Die neue SKYACTIV Technologie von Mazda

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„Sky is the limit – Nur der Himmel setzt Grenzen“ – dieses Motto steht für die neue Generation von Mazda Technologien, die den Beginn eines neuen Zeitalters für das Unternehmen markiert. Während die Steigerung des Fahrvergnügens in der Fahrzeug- und Technologieentwicklung von Mazda stets höchste Priorität genießt, verfolgt Mazda mit den neuen SKYACTIV Technologien darüber hinaus das Ziel, die Effizienz der Fahrzeuge erheblich zu verbessern und dadurch Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen signifikant zu senken.

 

Gleichzeitig sollten Sicherheit und Fahrspaß weiterhin gesteigert werden. Den Mazda Ingenieuren ist es bei der Entwicklung der SKYACTIV Technologien gelungen, diese sich zum Teil widersprechenden Vorgaben in überzeugender Manier zu vereinen. Ab 2012 werden die neuen Motoren, Getriebe, Karosserien und Fahrwerke in neuen Mazda Modellen in Europa zum Einsatz kommen.  In Anbetracht der Tatsache, dass selbst moderne Verbrennungsmotoren einen Wirkungsgrad von lediglich circa 30 Prozent aufweisen und auch 2020 noch mehr als 80 Prozent der Fahrzeuge antreiben werden, stellt Mazda die Verbesserung dieser herkömmlichen Antriebe an die erste Stelle der Entwicklung. Die Mazda Ingenieure setzten sich dabei über alle Konventionen hinweg und formulierten ein konkretes Ziel: das Erreichen des perfekten Verbrennungsprozesses. Damit wurde die Grundlage für eine neue Generation von Mazda Fahrzeugen geschaffen, die alle über die neuen SKYACTIV Technologien verfügen werden. Dass Mazda die neuen Technologien nicht nur in teuren „Öko“-Modellen, sondern zukünftig in allen Modellen anbieten wird, zeigt die kompromisslose Verpflichtung des Unternehmens zur Steigerung der Umweltverträglichkeit, Sicherheit und Fahrdynamik.

Die individuelle Mobilität für breite Bevölkerungskreise bezahlbar zu gestalten und sie gleichzeitig umweltfreundlich auszulegen, ist ein zentrales Unternehmensziel von Mazda. Aus diesem Grund räumt Mazda der Effizienzsteigerung von Verbrennungs¬motoren mittelfristig Priorität ein. Die Entwicklungsingenieure in Hiroshima sehen in der deutlichen Optimierung innermotorischer Prozesse von Verbrennungsmotoren die vorerst besten Chancen, den Verbrauch fossiler Brennstoffe kontinuierlich und breitenwirksam zu senken.

 


 

Verbrennungsmotoren bilden auch 2020 die Grundlage unserer Mobilität

Zahlreiche Automobilhersteller konzentrieren sich in ihrer Planung auf teilweise und später auf vollständig elektrifizierte Antriebe. Auch Mazda arbeitet und forscht schon seit mehr als 20 Jahren an teil- und vollelektrischen Fahrzeugantrieben und wird 2012 im japanischen Markt eine Kleinserie des Mazda2 mit Elektroantrieb im Rahmen eines Leasingprogramms anbieten. Doch selbst wenn bei optimistischer Annahme im Jahre 2020 europaweit rund 23 Prozent aller Personenwagen strombetrieben fahren sollten, nutzt die überwiegende Mehrheit der Bevölkerung noch immer Autos mit Verbrennungsmotoren.

 

 

Einer EUROTAX-Studie aus dem Jahr 2010 zufolge dürften im Jahre 2020 deutschlandweit jährlich zwischen 250.000 und 375.000 Fahrzeuge mit reinem Elektroantrieb verkauft werden. Das entspräche einem Anteil von lediglich zehn Prozent des Marktes. Hinzu kämen noch einmal 200.000 Hybridautos mit Benzin-Elektro- beziehungsweise Diesel-Elektro-Antrieben. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass ausschließlich von Benzin- und Dieselmotoren angetriebene Personenwagen in zehn Jahren noch immer einen Marktanteil von über 80 Prozent besitzen. Hinzu kommt, dass die CO2-Bilanz von effizienten Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren laut verschiedener Experten besser ausfällt als jene von Elektroantrieben, solange deren verbrauchte Elektrizität nicht überwiegend aus erneuerbaren Quellen kommt.

Die Mazda Zoom-Zoom Nachhaltigkeitsstrategie: eine Baustein-Strategie

Schon im Jahre 2007 formulierte Mazda seine sogenannte Zoom-Zoom Nachhaltigkeitsstrategie. Sie hat zum Ziel, die Effizienz aller weltweit angebotenen Mazda Fahrzeuge bis zum Jahre 2015 um 30 Prozent zu verbessern. Als Berechnungsgrundlage dient das Jahr 2008. Die Ziele entsprechen einer CO2- und Verbrauchsreduzierung von 23 Prozent.

 

 

Dieses ambitionierte Ziel wird mit Hilfe der sogenannten „Building Block Strategy“ (Baustein-Strategie) umgesetzt. Sie beschreibt in einer Art Phasenmodell die schrittweise Einführung assistierender elektrischer Systeme auf Basis der SKYACTIV Verbrennungsmotoren.

 

 

 

 

Mit der Einführung des Start-Stopp-Systems i-stop hat Mazda 2009 einen Schritt auf dem Weg zu einer ganzheitlichen Optimierung der Antriebstechnologien vollzogen. Alle SKYACTIV Benzin- und Dieselmotoren in Europa werden mit i-stop ausgerüstet. Schrittweise werden weitere elektrische Komponenten eingeführt. Zur Energie-Rückgewinnung beim Abbremsen eines Autos entwickelt Mazda derzeit ein regeneratives Bremssystem. Zudem hat Mazda mit Toyota eine Kooperation vereinbart, um die Hybridtechnik von Toyota mit den neuen Mazda SKYACTIV Motoren zu kombinieren. All diese Einzelentwicklungen zählen zum SKYACTIV Konzept. Bis 2015 wird so eine Senkung des Treibstoffverbrauchs und damit der CO2-Emissionen in einer Größenordnung erwartet, die ansonsten nur möglich wäre, wenn die Hälfte aller Mazda Pkw mit Hybridantrieb oder knapp ein Viertel von ihnen mit vollelektrischen Antriebseinheiten ausgerüstet wären – letzteres sogar nur, wenn die dafür benötigte Elektrizität zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen stammen würde.

 

„Monotsukuri Innovation“: Innovative Prozesse, innovative Produktion

Bereits 2007 begann Mazda mit der Reformierung aller Prozesse, die die Entwicklung und Produktion betreffen. Dieser unternehmensweite Ansatz namens Monotsukuri Innovation umfasst ein gemeinsames Architekturkonzept und ein flexibles Produktionsprogramm auf Basis einer gebündelten Produktplanung. Durch Monotsukuri sind erhebliche Fortschritte sowohl bei der Diversifizierung (mit dem Ziel, unterschiedliche Kundenbedürfnisse zu erfüllen) als auch bei der Standardisierung von Teilen zugunsten gesteigerter Effizienz erzielt worden. Dadurch ist Mazda in der Lage, Hochleistungs-Technologien über eine breitere Produktpalette anzubieten und noch schneller auf Nachfrageschwankungen zu reagieren. Durch die gemeinsame Nutzung von Plattformen und Komponenten wird ein hohes Maß an Kosteneffizienz erreicht, von dem am Ende der Kunde profitiert.

 

Mazda Hybridtechnologie in Zusammenarbeit mit Toyota

Die Toyota Motor Corporation und die Mazda Motor Corporation haben sich 2010 auf die Lieferung der aus dem Toyota Prius bekannten Hybridtechnologie an Mazda verständigt. Mazda beabsichtigt die Verbindung des Hybridsystems mit den SKYACTIV-G Motoren. Das erste Mazda Hybridfahrzeug mit dieser Technologie soll 2013 in Japan auf den Markt kommen.

 

Fortschrittliche Motorentechnologie für einen effizienten Zoom-Zoom Hybrid

Wie andere Automobilhersteller plant Mazda mittelfristig den Verkauf von Hybridfahrzeugen; der Startschuss fällt 2013 in Japan. Dennoch unterscheidet sich der Entwicklungsfokus von Mazda deutlich vom Wettbewerb. Auch hier bildet die optimierte Verbrennung der neuen SKYACTIV-G Motoren die Basis.  Die Effizienz heutiger Benzinmotoren nimmt im Teillastbereich bei geringen Drehzahlen spürbar ab. Hybridfahrzeuge sind dann besonders effizient, wenn der Verbrennungsmotor im Bereich mit dem höchsten Wirkungsgrad betrieben wird. Über große Geschwindigkeitsbereiche hinweg arbeitet ein Verbrennungsmotor aber nicht effizient. Daher muss der Elektromotor den Antrieb relativ häufig unterstützen. Es reicht deshalb nicht, die Batterie allein mit Bremsenergierückgewinnung zu versorgen.

Aufgrund seiner Effizienz über einen größeren Lastbereich hinweg sorgt der Einsatz eines SKYACTIV-G Triebwerks für eine Steigerung des Wirkungsgrads des gesamten Hybridantriebsstrangs und sorgt in Kombination mit einem leichteren Elektromotor und einer leichteren Batterie für eine neue Form des Hybridantriebs: den Zoom-Zoom Hybrid. Daher kann die beim Bremsen zurückgewonnene Energie als primäre Kraftquelle für die Batterie eingesetzt werden.

 

Die SKYACTIV Technologien

Die SKYACTIV Technologien für Motoren, Getriebe, Karosserien und Fahrwerke werden in Europa ab dem ersten Quartal 2012 im Form des neuen Kompakt-SUV Mazda CX-5 Einzug halten. Die Entwicklung folgte einer Art Durchbruch-Strategie: Es galt, technische Konflikte – wie die gleichzeitige Verbesserung von Sicherheit, Fahrdynamik und Kraftstoffeffizienz – zu überwinden und Probleme zu lösen, die bislang als kaum lösbar erschienen.

 


Der Mazda Weg zum idealen Verbrennungsmotor

Damit beschreitet Mazda einen eigenen Weg, der auf Erkenntnissen der hauseigenen langjährigen Motorenforschung basiert. Dass nach 120 Jahren kontinuierlicher Fortentwicklung des Verbrennungsmotors noch immer 70 bis 90 Prozent der im Treibstoff enthaltenen Energie nicht für den Vortrieb eines Fahrzeugs genutzt werden können, hat die Ingenieure nicht ruhen lassen. Weil die Verluste hauptsächlich thermischer Natur sind, die dem Abgas, der Kühlung und der Gemischbildung zuzuschreiben sind, galt das Hauptaugenmerk der Entwickler einer Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Motors. Darüber hinaus beschäftigten sich die Motorenentwickler intensiv mit der Verringerung der innermotorischen Reibung und der Reduzierung des Gewichtes der Motoren.

 

Als beeinflussbare Größen wurden das Verdichtungsverhältnis, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis, die Dauer der Verbrennung, der Zündzeitpunkt, die Pumpverluste sowie die mechanische Reibung identifiziert. Das Ziel der Ingenieure lautete, diese sechs Faktoren soweit wie möglich zu optimieren, um damit dem idealen Verbrennungsmotor einen entscheidenden Schritt näher zu kommen. Wobei dem Verdichtungsverhältnis unter allen sechs beeinflussbaren Faktoren die Schlüsselfunktion sowohl beim Benzin- als auch bei Dieselmotor zufällt.

 

Eine Stärke von Mazda liegt in der Innovationskraft seiner Entwicklungsabteilungen. Beispiele dafür liefert die erfolgreiche Serienentwicklung des einzigartigen Mazda Kreiskolbenmotors, aber auch die Entwicklung des Mazda MX-5, der weltweit für eine Wiederbelebung des Marktes für sportliche Roadster sorgte. Mit den innovativen SKYACTIV Technologien wird die Liste der Meilensteine aus dem Hause Mazda nun um einen weiteren Punkt bereichert. Die neuen Technologien wurden in Prozessen entwickelt, die typisch für die Herangehensweise von Mazda sind und einmal mehr aufzeigen, wie das Unternehmen eigene Wege beschreitet: Die neuen SKYACTIV Benzin- und Dieselmotoren sowie Getriebe wurden nicht in getrennten Abteilungen nebeneinander entwickelt. Vielmehr entwarf eine verhältnismäßig kleine Gruppe von hochspezialisierten Technikern zunächst bestmögliche individuelle Motorenarchitekturen, die dann als Grundlage für die neuen Motoren dienten, unabhängig von der Anzahl der Zylinder oder der Kraftstoffart, mit der sie betrieben werden.

„Unser gesamtes Team hat gemeinsam an der Entwicklung des perfekten Zylinders mit unglaublicher Effizienz, großartiger Leistung und der besten Qualität gearbeitet, die wir jemals hatten. Die Entwickler wussten: Wenn wir erst einmal diesen einen Zylinder perfektioniert haben, können wir ihn größer oder kleiner machen, ihn mit 4, 6 oder 3 multiplizieren und daraus eine Bandbreite von Antrieben formen, die für jede Art der Anwendung in der Zukunft ausgelegt ist“, sagt Seita Kanai, weltweiter Entwicklungschef bei der Mazda Motor Corporation.

Extreme Verdichtung statt Downsizing

Einige Automobilhersteller arbeiten daran, durch die Verkleinerung von Hubräumen die Durchschnittsverbräuche ihrer Benzinmotoren zu senken. Dieses sogenannte „Downsizing“ ist mit Verlust an Leistung und Drehmoment verbunden, was durch Zwangsbeatmung der Brennräume mittels Abgasturbolader oder Kompressor kompensiert wird. Diese Herangehensweise ist aufwendig, aber durchaus wirkungsvoll. Doch Mazda hat sich bewusst für einen anderen Weg entschieden. Wie bereits erwähnt, ist das Streben nach dem perfekten Verbrennungsmotor ein zentraler Baustein der Mazda Baustein-Strategie, und im Rahmen dieser Herangehensweise kam der Anhebung des Verdichtungsverhältnisses eine entscheidende Rolle als wirkungsvollster Schritt auf dem Weg zum idealen Benzinmotor zu.

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