Двигатели Skyactiv: раскрытые резервы
Бензиновый двигатель Skyactiv-G:
1 – рекордно высокая степень сжатия 14:1 увеличивает крутящий момент и уменьшает расход топлива;
2 – выпускная система с конфигурацией 4-2-1 способствует лучшему удалению отработавших газов;
3 – регулируемые фазы уменьшают насосные потери на 20%;
4 – непосредственный впрыск снижает вероятность детонации;
5 – из-за уменьшенного с 87 до 83 мм диаметра цилиндров сократились теплопотери;
6 – поршни с углублением в днище обеспечивают эффективное сгорание смеси;
7 – форсунки с многоточечными распылителями улучшают смесеобразование;
8 – масса двигателя снижена на 10%;
9 – трение в двигателе уменьшилось на 30%;
10 – крутящий момент вырос на 15%;
11 – расход топлива и выбросов СО2 снижен на 15%.
Сократить расход топлива и уровень вредных выбросов и одновременно поднять уровень безопасности и удовольствия от вождения – вот суть технологии Skyactiv. Приемы всем известны: снижение массы, повышение жесткости основных элементов, улучшение процессов сгорания и уменьшение трения. Только у Mazda свой подход: никаких гибридных приводов, заумных электронных систем, дорогущих материалов. Улучшать автомобиль можно и более экономными способами – например, оптимизируя рабочие процессы и совершенствуя имеющиеся конструкции. Как резчик по камню, ваяющий из неотесанной глыбы рельефную статую.
Skyactiv-G
Двигатель внутреннего сгорания работает эффективно лишь на 30–40%. Неспроста одно из самых ярких произведений технологии Skyactiv – бензиновый двигатель Skyactiv-G на базе нынешнего 2-литрового мотора MZR 2.0. Крутящий момент на низких и средних оборотах вырос на 15%, а расход топлива настолько же упал. Причем, без помощи модных нынче гибридов и даунсайзинга. Объем остался прежним, двигатель – атмосферным, зато почти все основные составляющие переработаны.
Секрет скрыт в фантастически высокой степени сжатия. 14:1 – рекордный показатель среди серийных бензиновых двигателей. Очевидно: чем выше степень сжатия, тем лучше термодинамический КПД и топливная экономичность. Однако и тем вероятнее, что на определенных режимах появится опасная детонация. Чтобы ее избежать, применили оригинальный коллектор, снижающий давление в камере сгорания. Растянуть процесс сгорания смеси и понизить тем самым температуру позволяют поршни особой формы, а новые топливные форсунки с многоточечными распылителями равномерно распределяют топливо по всей камере сгорания.
Объявлено, что у двигателя Skyactiv механические потери почти на треть ниже, чем у предшественника. Если это действительно так, то японских мотористов надо поднимать на пьедестал. Впрочем, просмотрев список улучшений, начинаешь верить. Похудели главные детали: 20% массы скинули поршни и 30% – шатуны, трение поршневых колец снижено на 38%. Уменьшили давление в системе смазки на частичных нагрузках, установив насос с электронным управлением, а антифриз гоняет помпа с невесомой крыльчаткой из композитных материалов.
Все таблицы и графики открываются в полный размер по клику:
Чтобы снизить давление в камере сгорания и обезопасить тем самым смесь от детонационного воспламенения, длину каналов выпускного коллектора тщательно рассчитали. Ведь, будь они излишне коротки, отработавшие газы успеют проникнуть в камеру сгорания соседнего цилиндра до того, как закроется клапан; а при необоснованно длинных нейтрализатор будет дольше прогреваться до рабочей температуры.
Skyactiv-D
С незапамятных времен дизель и бензиновый мотор честно конкурируют между собой, в борьбе невольно перенимая друг у друга характерные признаки. Теперь наконец-то они сравнялись… по степени сжатия. У дизеля Skyactiv-D эта геометрическая величина равна 14:1, как и у бензинового двигателя Skyactiv-G. Еще один рекорд, на сей раз среди серийных дизелей, – у большинства моторов она колеблется от 16 до 18.
Дизельный двигатель Skyactiv-D:
1 – самая низкая степень сжатия для серийных дизелей 14:1 позволяет достичь оптимального момента воспламенения;
2 – система регулировки высоты подъема выпускных клапанов стабилизирует работу двигателя при прогреве;
3 – соответствует требованиям Euro 6 без дорогих систем нейтрализации;
4 – двухступенчатый турбонаддув улучшает гибкость на низких оборотах и добавляет мощности на высоких;
5 – на 10% легче и на 20% экономичнее предшественника, 2,2-литрового MZR-CD;
6 – керамические свечи накаливания улучшают пуск холодного двигателя;
7 – механические потери из-за пониженного до 130 кг/см² давления в камере сгорания (на 20% ниже, чем у MZR-CD), как у бензинового мотора;
8 – блок цилиндров легче на 25 кг.
Чем меньше степень сжатия у дизеля, тем ниже температура и давление в камере сгорания в конце такта сжатия. А значит, сгорание протекает медленнее, что позволяет впрыскивать топливо еще при подходе к верней мертвой точке, а не когда поршень уже идет вниз (как у дизелей с более высокой степенью сжатия). Топливо лучше перемешивается с воздухом, отчего смесь сгорает эффективнее, а в выхлопных газах содержится намного меньше сажи и окислов азота (NOx). Кроме того, выше и степень расширения (ход поршня, при котором совершается фактическая работа). Как результат – расход топлива ниже на 20%. К тому же Skyactiv-D» укладывается в нормы Euro 6 (вступят в силу лишь в 2014 году) без дорогого нейтрализатора частиц азота.
Однако нет добра без худа – дизели со столь низкой степенью сжатия плохо пускаются и неустойчиво работают при отрицательных температурах. Лекарство от этого недуга – керамические свечи накаливания и система VVL, регулирующая высоту подъема клапана. Она не редкость на бензиновом моторе, но диковинка на дизеле. Только в первом случае она определяет количество поступающего в цилиндры воздуха, а во втором заведует рециркуляцией отработавших газов. На холодном двигателе выпускной клапан в конце такта впуска не закрывается, и часть отработавших газов возвращается во впускной коллектор. На следующем впуске горячий заряд вновь поступает в камеру сгорания и подогревает ее. Таким образом, нет пропусков воспламенения, двигатель на этапе прогрева работает более стабильно.
Привод одного из пары выпускных клапанов каждого цилиндра снабжен устройством, регулирующим высоту подъема клапана. На прогретом двигателе ход клапана задают стандартные кулачки распредвала – выпуск закрывается полностью. Когда мотор холодный, высоту подъема определяет дополнительный кулачок иной формы – выпускной клапан приоткрыт, часть отработавших газов засасывается назад в камеру сгорания.
Агрегат двухступенчатого наддува состоит из малого и большого турбонагнетателей. Первый, менее инерционный на низких оборотах, мгновенно раскручивается и эффективно сглаживает турбояму, второй подключается на средних и вплоть до максимальных 5200 об/мин.
Skyactiv В МАССЫ
Новые технологии применят на серийных машинах уже в будущем году. В числе первых – новый кроссовер Mazda CX-5. Кстати, благодаря Skyactiv эта модель в варианте с передним приводом, дизельным двигателем и механической коробкой передач выбрасывает в атмосферу меньше 120 г/км – завидный результат для кроссовера, даже в столь экономичной комплектации. Модели с технологией Skyactiv уже в этом году появятся в Японии (Mazda2 с 1,3-литровым бензиновым двигателем) и Северной Америке (Mazda3 с 2-литровым мотором и новым автоматом).
Характеристики крутящего момента дизельных двигателей:
Характеристики крутящего момента бензиновых двигателей:
Mazda не один год вкладывается и в электрификацию автомобиля. В 2012 году на японском рынке дебютирует электрическая Mazda2, а совместно с Toyota компания доводит гибридный силовой агрегат. Но основной приоритет компании на ближайшие 10 лет – конечно, новое семейство бензиновых и дизельных двигателей Skyactiv. Ведь, по самым оптимистичным прогнозам, через 10 лет модели с электрическими и гибридными двигателями составят лишь пятую часть. А к 2020 году, как заверил директор по техническому развитию Сейта Канаи, выбросы СО2 у моторов Skyactiv снизятся на 15–20%. Если так, зачем тогда гибриды и электромобили?
123711