E-learning Mazda SKYACTIV

Aan de hand van deze e-learning maakt u kennis met de nieuwe SKYACTIV-technologie van Mazda. Druk op de knop start cursus om de cursus te beginnen. De hoofdstukken dienen in genummerde volgorde gemaakt te worden.

1. Mazda SKYACTIV-G & SKYACTIV-D

Introductie

Welkom bij de Mazda SKYACTIV e-learning!

Aan de hand van deze e-learning maakt u kennis met de nieuwe SKYACTIV-technologie van Mazda. Gedurende deze e-learning zal u verschillende hoofdstukken doorlopen, in deze hoofdstukken staat de SKYACTIV-technology gedetailleerd beschreven. Wanneer u deze cursus met succes doorloopt, beschikt u over de juiste kennis rondom SKYACTIV en kunt u dit toepassen op de werkvloer.

Mazda SKYACTIV-G

SKYACTIV-G

Mazda SKYACTIV-G is de motortechnologie die Mazda op haar benzinemotoren toepast. Deze vorm van motortechnologie is een samenvoeging van slimme technieken om zo de compressieverhouding in de cilinders te kunnen vergroten. SKYACTIV-G resulteert in een brandstofverbruik dat 15% afneemt, in vergelijking met vorige generaties Mazda benzinemotoren.

Algemene werking

Een normale benzine-verbrandingsmotor maakt gebruik van een compressieverhouding rond de 10:1 tot 12:1. Aan de hand van Mazda haar onderzoek, bleek dat een hogere compressieverhouding gunstige gevolgen heeft voor het brandstofverbuik. Vanuit dit standpunt heeft Mazda geprobeerd om de compressieverhouding vergroten, dit probeerde zij eerst door de compressieverhouding te verhogen van 10:1 naar 15:1. Het probleem hierbij is dat, door de toename in compressie, de temperatuur en de druk in de cilinder toeneemt. Hierdoor ontbrand het mengsel in de cilinder te vroeg. Als gevolg gaat de motor pingelen. Door dit nadeel verliest de motor veel koppel.

Het verhogen van de compressievehouding heeft in eerste instantie negatieve gevolgen op het motorkoppel.

Anti-pingel regeling

Om te zorgen dat een benzinemotor met een grote compressieverhouding niet gaat pingelen, heeft Mazda maatregelen toegepast. Zo verwijderd Mazda ongewenste uitlaatgassen, die normaal in de cilinder blijven hangen. Uitlaatgassen die in de cilinder blijven hangen, zorgen namelijk voor aanzienlijke temperatuursverhoging. Hierdoor loopt de temperatuur, gedurende de compressieslag, te hoog op en ontbrand het lucht-brandstofmengsel te vroeg. Mazda ontdekte dat als ze het aantal achtergebleven uitlaatgas met de helft verminderde, de eindtemperatuur na compressie gelijk is aan die van een benzinemotor met een lage compressieverhouding. 

Echter verwijderen de ongewenste uitlaatgassen zich niet zelf uit de cilinder. Om dit te verwezelijken en de compressieverhouding te vergroten, heeft Mazda een aantal slimme technieken toegepast. Deze technieken worden in de komende hoofdstukken behandeld.

Aangepaste zuigervorm

Om de compressiehouding te vergroten is ten eerste de zuiger aangepast. De zuiger heeft rondom de kleppen en de bougie, uitsparingen gekregen. Door de vorm van de zuiger mengen de lucht en de brandstof beter. Daarnaast is het compressierendement ook vergroot. Dit heeft als gevolg dat de mix van brandstof en lucht beter wordt samengedrukt, wat een betere ontbranding als gevolg heeft. Door de betere ontbranding ontstaat er minder energie verlies en wordt er dus meer energie op de zuiger geleverd. Hierdoor neemt het vermogen toe.

Naast het winnen van compressieruimte en vermogen, heeft de nieuwe zuigervorm ook effect op het brandstofverbruik. De nieuwe zuigervorm zorgt er namelijk voor dat de motor, bij dezedelfde hoeveelheid brandstof, meer vermogen levert. Mazda kan dus met minder brandstof het huidige vermogen behouden. Met dit idee wordt er in de SKYACTIV motoren minder brandstof ingespoten en is het brandstofverbruik tot wel 15% lager.

De uitsparing bovenop de zuiger heeft naast het bieden van compressievoordelen, ook een ander doel. Door deze uitsparing wordt er een gelaagde brandstof/lucht mix bij de bougie ontwikkeld. Ook is de kans dat de vonk van de bougie, de top van de zuiger raakt verdwenen. Hierdoor ontstaat er geen koel verlies in de uitlaatgassen. Dit is zeer belangrijk omdat de uitlaatgassen ervoor zorgen dat de katalysator bij een koude start genoeg opwarmt, waardoor de emissieeisen worden behaald.

4-2-1 Uitlaatspruitstuk

Een belangrijk onderdeel van het SKYACTIV systeem is het uitlaattraject wat ook wel bekend staat als het 4-2-1 spruitstuk. Dit spruitstuk dankt zijn naam aan de overgang van het aantal buistrajecten. Het spruitstuk begint met een uitlaat voor elke cilinder, dit zijn er 4. De 4 uitlaten komen gedurende het traject samen en creëren 2 uitlaten die zich later tot 1 uitlaat vormen. 

Dat het spruitstuk zo gevormd is heeft een reden. Vele fabrikanten gebruiken wegens emissieeisen een kort 4-1 uitlaatspruitstuk. Dit spruitstuk brengt helaas enkele problemen met zich mee. Wanneer cilinder 3 bijvoorbeeld zijn uitlaatslag uitvoert, drukt hij uitlaatgas het spruitstuk in. Terwijl dit plaatsvindt, bevindt cilinder 1 zich in de overgang van uitlaatslag naar inlaatslag. Cilinder 1 is zijn inlaatklep aan het openen en sluit tegelijkertijd zijn uitlaatklep. Doordat de uitlaatklep nog open staat, wordt een gedeeldte van de uitlaatgassen uit cilinder 3 in cilinder 1 gepompt. De extra uitlaatgassen in cilinder 1 zorgen voor een ongewenste toename in temperatuur en te vroege ontbranding.

Om dit effect aanzienlijk te verminderen heeft Mazda het traject verlengd, zodat de hogedrukgolf met uitlaatgassen pas aankomt bij de verbonden cilinder als de uitlaatklep al dicht is. Desondanks is het effect, dat achtergebleven uitlaatgas wordt doorgepompt naar de verbonden cilinder, nog niet verdwenen. Ook hier heeft het 4-2-1 uitlaattraject effect op. Het spruitstuk is zo ingericht dat wanneer bijvoorbeeld cilinder 4 zijn uitlaatgassen het spruitstuk in duwt, er een enorme onderdruk ontstaat in de uitlaattrajecten van verbonden cilinder. Door deze onderdruk worden de uitlaatgassen enorm snel uit de verbonden cilinder gezogen. Als gevolg is de kans dat er uitlaatgassen in het spruitstuk achterblijven zeer klein. In de onderstaande video wordt deze techniek gedemonstreerd. Het naar binnen pompen van uitlaatgassen in een cilinder gebeurd alleen nog bij enorm lage toerentallen.

Ben je klaar met het lezen van de informatie over SKYACTIV-G?

  • Ja
  • Nee

Mazda SKYACTIV-D

Mazda SKYACTIV-D is de motortechnologie die Mazda op haar dieselmotoren toepast. Deze vorm van motortechnologie is een samenvoeging van slimme technieken om zo de compressieverhouding in een cilinder te kunnen verlagen. De toepassing van SKYACTIV-D resulteert in een brandstofverbruiksafname van 20%, ten opzichte van normale dieselmotoren.

Algemene werking

Dieselmotoren hebben standaard een hoge compressieverhouding. Hierdoor ontstaat er in deze motoren een enorme hoge druk en temperatuur op het bovenste dode punt van de zuiger. Wanneer er op dit moment brandstof wordt ingespoten, zal de ontbranding plaatsvinden voordat er een correcte mix van brandstof en lucht is gevormd. Als gevolg ontbrandt er een heterogeen mengsel, waarbij er te weinig zuurstof aanwezig is. NOx en roet worden hierdoor gevormd.

Door het ontstaan van deze producten, is het erg moeilijk om aan hedendaagse emissie-eisen te voldoen. Om toch aan deze eisen te voldoen zit er niks anders op dan het mengsel na het bovenste dode punt te laten ontbranden. Hiermee wordt een lagere druk en temperatuur in de cilinder bereikt. Het nadeel hiervan is dat het brandstofverbruik hierdoor wordt verhoogd.

Mazda heeft, in tegenstelling tot de benzinemotoren, de compressieverhouding bij de dieselmotoren verlaagt. Door een verlaagde compressieverhouding worden de temperatuur en de druk, op het bovenste dode punt van de zuiger, minder. Als gevolg duurt de ontbranding langer waardoor de lucht en brandstof beter kunnen mixen. Dit heeft positieve gevolgen op het gebied van ontstaande NOx, omdat er geen zuurstof tekort is. Door deze techniek kan er weer op het bovenste dode punt worden geïnjecteerd, waardoor de zuiger van de dieselmotor een grotere slag kan maken. Dit zorgt voor een enorme toename in rendement van de dieselmotor.

Materiaalkeuze

Door de lage compressieverhouding en de lagere druk in de cilinder, heeft Mazda de materiaalkeuze van de motoronderdelen kunnen aanpassen. Zo is het cilinderblok van aluminium, wat wel 25 kilogram scheelt met andere en oudere dieselmotoren. Ook heeft Mazda de dimensies van de materialen kunnen veranderen. Door een vermindering in wanddikte van onderdelen als de cilinder, is rond de 3 kilogram bespaard. De zuigers hoeven ook minder kracht te weerstaan, door deze opnieuw te ontwikkelen is hun gewicht met 25% afgenomen.

Obstakels

Een dieselmotor met een lage compressieverhouding is amper terug te vinden op de automotive markt. Er zijn namelijk een paar obstakels die fabrikanten tegenkomen bij het ontwikkelen van een dergelijke motor. Door de lage compressieverhouding is de temperatuur in de cilinder bij een koude motor te laag om het mengsel te laten ontbranden. Dit heeft als gevolg dat de dieselmotor niet start. Ook heeft de verlaging van de cilindertemperatuur en druk, effect op de ontsteking tijdens warm gebruik. Hierdoor ontstaat er een ongebalanceerde ontsteking.

De oplossing

Om er voor te zorgen dat de dieselmotor wel zal starten, vooral in koude toestand, heeft Mazda maatregelen ondernomen. Allereerst heeft Mazda een piezo injector met meerdere injectiegaten ontworpen. Hiermee kan het injectiegedrag verschillen aan de hand van de situatie in de cilinder. Het afstellen van de injectiehoeveelheid en timing zorgen voor een hogere nauwkeurigheid in het controleren van de mengselsamenstelling. De injector kan per ontbranding wel 9 keer injecteren. Ook heeft de injector drie injectorfases: voor-injectie, hoofd-injectie en na-injectie. Alle injectiefases worden aan de hand van de motorbelasting aangepast.

Variable valve lift

Om te vroege of te late ontsteking te voorkomen, heeft Mazda de variable valve lift techniek toegepast. Dit is een systeem wat zijn functie uitoefent op de uitlaatkleppen. De variable valve lift zorgt ervoor dat de uitlaatklep, tijdens de inlaatslag, een klein beetje open staat. Hierdoor worden uitlaatgassen vanuit het uitlaatspruitstuk terug de cilinder in gezogen. Als gevolg stijgt de temperatuur in de cilinder. Dit zorgt ervoor dat de ontsteking van het diesel-luchtmengsel gestabiliseerd wordt.


Door deze verstelbare nok wordt de uitlaatklep variërend bedient.

Twee fase-turbocharger

Mazda past op de SKYACTIV-D motoren een twee fase-turbocharger toe. Dit houdt in dat de motor een kleine en een grote turbo bevat. Aan de hand van het toerengebied, de gevraagde last en rijcondities worden de turbo’s selectief aangestuurd. Door de toepassing van deze techniek levert de motor, aan de hand van de kleine turbo, veel koppel in het lage toerengebied. De kleine turbo is namelijk makkelijk op te spoelen, met relatief weinig lucht. Hierdoor levert hij een aanzienlijke toename in luchttoevoer bij lage toerentallen. De grote turbo komt bij hogere toeren pas op gang, daar levert hij een enorme toename in aangezogen lucht. Hierdoor neemt de kracht bovenin de toeren toe. De lage compressieverhouding, de ontsteking en de voldoende hoeveelheid lucht zorgen er voor dat de NOx emissies laag blijven. Ook levert dit pakket dus het koppel, de kracht en het gewenste brandstofverbruik.

2. SKYACTIV drive & MT

SKYACTIV Drive

SKYACTIV drive

SKYACTIV drive is de nieuwe automatische transmissie van Mazda, welk ook onder het SKYACTIV pakket valt. Mazda levert deze automatische transmissie met de belofte dat hij het beste is voor de globale markt. De pluspunten zijn dan ook: een goed brandstofverbruik, makkelijk weg rijden, een ‘’direct gevoel’’ en vloeiend schakelen.

Algemene werking automatische transmissie

De algemene werking van SKYACTIV Drive is net zoals elke andere automatische transmissie. De automaat schakelt aan de hand van een planetair stelsel. Dit stelsel bestaat uit een zonnewiel (element A), de daarop ingrijpende satellietwielen (element B) en het daarop ingrijpend ringwiel (element D). De satellietwielen worden met elkaar verbonden door de satellietdragers (element C).

De voordelen van een planetair stelsel tegenover een conventionele overbrenging met tandwielen en schakelvorken zijn:

  • De in en uitgaande as liggen in dezelfde lijn. Dit is optimaal op het gebied van de packaging en dit levert zo min mogelijk krachtverlies.
  • Door de gunstige vermogensvertakking is er een lagere thermisch en mechanische belasting in het stelsel.
  • De tandwielen hoeven niet te schuiven om te schakelen.
  • Als gevolg kan de automaat onder volle belasting schakelen.

 Door element A, B en D te veranderen van ingaande as, uitgaande as en geremde as worden er overbrengingsverhoudingen gecreëerd.

Krachtoverbrenging

Om de wielen aan te drijven moet de kracht wel bij het planetaire stelsel komen. Hiervoor gebruikt Mazda een koppelomvormer. Bijna alle soorten automaten, behalve een automaat met een dubbele koppeling of een CVT, gebruiken een koppelomvormer. Mazda heeft een manier gevonden om de standaard koppelomvormer te verbeteren. Om de denkwijze achter deze innovatie te begrijpen, kijken wij eerst naar de algemene werking van een koppelomvormer.

Algemene werking koppelomvormer

Een koppelomvormer brengt het koppel over aan de hand van hydrodynamica. Een koppelomvormer wordt daarom ook vaak een vloeistofkoppeling genoemd. Hij moet allereerst de algemene taken van een koppeling vervullen:

  • Het verbreken van de verbinding tussen motor en wisselbak.
  • Het overbrengen van een moment (koppel) waarbij de ingaande hoeksnelheid ongelijk is aan de uitgaande hoeksnelheid.
  • Het beperken van het maximum koppel in verband met de constructieve veiligheid van de aangesloten componenten.

De vloeistofkoppeling zet mechanische energie om in kinetische energie, wat vervolgens weer om wordt gezet tot mechanisch energie. Om deze handelingen te verrichten bevat een koppelomvormer de volgende onderdelen:

  • Een pompwiel om de vloeistof te voorzien van kinetische energie.
  • Vloeistof.
  • Een turbinewiel dat door de vloeistof wordt aangedreven.

Het pompwiel wordt door de verbrandingsmotor aangedreven, waardoor het pompwiel een grotere hoeksnelheid ondervindt dan het turbinewiel. Als gevolg ontstaat er een grotere middelpuntzoekende kracht in de vloeistof van het pompwiel, vergeleken met de vloeistof van het turbinewiel. De vloeistof gaat hierdoor linksom stromen (zie bovenstaande afbeelding). 

Door het verschil in hoeksnelheid van beide wielen, krijgt elk deeltje in de vloeistof een snelheid in een richting die is samengesteld door de pomprichting (linksom) en de draairichting van het pompwiel. De schijven in het turbinewiel ontvangen de vloeistof vanuit het pompwiel, deze vloeistof heeft dus een hogere snelheid dan het turbinewiel zelf. Door de kracht vanuit de vloeistof op de schijven in het turbinewiel ontstaat er bewegingsenergie in de tangentiële richting. Met deze energie wordt het turbinewiel aangedreven en gaat het dus sneller draaien. De vloeistof zal vervolgens weer naar het pompwiel vervoerd worden. Tijdens deze overgang versnelt de vloeistof weer, hierdoor zal het pompwiel weer sneller gaan draaien. Zo ontstaat er een cyclisch proces.

Doordat het pompwiel, via de vloeistof, het turbinewiel aandrijft wordt de ingaande as van het planetaire stelsel .aangedreven wat uiteindelijk resulteert in een aangedreven aandrijfas.

De oplossing van Mazda

Mazda heeft doormiddel van schijfkoppelingen ervoor gezorgd dat het turbinewiel langer dezelfde snelheid draait als het pompwiel. Wanneer het turbinewiel dezelfde snelheid draait als het pompwiel noemen we dat ‘’lockup time’’. Normaliter zou het verlengen van de ‘’lockup time’’ resulteren in ongewenste trillingen en geluiden.

Mazda heeft het pompwiel en het turbinewiel kleiner gemaakt, om de draagwijdte te verminderen. Achter deze koppelomvormer zit een koppeling met meerdere platen. Daarnaast zitten er ook dempers in deze koppeling die de ongewenste trillingen dempen. Door de maximaal over te dragen kracht te verminderen en de lockup tijd te verlengen reageert de SKYACTIV drive soepel en snel. Het systeem heeft namelijk weinig tijd nodig om de kracht over te zetten van het pompwiel tot turbinewiel. Ook is er tijdens het optrekken en schakelen minder vermogen nodig, dit resulteert in een lager brandstofverbruik van 4% tot uiterlijk 7%.

SKYACTIV MT

SKYACTIV MT is de nieuwe handgeschakelde transmissie van Mazda. De SKYACTIV MT wordt in twee vormen geproduceerd, een grote en middelgrote variant. Het idee achter de ontwikkeling van deze versnellingsbak is een lichte en compacte versnellingsbak met een beter schakelgevoel en een positief effect op het brandstofverbruik. Qua gevoel moet de versnellingsbak overeenkomen met die van de Mazda MX-5. Om de werking van de SKYACTIV MT te bergijpen, zullen we eerst kijken hoe de algemene werking van een handgeschakelde transmissie in elkaar zit.

Algemene werking handmatige transmissie

Een handgeschakelde transmissie werkt op de basis van het creëren van overbrengingsverhouding met tandwielen. De benodigde vrij draaiende tandwielen op de uitgaande as, worden gekoppeld of ontkoppeld door het activeren van synchronisatieringen. Het activeren van synchronisatieringen wordt gedaan met de schakelpook.

Eerste versnelling

Op bovenstaande afbeelding is een simpele handgeschakelde transmissie afgebeeld, dit is een transmissie met twee versnellingen. Wij gebruiken maar twee versnellingen om het overzichtelijk te houden. Een hedendaagse handgeschakelde transmissie heeft vijf of zes versnellingen met overbrengingsverhoudingen die groot beginnen en klein eindigen.

  • A = Het tandwiel van de ingaande as, ook wel de prise-as genoemd.
  • B, C & E= De tandwielen op de secundaire as.
  • D & F= Vrij draaiende tandwielen op de uitgaande as.

Op de afbeelding is de eerste versnelling ingeschakeld. De ingaande as komt van de motor en zorgt voor een kracht op tandwiel A, dit resulteert in een roterende beweging. Doordat de schakelpook in de eerste versnelling staat, zijn de synchronisatieringen tegen tandwiel D gedrukt (aangegeven met de blauwe pijlen). Hierdoor is de uitgaande as gekoppeld aan tandwiel D, deze is dus niet meer vrij draaiend. 

Tandwiel A verplaatst zijn kracht altijd naar de secundaire as, aangezien hij altijd contact maakt met tandwiel B. Tandwiel B verplaatst zijn kracht weer verder via de secundaire as naar tandwiel C en E. Aangezien tandwiel D nu verbonden is met de uitgaande as en niet meer vrij draaiend is, kan tandwiel C zijn kracht overbrengen naar tandwiel D. Tandwiel D zorgt nu namelijk voor weerstand waardoor de kracht over te brengen is. Door de aandrijving van tandwiel D aan de hand van tandwiel C, zal de uitgaande as gaan draaien. Deze as drijft het differentieel aan en daarna worden aan de hand van de aandrijfassen de wielen aangedreven.

Tandwiel F kan geen kracht ontvangen omdat hij vrij draaiend is. Tandwiel E levert dus kracht voor niks. Het is helaas zo dat één of meer tandwielen op de secundaire as altijd kracht levert voor niks, hierdoor heeft een handgeschakelde transmissie altijd een percentage vermogensverlies.

De krachtoverbrenging is nu beschreven, maar hoe worden de overbrengingsverhoudingen bepaald? De overbrengingsverhoudingen worden bepaald door het aantal tanden op een tandwiel, in relatie met hun grootte. Wij nemen als voorbeeld de bovenstaande transmissie die is zijn eerste versnelling is geschakeld. De overbrengingsverhouding van tandwiel A naar B is verwaarloosbaar, want die is altijd hetzelfde. Het gaat bij de transmissie om de overbrengingsverhouding tussen tandwiel C en D. Stel je voor: tandwiel C heeft 10 tanden, tandwiel D heeft er 30. Tandwiel C heeft een volledige rotatie afgelegd na 10 tanden, terwijl tandwiel D dan pas 1/3 van zijn rotatie heeft afgelegd. In het algemeen kan je dus zeggen: als de ingaande as 1 omwenteling maakt, dan maakt de uitgaande as 0.33 omwenteling. Dit houdt dus in dat tandwiel C drie omwentelingen moet maken om tandwiel D één omwenteling te laten maken. De overbrengingsverhouding van de eerste versnelling is dus 3:1.

De motor moet dus veel moeite doen om de wielen in beweging te krijgen. Dit is wat wij als mens willen in de eerste versnelling: een motor die licht reageert op het gas, maar geen auto die ongecontroleerd wegrijd. Door de wielen relatief weinig te laten bewegen kan een auto rustig en gecontroleerd optrekken.

Tweede vernelling 

De tweede versnelling is anders ingericht dan de eerste versnelling. De krachtoverbrenging werkt hetzelfde als bij de eerste versnelling. Als de pook in de tweede versnelling staat wordt de synchronisatiering van tandwiel D ontkoppeld en de synchronisatiering van tandwiel F wordt gekoppeld. Nu loopt de kracht uit de secundaire as door tandwiel E naar tandwiel F. Tandwiel C levert nu dus het vermogens verlies, omdat D geen weerstand kan bieden en vrij draait. Tandwiel E heeft meer tanden dan tandwiel C, terwijl tandwiel F minder tanden heeft dan tandwiel D. Als gevolg ontstaat eigenlijk een omgekeerde situatie van de eerste versnelling. Tandwiel E heeft bijvoorbeeld 20 tanden, terwijl tandwiel F er 15 heeft. Wanneer tandwiel E één omwenteling maakt, heeft tandwiel F 1.33  omwenteling gemaakt. Door deze tandwiel keuze is de overbrengingsverhouding 0,75:1. De motor hoeft dus maar 0,75 rotaties te maken, om de wielen 1 rotatie te laten maken. Deze soort verhoudingen zien wij in de personen auto’s vaak terug in de vijfde en zesde versnellingen. De motor kan dan lage toerentallen draaien, wat gunstig is voor het brandstof verbruik, terwijl de wielen een hoge rotatiesnelheid hebben. Dat is ook de reden dat een auto in zijn vijfde en zesde versnelling met weinig toenamen in het toerental, veel kilometer per uur harder kan gaan rijden.

De innovaties van Mazda

Mazda heeft het voor elkaar gekregen om een korte, lichte schakelpook te ontwikkelen in combinatie met een handgeschakelde transmissies. Daarnaast is de transmissie ook 16% lichter dan voorgaande generaties. Door de inwendige frictie van de transmissie te reduceren, is het brandstofverbruik met 1% afgenomen.

Mazda heeft dit bereikt door de structuur van de handmatige transmissie te analyseren op mogelijke verbeteringen. Mazda heeft de as met de tandwielen voor de tweede en derde versnelling veranderd, hierbij hebben zij 30 configuraties geanalyseerd waardoor er 10.000 alternatieven ontstonden. Uit deze mogelijkheden is de lichtste variant gekozen. Daarnaast heeft Mazda een bijzondere stap gemaakt, door het tandwiel van de eerste versnelling en de achterwaartse versnelling samen te voegen. Als gevolg kon de tweede as van de transmissie met 20% worden verkort. Door de samenvoeging van de tandwielen van de eerste versnelling en de achterwaartse versnelling, kon de gehele as en het tandwiel van de achterwaartse versnelling verwijderd worden. Door de vermindering van componenten en het analyseren van elk onderdeel, is de transmissie 3 kilogram lichter geworden.

3. SKYACTIV Body & Chassis

SKYACTIV Body

Mazda heeft het oude frame van begin af aan geanalyseerd, om zo een frame te creëren wat continu van vormgeving is met zo min mogelijk kromme delen. Hierdoor is het frame lichter en tegelijker tijd sterker dan zijn voorganger. Ondanks dat dit de streven zijn op het gebied van rijgevoel en dynamiek, moet het frame ook de inkomende kracht van een botsing kunnen verspreiden over zijn gehele oppervlakte. Dit heeft als gevolg dat vervorming en breuken geëlimineerd worden.

Het ontwerp

De Mazda engineers zijn begonnen met het verwijderen van de krommingen uit het chassis. Hierbij werd ook gekeken of het chassis een continue configuratie kon krijgen, waardoor inkomende krachten beter verdeeld kunnen worden. Helaas konden niet alle krommingen verwijderd worden. Om de overgebleven kromme delen te verstevigen hebben deze delen een continue band met het horizontale frame. Als gevolg ontstaat er een gesloten circuit wat zorgt voor minder gewicht en extra stijfheid.

Dual Brace

In tegenstelling tot de vorige generaties frames heeft Mazda een gedeelte van het bovenlichaam meegenomen in de constructie van het chassis. Vanuit het bovenlichaam zijn de bevestigingspunten van de veerpoten meegenomen in het chassis. Mazda noemt deze toepassing de ‘’Dual brace’’ techniek. Om nog meer stijfheid in het frame te ontwikkelen, heeft Mazda zo vele mogelijk structuren in de vorm van een ring toegevoegd. Deze structuren gebruiken de dak rails en de B-stijl van het bovenlichaam in combinatie met het onderlichaam.

Dual Brace

Ring-structuur in het frame

Multi-load path structuur

Tijdens een frontale botsing moet de neus van de auto veel energie transporteren. Het transporteren van de kracht is heel belangrijk bij een botsing. Wanneer de neus kracht zou opnemen en vasthouden tijdens een botsing resulteert dit in breuken, buigingen en negatieve gevolgen op het gebied van de veiligheid voor de inzittende. Mazda heeft het frame in de neus zo ontworpen dat de inkomende kracht in verschillende richtingen, zo gunstig mogelijk, wordt afgevoerd. Door het gunstig afvoeren van deze krachten, neemt hun energie af. Als gevolg is het effect van de kracht op het frame een stuk minder heftig. Mazda heeft ook onderdelen als deurscharnieren, die normaal niet gebruikt worden om krachten af te voeren, gebruikt om een pad te creëren.

Het frame in de neus van de SKYACTIV body is in een kruisvorm ontworpen. Standaard wordt vaak een vierkante vorm gebruikt. De krachten worden bij veel auto’s langs de richels afgevoerd. De vierkante vorm biedt vier lijnen lang de richels, de kruisvorm biedt er twaalf. Hierdoor wordt de schok beter verspreid, waardoor de ruimte rondom de motor beter gebruikt wordt. De interieur ruimte neemt daarnaast ook toe door deze toepassing.

Materiaalkeuze

Om de stijfheid nog meer te verbeteren en het gewicht te verlagen heeft Mazda ervoor gekozen om meer hoogwaardig staal te gebruiken. Dit soort staal is de dunste in zijn klasse en bied ook één van de hoogste stijfheden van alle soorten staal. Het hoogwaardige staal wordt voor een groot deel van de hoofdonderdelen gebruikt.

SKYACTIV Chassis

Het SKYACTIV chassis moet de perfecte combinatie tussen comfort, lichtgewicht, veiligheid en rijbeleving bieden. Bij vele auto’s wordt de gierhoek vergroot zodat de auto makkelijk kan draaien op lage snelheden. Het nadeel hierbij is dat de auto heel nerveus wordt op hoge snelheden. Om dit tegen te gaan heeft Mazda de afstelling van de demping en vering achter opnieuw ontworpen. Allereerst zijn de verbindingspunten van de vering geoptimaliseerd, zodat het grip van de achterwielen toeneemt onder hoge belasting. Dit zorgt voor vloeiend rijgedrag bij hoge snelheden. Om toch de auto toch manoeuvreerbaar te maken bij lage snelheden, heeft Mazda een hogere overbrengingsverhouding in de stuurinrichting gemonteerd.

Om de stabiliteit te verbeteren, wil Mazda een stuurgevoel wat varieert aan de hand van de gereden snelheid. Voor zwaardere besturing op hoge snelheden heeft Mazda de geometrie van de wielen aangepast. Mazda heeft de balhoofdhoek (caster hoek) van de voorste schokdempers vergroot. Hierdoor is het voertuig ook heel stabiel in een rechte lijn. Ook zal de auto, bij een grote toename in koppel, de wielen recht trekken. Voor de wendbaarheid bij lage snelheden heeft Mazda een elektrische stuurbekrachtiging toegepast. Dit alles zorgt voor een sportief rijgedrag en een gevoel van veilig.

Comfort

Het SKYACTIV chassis moet een goede mix tussen comfort en rijvaardigheid bieden. Mazda heeft een manier gevonden om de rijvaardigheid te verbeteren, zonder de stijfheid van de veren en de dempers te verhogen. De bevestigingspunten van de dempers zijn drastisch veranderd, dit met het vergroten van de hefboomverhouding in gedachten. Uit de testen bleek dat dit positieve gevolgen heeft, het vergroot de mate van demping en het versterkt de stijfheid van de rubbers in het bevestigingspunt van de veerpoot. Schokken en stoten zijn tijdens het rijden, door deze toepassing, een stuk minder te voelen. Het rijcomfort is hierdoor toegenomen.

Modellen van de vorige Mazda-generatie hadden een extra draagarm die als het ware werd getrokken door het wiel. Deze draagarmen werden toegepast in combinatie met de veren van de achterwielen. De draagarmen namen, tijdens het incasseren van een klap, een groot gedeelte van de energie op. Voor de huidige generatie heeft Mazda het bevestigingspunt van deze draagarmen verplaatst, waardoor deze zich boven het middelpunt van het wiel bevinden. Bij de vorige generatie lagen deze bevestigingspunten namelijk onder het middelpunt van het wiel. Door de verandering van veerhoek worden de longitudinale krachten beter geabsorbeerd. Dit resulteert in een beter rijcomfort, vooral wanneer het voertuig over een snelheidsdrempel rijdt. Tegelijkertijd heeft dit ook als resultaat dat het voertuig niet in rijhoogte stijgt tijdens stevig remmen en accelereren, wat weer een verhoogde stabiliteit als gevolg heeft.

Optimalisatie

Om het gewenste gewicht en de gewenste stijfheid te behalen, heeft Mazda haar oude chassis tot op de millimeter geanalyseerd. Hieruit is gebleken dat de chassisdelen rondom de veerpoten geoptimaliseerd konden worden. Door het vergroten en verkleinen van afstanden tussen draagarmen en het veranderen van de hechtingstechniek is het chassis 14% lichter geworden. Hierbij is ook nog eens de stijfheid in grote mate toegenomen.

4. SKYACTIV vehicle dynamics

G-vectoring control

Mazda haar filosofie is het verbinden van de bestuurder en het voertuig tot 1 organisme. Om dit te bereiken worden alle technieken in het SKYACTIV pakket verbonden en gebruikt voor de SKYACTIV vehicle dynamics.

G-vectoring control

Mazda heeft GVC ontworpen om het voertuig sneller te laten reageren op de stuurbewegingen van de bestuurder en om het overhellen van het voertuig te verminderen. Het revolutionaire idee achter deze techniek is het creëren van grip en het verbeteren van chassis prestaties doormiddel van het koppel en het voertuiggewicht.

Wanneer de bestuurder een bocht instuurt zal het systeem zelf een kleine afname in koppel verzorgen. Als gevolg komt een gedeelte van het gewicht, en de lading, op de voorwielen te liggen. Dit zorgt voor meer grip tussen de voorbanden en het wegdek, waardoor de auto met een scherpere neus instuurt. Gedurende de bocht monitort de auto de stuurrichting en de snelheid, aan de hand van deze variabelen past de auto zelf het beschikbare koppel aan. Als de auto dreigt te ondersturen, regelt het voertuig dat er meer koppel beschikbaar komt. Hierdoor verplaatst het gewicht zich naar de achterwielen, wat de neus weer grip geeft en onderstuur laat verdwijnen. De bestuurder hoeft door deze handelingen veel minder stuurcorrecties te maken. Hierdoor wordt de bocht soepel gereden en rijd het voertuig altijd de gewenste lijn.

Comfort

Door het stabiliseren van de auto wordt het comfort verbeterd. Zonder GVC moet de bestuurder snelle en abrupte stuurcorrecties maken, waardoor passagiers van links naar rechts over hun stoel schuiven. Door GVC stuurt de bestuurder rustiger en hoeft hij/zij geen stuurcorrecties uit te voeren, waardoor iedereen in het voertuig rustig in zijn stoel blijft zitten.

Tractie en veiligheid

Doordat GVC er voor zorgt dat de auto maximaal tractie vindt, bied dit systeem ook veiligheid bij handelingen met snelle zijwaartse bewegingen en gladde ondergronden. Zo zorgt GVC ervoor dat de stuurbeweging bij het wisselen van rijbaan rustig en lineair is. Als er bijvoorbeeld plots uitgeweken moet worden op hoge snelheid, dan zorgt GVC ervoor dat het voertuig niet gaat zwabberen en met zijn neus gaat duiken. Dit voorkomt spontaan gripverlies.

Op een ondergrond als sneeuw zorgt GVC ervoor dat de wielen niet onverwacht slippen wanneer er gestuurd wordt. Door de vermindering in het zwabberen van het voertuig rijdt de auto vaak op de gewenste rij-lijn, en wijkt hij niet enorm af omdat er een zwabber gecorrigeerd moest worden.

5. SKYACTIV X

SKYACTIV X

Mazda is op dit moment bezig met het ontwikkelen van een nieuwe generatie SKYACTIV. Deze generatie zal pas in 2018 op de markt verschijnen. De nieuwe generatie SKYACTIV X is een benzinemotor die gebruik maakt van ontbranding op basis van compressie en bougies.

HCCI

HCCI is de afkorting die Mazda voor dit ontstekingsprincipe gebruikt. HCCI staat voor homogeneous charge compression ignition. Bij deze vorm van ontbranding ontbrandt het mengsel van brandstof en lucht vanzelf, door de compressie in de cilinder. Er zijn bij dit proces geen bougies en er is geen directe injectie nodig. Deze vorm van ontbranding is bijna gelijk aan het basisprincipe van een dieselmotor, maar het wordt erg weinig toegepast bij benzinemotoren. De HCCI techniek is eerder getest en toegepast door andere fabrikanten. Mazda wil deze techniek als eerste wereldwijd aanbieden, zij melden namelijk dat deze manier van ontbranding enorme toename in efficiëntie met zich meebrengt. Ook levert het een toename in prestaties en een beter brandstofverbruik.

Koud starten & wisseltechniek

Helaas kan het mengsel bij het koud starten of in situaties met een hoge belasting, zichzelf niet laten ontbranden door de HCCI techniek. Mazda moet daarom toch voor deze situaties een bougie toepassen. Het lastige punt is nu het moment dat de motor moet wisselen tussen ontbranding via een bougie en ontbranding doormiddel van compressie. Dit is namelijk een proces wat vaak ongewenste gevolgen heeft als een pingelende motor of een motor die afslaat. Mazda noemt haar wisseltechniek SPCCI: Spark Controlled Compression Ignition.

Wanneer de wissel plaats moet vinden, zal dit gebeuren tijdens de compressieslag van een cilinder. Tijdens de compressie van het lucht-brandstofmengsel vonkt de bougie heel kort om de ontbranding te starten. Als gevolg ontstaat er een cirkelvormige vlam rondom de bougie die zich verspreid in de ontbrandingsruimte. Dit resulteert in een oplopende druk binnenin de cilinder, wat weer de temperatuur laat oplopen. Door de oplopende temperatuur en druk ontstaat er een ideale situatie voor compressie ontsteking. Het lucht-brandstofmengsel wat nog niet ontbrand is, ontbrand nu aan de hand van compressie. De ontsteking op basis van de bougie creëert als het ware de ideale situatie voor compressie ontsteking. Hierdoor is de overgang vloeiend en ongemerkt. De timing van de bougie wordt aan de hand van sensoren in de cilinder bepaald. Daarnaast hebben de SKYACTIV-X motoren een enorme hoge brandstofdruk, waardoor de inspuiting zeer nauwkeurig geregeld is.