Mazda-motor for nørder

Det er det nærmeste vi kommer en af de helt store hemmeligheder ved den nye Mazda motor. Hvordan har man udformet selve forbrændingskammeret, så de store mængder luft kan hvirvle rundt langs kanten uden at blande sig med en begyndende forbrænding midt i cylinderen?

Traditionel 4-cylindret med 190 HK og længere end 20 km/l målt efter den snart forældede ECE-norm. Ingen traditionel turboladning, men alligevel en meget smidig og momentstærk motor, som har flot kraftoverskud fra lave omdrejninger i 6. gear.

Mazdas motor er en lean-burn motor. En ægte Lean-Burn – nu med stort, for den er mere end de forsigtige forsøg, vi har set fra mærker som Ford og Toyota, der har kørt med et luft-benzin blandingsforhold på 21:1 hos Ford og 23:1 hos Toyota når det gik rigtig højt, og det kan bedst beskrives som en halv lean-burn motor.

Det er et meget let svinghjul der er sat på den nye Skyactive-X motor. Let svinghjul, – hurtigt op i omdrejninger, og hurtigt ned igen.

Mazda kører som helt almindelig benzinmotor med 14,7:1, som er det officielle stoichiometiriske tal for blandingsforholdet, og det er sådan den kommende Skyactive-X kører, når man starter bilen en kold morgen, eller giver fuld gas med høje omdrejninger.

Resten af tiden kører man med Lambda 2 eller Lambda 3. Det betyder en luft-benzin blanding på 30:1 og op til 50:1 oplyser Mazda, og hvordan løser man den opgave?

Tårnhøj kompression

Hemmeligheden er en motorkonstruktion, hvor man øger motorens grundkompression, som i forvejen er meget høj. Mazda har de senste år kørt med en kompression på 14:1 på deres benzinmotorer, det er højere kompression end på en formel-1 maskine, og man gør det med helt almindelig oktan 95.

Den nye motor kører med 16:1 i kompression, og det betyder, at motoren er meget tæt på at selvtænde som en dieselmotor. Når bilen kører helt optimalt i Lambda 3, kan den i perioder køre som en dieselmotor med selvtænding, men der er selvfølgelig et tændrør i motorrummet, et nyt tændrør der er meget slankt, for at kunne komme fordi de store ventiler og ned i toppen af forbrændingskammeret, hvor tændrøret sidder i midten.

Forskudt fra midten sidder benzindysen, der sender benzin ind i kammeret af to omgange. Først en meget beskeden mængde meget fed blanding brændstof, der får en gnist fra tændrøret, men det er en meget lille mængde benzin der antændes, og der er meget lidt ilt omkring flammen, så den lille brændende kugle i kammeret, fungerer som en slags vågekone,, som vi kender fra en gasbrænder.

Kompressoren fylder godt op på siden af motoren.

På det tidspunkt hvor man ønsker forbrænding og eksplosion, er den store mængde luft i udkanten af kammeret ved at være trykket godt og grundigt sammen med de 16:1, samtidig kommer den større og afgørende mængde benzin i en tæt tåge fra højtryksdysen, der kører med væsentligt højere tryk end dagens benzindyser, – dog ikke så højt tryk som på dieselmotorer, oplyser Mazda, og alt efter køremåde, vægt på bilen, modvind, ned ad bakke, hastighed og alle andre forhold der har betydning for kørsel, varierer luft/benzinblandingen fra det helt almindelige, men det meste af tiden kørte vi i Lambda 2 mode, og i kortere perioder var der lys i alle tre grønne lamper, hvilket betyder Lambda 3, som er 45:1 eller bedre.

Lave temperaturer

Under normale vilkår ville det betyde en uhørt mængde udledte NO-x’er, men ikke i Mazdas nye benzinmotor. Tricket hedder lav forbrændingstemperatur, og det Mazda betegner som Swirl, – en sand hvirvel eller tornado rundt langs kanten i forbrændingskammeret, og en forfærdelig mængde luft der sendes ind i systemet via en kompressor, som udelukkende skal sende bunkevis af luft til forbrænding gennem indsugningsventilerne, der har usædvanligt lange åbningstider.

Indsugnings- eller det er jo kun luftventilerne – er stort set kun lukket når der sker forbrænding og udlukning af udstødningsgas, resten af tiden er der åbent, og det er denne store mængde luft og dens cirkulering i kammeret, der nedsætter temperaturen på forbrænding så meget, at der ikke produceres NO-x på normalt niveau.

NO-x’er opstår ved høje temperaturer, og kan man nedsætte temperaturen, kommer der kun få eller ingen NO-x’er, så det er helt afgørende grader det handler om, for den største del af den atmosfæriske luft er kvælstof (N) – en mindre del er ilt (O), så det gælder om at sende kvælstof så uskadt gennem systemet som muligt.

Avanceret programering

Mazdas kompressor fylder godt op på siden af motoren, den trækkes med rem fra krumtappen sammen med alt det andet på forsiden af motoren, og så har Mazda også formået at få plads til en lille censor inde i selve forbræningskammeret, og det er denne indvendige (banke) censor, der er nøglen til den komplicererde motorstyring, som endnu ikke er helt på plads.

Systemet der flytter benzin fra tank til forbrænding er en kopiering af common-rail systemet.

Da Bursd.com kørte i Mazda Skyactive-X som prototype, kunne vi lokke bilen til korte glimt af tændingsbanken, – det ved vi godt, lød meldingen fra Mazdas udviklingsfolk, men vi har fjernet det meste, og nu mangler vi kun det absolut sidste, så motoren kan være helt klar i 2019.

Det vi ikke kan se eller ved meget om, er udformning af selve forbrændingskammeret. Stempel og topstykke har en form, der holder luftstrømmen ude i kanten i hele kompressionsfasen, der må ikke komme for meget ilt til det vi kalder ”vågekonen”, den skal ligge og lure med den lille svovlstik indtil det helt rigtige øjeblik.

Common-rail-benzin

En anden detalje på den nye benzinmotor er lidt dieselteknik. Øverst på motoren er de fire brændstofrør forbundet til de enkelte dyser fra en fælles slags benzintank, der står under konstant tryk fra pumpen. Det er common-rail systemet, der benyttes til benzinmotoren, det sikrer, at benzintrykket på de enkelte dyser altid er det samme på alle fire, og jævnt benzintryk er med til at give helt jævn motorgang, og der er ingen krav til særligt højt oktantal. Mazda Skyactive-X kører med almindelig oktan 95 i Europa, i USA kan den stilles til at køre med 91 eller dårligere. Motoren med den meget voldsomme gennemstrømning af almindelig luft, er også en lav-oktan motor.

Mazda kalder den nye teknik for SPCCI. Det er en forkortelse af SPark-Controlled Compression Ignition.

To grønne lamper betyder, at motoren – her i tomgang – kører lean-burn mode, hvilket svarer til en blanding af luft og benzin i et forhold, der ligger omkring 30:1. Det avancerede frisk-luft system bliver ekstraudstyr på den næste Mazda3.