En busca del motor de combustión interna ideal… rompiendo con lo establecido.

Mazda SKYACTIV gasolinaEn esta estrategia de “reducción de talla”, la pérdida de potencia y par se compensa forzando la entrada de aire a las cámaras de combustión mediante turbocompresores y sobrealimentadores. Mazda ha elegido otra vía, la de elevar la relación de compresión.

El motor de gasolina Mazda SKYACTIV-G

Las ventajas del exclusivo motor de gasolina SKYACTIV-G son el resultado del planteamiento técnico de “avances decisivos” de Mazda. La marca ha analizado y reconsiderado a fondo los principios termodinámicos esenciales hasta conseguir un motor con una relación de compresión extraordinariamente alta de 14:1. Hasta ahora, este valor solo se había visto en motores de competición de altas prestaciones no aptos para el uso cotidiano, pero Mazda ha roto las barreras que lo separaban de la utilidad práctica.

Una relación de compresión extremadamente alta de 14:1

En cualquier discusión sobre la relación de compresión es preciso examinar las ventajas y los desafíos técnicos de un valor elevado. Está claro que si se eleva la relación de compresión en un motor de gasolina mejora su eficiencia térmica y, con ello, baja el consumo de combustible. Ahora bien, en un motor convencional, una alta compresión favorece la combustión anormal indeseable conocida como “autoencendido”, que lleva aparejada una reducción del par. Para evitar el autoencendido se puede recurrir a una mezcla de combustible más rica y a retardar la sincronización del encendido, pero a expensas del consumo de combustible y la entrega de par. Cómo se resuelve el problema?

Alta compresión sin autoencendido

El autoencendido se produce cuando la mezcla se enciende prematuramente, si la temperatura y la presión son excesivas. Eso se puede contrarrestar rebajando la cantidad y la presión de los gases residuales calientes presentes en la cámara de combustión. Para ello, Mazda desarrolló un colector de escape 4-2-1 especial, relativamente largo, que impide que los gases de escape que salen del cilindro refluyan al interior de la cámara de combustión. La consiguiente reducción en la temperatura de compresión inhibe el autoencendido.

También se ha reducido la duración de la combustión. Una combustión más rápida acorta el tiempo que la mezcla aire-combustible sin quemar se ve expuesta a altas temperaturas, lo cual ayuda a que la combustión se complete con normalidad antes de que se produzca autoencendido. Con esta finalidad se dotó al nuevo motor de unas cavidades de pistones especiales, que permiten que la llama de la combustión inicial se propague sin interferencias, y de nuevos inyectores de orificios múltiples, que optimizan la pulverización del combustible. Estas innovaciones, junto con el colector de escape 4-2-1, se traducen en un aumento del par del 15% con respecto al actual motor MZR 2.0 de Mazda. El motor SKYACTIV-G entrega más par en un intervalo de revoluciones más amplio, y eso es algo que gusta a los conductores habituales. Por supuesto, también aprecian un consumo ajustado.

Pérdidas de bombeo reducidas al mínimo

Para que el motor sea eficiente, también es necesario reducir las “pérdidas de bombeo” que se producen, a bajas cargas, cuando el motor aspira aire en su movimiento descendente durante la carrera de admisión. En general, la cantidad de aire que entra en el cilindro se controla por medio de la mariposa situada corriente arriba, en la tubería de admisión. Cuando el motor trabaja a baja carga, solo requiere una pequeña cantidad de aire. En estas condiciones, la mariposa está casi cerrada, lo cual hace que la presión en el interior de la tubería de admisión y en el cilindro sea inferior a la atmosférica. Como consecuencia de ello, el pistón tiene que vencer un vacío importante. A este fenómeno se le llama “pérdida de bombeo” y, desde luego, es perjudicial para la eficiencia.

Mazda ha reducido al mínimo estas pérdidas de bombeo con ayuda de la sincronización secuencial de las válvulas de admisión y escape (S-VT). El sistema S-VT modifica la sincronización de la apertura y el cierre de las válvulas, de modo que son ellas las que controlan la admisión de aire, en lugar de la mariposa. Durante la carrera de admisión, la mariposa y las válvulas de admisión se mantienen totalmente abiertas mientras el cilindro se mueve hacia abajo. La carrera de admisión termina cuando el pistón alcanza el fondo del cilindro (el punto muerto inferior). Pero si las válvulas de admisión se cerrasen en este punto, habría demasiado aire en el interior del cilindro: como ya se ha dicho antes, con cargas bajas solo se necesita una pequeña cantidad de aire. Por lo tanto, para expulsar el exceso de aire, el S-VT mantiene abiertas las válvulas de admisión cuando el motor empieza a moverse hacia arriba (o sea, durante la carrera de compresión). Cuando se ha expulsado todo el aire innecesario, las válvulas de admisión se cierran. De este modo, la sincronización secuencial de válvulas minimiza las pérdidas de bombeo y contribuye a que el proceso general de combustión sea más eficiente.

Normalmente, el inconveniente de esta solución es que la combustión pierde estabilidad. Como se dejan abiertas las válvulas de admisión al principio de la carrera de compresión, se produce una caída en la presión del cilindro que dificulta la combustión de la mezcla aire-combustible. Pero eso no es un problema para el SKYACTIV-G debido a su relación de compresión de 14:1. La alta compresión eleva la temperatura y la presión de la cámara hasta el punto de mantener estable el proceso de combustión. Se reducen las pérdidas de bombeo y el consumo del motor es más ajustado.

Reducción del peso y de la fricción interna del motor

La respuesta general de un vehículo puede redondearse reduciendo el tamaño y el peso de sus componentes. Y un proyecto de desarrollo integral como SKYACTIV era un campo de pruebas excelente para diseñar elementos más livianos. Con unos pistones un 20% más ligeros en comparación con el MZR de 2,0 litros, bielas un 15% más ligeras y una reducción de la fricción interna del 30%, el nuevo SKYACTIV-G es un motor alegre que se adapta con rapidez a las variaciones de carga y subraya el carácter deportivo de cualquier Mazda en el que se monte. Y, además, consume menos energía en el proceso, lo que a su vez redunda en una reducción del consumo del 15% en comparación con el motor actual equivalente.

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Categoría: Técnica
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