Tecnologías Mazda SKYACTIV, apostando por la combustión interna (I)

Sergio Álvarez  |  @sergioalvarez88  | 

Recientemente hemos sido invitados por Mazda a conocer más de las tecnologías SKYACTIV. Tras ese nombre se esconde una nueva forma de entender la movilidad eficiente, desarrollada a través de motores de cuatro cilindros muy eficientes, chasis más ligeros, nuevas transmisiones manuales y automáticas y nuevos métodos para la reducción de peso. En resumen, Mazda apuesta abiertamente por la combustión interna, ya que en 2020 aún el 80% de los vehículos serán puramente térmicos.

No obstante, sobre el papel está la creciente microhibridación – Stop&Start – e incorporación de frenada regenerativa en más motores de la gama así como un tanteo del terreno en vehículos eléctricos (lanzamiento a finales de 2011 del Mazda Demio EV en Japón) y prosigue la investigación en motores alimentados por hidrógeno. El objeto de las tecnologías SKYACTIV (motores, transmisiones, carrocerías y chasis) es lograr un decremento de emisiones y consumos del 25% con respecto al nivel actual. En 2001-2008 se logró un decremento del 19% con respecto a niveles anteriores.

La reducción de peso es capital en esta estrategia, y se espera que por ejemplo, el Mazda 2/Demio que se ponga a la venta tras la próxima generación, pese unos 800 kg. Sin las tecnologías SKYACTIV, lograr este objetivo requeriría vender hasta un 25% de vehículos híbridos o eléctricos, lo que no será necesario. Al mismo tiempo, se está buscando una reducción de costes muy importante al aplicar una optimización de producción mediante la estandarización de piezas y procesos: innovación Monotsukuri.

Con plataformas compartidas y una producción ágil aún más flexible se espera que durante los próximos años los costes de producción se reduzcan en un 60%, del que una parte seguro terminará repercutiendo en el bolsillo de los clientes, además de mejorar la rentabilidad de la empresa. El Mazda CX-5 es el primer vehículo diseñado íntegramente con tecnologías SKYACTIV en mente, y nos han comunicado que toda la gama Mazda tendrá propulsores SKYACTIV en 2012, aunque no tengan chasis o carrocería SKYACTIV.

Tecnologías Mazda SKYACTIV, apostando por la combustión interna (I)

Un selecto grupo de periodistas y catedráticos del mundo del motor y la ingeniería ya han probado prototipos equipados con esta tecnología, y en un vídeo que se nos mostró parecían muy impresionados, llegando algunos docentes universitarios a tener que plantearse de nuevo algunos principios de ingeniería. En cualquier caso, es hora de que vosotros conozcáis en detalle de qué constan estas tecnologías, que os podemos asegurar marcan un liderazgo claro de Mazda en motores de combustión interna.

SKYACTIV a fondo

Primera parte: SKYACTIV-G

Tras el nombre SKYACTIV-G se esconde una familia de propulsores de gasolina, atmosféricos de cuatro cilindros. Un ejemplar de 1.3 litros ya está a la venta en Japón, montado en el Mazda Demio (nuestro pequeño Mazda 2), que ha duplicado sus expectativas de venta tras el lavado de cara. En los motores de gasolina se estudiaron seis aspectos clave muy ligados a la eficiencia: la relación de compresión, la relación aire-combustible, la duración de la combustión, la sincronización de la combustión, las pérdidas de bombeo y las pérdidas por fricción mecánica.

Tras este estudio se determinó que uno de los factores clave es la relación de compresión, que en el caso de estos motores alcanza 14:1. Para los no familiarizados con el concepto, esta relación mide la proporación en la que la mezcla aire-combustible se ha comprimido durante el ciclo de compresión en los motores de cuatro tiempos. En turismos de calle ronda un valor de 10-11:1, mientras que coches de altísimo rendimiento como el Ferrari 458 Italia tienen una relación de 12,5:1.

Tecnologías Mazda SKYACTIV, apostando por la combustión interna (I)

Hasta la fecha sólo en competición se habían alcanzado los 14:1 en motores de gasolina. El problema de una alta compresión en motores de gasolina es el autoencendido. Es una combustión parásita de la mezcla aire-gasolina causada por la alta presión en la cámara de combustión, lo que ocurre en los motores diésel como principio normal de funcionamiento, pero en un motor de gasolina. Elevar la relación de compresión en un motor convencional puede dar bastantes problemas de autoencendido, que son muy perjudiciales para la mecánica.

El caso es que para evitar el autoencendido se retrasaría el encendido o aumentaría la riqueza de la mezcla air-combustible, alejándonos del principio teórico de “más relación de compresión = más eficiencia”. Además, perderíamos par motor y sería casi imprescindible el uso de gasolina de competición, con más de 100 octanos. Tenemos un problema, pero Mazda ha logrado una relación altísima de 14,0:1 en un motor convencional, que además funcionará con gasolina convencional SP95. ¿Cómo se ha conseguido?

Vamos al grano: pistones de diámetro corto, con precámaras de combustión muy marcadas, y un bloque de carrera larga. La forma del pistón es similar a la de los motores diésel, y su principal ventaja es que la combustión de la mezcla es mucho más controlada y homogénea, sin dar lugar a autoencedidos o dañar el bloque con explosiones muy fuertes. El resultado es un motor muy eficiente, con más par motor (carrera larga), menos consumos y alto régimen de giro, gracias a que los pistones son más ligeros.

Tecnologías Mazda SKYACTIV, apostando por la combustión interna (I)

Para lograr un régimen de giro alegre también se ha requerido que el material de las camisas de los cilindros reduzca al máximo la fricción. El resultado es que el bloque es más ligero, hasta un 10% menos pesado que un bloque equivalente como el 2.0 DISI. Esto no es todo, la incorporación de la précamara de combustión requiere forzosamente un sistema de inyección directa con alto pulverizado del combustible (nuevos inyectores), que también está apoyado por distribución variable de válvulas S-VT tanto en admisión como en escape.

La presión en el segmento superior del pistón sigue siendo la adecuada, porque si la presión no va acorde a la relación de compresión no podríamos disfrutar de estas ventajas en la combustión. Otra manera adicional empleada para eliminar el autoencendido es una disposición de competición para los colectores de escape. Un diseño denominado 4-2-1, más enrevesado y costoso de producir que los colectores lineales de la mayor parte de motores comerciales, pero más efectivo y en este caso, favorecedor de bajos consumos.

Más innovaciones de este motor son un encendido retrasado un 25% con el motor frío para alcanzar antes una temperatura de funcionamiento óptima y una reducción de perdidas por bombeo en la fase de admisión, con un ligero retardo de la válvula de admisión (sincronización variable S-VT) en baja carga necesario a causa de la alta relación de compresión. El resultado de todo esto es que además de un motor ligero, tenemos un motor más alegre, con más potencia que el MZR 2.0 y con más par motor.

Tecnologías Mazda SKYACTIV, apostando por la combustión interna (I)

Los datos exactos de potencia y prestaciones son aún desconocidos, pero fuentes de la marca estiman una potencia de entre 150 y 170 CV para el SKY-G 2.0, y un par motor superior a los 200 Nm, con unos consumos que se reducirán en más de un 15% con respecto al motor saliente (en el caso del 2.0). Mañana os hablaremos del SKYACTIV-D turbodiésel y otras innovaciones consistentes en mejoras en las transmisiones, chasis y construcción de las carrocerías. Estad atentos, será interesante.

Tecnologías Mazda SKYACTIV, apostando por la combustión interna (II)

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