Verão de 2017. A Mazda lançou uma bomba na indústria automobilística. Eles alegaram ter domesticado a fera: um motor a gasolina de ignição por compressão pronto para carros de passeio. A promessa? Um salto de 20 a 30 por cento na economia de combustível. Isso não é um erro de digitação. Para um motor a gasolina, isso é um grande salto.
Antes de descartar isso como um boato de marketing, considere a história. A ignição por compressão não é nova. A Fórmula 1 se interessou por isso. Outros fabricantes tentaram e não conseguiram torná-lo viável para as ruas. O Skyactiv-X da Mazda é diferente. É o primeiro desse tipo a chegar à linha de produção.
Jay Chen, engenheiro de trem de força da Mazda, nos orientou sobre a mecânica. Para compreender a inovação, você precisa entender o básico.
A faísca versus o aperto
Os motores a gasolina dependem de velas de ignição. Você conhece o procedimento. Mistura de ar e combustível no cilindro. O plugue dispara. Bum. Combustão. É preciso. É confiável. Funciona em quase todas as condições. Mas tem limites.
Os motores diesel seguem regras diferentes. Eles não usam velas de ignição. Eles usam compressão extrema. O ar é comprimido até ficar quente o suficiente para inflamar o combustível ao entrar em contato. Nenhuma faísca necessária. Este processo é mais eficiente. Conseqüentemente, os motores diesel geralmente obtêm melhores classificações da EPA do que seus equivalentes a gás com especificações semelhantes. Mas os motores diesel são pesados. Eles são caros. Eles não são exatamente esportivos.
Então, e se você pudesse combiná-los? E se você pudesse espremer a gasolina como um diesel, mas mantivesse a leveza e a capacidade de resposta de um motor a gasolina?
Esse é o objetivo. Maior compressão equivale a maior eficiência. A Mazda descobriu como fazer isso.
Como funciona o Skyactiv-X
O motor retém os gases de escape dentro do cilindro. Ele ajusta o tempo das válvulas de admissão e escape para manter a mistura contida. Em seguida, os injetores de combustível borrifam gasolina nessa mistura quente e altamente comprimida. A pressão por si só acende o combustível. Não é necessária vela de ignição para o evento de combustão principal.
É uma abordagem híbrida. Ele empresta as melhores partes de ambos os mundos.
Existem duas maneiras de conseguir isso. A ignição por compressão de carga homogênea (HCCI) mistura ar e combustível antes da compressão. A ignição por compressão direta a gasolina (GDCI) injeta combustível em uma mistura já comprimida. O Skyactiv-X da Mazda usa uma variação do HCCI. É o primeiro motor deste tipo produzido em massa.
O problema: não é simples
Conseguir a ignição por compressão em um motor a gasolina parece fácil em teoria. Na prática, é um pesadelo de precisão. O motor deve alternar constantemente entre os modos de ignição por faísca e ignição por compressão. Em cargas baixas, utiliza velas de ignição. Em cargas mais altas, ele muda para ignição por compressão.
É nessa transição que a mágica acontece. E onde a maioria dos engenheiros falhou.
Por que é importante
Os números da economia de combustível são bons. Mas a eficiência é a verdadeira história. Ao queimar o combustível de forma mais completa, você desperdiça menos. Você ganha mais milhas por galão. Você reduz as emissões. A Mazda afirma uma melhoria de 20 a 30 por cento. Se for verdade, isso muda o cenário para motores de pequena cilindrada.
O Skyactiv-X não é apenas um novo motor. É uma prova de conceito. Isso mostra que a engenharia de combustão ainda tem espaço para inovação. Desafia a ideia de que os motores diesel são o único caminho para uma elevada eficiência.
As próximas seções irão se aprofundar nos prós e contras. Veremos o desempenho no mundo real. Veremos se a reivindicação de 20 a 30 por cento se mantém na estrada. Por enquanto, lembre-se: a Mazda não apenas ajustou um motor. Eles reinventaram a forma como a gasolina queima.
“A falta de ‘faísca’ ajuda os motores a diesel a alcançar classificações EPA mais altas do que os motores a gasolina com especificações semelhantes.”
Esta mudança marca um afastamento da combustão interna tradicional. Não é uma atualização menor. É uma mudança fundamental na forma como pensamos sobre a queima de combustível. O motor Skyactiv-X representa um avanço significativo na engenharia automotiva. Ainda não se sabe se isso se tornará o padrão. Mas a tecnologia está aqui. E está funcionando.
A linha tênue entre potência e explosão
Os motores de ignição por compressão apresentam um perfil de eficiência distinto em comparação com os seus homólogos de ignição por faísca. Eles consomem menos combustível. Eles convertem mais desse combustível em trabalho utilizável, em vez de desperdiçá-lo como calor ou perda de ignição. Consequentemente, emitem menos poluentes.
O engenheiro de trem de força da Mazda, Jay Chen, descreve a diferença mecânica com uma analogia simples. A ignição por faísca é como acender um canto de um graveto e observar a chama rastejar pelo papel. A ignição por compressão assemelha-se à combustão espontânea. A mistura ar-combustível atinge pressão e temperatura críticas simultaneamente. Toda a carga muda de fase de uma só vez. Isso libera energia abruptamente.
“[A ignição por compressão] pode extrair mais potência… da mesma quantidade de ar, usando duas a três vezes menos combustível e em temperaturas de combustão muito mais baixas.”
Teoricamente, isso é superior. Na prática, é frágil. Esses motores são meticulosos. Se fossem robustos, já os estaríamos conduzindo.
Géis de combustível diesel em climas gelados. A gasolina permanece líquida. As condições ambientais e a qualidade do combustível influenciam fortemente o desempenho da ignição por compressão. Até recentemente, esses motores só existiam em laboratórios estáveis ou em protótipos inadequados para produção.
O ambiente do cilindro deve ser preciso. Pressão ou temperatura incorreta interrompe o processo. As temperaturas frias podem danificar componentes sensíveis. Altas temperaturas causam batidas. Isso ocorre quando a mistura detona prematuramente. Desperdiça combustível e degrada o desempenho. Os motores de ignição por centelha toleram uma margem de erro mais ampla.
A confiabilidade exige uma proporção precisa de ar, combustível e gases de escape. A compressão deve ser exata. A aplicação de calor deve ser cronometrada corretamente. Como ainda ninguém construiu um motor a gasolina de ignição por compressão confiável, o processo requer mais refinamento.
O futuro dos motores a gasolina
As especulações atingiram fortemente após o anúncio da Mazda. Um motor de ignição por compressão para o mercado de massa resgataria o motor de combustão interna? Com a indústria migrando para híbridos e VEs, poderia um motor a gás refinado ser eficiente o suficiente para competir?
Chen, engenheiro da Mazda, descreve a lógica. O objetivo é extrair cada gota de eficiência do motor de combustão interna. Uma vez aperfeiçoada, esta tecnologia – utilizada juntamente com a eletrificação – visa fornecer motores que durem até este século. A métrica é rigorosa. A Mazda acredita que pode igualar ou superar as emissões de CO2 “do poço para a roda” dos veículos eléctricos a bateria pura, mesmo aqueles carregados através de redes com elevado consumo de combustíveis fósseis.
Resumidamente. Um carro movido a gasolina pode ser tão eficiente quanto um elétrico. Talvez mais ainda. Vejamos por que esse avanço difere das tentativas anteriores.
Tentativas anteriores: Saturno, Mercedes e Hyundai
Em 2007, a Motor Trend testou um Saturn Aura com motor de ignição por compressão. O consumo de combustível caiu 15% em comparação com o modelo padrão. A GM planejou lançar veículos semelhantes até 2015. Então Saturno morreu. A GM mudou o foco para o Chevrolet Volt e plataformas elétricas puras.
A Mercedes-Benz estava trabalhando em um sistema chamado DiesOtto. Ford também tinha um projeto. Nenhum dos dois chegou à produção.
A Hyundai oferece uma explicação mais clara do porquê desses projetos estagnarem. Seus esforços surgiram por volta de 2013. O objetivo era um motor de ignição por compressão sem velas de ignição. Lançamento previsto: 2023.
Promissor no papel. A realidade foi duramente verificada em 2016.
Os componentes não eram fortes o suficiente para a compressão necessária. Você pode fortalecer o bloco, a manivela e os rolamentos. É assim que os motores diesel sobrevivem à pressão. Mas custa dinheiro. Adiciona peso. Reduz a eficiência geral.
A Hyundai planejou usar um turboalimentador para manter a compressão e aumentar a potência. Eles rapidamente perceberam que um superalimentador também era necessário. Isso estourou o orçamento. Pior ainda, a produção de poluição não foi nem de longe limpa ou eficiente como planeado. O projeto foi descartado. Era muito caro. Muito sujo.
Como Skyactiv-X resolve o problema do Spark
A Mazda vem desenvolvendo esta tecnologia há tanto tempo quanto seus concorrentes.
“O Skyactiv-X sempre esteve nos planos, mesmo antes do lançamento da primeira geração do Skyactiv”, diz Chen.
O roteiro começou em 2009 com a Skyactiv Technology. A chave eram taxas de compressão excepcionalmente altas. Isso melhorou a eficiência e o desempenho do trem de força. Foi necessária uma combinação sinérgica de técnicas existentes. Coisas consideradas impossíveis para motores de produção tornaram-se realidade.
Então, o que é Skyactiv-X? É a estratégia da Mazda de aumentar a compressão para obter eficiência. Mas eles tiveram que ajustar o processo. Eles adicionaram uma vela de ignição.
Por que? O motor alterna entre ignição por compressão e ignição por faísca com base no que é mais eficiente no momento. Isso parece contradizer os princípios básicos de alta compressão. Chen diz que funciona.
“Essa inovação, que chamamos de ignição por compressão controlada por faísca (SPCCI), expandiu bastante a faixa utilizável de operação e controle de ignição por compressão”, explica Chen. “Ele forneceu a solução para uma transição perfeita entre os modos de combustão CI [ignição por compressão] e SI [ignição por centelha] usados em altas velocidades do motor.”
A vela de ignição é o ingrediente mágico. Permite um funcionamento suave. Ele se ajusta às condições. É usado somente quando for absolutamente necessário.
O motor monitora a si mesmo. Ajusta a operação com base nas condições ambientais. Estilo de condução. Preferências do motorista. Configurações.
O Supercharger e o timing do mercado
Depois de conceber a ideia, a Mazda levou mais dois anos para desenvolver o motor. Uma decisão importante surgiu.
Os veículos com motores Skyactiv-X contarão com superalimentadores. O objetivo é aumentar as especificações de potência. Isto melhora a dinâmica de condução. Ajuda a convencer os compradores a assumir riscos com novas tecnologias.
Quando os motoristas podem esperar isso? Um porta-voz da Mazda recusou-se a divulgar quais veículos serão equipados primeiro. As datas de disponibilidade também não são divulgadas.
Não sabemos se esses carros custarão mais do que modelos comparáveis de ignição por centelha. A especulação sugere que sim. Embora a Mazda seja a primeira no mercado, é quase certo que outros fabricantes o seguirão. A corrida começou.
