Poche volte negli ultimi 20 anni della storia dell’automobile abbiamo visto novità inedite e totalmente rivoluzionarie. Anzi, così a memoria non riesco a ricordarmi dagli anni 2000 una vera innovazione radicale nel mondo dell’auto.Oggi, però, le cose cambiano, perche è arrivato sul mercato Mazda Skyactiv-X, un motore rivoluzionario progettato dalla Casa giapponese. Coma come funziona esattamente e che cos’ha di così speciale? Proviamo a spiegarvelo in questo approfondimento.
Mazda Skyactiv-X come funziona
Mazda Skyactiv-X è il primo motore di serie che sfrutta una tecnologia chiamata chiamato SPCCI.
Questo unisce il principio di funzionamento del classico motore a benzina a Ciclo Otto con il funzionamento dei motori a gasolio, a Ciclo Diesel.
Confusi? Non preoccupatevi: adesso andiamo a vedere nel dettaglio come funziona questo motore.
Parleremo anche di come si comporta nella vita di tutti i giorni montato su Mazda CX-30 che abbiamo avuto in prova qualche settimana fa. Se volete leggere nel dettaglio del crossover giapponese, potete trovare la nostra recensione sul sito!
Ma prima, le basi: il motore a combustione interna
Non possiamo parlare dello Skyactiv-X senza andare a rivedere le basi di come funziona un motore classico.
Un motore a combustione interna è formato da un numero davvero sterminato di componenti, ma alla base del suo funzionamento c’è un principio base molto semplice.
Questo infatti genera energia tramite uno scoppio all’interno della camera detta di combustione, dove il combustibile, mescolato con l’aria, si incendia.
La combustione genera energia, che spinge il pistone, che a sua volta muove l’albero motore e via così fino al movimento delle ruote.
Ora: i motori odierni si dividono principalmente in due grandi famiglie: i motori a Ciclo Otto e i motori a Ciclo Diesel.
Il meccanismo di funzionamento è pressochè lo stesso, cambiano il combustibile utilizzato e la sua accensione.
Per i motori a Ciclo Otto (dal nome del suo inventore tedesco), come quello nella prima animazione, la miscela aria-benzina viene immessa nella camera di combustione e poi incendiata dalla scintilla di una candela.
In un motore a ciclo Diesel come quello nella seconda animazione, invece, il gasolio per sua intrinseca natura non si incendia con una scintilla della candela.
La miscela aria-gasolio, infatti, si autoincendia per la grande pressione generata nella camera di combustione.
Il motore Mazda Skyactiv-X è in grado di combinare questi due tipi di funzionamento, alternando l’accensione a candela con quella per compressione.
Come? Beh, questo lo scopriremo insieme passo passo.
…e perchè dovrei volere un motore capace combinare queste due cose?
Intanto, la domanda che nasce spontanea è sicuramente : perchè dovrei volere un motore a benzina che si accende per compressione?
La risposta è abbastanza semplice: un’accensione “spontanea” per compressione migliora le prestazioni e, soprattutto, l’efficienza.
Grazie a questo sistema di accensione, infatti, l’esplosione è più uniforme e si propaga meglio all’interno della camera di combustione, generando uno scoppio più grande in minor tempo, andando a sfruttare al massimo la corsa del pistone e generando quindi la potenza maggiore possibile.
Non solo: in teoria, andando a sfruttare l’accensione spontanea per compressione, c’è un aumento della coppia motrice.
Per chi di voi non avesse chiaro il ruolo fondamentale che la coppia rivesta all’interno di un’auto, la coppia è la forza (o più correttamente, il lavoro) che il motore compie per muovere le ruote e quindi spostare l’auto.
Più la coppia è alta, più forza avrà l’auto per spostarsi.
Ad esempio, quando in autostrada l’auto riprende da 100 a 130 km/h, è la coppia che vi fa compiere questo incremento di velocità. Più coppia avete, più velocemente arriverete a 130 km/h.
La teoria di Mazda Skyactiv-X è unire la piacevolezza di utilizzo di un benzina convenzionale, data dall’allungo fino a oltre 6000 giri, dalla silenziosità superiore ad un equivalente diesel e dal suono molto più coinvolgente, alla coppia in basso e all’efficienza di un motore Diesel.
Come Mazda Skyactiv-X riesce a coniugare questi due mondi?
Dopo questa doverosa premessa, iniziamo a parlare di come Mazda Skyactiv-X riesca a combinare due mondi teoricamente lontanissimi tra di loro.
Partiamo dalle caratteristiche tecniche più convenzionali di Mazda Skyactiv-X.
È un 2.0 4 cilindri benzina aspirato (più o meno) da 180 CV e 224 Nm di coppia. È un motore bialbero con 4 valvole per cilindro, dotato di fasatura variabile, iniezione diretta di benzina, filtro antiparticolato GFP e valvola EGR per il recupero dei gas di scarico.
Mazda Skyactiv-X ha poi al suo interno tantissime innovazioni, che partono dal modo in cui si accende la miscela aria-benzina ad altri sistemi “accessori”, come la presenza di un modulo ibrido leggero, il cosiddetto “mild hybrid”, di un compressore volumetrico “finto” e di numerosi filtri e sistemi per ridurre le emissioni di inquinanti.
Siete un po’ spaesati? Tranquilli: andiamo in ordine, e sarà tutto più chiaro.
Primo passo: il rapporto di compressione record per un benzina
Cominciamo partendo dal cuore del motore, la camera di combustione, dove le maggiori innovazioni sono concentrate.
Come detto in precedenza, l’obiettivo di Mazda era quello di combinare l’accensione tramite candela tipica dei motori a Ciclo Otto con la autoaccensione per compressione tipica dei motori gasolio.
Questo è un tema toccato nel corso degli anni da tantissime Case come BMW, Volkswagen e soprattutto Mercedes, che stava progettando una decina d’anni fa un motore analogo, il DiesOtto.
Queste, però, non erano mai riuscite a trovare un sistema efficiente e pienamente soddisfacente.
Come ha fatto allora Mazda a rendere possibile lo Skyactiv-X?
Innanzitutto, per l’accensione tramite compressione è fondamentale, com’è intuibile dal nome, che la pressione nella camera di combustione sia davvero molto alta.
Per questo, quindi, Mazda ha innalzato il rapporto di compressione fino a 16:1.
Questo rapporto di compressione è altissimo per un motore a benzina, i quali di solito si attestano sui 10:1.
A cosa serve un rapporto di compressione più alto? In parole povere, il rapporto di compressione indica il livello di pressione all’interno della camera di combustione.
Una maggiore pressione avvicina le molecole della miscela aria-benzina e indirettamente aumenta la temperatura in camera di combustione.
Così facendo, l’accensione del carburante è molto più semplice ed efficace, e questo migliora le prestazioni e i consumi.
Il colpo di genio: il sistema SPCCI, punto di svolta dell’intero progetto
Sembra la soluzione perfetta non solo per il Mazda Skyactiv-X, ma anche per tutti gli altri motori benzina.
Qual è allora la controindicazione di questa pratica?
Aumentando così tanto il rapporto di compressione, infatti, si va incontro a dei fenomeni indesiderati.
La miscela aria-benzina si scalda a tal punto che arriva alla sua temperatura di autoignizione, ovvero la temperatura alla quale si accende spontaneamente e senza controllo.
In questa situazione è facilissimo incappare in molteplici fenomeni di detonazione, detto anche “battito in testa”.
Ovvero, la miscela si incendia, ma in modo incontrollato e non nel momento giusto, spesso più volte durante un singolo giro del motore.
Questo genera un cattivo funzionamento del motore che, se prolungato nel tempo, può portare a gravi danni.
Questo è stato da sempre il problema insormontabile per chi tentava di progettare un motore benzina con accensione spontanea.
Mazda, però, ha trovato una risoluzione geniale: il sistema SPCCI (SPark Controlled Compression Ignition, ovvero “accensione per compressione comandata da scintilla”).
Come funziona questo sistema?
In pratica, al posto di creare un benzina “dieselato”, ovvero senza candela e con un sistema di funzionamento analogo a quello di un motore Diesel, la Casa giapponese ha pensato di installare comunque la candela, tipica dei motori a benzina.
La candela è fondamentale nel funzionamento del motore. È proprio lei che innesca l’autoaccensione del carburante!
L’idea è tanto geniale quanto semplice.
Si crea una sorta di precamera virtuale intorno alla candela, ovvero una zona della camera di combustione dove la miscela aria-carburante è grassa (ovvero c’è una grande quantità di carburante).
Questa precamera è ottenuta tramite un fortissimo movimento a spirale, detto swirl, della miscela aria-carburante più magra, e di conseguenza più leggera. Questa a causa del “vortice” va naturalmente a porsi all’esterno della camera di combustione, mantenendo la miscela “grassa” al centro, attorno alla candela.
La candela è quindi in grado di incendiare questa piccola porzione di miscela grassa che poi, grazie al calore generato è in grado di accendere pressochè istantaneamente tutta la restante miscela circostante, molto più magra.
In questo modo, la combustione che si va a creare è pressochè istantanea, molto più veloce di un convenzionale motore a benzina, ed è al contempo molto più efficiente, andando a “regalare” un’esplosione molto forte pur avendo pochissimo carburante in camera di combustione, aiutando quindi le prestazioni e i consumi.
È infine anche perfettamente regolata, con un tempismo perfetto e non soggetta a detonazioni indesiderate.
Comprime, ma non sempre: il comportamento “simil-VTEC”
La combustione SPCCI aumenta l’efficienza e la coppia ai bassi regimi, mentre non da il massimo quando si cercano le prestazioni pure.
Come fare quindi?
Mazda ha deciso di aggiungere un nuovo tassello, rendendo cioè possibile al motore anche l’accensione classica tramite candela.
In breve, visto che l’accensione tramite candela è ancora più efficace per il raggiungimento della potenza massima, il motore ha due tipi di funzionamento.
Sotto i 4500 giri, la combustione è di tipo SPCCI, ovvero compressione comandata da candela.
Una volta passati questi 4500 giri, invece, cambia la miscela aria-carburante e il tipo di accensione torna ad essere quello di un normale benzina.
È in questo frangente che il motore eroga i suoi 180 CV. A 4500 giri il motore cambia la sua sonorità, diventando più roco e aggressivo, e si ha un incremento tangibile della potenza a disposizione.
A me, alla guida, ha ricordato tantissimo l’esperienza di guida di un motore leggendario, una pietra miliare dell’automobilismo mondiale, ovvero il VTEC di Honda.
Nel motore VTEC, verso i 6000 giri il sistema di fasatura variabile faceva “esplodere” la potenza, trasformando un motore aspirato normalissimo in un motore da oltre 8-9000 giri, con una potenza specifica altissima.
Sullo Skyactiv-X, il cambio di carattere del motore non è così marcato, e andando a passeggio è quasi impercettibile, ma questa caratteristica da una bella personalità al motore, che può essere docile o cattivo a seconda dei vostri desideri.
Gli altri sistemi “accessori”: supporti motore, Mild Hybrid e compressore volumetrico
Skyactiv-X è un gioiello di ingegneria infarcito di novità tecniche e chicche ricercate, e non solo riguardanti il solo motore.
Sono infatti numerose le componenti “accessorie” che lo compongono e che innalzano ulteriormente l’assurdo livello tecnologico di questo motore, quasi tutte volte ad eliminare o a tamponare i problemi e i difetti congeniti di un motore così particolare.
Come detto, infatti, Mazda Skyactiv-X è un motore benzina che ha un rapporto di compressione altissimo, di 16:1.
Per riuscire a mantenere questa compressione così alta all’interno della camera di combustione l’aria “normale” non basta, serve un’aria già densa e compressa.
Per questo Mazda ha pensato di aggiungere al progetto un compressore volumetrico, di tipo però anticonvenzionale.
Sulle auto con compressore volumetrico, come molte Jaguar, le Mercedes Kompressor di qualche anno fa e la prima serie di MINI Cooper S, infatti, il “supercharger” aveva il compito di generare maggiore potenza.
Il sistema scelto da Mazda invece è definito “lean-supercharger”, ovvero “compressore magro, leggero”, con innesto elettromagnetico (e non meccanico come prassi).
Il suo scopo in questo caso è quello di aumentare l’aria all’interno della camera per permettere una miscela ancora più magra, per migliorare consumi ed emissioni.
Un altro difetto congenito di Skyactiv-X è la presenza di vibrazioni (seppur non così marcate) sia nella fase di accensione spontanea che nel passaggio da SPCCI a normale Ciclo Otto.
Per filtrare tutte queste vibrazioni Mazda ha montato il motore su dei supporti pneumatici e molto sovradimensionati.
In pratica, lo Skyactiv-X è montato su degli ammortizzatori pneumatici simili a quelli delle sospensioni. In questo modo, le vibrazioni sono pressochè inavvertibili.
Oltre alle vibrazioni, infine, l’accensione spontanea SPCCI può portare ad una ruvidità di funzionamento, soprattutto nelle ripartenze, un comportamento poco piacevole e molto avvertibile dal guidatore.
Per evitare tutto ciò, e per aiutare ulteriormente i consumi, Mazda Skyactiv-X è dotato di un modulo Mild Hybrid a 24V.
Il piccolo motore elettrico da 7,9 CV aiuta a smorzare la ruvidità e da spunto nelle ripartenze e in ripresa, andando a recuperare energia in frenata.
E non solo. La sua presenza regala all’auto che lo monta uno Start&Stop fulmineo nelle riaccensioni e molto dolce, davvero ottimo.
I risultati: coppia più in basso, consumi ed emissioni abbassati
Tutto teoricamente bellissimo, ma questo motore, nella realtà, come va?
La risposta che mi viene spontanea è davvero bene.
La prima (e finora unica) versione di Mazda Skyactiv-X è il 2.0 4 cilindri da 180 CV a 6000 giri e 224 Nm a 3000 giri, che abbiamo potuto provare, con cambio automatico, su Mazda CX-30.
Il motore colpisce per la fluidità, l’assenza di vibrazioni o salti nell’erogazione, eccetto il già citato “effetto VTEC”.
Ciò che impressona poi è l’elasticità del motore, capace di riprendere fin dai giri più bassi.
Su strada la “maggiore coppia” promessa dal progetto c’è, rispetto al gemello 2.0 Skyactiv-G da 122 CV, ma non diventa mai dirompente.
Non aspettatevi una grande coppia come i moderni turbodiesel: benchè ci sia una sorta di sovralimentazione, Skyactiv-X è un motore aspirato, e come tale deve essere guidato.
Quindi mano allo splendido cambio manuale (o al buon automatico) e scalate le marce se volete le prestazioni.
Una volta fatto, Skyactiv-X vi ripaga con un bel carattere sportiveggiante e un allungo davvero coinvolgente fino a oltre 6600 giri.
Se invece vi interessa la fluidità e la regolarità, questo motore può già fare per voi.
È infatti eccezionalmente silenzioso, privo di vibrazioni ed estremamente regolare nell’erogazione della potenza.
Non possiamo poi non parlare di consumi ed emissioni.
Il Mazda Skyactiv-X è uno dei primi motori ad essere omologato Euro 6D senza bisogno di particolari “strozzature”. Le emissioni di CO2 sono poi limitate tra i soli 115 g/km su Mazda 3 “anteriore” e i 126 su CX-30 con trazione integrale.
Anche le emissioni di NOx sono molto basse. La miscela magra con cui lavora il motore, infatti, fa lavorare il motore a temperature più basse. Una temperatura di combustione bassa genera molte meno polveri sottili come PM10 e NOx, molto presenti anche nei motori benzina di ultima generazione.
Per quanto riguarda i consumi di carburante, invece, ci troviamo di fronte ad un motore con due anime.
Se si va tranquilli, sfruttando fluidità e regolarità e non superando i 4500 giri del sistema SPCCI, si riescono ad ottenere ottimi consumi, nell’ordine dei 18/20 km/l in statale e 16/17 in autostrada.
In città, spingendo un po’ di più e sfruttando l’accensione tramite candela, invece, non si riesce a salire molto oltre gli 11/12 km/l.
Se lo si colloca tra i motori aspirati con 180 CV, è un risultato eccezionale. Se lo si confronta con i moderni turbodiesel di simile potenza, invece, non è ancora al loro livello…
Il futuro di Mazda Skyactiv-X: con la sovralimentazione migliorerà ancora tantissimo!
…ma ci arriverà.
Infatti, questo Mazda Skyactiv-X è da intendere come un vecchio motore Diesel aspirato: una buona tecnologia, che con una sovralimentazione però ha spiccato il volo.
Senza una sovralimentazione “pesante”, infatti, i motori Diesel erano affidabili ed economici, ma lenti e rumorosi.
Qui è lo stesso: la tecnologia è appena nata, e questo primo motore Skyactiv-X punta sul “fare km” e costruire esperienza ed affidabilità,. È il primo step di un progetto che promette ancora molte evoluzioni.
Mazda stessa ha detto a più riprese che questo non è che l’inizio della tecnologia Skyactiv-X, e che molto probabilmente prima o poi vedremo uno Skyactiv-X Turbo.
Un passo, quello della sovralmentazione “di potenza”, che è quasi inevitabile e idealmente ben si sposa ad un motore già ricco di coppia in basso tra gli aspirati.
A mio parere, Mazda Skyactiv-X è un motore molto valido fin da questo primo step di evoluzione. Già per questo, dovremmo fare un plauso a Mazda, Casa coraggiosa che ha avuto voglia di inventare una soluzione innovativa e ben riuscita già al primissimo tentativo.
Il tempo ci dirà se insieme alla piacevolezza di utilizzo ci sarà anche quell’affidabilità che ci si aspetta dalla Casa di Hiroshima, e chissà, magari tra qualche anno ci vedremo per la prova di Mazda Skyactiv-X Turbo!
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