El nuevo Skyactiv-X de 2,0 litros de Mazda constituye un avance técnico extraordinario y es el primer motor de gasolina de producción en serie que utiliza las ventajas del encendido por compresión propio del diésel.El nuevo Mazda3 Skyactiv-X desarrolla 180 CV a 6.000 rpm y un par máximo de 224 Nm a 3.000 rpm. Cumple la normativa Euro 6d y ofrece un consumo combinado medido en condiciones WLTP de 5,4-6,9 l/100 km, con unas emisiones de CO2 de 122-157 g/km.
Las claves de la tecnología SPCCI
Después de la introducción de las tecnologías de motores Skyactiv en 2012, Skyactiv-X representa el segundo paso de Mazda en el desarrollo del motor de combustión interna ideal. El motor Skyactiv-X tiene un sistema de encendido por compresión controlado por chispa (SPCCI, Spark Controlled Compression Ignition). Se trata de un concepto radicalmente nuevo en el que el motor alterna de forma fluida entre el encendido por bujía convencional y el encendido por compresión, empleando una bujía para iniciar ambos tipos de combustión de diferentes maneras. En el modo SPCCI, un proceso de inyección fraccionada crea dos zonas diferenciadas de mezcla aire/combustible dentro de la cámara de combustión.
En primer lugar, durante la carrera de admisión, se inyecta una mezcla gasolina-aire muy pobre en la cámara de combustión. Acto seguido, durante la carrera de compresión, se inyecta con alta precisión una zona de combustible pulverizado junto a la bujía. Esta pequeña inyección de combustible directamente en torno a la bujía genera un núcleo más rico. Cuando se produce la chispa, se enciende esta zona de mezcla más rica. Con ello, la presión en la cámara de combustión aumenta hasta el punto de producir también la combustión rápida de la mezcla pobre.
El motor trabaja en un modo muy eficiente durante un alto porcentaje del tiempo, ya que la tecnología SPCCI actúa prácticamente en todo el rango de funcionamiento del motor, con la excepción de los arranques en frío, las fases iniciales de calentamiento y las cargas muy altas. En esas condiciones desfavorables, el motor pasa inmediatamente al modo normal y quema una mezcla “estequiométrica” de aire y gasolina al 14,7:1. El motor Skyactiv-X ofrece la elasticidad a altas revoluciones de un motor de gasolina y los consumos, la entrega de par y la respuesta de un diésel, con cuatro grandes ventajas: respuesta excelente, conducción natural, tacto suave y fluido, y excelentes cifras de consumo de combustible en condiciones de conducción reales, combinadas con bajas emisiones.
El motor Skyactiv-X destaca especialmente en el rango de carga baja del motor, rebajando los consumos y recortando las emisiones de CO2 y NOx. La entrega de par es aproximadamente un 10% más alta que la del motor Skyactiv-G (Mazda3 con motor 2.0 l Skyactiv-G de 2018 sin desactivación de cilindros) y el consumo también resulta radicalmente mejor. El nuevo Mazda3 Skyactiv-X se encuentra disponible con transmisión manual Skyactiv-MT o transmisión automática Skyactiv-Drive, ambas de seis velocidades. En cuanto a la gama de motorizaciones, todos los modelos de 5 puertas y Sedán del nuevo Mazda3 ofrecen tracción delantera. Opcionalmente, los modelos de 5 puertas también se encuentran disponibles con la exclusiva tracción total i-Activ de Mazda.
MAZDA SKYACTIV-X – DETALLES DEL MOTOR
Cadena cinemática Tracción delantera / Tracción total i-Activ2
Transmisión Manual 6 velocidades / Automática 6 velocidades
Cilindrada cm3 1.998
Relación de compresión 16,3:1
Mazda M Hybrid De serie
i-Stop De serie
Potencia máxima kW (CV) / rpm 132 (180) / 6.000
Par máximo Nm / rpm 224 / 3.000
Tipo de combustible recomendado Gasolina 95 octanos
Sistema de control de emisiones
Catalizador de tres vías,
Filtro de partículas de gasolina (GPF)
Categoría de emisiones Euro 6d
Concepto y tecnologia SPCCI
El motor Skyactiv-X utiliza un método de combustión exclusivo de Mazda denominado “encendido por compresión controlado por chispa” (SPCCI) y representa el segundo paso de Mazda en el desarrollo de un propulsor de gasolina con un mecanismo ideal de combustión interna. El desarrollo del encendido por compresión en los motores de gasolina es un proyecto en el que los ingenieros llevan mucho tiempo trabajando. Skyactiv-X es un motor revolucionario de Mazda, único en el mundo, que utiliza un encendido por chispa para controlar el encendido por compresión, con mejoras sorprendentes en distintos y muy
importantes aspectos del rendimiento.
Las ventajas del encendido por chispa (elasticidad a altas revoluciones y emisiones más bajas) y del encendido por compresión (mejor respuesta inicial y menores consumos) se han fusionado en un motor que reúne lo mejor de todas las tecnologías. Mazda considera que todavía existe un amplio margen de evolución para el motor de combustión interna y que esta tecnología tiene potencial para hacer una aportación de primer orden a la conservación del medio ambiente. En línea con la visión corporativa de Mazda de proteger nuestro hermoso planeta y, al mismo tiempo, enriquecer las vidas de las personas a través del placer de conducir, la marca tiene previsto seguir trabajando en su búsqueda del motor de combustión ideal.
Mezcla pobre, las ventajas
Mazda ha acometido una revisión fundamental de la naturaleza de la combustión, con el objetivo de aportar mejoras de primer orden en la eficiencia del proceso de combustión interna. Anteriormente, en el motor de gasolina Skyactiv-G, se incrementó la eficiencia de la combustión aumentando la relación de compresión. Paralelamente, las pérdidas por enfriamiento debidas a la transferencia de calor a las paredes de la cámara se redujeron mediante el control de la temperatura del agua de refrigeración. Las pérdidas de bombeo y la resistencia mecánica se redujeron mediante la adopción del ciclo Miller. En el Skyactiv-X, el motor más reciente de la familia Skyactiv, Mazda ha trabajado en la optimización de la proporción aire-combustible. Para ello, ha sido preciso crear las condiciones idóneas para quemar una mezcla pobre, con una
proporción más alta de aire.
La mezcla ideal aire-combustible (estequiométrica) es de 14,7:1. Cuando esta proporción aumenta (porque se duplica ampliamente la cantidad de aire), entonces se incrementa la relación de calor específico y se reduce la temperatura de los gases de combustión, lo cual, a su vez, reduce las pérdidas por enfriamiento. Al mismo tiempo, un diseño que introduce una mayor cantidad de aire reduce las pérdidas derivadas del cierre de la mariposa y mejora el consumo.
El problema es que la combustión tiende a ser inestable si este tipo de mezcla pobre en combustible se quema siguiendo un proceso de combustión por propagación de llama iniciado por una bujía. Para solventar este problema, se debe recurrir a una combustión por compresión en condiciones de alta temperatura y alta presión. O, dicho de otro modo, el motor debe adoptar el encendido por compresión. Durante el desarrollo del motor Skyactiv-X, Mazda ha introducido mejoras en los factores de control que más influyen en la eficiencia de un motor de combustión interna.
Entre ellos, destacan la relación de compresión (que debe aumentar hasta alcanzar las condiciones de alta temperatura y presión requeridas), la sincronización de la combustión en las proximidades del punto muerto superior (presente en el encendido por compresión) y un periodo de combustión que permita que todo el combustible se queme a la vez.
Tecnología HCCI y sus inconvenientes técnicos
Un concepto básico del encendido por compresión en motores de gasolina es el encendido por compresión de carga homogénea (HCCI). En los motores convencionales de gasolina, el encendido se efectúa con una bujía. La combustión debe propagarse a partir de la chispa inicial y la velocidad de combustión es lenta. Y si, adicionalmente, se emplea una mezcla combustible pobre con una mayor proporción de aire, el frente de llama generado por la bujía no llega a extenderse a la totalidad de la cámara de combustión.
En cambio, con un encendido por compresión, todo el combustible de la cámara combustiona al mismo tiempo. La velocidad de combustión es más rápida y eso, a su vez, hace posible quemar una mezcla aire-combustible más pobre. Sin embargo, el HCCI todavía no ha llegado a un punto en el que pueda emplearse en aplicaciones comerciales, porque solo funciona a bajas revoluciones y en un rango muy reducido de carga baja del motor. E, incluso, dicha zona tiene tendencia a variar dependiendo de las condiciones de conducción.
Por otro lado, el encendido HCCI solo es viable en un pequeño rango de funcionamiento, lo que dificulta unas transiciones frecuentes, estables y fluidas entre el encendido por chispa —necesario a altas revoluciones y altas cargas del motor— y el encendido por compresión. Hasta ahora, para resolver estos inconvenientes se requería aumentar la relación de compresión y recurrir a una estructura más compleja y a controles de alta precisión.
Tecnología SPCCI propia de Mazda
La innovación de Mazda ha consistido en cuestionar la idea convencional de que el encendido HCCI clásico no requiere una bujía, y en proponer una solución alternativa, en la que la bujía desempeña una función sea cual sea el método de combustión. Este concepto es la base del encendido por compresión controlado por chispa (SPCCI), el método de combustión exclusivo de Mazda. El SPCCI amplía enormemente las franjas de carga y revoluciones del motor en las que es posible el encendido por compresión. Por tanto, es una tecnología capaz de trabajar prácticamente en todo tipo de condiciones de conducción. Como la bujía funciona siempre, el motor puede pasar con absoluta fluidez de una combustión con encendido por compresión controlada a otra con encendido directamente por chispa, y viceversa.
Aunque el SPCCI es un método de combustión totalmente nuevo, lo cierto es que se basa en dos funciones que Mazda lleva tiempo refinando y que ha recombinado concienzudamente: el encendido y la inyección.
Para ello, la marca ha hecho nuevos desarrollos en una serie de tecnologías de base: un nuevo diseño de la cabeza de los pistones, un sistema de inyección de combustible a presión ultraalta adaptado al encendido por compresión y una unidad de suministro de aire de respuesta rápida por compresor volumétrico, capaz de aportar grandes cantidades de aire. También ha adoptado un sensor de presión integrado en los cilindros, que sirve para controlar la totalidad del proceso de combustión. En comparación con las complicadas estructuras que, con anterioridad, eran precisas para utilizar el concepto HCCI, los elementos físicos del SPCCI son sencillos y ligeros, sin complejidad innecesaria.
Compresión y encendido por chispa, las claves.
El SPCCI puede resumirse como un sistema en el que el efecto de compresión creado por una combustión localizada (iniciada por una chispa) se emplea para alcanzar la presión y la temperatura necesarias para que sea posible el encendido por compresión. En términos más técnicos, la relación de compresión geométrica se eleva hasta llevar la mezcla combustible muy cerca del punto de ignición (debido a la compresión) en el punto muerto superior. En ese momento, se expande un frente de llama, generado por la bujía, que aporta el empujón final para que el encendido por compresión queme toda la mezcla de la cámara.
La sincronización y la cantidad de presión se encuentran en un estado de flujo continuo, dependiendo de las condiciones de conducción, que varían constantemente. Sin embargo, el sistema SPCCI es capaz de controlar la sincronización de encendido de la bujía y, por tanto, de mantener en un punto óptimo la presión y la temperatura de la cámara de combustión en todo momento. Como la bujía está activa todo el tiempo, el sistema puede cambiar con fluidez a una combustión con encendido por chispa puro cuando las condiciones de carga o de revoluciones del motor hacen difícil el encendido por compresión.
De este modo, el sistema se asegura de que la presión de compresión no sea nunca excesiva en el modo de combustión convencional. Al mismo tiempo, favorece un diseño sencillo, sin complejos mecanismos de relación de compresión variable.
El propulsor Skyactiv-X controla la distribución de la mezcla aire-combustible con el fin de hacer viable la combustión de una mezcla pobre utilizando el mecanismo SPCCI. El primer paso consiste en distribuir una mezcla pobre para encendido por compresión por toda la cámara de combustión. A continuación se utiliza una inyección con alta precisión de combustible, con torbellino, para crear una zona más rica en combustible; lo bastante rica como para encenderla con una chispa, minimizando la producción de óxido nitroso en torno a la bujía. Mediante el uso de estas técnicas, el SPCCI garantiza una combustión estable.
Con el fin de evitar la combustión anormal que puede producirse cuando se comprime una mezcla aire-combustible rica durante un periodo de tiempo prolongado —un problema clásico del HCCI—, la tecnología SPCCI ha adoptado un sistema de inyección estratificada de combustible. Parte del combustible se inyecta durante el proceso de admisión de aire y parte durante el proceso de compresión. En primer lugar, durante el proceso de admisión de aire se inyecta la mezcla de baja densidad para combustión pobre. Después, durante la carrera de compresión, una inyección independiente produce la mezcla combustible más
rica que se enciende en torno a la bujía.
Este procedimiento no solo distribuye la densidad de la mezcla combustible de modo que el SPCCI sea viable, sino que también minimiza el tiempo que transcurre hasta que la mezcla pobre se enciende por compresión, y proporciona un control muy efectivo de la combustión anormal.
Inyección ultraalta para una mejor combustión
Para minimizar el tiempo de compresión y obtener la máxima eficiencia posible en el encendido por compresión, el combustible debe vaporizarse y pulverizarse rápidamente para que se reparta de inmediato por todo el cilindro. Por este motivo, el motor Skyactiv-X dispone de un sistema capaz de inyectar combustible a muy alta presión, utilizando un inyector multiorificio situado en el centro de la cámara de combustión. El combustible se vaporiza y pulveriza al instante. Simultáneamente, se crea un potente torbellino que mejora en gran medida la estabilidad del encendido y la velocidad de combustión.
Esta inyección de combustible a presión ultraalta hace posible el encendido SPCCI que, a su vez, suprime la combustión anormal incluso a máxima potencia/bajas revoluciones. No hay que olvidar que, en estas situaciones, los motores de gasolina tradicionales se ven obligados a retrasar el encendido, con el consiguiente sacrificio de eficiencia y potencia.
Sensores de presión integrados en el pistón
Aparte de las tecnologías orientadas a evitar la combustión anormal, se ha introducido un sensor de presión integrado en el cilindro como elemento de control. Este sensor monitoriza continuamente si los controles anteriores producen una combustión correcta y compensa en tiempo real cualquier desviación de las normas, con lo que contribuye a que la combustión sea óptima en todo momento. Gracias a las técnicas descritas anteriormente, el SPCCI amplía la zona de encendido controlado por compresión a todo el rango de aceleración y permite una transición suave entre la combustión SPCCI y la combustión convencional con encendido por chispa.
Este nuevo método de combustión hace mucho más que asistir con una bujía el encendido por compresión. Es un sistema integral de control de la combustión que regula la temperatura y la presión dentro del cilindro, controla la densidad de distribución de la mezcla combustible durante la inyección y controla la recirculación de los gases de escape (EGR).
Ventajas del motor SKYACTIV-X
Skyactiv-X es una creación de Mazda única en el mundo. Es una nueva clase de motor atmosférico de combustión que combina todas las ventajas tecnológicas actuales para ofrecer potencia, bajas emisiones, fluidez y aceleración. Se trata de una tecnología revolucionaria que representa el principio de una nueva etapa en nuestra misión de desarrollar el motor de combustión interna ideal, con la experiencia de conducción Jinba Ittai que Mazda ofrece en todos sus vehículos.
El principal objetivo de desarrollo del Skyactiv-X consistía en crear un motor de gasolina muy eficiente, idóneo para la conducción diaria, con una combinación extraordinaria de respuesta, fluidez, transiciones suaves, consumos ajustados en condiciones de conducción reales y bajas emisiones.
Prestaciones mejoradas y consumos bajos
A semejanza de un motor diésel, la válvula de mariposa del Skyactiv-X está abierta casi todo el tiempo. En otras palabras, entra muchísimo aire en los cilindros. Como resultado, el motor entrega par al instante cuando el conductor lo demanda. El motor Skyactiv-X se combina con una cadena cinemática de alta rigidez que transmite el par de manera suave e inmediata. La rigidez de la cadena cinemática suprime las vibraciones longitudinales. Cuando el conductor de un coche pisa el acelerador, se anticipa a la respuesta del vehículo y trata de equilibrarse de forma inconsciente. Con el Skyactiv-X, la respuesta a la presión del acelerador es tan inmediata que esa acción de equilibrado resulta estable, de modo que el control del coche resulta más natural y requiere menos esfuerzo.
El diseño del Skyactiv-X ofrece una sensación de libertad inspirada en el legendario Mazda MX-5. Para ello, se revoluciona con la misma suavidad y facilidad que un motor de gasolina clásico. Además, cuenta con una entrega de potencia muy sólida, con un pico de 180 CV a 6.000 rpm.El tacto fluido del Skyactiv-X se apoya en la sensación de aceleración y en un sonido del motor de alta calidad, a la medida del desarrollo de potencia. Se ha adoptado una estructura en forma de cápsula para la cuna del motor, que redondea el sonido y lo adapta a la velocidad de aceleración. Por otro lado, esta estructura en forma de cápsula atrapa el calor y mantiene caliente el motor, lo que aporta beneficios a los consumos reales.
En los arranques del motor, el generador reversible integrado (ISG) accionado por correa del sistema Mazda M Hybrid eleva las revoluciones por encima de lo que lo hace un motor de arranque convencional. El motor se pone en marcha rápidamente y puede acelerar de forma silenciosa y con buena respuesta. Si la resistencia del motor es baja y las revoluciones no caen lo suficiente cuando se cambia a marchas más largas,
es fácil que se produzcan sacudidas en los cambios. Para contrarrestarlo, el ISG regenerativo interviene forzando una caída rápida de las revoluciones del motor y ajustándolas a la desmultiplicación de la marcha que se engrana.
El resultado es un cambio más suave. Además, la caja manual de seis velocidades Skyactiv-MT tiene relaciones de transmisión cortas, para que los cambios de marcha resulten ágiles y fluidos. En el caso de la transmisión automática de seis velocidades Skyactiv-Drive, se ha rebajado el tiempo de las reducciones de marcha con el fin de dar más suavidad a los cambios. Igualmente, se ha realineado el desarrollo de
aceleración antes y después de los cambios de marcha, para que los cambios automáticos sean aún más suaves.
El motor Skyactiv-X tiene unos consumos excelentes en condiciones muy diversas, a pesar de sus 2,0 litros de cilindrada. Los consumos son llamativamente reducidos en una gran variedad de situaciones de conducción, desde el tráfico urbano a los desplazamientos largos por autopista. El uso de una mezcla combustible pobre y de la tecnología SPCCI permite obtener muy buenas cifras de consumo en una amplia banda de revoluciones y cargas del motor. Asimismo, el motor Skyactiv-X de 2,0 litros produce niveles muy bajos de emisiones de CO2 y NOX. Los gases de escape se tratan mediante un catalizador de tres vías y un
filtro de partículas de gasolina (GPF). Estos elementos limpian el escape que se suministra a la unidad de suministro de aire que interviene en la combustión de una mezcla pobre a altas revoluciones del motor.
El nuevo Mazda3 Skyactiv-X ha obtenido la categoría de emisiones Euro 6d y ofrece un consumo combinado medido en condiciones WLTP de 5,4-6,9 l/100 km, con unas emisiones de CO2 WLTP combinadas de 122-157 g/km. El nuevo Mazda3 Sedán con motor Skyactiv-X también ha obtenido valores de emisiones muy reducidos en condiciones NEDC, con un mínimo de 96 g/km de CO2 en conducción combinada.
Desde el 1 de septiembre de 2018 todos los vehículos nuevos son sometidos a ensayo y homologados con arreglo al WLTP, de conformidad con el Reglamento (UE) 2017/1151 y el Reglamento (CE) 715/2007. Hasta el día 31 de diciembre de 2020, se incluyen además los datos de las emisiones de CO2 NEDC correlacionados según el Reglamento de Ejecución (UE) 2017/1153. Consumo de combustible NEDC combinado de 4,3-5,5 l/100 km; emisiones de CO2 combinadas NEDC de 96-125 g/km.
MAZDA M HYBRID, la electrificación necesaria
Todos los propulsores de gasolina Skyactiv que se montan en el Mazda3 y el Mazda CX-30 están asociados al nuevo sistema M Hybrid de Mazda. Este sistema híbrido ligero, compacto y eficiente, utiliza un generador reversible integrado (ISG), accionado por una correa, y una batería de ion litio de 24 V. Su misión consiste en reducir el consumo de combustible, regenerando la energía que se recupera durante la deceleración a través de un motor eléctrico que asiste al motor principal El ISG convierte la energía cinética recuperada en energía eléctrica y la almacena en la batería de ion litio. A continuación, el sistema utiliza un transformador CC/CC para llevar la tensión hasta el valor necesario y suministrarla a los componentes eléctricos del coche.
El ISG está accionado por una correa, lo que también permite al sistema aportar asistencia a la propulsión y ayudar al motor a arrancar más silenciosamente después de que lo haya parado el i-Stop. La batería de ion litio se monta en los bajos del vehículo para minimizar cualquier pérdida de espacio interior. Esta ubicación ayuda a optimizar la distribución del peso y contribuye a la seguridad en caso de colisión.
El sistema Mazda M Hybrid no solo contribuye a reducir el consumo del vehículo, sino que facilita también la conducción. Cuando el coche arranca, acelera o se detiene, las transiciones resultan fluidas y naturales.
Cuando se suma al par del motor el par de la unidad eléctrica, el sistema híbrido puede generar la misma aceleración que un motor de gasolina, pero con un consumo menor. El conductor disfruta de todas las ventajas de la tecnología híbrida ligera sin ningún sacrificio en el placer de conducción.
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