Mazdas Skyactive-X Technologie: Die Rettung des Benzinmotors im Check

Schon in den 60er-Jahren bewies Mazda mit dem Einsatz des Wankel­mo­tors Hingabe zu eigenwilligen Verbrennungsmotoren. Und auch wenn dieses liebens­werte Motorkonzept bis auf Weiteres in den Annalen der Geschichtsbücher seinen wohl­verdienten Platz gefunden hat, setzt Mazda weiterhin auf unkonventionelle Kon­zepte – mittlerweile aber in Form von ausgereiften Hubkolbenmotoren.

Schon 2011 erregten die japanischen Techniker viel Aufsehen mit der Vorstellung der ers­ten Skyactive-Generation. Vor allem der damals entstandene Selbstzünder ist ein höchst effizienter Motor hinsichtlich Realverbrauch, der auch Freude am Fahren vermittelt, wie unsere Tests der letzten Jahre gezeigt haben. Der Benziner hingegen konnte bisher nicht so recht überzeugen.

Jetzt wird dieses Otto-Triebwerk in der nächsten Evolutionsstufe radikal erneuert und ab 2019 mit einem revolutionären Verbrennungskonzept auf den Markt kommen. Die Entwickler haben die Verdichtung auf 16:1 weiter hochgeschraubt – mit dem Ziel, dem Benzin-Kraftstoff die kontrollierte Selbstzündung beizubringen. Üblicherweise werden solche Kompressions-Verhältnisse nur bei Diesel­motoren eingesetzt.

So einfach ist das aber bei einem Otto-Motor nicht: Da die Fahrzustände unterwegs abrupt und ständig wechseln, lässt sich die Selbstzündung, also die Entflammung des Kraftstoffs ohne zusätzliche Zünd­quelle, anders als beim Diesel nicht über den gesamten Motorkennfeld-Bereich aufrechter­halten. Schon andere Hersteller haben sich an diesem Konzept versucht, sind dabei aber gescheitert.

Wie ging nun Mazda an ­die Lösung des Problems heran? Um zu gewähr­leisten, dass unter allen Betriebszuständen des Otto-Motors eine sichere Ver­bren­­nung stattfinden kann, muss trotz der extrem hohen Ver­­dichtung eine Zündkerze in allen Kennfeldbereichen eingesetzt werden. Das mag verrückt klingen, macht aber Sinn.

Warum? Bei der herkömmlichen ottomotorischen Verbrennung wird in der Regel ein möglichst homogenes Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum erzeugt, und durch die Zündung bei der Kerze breitet sich sodann eine kugelförmige Flammenfront im gesamten Brennraum aus. Diese Form der Verbrennung hat aber den Nachteil, dass sie langsam und nicht besonders effizient ist. Die wesentlich effizientere Selbstzündung aber würde sich beim Otto-Motor in Form von Klopfen oder Vorentflammungen äußern, zumeist mit zerstörender Wirkung.

Welche Lösung haben die Japaner nun entwickelt, um die ottomotorische Kompres­sions-Zündung zu realisieren? Während des Ansaugvorgangs wird eine kleine Menge Kraftstoff mittels Direkteinspritzung in den Brenn­raum eingebracht. Diese Mini-Dosis Sprit breitet sich, geleitet durch die Ansaugluft, wie ein Tornado im Zylinder aus und sorgt dort in den äußeren Zonen für ein mageres, nicht zündfähiges Gemisch.

Dieses anfangs einge­brachte Kraftstoff/Luft-Gemisch wird bis knapp unter die Selbstzündungs-Grenze komprimiert. Durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff in die Nähe der Zündkerze und Zündung dieses Gemischs durch die Kerze steigt der Druck innerhalb der Brennkammer in Folge so weit an, dass sich auch das zu Beginn eingebrachte magere Gemisch innerhalb des Zylinders zeitgleich spontan entzündet. Es handelt sich vereinfacht gesagt also um kontrolliertes Klopfen.

Unter der alten Haube steckt revolutionäre Technik. Bei unserer Ausfahrt mit den Technologieträgern konnte der neue Skyactive-X-Benzinmotor mit seinem unkonventionellen Verbrennungskonzept durchaus überzeugen.

Den Mazda-Technikern ist es mit dem sogenanntes SPCCI-Verfahren (Spark Controlled Com­­pression Ignition, auf Deutsch also Zündungs-kontrollierte Kompressions-Zündung) gelungen, sich ein eigentlich unerwünschtes Verbrennungsphänomen zunutze zu machen – ähnlich einem wilden Pferd, das gezähmt vielversprechende Leis­tungen erbringen kann. Diese Form der Verbrennung hat den Vorteil, dass sie wesentlich schneller und effizienter abläuft. In letzter Konsequenz kann so der Kraftstoffverbrauch (im Vergleich zum Vorgänger-Motor) um bis zu 20 Pro­zent gesenkt werden.

Bei unseren ersten Testfahrten mit Prototypen begeisterte vor allem, wie dieses re­voluti­o­näre Brennverfahren über einen sehr weiten Einsatzbereich funk­­tioniert, erst bei hohen Drehzahlen und bei Vollgas wird in den klassi­schen Modus gewechselt. Ers­taunlich auch, dass der Motor in Sachen Geräuschentwicklung völlig normal bleibt.

Ein Kritikpunkt nach den ersten Schnupper-Kilometern ist das in gewissen Betriebszuständen in Form von Ruckeln merkbare Umschalten zwischen den beiden unter­schiedlichen Betriebsarten des Motors. Doch die Techni­ker versicherten, dass hier bis zur Serienreife noch optimiert wird. Eben­falls noch einiger Entwicklungsaufwand wird notwendig sein, um bei diesem Zweiliter-Kompressormotor die Zielgröße von 190 PS und 300 Nm zu erreichen.