Die Idee ist nicht neu: Schon vor zehn Jahren zeigte Mercedes einen ersten Ansatz mit einem 238 PS starken 1,8 Liter-Vierzylinder-Hybridaggregat, das mit weniger als sechs Litern Sprit pro 100 Kilometer auskommen sollte. Zur Serienreife wurde die Maschine nicht entwickelt. Der Markt und die Politik verlangten damals minimalen CO2-Ausstoß und idealerweise teilelektrischen Antrieb mit Plug-in-Hybrid. Da war der äußerst effiziente Diesel die Idealbesetzung – mit geringsten CO2-Werten, leicht kontrollierbarem Ruß- und Feinstaubausstoß und kalkulierbaren Stickoxidemissionen – bis zu seinem Image-Einbruch beim Diesel-Skandal 2015.
Nun scheint sich der Wind gegen den Diesel gewendet zu haben. Ultimative Sparsamkeit bei minimalen CO2-Werten spielt angesichts fragwürdig erhöhter Stickoxidwerte plötzlich keine Rolle mehr.
Auf Zündkerzen kann der Diesotto nicht verzichten
Gemäß diesem Motto prescht nun Mazda mit einem äußerst innovativen Motorenkonzept nach vorn und präsentiert Prototypen des im kommenden Mazda 3 debütierenden Skyactic-X-Triebwerks, einen in Teilbereichen nach dem Diesel-Prinzip selbstzündenden Benziner.
Wie geht das? Wenn Luft stark zusammengedrückt wird, steigt ihre Temperatur, das kann man etwa beim Aufpumpen eines Fahrradreifens spüren. Im Motor sind bei der Verdichtung die Drücke und damit auch die Temperaturen weit höher. Während bei Benziner-Saugmotoren Verdichtungsverhältnisse um 10:1 üblich sind, wird beim Diesel schon auf 20:1 verdichtet. Dadurch ist die Luft im Brennraum so heiß, dass sich dann eingespritzter Kraftstoff augenblicklich entzündet und seine Energie freisetzt. Während beim Benziner eine Selbstentzündung des Kraftstoffs, erkennbar am gefährlichen Motorklingeln oder -klopfen tunlichst vermieden und durch den Klopfsensor überwacht wird, ist beim Diesel die Selbstentzündung sogar notwendig.
Bei Benzinern wird der Entzündungszeitpunkt des Gemisches durch den Funken der Zündkerze bestimmt, beim Diesel geschieht dies durch den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung. Nachteil Diesel: Dem Kraftstoff steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung, sich gleichmäßig, homogen mit der Luft zu vermischen. Hier sorgen Hochdruck-Einspritzsysteme mit Drücken über 2000 bar für bestmögliche Zerstäubung des Sprits.
Extrem hohe Verdichtung beim Skyactiv-X-Motor
Der Benziner hat dieses Problem nicht, er kann bereits beim Ansaugen der Luft Kraftstoff beimengen und hat so Zeit, recht homogene und damit sauber abbrennbare Gemische zu bilden. Nachteil Benziner: Damit sich dieses Gemisch nicht selbst und schlimmstenfalls zu früh entzündet, muss man sich auf geringere Verdichtungen beschränken, was zuletzt einen geringeren Wirkungsgrad und damit unter anderem den höheren Verbrauch von Benzinmotoren erklärt.
Dieses Problem scheint man nun bei Mazda gelöst zu haben. Im Gegensatz zu üblichen Ottomotoren verdichtet der neue Skyactiv-X auf 16:1. Damit sich das Gemisch beim Verdichten nicht unkontrolliert entzündet, wird im Ansaugen zunächst ein äußerst mageres, im Grunde nicht zündfähiges Gemisch gebildet und verdichtet. Zum Start des Arbeitstaktes wird nun per Hochdruckeinspritzung eine winzige Kraftstoffwolke um die Zündkerze gesprüht und per Funken entzündet. Die daraus folgende kleine Druck- und Temperaturüberhöhung genügt, um auch das umliegende Magergemisch zur homogenen Selbstentzündung anzuregen, das auf diese Weise sauber und sehr effizient verbrennen kann. Mazda nennt dieses Prinzip der zündfunkengesteuerten Kompressionszündung Spark-Controlled-Compression-Ignition, kurz SCCI.
Um die komplexen Druckverhältnisse im Brennraum über das gesamte Drehzahlband kontrollieren zu können, steht der Maschine ein reichhaltiges Arsenal an unterstützender Peripherie zur Verfügung. So ist etwa zur Luftbeschaffung im unteren Drehzahlbereich ein kleiner, elektrisch schaltbarer Roots-Kompressor in den Riementrieb eingeschleift.
Voll verstellbare Nockenwellen erlauben die Frischgaszufuhr zum Brennraum über weite Bereiche zu kontrollieren. So kann das Triebwerk – auch das steigert die Effizienz – in weiten Bereichen ohne Drosselverluste arbeiten. Entscheidend aber für die Funktion der SCCI sind die Drucksensoren in jedem einzelnen Zylinder. Sie erfassen hochdynamisch die entstehenden Verbrennungsdrücke und erlauben permanent eine optimale Anpassung aller Betriebsparameter. So gelingt es letztlich den besonders verbrauchs- und emissionsgünstigen Kompressionszündungsbetrieb über einen weiten Lastbereich aufrecht erhalten zu können. Bei ersten Testfahrten ließ sich der Mazda 3-Prototyp bis weit über Tempo Hundert im spritsparenden Kompressionszündungsbetrieb bewegen. Wird mehr Last abgefordert, schaltet der Motor unmerklich auf konventionellen Fremdzündungsmodus um.
Ein Benziner, der wie ein Diesel klingt?
Von wegen! Schon der Prototyp würde vom Laufgeräusch als unauffälliger, eher samtiger Benziner durchgehen. Ein leichtes Beschleunigungsklingeln im unteren Drehzahlbereich sei ihm angesichts des noch frühen Entwicklungsstadiums verziehen. Träge ist er auch nicht: Trotz der umfangreichen Regeltechnik spricht er spontan auf Gasbefehle an und zieht ohne nennenswerte Zugkraftschwankungen bis zur Abregeldrehzahl von 6.500 Touren durch. Lediglich der Drehmomentverlauf fällt mit rund 230 Newtonmetern breit, aber nicht allzu füllig aus.
Auf der Verbrauchsseite scheint der 190 PS starke Zweiliter durchaus genügsam. Mit um die sechs Liter war der kleine Mazda auf unserer Testrunde zufrieden.
Der Serienanlauf des neuen Motors ist für die Einführung des komplett neukonzipierten Mazda 3 für Ende 2018 vorgesehen – wer sich bis dato nicht zwischen Dieseln oder Benzinern entscheiden konnte, hat dann eine attraktive Auswahlmöglichkeit mehr.
