Mazda je již dlouho automobilkou, která jde svou vlastní cestou a hledá neobvyklá řešení obvyklých problémů. Tradičně je jí tak poměrně cizí třeba downsizing, snížení emisí dosahuje Mazda zvýšením efektivity svých motorů a také důrazem na nízkou hmotnost aut. I na poli elektromobilů jde svou cestou, když se třeba u modelu MX-30 nežene za maximálním dojezdem. K tomu je tu historické koketování s jinak zatracovaným Wankelovým motorem a je na první pohled jasné, že se Mazda experimentů a nestandardních řešení nebojí.
Je proto i možná s podivem, že si Mazda uchovává svou nezávislost, byť se před časem přeci jen blíže propojila s Toyotou, to aby automobilky lépe rozložily náklady na vývoj elektromobilů, jejichž výrobě se i přes svůj dlouhodobě spíše skeptičtější postoj nevyhnou. Určitý příklon k elektromobilům ovšem neznamená, že Mazda nehledá další řešení pro budoucnost. Ostatně se stále spekuluje o možném návratu Wankelu (byť možná právě jako generátoru pro elektrickou trakci). A jednou ze stále docela čerstvých technických novinek Mazdy je motor Skyactiv-X, který v určitých režimech umožňuje takzvané vznětové spalování homogenní směsi (HCCI).
Zjednodušeně řečeno, motor Skyactiv-X při nízkém zatížení sice spaluje benzin, ale na principu vznětového motoru – směs se tedy vznítí sama, nezažehne ji svíčka.
Právě tento princip je pak důležitou součástí patentu, který před časem odhalil americký magazín Motortrend. Patent je neobvyklý v tom, že kromě onoho vznětového spalování, od kterého svět od doby aféry Dieselgate horečně ustupuje, využívá dvoudobý spalovací cyklus, ke kterému se automobilismus po socialistické éře trabantů a wartburgů i přes velký posun v této technologii nikdy v praxi nevrátil.
A k tomu je tu přeplňování kompresorem, které je dnes v autech vidět opět spíše výjimečně, většinou se totiž uplatňují turbodmychadla, jež jsou považována za efektivnější řešení.
Dvoutaktní motorBěžný čtyřtaktní spalovací motor, kde se postupně v cyklu střídají fáze sání, komprese, expanze a výfuku provede jeden pracovní cyklus na dvě otáčky klikové hřídele. Dvoutaktní motor ovšem totéž zvládne během jedné otáčky (tedy dva zdvihy pístu) a to díky tomu, že v něm v podstatě probíhají vždy dvě fáze cyklu najednou. Základní princip je velmi jednoduchý. Píst motoru slouží u nejjednodušších dvoutaktních motorů zároveň jako jakýsi šoupátkový ventil, který otevírá a zavírá dvojici kanálů, které se starají o přívod čerstvé směsi a odvod spalin. Když píst stlačuje ve válci směs určenou k zažehnutí, zároveň je pod píst do prostoru klikové skříně nasávána čerstvá směs. Když zapálená směs hoří a píst je stlačován směrem k dolní úvrati, tlačí spodní strana pístu skrze kanál čerstvou směs ze skříně do spalovacího prostoru. V určité fázi dojde k otevření výfukového a sacího kanálu a čerstvá směs pomůže z válce vytlačit tu spálenou. Moderní řešení jsou složitější a používají pokročilejší ventily, přímé vstřikování paliva a další techniku. Přesto se dvoutaktní spalovací motory v automobilech nebo nákladních vozech v současnosti šířeji neuplatňují. Ve dvoudobém cyklu ale typicky pracují například obří lodní vznětové motory. |
Dvoudobý motor se vznětovým spalováním benzinu a přeplňováním kompresorem, který si Mazda patentovala, je ovšem pozoruhodný kousek techniky. Zjednodušeně řečeno je to motor Skyactiv-X přeučený na práci v dvoudobém spalovacím cyklu. Ve skutečnosti je to poněkud složitější, ale o to technicky zajímavější.
Základem je klasický dvoudobý motor, který má oproti čtyřdobým tu výhodu, že pracovní cyklus proběhne během jedné otáčky klikové hřídele namísto dvou. To znamená vyšší hustotu výkonu. Motor ovšem nemá tradiční sací a výfukové porty, které by svým pohybem odkrýval a zakrýval píst. Namísto toho má agregát vlastně klasickou hlavu válců s běžnými sacími a výfukovými ventily, které mají variabilní časování a jsou poháněny tradičně rozvody jako u běžného motoru. O plnění válce se pak namísto pohybu pístu stará právě kompresor, kterým je motor osazen – a to je i hlavní důvod, proč je tu kompresor a nikoli turbodmychadlo. Kompresor dodává tlak v přímé úměře k otáčkám motoru, takže tlak roste plynule a plnění válce má v podstatě konstantní průběh – na rozdíl od turbodmychadla, kde vždy dochází k určité prodlevě.
Plnění kompresorem umožňuje to, že může mít motor i klasické mazání – nedochází tu totiž k „výplachu“ klikové skříně vzduchem či směsí vzduchu s palivem jako u běžných dvoutaktů. Toto je v podstatě princip, na kterém se snažila dvoutaktní motory modernizovat celá řada firem, nicméně do automobilů se neprosadilo.
Specifikum patentu Mazdy je mimo jiné v tvarování a směru sacích a výfukových kanálů – sání je téměř vertikální, zatímco výfukový kanál se rychle stočí do téměř horizontální pozice. To má v kombinaci s již zmíněným proměnným časováním ventilů umožnit snadný výplach a plnění válce a také onen provoz v HCCI režimu.
Celý cyklus funguje následovně: když je směs ve válci zažehnuta (nebo se sama vznítí), píst míří dolů a odvádí svou práci. V určité fázi ještě před dolní úvratí se může otevřít výfukový ventil a spálená směs začne z válce unikat, někdy kolem tohoto momentu (v závislosti na aktuálně zvoleném časování) se otevírá i sací ventil a kompresor „cpe“ do válce stlačený vzduch. Jeho tlak a směr proudění pomáhá z válce vytlačovat již spálenou směs.
To už pro změnu začíná píst svou cestu zpět k horní úvrati. Tentokrát se oba ventily (sací i výfukový) zavírají ve stejnou chvíli, píst při své cestě vzhůru stlačí vzduch ve válci a podle režimu (zážehového nebo vznětového) dopraví přímé vstřikování do válce přesnou dávku paliva – která se tedy buď vznítí, nebo ji zažehne klasická zapalovací svíčka. A vše se opakuje.
Schéma patentu dvoutaktního motoru Mazda
Mazda v patentu přiznává, že daný způsob spalování nedává možnost přesně regulovat množství vzduchu ve válci a tudíž by takový motor v praxi produkoval vyšší emise oxidů dusíku – které by následně bylo nutné řešit patřičnými katalyzátory. To je ovšem něco, co je dnes u spalovacích motorů běžné a dvoutakt Mazdy se v tomto ohledu nejspíš zásadně neliší třeba od jejího vlastního motoru Skyactiv-X.
Motor má v praxi fungovat velmi podobně, jako Skyactiv-X. Při nízkém zatížení funguje v onom vznětovém režimu, při vyšším v klasickém zážehovém. Motor mezi nimi přepíná automaticky a automaticky podle potřeby upravuje i časování ventilů.
Zda hodlá Mazda danou techniku použít i v praxi, však zůstává otázkou. O patent v USA automobilka zažádala v září roku 2019 a od té doby neukázala třeba ani žádný experimentální dvoutakt. Je spíš pravděpodobné, že jde o jakousi odnož vzniklou při vývoji motoru Skyactiv-X.
Řešení by Mazda v praxi teoreticky nasadit mohla, prakticky bude ovšem z hlediska regulace a celého řízení motoru ještě složitější, než je Skyactiv-X, takže je otázkou, jestli se ho máme vůbec šanci dočkat. Ovšem u Mazdy jeden nikdy neví, čím překvapí.
Zároveň platí, že Mazda není sama, která podobnou cestu zkoumá. Obdobné, byť trochu jednodušší řešení, v praxi rozvíjí například i americká společnost Achates Power. Ta se svými motory ale míří do nákladních automobilů a dalších „těžkých“ strojů. Mimo jiné by dvoutakt založený na jejích technologiích měla používat (zatím alespoň experimentálně) americká armáda.
