artikel

Mazda Skyactiv-X: baanbrekende techniek in de praktijk

Techniek 5108

Niet voor het eerst besteedt AMT aandacht aan de Skyactiv-X van Mazda. Je weet wel, de eerste benzinemotor met compressie-ontsteking die je daadwerkelijk kunt kopen.Ondanks een eerdere theoretische uiteenzetting blijft er een vraag over: hoe doet dat SPCCI-systeem het in de praktijk?

De trouwe lezer weet al het nodige over de Skyactiv-X. Dat hij toch niet hetzelfde werkt als een dieselmotor, bijvoorbeeld. Het blijkt namelijk onmogelijk om een benzinemengsel vanzelf te laten ontbranden op het moment dat je dit wilt.

Bij een benzinemotor ontsteek je het mengsel met een vonk, bij een diesel ontbrandt het direct nadat je de brandstof inspuit. Kortom: je hebt de controle. Deze heb je bij zelfontbranding van benzine niet. Niet onder de gevarieerde gebruiksomstandigheden van een personenauto, tenminste. In dit artikel lees je precies hoe dat zit.

Skyactiv-X – hoe zat dat ook alweer?

‘We wilden geen motor maken met extreem dure onderdelen’

Daarom bedacht Mazda SPCCI: Spark Controlled Compression Ignition. Als de benzine niet ontbrandt wanneer jij dat wilt, dan bouw je toch zelf een controlemechanisme in? Bij de Skyactiv-X zijn dat bougies. Deze werken niet alleen tijdens een koude start en bij hoge belastingen, maar geven de gecomprimeerde gassen altijd het laatste zetje.

De kunst zit hem in de meervoudige injectie. Tijdens de inlaatslag wordt een kleine hoeveelheid benzine ingespoten, terwijl er ook twee tot drie keer meer lucht dan normaal naar binnen wordt gepompt. Tijdens de compressieslag wordt dit mengsel sterk samengedrukt.

De compressieverhouding van 16,3:1 is uitzonderlijk hoog voor een benzinemotor en zelfs hoger dan veel diesels, maar nét niet voldoende om dit arme mengsel zelf te laten ontbranden. Doe je dit met een bougie, dan komt er nauwelijks kracht vrij.

Drie keer ontsteking. Boven: reguliere benzinemotor; Midden: reguliere benzinemotor met twee keer zoveel lucht; Onder: Twee keer zoveel lucht, nu met compressieontsteking.

Drie keer ontsteking. Boven: reguliere benzinemotor; Midden: reguliere benzinemotor met twee keer zoveel lucht; Onder: Twee keer zoveel lucht, nu met compressieontsteking.

Naald

Daarom wordt er net na het bovenste dode punt extra benzine ingespoten via een multi-hole injector, zoals je die ook tegenkomt in dieselmotoren. De inspuiting gaat samen met een vonk van de bougie. Door deze laatste toevoegingen explodeert het mengsel. Niet zoals bij een traditionele benzinemotor met een vlamfront, maar ineens.

Mazda vergelijkt het graag met een ballon. Bij een traditionele benzinemotor loopt de energie eruit via het tuitje, de Skyactiv-X prikt er gelijk een naald in. Bam! Meer kracht met minder brandstof. Hoe en waarom? Dat zie je in de video hieronder.


Skyactiv-X: in bovenstaande video zie je – in vogelvlucht – hoe het werkt.

Normale onderdelen

Wat vrijwel nergens vermeld wordt is dat Mazda, ondanks de bijzondere techniek, heel veel ‘normale’ onderdelen gebruikt. Heiko Strietzel, Manager Powertrain van Mazda Motor Europe, licht dat toe. “We wilden geen motor maken met extreem dure onderdelen. De bougies zijn vrijwel hetzelfde als die in een Skyactiv-G.”

En de olie? “We gebruiken een 0W-20, niet heel exotisch. Ook de onderhoudsintervallen zijn niet anders dan bij de Skyactiv-G.” In de basis is het dan ook dezelfde motor, al heeft Mazda nu ook de uitlaatkleppen elektronisch variabel gemaakt. “Bij de Skyactiv-G zijn alleen de inlaatkleppen elektrisch verstelbaar, aan de uitlaatkant is dat hydraulisch.”

 

Supercomputer?

Geen heel bijzondere hardware dus, maar dan moet er toch een supercomputer aan boord zijn om dit systeem te laten werken? “Naar de huidige computer-maatstaven is die computer niet eens zo heel bijzonder meer.

Maar zo’n tien jaar geleden, toen we begonnen met de ontwikkeling van Skyactiv-motoren, was dit onmogelijk.” Wel is het een grafisch krachtige machine. “Hij maakt constant grafische berekeningen en vergelijkt de huidige situatie met vooraf ingeladen computermodellen.”

Hart van de Skyactiv-X is eigenlijk een krachtige computer. Tien jaar geleden was deze techniek nog niet mogelijk geweest.

Supercharger?

In de demoruimte toont Mazda een exemplaar van de Skyactiv-X. Helaas niet opengewerkt, maar we doen het ermee. Opvallend is de duidelijk aanwezige supercharger. “Air Supply Unit”, corrigeert Strietzel glimlachend, maar hij geeft toe dat het in principe een supercharger is. “Niet om extra vermogen te creëren, maar om de grote hoeveelheid lucht die de motor nodig heeft naar binnen te duwen.” Ook opvallend: de gasklep ziet er niet overdreven groot uit. “Hij is wel iets groter dan bij de Skyactiv-G, maar de Air Supply Unit doet het werk.”

Die gasklep staat trouwens vaak ver open, zelfs bij lage belasting. Dat scheelt onderdruk. “Willen we meer of minder vermogen, dan passen we de hoeveelheid brandstof aan. De Air Supply Unit zorgt dan automatisch voor de juiste hoeveelheid lucht.” Als er weinig lucht nodig is, wordt de unit ontkoppeld. Zo draait de motor net wat lichter.

Supercharger? Ja en nee. Mazda noemt het ‘Air Supply Unit’.

Superbenzine?

Voor het eerst in beeld: het uitlaatspruitstuk. Geen spaghetti zoals bij de Skyactiv-G, wat we wel verwachtten.

Voor het eerst in beeld: het uitlaatspruitstuk. Geen spaghetti zoals bij de Skyactiv-G, wat we wel verwachtten.

Als het gaat om de zelfontbrandende eigenschappen van benzine denken we natuurlijk direct aan het octaangetal. Wat is het effect van RON 91 of juist RON 102 tanken op de Skyactiv-X? Strietzel tekent het voor ons uit. “De motor is getest op 95 E10, daar zijn ook de vermogens- en koppelcurve op gebaseerd.

Tank je RON 91, dan komt het koppel net iets eerder vrij, al merk je daar waarschijnlijk niets van. Bovenin vlakt het vermogen eerder af. Hogere octaangetallen zorgen niet voor noemenswaardig betere prestaties. Gewoon 95 E10 tanken, dus!”

Snel en vaak SPCCI

Tijd om die Skyactiv-X voor het eerst te starten. Dit doet hij als een normale verbrandingsmotor, want voor de ‘zelfontbranding’ moet de motor enigszins zijn opgewarmd. Vanaf 40 tot 50 graden koelvloeistoftemperatuur schakelt de motor al over. Start je de auto juist nadat hij in de brandende zon gestaan heeft, dan draait hij ook een normale cyclus totdat de temperatuur in de verbrandingskamers laag genoeg is.

Als de motor op bedrijfstemperatuur is, voel ik hem eens stevig aan de tand. Hij moet toch ergens door de mand vallen? Maar nee, zelfs bij echt lage toerentallen in hoge versnellingen blijft de motor in SPCCI-modus, zoals het centrale beeldscherm laat zien. Alleen bij hogere toerentallen schakelt de motor over naar een andere verbrandingsmodus.

Dit gebeurt niet bij een specifiek toerental, maar blijkt afhankelijk van de omstandigheden. In de eerste versnelling schakelt de gereden Mazda3 pas ver boven de 5.000 tpm over, in de tweede en derde versnelling is dit rond de 4.500 tpm.

De gele cirkels geven de zwarte druksensoren aan.

De gele cirkels geven de zwarte druksensoren aan.

Onmerkbaar

We doen echt ons best om de overgangen van SPCCI naar normale verbranding te voelen, maar het lukt niet. Overschakelen hoeft ook niet altijd, want Mazda heeft diverse manieren in huis om de verbrandingsdruk te beheersen. De belangrijkste controlefactor is de EGR.

Daarmee kan zuurstofarme lucht worden toegevoegd aan de inlaatlucht. Daardoor wordt de ontbranding minder heftig, zodat de motor ook in de SPCCI-cyclus kan blijven draaien als het even moeilijk wordt.

Skyactiv-X is geen diesel

Onderweg betrappen we de Skyactiv-x niet op dieselkarakter. Hij klinkt, ook bij doortrekken, niet als een zelfontbrander en geeft bij lage toeren niet de kenmerkende ‘koppelduw’. Voor maximale prestaties moet je, zoals bij elke atmosferische benzinemotor, echt even doortrappen.

Belangrijker voor alledaagse ritten: de motor komt heel soepel en verfijnd over. Geen gebrom bij lage toeren, zelfs niet bij té lage toeren, en geen luide keel wanneer je het aantal omwentelingen van de krukas opvoert.

Zie je dit plaatje, dan heb je te maken met de krachtigste Mazda 3.

Sparen door schakelen

Naast de innovatieve SPCCI-techniek heeft Mazda ook een 24v mild hybride-systeem ingebouwd. Hiermee wordt de auto bij gebruik van het stop-startsysteem geruisloos herstart. Toch is er ook een reguliere startmotor. “Om de spanning op de riem te beperken. Ook gebruiken we de startmotor voor een stukje feedback. Mocht de bestuurder de auto per ongeluk laten afslaan, dan hoort hij nu duidelijk dat deze opnieuw gestart is. Met de B-ISG zou hij dat niet horen, wat verwarrend kan zijn”, aldus Heiko Strietzel.

Mazda heeft nog een noviteit: rev-matching bij opschakelen. Hierbij remt de elektromotor de verbrandingsmotor snel af wanneer de bestuurder opschakelt, zodat de koppeling geen verschil in toeren hoeft op te vangen. Tegelijkertijd genereert de elektromotor stroom, dat wordt opgeslagen in de accu. Het werkt verbazend goed: opschakelen gaat echt sneller en soepeler.

Mazda gebruikt de starter-generator om stroom te genereren tijdens opschakelen.

Mazda gebruikt de starter-generator om stroom te genereren tijdens opschakelen.

Superverbruik?

Dan de hamvraag. Leidt al die bijzondere techniek tot een bijzonder laag benzineverbruik? Nou, dat kunnen we lastig beoordelen. Mazda organiseerde deze introductie namelijk in Bulgarije. De drukke hoofdstad Sofia vereist een ‘assertieve’ rijstijl en de bergen eromheen helpen ook niet mee. In het vlakke Nederland verwachten we dat de techniek veel beter tot zijn recht komt.

Mazda is er eerlijk over. “Een stevige rijstijl leidt, net als bij elke motor, tot een stevig verbruik. Het voordeel ervaar je bij een normale rijstijl. De motor kan dus krachtig zijn of zuinig, maar niet tegelijkertijd.” Dat blijkt. Na een rustigere rit met minder bergen en meer constante snelheden geeft de boordcomputer 1 op 18,8 aan. Dat is dan weer veelbelovend, zeker voor een motor met 180 pk.

Reageer op dit artikel