ilPistone.com: Mazda: nuovi motori Sky-G e Sky-D (benzina e diesel)

Mazda presenta due nuovi motori: Sky-G a benzina e Sky-D Diesel. Hanno in comune lo stesso rapporto di compressione, 14:1, valore molto elevato per un motore Benzina e molto basso per un motore Diesel. Per i motori Benzina viene dichiarato un risparmio medio in consumi pari al 15%, mentre per il motore Diesel si arriva fino ad un risparmio del 20% rispetto ai motori attuali.

Dettagli motori Sky-G benzina:

Mazda rivela nuovi dettagli del pacchetto tecnologico SkyActiv, destinato ad incrementare le performance diminuendo consumi ed emissioni inquinanti. Fin’ora, a dire il vero, la casa aveva parlato solo superficialmente di queste migliorie tecniche, lasciando intendere che fossero esclusivamente legate al propulsore. Adesso invece la casa nipponica inizia a “scoprire qualche carta”, svelando qualche dettaglio molto interessante. Skyactiv riguarda motore, cambio e piattaforma (comprendente carrozzeria e telaio): le innovazioni verranno adottate sull’intera gamma del costruttore a partire dalla prossima generazione di modelli, in fase di lancio dal 2012. Il target è quello di ridurre il consumo di carburante della gamma Mazda del 30% rispetto ai livelli raggiunti nel 2008, con una riduzione del 23% delle emissioni di CO2.

Mazda è convita che nel prossimo decennio la mobilità sarà assicurata prevalentemente dai motori endotermici. Ragione per cui vale la pena di investire e ricercare ancora in questa direzione. Per il costruttore l’introduzione di supporti elettrici sarà graduale ed andrà di pari passo con la diffusione di massa ed il fisiologico abbattimento dei costi per le case ed il cliente finale. Per il momento quindi la casa ha individuato nell’evoluzione radicale delle tecnologie basilari del motore a scoppio lo step più logico da seguire nei prossimi anni. La riduzione del peso del veicolo ed il miglioramento degli attriti della catena cinematica sono quindi i due fattori determinanti su cui si basa SkyActiv.

Entrando nello specifico delle tecnologie impiegate sui propulsori endotermici, Mazda annuncia che quelli a benzina Sky-G, si caratterizzano per un rapporto di compressione estremamente elevato di 14:1. Una direzione diversa da quella verso cui stanno andando molti costruttori automobilistici, impegnati a ridurre le cilindrate compensando le la perdita di potenza e di coppia massima spingendo più aria nelle camere di combustione mediante turbocompressori. Incrementando il rapporto di compressione in un motore benzina, se ne aumenta l’efficienza termica, migliorando pertanto il risparmio di carburante. Tuttavia, la compressione elevata nei motori convenzionali comporta un’indesiderata combustione anomala, nota come battito in testa, e la conseguente riduzione in termini di coppia. Per evitare il battito vengono utilizzate una miscela più ricca ed una fasatura ritardata dell’accensione, ma queste ultime vanno a discapito del risparmio di carburante e della coppia. Il battito in testa sopraggiunge quando la miscela si accende prima del tempo in quanto la temperatura e la pressione sono troppo elevate. Ciò può essere contrastato riducendo la quantità e la pressione dei gas caldi residui nella camera di combustione. Mazda pertanto ha sviluppato uno speciale collettore di scarico di tipo 4-2-1 che, essendo relativamente lungo, evita che i gas di scarico, che sono appena stati evacuati dal cilindro, vengano spinti di nuovo all’interno della camera di combustione. La conseguente riduzione della temperatura di compressione impedisce il battito.

Anche la durata della combustione è stata ridotta. Una combustione più rapida accorcia il tempo in cui la miscela aria/carburante incombusta rimane esposta a temperature elevate, consentendo che la combustione normale giunga al termine prima che possa verificarsi il battito. Pertanto, il nuovo motore è stato anche dotato di speciali pistoni cavi, che consentono al fronte di fiamma iniziale di propagarsi (o crescere) senza interferenze, e di nuovi iniettori multiforo, che migliorano le caratteristiche di vaporizzazione del carburante. Insieme al collettore di scarico di tipo 4-2-1, tali innovazioni portano ad un notevole aumento della coppia, pari al 15% nonché al risparmio di carburante.

Per migliorare l’efficienza del motore, è anche necessario ridurre la “perdita di pompaggio” che si verifica a carichi più bassi del motore quando il pistone attira l’aria mentre si sposta verso il basso durante la corsa di aspirazione. In genere, la quantità d’aria che entra all’interno del cilindro è controllata dalla valvola a farfalla ubicata a monte del condotto di aspirazione. A più bassi carichi del motore, è necessaria solo una piccola quantità d’aria. La valvola a farfalla risulta quasi chiusa, facendo in modo che la pressione all’interno del condotto di aspirazione e del cilindro sia più bassa rispetto alla pressione atmosferica. Di conseguenza, il pistone deve sopraffare un grande vuoto. Ciò è appunto noto come perdita di pompaggio, ed influisce negativamente sull’efficienza. Mazda ha provveduto a ridurre al minimo questo fenomeno tramite una S-VT (fasatura sequenziale delle valvole) a variazione continua sulle valvole di aspirazione e di scarico. La S-VT modifica la fasatura di apertura e di chiusura delle valvole, consentendo che la quantità di aria in aspirazione venga controllata dalle valvole invece che dalla valvola a farfalla. Durante la corsa di aspirazione, la valvola a farfalla e le valvole di aspirazione vengono mantenute aperte mentre il cilindro si sposta verso il basso. La corsa di aspirazione finisce quando il pistone raggiunge il fondo del cilindro (punto morto inferiore).

Ma se a questo punto si chiudono le valvole di aspirazione, c’è troppa aria all’interno del cilindro: va ricordato che è necessaria solo una piccola quantità d’aria a più bassi carichi del motore. Pertanto, per spingere fuori l’aria in eccesso, la S-VT di aspirazione mantiene aperte e valvole di aspirazione mentre il pistone inizia a muoversi verso l’alto (durante la corsa di compressione). Le valvole di aspirazione a quel punto si chiudono, una volta che tutta l’aria non necessaria è stata spinta fuori. Questo è il modo in cui la S-VT riduce al minimo la perdita di pompaggio, rendendo più efficiente il processo di combustione nel suo complesso. Di norma, l’inconveniente in questo caso è la combustione destabilizzata. Dato che le valvole di aspirazione vengono mantenute aperte anche quando inizia la corsa di compressione, la pressione all’interno del cilindro diminuisce, rendendo difficile la combustione della miscela aria/ carburante. Questo problema è tuttavia risolto dal rapporto di compressione molto elevato del motore: aumenta la temperatura e la pressione nella camera di combustione, pertanto il processo di combustione rimane stabile, malgrado la riduzione della perdita di pompaggio, ed il motore è più efficiente in termini di carburante. Con pistoni più leggeri del 20%, bielle più leggere del 15% ed una riduzione del 30% dell’attrito interno del motore rispetto all’attuale MZR da 2,0 litri, il nuovo motore SkyActive-G risulta più pronto ai comandi, libero di andare su di giri e si adatta rapidamente alle variazioni di carico. Ma la riduzione degli attriti si traduce al contempo in una minore dissipazione di energia: equivale a dire un risparmio di carburante del 15% rispetto al motore attuale.

Fonte: http://www.autoblog.it/post/33492/mazda-le-nuove-tecnologie-skyactiv-del-motore-sky-g

Dettagli motore Sky-D Diesel:

Dopo aver parlato delle nuove tecnologie SkyActiv che Mazda applicherà ai motori benzina Sky-G, ci soffermiamo ora sui propulsori turbodiesel Sky-D e sulla loro tecnica. Con 14,0:1, il nuovo motore presenta lo stesso rapporto di compressione del benzina: questo lo rende il diesel con la compressione più bassa al mondo. Come noto, i motori diesel non necessitano di candele di accensione: la miscela di carburante iniettata si accende da sola a pressione elevata e grazie alla alta temperatura di compressione che risulta in prossimità del “punto morto superiore”, o quando la parte superiore del pistone è più vicina alla testa cilindri. Per consentire un’affidabile partenza a freddo ed una combustione stabile durante la fase di riscaldamento, i td convenzionali presentano elevati rapporti di compressione che vanno da 16:1 a 18:1.

Il propulsore Sky-D invece, grazie al basso rapporto di compressione, consente l’ottimizzazione della fasatura della combustione. Quando il rapporto di compressione viene diminuito, diminuiscono anche la pressione e la temperatura di compressione nel punto morto superiore. Di conseguenza, l’accensione impiega più tempo, anche quando il carburante viene iniettato in prossimità del punto morto superiore, consentendo una migliore miscelazione di aria e carburante.

Questo attenua la formazione di NOx e di fuliggine, dato che la combustione diventa più uniforme senza zone localizzate ad alta temperatura né insufficienze di ossigeno. Inoltre, l’iniezione e la combustione più vicine al punto morto superiore rendono un motore diesel estremamente efficiente: il rapporto di espansione (o quantità di lavoro effettivo realizzato) è maggiore rispetto a quello di un motore diesel a compressione elevata. La fasatura ottimizzata della combustione causa in pratica un uso migliore dell’energia contenuta nel carburante: questa è la principale ragione della riduzione del 20% dei consumi sui nuovi Sky-D. Grazie alla sua bassa compressione, lo Skyactiv-D brucia anche in modo più pulito, emettendo molti meno ossidi di azoto allo scarico. Può pertanto fare a meno del post-trattamento degli NOx e soddisfare tuttavia le severe normative Euro 6 sulle emissioni.

Tuttavia è noto che un basso rapporto di compressione su un diesel potrebbe generare degli inconvenienti: ad esempio, la temperatura di compressione/accensione in caso di partenza a freddo e durante il funzionamento a freddo di norma è troppo bassa per un motore diesel avente un rapporto di compressione di appena 14:1. Funzionerebbe con difficoltà, soprattutto in condizioni invernali, perdendo colpi durante la fase di riscaldamento. Ed a temperature estremamente basse, il motore potrebbe anche non partire al primo colpo. Pertanto, per migliorare la partenza a freddo ed il funzionamento a bassa temperatura, Mazda ha equipaggiato il proprio Sky-D con candele ad incandescenza di ceramica, così come con alzate variabili delle valvole di scarico. Il ruolo di queste ultime è quello di consentire il ricircolo interno dei gas caldi di scarico nella camera di combustione. Funziona in questo modo: una candela ad incandescenza viene utilizzata per realizzare il primo ciclo di combustione, che è in grado di portare i gas di scarico ad una temperatura sufficiente. Dopo l’avviamento del motore, la valvola di scarico non si chiude come accade di solito durante la corsa di aspirazione. Al contrario, resta leggermente aperta per consentire ad una parte dei gas di scarico di rientrare. Ciò aumenta la temperatura dell’aria nella camera di combustione, il che a sua volta facilita la successiva accensione della miscela aria/ carburante ed evita che il motore perda colpi.

Il minore rapporto di compressione del propulsore significa una riduzione della pressione massima e, pertanto, meno sollecitazioni ai componenti del motore rispetto ai diesel convenzionali. Di conseguenza, ci sono maggiori opportunità di realizzare modifiche strutturali per ridurre il peso: le teste cilindri con pareti più sottili ed il collettore di scarico integrato sono 3 kg più leggeri di prima, mentre il blocco cilindri, ora in alluminio, consente di risparmiare altri 25 kg. Con l’aggiunta di una riduzione del 25% del peso dei pistoni e degli alberi a gomiti, Mazda è riuscita a ridurre l’attrito interno del motore complessivamente del 20% rispetto all’attuale diesel MZR-CD.

Questo motore fa uso di un turbocompressore a doppio stadio. Presenta un turbocompressore piccolo ed uno grande, che vengono fatti funzionare in modo selettivo in base alle condizioni di guida. Il turbocompressore piccolo, a reazione rapida, alimenta aria nelle camere di combustione a bassi regimi del motore per fornire coppia a bassa velocità ed eliminare il “turbolag”. Il ritardo del turbo è caratterizzato da una coppia troppo bassa e da una scarsa risposta all’azionamento della valvola a farfalla. È’ provocato dalla mancanza di pressione dei gas di scarico per far girare la turbina del turbocompressore fino alla velocità necessaria per fornire la pressione di alimentazione richiesta. Insieme, i due turbocompressori garantiscono una coppia elevata e prontezza di reazione a bassa velocità del motore e potenza elevata anche a regimi di giri insolitamente alti per un td, consentendo al motore di raggiungere facilmente il suo limite di 5.200 rpm nella zona rossa. L’effetto sinergico del turbocompressore a doppio stadio ed il basso rapporto di compressione consentono la fasatura ottimale della combustione. Dato che sussiste un’alimentazione sufficiente di aria (ossigeno), le emissioni di NOx e di fuliggine vengono mantenute al minimo.

Fonte: http://www.autoblog.it/post/33499/mazda-le-nuove-tecnologie-skyactiv-del-motore-sky-d

« Ultima modifica: Giugno 11, 2011, 01:18:46 am da Patarix »