Mazda: le nuove tecnologie Skyactiv del motore Sky-G

Mazda rivela nuovi dettagli del pacchetto tecnologico SkyActiv, destinato ad incrementare le performance diminuendo consumi ed emissioni inquinanti. Fin’ora, a dire il vero, la casa aveva parlato solo superficialmente di queste migliorie tecniche, lasciando intendere che fossero esclusivamente legate al propulsore. Adesso invece la casa nipponica inizia a “scoprire qualche carta”, svelando qualche dettaglio molto interessante. Skyactiv riguarda motore, cambio e piattaforma (comprendente carrozzeria e telaio): le innovazioni verranno adottate sull’intera gamma del costruttore a partire dalla prossima generazione di modelli, in fase di lancio dal 2012. Il target è quello di ridurre il consumo di carburante della gamma Mazda del 30% rispetto ai livelli raggiunti nel 2008, con una riduzione del 23% delle emissioni di CO2.

Mazda è convita che nel prossimo decennio la mobilità sarà assicurata prevalentemente dai motori endotermici. Ragione per cui vale la pena di investire e ricercare ancora in questa direzione. Per il costruttore l’introduzione di supporti elettrici sarà graduale ed andrà di pari passo con la diffusione di massa ed il fisiologico abbattimento dei costi per le case ed il cliente finale. Per il momento quindi la casa ha individuato nell’evoluzione radicale delle tecnologie basilari del motore a scoppio lo step più logico da seguire nei prossimi anni. La riduzione del peso del veicolo ed il miglioramento degli attriti della catena cinematica sono quindi i due fattori determinanti su cui si basa SkyActiv.

Entrando nello specifico delle tecnologie impiegate sui propulsori endotermici, Mazda annuncia che quelli a benzina Sky-G, si caratterizzano per un rapporto di compressione estremamente elevato di 14:1. Una direzione diversa da quella verso cui stanno andando molti costruttori automobilistici, impegnati a ridurre le cilindrate compensando le la perdita di potenza e di coppia massima spingendo più aria nelle camere di combustione mediante turbocompressori. Incrementando il rapporto di compressione in un motore benzina, se ne aumenta l’efficienza termica, migliorando pertanto il risparmio di carburante. Tuttavia, la compressione elevata nei motori convenzionali comporta un’indesiderata combustione anomala, nota come battito in testa, e la conseguente riduzione in termini di coppia. Per evitare il battito vengono utilizzate una miscela più ricca ed una fasatura ritardata dell’accensione, ma queste ultime vanno a discapito del risparmio di carburante e della coppia. Il battito in testa sopraggiunge quando la miscela si accende prima del tempo in quanto la temperatura e la pressione sono troppo elevate. Ciò può essere contrastato riducendo la quantità e la pressione dei gas caldi residui nella camera di combustione. Mazda pertanto ha sviluppato uno speciale collettore di scarico di tipo 4-2-1 che, essendo relativamente lungo, evita che i gas di scarico, che sono appena stati evacuati dal cilindro, vengano spinti di nuovo all’interno della camera di combustione. La conseguente riduzione della temperatura di compressione impedisce il battito.

Anche la durata della combustione è stata ridotta. Una combustione più rapida accorcia il tempo in cui la miscela aria/carburante incombusta rimane esposta a temperature elevate, consentendo che la combustione normale giunga al termine prima che possa verificarsi il battito. Pertanto, il nuovo motore è stato anche dotato di speciali pistoni cavi, che consentono al fronte di fiamma iniziale di propagarsi (o crescere) senza interferenze, e di nuovi iniettori multiforo, che migliorano le caratteristiche di vaporizzazione del carburante. Insieme al collettore di scarico di tipo 4-2-1, tali innovazioni portano ad un notevole aumento della coppia, pari al 15% nonché al risparmio di carburante.

Per migliorare l’efficienza del motore, è anche necessario ridurre la “perdita di pompaggio” che si verifica a carichi più bassi del motore quando il pistone attira l’aria mentre si sposta verso il basso durante la corsa di aspirazione. In genere, la quantità d’aria che entra all’interno del cilindro è controllata dalla valvola a farfalla ubicata a monte del condotto di aspirazione. A più bassi carichi del motore, è necessaria solo una piccola quantità d’aria. La valvola a farfalla risulta quasi chiusa, facendo in modo che la pressione all’interno del condotto di aspirazione e del cilindro sia più bassa rispetto alla pressione atmosferica. Di conseguenza, il pistone deve sopraffare un grande vuoto. Ciò è appunto noto come perdita di pompaggio, ed influisce negativamente sull’efficienza. Mazda ha provveduto a ridurre al minimo questo fenomeno tramite una S-VT (fasatura sequenziale delle valvole) a variazione continua sulle valvole di aspirazione e di scarico. La S-VT modifica la fasatura di apertura e di chiusura delle valvole, consentendo che la quantità di aria in aspirazione venga controllata dalle valvole invece che dalla valvola a farfalla. Durante la corsa di aspirazione, la valvola a farfalla e le valvole di aspirazione vengono mantenute aperte mentre il cilindro si sposta verso il basso. La corsa di aspirazione finisce quando il pistone raggiunge il fondo del cilindro (punto morto inferiore).

Ma se a questo punto si chiudono le valvole di aspirazione, c’è troppa aria all’interno del cilindro: va ricordato che è necessaria solo una piccola quantità d’aria a più bassi carichi del motore. Pertanto, per spingere fuori l’aria in eccesso, la S-VT di aspirazione mantiene aperte e valvole di aspirazione mentre il pistone inizia a muoversi verso l’alto (durante la corsa di compressione). Le valvole di aspirazione a quel punto si chiudono, una volta che tutta l’aria non necessaria è stata spinta fuori. Questo è il modo in cui la S-VT riduce al minimo la perdita di pompaggio, rendendo più efficiente il processo di combustione nel suo complesso. Di norma, l’inconveniente in questo caso è la combustione destabilizzata. Dato che le valvole di aspirazione vengono mantenute aperte anche quando inizia la corsa di compressione, la pressione all’interno del cilindro diminuisce, rendendo difficile la combustione della miscela aria/ carburante. Questo problema è tuttavia risolto dal rapporto di compressione molto elevato del motore: aumenta la temperatura e la pressione nella camera di combustione, pertanto il processo di combustione rimane stabile, malgrado la riduzione della perdita di pompaggio, ed il motore è più efficiente in termini di carburante. Con pistoni più leggeri del 20%, bielle più leggere del 15% ed una riduzione del 30% dell’attrito interno del motore rispetto all’attuale MZR da 2,0 litri, il nuovo motore SkyActive-G risulta più pronto ai comandi, libero di andare su di giri e si adatta rapidamente alle variazioni di carico. Ma la riduzione degli attriti si traduce al contempo in una minore dissipazione di energia: equivale a dire un risparmio di carburante del 15% rispetto al motore attuale.