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pubblicato il 10 agosto 2017

Mazda SKYACTIV-X, scocca l’ora dei motori HCCI

La casa giapponese promette di essere la prima a mettere sul mercato il "Santo Graal dei motori", ma non è la sola

Mazda SKYACTIV-X, scocca l’ora dei motori HCCI

Mazda ha annunciato che sarà nel 2019 la prima casa costruttrice al mondo ad introdurre motori a benzina con accensione a compressione della nuova famiglia SKYACTIV-X, in grado di erogare una coppia superiore del 10-30% con un’efficienza migliorata del 20-30%. L’annuncio è contenuto del documento che illustra la strategia “Sustainable Zoom Zoom 2030” ed è uno dei pilastri che dovrebbe portare la casa di Hiroshima a ridurre le emissioni di CO2 “well-to-wheel” del 50% entro la fine del prossimo decennio e del 90% entro il 2050. Mazda dunque promette di mettere per prima sul mercato i cosiddetti motori HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition), unità a benzina capaci di funzionare a benzina ed autoaccensione, cioè senza candela, così come fanno da sempre i diesel con il gasolio come carburante, con l’obiettivo di prendere il meglio dei due mondi. In realtà i motori HCCI sono in grado di funzionare in tutte e due le modalità a seconda del regime e delle richieste di coppia e potenza. Da anni ci stanno lavorando anche altre case come General Motors, Honda, Hyundai e Volkswagen, ma il nome più fantasioso trovato per descrivere questo tipo di motore è sicuramente quello di Mercedes: DiesOtto, svelato nel 2007 al Salone di Francoforte sulla F700, concept che prefigurava l’attuale Classe S e spinto da un 4 cilindri 1,8 litri sovralimentato da doppio turbo capace di erogare 235 cv e 400 Nm di coppia con un consumo inferiore ai 5 litri/100 km.

Nuove Formula 1 e vecchi diesel

L’HCCI è dunque una sorta di Santo Graal dei motori, tornato tra l’altro di attualità dallo scorso anno, da quando cioè si vocifera che prima Mercedes e poi Ferrari, Honda e Renault utilizzino questa strategia di funzionamento per la parte termica delle loro power unit di Formula 1 (qui l'articolo di Motorsport.com). Applicata ai motori di Formula 1, questa soluzione consentirebbe di aumentare efficienza e potenza superando i limiti posti dalla candela come dispositivo di innesco per la carica, soprattutto su motori ultraquadri (corsa molto ridotta rispetto all’alesaggio). In questo caso, sembra che la soluzione sia stata una candela avvolta da un cappuccio microforato all’interno del quale si trova un mini iniettore formando così una sorta di precamera – proprio come i diesel fino ai primi anni’ 90, prima dell’arrivo dei primi motori ad iniezione diretta – dove la carica viene premiscelata e, se necessario, innescata dalla scintilla, prima di essere immessa nella camera vera e propria dotata dell’iniettore principale.

Poco carburante, ma ben bruciato

Per i motori di serie invece le strade maestre sono due. La prima è aumentare il rapporto di compressione e la pressione all’interno della camera di scoppio per sfruttare al meglio l’energia contenuta nel carburante. Nel caso di Mazda si vocifera di un rapporto di compressione di 18:1, ma si può arrivare teoricamente a 25:1 con pressioni all’interno della camera di 200 bar, pari a quelle dei migliori diesel. La seconda è diminuire la quantità di carburante e aumentare quella di aria rendendo la carica più magra possibile, passando dalle proporzioni stechiometriche 14,7:1 fino a 100:1. Nel primo caso il problema è controllare l’istante della combustione evitando il battito in testa e l’autocombustione, nel secondo c’è l’innalzamento delle temperature che provoca la produzione di ossidi di azoto e di particolato. Occorre dunque “stratificare” la carica (più grassa al centro e più magra verso le pareti) e addolcirne l’accensione. Sui diesel si riesce a fare con le iniezioni multiple e l’abbondanza di aria attraverso il turbo ed è probabile che anche sui nuovi HCCI si segua questa strada.

Convergenza già in atto

Non a caso, Mazda ha già fatto sapere che i nuovi motori SKYACTIV-X saranno sovralimentati. Non è stato detto se avranno o no l’iniezione diretta, ma appare praticamente inevitabile affinché i tempi e i dosaggi del carburante siano perfetti e possano cambiare istantaneamente quando c’è il passaggio dal funzionamento ad autoaccensione con carica magra (regime e carico bassi) a quello con carica stechiometrica e con l’intervento della candela (carico e regimi più elevati). La cosa interessante è che Mazda da tempo ha intrapreso la convergenza tra motore a benzina e a gasolio allineando il rapporto di compressione di 14:1 per entrambi, per motivi opposti. Basta vedere la forma dei pistoni degli attuali SKYACTIV-G, con un profondo incavo al centro, per vedere già un embrione di precamera. Per i motori a ciclo Otto l’aumento del rapporto di compressione aumenta l’efficienza, per quelli a ciclo Diesel la diminuzione del rapporto di compressione limita la produzione di inquinanti, come ossidi di azoto e particolato, attenua la ruvidità di funzionamento e permette un arco di utilizzo più ampio, soprattutto ai regimi più alti.

Il compromesso più difficile

In generale, mettere insieme l’aumento dell’efficienza (rapporto tra prestazioni e consumi ed emissioni di CO2) con l’abbattimento delle emissioni inquinanti è il compromesso con il quale tutti i motoristi devono fare i conti. Nel 2019 vedremo come lo avranno risolto gli uomini della Mazda sui loro nuovi SKYACTIV-X. Di sicuro, gli HCCI sono un altro tentativo di superare il motore diesel – o meglio il gasolio come carburante – portandosi dietro le sue lezioni più preziose e superandone quei limiti che ne stanno rendendo sempre più faticosa l’esistenza.

Autore: Nicola Desiderio

Tag: Tecnologia , nuovi motori


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