Mazda Skyactiv Technology (Parte I): el motor Skyactiv-G 2.0

Hay cosas que nosotros en la actualidad como seres humanos de este mundo, que damos por asumidas. Desde el teléfono celular hasta los autos. Claramente sabes que no vamos a hablar de celulares.

El motor a combustión de cuatro tiempos, el llamado «ciclo Otto», es el esquema por defecto que utilizan todas las marcas en sus motores, sean en V, en W, Boxer, en cuatro, lo que sea. Es el diseño que más ha funcionado y que sin muchos cambios más que en la mejora de su calidad y de los elementos que lo rodean, como son inyección, válvulas, escape, impulsan todos los autos de hoy en día, el tuyo, el mío y el del vecino… salvo que este tenga un Mazda.

Todas las marcas japonesas tienen sus particularidades y sus desarrollos. Mazda por ejemplo, fue la única marca del mundo que logro hacer funcionar un motor con rotores, del tipo Wankel. Así que si tu vecino tiene un RX7, un RX8 o un Cosmo, bueno, puede formar parte del chiste en el párrafo anterior.

En Mazda se dieron cuenta de que, por mucho que en este tiempo hayan surgido vehículos eléctricos y con variantes hibridas, el motor que va a seguir usándose por un buen tiempo va a ser el motor a gasolina, el mismo de ciclo Otto de 4 tiempos que ya comentábamos. ¿Entonces, de que sirve saltar a otra tecnología, si no hemos agotado al máximo el potencial del motor a gasolina?

¿Cómo? ¿O sea… nuestro motor puede dar aun más? Estas son las cosas que damos por asumidas. Mazda ha dado con el palo al gato en cuanto a que la tecnología actual aun no le saca completo partido al proceso de combustión. Por lo mismo comenzaron con el proyecto Skyactiv el 2005, un conjunto de tecnologías que permiten optimizar de manera inteligente y con ingeniería de punta y soluciones prácticas, el uso del motor de combustión, el diseño de la transmisión, la suspensión y el chasis, cosa que si las futuras tecnologías comienzan a desarrollarse sobre las actuales, que al menos dichas piezas funcionen dando su mejor rendimiento y usabilidad.

El motor a combustión actual es lo menos eficiente que puede existir. De la capacidad térmica total de la bencina, solo un 30% de esta es efectivamente utilizada en el proceso de la mezcla. El resto se pierde, en refrigeración, en una mezcla poco homogénea, en mal bombeo, en el roce y en todas las variables físicas que tiene un proceso mecánico. Triste pero cierto.

¿Entonces, como hay que hacer para sacarle mas partido a la mezcla? Comprimiendo más, haciendo que el combustible genere más calor. Entonces en Mazda diseñaron nuevos pistones, los que cuentan con un domo en la parte superior y una pequeña cavidad en la parte central para concentrar la ignición. El resultado es un motor de alta compresión (13:1 a 14:1 según el mercado y el motor), una relación que supera los niveles de compresión de un motor Turbo (10:1), de un motor con Inyección Directa (11:1) y hasta un motor deportivo de alto desempeño, como el V8 del Ferrari 458 Italia (12,5:1).

El problema de elevar la compresión es que con esto se eleva la temperatura y con esto, las detonaciones y el golpeteo, ya que al subir la temperatura, el combustible prende antes. Por lo mismo es un excelente momento para hacer un paréntesis y hablar del octanaje de los combustibles.

El nivel de octanaje de un motor corresponde al índice de antidetonantes que tienen, lo que significa que la compresión se ve retardada de manera química por las mismas propiedades del combustible. Por lo general en los motores pequeños y más antiguos, solo 93 octanos es necesario, por su nivel de compresión (menor a 9,5:1). Cuando la compresión es mayor, entre 9,5:1 a 10,5:1, es necesario subir a 95 octanos. Cuando el nivel de compresión es mayor (motores grandes y deportivos generalmente), el combustible que debes cargar es de 97 octanos.

Un motor de alta compresión requeriría un combustible de octanaje mayor, lo que no está en los planes de Mazda ni de nadie, con los precios así como están, por la poca disponibilidad y porque la idea es no usar una solución química, cuando el problema puede ser solucionado de manera mecánica. Tampoco es muy eficiente usar un retardador en el ciclo de ignición, porque esto reduce el torque y no ayuda a buscar la máxima eficiencia en un motor.

Lo que se hizo fue montar un sistema de inyección electrónica directa multipunto (6 puntos) que inyecta el combustible a alta presión (3000 psi) y a una temperatura menor. Esto ayuda a que la mezcla este más fría y en conjunto con el diseño del pistón, se realice de manera más homogénea, evitando que la mezcla prenda antes en algunas zonas de la cámara, lo que produce el famoso golpeteo.

Pero eso no es todo. Otro gran defecto del motor actual, sobretodo en motores para autos comunes y corrientes es el diseño de los múltiples de salida, el que en la actualidad, para un motor de cuatro cilindros, es del tipo 4-1, o sea que cada cámara tiene una salida y las cuatro se reúnen en un solo tubo.

Al evacuar los gases en este sistema la presión en el punto de encuentro es muy grande, considerando que además los múltiples son bastante cortos, entonces parte de los gases que evacua un pistón siempre chocaran y se devolverán por los conductos de otras cámaras, lo que se traduce en una salida menos fluida de los gases, con mucho más calor y mucha más presión sobre las cámaras. Entonces, imitando a los autos de carrera, se instalaron cabezales extra, de modo que ahora el recorrido será del tipo 4-2-1, con tramos más largos, lo que hace que el viaje de los gases sea más expedito, evitando que vuelva a ingresar al cilindro y suprimiendo el golpeteo. Lo mejor es que este tipo de escape también genera un efecto de vaciado, lo que significa que los gases saldrán más rápido de la cámara por el vacío, enfriando la cámara. Con estos dos grandes problemas solucionados la cámara tiene una temperatura que le permite trabajar con combustible incluso de 93 octanos, sin golpeteos, sin pérdida de rendimiento y ayudando al bolsillo de todos.

El escape 4-2-1 es conocido por ir en perjuicio de los índices de gases, pero ya que el motor Skyactiv cuenta con Inyección Directa y una combustión limpia, el defecto no afecta las emisiones de partículas.

Junto a todas estas modificaciones, se suma el sistema S-VT Dual de sincronización de válvulas que sumado al efecto de vaciado  propician una admisión de aire más efectiva y con menos esfuerzo.

Las bombas de agua y aceite han reducido su fricción y su cantidad de flujo mejorando su funcionamiento en un 40% y 60% respectivamente. Lo mismo el sistema de válvulas con empujadores rotativos, los que mejoran en un 50% la pérdida mecánica. Menos peso y menos roce significa que el motor se esfuerza menos, se calienta menos y se aprovecha mejor la energía, lo que ayuda a generar un 15% de aumento en el ahorro de combustible, un 15% de aumento en el torque y un 15% en la reducción de emisiones de CO2.

En los próximos días ahondaremos en las nuevas transmisiones y en el nuevo chassis y suspensión, los que sumados al motor, se transforman en la primera etapa del plan Skyactiv de Mazda.