Motor Skyactiv-X de Mazda quema menos combustible y da la misma potencia

Con todas las noticias sobre los autos eléctricos (y los escandalosos dieselgates) que circulan últimamente, es casi lógico pensar que el motor de combustión interna está en vías de extinción. Después de todo, no pocas naciones en Europa y Asia están hablando de eliminar progresivamente los motores convencionales a gasolina y diesel en las próximas décadas, y la lista de fabricantes que prometen “hibridar” sus líneas de productos crece cada año.

Curiosamente, en medio de esta carrera hacia un futuro electrificado, Mazda parece estar avanzando en sentido contrario, proclamando algo que muchos escépticos en la electrificación creen: que los motores de combustión interna moverán (todavía) a la gran mayoría de los automóviles durante los próximos 50 años, o más. Por ello, tiene todo el sentido del mundo hacer lo posible por mejorar los motores a gasolina, pudiendo obtener de ellos los máximos beneficios durante el próximo medio siglo.

Zoom-Zoom sostenible 2030

Mazda llama a su programa de desarrollo de emisiones Sustainable Zoom-Zoom 2030. La compañía dice que reducirá las emisiones de CO2 “completas” al 50% de los niveles de 2010 para 2030, y que las emisiones sistémicas en 2050 serán solo el 10 % de los niveles que teníamos en 2010.

El concepto de Well-to-wheel es importante, porque cerca del 40% de la electricidad del mundo se genera quemando carbón. No estamos mucho mejor en los EE.UU.: alrededor del 30% de nuestra electricidad proviene del carbón, y conseguimos otro 34% quemando gas natural. Quemar carbón es sucio, a pesar de lo que digan las industrias carboníferas. El carbón contribuye (él solo) con el 39% de las emisiones globales de CO2, según la revista National Geographic. Las plantas de carbón son especialmente sucias en el mundo en desarrollo, justamente donde se encuentran los mercados de automóviles de más rápido crecimiento.

La conclusión es que no importará mucho si tu automóvil eléctrico tiene cero emisiones, si la electricidad que utilizas para cargar su batería proviene de una planta de energía sucia. Además, las estimaciones de la industria sostienen que el 84.4% de los vehículos fabricados en 2050 tendrán algún tipo de motor de combustión a bordo, ya sea el motor primario, parte de un híbrido o un extensor de rango EV. Por lo tanto, Mazda cree que mejorar la eficiencia de los motores de gasolina es un paso fundamental para reducir las emisiones sistémicas totales en el sector del transporte.

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“Si queremos reducir nuestra huella de CO2, vamos a tener que reducir la cantidad de combustible que vamos a quemar”, ha dicho el ingeniero de trenes de propulsión de Mazda, Jay Chen.

La idea de Skyactiv

Los ejecutivos de Mazda no son ingenuos, y saben que la electrificación tiene que llegar. Lo dicen cada vez que hablan en público en exhibiciones de autos y eventos, como el Mazda Tech Forum, al cual asistimos recientemente en las oficinas de la compañía en Irvine, California. Los planes de Mazda para la próxima década incluyen la introducción de nuevos híbridos y modelos eléctricos. Pero debido a que los motores a gasolina seguirán estando, tiene sentido trabajar en la mejora de ellos, tanto como sea posible.

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Actualmente, el departamento de investigación y desarrollo genera retornos inmediatos que continuarán proporcionando beneficios ecológicos en las próximas décadas. Esa es la base de la inversión de Mazda en la nueva tecnología de motores, así como en los refinamientos del chasis y la transmisión, los cuales reducen el peso, la resistencia aerodinámica y la pérdida de energía en la línea motriz.

Pensar más allá

El último resultado del proceso de desarrollo de Mazda es el motor Skyactiv-X. La característica que lo diferencia de los motores que actualmente fabrica Mazda es la denominada Spark Controlled Compression Ignition, o SPCCI.

“Skyactiv-X es la intersección entre las tecnologías de combustión diesel y gasolina”, nos dijo Chen. “Estamos obteniendo grandes ganancias a través de un proceso llamado ignición de compresión pobre. Estamos quemando el combustible de una manera totalmente diferente”.

En un motor de gasolina convencional, el combustible y el aire se mezclan y luego se encienden en el momento adecuado con una bujía. La mezcla se comprime en el punto de ignición, pero no demasiado. En un motor diesel, el aire se comprime muy fuertemente y luego se introduce el combustible diesel en el punto de máxima compresión. El combustible diesel se enciende espontáneamente sin una bujía. El motor Skyactiv-X utiliza una alta relación de compresión, similar a un motor diesel, pero no lo suficientemente alta como para provocar que la gasolina se encienda espontáneamente.

“Sabíamos que la ignición por compresión era nuestra solución para obtener una reducción del 30% de CO2”, explicó Chen. “Entonces, pensamos mucho sobre ello y logramos un gran avance cuando nos dimos cuenta de que podíamos usar una bujía para controlar el proceso de encendido por compresión”.

Esto tiene un par de buenos beneficios. Primero, permite que el motor Skyactiv-X queme considerablemente menos combustible que un motor de gasolina convencional. Y menos combustible entrante significa menos contaminación saliente.

“La combustión ‘sin grasa’ tiene muchos beneficios”, continuó Chen. “Además de reducir el combustible —que es nuestro objetivo general— la combustión pobre también genera menos emisiones, principalmente de óxidos de nitrógeno”.

En segundo lugar, la relación de compresión ultra alta significa que Skyactiv-X extrae más potencia en cada golpe

“Toda la energía en el combustible se extrae en un período muy corto”, dijo Chen, “y eso es algo realmente bueno”. Porque sucede más rápido, podemos obtener mucho más trabajo de eso. Por la misma cantidad de combustible, podemos obtener una presión mucho mayor en nuestro proceso de combustión a través de la ignición por compresión “.

¿Y por qué no hicieron esto antes?

Los fabricantes de automóviles han sabido de la ignición por compresión desde que Rudolf Diesel inventó el motor que lleva su nombre, por allá por 1890. Han lanzado prototipos de motores de encendido por compresión de vez en cuando. Pero, hasta ahora, ninguna marca ha propuesto poner tales motores en la producción en masa. Los que lo intentaron, como Mercedes-Benz y General Motors, han fallado. Los desafíos de operar en circunstancias muy diversas han sido demasiado grandes. Y, sin embargo, Mazda lo ha hecho funcionar.

“Uno de los mayores desafíos con la ignición por compresión es controlar cuándo ésta va a ocurrir”, explicó Chen. “Hay un rango de operación limitado, y tenemos que evitar la pre-inflamación”.

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Mazda planea lanzar el motor Skyactiv-X en 2019, probablemente bajo el capó del Mazda3 de próxima generación. También está preparando su segunda generación de mejoras de cuerpo y chasis Skyactiv, así como una opción de motor híbrido. Está previsto que un modelo eléctrico con una gama rotativa extendida y un motor diesel actualizado lleguen también en 2020.

Manejar el motor Skyactiv-X

Como parte de la presentación de Mazda, manejamos prototipos de vehículos equipados con el motor Skyactiv-X en un circuito que incluía un paseo por la ciudad, el campo y la autopista, todo para demostrar cómo funcionaba el cuatro cilindros en diferentes condiciones de velocidad y carga. En su estado básico de afinamiento, el Skyactiv-X de 2.0 litros genera 170 caballos de fuerza y ​​174 libras-pie de torque, que es aproximadamente equivalente a la salida del actual motor Skyactiv-G de 2.5 litros de Mazda.

Las condiciones de carga del motor y la velocidad varían ampliamente en el curso normal del manejo. Pudimos monitorear el funcionamiento del motor Skyactiv-X en tiempo real al pasar del encendido por chispa estándar al encendido por compresión, e incluso al funcionamiento ultra delgado por períodos breves. Las transiciones no las notamos, excepto en los instrumentos del prototipo del vehículo.

Lo más importante es que, desde la perspectiva del conductor, el motor Skyactiv-X funciona exactamente igual que cualquier otro motor a gasolina. No hay diferencia discernible en la respuesta del acelerador o la entrega de potencia. Simplemente, te sientas y manejas como lo harías normalmente, pero estás usando menos combustible y soltando menos contaminación a la atmósfera. De momento, es una victoria para Mazda, para el consumidor y para el planeta.

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