Estate 2017. Mazda ha lanciato una bomba sull’industria automobilistica. Affermavano di aver domato la bestia: un motore a benzina ad accensione spontanea pronto per le autovetture. La promessa? Un aumento del 20-30% nel risparmio di carburante. Non è un errore di battitura. Per un motore a benzina, questo è un salto enorme.
Prima di liquidare tutto questo come una sciocchezza di marketing, considera la storia. L’accensione spontanea non è una novità. La Formula 1 se ne è occupata. Altri produttori hanno tentato, senza riuscirci, di renderlo praticabile per la strada. Skyactiv-X di Mazda è diverso. È il primo del suo genere a entrare nella linea di produzione.
Jay Chen, un ingegnere propulsore di Mazda, ci ha guidato attraverso la meccanica. Per comprendere la svolta, è necessario comprendere le basi.
La scintilla contro la compressione
I motori a benzina fanno affidamento sulle candele. Conosci la procedura. Miscela di aria e carburante nel cilindro. La spina si accende. Boom. Combustione. È preciso. È affidabile. Funziona in quasi tutte le condizioni. Ma ha dei limiti.
I motori diesel seguono regole diverse. Non utilizzano candele. Usano una compressione estrema. L’aria viene compressa finché non diventa abbastanza calda da accendere il carburante al contatto. Non è necessaria alcuna scintilla. Questo processo è più efficiente. Pertanto, i diesel spesso ottengono valutazioni EPA migliori rispetto alle loro controparti a gas con specifiche simili. Ma i diesel sono pesanti. Sono costosi. Non sono esattamente sportivi.
E se potessi combinarli? E se potessi spremere la benzina come un diesel, mantenendo però la leggerezza e la reattività di un motore a gas?
Questo è l’obiettivo. Una compressione più elevata equivale a una maggiore efficienza. Mazda ha capito come farlo.
Come funziona Skyactiv-X
Il motore intrappola i gas di scarico all’interno del cilindro. Regola la fasatura delle valvole di aspirazione e scarico per mantenere contenuta questa miscela. Quindi, gli iniettori di carburante spruzzano la benzina in questa miscela calda altamente compressa. La sola pressione accende il carburante. Nessuna candela richiesta per l’evento di combustione principale.
È un approccio ibrido. Prende in prestito le parti migliori di entrambi i mondi.
Ci sono due modi per raggiungere questo obiettivo. L’accensione per compressione a carica omogenea (HCCI) miscela aria e carburante prima della compressione. L’accensione diretta per compressione della benzina (GDCI) spruzza il carburante in una miscela già compressa. Skyactiv-X di Mazda utilizza una variazione di HCCI. È il primo motore di questo tipo prodotto in serie.
Il problema: non è semplice
In teoria, ottenere l’accensione per compressione in un motore a benzina sembra facile. In pratica, è un incubo di precisione. Il motore deve passare costantemente dalla modalità di accensione a scintilla a quella di accensione per compressione. A bassi carichi, utilizza candele. A carichi più elevati, passa all’accensione per compressione.
Questa transizione è dove avviene la magia. E dove la maggior parte degli ingegneri ha fallito.
Perché è importante
I numeri sul risparmio di carburante sono buoni. Ma l’efficienza è la vera storia. Bruciando il carburante in modo più completo, si spreca meno. Ottieni più miglia per gallone. Riduci le emissioni. Mazda dichiara un miglioramento dal 20 al 30%. Se fosse vero, ciò cambierebbe il panorama dei motori di piccola cilindrata.
Lo Skyactiv-X non è solo un nuovo motore. È una prova di concetto. Ciò dimostra che l’ingegneria della combustione ha ancora spazio per l’innovazione. Sfida l’idea che i diesel siano l’unica via verso l’alta efficienza.
Le sezioni successive approfondiranno i pro e i contro. Guarderemo le prestazioni nel mondo reale. Vedremo se la richiesta del 20-30% reggerà in futuro. Per ora, ricorda solo: Mazda non ha semplicemente modificato un motore. Hanno reinventato il modo in cui brucia la benzina.
“La mancanza di ‘scintilla’ aiuta i motori diesel a raggiungere valori EPA più elevati rispetto ai motori a benzina con specifiche altrimenti simili.”
Questo cambiamento segna un allontanamento dalla tradizionale combustione interna. Non è un aggiornamento minore. Si tratta di un cambiamento fondamentale nel modo in cui pensiamo al consumo di carburante. Il motore Skyactiv-X rappresenta un significativo passo avanti nell’ingegneria automobilistica. Resta da vedere se diventerà lo standard. Ma la tecnologia è qui. E sta funzionando.
La linea sottile tra potenza ed esplosione
I motori ad accensione spontanea vantano un profilo di efficienza distinto rispetto ai loro omologhi ad accensione comandata. Consumano meno carburante. Convertono una parte maggiore di quel combustibile in lavoro utilizzabile invece di sprecarlo sotto forma di calore o perdita di accensione. Di conseguenza, emettono meno sostanze inquinanti.
L’ingegnere del gruppo propulsore Mazda Jay Chen descrive la differenza meccanica con una semplice analogia. L’accensione a scintilla è come accendere un angolo di un ramoscello e osservare la fiamma strisciare sulla carta. L’accensione per compressione assomiglia alla combustione spontanea. La miscela aria-carburante raggiunge contemporaneamente pressione e temperatura critiche. L’intera carica cambia fase in una sola volta. Questo rilascia energia improvvisamente.
“[L’accensione per compressione] può estrarre più potenza… dalla stessa quantità di aria utilizzando da due a tre volte meno carburante e a temperature di combustione molto più fredde.”
Teoricamente, questo è superiore. In pratica è fragile. Questi motori sono pignoli. Se fossero robusti, li staremmo già guidando.
Gel di carburante diesel in climi gelidi. La benzina rimane liquida. Le condizioni ambientali e la qualità del carburante influenzano fortemente le prestazioni dell’accensione per compressione. Fino a poco tempo fa, questi motori esistevano solo in laboratori stabili o in prototipi grezzi non idonei alla produzione.
L’ambiente del cilindro deve essere preciso. Una pressione o una temperatura errate interrompono il processo. Le temperature fredde rischiano di danneggiare i componenti sensibili. Le alte temperature provocano colpi. Ciò si verifica quando la miscela esplode prematuramente. Spreca carburante e peggiora le prestazioni. I motori ad accensione comandata tollerano un margine di errore più ampio.
L’affidabilità richiede un rapporto preciso tra aria, carburante e gas di scarico. La compressione deve essere esatta. L’applicazione del calore deve essere cronometrata correttamente. Poiché nessuno ha ancora costruito un motore a benzina ad accensione spontanea affidabile, il processo richiede un ulteriore perfezionamento.
Il futuro dei motori a benzina
Le speculazioni hanno colpito duramente dopo l’annuncio di Mazda. Un motore ad accensione spontanea del mercato di massa salverebbe il motore a combustione interna? Con l’industria che ruota verso gli ibridi e i veicoli elettrici, un motore a gas raffinato potrebbe essere sufficientemente efficiente per competere?
Chen, un ingegnere Mazda, delinea la logica. L’obiettivo è spremere ogni goccia di efficienza dal motore a combustione interna. Una volta perfezionata, questa tecnologia, utilizzata insieme all’elettrificazione, mira a fornire propulsori che durino fino a questo secolo. La metrica è rigorosa. Mazda ritiene di poter eguagliare o battere le emissioni di CO2 “dal pozzo alla ruota” dei veicoli elettrici a batteria pura, anche quelli caricati tramite reti ad alto consumo di combustibili fossili.
Insomma. Un’auto a gas può essere efficiente quanto una elettrica. Forse di più. Vediamo perché questa svolta differisce dai tentativi passati.
Tentativi precedenti: Saturn, Mercedes e Hyundai
Nel 2007, Motor Trend ha testato una Saturn Aura con un motore ad accensione spontanea. Il consumo di carburante è diminuito del 15% rispetto al modello standard. GM prevedeva di rilasciare veicoli simili entro il 2015. Poi Saturn morì. GM ha spostato l’attenzione sulla Chevrolet Volt e sulle piattaforme elettriche pure.
Mercedes-Benz stava lavorando a un sistema chiamato DiesOtto. Anche Ford aveva un progetto. Nessuno dei due è arrivato alla produzione.
Hyundai offre una spiegazione più chiara del motivo per cui questi progetti si bloccano. I loro sforzi sono emersi intorno al 2013. L’obiettivo era un motore ad accensione spontanea senza candele. Obiettivo di rilascio: 2023.
Promettente sulla carta. La realtà si è verificata duramente nel 2016.
I componenti non erano abbastanza resistenti per la compressione richiesta. Puoi rinforzare il blocco, la manovella e i cuscinetti. È così che i motori diesel sopravvivono alla pressione. Ma costa denaro. Aggiunge peso. Riduce l’efficienza complessiva.
Hyundai prevedeva di utilizzare un turbocompressore per mantenere la compressione e aumentare la potenza. Si resero subito conto che era necessario anche un compressore. Ciò ha fatto saltare il budget. Quel che è peggio è che l’inquinamento prodotto non è stato nemmeno lontanamente pulito o efficiente come previsto. Il progetto è stato scartato. Era troppo costoso. Troppo sporco.
Come Skyactiv-X risolve il problema della scintilla
Mazda ha sviluppato questa tecnologia tanto quanto i suoi concorrenti.
“Skyactiv-X era sempre nei piani anche prima del lancio della prima generazione di Skyactiv”, afferma Chen.
La tabella di marcia è iniziata nel 2009 con Skyactiv Technology. La chiave erano rapporti di compressione insolitamente alti. Ciò ha migliorato l’efficienza e le prestazioni del gruppo propulsore. Richiedeva una combinazione sinergica delle tecniche esistenti. Ciò che si credeva impossibile per i motori di serie divenne realtà.
Allora cos’è Skyactiv-X? È la strategia di Mazda di aumentare la compressione per migliorare l’efficienza. Ma hanno dovuto modificare il processo. Hanno aggiunto una candela.
Perché? Il motore passa dall’accensione spontanea all’accensione a scintilla in base a ciò che è più efficiente al momento. Ciò sembra contraddire i principi di base dell’alta compressione. Chen dice che funziona.
“Questa innovazione, che chiamiamo accensione per compressione controllata da scintilla (SPCCI), ha notevolmente ampliato la gamma utilizzabile di funzionamento e controllo dell’accensione per compressione”, spiega Chen. “Ha fornito la soluzione per una transizione senza soluzione di continuità tra le modalità di combustione CI [accensione per compressione] e SI [accensione a scintilla] utilizzate a regimi del motore elevati.”
La candela è l’ingrediente magico. Consente un funzionamento regolare. Si adatta alle condizioni. Viene utilizzato solo quando assolutamente necessario.
Il motore si automonitora. Regola il funzionamento in base alle condizioni ambientali. Stile di guida. Preferenze del conducente. Impostazioni.
Il Supercharger e il Market Timing
Dopo aver concepito l’idea, Mazda ha impiegato altri due anni per sviluppare il motore. È emersa una decisione importante.
I veicoli con motori Skyactiv-X saranno dotati di compressori. L’obiettivo è aumentare le specifiche di potenza. Ciò migliora la dinamica di guida. Aiuta a convincere gli acquirenti a correre un rischio con la nuova tecnologia.
Quando possono aspettarselo gli automobilisti? Un portavoce di Mazda ha rifiutato di rivelare quali veicoli saranno equipaggiati per primi. Anche le date di disponibilità non sono divulgate.
Non sappiamo se queste auto costeranno di più rispetto ai modelli ad accensione comandata comparabili. Le speculazioni suggeriscono che lo faranno. Mentre Mazda è la prima a commercializzare questo prodotto, quasi sicuramente altri produttori seguiranno. La corsa è iniziata.
