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  • Skyactiv-X, il motore perfetto secondo Mazda

    La nuova Mazda3 e la CX-30 sono ordinabili con lo Skyactiv-X, il motore che promette di mettere insieme i pregi del motore a benzina con quelli del diesel. Un arrivo che stimola nuovamente domande antiche e nuove: è più ecologico ed efficiente il motore a combustione interna o quello elettrico? E dunque, la domanda finale è: qual è il motore perfetto? Il motore perfetto è quello che non ha bisogno di un albero a gomiti per trasformare il moto rettilineo dei pistoni in moto rotatorio. Mazda ne è convinta da sempre, ma avrebbe voluto che fosse quello rotativo. Peccato che i suoi problemi congeniti, nonostante i decennali sforzi da parte della casa di Hiroshima, lo abbiano messo fuori gioco. Almeno come motore di trazione, perché una vita come “estensore” di autonomia per l’elettrico pare che se la sia guadagnata. In generale, Mazda ha sempre creduto che, prima di rivolgersi all’elettrificazione, la maggiore efficienza può essere ricercata attraverso il miglioramento delle tecnologie tradizionali.

    Mazda Skyactiv-X

    Distogliere lo sguardo dallo scarico

    Mazda, come molte altre case giapponesi, è convinta che l’impatto di un motore non deve essere misurato solo allo scarico e di certo non solo attraverso la CO2. Non per nulla, non ha mai fatto annunci relativi alle emissioni delle vetture, ma solo sull’impatto globale, aspetto per il quale l’elettrificazione deve risolvere più di un problema. Per questo si è sempre tenuta alla larga dalle mode delle elettrificazioni facili, del downsizing e del turbocompressore. Al contrario, ha parlato apertamente di “rightsizing” e ha puntato su concetti diversi. Per i motori benzina ha scelto di farli aspirati, con rapporti di compressione altissimi bilanciati dal ciclo Miller per avere efficienza e rendimento senza avere bisogno del filtro antiparticolato. Per quelli a gasolio, ha scelto viceversa di avere i rapporti di compressione più bassi per diminuire l’emissione di ossidi di azoto e la rumorosità. La scorsa generazione il motore 2 litri a benzina e il 2,2 litri a gasolio avevano lo stesso rapporto di compressione di 14:1. Era il primo indizio di una convergenza che lo Skyactiv X ha di fatto realizzato.

    General Motors HCCI

    Un doppio Rudolph nel motore

    Il sogno di fare un incrocio tra i due motori è una vecchia questione. Il diesel è molto efficiente, perché funziona con elevati rapporti di compressione, utilizza molta aria e poco carburante, la miscela si autoaccende all’istante giusto, ma ha emissioni di particolato e di ossidi di azoto. Il motore a benzina emette meno inquinanti, ma ha bisogno di un rapporto fisso tra aria e carburante e un istante preciso deciso dalla candela. Pena autodetonazione e conseguenze disastrose sulle emissioni, anche quelle di monossido di carbonio e idrocarburi incombusti. A questa sintesi tecnica hanno lavorato per anni General Motors, Honda, Hyundai e Volkswagen e anche Mercedes che ha trovato anche quella linguistica ribattezzandolo Diesotto. Lo presentò al Salone di Francoforte del 2007 sul concept F700 spinto da un 4 cilindri 1.8 biturbo da 238 cv con 400 Nm ibridizzato con un motore elettrico da 15 kW inserito nel cambio e alimentato da una batteria a 120 Volt. Il consumo era di 5,3 litri/100 km.

    Mercedes Diesotto
    Quelle strane coincidenze

    L’autoaccensione è applicata anche nei motori di Formula 1 più recenti, ma con finalità diverse. Ai regimi elevati infatti la scintilla viene quasi spostata dai flussi che si creano in camera di scoppio. Inoltre i motori ultraquadri da competizione – con alesaggio molto maggiore della corsa – hanno problemi a bruciare in modo omogeneo la carica su tutta la superficie dei pistoni. L’autoaccensione invece fa in modo che la fiamma si formi su più punti della camera allargando la superficie dell’esplosione. Il problema è riuscire a regolare l’istante giusto. Il motore Mazda è un 2 litri ad iniezione diretta e ha anche un compressore volumetrico che serve ad effettuare il cosiddetto lavaggio, ovvero la sostituzione dei gas caldi combusti con quelli freschi. Questa funzione è necessaria in particolare ai bassi regimi e un turbocompressore non potrebbe adempierla: mancanza di pressione sufficiente dei gas di scarico e tempi di risposta. I motori di Formula 1 invece hanno il turbocompressore elettrico che risolve tutto. Per ironia della sorte, i motori di Formula 1 ad autoaccensione utilizzano una precamera, come i diesel prima dell’avvento dell’iniezione diretta.

    Mahle Jet Ignition

    Per dare una lavata aLLO SCARICO

    Dunque è un motore blandamente sovralimentato e questo rende il rapporto di compressione di 16,3:1 ancora più anomalo. In realtà è un valore nominale geometrico e quello effettivo è bilanciato attraverso il ciclo Miller, creato dall’apertura anticipata delle valvole attraverso la variazione della fasatura. Lo Skyactiv-X ha anche le candele. La loro funzione è, quando si va a pieno carico, di accendere la miscela compressa, come qualsiasi altro motore a benzina. Quando invece si va ai carichi parziali, l’iniezione avviene in due momenti: la prima nella fase di aspirazione per creare una miscela molto magra, la seconda intorno alla candela nella fase di compressione, per creare un nucleo di miscela stechiometrica. Attivando quest’ultimo con la scintilla, il resto della miscela aria-benzina compressa si accende in più punti abbassando la temperatura di combustione poiché il calore è meglio distribuito. Lo Skyactiv-X dunque funziona a carica stratificata e innesca un’autoaccensione controllata. L’intensità non deve eccedere un certo limite, altrimenti si tramuta in battito in testa e per questo serve il sensore di pressione.

    Mazda Skyactiv-X

    Il battito è ufficialmente irregolare

    In effetti, guidando un’auto equipaggiata con lo Skyactiv-X ad acceleratore leggermente premuto, la sensazione è che il motore “batta” in modo attutito generando una leggera ruvidità. C’è una schermata che segnala il funzionamento in SPCCI. Un’altra sensazione anomala è data dal cambio automatico: i passaggi di marcia avvengono ad un regime superiore al solito. Probabilmente per sfruttare al massimo la finestra di funzionamento ad autoaccensione del motore. I passaggi con il funzionamento ordinario sono praticamente inavvertibili e il motore offre un funzionamento gradevole. Il 2 litri Skyactiv X è omologato Euro6d, eroga 180 cv a 6.000 giri/min e una coppia di 224 Nm a 3.000 giri/min con un consumo (WLTP) di 5,4-6,9 litri/100 km pari a 122-157 g/km di CO2. Secondo i vecchi standard NEDC ha emissioni minime di 96 g/km di CO2, un valore semplicemente eccellente per un 2 litri, anche per un diesel. C’è da dire che viene raggiunto con un sistema mild-hybrid a 24 Volt, dunque dovendo dire grazie agli elettroni e suscettibile di miglioramenti.

    Mazda Skyactiv-X

    La scossa verso la perfezione

    Il primo potrebbe essere proprio nel tasso di elettrificazione. Un sistema a 48 Volt sarebbe già meglio, ma Mazda ha un accordo con Toyota e si dice che uno dei motivi sia proprio lo Skyactiv-X. Se quest’ultimo avesse un’efficienza superiore alle unità termiche che Nagoya usa per i propri ibridi, potremmo ritrovarci Toyota e Lexus ibride con pistoni Mazda. Altra area di miglioramento è il lavaggio. Con un compressore elettrico si eliminerebbero le perdite meccaniche di quello volumetrico, parzialmente limitate dall’innesto elettromagnetico. Questa novità permetterebbe di eliminare il filtro antiparticolato che qui non serve a depurare i gas, ma ad evitare che qualche corpuscolo, attraverso l’EGR, arrivi ai lobi danneggiandoli. I tecnici giapponesi hanno ammesso che sono al lavoro per ulteriori evoluzioni dello Skyactiv-X. Il motore perfetto insomma può ancora aspettare o forse in Mazda la pensano come Johan Gottlieb Fichte: «La perfezione – scriveva il filosofo idealista tedesco alla fine del XVIII secolo – non è essere perfetti, ma tendervi continuamente».