Mazda 3 on nüüdseks viinud koju nii Maailma naiste aasta auto 2019 tiitli kui ka Eesti aasta auto 2020 kuldse karika. Oma osa võidukates finišites on uudsel SkyActiv-X jõuajamil, mis uue “kolme” kapoti all tuksudes annab lootust, et sisepõlemismootorite aeg päris ümber ei ole veel saamas.
Käesoleva aasta suvel esitles Mazda uut SkyActiv-X sisepõlemismootorit, mis ühendab endas kahe tuntuima mootoritüübi head omadused. Naljatamisi on seda nimetatud ka mootorite “Pühaks Graaliks”.
Sisepõlemismootoritega on läbi autonduse ajaloo tehtud igasugu vigureid, aga ei ükski nende omaaegsetest väljamõtlejatest ei osanud undki näha, kui keeruliseks suudetakse asjad XXI sajandil ajada.
Nikolaus Otto, Gottlieb Daimler ja Wilhelm Maybach patenteerisid 1876. aastal neljataktilise ottomootori ning 16 aastat hiljem arendas Rudolf Diesel survesüütega mootori, mida me tänapäeval diiselmootorina tunneme.
Aastakümneid on üritatud neid kahte mootoritüüpi adekvaatselt ühendada, kuid seni edutult. Mercedes-Benz eksperimenteeris aastaid SkyActiv-X sarnase mootoriga, aga ei suutnud protsessi tööle saada.
Aastal 2019 on meil lõpuks revolutsioonihõnguline Mazda SkyActiv-X, mis kahe – pealtnäha erineva ent muidu nii sarnase – mootori tööpõhimõtted on ühendanud, ja tundub, et see on esimene kord 143 aasta jooksul, kui asjast ka asja on saanud.
Mazda ja hullavad insenerid
Mazda on erinevaid eksperimente jõuallikatega varemgi teinud, meenutagem kasvõi rootormootorit, mis 1963. aastast 2012. aastani eri variatsioonides Mazda mudelitel figureeris. Rootor- ehk vankelmootorit on proovinud juurutada teisedki tootjad, tuntuimaks sai sellega aga Mazda.
Võtame või sportliku Mazda RX-8, mille vaid 1,3-liitrise töömahuga Renesis-vankelmootor arendas kuni 240 hj võimsust ning mille pööretepiirik sekkus alles 9000 mootoripöörde juures. RX8 toodeti 2003-2012, seega võib mõnda isendit siiani sõitmas kohata.
Vankelmootor oli ebatraditsiooniline ja põnev lahendus, mis võimaldas rajal häid ringiaegu sõita, kuid mootorite tihtipeale alla 100 000 km jääv eluiga ning suurevõitu kütusekulu ei pannud huvilisi rõõmust hõiskama.
Möödub kümnend ja Mazda tuleb suurema kärata välja uue SkyActiv-X mootoriga, mille olemuse mõistmiseks peab tavakasutaja positsoonist ehk rooli tagant välja astuma ja inseneeria sügavustesse sukelduma. Lihtsalt sõites ei pruugigi aru saada, kui teistsugune on see ajam, mis kapoti all vaikselt oma tööd teeb.
Olgu siinkohal ka öeldud, et olenemata sarnastest nimedest ei ole uuel SkyActiv-X ning selle eelkäija SkyActiv-G mootoritel muud ühist peale selle, et mõlemad on bensiini tarbivad sisepõlemismootorid.
Kummutada tuleb ka (Eesti autoajakirjanike ja turundajate seas) laialt levinud eksiarvamus, et SkyActiv-X puhul on tegu vabalthingava ajamiga: see on väikese mehaanilise ülelaaduriga mootor.
SkyActive-X on bensiinimootor, mis tootja sõnul kombineerib otto- ja diiselmootori parimad omadused ning on kõigele lisaks ka mahehübriid.
Uus mootor peaks pakkuma diiselmootori ökonoomsust, suurt pöördemomenti ning samal ajal ka pööretemaia bensiinimootori käiguühtlust, kiiremat soojenemist, vaiksemat töömüra ja kasutusomadusi.
Sisepõlemismootorid ei kao niipea
Ettevõtte president Masamichi Kogai sõnul vaatab ettevõte kasvuhoonegaasidest mürgitamata tulevikku. Ent elektriautodele üleminekus Mazda pääseteed ei näe, vähemalt mitte seni kuni kogu energiat ei toodeta tuulest, veest, päikesest.
Loomulikult toob ka Mazda turule elektriautod ja hübriidid, piirkondadesse, kus ühiskond ja taristu on selleks valmis, aga vähemalt aastani 2035 jääb Mazda hinnangul lõviosa (85%) transpordisektorist liigutavaks jõuks ikkagi sisepõlemismootor.
Mazda keskkonnapoliitika on suunatud elukvaliteedi kasvatamisele ning heitmeid vaadatakse põhimõttel “well-to-wheel.”
Teisisõnu vaadatakse suurt pilti ja püüeldakse selle poole, et vähendada heitmeid kogu toote elutsükli jooksul: valmistamisel, transportimisel, kütuse tootmisel ja kasutamisel, autode puhul ka nendega sõitmisel.
SkyActiv-X on selle julge plaani üks osa. Suur plaan näeb ette vähendada toodete elukaarel süsinikuheitmeid 50% võrra aastaks 2030. Aastaks 2050 peaks ettevõtte heitmed olema vähenenud 90%.
Kuidas see täpsemalt toimub, näitavad lähiaastad. Mazda püüdleb heitmevabamate ja ökonoomsemate autode suunas ning kahe alternatiivse tehnoloogia – diisel- ja bensiinimootori parimate omaduste ühendamine uudsel moel võib olla samm õiges suunas.
Suurem surveaste, suurem efektiivsus
Silindri surveastme tõstmist termoefektiivsuse tõstmise vahendina ehk bensiinimootori peamiste puuduste kõrvaldamise abinõuna teatakse juba ammu: surveaste tõstmine muudab põlemisprotsessi efektiivsemaks ja suurendab pöördemomenti, samal ajal on kütusekulu väiksem.
Kuid praktikas ei ole see niisama lihtne – tõstes bensiinimootoriga auto silindrites surveastet, võib kütusesegu ise süttida ehk plahvatada kontrollimatult liiga vara.
Suurem surve tõstab kütusesegu temperatuuri ja see süttib enne, kui kolb on ülemisse “surnud” seisu jõudnud ja alla liikuma hakkab. Teisisõnu – võib tekkida detonatsioon, mis mootori lõhub.
Surveastme tõstmisest tekkivate probleemide seljatamine kaasaegse raalimistehnika abiga ongi võtmeküsimus kahe mootoritüübi positiivsete omaduste ühendamisel.
Eelmise generatsiooni SkyActiv-G mootoris tõsteti silindri surveaste tol ajal bensiinimootorite jaoks rekordilise suhteni 14.0:1.
See andis tavalise mootoriga võrreldes umbes 15% suurema pöördemomendi madalatel ja keskmistel väntvõlli pöörlemiskiirustel. Detonatsiooniriski vähendati 4-2-1 skeemiga väljalaskekollektoriga ja sissepritsesüsteemi parendustega.
SkyActiv-X puhul on veel samm kaugemale mindud ning silindri surveaste tõstetud koguni 16.3:1ni. Sealjuures diiselmootoritel jääb vastav number vahemikku 15-20.
Tulemuseks on kaheliitrise töömahuga 4-silindriline bensiinimootor, mis arendab 180hj 6000 mootoripöördel ning tõukab autot 3000 rpm juures edasi 224Nm pöördemomendiga.
SkyActiv-X tarbib tavalist mootoribensiini WLTP-meetodil mõõdetuna 5,4-6,9 liitrit / 100 km kohta ning heidab atmosfääri süsihappegaasi 122-157 g/km kohta.
Õhku aitab paremini ja rohkem silindritesse pressida väike mehaaniline kompressor. Mootorit assisteerib veel ka mahehübriid, kus elektrimootor-generaator aitab ära kasutada kineetilist energiat.
Milleri tsükli kasutamine vähendab kadusid ning GPF ehk bensiinimootori tahmaosakeste filter hoolitseb selle eest, et summuti oleks ka seest poolt puhas ning et autoomaniku elu keerulisem oleks.
See viimane, muide, ei ole Mazda eripära vaid ikkagi keskkonnanõuete ike ja GPF nimeline ikaldus on tasahilju imbunud kaasaegsete autode varustusse.
Kuidas see vastu peab?
Mazda rootormootorite suhteliselt lühikese eluea probleem on üldteada ning seepärast esitas Anthony Alaniz portaalist motor1.com vastavasisulise küsimuse valdkonna juhile Eiji Nakai’le.
Nakai sõnul on uue mootori ehitamine küll kallim, kuid selle hooldamine ega remont ei ole kallimad kui tavalisel bensiinimootoril.
Mehe sõnul on Mazda mootori ehitanud nii, et see töötab nagu tavaline mootor, vaid heitgaasid on puhtamad, võimsus suurem ning kütusekulu väiksem.
Kuigi diiselmootori ja ottomootori tehnoloogiate kokku panemine ühte mootorisse teeb mootori tehniliselt palju keerukamaks ning kütusesegu süütamine survega koormab mootori sisemisi sõlmesid rohkem, on seda uudset jõuallikat välja töötades arvesse võetud.
Inglise keeles on tore väljend, mida otseselt ei ole võimalik tõlkida ilma toredust kaotamata: “Mazda beefed up their strength”.
Teisisõnu ei ole võetud lihtsalt mingit olemasolevat mootorit ja sellele imelikke asju külge pandud, vaid mootor ja selle detailid on spetsiaalselt selleks tarbeks ehitatud ja tugevamad.
Kõlama jääb seisukoht, et Mazda SkyActiv-X-ga auto ostjad ei peaks vastupidavuse pärast muretsema, kuigi vastust küsimusele, mis juhtub, kui mõni põlemiskambris plahvatusi jälgivatest anduritest rikki läheb või kui ülikiirel, iga plahvatust jälgival ja juhtival protsessoril novembrikuise otsatu niiskuse ja jaheduse ajal tuju ära läheb, ei pakuta. Aga küllap sellele on mõeldud.
Teoreetiliselt on 2-liitrise töömahuga ajam, millesse surub lisaõhku väike mehaaniline ülelaadur, vastupidavam kui väikese töömahuga ja kõrget ülelaaderõhku kasutav jõuallikas. Eriti kui see on “beefed up.”
Märgilise tähendusega on Mazda uurimistöö ja arengu valdkonna inseneri Jay Cheni poolt öeldu: “Alles nüüd on meil olemas piisavalt kiired protsessorid, et kütusesegu süttimist silindris kontrollida. Iga plahvatust tuleb eraldi kontrollida.”
Lause, mis jääb esialgu muu infohulga varju mitte üksnes ei ava SkyActiv-X mootori toimimise tagamaad vaid seletab ammendavalt ära ka selle, miks varasemad katsed kahte mootoritüüpi ühendada ei ole õnnestunud.
Sädemega kontrollitud survesüüde
Bensiinidiiselmootori või survesüütega bensiinimootori või Skyactiv-X mootori hing on kütusesegu süütamise, süttimise ja põlemise kontrollimise protsess, mida Mazda nimetab SPCCI-ks (Spark Controlled Compression Ignition).
SPCCI töötab peaaegu kõikides mootori töörežiimides, välja arvatud külmkäivituste ajal, sellele järgneval n-ö soojenemise ajal ning väga suurtel koormustel. Neil tingimustel toimib SA-X nagu sädesüütega ottomootor.
Tavakasutaja ei saa mootori töörežiimi muutumisest aru muidu, kui näidikult vaadates, kas SPCCI on aktiivne või mitte. Ja terava kõrvaga teadlik juht saab mootori tööhääle muutumisest aru.
Tühikäigupööretel töötab SkyActiv-X vaikselt nagu tavaline bensiinimootor. Kergemal koormusel kiirendades on mootorihääles võimalik ära tunda diiselmootorile iseloomulikku nooti, mida võib võrrelda ka boksermootori tööhäälega.
3000 rpm juures, ehk maksimaalse pöördemomendi saavutamisel on diiselmootorlik noot kuuldavam ja sellest kõrgematel pööretel “laulab” SkyActiv-X jälle nagu bensiinimootor.
Kui mootor töötab SPCCI režiimis, lastakse silindrisse sisselasketakti ajal väga lahja kütusesegu. Survetakti ajal pihustatakse vastavalt vajadusele täpselt süüteküünla juurde ülipeent, pea atomiseeritud “kütuseauru,” millest sünnib kolvi kohal olevasse kütusesegu pilve rikkama koostisega südamik.
Kui survetakti lõppedes süüteküünal sädeme annab, süttib rikkama koostisega südamik, mis kasvatab survet põlemiskambris sedavõrd, et südamikku ümbritsev lahja kütusesegu süttib nagu diislikütus diiselmootoris.
Kõige lihtsam on erinevust kirjeldada nii: tavaliselt on silindris kütusesegu pilv, mis süüteküünla juures süttib ja plahvatus levib süttimise kohast väljapoole.
Survesüütega mootoris aga süttib kütusesegu igas põlemiskambri punktis samaaegselt: põlemine on oluliselt kiirem.
Sädemest süttinud plahvatus levib ülikiiresti, aga ikkagi levib: kujutage ette, kuidas süütamisel levib leek piki bensiiniga maha veetud joont nagu mööda süütenööri.
Et kiirema ja ühtlasema põlemise kasu oleks arusaadavam võib põhimõtte illustreerimiseks mõelda sellele, kui kiiresti kolb mootoris edasi-tagasi kihutab.
Selle illustreerimiseks: kui mootor töötab 6000 pöördel minutis, siis käib kolb igas sekundis üles-alla 100 (sada!) korda, ja selle sekundi sisse mahub omakorda 50 kütusesegu plahvatust igas silindris.
SkyActiv-X Mazda 3 aiste vahel
Möödunud suvel sõitsin uue Mazda 3-ga esimest korda ning auto võlus nii koostekvaliteedi, materjalivaliku kui ka üldise esmaklassitunnetusega. Välimusest rääkimata. BMW-l kannad valutavad!
Uut SkyActiv-X mootorit sain proovida Mazda-3 luukpäraversiooniga. Nõrga hääletooniga ning mikroskoopilise töömahuga turboülelaetud ametivendade kõrval mõjub SkyActiv-X mootoriga Mazda väga värskendavalt.
Vedrustus võiks olla pereautol pehmem, aga sportlikud ning kardiliku juhitavusega autod on tänapäeval moes ning selles osas moevooluga kaasas käimist ei saa Mazdale küll ette heita.
Mazda 3 ei ole selgavirutavalt kiire, aga lõppkokkuvõttes jõuab see paigalt kiiruseni 100 km/h automaatkastiga 8.6 sekundiga, mis on igapäevaelus igati adekvaatne kiirendus.
Kiirendus on ehk subjektiivne asi, kuid üsna keeruline on jääda eriarvamusele SkyActiv-X mootori kiirenduse ja jõu ühtluse ning sõitmise sujuvuse osas. Pean silmas mootori tööd läbi kogu pööretevahemiku.
SkyActiv-X on kogu keskkonnasäästu ja uudse kombo kõrval säilitanud vana hea vabalthingava bensiinimootori rahulikkuse-sujuvuse ja laia väntvõlli tiirlemise pööretevahemiku.
Oma osa sujuvusest lisab kindlasti ka mootorit rihmülekandega toetav mahehübriidne elektriajam. SkyActiv-X eristub enamikest mikromootoritest sellega, et “tõmme” on pea ühtlane kuni piiriku rakendumiseni.
Esmaklassiline väike-keskklass
Mazda 3 ja SkyActiv-X mootori kombinatsiooniga sõitmine on igas olukorras pingevaba ja mugav. Eesti Aasta auto 2020 sõidupäeva lõpul manas pardakompuuter Mazda 3 SkyActiv-X kütusekuluks 7,3 liitrit saja kilomeetri kohta.
Pikemal proovisõidul saime tulemuseks alla 6 liitri 100 km kohta. Ökosõiduvõtteid ja suve rakendades võiks ju isegi alla 5 liitriga hakkama saada?
Väike-keskklassi autode seas ei ole see ju teab-mis-öko tulemus, kuid “traditsiooniline ridaneli” kaheliitrine, mis suudab kütusekulus võistelda kaasaegsete üleforsseeritud turbomootoritega, on igati tubli saavutus.
Kui siia juurde lisada veel bemmi ja mitme teise esmaklassiauto kannavalu, võiks Mazda 3 julgelt soovitada nii sõbrale kui iseendale järgmiseks mõnusaks pereautoks.
SkyActiv-X mootoriga Mazda 3 hinnad algavad napilt 25 000 euro alt, kõik kellad ja viled saab umbes 31 000 euro eest. 2000 lisaeuro eest on valikus ka nelikvedu.
Pildid: Ylle Tampere
