Mazda Skyactiv-X Un benzina che fa (anche) il diesel - VIDEO

Roberto Boni da Oberursel Roberto Boni
Mazda Skyactiv-X
Un benzina che fa (anche) il diesel - VIDEO
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Un motore che funzioni in parte come un benzina e in parte come un diesel, per combinare i vantaggi dei due? Non è una novità, visto che una decina di anni fa la Mercedes annunciò il DiesOtto, che a seconda dei casi accendeva la miscela aria/benzina con la solita candela oppure per compressione, come nei propulsori a gasolio. E la Volkswagen provava il GCI, ovvero Gasoline Compression Ignition (benzina con accensione per compressione). Più ottimista la prima, più scettica la seconda, ma il risultato era lo stesso: il campo di funzionamento con accensione per compressione era molto limitato e la transizione tra le due modalità d’innesco della combustione era irregolare. Sta di fatto che di tali motori non se ne è più parlato. Fino a oggi, quando la Mazda, cui va il merito di ricercare e sviluppare soluzioni tecniche controcorrente, ha mostrato e fatto provare a un ristretto numero di giornalisti il prototipo di un propulsore a benzina in grado di superare questi limiti, funzionando per buona parte del suo campo di impiego con accensione per compressione. Si tratta dello Skyactiv-X, un quattro cilindri due litri che dovrebbe erogare circa 190 cavalli e 230 Nm.

Mazda3 con motore Skyactiv-X: l'abbiamo provata in esclusiva video a Oberursel (Germania)

Magro è bello. La ragione alla base dello sviluppo di questo motore (come di quelli Mercedes e Volkswagen) è semplice: il rendimento di un benzina aumenta all’aumentare del rapporto di compressione e all’incremento del rapporto k tra il calore specifico a pressione costante e quello a volume costante della miscela aria/benzina. Questo fattore cresce smagrendola e diminuendo la temperatura di combustione. Purtroppo, di solito le miscele molto magre non si possono usare perché la fiamma non si propaga. Quest’ostacolo si può aggirare facendo innescare la combustione per compressione in più punti della carica, come nel DiesOtto e nel Gci. Per superare i loro limiti, gli ingegneri della Mazda hanno avuto un’idea brillante: visto che la candela per il funzionamento ad accensione comandata (ovvero il consueto modo di lavorare dei benzina) c’è comunque, perché non usarla anche per controllare l’accensione per compressione?

2017-Mazda3-SkyactivX-59

Pistone virtuale. Detto, fatto: nel propulsore, che ha rapporto di compressione fisico pari a ben 16:1, grazie alla turbolenza nei cilindri e all’iniezione accuratamente calibrate viene creata una zona di miscela non troppo povera (lambda = 2, ovvero il doppio di aria a pari benzina rispetto al normale) vicino alla candela. Così brucia senza difficoltà ed espandendosi comprime ulteriormente il resto della carica di miscela molto magra (lambda = 3) come una sorta di piccolo pistone virtuale che scende dall’alto: ciò porta all’innesco della combustione per compressione. Questa originale soluzione dello Skyactiv-X, denominata Spcci (Spark controlled compression ignition – accensione per compressione controllata dalla candela) è brevettata. Il motore è pure dotato di sensori di pressione in ogni cilindro (per conoscere istante per istante le condizioni in cui si trova la carica di aria e di benzina) e di compressore volumetrico (altrimenti le prestazioni sarebbero modeste, corrispondenti grosso modo a quelle di un’unità tradizionale con cilindrata pari a un terzo di quella del due litri prototipo). Inoltre, per evitare che nelle accelerazioni la miscela immessa nel cilindro s’accenda prima del dovuto, all’inizio s’inietta una piccola quantità di benzina (che forma una miscela magrissima che non si accende) e poi, grazie a pressioni d’iniezioni molto elevate, in un tempo brevissimo viene spruzzato il resto. Ciò ha reso necessario lo sviluppo di iniettori specifici, comporta un controllo elettronico estremamente accurato e un intenso lavoro di messa a punto, tuttora in corso.

1principio-accensione-Skyact

2-SkyActiveX-combustione

Irregolarità da eliminare. Infatti, il prototipo che abbiamo provato, montato su una Mazda3, ha manifestato una leggera irregolarità di funzionamento alle andature moderate a gas costante e segni di battito in testa nei transitori in accelerazione che non sarebbero accettati dai clienti. In compenso, un piccolo monitor mostrava istante per istante la modalità di funzionamento: quella con accensione per compressione in condizioni ideali, per la massima efficienza, si ottiene di rado, ma la combustione “alla diesel” con rendimento comunque superiore a quella tradizionale si mantiene anche ad andature relativamente vivaci e fino a più di 140 km/h in autostrada; oltre, si passa al funzionamento convenzionale, così come accade nelle accelerazioni a tutto gas. I tecnici della Mazda vantano quindi per lo Skyactiv-X un consumo inferiore del 30% rispetto a quello del loro benzina attuale e vicino a quello del diesel, con un allungo, però, decisamente superiore: la zona rossa del contagiri è fissata a 6.200 giri/min. E scordatevi il battito dei motori a gasolio: il sound è sempre quello dei motori a ciclo Otto.

4-SkyActive-potenza

5-SkyActive-accelerazione

C’è ancora da attendere. Lo Skyactiv-X si affiancherà fra non prima di un paio d’anni allo Skyactiv-G a benzina e al diesel; visto il recente inasprimento delle norme di omologazione quest’ultimo in futuro verrà probabilmente dotato di un catalizzatore per gli NOx, di cui finora ha fatto a meno, grazie alla ridotta produzione di ossidi di azoto garantita dal basso rapporto di compressione (14:1). Inoltre, secondo le necessità, anche la Mazda ricorrerà all’elettrificazione più o meno intensa dei propulsori a combustione e pure allo sviluppo di modelli a batterie, per limitare ulteriormente le emissioni di CO2. Ciò fa parte di una strategia di lungo termine in cui gli ingegneri giapponesi prevedono anche di ricorrere a biocombustibili derivati dalle alghe.

COMMENTI

  • Con un rapporto di compressione del genere bisogna anche usare benzina di qualità!! Sicuramente avrà un bel tiro dai bassi, ma un allungo limitato. Questo motore varia il suo volume tenedo aperte le valvole più del dovuto?
  • @redazione Posso chiedere che tipo di rumore emette il propulsore in modalità compressione? Cambia tonalità quando passa a accensione con scintilla ? Grazie.
  • L'idea è intraprendente, il problema resta il costo del carburante , almeno in Italia! Inoltre "l'isteria elettrica" che sta prendendo piede non vorrei portasse ad una scusa per penalizzare tramite bolli pesanti e blocchi del traffico tutto il paese. La benzina da noi non conviene se si fa strada, sotto i 10.000km può andare.
  • Mazda segue spesso strade eccentriche rispetto agli altri costruttori.vedremo se arrivera' alla produzione:solo allora si potra' valutare se ne vale la pena o no.mi pare un motore interessante in un gruppo motopropulsore ibrido(la scarsa coppia e potenza nel funzionamento ad accensione semispontanea sarebbero compensate dall'elettrico):del resto in F.1 si stanno usando soluzioni non molto diverse.
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  • Sensori di pressione istantanea per ogni cilindro, iniettori specifici, compressore volumetrico, catalizzatore NOx... Quanto si ostineranno ancora prima di ammettere che i motori elettrici sono nettamente più semplici ed affidabili?
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  • Mi permetto di segnalare che seppur ottenuto in modo diverso, il principio dal punto di vista fisico/chimico della combustione è simile alle soluzioni già adottate nelle PU della F1, (dove il rapporto potenza erogata per consumo specifico ha raggiunto livelli inimmaginabili solo pochi anni fa), quelle PU tanto criticate da chi guarda la F1 solo per il rumore e per gli incidenti tra monoposto, ma che invece sono la gioia degli occhi per chi ama la tecnica, ergo, far accendere la miscela in un piccolo punto dove è più ricca per poi far propagare il fronte di fiamma anche dove questa è magrissima e non si accenderebbe.......... http://www.formulapassion.it/2016/04/f1-mahle-jet-ignition-sistema-iniezione-ferrari/
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  • Mi sembra la soluzione ideale per le soluzioni con "range extender", tipologia in cui Mazda sta lavorando anche puntando sul Wankel
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  • Mi sembra la soluzione ideale per le soluzioni con "range extender", tipologia in cui Mazda sta lavorando anche puntando sul Wankel
  • È una soluzione ardita, da valutare solo quando ci sarà produzione di serie
  • Mi sembra un bel passo avanti e una soluzione molto piú praticabile rispetto all´elettrico, in un orrizzonte temporale di breve-medio termine.
  • Mi sembra un bel esercizio di stile, non molto di più. Come detto, è più importante l'elettrificazione della gamma...
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