I tecnici della Mazda ci hanno abituati a sfruttare al massimo le potenzialità di una determinata tecnologia prima di passare alla fase successiva. Del resto, hanno vinto la 24 Ore di Le Mans con un motore rotativo Wankel. Una sorta di testardaggine tecnica che consentirà al motore benzina avere ancora un’enorme potenziale per il futuro immediato.

Sia chiaro, anche in Mazda stanno pensando alla propulsione ibrida, ci sono modelli con sistemi Mild Hybrid e si sta lavorando sulla trazione elettrica. Eppure, l’impegno per il futuro del motore endotermico non si ferma ancora. Il nuovo Skyactiv-X è un propulsore che prova a coniugare pregi del motore a ciclo Otto con quello a ciclo Diesel. Un obiettivo perseguito da molti costruttori senza risultati tangibili come il propulsore Mazda.

Prima di entrare nei dettagli dello Sckyactiv-X vanno fatte un paio di premesse tecniche. Il motore ciclo Otto funziona accendendo la miscela di aria/benzina mediante l’azione della scintilla generata dalla candela. La propagazione dell’onda di fiamma ha un tempo di propagazione. La spinta sul pistone, pertanto, è massima quando lo stesso sta già cominciando la sua fase di discesa dal punto morto superiore.

Nei motori ciclo Diesel, invece, la combustione avviene per autoaccensione della miscela per effetto della maggiore pressione a cui vien sottoposta l’aria in ingresso. Successivamente, viene iniettata la quantità di gasolio con la combustione che avviene in modo spontaneo.

Questo porta ad usare una minore quantità di carburante, mentre la spinta massima sul pistone avviene quando ancora si trova ancora al punto morto superiore. Di fatto, si ottiene un consumo minore con maggiore coppia. Ad una minore generazione di Co2, si contrappone una maggiore formazione di particolato e maggiore produzione di NOx, ossido di Azoto.

Per unire i due mondi, ciclo Otto e Diesel, in passato è stata studiata la tecnologia HCCI. Acronimo inglese che tradotto sta per, Accensione per Compressione di Carica Omogenea. Si tratta di una forma di combustione dove la miscela viene compressa fino al punto di autoaccensione.

In sostanza,  l’aria aumenta la densità e la temperatura mediante compressione fino a quando, una volta iniettata la benzina al limite della fase di compressione, l’intera miscela reagisce spontaneamente. Purtroppo, questa tecnologia, pur offrendo vantaggi in termini di efficienza e consumi, non risolve il problema del particolato.

I tecnici Mazda hanno trovato la soluzione al problema. Il classico Uovo di Colombo tecnico ! Hanno ideato il sistema SPCCI, ovvero, Spark Controlled Compression Ignition. I tecnici giapponesi sono partiti dal fatto che il motore di partenza era un 2.0 litri benzina con la sua bella candela al centro della camera di combustione.

Quindi perché eliminarla, riprogettando tutta la parte calda, quando si poteva usarla a proprio vantaggio. Di fatto, lo Skyactiv-X, comprime l’aria con un rapporto di compressione di 16.1, ma per innescare la combustione della miscela magra, utilizza una piccolissima quantità di carburante focalizzata intorno alla candela che funge da solo da innesco per l’accensione della miscela.

L’aria viene compressa al limite della detonazione. L’innesco della scintilla aumenta temperatura e pressione completando l’accensione della miscela nel cilindro che avviene in modo spontaneo come in un motore diesel. La massima pressione sul pistone, quindi,  avviene quando si trova ancora al punto morto superiore.

Si ottiene un’onda di pressione controllata, ma soprattutto, una combustione omogenea con una forte riduzione dei consumi. La temperatura di combustione rimane bassa, aumentando l’efficienza termica riducendo la produzione di ossidi di azoto ed riducendo quasi a zero la produzione di particolato.

In termini numerici, l’aumento di coppia e potenza rispetto all’analogo Skyacitv-G da 165cv è del 20%, con un risultato che può anche arrivare al 30% in termini di consumo specifico, paragonabili ai valori di un propulsor Skyactiv-D. Il 2.0 litri Skyactiv-X dichiara la potenza di 180cv per una coppia di 230Nm, con un consumo dichiarato per la Mazda 3 secondo il ciclo WLTP di 5,9 litri/100km.

La tecnologia SPCCI consente a Mazda di poter utilizzare il propulsore anche con il normale funzionamento a ciclo Otto a seconda delle esigenze di potenza dettato dall’uso dell’acceleratore. Nella prima parte dei giri, a carico parziale, funziona solo con il sistema SPCCI. Nella parte alta dei giri, fino alla soglia del limitatore posto, il propulsore funziona in modo classico a ciclo Otto.

Il passaggio da uno all’altro funzionamento è praticamente impercettibile per il conducente, a parte il cambiamento sonoro più silenzioso in SPCCI in funzione. Anche i rapporti del cambio variano in funzione della nuova erogazione di coppia.

Per sfruttare al massimo i vantaggi di tale tecnologia, i tecnici Mazda hanno dovuto utilizzare un compressore volumetrico. Il motivo è alquanto intuitivo. Avere maggiore volume di aria, ad una temperatura più fredda, con l’uso di un intercooler permette di avere un migliore controllo della combustione.

Utilizzare un turbina a gas, avrebbe comportato una certa inerzia, per quanto piccola, ai bassi regimi ed una completa riprogettazione del collettore di scarico. Questo avrebbe interferito sul delicato equilibrio trovato per la combustione per un diverso svuotamento dei cilindri in fase di scarico.

Tutti i componenti protagonisti della combustione sono stati oggetto di studio e riprogettazione completa. Dal forma del pistone, alla posizione della candela,  fino al controllo dell’iniezione. Questo non solo per avere la giusta quantità di benzina, poca, intorno alla candela, ma per ottenere un fronte di fiamma il più omogeneo e controllato, passando da un ciclo di funzionamento all’altro in tutta affidabilità.

Il propulsore Skiactiv-X basa il suo funzionamento sullo sfruttamento del ciclo Atckinson/Miller. La gestione dell’apertura e chiusura della valvola di aspirazione avviene a seconda della richiesta della gestione del rapporto di compressione che diventa variabile, in funzione del funzionamento del motore.

L’innovativo propulsore della Mazda fa anche utilizzo della tecnologia Mild Hybrid a 24v  già ampiamente collaudata del costruttore giapponese. Il piccolo motore elettrico ha la funzione di aiutare ulteriormente l’efficienza del propulsore endotermico nelle fasi di carico intermedio, nelle fasi passive coma cambio marcia e ripresa o ripartenza da fermo.

Un esempio di come ogni dettaglio ed ogni elemento tecnico presente sullo scaffale tecnologico della Mazda è stato messo a disposizione dei tecnici per avere il migliore risultato possibile in termini di efficienza. Le implicazioni per il futuro di questo propulsore sono molteplici.

La sua architettura modulare consente alla Mazda di poter ricavare un piccolo 3 cilindri 1.5 litri Skyactiv-X ed anche un più grande 6 cilindri in linea riservato alla gamma alta del costruttore giapponese. La sua particolare efficienza lo rende particolarmente adatto anche ad essere abbinato a vari sistemi ibridi, sia alimentati in modo autonomo, che plug in. Il piccolo tre cilindri potrebbe anche assolvere alla funzione di range extender, avviandosi così verso la trazione elettrica plug-in in modo meno traumatico.

Non resta che attendere l’esito della prova su strada per verificare la bontà del propulsore e la sua capacità di mantenere su strada le promesse fatte sulla carta.

Ottimo articolo, in un sol colpo ed in modo chiaro, si spiegano i fondamenti di tutti i tipi di ciclo di funzionamento dei motori a combustione interna. Complimenti davvero! Comunque Mazda sa sempre come sorprenderci con uscite fuori dal coro.Penso al motore Wankel a pistoni rotanti, che stà tornando in auge proprio come possibile generatore per le range extender.

Grazie Emidio, l’idea era quella di rendere questa tecnica la più facile possibile per tutti i palati.