Verano de 2017. Mazda lanzó una bomba sobre la industria automotriz. Afirmaron haber domesticado a la bestia: un motor de gasolina de encendido por compresión listo para turismos. ¿La promesa? Un aumento del 20 al 30 por ciento en la economía de combustible. Eso no es un error tipográfico. Para un motor de gasolina, ese es un gran salto.
Antes de descartar esto como una tontería de marketing, considere la historia. El encendido por compresión no es nuevo. La Fórmula 1 ha incursionado en ello. Otros fabricantes han intentado, sin éxito, hacerlo viable para la calle. El Skyactiv-X de Mazda es diferente. Es el primero de su tipo en llegar a la línea de producción.
Jay Chen, ingeniero de sistemas de propulsión de Mazda, nos explicó la mecánica. Para comprender el avance, es necesario comprender los conceptos básicos.
La chispa versus el apretón
Los motores de gasolina dependen de bujías. Ya conoces el procedimiento. Mezcla de aire y combustible en el cilindro. El enchufe se dispara. Auge. Combustión. Es preciso. Es confiable. Funciona en casi todas las condiciones. Pero tiene límites.
Los motores diésel siguen reglas diferentes. No utilizan bujías. Utilizan compresión extrema. El aire se exprime hasta que se calienta lo suficiente como para encender el combustible al contacto. No se necesita chispa. Este proceso es más eficiente. Por lo tanto, los motores diésel suelen obtener mejores calificaciones de la EPA que sus homólogos de gasolina con especificaciones similares. Pero los diésel son pesados. Son caros. No son precisamente deportivos.
Entonces, ¿y si pudieras combinarlos? ¿Qué pasaría si pudiera exprimir la gasolina como un diésel, pero manteniendo la ligereza y la capacidad de respuesta de un motor de gasolina?
Ese es el objetivo. Una mayor compresión equivale a una mayor eficiencia. Mazda descubrió cómo hacerlo.
Cómo funciona Skyactiv-X
El motor atrapa los gases de escape dentro del cilindro. Ajusta la sincronización de las válvulas de admisión y escape para mantener esta mezcla contenida. Luego, los inyectores de combustible rocían gasolina en esta mezcla caliente y altamente comprimida. La presión por sí sola enciende el combustible. No se requiere bujía para el evento de combustión principal.
Es un enfoque híbrido. Toma prestadas las mejores partes de ambos mundos.
Hay dos formas de lograrlo. El encendido por compresión de carga homogénea (HCCI) mezcla aire y combustible antes de la compresión. El encendido por compresión directa de gasolina (GDCI) inyecta combustible en una mezcla ya comprimida. El Skyactiv-X de Mazda utiliza una variación del HCCI. Es el primer motor de este tipo producido en serie.
El truco: no es simple
Lograr el encendido por compresión en un motor de gasolina parece fácil en teoría. En la práctica, es una pesadilla de precisión. El motor debe cambiar constantemente entre los modos de encendido por chispa y encendido por compresión. Con cargas bajas, utiliza bujías. Con cargas más altas, cambia al encendido por compresión.
En esta transición es donde ocurre la magia. Y donde la mayoría de los ingenieros han fracasado.
Por qué es importante
Las cifras de economía de combustible son buenas. Pero la eficiencia es la verdadera historia. Al quemar combustible de forma más completa, se desperdicia menos. Obtienes más millas por galón. Reduces emisiones. Mazda afirma una mejora del 20 al 30 por ciento. De ser cierto, eso cambiaría el panorama para los motores de pequeña cilindrada.
El Skyactiv-X no es sólo un motor nuevo. Es una prueba de concepto. Esto demuestra que la ingeniería de combustión todavía tiene margen para la innovación. Desafía la idea de que los diésel son el único camino hacia la alta eficiencia.
Las siguientes secciones profundizarán en los pros y los contras. Observaremos el rendimiento en el mundo real. Veremos si la reclamación del 20 al 30 por ciento se mantiene en el camino. Por ahora, recuerde: Mazda no se limitó a modificar un motor. Reinventaron cómo se quema la gasolina.
“La falta de ‘chispa’ ayuda a que los motores diésel alcancen clasificaciones de la EPA más altas que los motores de gasolina con especificaciones similares”.
Este cambio marca un alejamiento de la combustión interna tradicional. No es una actualización menor. Es un cambio fundamental en nuestra forma de pensar sobre la quema de combustible. El motor Skyactiv-X representa un importante paso adelante en la ingeniería automovilística. Queda por ver si se convertirá en el estándar. Pero la tecnología está aquí. Y está funcionando.
La delgada línea entre el poder y la explosión
Los motores de encendido por compresión cuentan con un perfil de eficiencia distinto en comparación con sus homólogos de encendido por chispa. Consumen menos combustible. Convierten una mayor parte de ese combustible en trabajo utilizable en lugar de desperdiciarlo en forma de calor o pérdida por ignición. En consecuencia, emiten menos contaminantes.
Jay Chen, ingeniero de sistemas de propulsión de Mazda, describe la diferencia mecánica con una simple analogía. El encendido por chispa es como encender una punta de leña y observar la llama arrastrarse por el papel. El encendido por compresión se parece a la combustión espontánea. La mezcla de aire y combustible alcanza simultáneamente la presión y la temperatura críticas. Toda la carga cambia de fase a la vez. Esto libera energía abruptamente.
“[El encendido por compresión] puede extraer más potencia… de la misma cantidad de aire mientras usa dos o tres veces menos combustible y a temperaturas de combustión mucho más frías”.
En teoría, esto es superior. En la práctica, es frágil. Estos motores son quisquillosos. Si fueran robustos, ya los estaríamos conduciendo.
El combustible diesel se gelifica en climas helados. La gasolina permanece líquida. Las condiciones ambientales y la calidad del combustible influyen en gran medida en el rendimiento del encendido por compresión. Hasta hace poco, estos motores sólo existían en laboratorios estables o en prototipos aproximados no aptos para la producción.
El entorno del cilindro debe ser preciso. Una presión o temperatura incorrecta interrumpe el proceso. Las temperaturas frías corren el riesgo de dañar los componentes sensibles. Las altas temperaturas provocan golpes. Esto ocurre cuando la mezcla detona prematuramente. Desperdicia combustible y degrada el rendimiento. Los motores de encendido por chispa toleran un margen de error más amplio.
La confiabilidad exige una proporción precisa de aire, combustible y gases de escape. La compresión debe ser exacta. La aplicación de calor debe programarse correctamente. Dado que todavía nadie ha construido un motor de gasolina de encendido por compresión confiable, el proceso requiere un mayor refinamiento.
El futuro de los motores de gasolina
Las especulaciones golpearon con fuerza tras el anuncio de Mazda. ¿Un motor de encendido por compresión de mercado masivo rescataría al motor de combustión interna? Con la industria girando hacia los híbridos y los vehículos eléctricos, ¿podría un motor de gasolina refinado ser lo suficientemente eficiente para competir?
Chen, un ingeniero de Mazda, describe la lógica. El objetivo es exprimir hasta la última gota de eficiencia del motor de combustión interna. Una vez perfeccionada, esta tecnología, utilizada junto con la electrificación, tiene como objetivo ofrecer sistemas de propulsión que duren hasta bien entrado este siglo. La métrica es estricta. Mazda cree que puede igualar o superar las emisiones de CO2 de los vehículos eléctricos de batería pura, incluso aquellos cargados a través de redes que utilizan muchos combustibles fósiles.
En breve. Un coche de gasolina puede ser tan eficiente como uno eléctrico. Quizás más. Veamos por qué este avance difiere de intentos anteriores.
Intentos anteriores: Saturno, Mercedes y Hyundai
En 2007, Motor Trend probó un Saturn Aura con un motor de encendido por compresión. El consumo de combustible se redujo en un 15 por ciento en comparación con el modelo estándar. GM planeaba lanzar vehículos similares en 2015. Entonces Saturno murió. GM cambió su enfoque hacia el Chevrolet Volt y las plataformas puramente eléctricas.
Mercedes-Benz estaba trabajando en un sistema llamado DiesOtto. Ford también tenía un proyecto. Ninguno de los dos llegó a producción.
Hyundai ofrece una explicación más clara de por qué estos proyectos se estancan. Sus esfuerzos surgieron alrededor de 2013. El objetivo era un motor de encendido por compresión sin bujías. Lanzamiento objetivo: 2023.
Prometedor sobre el papel. La realidad fue dura en 2016.
Los componentes no eran lo suficientemente fuertes para la compresión requerida. Puede fortalecer el bloque, la manivela y los cojinetes. Así es como los motores diésel sobreviven a la presión. Pero cuesta dinero. Agrega peso. Reduce la eficiencia general.
Hyundai planeó utilizar un turbocompresor para mantener la compresión y aumentar la potencia. Rápidamente se dieron cuenta de que también se necesitaba un sobrealimentador. Eso arruinó el presupuesto. Peor aún, la producción de contaminación no fue ni remotamente limpia ni eficiente como se planeó. El proyecto fue descartado. Era demasiado caro. Demasiado sucio.
Cómo Skyactiv-X resuelve el problema de las chispas
Mazda lleva desarrollando esta tecnología tanto tiempo como sus competidores.
“Skyactiv-X siempre estuvo en los planes incluso antes de que se lanzara la primera generación de Skyactiv”, dice Chen.
La hoja de ruta comenzó en 2009 con Skyactiv Technology. La clave fueron relaciones de compresión inusualmente altas. Esto mejoró la eficiencia y el rendimiento del tren motriz. Requería una combinación sinérgica de técnicas existentes. Cosas que se creían imposibles para los motores de producción se hicieron realidad.
Entonces, ¿qué es Skyactiv-X? Es la estrategia de Mazda de aumentar la compresión para lograr eficiencia. Pero tuvieron que modificar el proceso. Le agregaron una bujía.
¿Por qué? El motor cambia entre encendido por compresión y encendido por chispa según lo que sea más eficiente en ese momento. Esto parece contradecir los conceptos básicos de alta compresión. Chen dice que funciona.
“Este avance, que llamamos encendido por compresión controlado por chispa (SPCCI), amplió enormemente el rango utilizable de operación y control del encendido por compresión”, explica Chen. “Proporcionó la solución para una transición perfecta entre los modos de combustión CI [encendido por compresión] y SI [encendido por chispa] utilizados a altas velocidades del motor”.
La bujía es el ingrediente mágico. Permite un buen funcionamiento. Se ajusta a las condiciones. Se utiliza sólo cuando es absolutamente necesario.
El motor se controla a sí mismo. Ajusta el funcionamiento en función de las condiciones ambientales. Estilo de conducción. Preferencias del conductor. Ajustes.
El supercargador y el momento del mercado
Después de concebir la idea, Mazda tardó otros dos años en desarrollar el motor. Surgió una decisión importante.
Los vehículos con motores Skyactiv-X contarán con sobrealimentadores. El objetivo es aumentar las especificaciones de caballos de fuerza. Esto mejora la dinámica de conducción. Ayuda a convencer a los compradores de que se arriesguen con la nueva tecnología.
¿Cuándo pueden esperarlo los conductores? Un portavoz de Mazda se negó a revelar qué vehículos se equiparán primero. Las fechas de disponibilidad tampoco se revelan.
No sabemos si estos autos costarán más que los modelos comparables de encendido por chispa. La especulación sugiere que lo harán. Si bien Mazda es el primero en llegar al mercado, es casi seguro que otros fabricantes lo seguirán. La carrera ha comenzado.
