Musim panas 2017. Mazda memberikan kejutan pada industri otomotif. Mereka mengaku telah menjinakkan monster itu: mesin bensin dengan pengapian kompresi yang siap digunakan untuk mobil penumpang. Janjinya? A 20 to 30 percent jump in fuel economy. Itu bukan salah ketik. For a gasoline engine, that is a massive leap.
Sebelum Anda menganggap ini sebagai kesalahan pemasaran, pertimbangkan sejarahnya. Compression-ignition isn’t new. Formula 1 telah mencoba-cobanya. Pabrikan lain telah mencoba dan gagal membuatnya dapat digunakan di jalanan. Skyactiv-X Mazda berbeda. Ini adalah yang pertama memasuki jalur produksi.
Jay Chen, seorang insinyur powertrain di Mazda, memandu kami melalui mekanismenya. Untuk memahami terobosan ini, Anda perlu memahami dasar-dasarnya.
The Spark vs. The Squeeze
Gasoline engines rely on spark plugs. Anda tahu latihannya. Campuran udara dan bahan bakar di dalam silinder. Stekernya menyala. Ledakan. Pembakaran. Ini tepat sekali. Hal ini dapat diandalkan. It works in almost every condition. Tapi itu ada batasnya.
Diesel engines play by different rules. They do not use spark plugs. They use extreme compression. Udara diperas hingga menjadi cukup panas untuk menyalakan bahan bakar saat bersentuhan. Tidak diperlukan percikan. This process is more efficient. Oleh karena itu, mesin diesel sering kali mendapatkan peringkat EPA yang lebih baik daripada mesin berbahan bakar gas dengan spesifikasi serupa. Tapi mesin diesel itu berat. Harganya mahal. They are not exactly sporty.
Jadi, bagaimana jika Anda bisa menggabungkannya? Bagaimana jika Anda bisa memeras bensin seperti solar, namun tetap menjaga ringan dan responsifnya mesin gas?
Itulah tujuannya. Higher compression equals higher efficiency. Mazda figured out how to do it.
### Cara Kerja Skyactiv-X
Mesin memerangkap gas buang di dalam silinder. Ini menyesuaikan waktu katup masuk dan katup buang untuk menjaga agar campuran tetap terkendali. Kemudian, injektor bahan bakar menyemprotkan bensin ke dalam campuran panas yang sangat terkompresi ini. The pressure alone ignites the fuel. Tidak diperlukan busi untuk peristiwa pembakaran utama.
Ini adalah pendekatan hibrida. It borrows the best parts of both worlds.
Ada dua cara untuk mencapai hal ini. Pengapian Kompresi Muatan Homogen (HCCI) mencampurkan udara dan bahan bakar sebelum kompresi. Pengapian Kompresi Langsung Bensin (GDCI) menyemprotkan bahan bakar ke dalam campuran yang sudah terkompresi. Mazda’s Skyactiv-X uses a variation of HCCI. Ini adalah mesin pertama yang diproduksi secara massal dari jenis ini.
The Catch: It’s Not Simple
Mencapai pengapian kompresi pada mesin bensin terdengar mudah secara teori. In practice, it is a nightmare of precision. Mesin harus beralih antara mode penyalaan busi dan penyalaan kompresi secara terus-menerus. Pada beban rendah menggunakan busi. Pada beban yang lebih tinggi, ia beralih ke pengapian kompresi.
This transition is where the magic happens. Dan dimana sebagian besar insinyur gagal.
Mengapa Itu Penting
Fuel economy numbers are nice. Namun efisiensi adalah kisah sebenarnya. By burning fuel more completely, you waste less. Anda mendapatkan lebih banyak mil per galon. Anda mengurangi emisi. Mazda claims a 20 to 30 percent improvement. Jika benar, hal ini akan mengubah lanskap mesin berkapasitas kecil.
The Skyactiv-X is not just a new engine. Ini adalah bukti konsep. Hal ini menunjukkan bahwa teknik pembakaran masih mempunyai ruang untuk inovasi. Hal ini menantang gagasan bahwa mesin diesel adalah satu-satunya jalan menuju efisiensi tinggi.
Bagian selanjutnya akan membahas lebih dalam mengenai pro dan kontra. Kami akan melihat kinerja dunia nyata. Kita akan melihat apakah klaim 20 hingga 30 persen tersebut akan berlaku. Untuk saat ini, ingatlah: Mazda tidak hanya mengubah mesinnya. Mereka menemukan kembali cara bensin terbakar.
“Kurangnya ‘percikan’ membantu mesin diesel mencapai peringkat EPA lebih tinggi dibandingkan mesin bensin dengan spesifikasi serupa.”
Pergeseran ini menandai penyimpangan dari pembakaran internal tradisional. Ini bukan pembaruan kecil. Ini adalah perubahan mendasar dalam cara kita berpikir tentang pembakaran bahan bakar. Mesin Skyactiv-X mewakili langkah maju yang signifikan dalam bidang teknik otomotif. Apakah ini akan menjadi standar masih harus dilihat. Tapi teknologinya ada di sini. Dan itu berhasil.
Garis Tipis Antara Kekuatan dan Ledakan
Mesin penyalaan kompresi memiliki profil efisiensi yang berbeda dibandingkan dengan mesin penyalaan busi. Mereka mengkonsumsi lebih sedikit bahan bakar. Mereka mengubah lebih banyak bahan bakar menjadi pekerjaan yang dapat digunakan daripada membuangnya sebagai panas atau kehilangan penyalaan. Akibatnya, mereka mengeluarkan lebih sedikit polutan.
Insinyur powertrain Mazda, Jay Chen, menggambarkan perbedaan mekanis dengan analogi sederhana. Menyalakan bunga api seperti menyalakan salah satu sudut kayu bakar dan menyaksikan nyala api merayapi kertas. Pengapian kompresi menyerupai pembakaran spontan. Campuran udara-bahan bakar mencapai tekanan dan suhu kritis secara bersamaan. Seluruh fase perubahan muatan sekaligus. Ini melepaskan energi secara tiba-tiba.
“[Pengapian kompresi] dapat menghasilkan lebih banyak tenaga… dari jumlah udara yang sama dengan menggunakan bahan bakar dua hingga tiga kali lebih sedikit dan pada suhu pembakaran yang jauh lebih dingin.”
Secara teoritis, ini lebih unggul. Dalam praktiknya, hal ini rapuh. Mesin ini rewel. Jika mereka kuat, kami sudah bisa mengendarainya.
Gel bahan bakar diesel dalam cuaca dingin. Bensin tetap cair. Kondisi sekitar dan kualitas bahan bakar sangat mempengaruhi kinerja pengapian kompresi. Sampai saat ini, mesin ini hanya ada di laboratorium yang stabil atau prototipe kasar yang tidak sesuai untuk produksi.
Lingkungan silinder harus tepat. Tekanan atau suhu yang salah merusak proses. Suhu dingin berisiko merusak komponen sensitif. Suhu tinggi menyebabkan ketukan. Hal ini terjadi ketika campuran tersebut meledak sebelum waktunya. Ini membuang-buang bahan bakar dan menurunkan kinerja. Mesin penyalaan bunga api menoleransi margin kesalahan yang lebih luas.
Keandalan menuntut rasio udara, bahan bakar, dan gas buang yang tepat. Kompresi harus tepat. Penerapan panas harus diatur waktunya dengan benar. Karena belum ada yang membuat mesin bensin dengan pengapian kompresi yang andal, prosesnya memerlukan penyempurnaan lebih lanjut.
Masa Depan Mesin Bensin
Spekulasi terpukul keras setelah pengumuman Mazda. Apakah mesin pengapian kompresi yang dipasarkan secara massal akan menyelamatkan mesin pembakaran internal? Dengan industri yang beralih ke kendaraan hibrida dan kendaraan listrik, dapatkah mesin berbahan bakar gas cukup efisien untuk bersaing?
Chen, seorang insinyur Mazda, menguraikan logikanya. Tujuannya adalah untuk memeras setiap tetes efisiensi dari mesin pembakaran internal. Setelah disempurnakan, teknologi ini—yang digunakan bersamaan dengan elektrifikasi—bertujuan untuk menghasilkan powertrain yang mampu bertahan hingga abad ini. Metriknya ketat. Mazda percaya bahwa mereka dapat menandingi atau mengalahkan emisi CO2 yang dihasilkan oleh kendaraan listrik bertenaga baterai murni, bahkan kendaraan yang menggunakan bahan bakar fosil.
Pendeknya. Mobil bertenaga gas bisa sama efisiennya dengan mobil listrik. Mungkin lebih dari itu. Mari kita lihat mengapa terobosan ini berbeda dari upaya sebelumnya.
Percobaan Sebelumnya: Saturnus, Mercedes, dan Hyundai
Pada tahun 2007, Motor Trend menguji Saturn Aura dengan mesin pengapian kompresi. Konsumsi bahan bakar turun 15 persen dibandingkan model standar. GM berencana merilis kendaraan serupa pada tahun 2015. Kemudian Saturnus mati. GM mengalihkan fokus ke Chevrolet Volt dan platform listrik murni.
Mercedes-Benz sedang mengerjakan sistem yang disebut DiesOtto. Ford juga punya proyek. Tidak ada yang berhasil mencapai produksi.
Hyundai menawarkan penjelasan yang lebih jelas mengapa proyek-proyek ini terhenti. Upaya mereka mencuat sekitar tahun 2013. Tujuannya adalah mesin pengapian kompresi bebas busi. Target rilis: 2023.
Menjanjikan di atas kertas. Realitas diperiksa dengan keras pada tahun 2016.
Komponennya tidak cukup kuat untuk kompresi yang dibutuhkan. Anda dapat memperkuat blok, engkol, dan bantalan. Begitulah cara mesin diesel bertahan dalam tekanan. Tapi itu membutuhkan uang. Itu menambah bobot. Ini mengurangi efisiensi secara keseluruhan.
Hyundai berencana menggunakan turbocharger untuk menjaga kompresi dan mendongkrak tenaga. Mereka segera menyadari bahwa supercharger juga diperlukan. Itu merusak anggaran. Yang lebih buruk lagi, polusi yang dihasilkan tidak bersih atau efisien seperti yang direncanakan. Proyek itu dibatalkan. Harganya terlalu mahal. Terlalu kotor.
Bagaimana Skyactiv-X Mengatasi Masalah Percikan
Mazda telah mengembangkan teknologi ini sama lamanya dengan para pesaingnya.
“Skyactiv-X selalu ada dalam rencana bahkan sebelum Skyactiv generasi pertama diluncurkan,” kata Chen.
Peta jalan dimulai pada tahun 2009 dengan Teknologi Skyactiv. Kuncinya adalah rasio kompresi yang sangat tinggi. Hal ini meningkatkan efisiensi dan kinerja powertrain. Untuk itu diperlukan kombinasi sinergis dari teknik yang ada. Hal-hal yang diyakini mustahil bagi mesin produksi menjadi kenyataan.
Jadi apa itu Skyactiv-X? Ini adalah strategi Mazda dalam meningkatkan kompresi demi efisiensi. Namun mereka harus mengubah prosesnya. Mereka menambahkan busi.
Mengapa? Mesin beralih antara penyalaan kompresi dan penyalaan percikan berdasarkan apa yang paling efisien saat ini. Hal ini tampaknya bertentangan dengan dasar-dasar kompresi tinggi. Chen bilang itu berhasil.
“Terobosan ini, yang kami sebut pengapian kompresi terkontrol percikan (SPCCI), memperluas jangkauan operasi dan kontrol pengapian kompresi,” jelas Chen. “Ini memberikan solusi untuk transisi mulus antara mode pembakaran CI [pengapian kompresi] dan SI [pengapian percikan] yang digunakan pada kecepatan mesin tinggi.”
Busi adalah bahan ajaib. Ini memungkinkan kelancaran. Itu menyesuaikan dengan kondisi. Ini hanya digunakan ketika benar-benar diperlukan.
Mesin memonitor dirinya sendiri. Ini menyesuaikan pengoperasian berdasarkan kondisi lingkungan. Gaya mengemudi. Preferensi pengemudi. Pengaturan.
Supercharger dan Waktu Pasar
Setelah mendapatkan ide tersebut, Mazda membutuhkan waktu dua tahun lagi untuk mengembangkan mesinnya. Satu keputusan besar muncul.
Kendaraan dengan mesin Skyactiv-X akan dilengkapi supercharger. Tujuannya untuk mendongkrak spek tenaga kuda. Ini meningkatkan dinamika berkendara. Ini membantu meyakinkan pembeli untuk mengambil risiko pada teknologi baru.
Kapan pengemudi bisa mengharapkannya? Juru bicara Mazda menolak mengungkapkan kendaraan mana yang akan dilengkapi pertama kali. Tanggal ketersediaan juga dirahasiakan.
Kami tidak tahu apakah mobil-mobil ini akan berharga lebih mahal dibandingkan model pengapian busi yang sebanding. Spekulasi menunjukkan bahwa mereka akan melakukannya. Meskipun Mazda adalah yang pertama memasarkannya, pabrikan lain hampir pasti akan menyusul. Perlombaan sedang berlangsung.
