Mazda Skyactiv-X, probamos un motor naftero revolucionario

Con la idea de conocer de primera mano al motor más innovador de la historia del motor naftero, viajamos a California, más precisamente al centro de investigación y desarrollo de Mazda en Estados Unidos. La marca japonesa es la responsable del Skyactiv-X, un motor del que te contamos previamente y que significa un avance enorme en la tecnología automotriz.

En un ya lejano 2008, Mazda se trazó el objetivo de reducir en un 30% el consumo de combustible de sus vehículos para 2015. Justamente, con la tecnología Skyactiv, la marca nipona consiguió su cometido. Mazda es consciente de que para 2035, el 80% de los autos seguirá con motores a combustión interna, por más que mucho sean híbridos. Mejorar la eficiencia del motor al máximo posible, entonces, parece muy sensato.

El origen

La primera generación de Skyactiv proponía una mejora notoria en la eficiencia de los motores de combustión mediante el incremento de la compresión hasta una inédita relación de 14:1, además de 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 colector de admisión que resultaba común solamente en los autos de carreras.

Además del 30% de mejora en la eficiencia de sus modelos, se consiguió una reducción de emisiones de gases contaminantes del 23%. Para lograr el mismo resultado mediante tecnología híbrida, ésta tendría que representar el 46% de las ventas de la compañía.

Mazda fue distinguida como la marca de autos con la gama más eficiente en consumo de combustible y limpia de Estados Unidos por cinco años consecutivos (2013 – 2017), y eso sin tener un solo híbrido o eléctrico en su flota. Pero en vez de quedarse ahí, la marca va por más 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%.

Por eso nos importa la próxima generación de los motores Skyactiv, la Skyactiv-X, que conjuga las virtudes de los motores nafteros y Diésel para así conseguir lo que podría ser el "Santo Grial" de los motores de combustión. El motor Skyactiv-X de 2.0 L será entre un 20 y 30% más eficiente en comparación con los actuales Skyactiv, entregando además un desempeño más deportivo.

Ignición por compresión, controlada por una chispa

El ciclo Otto ideal sería uno en el que no existieran pérdidas de energía por factores como fricción, calor, movimiento mecánico, u otros. Por lo tanto, un ciclo así 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, buscando acercarse a ese estado ideal de funcionamiento. A eso juega Mazda con el desafío que supone seguir mejorando el motor de combustión.

El motor Skyactiv-X se apoya en el incremento mayor del radio de compresión hasta unos increíbles 16:1. A mayor compresión, mejor eficiencia de combustible. Es tanta la mejora que la ignición podría ocurrir sin la chispa generada con una bujía.

No es la primera vez que escuchamos la idea de un motor naftero sin bujías: se llaman HCCI (ignición por compresión de carga homogénea, en inglés) y es una idea que han explorado varios fabricantes, como GM o Hyundai. Sin embargo, hasta ahora nunca lograron ponerlo en práctica porque el rango de funcionamiento de rpm es muy limitado, lo que lo hace inviable.

Una compresión tan elevada supone otro problema. La mezcla aire-combustible eleva tanto su temperatura que se pueden producir explosiones no deseadas que dañen el motor. Para evitar esto, los ingenieros de Mazda diseñaron algunas técnicas que evitan esto. En principio la ignición siempre se da mediante el chispazo de una bujía, solo que aquí la chispa se utiliza nada más que 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, al igual que ocurre en un gasolero. Dicho de otra manera, se trata de llevar al límite la mezcla, provocando de manera controlada el momento exacto de la explosión. Por eso el Skyactiv-X es SPCCI (Ignición por compresión controlada por chispa, por sus siglas en inglés).

El secreto es una mezcla pobre

Todo esto no sería posible en un motor que funciona con una mezcla común y para ello tenemos que revisar el concepto de los tipos de mezcla que existen. Originalmente, los motores utilizaban una mezcla rica, con mucho combustible y fácil de encender. 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. Aquí la combustión realizada es eficiente y las emisiones son reducidas. Pero aun así, este tipo de mezcla no sirve para el objetivo de Mazda. Al apuntar a una compresión tan elevada, las explosiones se producirían de forma inesperada y sin control.

Mazda optó por una mezcla pobre, es decir menos nafta y más aire, y más difícil de conseguir la ignición. Para evitar que no prenda, los ingenieros lograron que en los costados de la cámara de combustión la mezcla sea muy pobre, mientras que donde se produce la chispa se inyecta en el momento exacto un mínimo extra de combustible y así conseguir la explosión necesaria. Una mezcla pobre también elimina el dilema de naftas de alto octanaje, ya que el Skyactiv-X trabaja perfecto con un combustible de 87 octanos y se han realizado pruebas con naftas de 80 octanos sin ningún problema.

De compresores e hibridaciones

Por otro lado, también tenemos el dilema de que se necesita más aire, algo solucionado mediante la incorporación de un compresor mecánico Roots que funciona a muy baja presión. Ojo, no hay que confundirse. Acá no se busca llegar a un alto desempeño, sino que la presencia de este dispositivo es para inducir la cantidad de aire adecuada para la mezcla.

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. O sea, que estamos frente a un "micro-híbrido".

Resultado

Tuvimos oportunidad de manejar el nuevo Skyactiv-X en un Mazda 3 "modificado". Primero lo tuvimos con una caja automática y luego con una manual, las mismas transmisiones presentes en la actual gama de Mazda en Norteamérica.

No hubo oportunidad de evaluar el rendimiento de combustible, lo que hubiera sido muy valioso, pero sí se nota que el rendimiento en bajas revoluciones es excelente. Entre las 2.000 y 3.000 rpm se percibe un motor poderoso. Eso sí, cuando sube (sin problemas) a las 5.000 vueltas, no se siente tan fuerte como se acostumbra a esas revoluciones.

El funcionamiento es bastante suave, no hay vibraciones incómodas, más similar a un naftero. La comunión entre motor y caja manual se siente mejor que con la automática porque la respuesta parece ser más inmediata.

Futuro

Se supone que Mazda lanzaría al mercado este motor en 2019 como reemplazo del 2.5 L actual. Si te preguntás si habrá motores Skyactiv-X más pequeños, o más grandes, la respuesta es sí. El principio mecánico es escalable, aunque con modificaciones pertinentes.

Aunque Mazda no esté actualmente presente en el mercado nacional, sabemos que las innovaciones terminan derramándose. Con estos avances, algo parece tomar fuerza: no demos por muerta a la combustión interna.