferuje mocniejszy 6-cylindrowy silnik o pojemności 3,3 l do większych modeli oraz mniejszy 4-cylindrowy (o pojemności 2,2 l) przeznaczony dla samochodów wymagających mniejszej mocy (np. częściowo zelektryfikowanych). Jest to optymalny kompromis, który oferuje niskie spalanie oraz spełnienie normy emisji spalin. W przypadku cylindrów o zbyt dużej średnicy czas spalania mieszanki mógłby trwać zbyt długo, natomiast przesadne ich zmniejszenie, spowodowałoby zbyt duże straty ciepła.

Dodatkowo dzięki zastosowaniu dość dużych cylindrów temperatura spalania mieszanki paliwowo-powietrznej jest stosunkowo niska, co powoduje powstawanie czystszych spalin. Ponieważ najwięcej szkodliwych związków (m.in. tlenków azotu) powstanie przy wysokiej temperaturze spalania, czyli w przypadku małych silników z dużym doładowaniem, to stało się powodem wybrania przez Mazdę koncepcji rightsizingu zamiast downsizingu.

Wybór większego rozmiaru silnika pozwala również na zrezygnowanie z turbosprężarki (lub dodatkowej ich ilości), co wiąże się z redukcją kosztów. Zmniejszenie ilości części mechanicznych wpływa również na niższą awaryjność, m.in. z tego powodu wolnossące silniki dieslowskie cechują się ogromną trwałością. Nie bez znaczenia jest również redukcja masy - 6-cylindrowy silnik Skydrive-D ma porównywalny ciężar z jednostkami 4-cylindrowymi.

Kolejne zaawansowane rozwiązania techniczne pozwalające na uzyskanie wysokiej mocy oraz niskiej emisji spalin są oferowane w pakiecie udoskonaleń DCPCI. Dzięki niemu układ napędowy pozwala wykorzystać nadmiarowe powietrze do uzyskania lepszej charakterystyki spalania. Odbywa się to dzięki wykorzystaniu komór spalania o specjalnym kształcie, które dzielą mieszankę paliwowo-powietrzną i kierują do dwóch zagłębień w denku tłoka. Dzięki temu powiększa się przestrzeń spalania ubogiego oraz minimalizuje ilość niespalonych osadów.

Dodatkowo duże znaczenie ma bezpośredni, szybki i precyzyjny wtrysk paliwa pod wyjątkowo wysokim ciśnieniem (np. 15,2:1 w e-Skyactiv D). Dzięki temu poprawiono zrywność oraz obniżono emisję tlenków azotu przy wysokich obrotach. Wybór ubogiego spalania w szerszym zakresie obrotów silnika poprawił z kolei także wydajność cieplną układu.

Rozwój technologii pozwolił na dalszą redukcję spalania i emisji spalin. W najnowszym silniku z rodziny Skyactiv D, czyli e-Skyactiv D zastosowano 48-woltowy układ elektryczny. To również dzięki niemu ten silnik jest w stanie osiągnąć takie świetne rezultaty: 3,3-litrowy e-Skyactiv D jest w stanie wygenerować moc 200 KM (147 kW) oraz uzyskać maksymalny moment obrotowy wynoszący 450 Nm. Dzięki temu Mazda CX-60 z silnikiem diesla jest w stanie rozpędzić się od 0 do 100 km/h w 8,4 sekundy oraz osiągnąć maksymalną prędkość wynoszącą 212 km/h. I to wszystko przy średnim spalaniu wynoszącym 4,8 l/100 km. Mocniejsza wersja z napędem na cztery koła jest w stanie osiągnąć 254 KM oraz moment obrotowy wynoszący 550 Nm, co rozpędza pojazd do 100 km/h w ciągu 7,4 sekundy.

Mazda Hybrid Boost oznacza zastosowanie 48-woltowego silnika elektrycznego w układzie miękkiej hybrydy. Silnik elektryczny MHEV jest w stanie wspomagać pracę silnika dieslowskiego w sytuacjach, gdy nie jest on tak sprawny z powodów technicznych. Silniki elektryczne cechują się większą wydajnością od silników spalinowych podczas pracy na niskich obrotach, a połączenie dwóch układów pozwala wykorzystać zalety obu. Układ hybrydowy jest w stanie wesprzeć ruszanie samochodu dzięki energii odzyskanej w czasie hamowania. Dzięki niemu ruszanie samochodem z postoju jest szybsze, delikatniejsze oraz bardziej oszczędne i ekologiczne, a samochód spełnia normę emisji spalin Euro 6d.