Technologia Skyactiv-G, zaadaptowana powszechnie do silników koncernu Mazda w 2012 roku, okazała się udanym krokiem w stronę ewolucji benzynowych jednostek napędowych. Japończycy zdecydowali się na opracowanie silnika o podwyższonym stopniu sprężania, który pracuje według cyklu Millera i odbiega od trendów („downsizing”) preferowanych przez producentów europejskich. Warsztat niezależny nie powinien obawiać się obsługi tych silników, jeżeli tylko wnikliwie zapozna się z ich budową i technologią naprawy.

Skonstruowanie silnika działającego według obiegu Millera i charakteryzującego się wysokim stopniem sprężania było dla japońskich inżynierów nie lada wyzwaniem. Realizacja cyklu Millera, w którym zawory ssące pozostają otwarte znacznie dłużej aniżeli w tradycyjnych obiegach Otto i Diesla, pociągała za sobą opracowanie innowacyjnego systemu zmiennych faz rozrządu. Jednak zasadniczą przeszkodą pojawiającą się w przypadku silnika cechującego się niestandardowym stopniem sprężania było występowanie szkodliwego zjawiska, jakim jest spalanie stukowe. W wyniku wielu setek symulacji i badań konstruktorom udało się praktycznie wyeliminować tę niepożądaną fazę spalania ładunku, w związku z czym japońscy inżynierowie musieli dostosować układ zasilania wraz z układem zapłonowym do warunków spalania panujących w silniku o tak wysokim stopniu sprężania (14.0:1). Kluczowe stało się również odpowiednie usunięcie spalin oraz zminimalizowanie wpływu ich temperatury na sprężony ładunek poprzez wprowadzenie kolektora wydechowego o specjalnym kształcie w konfiguracji 4-2-1. Zakres modyfikacji był szeroki i obejmował: wał korbowy, głowicę, kadłub silnika, tłoki i wiele innych podzespołów wraz z układem sterującym pracą silnika, który został specjalnie przygotowany pod kątem optymalizacji pracy jednostki o wysokim stopniu sprężania. 

Jednym z popularniejszych przedstawicieli silników benzynowych skonstruowanych w oparciu o technologię Skyactiv-G jest jednostka o kodzie PE występująca powszechnie w modelach Mazda 3, Mazda 6 i Mazda CX. Ten czterocylindrowy rzędowy, 16-zaworowy silnik o pojemności skokowej wynoszącej 2000 cm3 należy do pierwszych generacji, które reprezentowały konstrukcję o stopniu sprężania wynoszącym 14.0:1.

W zależności od klasy i przeznaczenia pojazdu jednostka napędowa dysponuje mocami 118 kW lub 121 kW i może być konfigurowana z manualnymi lub automatycznymi skrzyniami biegów. Oczywiście skrzynie biegów zoptymalizowano tak, by wydajnie współpracowały z nowoczesnymi silnikami, więc przekładnie manualne wyposażono w zwarte kompaktowe obudowy i łożyska o niskim współczynniku tarcia. Z kolei skrzynie automatyczne o klasycznej budowie cechuje przekładnik momentu obrotowego całkowicie nowej konstrukcji, ze sprzęgłem mostkującym o zwiększonym zakresie działania, pracujący według programu sterującego dopasowanego do funkcjonowania silnika Skyactiv-G. 
Warto dodać, iż japońska technologia objęła swoim zakresem nie tylko zmiany w silnikach i przekładniach, ale również szereg innowacji dotyczących zawieszenia, nadwozia oraz systemów komfortu, pozwalając na zredukowanie zużycia paliwa i podniesienie mocy jednostki napędowej względem poprzednich modeli marki Mazda. Zaglądając pod maskę Mazdy CX-5 z 2016 roku (zdjęcie na górze), nie doszukamy się wyraźnych rewolucji technicznych widocznych na pierwszy rzut oka, gdyż poszczególne podzespoły rozlokowane są podobnie jak w komorach silnikowych innych pojazdów.

Lokalizacja poszczególnych podzespołów po zdemontowaniu pokrywy silnika - Mazda CX-5 z 2016 roku

Większość modyfikacji kryje się we wnętrzu japońskiego silnika, choć uwagę może przyciągać jedynie pokaźnych rozmiarów serwomotor odpowiedzialny za bezstopniową regulację faz rozrządu zaworów dolotowych.

Sporych rozmiarów silnik regulatora zmiennych faz rozrządu zaworów dolotowych to cecha charakterystyczna dwulitrowego silnika pojazdu marki Mazda z technologią Skyactiv-G

Właściwa kontrola zmiennych faz rozrządu realizowana jest względem zaworów dolotowych i wylotowych. Monitorowany proces zmiany faz ma kluczowe znaczenie w przebiegu ograniczenia strat podczas doprowadzania ładunku do cylindrów, pozwalając na częściowe zmniejszenie roli przepustnicy przy niewielkich obciążeniach silnika. Aby zapewnić funkcjonowanie jednostki napędowej według obiegu Millera, opóźnienia otwarcia zaworów dolotowych są precyzyjnie realizowane właśnie przez silnik elektryczny, który reguluje obrót wałka rozrządu za pośrednictwem przekładni planetarnej.
System zmiennych faz rozrządu zaworów wydechowych to klasyczny układ z hydraulicznym elementem wykonawczym (wariatorem). Napęd wałków rozrządu odbywa się za pośrednictwem łańcucha z napinaczem hydraulicznym, a dodatkową przekładnię łańcuchową użyto do napędu pompy oleju. Alternator wraz z kompresorem klimatyzacji są napędzane przekładnią pasową od wału korbowego, a pasek wielorowkowy utrzymuje stały naciąg dzięki sprężynowemu napinaczowi. Z punktu widzenia praktyki warsztatowej oraz procesu weryfikacji napędów rozrządów w 2-litrowych silnikach o oznaczeniu PE, których przebieg przekroczył 200 tys. km, można założyć, iż łańcuch nie ulegał zbyt przedwczesnemu zużyciu. Jednak warunkami prawidłowej eksploatacji zarówno silnika, jak i napędu rozrządu są terminowa wymiana oleju oraz skrócenie okresu jego wymiany do 15 tys. km/rok. Serwisowanie w trybie long life (30 tys. km przebiegu/2 lata) może być ryzykowne, zważywszy na niewielkich rozmiarów filtr oleju. Japończykom należą się słowa uznania za rozwiązania dotyczące układu chłodzenia, gdyż nie jest on zbyt skomplikowany, biorąc pod uwagę jego adaptację do nowoczesnego silnika oraz przyjazną obsługę techniczną. Pompa cieczy chłodzącej jest napędzana od wału korbowego oddzielnym paskiem wieloklinowym, a miejsce jej montażu nie wymaga rozebrania całego silnika, gdyby zaszła potrzeba wymiany. Podobnie jest z termostatem, który na szczęście nie stanowi części drogiego modułu termicznego, lecz jest integralnym podzespołem zabudowanym w tylnej części silnika (powyżej obudowy skrzyni biegów). Kolejną innowacją jest układ zapłonowy wyposażony w cewki posiadające czujniki jonów. 

Cewki zapłonowe z sensorami jonów

Na wyznaczenie dokładnego czasu zainicjowania iskry na elektrodach świecy zapłonowej pozwala wbudowany sensor jonów kontrolujący w czasie rzeczywistym stopień ich stężenia wokół świecy. Odpowiednia synchronizacja zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej stanowi kluczowy czynnik, który wpływa na ograniczenie przebiegu spalania stukowego. Niestety w przypadku uszkodzenia sensora jonów cewka przestaje działać i konieczna staje się jej wymiana.

Sporym zaskoczeniem dla diagnosty może być pomiar ciśnienia sprężania w silnikach Mazdy z technologią Skyactiv-G. Gdyby do tego testu odnieść się bez uwzględnienia technologii Skyactiv, to biorąc pod uwagę wysoką wartość stopnia sprężania (14.0:1), można oczekiwać wyniku mieszczącego się pomiędzy 13 a 16 barów. Jednak zaadaptowany układ zmiennych faz rozrządu skutecznie opóźnia otwarcie zaworów dolotowych podczas pomiaru sprężania, co powoduje, iż założone przez producenta wartości wynoszą:

• 8,85 barów – nominalne ciśnienie sprężania,
• 7,08 barów – minimalne ciśnienie sprężania.

Jeżeli wynik testu przekroczy pułap 9,5 barów, to istnieje prawdopodobieństwo, iż przyczyną może być uszkodzenie układu zmiennych faz zaworów dolotowych. W trakcie procedury pomiaru ciśnienia sprężania należy zastosować się do poniższych wskazówek:

• sprawdzić stan naładowania akumulatora,
• silnik musi być rozgrzany do normalnej temperatury pracy (ok. 95ºC),
• zdemontować przekaźniki pompy paliwa i wtryskiwaczy paliwa.
• wybudować cewki zapłonowe poszczególnych cylindrów (fot. 4),
• podczas pomiaru pedał przyśpieszenia wcisnąć do oporu.

Tekst i fot. Mariusz Leśniewski
Artykuł pochodzi z numeru 4/2021 Nowoczesnego Warsztatu