Czy rzeczywiście wszystko zmierza w kierunku elektryfikacji, a tradycyjne jednostki spalinowe odchodzą do lamusa? Dostajemy coraz więcej znaków, że wcale nie. Tym razem wieści dotarły do nas prosto z japońskiej Hiroshimy, gdzie inżynierowie Mazdy pracują nad czymś, co wygląda na próbę odwrócenia tego trendu. Zamiast żegnać się z benzyną, chcą ją udoskonalić do tego stopnia, by silnik w serii Skyactiv nie tylko był czystszy, ale wręcz poprawiał stan atmosfery. Brzmi jak marzenie? Być może, ale Mazda ma już za sobą kilka technologicznych przełomów, które inni uznali za niemożliwe.
Czytaj też: Szef BMW M ostro o klasycznym elemencie samochodów. Czy to zapowiedź końca?
Celem jest stworzenie jednostki napędowej o ujemnym bilansie emisji dwutlenku węgla. Ambitny projekt zakłada, że samochód mógłby podczas jazdy usuwać dwutlenek węgla z powietrza. Jest to wizja, która mocno odbiega od głównego nurtu, ale pokazuje, że japoński koncern nie zamierza tak łatwo zrezygnować z technologii, którą zna najlepiej. Skupiając się na doskonaleniu silnika spalinowego, Mazda próbuje znaleźć własną, alternatywną drogę do zeroemisyjności.
Podstawowy problem. Odwieczny dylemat benzyny i diesla
Klasyczne silniki benzynowe i wysokoprężne od dziesięcioleci dzieli przepaść. Benzyna oferuje precyzyjną kontrolę mocy dzięki iskrowemu zapłonowi, jednak jej wadą jest niska efektywność termiczna, bo duża część energii z paliwa marnuje się jako ciepło. Z kolei diesle są pod tym względem znacznie wydajniejsze, ale ich piętą achillesową są emisje tlenków azotu i cząstek stałych. Pracują też na znacznie uboższej mieszance paliwowo-powietrznej. Poszukiwaniem istnego Świętego Graala, czyli połączenia zalet obu rozwiązań, inżynierowie z całego świata zajmowali się przez lata, a główną przeszkodą była nieprzewidywalność procesu spalania w silnikach o zapłonie samoczynnym. Mazda pokazała jednak, że “się da”, rozwijając swoją rodzinę silników Skyactiv.
Skyactiv-G i rewolucyjne SPCCI
Prace Mazdy nad nową generacją jednostek rozpoczęły się na dobre w 2010 roku od wprowadzenia silników Skyactiv-G. Były to konwencjonalne, ale zaawansowane konstrukcje benzynowe o wysokim stopniu sprężania, sięgającym nawet 14:1. Równolegle firma rozwijała także czystsze wersje diesla, oznaczone jako Skyactiv-D. Prawdziwy przełom przyniosło jednak opracowanie autorskiej technologii SPCCI, czyli zapłonu samoczynnego sterowanego iskrą.
W SPCCI inżynierowie znaleźli sprytny sposób na kontrolowanie momentu zapłonu w silniku pracującym na bardzo rozrzedzonej mieszance. Działa to tak, że system wtryskuje niewielką ilość bogatej mieszanki wokół świecy, która zapala się od iskry, by następnie zainicjować spalanie w całej komorze. Dzięki temu udało się znacząco podnieść sprawność i obniżyć emisje.
SPCCI da się więc czytać nie tylko jako sprytny trik zapłonu, ale jako próba znalezienia “okna pracy”, w którym da się jednocześnie utrzymać wysoką sprawność i sensowną kontrolę procesu spalania. Mazda od początku podkreślała, że kluczowe jest sterowanie momentem samozapłonu – nie maksymalny stopień sprężania dla samego rekordu. W praktyce to oznacza silnik, który potrafi przełączać się między trybami pracy zależnie od obciążenia, bo w skrajnych warunkach nawet najlepsza koncepcja kompresyjnego zapłonu musi ustąpić miejsca klasycznej, przewidywalnej benzynie.
Skyactiv-X. Krok dalej w ewolucji
Owocem technologii SPCCI stał się silnik Skyactiv-X, który trafił do seryjnych aut w 2019 roku. Jego stopień sprężania sięgnął 16:1, a mieszanka, na której pracuje, jest nawet dwukrotnie uboższa niż w tradycyjnych benzyniakach. Przekłada się to na oszczędność paliwa rzędu 20-30 procent w porównaniu z poprzednią generacją. Chociaż dla wielu firm byłby to powód do zadowolenia, to dla Mazdy to był tylko kolejny przystanek w dłuższej podróży. Skyactiv-X posłużył jako baza do dalszych prac, które mają przygotować jednostkę na nadchodzące, wyjątkowo surowe normy emisji spalin.
Skyactiv-Z, czyli hybryda na rok 2027
Kolejny etap ewolucji ma nadejść w 2027 roku wraz z wprowadzeniem nowego, 2,5-litrowego silnika Skyactiv-Z. Ten zadebiutuje w hybrydowej wersji modelu CX-5 i będzie zaprojektowany z myślą o spełnieniu norm Euro 7. Kluczowymi innowacjami mają być możliwość pracy na jeszcze uboższej mieszance paliwowej, co będzie wspierane przez układ elektryczny kompensujący ewentualne spadki mocy oraz zaawansowaną izolację termiczną. Ta druga ma odzyskiwać energię cieplną, która normalnie jest tracona i wykorzystywać ją do ładowania akumulatora lub napędzania silnika elektrycznego. Konstrukcja ma być na tyle uniwersalna, że posłuży jako podstawa zarówno dla miękkich i pełnych hybryd, jak i potencjalnie jako generator dla samochodów elektrycznych o przedłużonym zasięgu.
Silnik jako oczyszczacz powietrza. Ostateczna wizja Mazdy
Najbardziej futurystyczna część planu Mazdy wykracza poza samą mechanikę. Firma bada możliwości wykorzystania paliw neutralnych węglowo oraz zaawansowanych technologii oczyszczania spalin, bo na przykład z użyciem materiałów zeolitowych. W tej długoterminowej wizji pojazdy nie tylko przestałyby dodawać dwutlenek węgla do atmosfery, ale zaczęłyby go aktywnie z niej usuwać. Zaletą takiego podejścia jest brak konieczności budowy zupełnie nowej infrastruktury ładowania, co jest ogromnym wyzwaniem dla elektromobilności, oraz uniknięcie problemów związanych z wydobyciem rzadkich metali do produkcji akumulatorów.
Czytaj też: Ferrari mini, a cena maksymalna. Rekord Testa Rossy J pokazuje, gdzie uciekły zabawki bogaczy
W przeszłości firma przeprowadziła demonstrację rozwiązania nazwanego “Mazda Mobile Carbon Capture”, w którym porowaty zeolit ma adsorbować dwutlenek węgla ze spalin. Co ważne, to jest wychwyt z wydechu, a nie “z powietrza wokół auta”, a więc nie ostateczny cel producenta. Taki układ może mieć sens jako element drogi do neutralności, a to zwłaszcza w połączeniu z paliwem typu HVO lub innym źródłem węgla o zamkniętym obiegu, ale wymaga jeszcze odpowiedzi na najbardziej przyziemne pytanie: co zrobić później z nasyconym sorbentem, jak często trzeba go regenerować i gdzie trafi tak wychwycony dwutlenek węgla?
Spalinowe samochody oczyszczające powietrze to odległa wizja
Czy ta wizja się ziści? Na to pytanie trudno dzisiaj odpowiedzieć. Pomysł ujemnego bilansu emisji wydaje się na razie odległy. Niemniej, historia Skyactiv pokazuje, że Mazda potrafi konsekwentnie realizować długofalowe projekty, które początkowo wzbudzają sceptycyzm. Podczas gdy większość przemysłu stawia wszystko na jedną kartę, japoński producent przypomina, że w dążeniu do czystszego transportu mogą istnieć różne ścieżki. Skyactiv-Z może nie być ostatnim słowem w historii silnika spalinowego, ale z pewnością czyni ją znacznie ciekawszą.