Der Dieselmotor der nächsten Generation stellt im Bereich Verdichtung einen neuen Rekord auf.

Mazda SKYACTIV Technologien – Der SKYACTIV-D Dieselmotor

Sauber und effizient

Aus der neuen Mazda Motorengeneration geht auch der völlig neuartige SKYACTIV-D Dieselmotor mit Common-Rail-Direkteinspritzung hervor.

Mit ebenfalls 14,0:1 verfügt er über das gleiche Verdichtungsverhältnis wie der Benzinmotor und ist damit das am niedrigsten verdichtende Dieselaggregat der Welt. Zugleich ist er einer der ersten Dieselmotoren, die die strenge Abgasvorschrift Euro 6 ohne aufwendige SCR-Abgasnachbehandlung oder einen NOX-Speicherkatalysator erfüllen.

  • Euro-6-konform ohne aufwendige NOx-Abgasnachbehandlung
  • Zweistufige Turboaufladung für gleichmäßige Leistungsentfaltung
  • Gewicht und innere Reibung verringert

Dieselaggregate kommen ohne Zündkerzen aus. Das eingespritzte Kraftstoffgemisch zündet bei hohem Verdichtungsdruck und daraus resultierender hoher Verdichtungstemperatur nahe des oberen Totpunkts von selbst. Das ist der Fall, wenn sich die Kolbenoberseite nahe am Zylinderkopf befindet. Um einen zuverlässigen Kaltstart und eine stabile Verbrennung in der Warmlaufphase sicherzustellen, sind gewöhnliche Dieselmotoren im Verhältnis von 16,0:1 bis 18,0:1 verdichtet. Nicht so der innovative Mazda SKYACTIV-D Motor.

Sein niedriges Verdichtungsverhältnis von 14,0:1 erlaubt gegenüber dem heutigen 2.2 l MZR-CD einen früheren Einspritzbeginn. Die Verdichtungstemperatur und der Druck am oberen Totpunkt nehmen durch die niedrigere Verdichtung ab. In der Konsequenz dauert die Entzündung des Kraftstoffs länger, auch wenn der Kraftstoff nahe des oberen Totpunkts eingespritzt wird. So wird ein besseres Kraftstoff-Luft-Gemisch erreicht. Daraus ergibt sich eine insgesamt homogenere Verbrennung ohne Hochtemperaturbereiche und Sauerstoffmangel, wodurch die Bildung von Stockoxiden und Ruß verringert wird.

Die Einspritzung und der Verbrennungsbeginn nahe des oberen Totpunkts macht einen Dieselmotor hocheffizient: Das Expansionsverhältnis (also die tatsächliche Arbeitsleistung) ist deutlich höher als bei einem hoch verdichtenden Dieselmotor mit verzögertem Einspritzbeginn. Einfach gesagt: Aufgrund des früheren Verbrennungsbeginns wird die im Treibstoff enthaltene Energie besser genutzt. Hierin liegt die Hauptursache der beein¬druckenden Verbrauchsreduzierung von 20 Prozent.

Euro 6 ohne aufwendige Abgasnachbehandlung

Darüber hinaus verbrennt der neue SKYACTIV-D Motor wegen der niedrigen Verdichtung sauberer. Er emittiert deutlich weniger Stickoxide und produziert so gut wie keinen Ruß. Auf eine aufwändige NOx-Abgasbehandlung kann deshalb gänzlich verzichtet werden. Dennoch erfüllt der SKYACTIV-D alle weltweit gültigen Abgasnormen inklusive Euro 6, insbesondere bleibt er innerhalb der anspruchsvollen NOx-Grenzwerte.

Dass die Entwicklung des Mazda SKYACTIV-D als Pionierleistung gilt, liegt an schwer beherrschbaren systembedingten Nachteilen des niedrigen Verdichtungsverhältnisses. Beispielsweise ist die Verdichtungstemperatur zur Selbstzündung beim Kaltstart oder in der Kaltlaufphase des Dieselmotors insbesondere bei winterlichen Temperaturverhältnissen mit einer Verdichtung von nur 14,0:1 eigentlich zu niedrig. Normalerweise liefe ein solcher Motor dann unrund. Bei besonders niedrigen Außentemperaturen bestünde sogar die Gefahr, dass der Motor gar nicht erst anspringt. Darüber hinaus käme es in der Warmlaufphase häufig zu Fehlzündungen.

VVL – Auslassventil mit variablem Hub

Nicht so beim neuen Mazda SKYACTIV-D Motor. Für die Verbesserung seines Kaltstart- und Kaltlaufverhaltens sorgen besonders leistungsfähige Keramik-Glühkerzen sowie Auslassventile mit variablem Hub (VVL-Variable Valve Lift), die die innermotorische Rückführung von heißem Abgas ermöglichen. Die Glühkerzen werden für den Beginn der ersten Verbrennung benötigt, dadurch entsteht schon eine gewisse Menge von heißem Abgas. Nach dem Motorstart wird das Auslassventil während des Ansaugtaktes des Zylinders nicht wie üblich geschlossen, sondern bleibt leicht geöffnet, um bereits verbranntes Abgas teilweise wieder in den Brennraum zurückströmen zu lassen. Dadurch steigen Druck und Temperatur im Brennraum. Ein Zustand, der die nachfolgende Selbstzündung des Gemischs erleichtert und Verbrennungsaussetzer in der Warmlaufphase verhindert.

Gewichtssenkung und verringerte innermotorische Reibungsverluste

Durch das geringere Verdichtungsverhältnis im neuen Mazda SKYACTIV-D treten niedrigere Maximaldrücke auf und die Beanspruchung der Bauteile ist geringer als in konventionellen Dieselaggregaten. Daraus sind neue Freiräume für strukturelle Entlastungen entstanden, die für eine leichtere Bauweise genutzt wurden. So wiegen die jetzt deutlich dünnwandigeren Zylinderköpfe und der jetzt integrierte Abgaskrümmer drei Kilogramm weniger, und der aus Aluminium gegossene Zylinderblock spart 25 Kilogramm Gewicht ein. Da auch Kolben und Kurbelwelle 25 Prozent weniger auf die Waage bringen, konnten die innermotorischen Reibungsverluste insgesamt um 20 Prozent gegenüber dem aktuellen Mazda Dieselaggregat verringert werden. Der Kunde profitiert auch hier von einem spontanen Ansprechverhalten, mehr Durchzugsstärke und einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch.

Zweistufige Turboaufladung

Abgasturbolader verhelfen Dieselmotoren zu einem hohen Drehmoment, dienen aber auch der Reduktion von Verbrauch und Schadstoffemissionen.

Der neue Mazda SKYACTIV-D Motor bedient sich der gegenwärtig effizientesten Lader-Technologie, der zweistufigen Turboaufladung. Ein kleiner, schnell ansprechender Turbo beatmet die Brennräume schon bei niedrigen Drehzahlen und sorgt dort für ein hohes Drehmoment. Damit wird das sogenannte „Turboloch“ überwunden, eine Lastphase mit gewöhnlich niedriger Durchzugskraft, bevor der größere Lader anspricht. Beide Turbolader erlauben eine hohe Leistungsausbeute bis in ungewöhnlich hohe Drehzahlbereiche hinein. Das neue Mazda SKYACTIV-D Aggregat dreht problemlos bis 5.200/min und bietet dadurch trotz enormer Effizienz ein hohes Maß an Fahrdynamik und Durchzugskraft. Die Kombination von zweistufiger Aufladung und niedriger Verdichtung besitzt zudem optimale Voraussetzungen für ein ideales Timing des Verbrennungsprozesses, da stets genügend Luft zur Verfügung steht, um NOX- und Rußbildung auf ein Minimum zu begrenzen.

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