Viajamos a Orange County, en California. En donde se ubican las oficinas de investigación y desarrollo de Mazda en los Estados Unidos con la idea de conocer de primera mano, uno de los desarrollos más innovadores y revolucionarios que ha visto el motor de gasolina en su poco más de cien años de historia.
Antes de entrar al detalle con el nuevo motor Skyactiv-X, hagamos un poco de historia. En un ya lejano 2008, Mazda se trazó el objetivo de reducir en un 30% el consumo de combustible de sus vehículos para 2015. Un objetivo que pudo conseguir gracias a la incorporación en 2012 de la revolucionaria tecnología Skyactiv.
Para 2035, más del 80% de los autos seguirán empleando un motor de combustión (eso sí, muchos serán híbridos), Mazda está consciente de eso, por lo que mejorar la eficiencia del motor al máximo posible, parece muy sensato.
La primera generación de Skyactiv proponía una mejora sustancial en la eficiencia de los motores de combustión mediante el incremento de la compresión hasta una inédita relación para producción en serie de 14:1, una drástica reducción en la fricción de los componentes, así como un mejor manejo de los gases de escape gracias a la adopción de un manifold común solo en los autos de carreras.
Mazda no solo logró ese 30% de mejora en la eficiencia de sus modelos, sino que de paso consiguió una reducción de emisiones de gases contaminantes del 23%. Todo esto, sin contar con un híbrido en su gama. Para poner en contexto, para lograr el mismo resultado mediante tecnología híbrida, ésta tendría que representar el 46% de las ventas de la compañía.
Para muestra de que su enfoque fue correcto, Mazda ha recibido la distinción del fabricante de autos con la gama más eficiente en consumo de combustible y limpia de EU por cinco años consecutivos (2013 – 2017), sin tener un solo híbrido o eléctrico en su flota, ni tampoco un auto pequeño en ese mercado como el Mazda 2.
Pero el objetivo de Mazda es ambicioso, y para 2030, la firma espera haber reducido en 50% las emisiones de su flota en comparación con 2010, mientras que para 2050 buscará llegar al 90%.
El siguiente paso entonces es la próxima generación de los motores Skyactiv, que han recibido el nombre de Skyactiv-X, que conjuga las virtudes de los motores a gasolina y de los diesel para así conseguir lo que podría ser el santo grial de los motores de combustión.
Y es que el motor Skyactiv-X de 2.0 litros será entre un 20 y 30% más eficiente en comparación con los actuales Skyactiv, entregando además un desempeño más deportivo.
Ignición por compresión sí, pero controlada mediante una chispa
El ciclo Otto ideal es del dominio público, éste sería uno en el que no existieran pérdidas de energía por factores como: fricción, calor, movimiento mecánico, etc. Por lo tanto, un ciclo de Otto ideal es puramente teórico y aplicado a la realidad es simplemente utópico, impensable. Sin embargo, esto no significa que no exista una enorme posibilidad de mejorar la eficiencia de los motores, tratando de acercarse en la medida de lo posible a ese estado ideal de funcionamiento. Ese es precisamente el enfoque con el que Mazda afronta el reto que supone seguir mejorando el motor de combustión.
El motor Skyactiv-X supone un paso gigante en la dirección de hacer más eficiente al motor de combustión, para lo cual se incrementa aún más el radio de compresión hasta unos increíbles 16.0:1 (a mayor compresión, mejor eficiencia de combustible), al grado que ésta podría ocurrir sin la necesidad de la chispa generada con una bujía (como sucede con los motores diésel). No es la primera vez que escuchamos la idea de un motor de gasolina que funcione sin bujías, se llaman HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) y es una idea que han explorado varios fabricantes, entre ellos General Motors o Hyundai, aunque nunca lograron ponerlo en producción debido a que el rango de funcionamiento de RPM es muy limitado y por lo tanto probó ser inviable para el mundo real.
Una compresión tan elevada supone otro problema, la mezcla (aire – combustible) eleva tanto su temperatura que se pueden producir explosiones no deseadas, éstas pueden ser tan violentas incluso como para dañar el motor. Para evitar esto, los ingenieros de Mazda diseñaron algunas técnicas que evitan por completo este problema. En primera, la ignición siempre se da mediante el chispazo de una bujía ¿pero así ha sido siempre no?, sí. Sin embargo, aquí la chispa solo se utiliza para crear una pequeña bola de fuego que se produce en una cavidad creada en la cabeza del pistón, dicha bola toca la mezcla en el momento máximo de compresión para aprovechar toda la energía como en un diésel. Dicho de otra manera, se trata de llevar al límite la mezcla – aire gasolina, provocando de manera controlada el momento exacto de la explosión. Entonces el Skyactiv-X es SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition).
El secreto, una mezcla pobre
Pero, esto no sería posible en un motor que funcione con una mezcla común y para ello tenemos que revisar el concepto de los tipos de mezcla, aire – gasolina que existen. Originalmente, los motores utilizaban una mezcla rica, esto quiere decir que hay mucho combustible en la mezcla y por lo tanto es muy fácil generar la ignición. Estos motores, sin embargo son tremendamente ineficientes y altamente contaminantes.
Para solucionar este problema, se desarrollaron motores que emplean una mezcla estequiométrica, en donde tenemos una mezcla con un balance ideal de aire y combustible, 14.7:1 partes de gasolina por una de aire. Aquí la combustión realizada se puede calificar de eficiente y las emisiones son reducidas. Pero, aun así, este tipo de mezcla no sirve para el objetivo de Mazda, y es que al apuntar a una compresión tan elevada, las explosiones se producirían de forma inesperada y descontrolada inevitablemente.
Con lo cual, Mazda optó por una mezcla pobre, es decir menos gasolina y más aire (que adicionalmente es más fría), solo que aquí hay un reto importante, entre más pobre es la mezcla, más difícil es conseguir la ignición, hasta llegar a un grado en el que simplemente ésta no sucedería. Para evitar esto, los ingenieros lograron que en los costados de la cámara de combustión, la mezcla sea muy pobre, mientras que al centro (donde se produce la bola de fuego), se inyecta en el momento exacto un mínimo extra de combustible para tener en ese pequeño lugar una mezcla ligeramente menos pobre y así conseguir la explosión necesaria. Al tener menos combustible, también hay menor consumo.
Una mezcla pobre también elimina el dilema de gasolinas de altísimo octanaje, de hecho, es al contrario, el Skyactiv-X al inyectar menos combustible trabaja perfecto con una gasolina de 87 octanos (como la Magna), incluso los ingenieros mencionaron que han realizado pruebas con gasolinas de 80 octanos sin ningún problema.
Un supercargador, el arma secreta
Pero una mezcla muy pobre supone otro problema, se necesita más aire, algo que fue solucionado mediante la incorporación de un supercargador Roots que funciona a muy baja presión. Entonces, ¿el Skyactiv-X es un motor supercargado? Sí, pero no hay que confundir, aquí no se persigue un objetivo de alto desempeño, la presencia de este dispositivo solo busca inducir la cantidad de aire adecuada para lograr la mezcla pobre (más aire que gasolina) que mencionaba con anterioridad.
Mild Hybrid
El Skyactiv-X se complementa con un sistema Start & Stop, así como recuperación de la energía de la frenada y un alternador más grande para aprovechar mejor la energía. Esto lo convierte en un micro – híbrido.
¿El resultado?
Tuvimos oportunidad de manejar el nuevo Skyactiv-X en una mula del Mazda 3 de próxima generación, asociado primero a una transmisión automática y posteriormente a una manual. Ambas son de seis velocidades, las mismas que ya conocemos de la gama actual de Mazda.
No hubo oportunidad de evaluar el rendimiento de combustible, lo cual habría resultado valioso, en virtud de que es una de las grandes promesas del Skyactiv-X. Pero lo que sí puedo decir es que el rendimiento en baja rotación es excelente, entre 2 y 3 mil vueltas el motor se percibe poderoso como diésel, es ahí en donde funciona mejor, aunque no tiene empacho en subir a las 5 mil, aunque claro que ahí se siente menos brioso.
El funcionamiento es bastante suave, no hay vibraciones incómodas, en eso es mucho más parecido a un gasolina que a un diésel. La comunión entre motor y caja manual se siente mejor que con la automática, la respuesta parece ser más inmediata, quizá porque la automática tira el cambio muy pronto.
¿Para cuándo en el mercado?
El Skyactiv-X debiera llegar al mercado en 2019, de momento la potencia se ubica en 178 hp y 170 lb-pie, con lo cual sería el reemplazo del 2.5 actual. Sobre si podría haber motores Skyactiv-X más pequeños, o más grandes, la respuesta es sí, el principio es escalable, aunque se tienen que hacer ajustes, puesto que se requieren demasiados controles en la cámara de combustión y al cambiar la cilindrada, todo se modifica.
Inicialmente, las transmisiones serían las mismas de la actualidad, a espera que en 2020, la marca entregue una nueva caja automática. Ese mismo año también llegará un eléctrico de la marca, con o sin extensor de rango, una gran noticia puesto que el motor que será utilizado para tales efectos será nada menos que un nuevo rotativo. Por último, en 2021 veremos el primer plug-in hybrid de la marca.
