Aby to osiągnąć, wykorzystuje się strumień spalin z silnika do wirowania turbiny, która obracając się z prędkością od 80.000 do 200.000 obrotów na minutę napędza pompę powietrza. Zamierzony efekt nie następuje jednak natychmiast. Od początku powstania tego wynalazku inżynierowie zmagali się ze zjawiskiem „turbodziury”, czyli czasu pomiędzy dodaniem przez kierowcę gazu a zwiększeniem dostępnej mocy.

Pierwotnym zastosowaniem tej technologii było zwiększenie mocy silników i stosowano ją w sportowych maszynach. Do dziś większości z nas turbodoładowany silnik kojarzy się z uzyskiwaniem wysokich prędkości i mocnym przyspieszaniem. Obecnie jednak głównym celem projektantów jest zapewnienie niższego spalania i zgodności z ekologicznymi normami.

Dobrym przykładem takiego rozwiązania jest motor "TSI". To używany przez koncern Volkswagen skrót od „Turbocharged Stratified Injection” i zasadniczo wskazuje, że jest to silnik turbodoładowany, z wtryskiem warstwowym. To koncepcja polegający na połączeniu stosowanego wcześniej w dieslach turbodoładowanego wtrysku bezpośredniego z wtryskiem warstwowym paliwa, aby zapewnić większą moc, moment obrotowy i lepszą oszczędność paliwa.

To rodzaj silnika o wtrysku bezpośrednim, czyli takim, w którym dokładnie odmierzane dawki benzyny są wtryskiwane bezpośrednio do komory spalania. To, czym odróżnia się od podobnych konstrukcji, to budowa kanałów dolotowych. Tu są pochylone i mają zmienny przekrój, który zależy od tego jakiemu obciążeniu silnik jest w danej chwili poddawany.

W silnikach spala się nie tyle samo paliwo, ale jego mieszanka z powietrzem. Im więcej tego drugiego czynnika, tym mniejsze zużycie benzyny. Jednak rośnie wówczas także produkcja szkodliwy tlenków azotu oraz trudniej doprowadzić do samego zapłonu.

By rozwiązać oba te problemy na raz, zastosowano właśnie wtrysk warstwowy. Polega on na tym, że w okolicy świecy - na dole cylindra - znajduje się mieszanka z niewielkim udziałem powietrza. Ta łatwo się zapala i powoduje zapłon rozrzedzonej mieszanki znajdującej się powyżej w cylindrze.

Inżynierom udało się zmniejszyć rozmiary silników bez uszczerbku dla osiągów. Żeby to osiągnąć zastosowali wtrysk o wyższym ciśnieniu, układ chłodzenia międzystopniowego i mniejszą objętość skokową. Dzięki zmniejszeniu rozmiarów, udało im się uzyskać mniejsze tarcie, a co za tym idzie mniejsze straty mocy podczas pracy.

To rozwiązanie przetestowaliśmy jeżdżąc Seatem Atecą. To kompaktowy SUV, pod którego maską zamontowano benzynową jednostkę o pojemności 1,5 litra i mocy 150 KM, połączony z siedmiobiegową skrzynią DSG.

Wnętrze jest dość prosto zaprojektowane, ale wszystko w nim jest logicznie umieszczone. Przestrzeni jest pod dostatkiem, jednak same rozmiary powodują, że w dalszą podróż lepiej wybrać się w cztery niż pięć osób, choć tylna kanapa jest wystarczająco przestronna, by trzy dorosłe osoby mogły swobodnie przetrwać krótką trasę. Za to bagażnik jest bardzo duży - ma pojemność 510 litrów.

Aby uniknąć turbodziury, zastosowano dwie metody doładowania. Napędzana silnikiem sprężarka doładowująca działa przy niższych prędkościach obrotowych motoru, a turbosprężarka napędzana spalinami włącza się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej. W rezultacie nie ma opóźnienia w doładowaniu i maksymalny moment obrotowy pojawia się już przy 1500 – 1750 obrotów. Ta konstrukcja nie ma najmniejszego problemu z rozpędzeniem kompaktowego SUV-a. By na liczniku pojawiło się 100 km/h wystarczy 8,6 sekundy, zaś maksymalnie hiszpański SUV może pojechać równe 200 km/h.

Choć Seat porzucił już myśli o byciu sportowa marką w ramach niemieckiego koncernu, to w prowadzeniu widać jeszcze ślady tego właśnie podejścia do projektowania samochodów. Zawieszenie jest dość sztywne, a układ kierowniczy reaguje natychmiast na polecenia. Na zakrętach zachowuje się bardzo pewnie i daje większą przyjemność z prowadzenia niż można by się spodziewać po kompaktowym, rodzinnym aucie.

Pod względem osiągów, przyjęte przez inżynierów koncernu założenie sprawdza się bardzo dobrze. Udało się zmniejszyć masę pojazdu tak, by 150 koni było więcej niż wystarczające do zapewniania dynamiki i elastyczności na trasie. Jest to jednak silnik bardzo wrażliwy na styl jazdy. Realne spalanie w mieście może równie dobrze wynosić 7 jak i 9 litrów na 100 km. Na trasie powinno udać się osiągnąć niewiele ponad 6 l/100 km.

W pogoni za niższym spalaniem i spełnieniem coraz ostrzejszych norm ekologicznych, większość koncernów stopniowo zmniejszała pojemność silników w swoich samochodach. By utrzymać moc na odpowiednim poziomie na coraz większą skalę stosowano turbosprężarki. Mazda jako jedyna firma postanowiła znaleźć inne rozwiązanie.

Wymyślone przez nią podejście nazwane Skyactiv to właściwie nie jedno rozwiązanie, a cała seria technologii, których zadaniem jest zwiększenie mocy silniki i jednocześnie zmniejszenie spalania. Pierwsze motory opatrzone tą nazwa zadebiutowały w 2011 roku i są sukcesywnie rozwijane przez japońskich konstruktorów.

Inżynierowie zaczęli pracować nad zwiększeniem stopnia sprężenia, czyli stosunku objętości komory spalania w dolnym i w górnym położeniu tłoka w cylindrze. Im jest on większy – tym wyższa jest moc silnika.. Standardowo w samochodach mieści się w granicach od 8:1 do 10:1. W Maździe udało się osiągnąć stosunek 14:1.

Skrócono również sam proces spalania oraz zastosowano mieszankę jednorodną. Zmieniono także kształt tłoków i zaprojektowano wielootworkowe wtryskiwacze. Dzięki zastosowaniu lekkich stopów, udało się natomiast zmniejszyć masę poszczególnych komponentów o 15 – 20 proc. To wprost przekłada się na mniejsze spalanie i lepsze osiągi, gdyż powoduje mniejsze tarcie elementów podczas pracy.

Systemy odzyskiwania energii są znane z pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Japońscy inżynierowie postanowili jednak zastosować to rozwiązanie w aucie spalinowym. System i-ELOOP (Intelligent Energy Loop) pozwala na magazynowanie odzyskiwanej podczas hamowania energii i wykorzystuje ją do zasalania systemów pokładowych, takich jak klimatyzacja, multimedia czy oświetlenie. To pozwala na zmniejszenie spalania o nawet 10 proc.

Dla sprawdzenia jak te rozwiązania sprawdzają się w praktyce, wzięliśmy do testów kompaktową Mazdę 3, której dwulitrowy silnik rozwija moc 186 KM. Wsiadając widać, że jest to pojazd zaprojektowany pod potrzeby kierowcy i on tu jest najważniejszy. Siedzi się dość nisko, za sportową, trójramienną kierownicą. W pierwszym rzędzie foteli jest bardzo wygonie. Tył jednak lepiej przeznaczyć dla dzieci lub co najwyżej nastolatków. Bagażnik także jest dość skromny – to 327 litrów.

W tej generacji technologii Skyaktiv, japońscy inżynierowie dodali kolejną innowację – to zapłon samoczynny sterowany świecą zapłonową. Jest to to nowa metoda spalania, która umożliwia pracę silników benzynowych przy zapłonie samoczynnym, czyli takim jak w silnikach diesla. Jest to rozwiązanie o tyle trudne do osiągnięcia, że jest możliwy w bardzo wąskim zakresie sprężania. Poza nim wymagany jest zapłon iskrowy. Żeby więc stworzyć takie urządzenie, Mazda użyła właśnie świecy do pomiaru czasu zapłonu.

Mimo braku doładowania silnik szybko się rozkręca i już od zaledwie 1200 obrotów samochód bardzo sprawnie przyspiesza. Do 100 km/h przyspiesza w równe osiem sekund, zaś wskazówka licznika kończy swój bieg na 216 km/h. Rozwiązaniem tajemnicy osiągów jest tu fakt, że technologię Skyaktiv połączono z miękką hybrydą. Niewielki silniczek elektryczny służy jako generator rozruchu, ale też doładowane układ napędowy zastrzykiem mocy 7 koni mechanicznych. Choć wydaje się, że to niewiele, to taki dodatek w odpowiednim momencie pozwala na szybką reakcję maszyny na gaz, zanim benzynowa jednostka osiągnie optymalne obroty.

Do przeniesienia napędu zastosowano sześciobiegową ręczną skrzynię. Jeżeli ktoś lubi czuć pełnię kontroli nad samochodem i jazda nie jest dla niego tylko przemieszczaniem się między punktami na mapie, to naprawdę ją doceni. Sztywno zawieszony kompakt prowadzi się z prawdziwą przyjemnością.

Japończycy zapewniają, że ich silniki obchodzą się bez turbodoładowania. Ale to nie do końca takie proste. Faktycznie bowiem w silniku jest coś, co nazywają „doładowaniem powietrza o wysokiej reakcji”. Jest to nic innego, jak właśnie turbina. Różnica polega nie na samym urządzeniu, a jego zastosowaniu. Nie służy bowiem do zwiększania mocy , do ubogacenia mieszanki paliwowo-powietrznej, w celu poprawy zużycia paliwa. Zmniejsza to temperaturę spalania, obniża emisję tlenków azotu, poprawia ilość użytecznej pracy wykonanej przy tej samej ilości paliwa i zmniejsza straty ciepła do cylindra.

Wszystkie te technologiczne zabiegi powodują, że dwulitrowa jednostka zużywa mniej paliwa niż konwencjonalne konstrukcje o takiej samej pojemności. W mieście pali około 8 litrów na 100 km, zaś na trasie bez większych problemów schodzi poniżej 5 l.