Verbrennungsmotoren spielen auch in Zukunft eine große Rolle für eine globale und nachhaltige Senkung der CO2-Emissionen. Mazda arbeitet daher kontinuierlich an der Optimierung seiner Skyactive Motoren, die vor einem Jahrzehnt erstmals vorgestellt wurden. „Der Himmel ist die Grenze“ – dieses Motto diente den Mazda Ingenieuren bei der Entwicklung als Leitspruch und führt auch zu der Namensgebung der Triebwerke. Zum Ausdruck kommt in dieser Vision vor allem der unbedingte Wille zu Innovation, der Mazda seit jeher antreibt. Die Ingenieure schreckten deshalb auch nicht vor technischen Hürden zurück, die bis dahin als kaum überwindbar galten.
Ein Beispiel dafür ist das Verdichtungsverhältnis, das als Schlüsselfaktor zu Steigerung des thermischen Wirkungsgrades der Verbrennungsmotoren identifiziert wurde. Bei den Skyactive G Benzinmotoren gelang es den Mazda Ingenieuren, mit Hilfe innovativer Motorentechnologie die Verdichtung auf ein überdurchschnittlich hohes Niveau von 13,0:1 anzuheben – und zugleich die Nachteile, die gemeinhin damit verbunden werden, in den Griff zu bekommen.
Bei einem Benzinmotor führt eine hohe Verdichtung zur Steigerung der thermischen Effizienz im Teillastbereich sowie zur Verringerung des Verbrauchs. Zugleich steigt dadurch jedoch bei hoher Motorlast das Risiko unkontrollierter Selbstzündung , des sogenannten Klopfens, das man durch eine Spätverstellung des Zündzeitpunktes oder durch Anfettung des Gemisches verhindern kann – zu Lasten des Wirkungsgrades und der Leistung. Durch den Einsatz eines speziellen 4-2-1 Abgaskrümmers und der dadurch verbesserten Restgasausspülung gelang es jedoch, die Verbrennungstemperatur im Zylinder signifikant abzusenken und so die Klopfgrenze trotz hoher Verdichtung hoch zu halten.
Darüber hinaus wurde die Dauer des Verbrennungsvorgangs verkürzt. Je schneller der Verbrennungsprozess, desto kürzer wird das unverbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch hohen Temperaturen ausgesetzt. Dadurch kann die normale Verbrennung abgeschlossen werden, ehe eine unkontrollierte Selbstzündung einsetzt. Aus diesem Grund verfügt der Motor über spezielle muldenförmige Kolbenböden, die ein ungehindertes Ausbreiten der Zündflamme erlauben, sowie Mehrloch-Einspritzdüsen mit optimierter Sprühcharakteristik.
Optimierte Verbrennung
Seit der Einführung der ersten Skyactive G Motoren hat Mazda die Benziner stetig weiterentwickelt und die Verbrennungsprozesse weiter optimiert. Für die aktuelle Generation wurden die Ansaugkanäle sowie Höhe und Form der Kolbenkronen modifiziert. Die sich daraus ergebende Tumbleströmung beim Ansaugen und Verdichten und die große turbulente Energie zum Zündzeitpunkt beschleunigen die Ausbreitung der Flammenfront und den Verbrennungsvorgang insgesamt. Im Ergebnis ist das Drehmoment im unteren bis mittleren Drehzahlbereich für einen Saugmotor relativ groß, während der Verbrauch bei höheren Drehzahlen und Lasten im Rahmen bleibt.
Euro 6d auch ohne Benzin-Partikelfilter
Die Mehrloch-Injektion und der Einspritzdruck von 300 bar sorgen für eine schnelle Einspritzung und ein großflächiges Sprühverhalten. Beim Kaltstart wird der Kraftstoff dreistufig eingespritzt. Die Maßnahmen führen zu einer besseren Verdampfung und einer effizienten, rückstandsfreien Verbrennung. Die Partikelbilder verringert sich dadurch gegenüber der ersten Skyactive-G Generation um rund 80 Prozent. Ein zusätzlicher dritter Kühlmittelkreislauf beschleunigt die Warmlaufphase der Zylinder und Brennräume und verringern so den Kraftstoffverbrauch insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen. Dank dieser innermotorischen Maßnahmen erfüllt der Motor die strengen Bedingungen der Abgasnorm Euro 6d, ohne dabei auf einen zusätzliche Benzin-Partikelfilter angewiesen zu sein. Das schafft so gut wie kein anderer Benzinmotor im Markt. Die asymmetrische Form der Kolbenringe verbessert den Schmierfilm an den Zylinderwänden und führt zu einer geringen Reibung. Die Kolben verfügen über einen fassförmigen Schaft, was den Oberflächendruck unter Last optimiert.
In Verbindung mit den asymmetrischen Kolbenringen reduziert dies die Reibungsverluste und verbessert so ebenfalls die Kraftstoffeffizienz.
Zylinderabschaltung
Je nach Modell und Motorvariante sorgt zudem eine Zylinderabschaltung für eine weitere Verringerung des Kraftstoffverbrauchs im Teillastbetrieb. Das System deaktiviert im Niedriglastbereich – etwa beim Fahren mit konstantem Tempo – die beiden äußeren Zylinder: eine insbesondere bei geringen Fahrgeschwindigkeiten höchst effektive Maßnahme
zu Verbrauchseinsparung.
Die Zylinderabschaltung erfolgt über einen Schaltmechanismus in der hydraulischen Ventilspieleinstellung der Ein und Auslassventile des ersten und vierten Zylinders. Wenn der Motor auf allen Zylindern läuft, dienen diese als fester Lagerpunkt für die Schlepphebel, die den Nockenhub vollständig auf die Ein- und Auslassventile übertragen.
Das Abschalten der Ventile erfolgt durch eine hydraulisch gesteuerte Entkoppelung des Lagerpunktes der Schlepphebel. Dadurch wird die Ventilbewegung gestoppt, die Ventile bleiben geschlossen und die beiden äußeren Zylinder werden so abgeschaltet. Die präzise Steuerung von Luftansaugvolumen, Einspritzrate und Zündzeitpunkt stellt sicher, dass die Wechsel
zwischen dem Zwei- und dem Vierzylinderbetrieb für Fahrer und Passagiere kaum wahrnehmbar sind.
Mazda M Hybrid
Den Fokus auf Verbrauchssenkung und Fahrbarkeit legt Mazda auch mit dem Mazda M Hybrid, das in den e-Skyactive G Versionen standartmäßig zum Einsatz kommt. Es nutzt die beim Verzögern gewonnene Energie, um den Verbrennungsmotor beim Beschleunigen zu unterstützen und Kraftstoff zu sparen. Ein riemengetriebener integrierter Starter-Generator (ISG) wandelt dazu die beim Verzögern des Fahrzeugs freigesetzte kinetische Energie in Elektrizität um. Diese wird in einer 24-Volt-Lithium-Ionen-Batterie gespeichert. Die rekuperierte elektrische Energie versorgt zum einen über einen 24V / 12V-Gleichstromwandler die elektrische Verbraucher an Bord und entlastet damit den Verbrennungsmotor von dieser Aufgabe. Zum anderen wird beim Beschleunigen der ISG mit elektrischer Energie versorgt und unterstützt direkt den Verbrennungsmotor. Die lithium-Ionen-Batterie befindet sich zwischen den Rädern, um das Platzangebot im Innenraum nicht zu beeinträchtigen. Zugleich trägt diese Anordnung zu einer optimalen Gewichtsverteilung und zur Unfallsicherheit bei.
Das Mazda M Hybrid System verbessert nicht nur die Effizienz des Motors, sondern auch die Fahreigenschaften. Die Übergänge beim Anfahren, Beschleunigen oder Anhalten erfolgen gleichmäßig und natürlich. Da beim Hybridsystem ein Teil des Drehmoments, das normalerweise der Verbrennungsmotor abgibt, durch den ISG übernommen wird, ermöglicht es die gleiche Beschleunigung bei weniger Kraftstoffverbrauch. Beim Hochschalten in den Varianten mit manuellem Getriebe passt das System zudem die Motordrehzahl automatisch an und sorgt auch beim schnellen Einkuppeln für sanfte Schaltvorgänge. So verbindet das Mazda M Hybrid System die Vorzüge der Hybrid-Technik mit uneingeschränktem Fahrspaß.
