Двигатели Skyactiv: раскрытые резервы

Излишне тратить средства на новые изобретения, если потенциал нынешних конструкций далеко не исчерпан, — так считают специалисты Mazda, внедрившие технологию Skyactiv.

Бензиновый двигатель Skyactiv-G:

Бензиновый двигатель «Скайэктив-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.

Поршень двигателя

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.

Поршень двигателя «Скайэктив-G» не только на 20% легче аналогичной детали для нынешнего 2-литрового мотора, но и выделяется оригинальной формой днища, которая позволяет горению равномерно распределяться по всей камере сгорания.

Поршень двигателя «Скайэктив-G» не только на 20% легче аналогичной детали для нынешнего 2-литрового мотора, но и выделяется оригинальной формой днища, которая позволяет горению равномерно распределяться 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:

1_no_copyright

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:

Дизельный двигатель «Скайэктив-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.

Основные отличия поршней двигателя «Скайэктив-D» от MZR-CD: меньше потери на трение, скромнее масса, больше объем внутренней камеры сгорания, поуже отверстие под поршневой палец.

Основные отличия поршней двигателя «Скайэктив-D» от MZR-CD: меньше потери на трение, скромнее масса, больше объем внутренней камеры сгорания, поуже отверстие под поршневой палец.

Поршень двигателя MZR-CD

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.

7

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.

8

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 дизельных двигателей.

Характеристики крутящего момента бензиновых 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?

Двигатели Skyactiv: раскрытые резервы