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Mazda: Motores de última generación

Como parte de su plan Zoom-Zoom sostenible, Mazda está desarrollando motores avanzados que ofrezcan una potencia excepcional junto con un consumo y un control de emisiones excelente.Para 2010, queremos tener lista una gama de motores totalmente nueva, que se irá introduciendo progresivamente en todos los modelos.En el Salón del Automóvil de Tokio 2007 mostramos algunas de nuestras últimas tecnologías al servicio de este objetivo.

Motor gasolina de inyección directa I-4 de última generación

Los motores DISI* de Mazda proporcionan una conducción deportiva y excepcionalmente respetuosa con el medio ambiente.Con el motor de última generación de la serie, buscamos una mejora del comportamiento dinámico del 15% ~ 20% y una reducción del consumo del 20% (en comparación con un motor de gasolina Mazda de 2,0 litros).Basándonos en el sistema de inyección directa, nuestro objetivo es reducir cualquier pérdida de energía y mejorar la eficiencia térmica a través de soluciones de ingeniería innovadoras en una gran variedad de ámbitos tecnológicos.Entre estas tecnologías, estamos prestando especial atención a la inyección directa, el control de la combustión, la tecnología del sistema de válvulas variable y la tecnología de catalizadores.Además, de los distintos combustibles disponibles en el mercado, estamos estudiando el uso del flexifuel. 

*DISI: Direct Injection Spark Ignition (inyección directa de gasolina)

Tecnología de inyección directa

Bajar la temperatura del aire de admisión es un método excelente para evitar cualquier combustión anormal, como la del preencendido, y la consiguiente vibración que puede originar una relación de compresión elevada.Al bajar la temperatura del aire de admisión, también se contribuye a mejorar la potencia, ya que se aumenta la densidad del aire.La pulverización del combustible y el flujo interno en dirección al cilindro son factores importantes que favorecen el enfriamiento del aire.

Para los inyectores de torbellinado de última generación, como los que utilizan en la actualidad en los motores MZR 2.3 litros DISI TURBO y MZR 2.0 l. DISI, estamos investigando tecnologías que faciliten la pulverización y la mezcla mediante una mejora del flujo del combustible dentro del cilindro, al objeto de aumentar el efecto de refrigeración.También estamos buscando la combustión ideal en diversas situaciones de conducción mediante el control del número y la sincronización de las inyecciones directas, así como de la turbulencia.

Tecnología de control de la combustión

La forma de la cámara de combustión es un factor esencial para evitar influencias indeseables causadas por una relación de compresión elevada.Los ingenieros de Mazda emplean avanzadas tecnologías de visualización y CAE en el estudio de formas de las cámaras de combustión que puedan funcionar con relaciones de compresión elevadas.

Tecnología de sincronización de válvulas variable

Los motores de gasolina convencionales sufren considerables pérdidas de bombeo en conducción urbana y en otras situaciones en las que se circula a baja velocidad.Para reducir estas pérdidas, Mazda está desarrollando el sistema S-VT (sincronización secuencial de válvulas).Estamos trabajando en un S-VT dual con un mecanismo variable tanto para la admisión como para el escape, además de un mecanismo de levantamiento variable en continuo que también se encuentra en desarrollo.Si podemos ajustar el volumen de admisión únicamente con un mecanismo de válvulas variable, sería posible reducir las pérdidas de bombeo y el consumo.Al mismo tiempo también se puede lograr una respuesta más enérgica, algo esencial para una experiencia de conducción divertida.

Tecnología de catalizadores

Para cumplir la estricta normativa sobre emisiones de gases del futuro, Mazda ha desarrollado un nuevo catalizador que emplea nanotecnología* simple.Incluye una nueva y original estructura de catalizador que consta de un metal precioso engastado en una matriz que le sirve de sustrato.El nuevo catalizador tiene las siguientes características:(1) Suprime la degradación térmica originada por la amalgama del metal precioso; y (2) Mejora considerablemente la absorción de oxígeno y el rendimiento de emisión necesario para purificar los gases de escape.

El resultado es una estructura que garantiza que prácticamente no se pierda nada de la eficacia de purificación, incluso en condiciones de uso extremas.También hemos comprobado que el volumen de metal precioso que se necesita se puede rebajar en un 70% ~ 90% (comparación interna de Mazda) sin perjuicio del nivel de purificación alcanzado.Esto es lo que se denomina nanotecnología simple.La aplicación de estas tecnologías a un catalizador de platino o rodio en un convertidor catalítico de 3 vías reduce drásticamente la cantidad de metal precioso que se necesita para purificar los gases de las emisiones.

*Nanotecnología simple:Tecnología de control de estructuras de materiales con tamaños inferiores a los de la nanotecnología convencional.

Nueva generación de motores diésel más limpios

Los motores diésel deben su popularidad a sus excelentes características de consumo y par, sobre todo para los desplazamientos de larga distancia en Europa.Los motores diésel también han sido objeto del desarrollo de tecnologías ecológicas como respuesta al endurecimiento de los requisitos sobre emisiones en Europa, que han despertado un gran interés por la notable reducción de emisiones de CO2 que representan.

Nuestro objetivo es lograr esa experiencia de conducción divertida que los motores diésel convencionales no pueden ofrecer. Para ello, el comportamiento del vehículo debe estar libre de tensiones a altas velocidades del motor.Nuestras investigaciones en este sentido se basan en las tecnologías turbodiésel de inyección directa common rail, que han sido minuciosamente evaluadas en Europa.También nos proponemos mejorar las emisiones y el consumo de combustible hasta en un 10%, con el fin de adaptarnos a las exigencias globales.

Tecnología de inyección directa

Esta nueva tecnología consta de un sistema common rail de alta presión de combustible que controla una serie de piezoinyectores.

El componente piezoeléctrico de un inyector se expande en tiempos del orden de nanosegundos (la milmillonésima parte de un segundo) como reacción a un cambio en una señal de tensión, proporcionando una respuesta mucho más rápida que los inyectores de solenoide convencionales que utilizan la fuerza electromagnética para desplazarse arriba y abajo.El piezoinyector ofrece tiempos de inyección más cortos, además de una pulverización del combustible y una precisión del volumen de inyección muy mejoradas.  Nuestro objetivo es lograr una mezcla homogénea que proporcione una combustión sin residuos, y al mismo tiempo aumentar la potencia, reducir el consumo y controlar de forma más precisa las emisiones.

Reducción del peso

Comparados con los de su homólogo de gasolina, los componentes giratorios y alternativos del motor diésel (cilindros, bielas, cigüeñal, etc.) son más pesados, por lo que el límite de revoluciones es más bajo.En el diseño del motor diésel de 2,0 litrosde nueva generación de Mazda, además de haber empleado un bloque de aluminio, se ha reducido drásticamente el tamaño y peso de las piezas giratorias y de movimiento alternativo para lograr un peso similar al de la versión de gasolina.El resultado ha sido un rendimiento suave a altas revoluciones, además de una reducción del consumo y menores niveles de ruido, vibraciones y resistencia mecánica.

Sistema turbo

Se ha empleado un turbocompresor bifásico que proporciona relaciones de turbocompresión idealmente altas, en una franja más amplia de revoluciones del motor que en el caso del motor diésel anterior, todo ello para obtener una curva de par amplia y plana. A bajas revoluciones, el turbocompresor refuerza el par y la respuesta de la aceleración: otro avance en el placer de conducción propio de Mazda.Por si esto fuera poco, al aumentar el volumen de la admisión y el de la EGR(recirculación de los gases de escape) simultáneamente en todas las velocidades del motor y todas las situaciones de conducción, urbana o en autopista, el turbo bifásico ofrece un nivel de emisiones que cumple las exigencias mundiales y reduce el consumo gracias a una mezcla combustible más pobre.

Tecnología de catalizadores

Catalizador de combustión PM de alta eficacia

Los catalizadores de oxidación de los filtros de partículas diésel (DPF) convencionales favorecen la combustión del carbono (el principal componente de las partículas) utilizando únicamente los átomos de oxígeno de la superficie de la capa de óxido.Por el contrario, con el nuevo catalizador de combustión PM de Mazda, se utilizan de forma más eficiente todos los átomos de oxígeno de la capa de óxido, lo que acelera considerablemente la combustión del carbono.

Esto reduce además el tiempo necesario para la regeneración de los DPF y permite disminuir las emisiones y mejorar el consumo de combustible.Además, gracias a la gran resistencia del nuevo material y su mínima disminución del rendimiento, es posible utilizar volúmenes más pequeños de este caro metal precioso.

Sistema catalizador

Dado que los gases de escape del motor contienen un gran volumen de oxígeno, la reducción del NOx (óxidos de nitrógeno responsables de la presencia de lluvia ácida) a N2 (nitrógeno gaseoso) es uno de los principales problemas que plantean estos propulsores.Además de introducir un sistema de postratamiento destinado a purificar los componentes sin quemar de los gases de escape, Mazda está desarrollando una tecnología para sus motores diésel que permite someter a un tratamiento catalítico al NOx de los gases de escape.Además, está desarrollando un sistema de reducción selectiva, que funciona mediante la adición de urea acuosa a los gases de escape, y un sistema de almacenamiento de NOx para la purificación de dichos gases.Estos sistemas están en fase de preparación para su implantación global en el futuro.

Motor RENESIS de nueva generación (motor rotativo 16X)

Mazda celebra el 40ª aniversario de la introducción del motor rotativo Cosmo Sport, desarrollado en 1967. Para conmemorar la ocasión, se ha iniciado el desarrollo del propulsor de inyección directa 16X de 1.600 cc (800 cc x 2), equipado con una nueva cámara trocoidal, destinada a mejorar aún más la eficiencia térmica del motor y a aumentar su par en todo el rango de velocidades.El desarrollo del motor 16X ha sido posible gracias a la experiencia y la tecnología aportada por el motor RENESIS, un propulsor que incorpora unos puertos laterales de escape y otros dispositivos que supusieron un gran avance en el campo de los motores rotativos.

Modificación dimensional generalizada

En el motor RENESIS de nueva generación, Mazda ha modificado la forma elipsoidal del alojamiento trocoidal del rotor.Se trata de una nueva evolución de la estructura básica del motor, cuyo diseño se inició con un primer periodo de investigación sobre la geometría trocoidal óptima del mismo, que duró siete años, hasta la introducción del primer propulsor 10A (491 cc x 2) en 1967, continuó con el motor 13A (655 cc x 2), el 12A (573 cc x 2) y culminó en el actual propulsor 13B (654 cc x 2).

Esta modificación geométrica se ha conseguido reduciendo la anchura y el grosor del alojamiento del rotor y aumentando su perfil trocoidal, lo que se traduce en un aumento de la cilindrada hasta los 800 cc x 2. Pese a este aumento de las dimensiones, se ha podido mantener el mismo diseño compacto y ligero del motor que luce el propulsor RENESIS actual.

En lo que respecta a su geometría concreta, el aumento del radio trocoidal y la excentricidad del alojamiento del rotor y la reducción de su anchura han permitido conseguir que la carrera sea más larga, lo que ha hecho que disminuya la relación dimensional de la cámara de combustión.

Gracias a esta modificación, se ha reducido la relación entre el área superficial y el volumen ocupado por la cámara de combustión, lo que ha redundado en una disminución de las pérdidas por enfriamiento.Además, la disminución del reducido espacio que ocupa la cámara de combustión estimula la expansión de las llamas, con lo que la combustión del motor es más rápida y el consumo de combustible más bajo. Adems de mejorar el consumo (parte fundamental del rendimiento medioambiental del motor), se ha procurado aumentar el par motor en todo el rango de revoluciones del motor.

Tecnología de inyección directa

El RENESIS de nueva generación es el primer motor rotativo que funciona mediante inyección directa de combustible.Este sistema hereda el concepto de diseño básico del motor rotativo de hidrógeno, donde se inyecta gasolina a alta presión durante el ciclo de admisión, que favorece la atomización y vaporización del combustible y la formación de una mezcla carburante estable.

El calor latente de vaporización del combustible reduce la temperatura de la mezcla de aire y combustible, lo que aumenta la eficiencia de carga del motor.Al mismo tiempo, disminuye la adherencia del combustible a las paredes de la cámara, que era uno de los problemas del sistema de orificios de inyección convencionales, al tiempo que mejora la homogeneidad de la mezcla de aire y combustible.

A su vez, eso se traduce en un incremento considerable de la eficiencia térmica y un aumento del par motor, y Mazda sigue investigando la introducción de nuevas mejoras de la eficiencia.

Alojamiento lateral de aluminio

Durante el desarrollo del nuevo motor, los ingenieros de Mazda han logrado incrementar drásticamente tanto su potencia como su rendimiento medioambiental.También han contribuido a conseguir una nueva mejora del consumo de combustible y del comportamiento dinámico del vehículo mediante la reducción de su peso.Gracias a que las dimensiones exteriores son más o menos las mismas que las del motor RENESIS que se comercializa en la actualidad, lo que permite aumentar el volumen del vehículo dedicado al habitáculo de los pasajeros, y a que el uso de un alojamiento lateral de aluminio aligera el peso del motor con respecto al propulsor RENESIS actual, junto a otras medidas, Mazda ha conseguido mejorar las cualidades de su ligero y compacto motor rotativo.

SISS o Smart Idle Stop System (sistema inteligente de corte de ralentí)

Muchas veces, los conductores dejan el motor al ralentí cuando están parados en un semáforo o en un atasco en zonas urbanas.Según las pruebas de modo 10-15 japonesas, parar el motor en estas situaciones reduce el consumo de combustible aproximadamente un 10%.

El sistema de corte del ralentí ahorra combustible porque apaga automáticamente el motor cuando el conductor detiene le vehículo y vuelve a arrancarlo automáticamente cuando el conductor puede avanzar de nuevo.Los sistemas de corte del ralentí convencionales emplean un motor eléctrico para volver a poner en marcha el motor.Sin embargo, el sistema SISS de Mazda inyecta el combustible directamente en los cilindros del motor cuando este está parado y lo enciende para crear fuerza descendente en los pistones, con lo que el motor empieza a girar de nuevo.Este sistema no sólo ahorra combustible, sino que además arranca el motor de forma más rápida y silenciosa que un sistema de corte del ralentí convencional.

Control de la posición de parada del cilindro

Para poder arrancar de nuevo el motor en la situación anteriormente descrita, es imprescindible que los cilindros se detengan en una posición que mantenga el equilibrio adecuado entre los volúmenes de aire.

Por eso, el SISS controla de forma precisa la posición de los cilindros cuando se detiene el motor.

Tecnología de reinicio de la combustión

Cuando el motor se vuelve a poner en marcha automáticamente, los cilindros de combustión se indexan y encienden desde las posiciones de los pistones memorizadas en el momento en que se detuvo el motor.Incluso a revoluciones extremadamente bajas, los cilindros se seleccionan continuamente para el encendido, y el motor alcanza la velocidad de ralentí rápidamente.
24 octubre 2007
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