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Motores, transmisiones, carrocerías y chasis: la nueva gama de tecnologías SKYACTIV de Mazda está diseñada para mejorar la eficiencia y sostenibilidad de la nueva generación de vehículos de la marca, mejorando al mismo tiempo la seguridad y el placer de conducción.
La innovación es el elemento central de la tecnología SKYACTIV, que se centra en una combustión interna optimizada y una construcción más ligera. Esta tecnología se empleará en todos los modelos de la próxima generación de Mazda, no sólo en las variantes “ecológicas” más costosas, para que todos los clientes de Mazda se beneficien de ellas.
El nuevo motor de gasolina SKYACTIV incorpora un amplio espectro de novedosas tecnologías. En este motor, excepcionalmente resistente y muy eficiente, la relación de compresión se ha llevado a un nuevo nivel, tras resolver todas las dificultades técnicas que en un principio lo hacían inviable. Esta metodología tan poco convencional es típica de la singular forma de trabajar de Mazda.
• Relación de compresión excepcionalmente alta de 14:1.
• Esta extraordinaria relación de compresión ha sido posible gracias a un sistema de escape 4-2-1, a las características de las cavidades de los pistones, a nuevos inyectores multipuerto y a otras innovaciones que evitan la combustión anormal (“autoencendido”).
• Reducción de la fricción interna del motor en un 30%.
• La sincronización secuencial de válvulas (S-VT dual) continuamente variable en la admisión y el escape minimiza las pérdidas de bombeo.
• Diseño ligero: pesa un 10% menos.
• Reducción del consumo de combustible y de las emisiones de CO2 en un 15% en comparación con el actual motor de gasolina MZR de 2,0 litros de Mazda.
• Aumento del par en aproximadamente un 15% a bajas y medias revoluciones.
Limpio, con más aceleración, más respuesta y más diversión al volante que nunca: Mazda ha subido el listón del motor diésel con su SKYACTIV-D.
También en este caso la relación de compresión desempeña un papel central, con unos procesos internos revisados a fondo. El resultado: potencia eficiente diseñada para cumplir la normativa medioambiental más exigente sin necesidad de sistemas de postratamiento especiales.
• Reducción del consumo de combustible en casi un 20% (en comparación con el actual diésel MZR-CD de 2,2 litros) gracias a una relación de compresión extraordinariamente baja de 14:1 y a una mayor fase de expansión tras la combustión.
• El control variable de las válvulas de escape permite la recirculación interna de los gases de escape, estabilizando inmediatamente la combustión durante los arranques en frío.
• Un turbocompresor de dos etapas proporciona una respuesta robusta y uniforme en todo el intervalo de revoluciones (hasta 5200 rpm).
• Pesa un 10% menos que el actual diésel MZR-CD de 2,2 litros.
• Reducción de la fricción interna del motor en un 20%.
• Filtro activo de partículas diésel en material cerámico de altas prestaciones.
• Cumple las normas Euro 6, Tier II BIN 5 (EE.UU.), y el nuevo reglamento de emisiones a largo plazo de Japón sin necesidad de recurrir a postratamientos costosos de los NOx.
Transmisión automática SKYACTIV-Drive
Una transmisión automática suave, precisa y divertida que, además, ahorra combustible: la SKYACTIV-Drive de MAZDA está diseñada para ofrecer el máximo en cuanto a prestaciones y eficiencia en versión automática, incluso con motores diesel con alta entrega de par.
• Su tecnología única combina las ventajas de la transmisión continuamente variable (CVT), la transmisión de doble embrague y la transmisión automática convencional.
• El nuevo embrague con un intervalo de bloqueo ampliado para las seis marchas proporciona una sensación de transmisión manual directa y reduce el consumo de combustible hasta en un 7% en comparación con las transmisiones automáticas actuales.
• Nuevo módulo mecatrónico para una respuesta del cambio más rápida y suave.
• Aceleración potente y estable desde parado.
• Disponible para los motores SKYACTIV-G y SKYACTIV-D.
Transmisión manual SKYACTIV-MT
Más ligera, más pequeña y más eficiente: la nueva e innovadora transmisión manual de seis velocidades SKYACTIV-MT de Mazda mejora la eficiencia de la combustión sin sacrificar en lo más mínimo el placer de conducción. Está inspirada en el tacto rápido y preciso de los cambios del legendario Mazda MX-5.
Logros:
• Optimizada para vehículos de tracción delantera con motor delantero, con un cambio cómodo y preciso con reminiscencias del Mazda MX-5.
• Transmisión renovada, con un diseño considerablemente más pequeño y ligero.
• Dimensiones compactas y tamaño muy eficiente.
• Consumo de combustible más ajustado gracias a la menor fricción interna.
Carrocería SKYACTIV-Body
El equipo de desarrollo de Mazda se ha empleado a fondo para diseñar una carrocería SKYACTIV-Body que integra ingeniería de construcción ligera, materiales más resistentes y nuevas estructuras más eficientes.
• Un 8% más ligera gracias a una estructura de carrocería de nuevo desarrollo, nuevos procesos de producción (sistemas de unión avanzados) y una mayor proporción de acero de alta resistencia.
• Dinámica de conducción mejorada gracias a un aumento del 30% en la rigidez mediante conceptos de “estructura recta” y “bastidor continuo” (estructura de anillo) en los componentes del bastidor.
• Seguridad pasiva de primera clase gracias a zonas de deformación redefinidas mediante el empleo de distintas rutas de dispersión de cargas.
Mazda ha trabajado en un chasis que combina una conducción ágil con excelentes características de estabilidad y confort de marcha cuando el vehículo se lleva al límite. El SKYACTIV-Chassis también proporciona una mayor rigidez, aunque su diseño sea más ligero. El conductor sentirá que se funde con su vehículo.
Logros:
• Excelente confort de marcha y sensación “Jinba Ittai” de unidad entre el conductor y su vehículo, inspirada en el comportamiento del Mazda MX-5.
• Mejor calidad de conducción a cualquier velocidad (agilidad a bajas y medias revoluciones y estabilidad a alta velocidad), después de rediseñar por completo los puntos de montaje de la suspensión trasera, la posición del brazo de arrastre, los componentes de la dirección y la puesta a punto (entre otras cosas).
• Mayor rigidez y reducción del 14% en el peso del chasis, gracias a una suspensión de nuevo desarrollo con barras delanteras y multibrazo trasero.
“SKY is the limit” o el cielo es el límite: esta frase resume las aportaciones de una generación completamente innovadora en su tecnología y que simboliza una nueva era para Mazda. La forma de trabajar característica de Mazda, distinta de la de cualquier otro fabricante, no ha descuidado nunca un ingrediente clave: el placer de conducir. Durante el desarrollo de la tecnología SKYACTIV, el principal objetivo de los ingenieros ha sido el de incrementar sensiblemente la eficiencia de todos los vehículos de nueva generación -mejorando el consumo de combustible y reduciendo las emisiones de CO2, pero reforzando también la seguridad y la diversión al volante. Y han conseguido conciliar todos estos objetivos, en ocasiones contradictorios, en la nueva gama SKYACTIV de motores, transmisiones, carrocerías y chasis que se incorporarán a los modelos de nueva generación de Mazda. Empezarán a comercializarse en Europa a principios de 2012.
En 2020, el 80% de los vehículos seguirá teniendo motores de combustión interna. Sin embargo, las versiones actuales solo tienen una eficiencia del 30%, así que hay un enorme potencial de mejora.
Desafiando lo establecido, los ingenieros de Mazda han trabajado en la combustión interna con un objetivo muy claro: conseguir la combustión ideal. Esa es precisamente la base de la próxima generación de vehículos Mazda: toda una familia de modelos con tecnología SKYACTIV, que no se limitarán a las costosas versiones “ecológicas”.
Mazda tiene el compromiso inquebrantable de mejorar la sostenibilidad medioambiental, además de la seguridad y la dinámica de conducción de sus automóviles.
Uno de los objetivos esenciales de Mazda es el de contribuir a que la movilidad personal sea más respetuosa con el medio ambiente pero, al mismo tiempo, asequible para amplios sectores de la población. Por eso Mazda ha dado la máxima prioridad a mejorar la eficiencia de sus motores de combustión interna. El equipo de I+D de Hiroshima cree que la mejor forma de conseguirlo pasa por optimizar la forma de trabajar de los motores convencionales para reducir de manera constante y significativa su consumo de combustibles fósiles.
3. El “Zoom-Zoom sostenible” de Mazda
Una estrategia de construcción en bloques
En 2007, Mazda diseñó su estrategia de “Zoom-Zoom sostenible”, que pretende elevar en un ambicioso 30% la eficiencia de combustión (con respecto a los niveles de 2008) de todos los vehículos Mazda comercializados en todo el mundo en 2015. Esto equivaldría a una reducción de consumo de un 23% y en las emisiones de CO2.
Para poner en práctica este ambicioso objetivo aplicaremos la estrategia de construcción en bloques o “block strategy” de Mazda, que se traduce en una serie de fases que llevarán a la introducción paulatina de dispositivos eléctricos auxiliares en los motores de combustión interna SKYACTIV.
La tecnología “i-stop” (sistema de corte de ralentí), desarrollada por Mazda e introducida en 2009, fue un paso adelante en el camino hacia la optimización integral de esta tecnología. Todos los motores de gasolina y diésel SKYACTIV en Europa estarán equipados con sistema i-stop, al que le seguirán componentes eléctricos adicionales. Un ejemplo de ello es el sistema de frenado regenerativo que actualmente está desarrollando Mazda para recuperar energía durante la deceleración. En cuanto a los híbridos, Mazda se ha asociado con Toyota para combinar su tecnología híbrida con los motores SKYACTIV (ver cuadro). Estos desarrollos individuales son los ingredientes del concepto SKYACTIV.
Sin él, las reducciones del consumo de combustible y de las emisiones de CO2 previstas para 2015 solo serían posibles si la mitad de todos los nuevos turismos de Mazda fueran híbridos… o si la cuarta parte fueran 100% eléctricos (ver gráfico).
“Innovación Monotsukuri”
Procesos innovadores, producción innovadora
En 2007, incluso antes de empezar a hablar de SKYACTIV, Mazda empezó a reorganizar todos los procesos relacionados con la producción de automóviles, desde la I+D a la fabricación. Esta reordenación de la empresa, denominada “Innovación Monotsukuri”, se estructura en torno a un doble concepto de arquitectura común y producción flexible basado en la planificación de paquetes de productos. El planteamiento Monotsukuri ha hecho posibles avances en la diversificación (para satisfacer necesidades variables de los clientes) y la estandarización de piezas, incrementando así la eficiencia fabril. De este modo, Mazda ha podido desplegar tecnologías de alto valor y prestaciones en un espectro más amplio de modelos y responder con mayor rapidez a cambios en las exigencias de los clientes. Mediante el empleo de plataformas y piezas comunes, Monotsukuri favorece una eficiencia de costes que, en última instancia, beneficia al cliente.
4. Tecnología SKYACTIV
La tecnología SKYACTIV se estrenará en Europa en 2012*, integrándose en una nueva generación de modelos que adoptarán nuevos motores, transmisiones, carrocerías y chasis. Durante el proceso de desarrollo, Mazda ha seguido lo que podríamos llamar un planteamiento “de avances decisivos”. Este enfoque consiste en buscar soluciones a los desafíos técnicos -como mejorar la seguridad y la dinámica de conducción o rebajar el consumo- para refinar de forma continua las tecnologías básicas de automoción en las nuevas generaciones de productos.
En busca del motor de combustión interna ideal… rompiendo con lo establecido
Mazda sigue haciendo las cosas desafiando a lo convencional, siguiendo la larga tradición de incentivar al máximo la labor de su centro de I+D de motores. Por qué Mazda no descansa nunca? Porque después de 120 años de desarrollo ininterrumpido, el motor de combustión interna aún desaprovecha entre el 70% y el 90% de la energía contenida en el combustible. Puesto que esta pérdida de energía es de naturaleza fundamentalmente térmica y puede atribuirse al escape, al sistema de refrigeración y a las superficies del motor y la transmisión, parecía lógico concentrarse en mejorar la eficiencia térmica del motor.
Asimismo, Mazda también ha hecho grandes esfuerzos para reducir la fricción interna del motor y, cómo no, su peso.
Los seis factores controlables sobre los que se ha trabajado son:
• la relación de compresión
• la relación aire-combustible
• la duración de la combustión
• la sincronización de la combustión
• las pérdidas de bombeo
• las pérdidas por fricción mecánica
El objetivo pasaba por optimizar estos factores, armonizarlos del mejor modo imaginable y lograr un avance decisivo que nos acercase al motor de combustión interna ideal. En último término, la relación de compresión resultó ser el factor más decisivo de todos, tanto en el motor de gasolina como en el diésel.
Uno de los puntos fuertes de Mazda es su capacidad de innovación, que le ha llevado una y otra vez a conseguir grandes logros capitalizando al máximo sus recursos. Un buen ejemplo de ello es el singular motor rotativo de Mazda, que se montó por ejemplo en el legendario 787B, alzándose con el triunfo como la única marca japonesa y además, el único vehículo con motor rotativo que ha ganado las 24 Horas de Le Mans (1981). Otro es el Mazda MX-5, el coche que devolvió la vida al segmento de los descapotables en todo el mundo. La tecnología SKYACTIV es la última gran aportación de Mazda a la historia de la automoción. Ha sido desarrollada empleando procesos característicos de Mazda y con ella Mazda ha vuelto a demostrar que es dueño de su propio destino tecnológico.
Los nuevos motores SKYACTIV, por ejemplo, no se desarrollaron en departamentos separados. Todo lo contrario: un grupo relativamente pequeño de ingenieros muy expertos creó las mejores arquitecturas posibles para cada motor individual y, después, se emplearon como base para todos los nuevos motores, con independencia del número de cilindros o el tipo de combustible.
“Nuestra división de desarrollo para producción en masa trabajó como un solo hombre para desarrollar la mejor arquitectura posible. Crearon una plataforma de increíble eficiencia, prestaciones extraordinarias y la mejor calidad nunca lograda hasta entonces. A partir de ahí, podemos agrandar los cilindros, reducirlos, multiplicarlos por cuatro, por seis, por tres o por cualquier otro número, para crear una línea de motores apta para cualquier aplicación futura”, explica Seita Kanai, Vicepresidente Ejecutivo de Mazda Motor Corporation.
Relación de compresión extrema en lugar de reducción de talla
Algunos fabricantes están tratando de mejorar el consumo general de combustible de sus motores de gasolina rebajando la cilindrada. En esta estrategia de “reducción de talla”, la pérdida de potencia y par se compensa forzando la entrada de aire a las cámaras de combustión mediante turbocompresores y sobrealimentadores.
Y, aunque este es un planteamiento efectivo, Mazda ha elegido otra vía. Como ya se ha comentado antes, la búsqueda del motor de combustión interna ideal es un elemento importante de la estrategia de construcción en bloques de Mazda. De acuerdo con el plan que debe llevar a Mazda a conseguir un motor de gasolina óptimo, el paso siguiente más prometedor consistía en elevar la relación de compresión.
5. El motor de gasolina Mazda SKYACTIV-G
Las ventajas del exclusivo motor de gasolina SKYACTIV-G son el resultado del planteamiento técnico de “avances decisivos” de Mazda. La marca ha analizado y reconsiderado a fondo los principios termodinámicos esenciales hasta conseguir un motor con una rel
ción de compresión extraordinariamente alta de 14:1. Hasta ahora, este valor solo se había visto en motores de competición de altas prestaciones no aptos para el uso cotidiano, pero Mazda ha roto las barreras que lo separaban de la utilidad práctica.
Una relación de compresión extremadamente alta de 14:1
En cualquier discusión sobre la relación de compresión es preciso examinar las ventajas y los desafíos técnicos de un valor elevado. Está claro que si se eleva la relación de compresión en un motor de gasolina mejora su eficiencia térmica y, con ello, baja el consumo de combustible. Ahora bien, en un motor convencional, una alta compresión favorece la combustión anormal indeseable conocida como “autoencendido”, que lleva aparejada una reducción del par. Para evitar el autoencendido se puede recurrir a una mezcla de combustible más rica y a retardar la sincronización del encendido, pero a expensas del consumo de combustible y la entrega de par. Cómo se resuelve el problema?
Alta compresión sin autoencendido
El autoencendido se produce cuando la mezcla se enciende prematuramente, si la temperatura y la presión son excesivas. Eso se puede contrarrestar rebajando la cantidad y la presión de los gases residuales calientes presentes en la cámara de combustión. Para ello, Mazda desarrolló un colector de escape 4-2-1 especial, relativamente largo, que impide que los gases de escape que salen del cilindro refluyan al interior de la cámara de combustión. La consiguiente reducción en la temperatura de compresión inhibe el autoencendido.
También se ha reducido la duración de la combustión. Una combustión más rápida acorta el tiempo que la mezcla aire-combustible sin quemar se ve expuesta a altas temperaturas, lo cual ayuda a que la combustión se complete con normalidad antes de que se produzca autoencendido. Con esta finalidad se dotó al nuevo motor de unas cavidades de pistones especiales, que permiten que la llama de la combustión inicial se propague sin interferencias, y de nuevos inyectores de orificios múltiples, que optimizan la pulverización del combustible. Estas innovaciones, junto con el colector de escape 4-2-1, se traducen en un aumento del par del 15% con respecto al actual motor MZR 2.0 de Mazda. El motor SKYACTIV-G entrega más par en un intervalo de revoluciones más amplio, y eso es algo que gusta a los conductores habituales. Por supuesto, también aprecian un consumo ajustado.
Pérdidas de bombeo reducidas al mínimo
Para que el motor sea eficiente, también es necesario reducir las “pérdidas de bombeo” que se producen, a bajas cargas, cuando el motor aspira aire en su movimiento descendente durante la carrera de admisión. En general, la cantidad de aire que entra en el cilindro se controla por medio de la mariposa situada corriente arriba, en la tubería de admisión. Cuando el motor trabaja a baja carga, solo requiere una pequeña cantidad de aire. En estas condiciones, la mariposa está casi cerrada, lo cual hace que la presión en el interior de la tubería de admisión y en el cilindro sea inferior a la atmosférica. Como consecuencia de ello, el pistón tiene que vencer un vacío importante. A este fenómeno se le llama “pérdida de bombeo” y, desde luego, es perjudicial para la eficiencia.
Mazda ha reducido al mínimo estas pérdidas de bombeo con ayuda de la sincronización secuencial de las válvulas de admisión y escape (S-VT). El sistema S-VT modifica la sincronización de la apertura y el cierre de las válvulas, de modo que son ellas las que controlan la admisión de aire, en lugar de la mariposa. Durante la carrera de admisión, la mariposa y las válvulas de admisión se mantienen totalmente abiertas mientras el cilindro se mueve hacia abajo. La carrera de admisión termina cuando el pistón alcanza el fondo del cilindro (el punto muerto inferior). Pero si las válvulas de admisión se cerrasen en este punto, habría demasiado aire en el interior del cilindro: como ya se ha dicho antes, con cargas bajas solo se necesita una pequeña cantidad de aire. Por lo tanto, para expulsar el exceso de aire, el S-VT mantiene abiertas las válvulas de admisión cuando el motor empieza a moverse hacia arriba (o sea, durante la carrera de compresión). Cuando se ha expulsado todo el aire innecesario, las válvulas de admisión se cierran. De este modo, la sincronización secuencial de válvulas minimiza las pérdidas de bombeo y contribuye a que el proceso general de combustión sea más eficiente.
Normalmente, el inconveniente de esta solución es que la combustión pierde estabilidad. Como se dejan abiertas las válvulas de admisión al principio de la carrera de compresión, se produce una caída en la presión del cilindro que dificulta la combustión de la mezcla aire-combustible. Pero eso no es un problema para el SKYACTIV-G debido a su relación de compresión de 14:1. La alta compresión eleva la temperatura y la presión de la cámara hasta el punto de mantener estable el proceso de combustión. Se reducen las pérdidas de bombeo y el consumo del motor es más ajustado.
Reducción del peso y de la fricción interna del motor
La respuesta general de un vehículo puede redondearse reduciendo el tamaño y el peso de sus componentes. Y un proyecto de desarrollo integral como SKYACTIV era un campo de pruebas excelente para diseñar elementos más livianos. Con unos pistones un 20% más ligeros en comparación con el MZR de 2,0 litros, bielas un 15% más ligeras y una reducción de la fricción interna del 30%, el nuevo SKYACTIV-G es un motor alegre que se adapta con rapidez a las variaciones de carga y subraya el carácter deportivo de cualquier Mazda en el que se monte. Y, además, consume menos energía en el proceso, lo que a su vez redunda en una reducción del consumo del 15% en comparación con el motor actual equivalente.
6. El motor SKYACTIV-D
El otro miembro de la nueva generación de motores innovadores de Mazda es un diésel: el nuevo common rail SKYACTIV-D. Tiene la misma relación de compresión de 14:1 que su pariente de gasolina SKYACTIV-G. Eso lo convierte en el motor diésel con la relación de compresión más baja del mundo. Además, el SKYACTIV-D es uno de los primeros diésel que cumple la estricta normativa de emisiones Euro 6 (que no entrará en vigor hasta 2014) sin necesidad de recurrir a costosos tratamientos SCR (reducción catalítica selectiva) o a una trampilla de NOx (LNT).
Los motores diésel no llevan bujías. La mezcla de combustible que se inyecta se enciende por sí sola a las altas presiones y temperaturas que se alcanzan en las proximidades del “punto muerto superior”, es decir, cuando la parte superior del pistón está más cerca de la culata. Para garantizar un arranque fiable en frío y una combustión estable durante la fase de calentamiento, los motores diésel convencionales recurren a relaciones de compresión elevadas, de entre 16:1 y 18:1. Ese no es el caso del sorprendente SKYACTIV-D de Mazda.
La baja relación de compresión de 14:1 permite optimizar la sincronización de la combustión. Cuando se rebaja la relación de compresión, también se reducen la temperatura y la presión en el punto muerto superior.
Por tanto, la ignición es más lenta, aunque se inyecte el combustible más cerca del punto muerto superior, mejorando con ello la mezcla del aire y el combustible. La combustión es más uniforme y no tiene zonas localizadas de alta temperatura ni zonas con falta de oxígeno; todo ello reduce la formación de NOx y hollín. Es más, la inyección y la combustión cerca del punto muerto superior hacen al motor diésel más eficiente.
En definitiva, la relación de expansión (o sea, el trabajo efectivo que realiza el motor) es mayor que en los motores con compresiones más altas. En pocas palabras, la sincronización optimizada de la combustión hace que el SKYACTIV-D aproveche mejor la energía que contiene el combustible. Esa es la razón principal de la reducción del 20% en el consumo de combustible.
Euro 6 sin postratamiento de NOx
Gracias a su baja compresión, la combustión del SKYACTIV-D también es más limpia: genera muchos menos óxidos nitrosos y prácticamente no produce hollín. Eso le permite prescindir del postratamiento de los NOx y seguir cumpliendo las normas de emisiones más estrictas (Euro 6).
El motor SKYACTIV-D puede considerarse, a día de hoy, como un desarrollo pionero, ya que ningún otro fabricante ha tratado de emularlo. El motivo de ello hay que buscarlo en los inconvenientes sistémicos de la baja compresión. Por ejemplo, en un motor diésel con una relación de compresión de tan solo 14:1, la temperatura de ignición de la compresión suele ser demasiado baja para que el motor arranque y trabaje en frío. El funcionamiento tiende a ser irregular, sobre todo en invierno, con fallos de encendido durante la fase de calentamiento. A temperaturas extremadamente bajas, el motor puede ser incapaz de arrancar en frío.
Control variable de las válvulas de escape (VVL)
Para mejorar el arranque y el funcionamiento en frío, Mazda ha equipado su SKYACTIV-D con bujías incandescentes cerámicas y con un control variable de las válvulas de escape. La función de este último consiste en recircular gases de escape calientes de vuelta a la cámara de combustión. Funciona del modo siguiente: se emplea una bujía incandescente para activar el primer ciclo de combustión, lo cual basta para elevar la temperatura de los gases de escape hasta un nivel suficiente. Una vez que el motor arranca, la válvula de escape no se cierra por completo durante la carrera de admisión, sino que se queda ligeramente abierta, permitiendo que vuelva a entrar una parte de los gases de escape. De este modo se incrementa la temperatura en la cámara de combustión, lo que a su vez facilita la subsiguiente ignición de la mezcla airecombustible y evita fallos de encendido.
Reducción del peso y la fricción interna del motor
La menor relación de compresión del SKYACTIV-D produce una presión máxima más baja que, a su vez, se traduce en menores tensiones en los componentes que en los motores diésel convencionales. Como consecuencia, existe una mayor libertad para introducir modificaciones estructurales que reduzcan el peso. Por ejemplo, las culatas tienen paredes más delgadas y un colector de escape integrado que rebaja el peso en 3 kg. El bloque de cilindros puede ser de aluminio y ahorra otros 25 kg.
El peso de los pistones y los cigüeñales se ha recortado en un 25%. Además, Mazda ha conseguido reducir la fricción interna del SKYACTIV-D en un 20% en comparación con el actual diésel MZR-CD. El conductor percibe una respuesta superior, mayor entrega de par y un consumo más ajustado.
Turbocompresor de dos etapas
Aparte de ayudar a los motores diésel a generar más par, los turbocompresores también mejoran los consumos y atenúan las emisiones nocivas. El SKYACTIV-D utiliza un turbocompresor de dos etapas.
Este sistema consiste en realidad en dos turbocompresores, uno grande y otro pequeño, que actúan selectivamente en función de las condiciones de marcha. El turbo más pequeño, de respuesta más rápida, inyecta aire en las cámaras de combustión a bajas velocidades del motor para reforzar el par de baja velocidad y eliminar el “retardo del turbo”. El retardo del turbo se caracteriza por una entrega de par anormalmente baja y una mala respuesta del acelerador. La causa es una falta de presión de descarga, que impide que la turbina del turbocompresor gire a una velocidad suficiente para suministrar presión auxiliar. Conjuntamente, los dos turbos garantizan una buena respuesta y una entrega de par correcta a bajas velocidades del motor, aunque también buena generación de potencia cuando las revoluciones son anormalmente altas, para que el SKYACTIV-D pueda alcanzar con facilidad su máximo de 5200 rpm. La extraordinaria eficiencia del motor no sacrifica la potencia, la dinámica de conducción o el placer al volante. Asimismo, el efecto sinérgico del turbocompresor de dos etapas y la baja relación de compresión contribuye a una sincronización óptima de la combustión. Y, como existe un suministro suficiente de aire (oxígeno), las emisiones de NOx y hollín se mantienen al mínimo.
7. Transmisión automática SKYACTIV-Drive
La nueva SKYACTIV-Drive combina las ventajas de la transmisión automática convencional, la transmisión continuamente variable y la transmisión de doble embrague. Ofrece cambios rápidos y fluidos, reacciona de forma dinámica a los cambios en la carga del motor incluso a bajas revoluciones y sube el listón en cuanto a economía de consumo. El corazón de la SKYACTIV-Drive es un convertidor de par de seis velocidades de nuevo desarrollo con un intervalo ampliado de bloqueo del embrague en las seis marchas. La relación de bloqueo durante el funcionamiento del vehículo ha aumentado del 64% de la actual transmisión automática de 5 velocidades, al 89%.
El convertidor de par produce un interbloqueo más temprano del motor y la transmisión (eso es lo que permite enviar la potencia del motor directamente a las ruedas motrices). Con ello se elimina la pérdida de potencia típica de la aceleración, con el resultado de una conducción con un tacto más directo. Al reducirse las pérdidas de potencia, también mejora el consumo de combustible. Para que sea posible un diseño de este tipo es esencial disponer de una hidráulica de alta precisión. Por eso, Mazda equipó su SKYACTIV-Drive con un módulo mecatrónico que hiciera posible la modulación rápida y precisa de la presión de aceite, y que garantizase la fiabilidad.
En lo que respecta al rango de bloqueo, por un lado interesa maximizarlo, para mejorar la sensación de conducción y reducir el consumo; sin embargo, cuanto mayor es, más aumenta la rumorosidad (NVH), porque no hay nada que absorba las diferencias en la velocidad de rotación del motor y la transmisión. Para resolver este conflicto se adaptó el nuevo convertidor de par. La ampliación del rango de bloqueo implicaba, entre otras cosas, que el toro solo intervenía a muy bajas velocidades. Eso permitía hacerlo más pequeño, lo cual dejaba espacio para introducir un amortiguador más grande, capaz de absorber mejor el NVH, además de un embrague autoblocante multidisco con su pistón,
que alarga la duración del embrague y optimiza su control.
La transmisión SKYACTIV-Drive se presenta en dos versiones, compatibles con los motores SKYACTIV de gasolina y diésel.
8. Transmisión manual SKYACTIV-MT
Mazda ha desarrollado una caja de cambios de seis velocidades, de alta precisión, totalmente rediseñada. Su diseño compacto y ligero, con menor fricción interna, supone otra contribución a la economía en el consumo de recursos.
Al igual que en el caso de la transmisión automática, la manual se presentará en dos versiones adaptadas a distintos requisitos de par. El objetivo consistía en reducir el peso entre un 7% y un 16% (según modelos) con respecto al cambio manual actual. Pero, para crear algo de veras innovador se necesitaba un planteamiento radicalmente nuevo, porque lo cierto es que las transmisiones manuales actuales tienen una arquitectura más bien sencilla. Mazda revisó la funcionalidad de cada componente individual. En la nueva arquitectura, el eje intermedio es más corto y, en el modelo más grande, no hay un eje separado para la marcha atrás. En definitiva, la SKYACTIV-MT es otro testimonio de la apacidad innovadora de Mazda.
El Mazda MX-5 señala el camino
Otra de las prioridades de la lista de especificaciones era que los cambios tuvieran un tacto deportivo. Era lógico que la extraordinaria precisión y agilidad del cambio manual del Mazda MX-5 sirviera de inspiración. En la nueva transmisión, la palanca tiene un recorrido de tan solo 45 mm desde la posición de punto muerto hasta las de marcha engranada. Estos movimientos cortos recuerdan al MX-5; los cambios de marcha son prácticamente igual de frescos, pero requieren un esfuerzo mínimo. En pocas palabras, la transmisión SKYACTIV-MT irradia claramente el ADN de Mazda.
Mazda ha empleado un sofisticado mecanismo para conseguir la sensación deseada de precisión y frescura en los cambios. Las características de funcionamiento se han ajustado cuidadosamente, comparando el tacto del cambio de
Mazda MX-5 con el de sus principales competidores europeos. La nueva transmisión manual tiene un tacto más continuo y ligero, con menos resistencia. Para redondear la precisión y la frescura, la palanca se diseñó para que resultase moderadamente pesada al principio de un cambio; a medida que se desliza a la marcha siguiente, va resultando gradualmente más ligera.
9. SKYACTIV-Body y SKYACTIV-Chassis
El “Zoom-Zoom sostenible” es sinónimo de eficiencia sin sacrificar placer de conducción. Para materializar una estrategia semejante, no se puede descuidar el factor del peso ni por un instante.
Ingeniería de reducción del peso: la “estrategia del gramo” de Mazda
El peso es algo muy importante para Mazda. Al fin y al cabo, cuanto más ligero es un vehículo, más eficiente resulta y más emocionante es conducirlo. Sus consumos son más bajos y el menor peso amplifica las prestaciones del vehículo, como la aceleración, la maniobrabilidad o el frenado. De alguna manera, el peso es un círculo vicioso: si la carrocería es más pesada, se necesita un motor más pesado, que también requiere un depósito de combustible más grande, y así sucesivamente.
Mazda lleva implantando en sus vehículos la “estrategia del gramo” o reducción del peso de sus coches desde hace años. Pensemos en el caso del Mazda MX-5, un modelo ágil y orientado a las prestaciones que revolucionó el mercado. Su bajo peso es lo que lo hace tan placentero de conducir. El peso también acentúa la precisión de su dirección, su perfecto equilibrio y su bajo centro de gravedad.
Otro ejemplo más reciente de ingeniería de reducción del peso es el Mazda2 de segunda generación, que se empezó a comercializar en 2007. Pesaba 100 kg menos que su predecesor e invirtió la tendencia del segmento B hacia coches cada vez más grandes y pesados. Se diseñó para que fuera bastante más económico y con mejores prestaciones pero, al mismo tiempo, más seguro.
Un enfoque único de la optimización rentable
Esta tradición tiene continuidad en la carrocería SKYACTIV-Body y el chasis SKYACTIV-Chassis. En lugar de concentrarse exclusivamente en el empleo de materiales -con frecuencia caros- como la fibra de carbono o el aluminio, Mazda ha planteado la reducción del peso de una forma única, siguiendo un proceso holístico, en beneficio del cliente, que consta de tres fases: 1) optimizar la estructura y el diseño de la carrocería; 2) adoptar nuevos procesos de producción; y 3) sustituir materiales. El fin último: producir vehículos más ligeros, robustos y seguros.
Los resultados hablan por sí solos: la nueva carrocería SKYACTIV-Body pesa un 8% menos que su predecesora y el chasis SKYACTIV-Chassis un 14% menos. Es más, Mazda se ha marcado el objetivo de que todos sus modelos de nueva generación sean 100 kg más ligeros. Esta iniciativa, una vez más, tiene efectos sinérgicos con otras tecnologías SKYACTIV; por ejemplo, mejora el potencial de prestaciones de los motores SKYACTIV.
La carrocería SKYACTIV
El compromiso de Mazda con el “Zoom-Zoom sostenible” motiva a sus equipos de I+D para diseñar automóviles más respetuosos con el medio ambiente, adaptados a las normas de seguridad internacionales más exigentes, sin renunciar a un placer de conducción sobresaliente.
De nuevo, los objetivos de la carrocería SKYACTIV-Body parecían intrínsecamente contradictorios. Para cuadrar el círculo, los ingenieros pasaron largas horas en la mesa de dibujo. El resultado: carrocerías para una nueva generación de vehículos Mazda con nuevas cotas en términos de construcción ligera.
Menor peso y mayor rigidez gracias al empleo de estructuras de carrocería más rectas y continuas
Para que una estructura de carrocería ligera y sólida transmita las fuerzas de forma eficiente, necesita la mayor cantidad posible de secciones rectas. Igualmente, es preciso optimizar el diseño para que las fuerzas se dispersen por toda la estructura, sin concentrarse en secciones localizadas. Así que los ingenieros de Mazda elaboraron un diseño con líneas rectas continuas desde la sección delantera a la trasera. Simultáneamente, eliminaron tanto como fue posible las curvas en la estructura inferior de la carrocería.
Por ejemplo, los puntos de montaje de la suspensión trasera están unidos directamente a la estructura inferior formando una “doble barra”. Las cuatro estructuras en forma de anillo, posicionadas en vertical, que se emplean para la sección superior de la carrocería están unidas al refuerzo de la estructura inferior, con lo que contribuyen a la rigidez general. Los travesaños de la suspensión se han rediseñado para que no solo mejoren la rigidez local de la carrocería, sino que contribuyan a su comportamiento general. A lo largo del proceso se optimizaron también las posiciones de montaje.
Estructura de dispersión de carga en varias direcciones para una seguridad óptima
Uno de los compromisos básicos de Mazda es la mejora continua de la seguridad pasiva de sus vehículos. Precisamente por eso se desarrolló una estructura única de dispersión de cargas en distintas direcciones para la carrocería SKYACTIV-Body. Cuando se produce una colisión, la estructura absorbe la carga de forma eficiente dispersándola en varias direcciones. Por ejemplo, en caso de colisión frontal, la energía del impacto que se registra en la parte delantera se disipa (y absorbe) siguiendo tres rutas continuas: hacia arriba, siguiendo los pilares A; hacia abajo, a través de la estructura inferior, y hacia los laterales de la carrocería. El bastidor superior cumple varias funciones. Aparte de dirigir la energía hacia los pilares A, también contrarresta cualquier movimiento hacia arriba del bastidor delantero, que afectaría negativamente a la distribución de la energía.
En la carrocería SKYACTIV-Body, hasta las puertas colaboran en la disipación de los impactos. La estructura de dispersión en varias direcciones también actúa en caso de colisión lateral, mejorando notablemente la seguridad general de los ocupantes del vehículo.
Fabricación: unión por soldadura y más soldaduras por puntos
En la sección del carril del techo se han utilizado uniones soldadas para formar una estructura de refuerzo en forma de anillo. Anteriormente, el proceso de montaje de la carrocería hacía que esta estructura fuera independiente de la sección del pilar C. Ahora, gracias a un nuevo método de unión, las partes se unen en una fase anterior y se envían a la línea de montaje como una sola unidad. Este mismo método se ha aplicado a la unión de los pasos de rueda. Además, se ha incrementado llamativamente el número de soldaduras por puntos. Todo ello resulta en una carrocería con una rigidez excelente.
Más aceros de alta resistencia: mayor solidez con menos peso
El aumento del uso de acero de alta resistencia en la carrocería SKYACTIV-Body ha introducido mejoras adicionales. La proporción de este tipo de aceros se ha ampliado del 40% al 60%. Con un menor espesor, los aceros de alta resistencia aportan la misma solidez y aligeran el peso de la carrocería.
El esfuerzo de los ingenieros ha valido la pena y las nuevas carrocerías SKYACTIV ofrecen unos valores de peso y rigidez entre los mejores de su clase. Son claramente un elemento vital de la estrategia de “Zoom- Zoom sostenible” de Mazda.
SKYACTIV-Chassis
Al igual que con las demás tecnologías SKYACTIV, el equipo de desarrollo de chasis debía resolver una aparente paradoja: ofrecer una agilidad sobresaliente y una sensación de “unidad” entre el conductor y su vehículo o “Jimba Ittai”, garantizando estabilidad a alta velocidad y el mejor confort de marcha posible. Ahora bien, un aumento en la agilidad de la dirección -sobre todo a velocidades bajas y medias- puede perjudicar a la maniobrabilidad y la estabilidad a alta velocidad. Análogamente, la agilidad y la respuesta pueden interferir con el confort de marcha. Aparte de todo lo anterior, los ingenieros de desarrollo querían reducir de forma sustancial el peso del chasis.
El equipo de Mazda consiguió materializar todos estos objetivos en su SKYACTIV-Chassis, recurriendo a un original planteamiento para resolver los conflictos.
Equilibrio entre la agilidad a velocidades bajas y medias y la estabilidad a alta velocidad
El primero de los desafíos consistía en conseguir un chasis estable a alta velocidad pero que también ofreciera un comportamiento preciso en la banda de velocidades bajas y medias.
Para ello, Mazda desarrolló un nuevo sistema de dirección asistida eléctrica que mejora la percepción de conducción con una respuesta inmediata, incluso a muy baja velocidad. Sin embargo, esta agilidad podría hacer que el vehículo reaccionara de forma demasiado sensible a velocidades más altas. Para evitarlo, los ingenieros examinaron la geometría de la suspensión trasera. Se optimizaron los brazos de la suspensión y se incrementó el agarre de las ruedas traseras, mejorando la autocompensación (es decir, la facilidad de giro). Igualmente, se adoptó una relación de dirección más alta (más directa), facilitando el giro y, con ello, la agilidad a baja velocidad. En definitiva, el vehículo resulta ágil y estable a cualquier velocidad.
Para que el tacto de la dirección resultase firme a alta velocidad se aumentó el ángulo de arrastre de las ruedas delanteras, mejorando con ello la trayectoria del conjunto rodante (ver ilustración). Con ello mejora el par de autoalineación de la dirección. De esta forma aumenta el grado de asistencia de la dirección a baja velocidad, facilitando las maniobras y creando un tacto más suave, muy deseable cuando el vehículo se mueve despacio. La nueva generación de direcciones de Mazda resulta suave y segura en todas las condiciones de conducción.
Equilibrio entre agilidad a velocidades bajas y medias y confort de marcha
La suspensión es la “interfaz” entre la plataforma y las ruedas e influye de forma decisiva en el comportamiento de un vehículo. La disposición y la estructura de la suspensión determinan la precisión con la que un coche cambia de dirección. Pero también influye en el confort de marcha. Precisamente por eso, el segundo gran desafío del equipo de desarrollo del chasis consistió en optimizar esa arquitectura.
La suspensión trasera resultó vital a la hora de encontrar el mejor equilibrio posible entre agilidad y confort de marcha. El objetivo pasaba por mejorar el comportamiento sin aumentar la rigidez de los muelles o los amortiguadores.
En primer lugar, para mejorar la eficiencia operativa de los amortiguadores, las monturas se llevaron a una posición que permitía una mayor relación de palanca. También se reforzó la fuerza de amortiguación y la rigidez del caucho de los elementos de montaje superiores, reduciendo su impacto en el confort de marcha. La posición de unión del brazo de arrastre de la suspensión trasera se desplazó hacia atrás; con ello, se reajustó la dirección de movimiento de los brazos de arrastre de modo que absorbieran mejor los impactos longitudinales de la carretera. De nuevo, esta medida mejora el confort de marcha, al mismo tiempo que evita que la parte trasera del vehículo se eleve. Y eso, a su vez, aporta mayor estabilidad a la frenada y ayuda a reducir la distancia de frenado.
Equilibrio entre peso reducido y aumento de la rigidez
El chasis pesa un 14% menos que la versión actual*. Sin embargo, es más rígido. Eso supuso un tercer desafío para el chasis.
Para cumplir sus ambiciosos objetivos de reducción del peso, los ingenieros se centraron especialmente en los travesaños del chasis. Después de definir los requisitos funcionales, se empleó tecnología de diseño asistido por ordenador (CAE) para crear un modelo conceptual e integrar la estructura óptima en el conjunto del vehículo.
Se amplió la sección central del frente del coche y se redujo la compensación longitudinal de la posición de unión del brazo inferior. En la suspensión trasera se agrandó la distancia longitudinal del travesaño y se redujo la compensación longitudinal de la posición de unión del brazo lateral. Igualmente, se eliminaron los rebordes soldados en la parte delantera y trasera, para mejorar la rigidez de acoplamiento de las secciones soldadas. Todas estas medidas contribuyeron a incrementar sustancialmente la rigidez general de un chasis más ligero (ver ilustración).
Todas estas soluciones inteligentes dieron como resultado numerosas mejoras que, tomadas en conjunto, se materializaron en el SKYACTIVChassis. El equipo de desarrollo consiguió lo que se proponía: el placer al volante, la seguridad, el confort de marcha, la agilidad y la estabilidad que merece la próxima generación de vehículos de Mazda.
