Prototype: Mazda Skyactiv-Benziner – Unter Hochdruck

Über den neuen Skyactiv-Diesel haben wir bereits berichtet. Ein weiterer Meilenstein in der Motorentwicklung ist der neue Skyactiv-Benziner, dem das weltweit höchste Verdichtungsverhältnis in einem Serien-Pkw zu deutlich weniger Durst verhelfen soll. Mazdas aktuelle Benzinmotoren sind gewiss keine schlechten Aggregate, allerdings auf gehobenem Leistungsniveau doch recht durstig. So haben wir noch in einem Test mit dem Mazda 5 im Jahr 2010 Verbräuche von zehn bis zwölf Liter hinnehmen müssen. Eindeutig zu viel, wie wir meinen. Künftig will Mazda mit einer Anhebung der Verdichtung auf einzigartige 14:1 den Verbrauch deutlich senken. Normal sind Verdichtungen von 9 – 11:1, Hochleistungsmotoren wie der des Ferrari 458 erreichen sogar 12,5:1. Mazda geht noch weit über dieses eigentlich schon extreme Maß hinaus.

Ziel dieser Rekord-Verdichtung ist eine höhere Leistungsausbeute und höhere Effizienz bei zudem geringeren Abgaswerten und verringertem Verbräuchen. Das Zwei-Liter-Aggregat leistet demnach statt 146 PS und 185 Newtonmeter nunmehr 165 PS und 210 Newtonmeter. Im Vergleich zum bisherigen Zwei-Liter-Benziner wuchs das Drehmoment im mittleren Drehzahlbereichen um 15 Prozent, das zudem bereits früher zur Verfügung steht. Das Ansprechverhalten und die Fahrbarkeit bei niedrigen Touren sollen sich so verbessern und wirtschaftlicheres Fahren unterstützen. Auf der anderen Seite soll der Verbrauch um gut 15 Prozent sinken.

Doch allein die Verdichtung anzuheben reicht nicht, denn damit geht ein technischer Zielkonflikt einher, den Mazda allerdings gelöst haben will. Das große Problem bei einem hohen Verdichtungsverhältnis: Bei hoher Motorlast kommt es zum Klopfen und Drehmomentabfall. Beides resultiert aus einer unkontrollierten Verbrennung aufgrund des hohen Drucks und der hohen Temperatur im Zylinder. Mit im wesentlichen drei Maßnahmen will Mazda dieses Problem in den Griff bekommen haben.

1. 4-2-1-Abgassystem

Aus dem Verbrennungsraum strömen die Abgase bei konventionellen Ottomotoren in Krümmer, die auf dem direkten in einem Sammelrohr zusammenströmen, also bei einem Vier-Zylinder ein sogenanntes 4-1-Abgassystem. Hierbei kommt es allerdings zu Rückströmen heißer Abgase zwischen den Zylindern, was für erhöhte Temperaturen im Zylinder sorgt. Beim Skyactiv-Benziner handelt es sich hingegen um ein 4-2-1-Abgassystem mit längeren Rohren, die einerseits für eine bessere Abkühlung der Abgase sorgen und die andererseits den Abgasrückstrom in die Zylinder minimieren sollen. Dadurch gelangt weniger heiße Abgasluft in die Zylinder, was wiederum die Temperatur im Brennraum verringert und damit die Klopfneigung. Dieser Spüleffekt und der gleichzeitig bessere Luftdurchsatz sorgen nebenbei für ein besseres Luft-Kraftstoffgemisch, was wiederum den Wirkungsgrad des Motors verbessern soll.

Ein Nachteil des verlängerten Abgassystems ist allerdings eine längere Warmlaufphase für den Katalysator, was Mazda durch die Verschiebung des Zündzeitpunktes in der Warmlaufphase nach hinten, den Einsatz der Direkteinspritzung sowie durch die Optimierung von Einspritzdruck und –zeitpunkt in den Griff bekommen haben will.

2. Muldenform beim Kolben

Darüber hinaus hat Mazda noch den Kolben-Kopf neu geformt und mit einer speziellen Mulde versehen, und außerdem wurde die Zylinderbohrung verkleinert. Die Mulde im Kolben soll für ein gleichmäßiges Wachsen der Zündflamme und für eine schnellere Verbrennung sorgen und damit für eine geringere Klopfneigung. Die Kolbenform selbst sorgt wiederum für ein geschichtetes Kraftstoff-Luftgemisch im Bereich der Zündkerze. Schließlich ist die kleinere Zylinderbohrung für geringere Kühlverluste und eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrades verantwortlich.

3. Optimierte Einspritzung

Als dritte Anti-Klopfmaßnahme hat Mazda die Verbrennung verkürzt, wodurch das Gemisch nicht so lange hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Ein erhöhter Einspritzdruck, Mehrloch-Injektoren mit verbesserter Sprühcharakteristik und eine optimierte Luftzufuhr sollen dem Direkteinspritzer dazu verhelfen.

Neben der Anhebung der Verdichtung und den Anti-Klopfmaßnahmen hat Mazda den Motor im Vergleich zum aktuellen Zwei-Liter-Aggregat zudem noch um gut zehn Prozent leichter gebaut. So wurden Kolben, Pleuel und Pleuelstangen in gewichtssparender Bauweise konstruiert. Des weiteren konnten die japanischen Ingenieure noch die inneren Reibungsverluste um 30 Prozent verringern. In der Summe führen diese Maßnahmen wiederum zu mehr Effizienz und weniger Spritverbrauch.

Erste Probefahrt

Trotz der vielen Änderungen und Innovationen, die die neue Benziner

Hinsichtlich der Fahrleistungen dürfte der Skyactiv-Saugmotor mit ähnlich starken Turbomotoren allerdings dennoch mithalten können. Für den Skyactiv-Benziner spricht aber vor allem ein niedriger Verbrauch, der im Fall des Kompakt-SUVs CX-5 so um sechs Liter liegen könnte. Vergleichbare Mitbewerber genehmigen sich da locker zwei Liter mehr.

Damit steht der kommende Skyactiv-Benziner in Hinblick auf sein Effizienzniveau unter Referenzverdacht. Der angeblich geringe Verbrauch wird sich allerdings erst noch in der Praxis beweisen müssen. Das wird zunächst ein Zweiliter-Aggregat im CX-5 sein. Mazda wird aber noch weitere Skyactiv-Benziner mit anderen Hubraumgrößen bringen. Von 1,3 bis 2,5 Liter reicht die Spanne der künftig mit Skyactiv-Technik versehenen Motoren. In der nächsten Generation des Mazda 2 könnte ein 1.3er für einen Verbrauch von unter vier Liter sorgen.