Kako su najavili s prvim Skyactiv modelima 2011., Mazda prati jinba ittai princip, preuzet iz japanskog jaha?kog streli?arstva gdje zna?i jedinstvo jaha?a i konja. Kod Mazde je to oslonac temeljitog pristupa jedinstva voza?a, vožnje i automobila. Skyactiv automobili dizajnirani su oko voza?a i svrhovitosti svakog elementa automobila.
Osim smanjenja mase i u?vrš?ivanja šasije, aerodinami?kim izravnavanjem podnice, ergonomijom kabine, smanjenjem otpora i mehani?kih gubitaka mjenja?a/prijenosa (npr., automatici kombiniraju pretvara? momenta i višelamelni kuplung koji odvaja motor od mjenja?a po potrebi), Skyactiv je poznat i po velikom napretku u konstrukciji motora. To su bili prvi komercijalni dizelski i benzinski motori s kompresijskim omjerom 14:1 (tada najniži za dizelske i najviši za benzinske motore na tržištu putni?kih automobila). Za dizelske to omogu?uje bolju kontrolu izgaranja smjese i manje vibracija. Za benzinske pak omogu?uje smanjenje potrošnje zbog efikasnijeg iskorištavanja smjese, tj. preciznijeg izgaranja smanjene koli?ine goriva. Kako bi se sprije?ila detonacija (spontano izgaranje smjese u uvjetima visokog tlaka i temperature), benzinskim motorima je Mazda prilagodila višekanalne injektore, tajming ubrizgavanja, klipove, ispuh, rade po Atkinsonovom ciklusu itd. No, u Skyactiv-X, uspješno su iskoristili i kontrolirali to svojstvo samozapaljenja kako bi napravili motor koji smjesu pali i svje?icom i kompresijski. Sli?ni princip koriste i neki npr. tenkovski motori (dodatno grijanje smjese zavojnicom), ali oni su druga?ije specijalizirani i temeljeni na dizelskom principu rada pa ozbiljnije usporedbe nemaju smisla. Mazdin motor temeljen je na benzinskom koji u odre?enim uvjetima koristi i kompresijsko paljenje. To je prvi takav motor za komercijalnu, putni?ku uporabu. Precizna kontrola prijelaza iz jednog režima u drugi (tj. paljenje iskrom ili kompresijom) omogu?ena je biranim materijalima, kontrolom trenutka paljenja smjese te geometrijom klipa i komore za izgaranje.
Kako radi SkyActiv-X motor?
Skyactiv-X motor koristi HCCI (Homogenous Charge Compression Iginition) i SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition): umjesto svje?ice (benzinski motor) ili ubrizgavanja goriva u stla?eni, vru?i zrak (dizelski motor), smjesa se pali postizanjem temperature u komori za izgaranje ve? ispunjenoj homogenom smjesom zraka i goriva. Trenutak postizanja te potrebne temperature odre?uje inicijalno paljenje smjese svje?icom, ?ija valna fronta širenjem kroz ostatak komore osigurava kriti?ne uvjete (postizanje tlaka i temperature) za kompresijsko paljenje ostatka smjesa. Izgaranje homogene smjese ne stvara visoke vršne temperature na pojedinim to?kama pa je inherentno povoljna i za smanjivanje NOx emisija. Rezultat je potrošnja niža od Skyactiv-D (dizela) te viši okretni moment i viša snaga od 2.0 Skyactiv-G (benzinca).
Promatrano usporedno, kod benzinskog motora izgaranje smjese kre?e od jedne to?ke (svje?ice) i smjesa izgara relativno ravnomjerno kako se širi plamena fronta. Kod dizelskog, izgaranje je brže, i po?inje iz više to?ki. Skyactiv-X motor koristi svje?icu za inicijalno paljenje siromašne smjese (smanjeni udio goriva u odnosu na udio zraka) gusto nabijene u konkavnom dijelu klipa. Koristi se i kompresor koji osigurava traženu koli?inu zraka za sve režime rada. Izgaranje smjese u manjem obujmu (Skyactiv-X i dizelski motor) omogu?uje bolje iskorištavanje ciklusa ekspanzije, tj. reakcija izgaranja i ekspanzije smjese odvije se prije nego u benzinskom motoru i od te to?ke gura klip prema donjoj mrtvoj to?ki. Prije Mazde, ni jedan proizvo?a? nije riješio probleme kombiniranja dva na?ina paljenja (iskra i kompresija) na na?in da se takav motor može koristiti u putni?kom automobilu (i to suvremenom, s visokim o?ekivanjima u pogledu udobnosti vožnje).
Stratificirana vs. homogena smjesa
Stratificirana (slojevita) smjesa zna?i osiguravanje takvih uvjeta u komori za izgaranje da je smjesa lokalno bogata ili siromašna. Homogena (jednolika) smjesa pak zna?i osiguravanje optimalno izmješane smjese zraka i goriva u komori za izgaranje. Rani primjer automobila s motorom koji koristi stratificiranu smjesu je Honda 1970ih. Hondin CVCC (Compound Vortex Controlled Combustion) je motor koji koristi stratificiranu smjesu (nehomogenu, u ovom slu?aju djelom bogatu, djelom siromašnu). Kroz dodatni usisni ventil se blizu svje?ice dovodi bogata smjesa. Nastala plamena fronta propagira se kroz pretkomoru koju ?ini perforirana metalna plo?ica i dalje pali siromašnu smjesu u glavnoj komori. CVCC motori korišteni su i unaprije?ivani elektroni?kim upravljanjem od po?etka 1970ih do vremena kada su katalizatori i ubrizgavanje goriva umjesto rasplinja?a postali standardi, 20ak godina kasnije. Primjer modela s CVCC motorom je Honda Civic Shuttle, koja je koristila i pogon na sve kota?e i dodatnu nisku prvu brzinu umjesto reduktora. Sli?ne situacije nehomogene smjese koriste se i u današnjim motorima s direktnim ubrizgavanjem (prvenstveno u uvjetima niskog optere?enja), s istim ciljem: smanjenjem štetnih ispušnih emisija / ostvarivanjem potpunijeg izgaranja goriva.
Nenamjeravani u?inci poboljšane vožnje?
Može li Mazdin na?in provo?enja principa jedinstva voza?a i automobila proizvesti i nenamjeravane ili neželjene u?inke, tj. odaziv voza?a? Najvjerojatnije može, za odre?eni profil voza?a. Mazda u SkyActiv programu koristi i G-Vectoring Control (GVC). GVC je sustav koji uz pomo? senzora akceleracije, servo sustava volana, sustava za nadzor motora itd. omogu?uje preciznije upravljanje vozilom u zavoju. Sustav je razvijen po Mazdinom opažanju da voza?i rade mikrokorekcije skretanja jer se ponašanje automobila (reakcija na volan, tj. pra?enje linije kota?ima) ne poklapa s njihovim o?ekivanjem tog ponašanja (tj. postoji zadrška izme?u naredbe, skretanja volana, i izvršenja, kretanja automobila). Postoji više faktora koje treba uzeti u obzir pri analizi skretanja, od selena do omjera letve volana, ali ako to kontroliramo, ostaju svojstva gume; prijanjanje koje odga?a trenutnost reakcije automobila na voza?ev input, tj. zakretanje volana. Dinamika vožnje uklju?uje i kontrolu automobila korištenjem upravo deformacije gume, tj. prebacivanja težine automobila na pojedini kota?. Pri usporavanju (ko?enje ili puštanje gasa) težište automobila se pomi?e prema naprijed. Ako se ne pretjera, time se osigurava bolje prijanjanje prednjih kota?a i rastere?uju se zadnji (prednji kraj lakše prati liniju, zadnji lakše rotira). Tako Mazdin GVC i funkcionira: pri zakretanju volana, sustav prora?unava i smanjuje snagu motora kako bi se ostvarilo usporavanje, tj. prebacivanje težišta prema naprijed. Rezultat za voza?a je nešto viši stupanj sigurnosti, udobnija i manje zahtjevna vožnja, intuitivnije ponašanje (skretanje) automobila.
To su sve povoljni efekti, ali možemo postaviti pitanje kako takav sustav i takvo ponašanje automobila doživljavaju voza?i koji žele rotirati automobil gasom i ko?nicom? Prema konceptu u našoj kulturi poznatom kao tijek (eng. flow) ili zona, obavljanjem zahtjevne aktivnosti za koju imamo potrebne razvijene vještine stavljamo se u stanje visoke usredoto?enosti i zadovoljstva ostvarivanjem rezultata. Možda taj koncept ilustrira zašto bi neki voza?i sustave koji voze umjesto njih, bez obzira na visoku sofisticiranost i finesu izvedbe, vjerojatno doživljavali kao dodatni stupanj posredništva izme?u voza?a i automobila, umjesto povezivanja voza?a i automobila. Ipak, SkyActiv program znatno je postignu?e, pogotovo jer je tržišno održiv; brojna su tehnološki zanimljiva postignu?a nažalost ostala na papiru ili, u boljem slu?aju, u tehni?kim muzejima. S daljnjim razvojem SkyActiv-X motora možemo o?ekivati i povratak jednog takvog postignu?a koje je Mazda usavršila i ponudila za cestovnu uporabu – Wankelovog motora. No, prije Wankela, pod haube novih Mazdi do?i ?e redni šestcilindarski motor.
Zašto ne twin spark?
Brojni proizvo?a?i su koristili motore s dvije svje?ice po cilindru, a vjerojatno je najpoznatiji Alfa Romeo koji je Twin Spark stavljao i u oznake svojih modela/motora. U putni?kim automobilima takvo se rješenje koristi uglavnom radi ostvarivanja potpunijeg izgaranja smjese. Trka?e Mazde s Wankel motorima (pobjeda na Le Mansu 1991.) koristile su i po tri svje?ice po komori (upravo da bi se osiguralo bolje izgaranje, pogotovo u specifi?no izduženoj komori takvog motora). Mazdin Skyactiv-X ne treba dvije svje?ice jer bi to narušilo geometriju prostora komore za izgaranje: jedna svje?ica i njeno iskrenje je dovoljno za inicijalno paljenje smjese, a na koncu je i motor lakši i težište mu je niže.
