Porównanie napędu Mazda SKYACTIV kontra Škoda TSI&DSG

Bezpośredni wtrysk benzyny zasadniczo staje się standardem, a wtrysk pośredni w ciągu najbliższych lat zostanie całkowicie wycofany. Silniki stają się coraz mniejsze i coraz bardziej doładowane. Doładowanie to najprostsza droga jaką można obecnie iść, ponieważ tkwi w nim ogromny potencjał.

Ciśnienie można zwiększać niemal bez końca, ale pociąga to za sobą zmniejszenie trwałości silnika i znaczne jego obciążenie. Jednak producenci nawet już nie ukrywają faktu, że nie zależy im na trwałości znanej jeszcze z lat 80. i 90. Dziś silnik musi wytrzymać około 200 tys. km - to wszystko.

Dlatego downsizing, czyli radykalne zmniejszenie pojemności skokowej i dodanie doładowania już nie jest czymś wyjątkowym i staje się normą. To pierwsza, najprostsza i jak na razie jedyna droga, którą podążają producenci, ale jest jeszcze inna, którą wybrała Mazda.

Nie od dziś wiadomo, że Japończycy zawsze wyprzedzali resztę świata w technologii napędów. W czasach gdy europejscy producenci chwalili się 16-zaworową głowicą, japońskie silniki miały ponad to zmienne fazy rozrządu i w przeciwieństwie do późniejszych konstrukcji europejskich bardzo niezawodne.

Wystarczy prześledzić oferty japońskich marek by się przekonać jak bardzo dziś trzymają się tradycyjnych rozwiązań. Silniki o małej pojemności z turbodoładowaniem? Honda, Mazda, Mitsubishi, Subaru czy Toyota trzymają się od nich z dala. Dla Hondy wprowadzenie turbodoładowanego silnika w modelu Civic Type-R to największa rewolucja w ich rodzinie sportowych samochodów.

Toyota wciąż tkwi w klasycznych jednostkach napędowych rodziny Valvematic. Problem w tym, że czas płynie szybko (popatrzcie na gamę modelową Toyoty,) a normy emisji spalin są nieubłagane. Honda pękła pierwsza – wiedzieli, że bez turbo nie powstanie Civic Type-R. Tymczasem Mazda poszła zupełnie inną drogą.

Inżynierowie z Hiroshimy zadali sobie proste pytanie: czy nie można poprawić tradycyjnego silnika atmosferycznego? Odpowiedź znaleźli w technologii, którą obecnie nazywają SKYACTIV. Co poprawiono? Zasadniczo niewiele. Głównym efektem prac jest zastosowanie systemu spalania HCCI (homogeneus charge compression ignitron), czyli system spalania mieszanki jednorodnej, co w tym przypadku oznacza samozapłon benzyny.

Silnik SKYACTIV-G w określonych warunkach działa niemal dokładnie tak samo jak jednostki Diesla, tyle, że spala benzynę. System HCCI potrzebuje jednak wysokiej temperatury mieszanki, co w silnikach Diesla osiągane jest poprzez wysoki stopień sprężania. Tą samą droga poszła Mazda i w silniku 2.0 SKYACTIV-G mamy stopień sprężania wynoszący aż 14 – dla porównania tradycyjne silniki benzynowe osiągają ok. 10, a mocniej doładowane ok. 8.

Problem w tym, że przy wysokim stopniu sprężania zachodzi większe ryzyko występowania szkodliwego dla silnika spalania stukowego. Poradzono sobie z tym na kilka sposobów. Po pierwsze zastosowano wtrysk bezpośredni, co pozwoliło w ogóle na wytworzenie jednorodnej mieszanki benzyna-powietrze.

Ponadto kształt denek tłoków zaprojektowano tak, by zapłon odbywał się w kontrolowany sposób i nie przegrzewał tłoka. Wprowadzono również długie kolektory wydechowe by spaliny nie grzały silnika. Poza systemem HCCI zastosowano zmienne fazy rozrządu.

Efektem jest silnik SKYACTIV-G o pojemności skokowej 2.0 l i niewielkiej mocy 120 KM, ale wytwarzający duży moment obrotowy o wartości 210 Nm przy 4000 obr./min. Dla porównania, 2-litrowy silnik Valvematic Toyoty o mocy 152 KM wytwarza maksymalny moment obrotowy o wartości 196 Nm przy 4000 obr./min. Silnik 2.0 i-VTEC Hondy o mocy 156 KM osiąga 196 Nm przy 4100 obr./min.

Dopiero zastosowanie wtrysku bezpośredniego pozwala uzyskać moment obrotowy o takich wartościach, czego przykładem może być silnik 2,0 GDI Hyundaia o mocy 166 KM wytwarzający moment obrotowy o wartości 213 Nm przy 4700 obr./min.

Jednak to nie koniec. Mazda nie ograniczyła się tylko do stworzenia konkurencyjnego dla nowoczesnych jednostek downsizingowych silnika, ale zaprojektowała również przekładnię konkurencyjną dla nowoczesnego układu przeniesienia napędu ze skrzynią dwusprzęgłową. To również wydaje się przyszłością, a jednak istnieje na rynku kilka lat i powoli staje się standardem.

Dwusprzęgłowe przekładnie zalewają rynek. Mazda znów poszła pod prąd tworząc przekładnię automatyczną SKYACTIV-Drive. Zawarto w niej wszystkie najlepsze cechy klasycznego automatu z konwerterem momentu obrotowego, skrzyni dwusprzęgłowej oraz bezstopniowej. Łagodną zmianę przełożeń klasycznych automatów połączono z jej szybkością znaną z dwusprzęgłówek, a ze skrzyni bezstopniowej przejęto płynność podczas ruszania z miejsca, zwłaszcza na wzniesieniu.

Jak to osiągnięto? Połączono dwa rozwiązania. Konwerter momentu obrotowego łączy się z klasycznym sprzęgłem ciernym, sterowanym sprzęgłem wielopłytkowym. Tę dość skomplikowaną konstrukcję można zrozumieć oglądając poniższy film.

To by było tyle jeśli chodzi o teorię. Teraz czas na wrażenia z jazdy Mazdą 3 SKYACTIV-G gdzie skupimy się tylko i wyłącznie na silniku oraz układzie przeniesienia napędu. Dla porównania weźmy Škodę Octavię 1.2 TSI z przekładnią DSG. Można by sądzić, że porównamy teraz klasyczne rozwiązanie (Mazda) z mniej konwencjonalnym (Škoda), ale jest dokładnie na odwrót. To napęd Mazdy wydaje się dziś wyjątkowy i unikatowy, a jednocześnie wyznacza kierunek rozwoju silników benzynowych i skrzyń biegów. To škoda oferuje właśnie współczesne, klasyczne rozwiązanie.

Silnik Mazdy ma dużą pojemność, co przekłada się wraz z opisanymi wcześniej rozwiązaniami na duży moment obrotowy, ale jest on dostępny dopiero w średnim i górnym zakresie prędkości obrotowych. Odwrotnie jest w silniku TSI z turbodoładowaniem, któremu wystarczy 1500 obr./min by wyraźnie się ożywił. Subiektywne wrażenia są zupełnie odwrotne do tego, co pokazują liczby.

Liniowy sposób rozwijania mocy w japońskim aucie w pewnym sensie pomniejsza wrażenie przyspieszenia. Škoda wydaje się bardziej dynamiczna, ponieważ na nieco mocniejsze wciśnięcie gazu reaguje natychmiastowym przyrostem momentu obrotowego. Można to porównać z tzw. efektem gotowanej żaby. Okazuje się jednak, że niezależnie od prędkości mazda przyspiesza lepiej, choć nie można powiedzieć, że niezależnie od obrotów.

Kultura pracy obu silników jest zasadniczo bardzo wysoka i nie można im nic zarzucić. A jak z kulturą pracy skrzyń biegów? Tu mamy dwa naprawdę bardzo dobre automaty. Skrzynia DSG zmienia biegi w sposób nieodczuwalny, a obserwując wskazówkę obrotomierza widać, że przełożenia są krótkie. Jest ich siedem i tak naprawdę o jedno za dużo. Pisałem już o tym w artykule "Škoda Octavia 1.2 TSI - którą wersję silnika i jaką skrzynię lepiej wybrać?".

Możecie sprawdzić, że słabsza wersja jednostki 1.2 TSI ma bardzo podobne osiągi współpracując z manualną, 5-biegową przekładnią. Jednak z punktu widzenia ekonomii zużycia paliwa, automat DSG zestopniowano perfekcyjnie. Już przy ok. 1600 obr./min chętnie zmienia bieg na wyższy i nawet trzymając się ograniczeń w obszarze zabudowanym często jeździ się škodą na 6. biegu. Dzięki temu zużycie paliwa jest naprawdę niskie, ale o tym za chwilę.

Przekładnia SKYACTIV-drive również pracuje wyśmienicie, ale nie tak doskonale jak mówi teoria. Inna sprawa, że pomijając fakt dłuższych przełożeń w niczym nie ustępuje konstrukcji DSG. Więcej, bo dzięki tylko 6 biegom nie zmienia ich tak często, co w określonych sytuacjach daje przewagę. Choćby przyspieszenie z określonej prędkości poprzedzone automatyczną redukcją jest wyraźnie lepsze niż w škodzie.

Automat Mazdy reaguje szybciej i szybciej też przygotowuje odpowiednie przełożenie zachowując się dokładnie tak, jak zrobiłby to kierowca redukując od razu do konkretnego biegu. Tymczasem niezbyt dobrze zestopniowany automat Škody wyraźnie miesza w przełożeniach, co chwilę trwa, po czym utrzymuje zbyt wysokie obroty jak na charakterystykę "niskoobrotowej" jednostki TSI.

Silnik Mazdy wykorzystuje tę cechę automatów znakomicie, ponieważ najlepiej czuje się w górnej partii obrotów, a kolejne zmiany przełożeń następują przy ok. 6500 obr./min.

Kolejnym atutem automatu Mazdy jest jego gotowość do przyspieszania w każdej chwili. Przy znacznym zredukowaniu prędkości zmienia bieg na niższy, na przykład przed zakrętem. Poza tym, podczas wyprzedzania utrzymuje wysokie obroty jeszcze dłuższą chwilę po wykonaniu manewru, czekając na dalsze decyzje kierowcy nawet jeśli pedał gazu jest odpuszczony. Nieco inaczej, bardziej komfortowo zachowuje się DSG.

Ta skrzynia zawsze dąży do utrzymania możliwie niskich obrotów i zmienia przełożenia na wyższe chwilę po odpuszczeniu pedału gazu, choć przy wykorzystaniu maksymalnych osiągów również krótko pozostaje na wysokich obrotach. Jednak skrzynia DSG ma funkcję S, która pozwala na utrzymywanie wyższych obrotów cały czas. Problem w tym, że silnik TSI nie lubi wysokich obrotów. Inna sprawa, że przekładnia SKYACTIV nie potrzebuje w ogóle trybu sportowego.

Automat to też płynne ruszanie, co ma znaczenie zwłaszcza w mieście. Tu przewagę ma również skrzynia Mazdy. Co prawda czuć wyraźnie włączanie się napędu, ale trwa ono krócej i przebiega płynniej niż w DSG. Sam proces ruszania bardziej brutalnie (choć to nie jest właściwe określenie) odbywa się w Škodzie.

Warto też mieć na uwadze fakt, że gdy w DSG trzymamy układ napędowy na "półhamulcu", to w rzeczywistości auto stoi lub porusza się na tzw. półsprzęgle, które się ślizga, co nie jest korzystne dla tej konstrukcji. Tym samym, podczas manewrowania na parkingu automat SKYACTIV spisuje się lepiej. Lepiej też współpracuje z układem i-Stop (w škodzie Start-Stop). Więcej o pracy układu i-Stop w mazdzie znajdziecie pod poniższym linkiem.

Gdy silnik jest wyłączony i następuje puszczenie pedału hamulca, co ponownie go uruchamia, Mazda wykazuje minimalne opóźnienie do momentu ruszenia samochodu z miejsca. Układ nie przeszkadzał nawet w gęstym ruchu miejskim, gdzie włączał i wyłączał silnik 2-3 razy na minutę. Tego samego nie można powiedzieć o škodzie.

Tu co prawda podobnie jak w mazdzie nie było zawahania jednostki napędowej, ale na tle japońskiego konkurenta skrzynia DSG potrzebowała dużo więcej czasu na włączenie napędu. Nierzadko trwało to nawet sekundę, co czasami uniemożliwiało szybką zmianę pasa przy starcie z miejsca. Czasami w samochodach z układem start-stop dochodzi do kuriozalnej sytuacji, w której tuż po zatrzymaniu i wyłączeniu silnika musimy szybko ruszyć.

Wówczas wciskamy gaz i puszczamy hamulec jeszcze w momencie, gdy silnik gaśnie. Czas potrzebny na ponowne uruchomienie jednostki napędowej i ruszenie z miejsca jest zdecydowanie krótszy w takim przypadku w mazdzie.

Wrażenia z jazdy przy skupieniu się tylko na układach napędowych są wyraźnie lepsze w mazdzie, chyba, że ktoś lubi charakterystykę silników turbodoładowanych. Choć w tej sytuacji znacznie lepszy jest mocniejszy silnik 1.4 TSI, a zwłaszcza w odmianie z podwójnym doładowaniem. A jak wyglądały wyniki testów przyspieszenia i spalania?

Tak jak pisałem wyżej, reakcje na tzw. kick down automatu SKYACTIV-drive są lepsze, a przełożenia lepiej dobrane niż w konfiguracji 1.2 TSI DSG. Jednocześnie przyspieszenia Japończyka były lepsze, ale nie można zapominać, że jednostka Škody jest wyraźnie słabsza.

Jednak mnożąc jej pojemność przez współczynnik 1,7 dla silników doładowanych, stosowany w sporcie motorowym i określony przez FIA, Škoda ma pojemność dokładnie odpowiadającą silnikowi Mazdy. Oczywiście traktujcie to jako ciekawostkę, ale pojemność silnika SKYACTIV-G jest większa o 68 proc., co niemal doskonale odzwierciedla wartość współczynnika.

Różnica w mocy i pojemności obu silników przekłada się zarówno na osiągi jak i spalanie. Szczegółowe wyniki pomiarów znajdziecie w tabeli na dole. Obok wybranych parametrów w nawiasie okrągłym podałem różnicę procentową. Z kolei wartości przyspieszeń z prędkości 50 i 60 km/h nie należy traktować jako typowych pomiarów elastyczności, bowiem przedstawiony wynik to suma czasów reakcji skrzyni biegów i właściwego przyspieszenia.

Spalanie było mierzone na tej samej trasie, ale przy niższej o ok. 15 stopni Celsjusza w przypadku škody. To samo dotyczy jazdy miejskiej, dlatego też nie udało się sprawdzić spalania škody z aktywnym systemem start-stop. Oba auta pokonały ten sam dystans i tą samą trasę na dwa sposoby.

Ekonomiczna jazda w mieście to jazda w taki sposób by uzyskać maksymalnie niskie spalanie, ale bez aktywnego systemu start-stop, a dynamiczna, to normalna jazda z szybkim startem spod świateł i dynamicznym przyspieszaniem do prędkości dopuszczalnych. W trasie jazda ekonomiczna oznaczała jazdę bez zbędnego wyprzedzania i przy utrzymaniu maksymalnej płynności jazdy nawet kosztem prędkości.

Dynamiczny sposób poruszania się w trasie to wyprzedzanie pojazdów jadących wolniej i dynamiczne przyspieszanie do prędkości dopuszczalnych. Warto zwrócić uwagę na wartości procentowe, bowiem tak jak wspomniałem parametry silników nie są podobne.

*na podstawie prędkościomierza

Przy średnio o 17 proc. lepszych parametrach silnika Mazdy, mamy średnio 28 proc. lepsze przyspieszenie ze startu zatrzymanego i podobną różnice w przyspieszeniach w wąskich zakresach prędkości. Tymczasem przyspieszenia w szerokim zakresie prędkości od 60 km/h do 120 i 140 km/h są już bardzo zbliżone.

W spalaniu mazda jest gorsza średnio o 6 procent, a wyniki są mocno uzależnione od sposobu jazdy. Škoda podczas dynamicznej jazdy w mieście spala 31 procent więcej paliwa niż w trybie ekonomicznym. Różnica w mazdzie jest nieco większa (38 proc.) co w tym przypadku zaprzecza teoriom o większej paliwożerności silników doładowanych przy dynamicznej jeździe. W trasie škoda jest o 14 proc. mniej oszczędna przy stylu dynamicznym, podczas gdy mazda spala o 11 proc. więcej paliwa.

Choć odczucia i wrażenia z jazdy jednoznacznie wyłaniają zwycięzcę, to nie można powiedzieć, że w każdej sytuacji škoda jest gorsza. Jeśli kierowcy bardziej niż na osiągach zależy na ekonomii zużycia paliwa, mały motor z turbodoładowaniem będzie lepszym wyborem. Pod każdym innym względem "tradycyjny" silnik i równie "tradycyjna" skrzynia biegów SKYACTIV są lepsze.

Lepsze osiągi dynamiczne o około 30 procent są okupione jedynie kilkuprocentowym spadkiem ekonomii. Ponadto układ napędowy Mazdy pracuje przyjemniej i płynniej. To przekłada się na komfort jazdy, choć akurat podwozie Mazdy zestrojono bardziej sportowo niż Škody.

Porównanie pokazuje, że droga, którą wybrała Mazda jest słuszna i w chwili obecnej najlepsza dla silników benzynowych. Mazda wygrywa niemal pod każdym względem odnajdując rezerwy silników benzynowych w miejscach, w które nie chcą zaglądać inni. Dziś liczy się ekonomia i koszt budowy, a silnik jest jednym z najdroższych obszarów w konstrukcji samochodu.

Turbodoładowanie z kolei jest najtańszym sposobem na zwiększenie mocy. Tymczasem Mazda szukając u źródeł doskonale potwierdza słuszność słów Zbigniewa Herberta: "Płynie się zawsze do źródeł, pod prąd, z prądem płyną śmiecie".