Технология skyactive и как это работает!
Технологии SKYACTIV: как это работает?
В основе конструкции всех автомобилей Mazda всегда применялась коцепция – драйва, упоение скоростью, то ни с чем несравнимое чувство наслаждения дорогой, послушный любому намерению водителя. Zoom-Zoom, как говорят производители, которые могут подарить лишь высокие технологии производства, Стремясь сделать это чувство еще более сильным, создатели Mazda совершили прорыв в автомобилестроении, имя которому – технологии SKYACTIV.
Создавая SKYACTIV, инженеры компании совместили несовместимое: кардинально улучшили эксплуатационные качества автомобиля, добились экономии топлива, уменьшили количество вредных веществ в выхлопных газах и одновременно с этим повысили безопасность автомобиля, скоростные характеристики и управляемость, которые характерны для Mazda.
Технологии SKYACTIV представлены в полностью новом поколении моделей Mazda: Mazda CX-5 и в новой Mazda6 — с новыми двигателями, коробками перемены передач, кузовом и шасси.
Бензиновый двигатель SKYACTIV-G.
Пытаясь сделать экологически чистые автомобили общедоступными, Mazda сконцентрировались на оптимизации системы внутреннего сгорания. Инженеры компании лучшим способом реализации этого видят оптимизацию процессов внутри двигателей для уменьшения расхода топлива.
Бензиновый двигатель SKYACTIV-G – результат уникального инженерного подхода Mazda. Тщательно анализируя и переосмысляя общие принципы термодинамики, инженерам компании удалось разработать двигатель для серийного производства со степенью сжатия 14:01. Для бензинового мотора это невероятно высокий показатель (у суперкаров и болидов Формулы-1 степень сжатия редко превышает 12:1). Поэтому аналогичные технологии применялись только у гоночных автомобилей, не предназначенных для повседневного использования.
В случае с бензиновым мотором высокая степень сжатия позволила с одной стороны значительно улучшить его эффективность – он стал на 15 процентов экономичнее и при этом более тяговитым, а с другой – помогла вписаться в жесточайшие нормы «Евро-6». Правда, для того чтобы заставить двигатель с такой степенью сжатия работать на обычном 95-м бензине и избежать детонации, японским инженерам пришлось проявить удивительную смекалку. Были разработаны новые поршни с «зеркалом» сложной формы, улучшающим процесс сгорания смеси, в газораспределительном механизме на впуске и выпуске появились фазовращатели с электроприводом, изменились форсунки непосредственного впрыска, а выпускной коллектор получил «гоночную» схему 4-2-1, помогающую избежать нежелательной циркуляции горячих выхлопных газов между цилиндрами.
Результат всех этих инноваций — существенное 15%-ое увеличение крутящего момента и 15%-ая экономия топлива.
Для повышения эффективности работы двигателя также необходимо уменьшить «насосные потери», которые происходят при более низких нагрузках на двигатель, когда во время такта впуска поршень всасывает воздух при движении вниз. Количество воздуха внутри цилиндра находится под контролем дросселя, расположенного на входе во впускной коллектор. При более низких нагрузках на двигатель необходимо меньшее количество воздуха. Дроссельная заслонка почти закрыта, в результате чего давление внутри впускного коллектора и цилиндра ниже, чем атмосферное давление. В результате поршень должен преодолеть сильный вакуум. Это и есть насосные потери, которые негативно сказываются на эффективности работы двигателя.
Недостаток здесь — дестабилизация сгорания. Впускные клапаны остаются открытыми даже тогда, когда начинается такт сжатия, давление внутри цилиндра уменьшается, что усложняет воспламенение воздушно-топливной смеси. В SKYACTIV-G с успехом решили эту проблему благодаря степени сжатия 14:01. С высокой степенью сжатия увеличивается давление и температура в камере сгорания, поэтому процесс сгорания остается стабильным, даже не смотря на снижение насосных потерь, а двигатель более экономичным.
Пытаясь усилить чувство слияния водителя с автомобилем, разработчики уменьшили время его отклика за счет уменьшения размера и веса компонентов. Полный проект реконструкции двигателя предоставляет новые возможности облегчения его деталей. Поршни стали легче на 20%, шатуны — на 15%, на 30% снизилось внутреннее трение деталей двигателя. Новый SKYACTIV-G быстрее адаптируется к изменению нагрузок и расходует меньше энергии в процессе работы.
В Японии на конференции автомобильных исследователей и журналистов SKYACTIV-G уже признан технологией года.
Автоматическая коробка передач SKYACTIVE-DRIVE.
Оптимизируя автоматическую коробку передач Mazda сосредоточились на следующем:
Улучшение экономии топлива
прямой отклик педали газа
плавное переключение передач
удобное ускорение.
Новая автоматическая коробка SKYACTIV-Drive — воплощение этих стремлений. Она переключается быстро и плавно, динамически реагирует на изменения нагрузки на двигатель на низких скоростях и тем самым позволяет расходовать меньше топлива. Сердце SKYACTIV-Drive — это 6-ступенчатый гидротрансформатор с полным спектром блокировки сцепления для всех шести передач. Блокировка сцепления была повышена с 64% на текущей 5-ступенчатой автоматической коробке до 89% на новой SKYACTIV-Drive.
Все эти изменения сделали вроде бы обычный «автомат» более отзывчивым и более похожим на обычную «механику» по ощущениям от езды. А еще – более экономичным: расход топлива снизился на 4-7 процентов, в зависимости от режима езды.
Механическая коробка передач SKYACTIV-MT.
В Mazda полностью модернизировали механическую коробку передач. Удивительно легкая и компактная, со значительно уменьшенным коэффициентом внутреннего сопротивления (трения), она делает свой вклад в экономичное использование ресурсов.
Разработчики воссоздали ту послушность, точность и захватывающее ощущение управления, что чувствовались в родстере MX-5. Рукоятка рычага переключения передач имеет только 45 мм (против 50 мм) хода от нейтрального до положения передачи. Новая трансмиссия по характеру переключения передач напоминает MX-5: переключение передач чувствуется очень четко и требует минимальных усилий. Проще говоря, SKYACTIV-MT – воплощение идеи Zoom-Zoom, драйв в его чистом виде.
SKYACTIV-Body и SKYACTIV-Chassis.
Особое внимание разработчики Mazda уделили весу автомобиля. В конце концов, более легкие транспортные средства более эффективны и ими легче управлять.
В SKYACTIV-Body и SKYACTIV-Chassis Mazda применяет свой уникальный подход к созданию легких конструкций. Этот процесс состоит из трех элементов: оптимизация структуры корпуса и дизайна, внедрение новых процессов производства и замена материалов для создания более легких, мощных и безопасных транспортных средств.
Результаты говорят сами за себя: новый SKYACTIV-Body весит на 8% меньше, чем его предшественник, в то время SKYACTIV-Chassis на 14% легче.
Цели, поставленные компанией при создании SKYACTIV-Body, порой противоречат друг другу. Чтобы согласовать их, инженеры были вынуждены вернуться к чертежной доске. Результат: корпус нового поколения автомобилей Mazda устанавливает новые стандарты в области облегченных конструкций.
Чтобы эффективно распределять нагрузку, легкий, но прочный корпус SKYACTIV-Body требует столько прямых участков, сколько это возможно. Так же необходима была оптимизация распределения нагрузок по всей структуре.
Один из принципов Mazda — постоянное совершенствование пассивной безопасности автомобилей. Поэтому компания разработала уникальный мульти-разгрузочный путь структуры SKYACTIV-Body.
Mazda значительно увеличили использование высокопрочных сталей в корпусе SKYACTIV. Их доля выросла с 40% до 60%. Таким образом, удалось уменьшить вес кузова автомобиля при одновременном повышении прочности.
Как и в случае других SKYACTIV технологий, разработчики шасси также сталкивались с противоречивыми целями: достичь чувства «единства» между автомобилем и водителем, обеспечить устойчивость на высоких скоростях и повысить комфорт во время езды.
Первой задачей было обеспечение устойчивости на высоких скоростях и повышение управляемости на низких и средних скоростях.
Поэтому Mazda разработала новую электрическую систему рулевого управления, которая усиливает ощущение драйва, обеспечивая немедленное реагирование даже на очень малой скорости. Но такая маневренность может сделать автомобиль слишком чутким для высоких скоростей. Здесь инженеры пересмотрели геометрию задней подвески. Ее оптимизировали так, что сцепление с дорожным покрытием задних колес увеличилось, уменьшилось рыскание. Для улучшения движения на малых скоростях был оптимизирован усилитель руля. Так водитель получает максимум управляемости автомобиля в любых условиях.
Как своеобразный «интерфейс» между платформой и колесами, подвеска имеет важное значение для управления автомобилем. Расположение и строение подвески определяет точность, с которой автомобиль отвечает поворотам руля. Она также влияет на комфорт при езде. Таким образом, второй большой проблемой для разработчиков Mazda была оптимизация ее конструкции.
Прежде всего, в целях повышения эффективности работы амортизаторов, их крепления были установлены в положение, дающее больший ход рычагу. Жесткость верхнего резинового крепления была усилена, уменьшая воздействие сил торможения на уровень комфорта.
SKYACTIV-Chassis весит на 14% меньше, чем текущая версия. Тем не менее, как и в случае со структурой кузова, обладает еще большей жесткостью.
Двигатели Skyactiv: перестройка
Двигатели Skyactiv фирмы Mazda: блажь или прорыв? Изучаем конструкцию агрегатов новой волны.
Mazda всегда отличалась нестандартными конструкторскими решениями. Она единственная долгое время серийно производила машины с роторными моторами. А когда настал очередной этап совершенствования привычных поршневых двигателей, снова пошла своей дорогой.
Перед мотористами всех компаний нынче стоит одна задача: повысить одновременно отдачу и экономичность двигателей, вписав их в жесткие экологические нормы Евро‑6. Рецепт европейских инженеров – малообъемные двигатели с наддувом.
Идею даунсайзинга Mazda отвергла – дескать, все эти наддувы, интеркулеры, трубопроводы слишком дороги, а радости от малокубатурных моторов не много. И снова решила пойти своим, сугубо японским путем – сохранить «полноразмерные» атмосферники, но поиграть со степенью сжатия (СЖ).
Так на свет появилось новое семейство двигателей – Skyactiv. Два первенца обосновались на кроссовере СХ‑5: бензиновый двухлитровый двигатель и турбодизель объемом 2,2 л. Оба имеют одинаковую степень сжатия – 14. Это очень много для бензинового мотора (обычно 10–12) и очень мало для дизельного (обычно 16–18,5).
ПОД ДАВЛЕНИЕМ ОБСТОЯТЕЛЬСТВ
При постройке бензинового атмосферника Skyactiv-G за основу был взят предшественник MZR 2.0 со степенью сжатия 10,0. Увеличение СЖ повышает температуру и давление в цилиндре в конце такта сжатия. Это сулит более высокие КПД и мощность, но одновременно и сильную склонность к детонации – взрывному сгоранию топливовоздушной смеси, которое приводит к перегреву и разрушению колец и поршней. СЖ, близкая к 14, больше характерна для высокофорсированных спортивных моторов, работающих на топливе с высоким октановым числом, стойким к детонации. В конструкцию Skyactiv-G внесли массу новшеств, чтобы он мог безболезненно переваривать обычный 95‑й бензин и поработали над снижением механических потерь ради улучшения экономичности.
Уберечь двигатель от детонации призваны ионные датчики, встроенные в катушки зажигания. Вся соль в том, что работа мотора именно на грани детонации и обеспечивает максимально эффективное сгорание смеси. Ионные датчики более чувствительны и позволяют лучше контролировать момент появления детонации в каждом цилиндре – а до этого за ней следил лишь один традиционный страж, установленный в блоке. Новый датчик отслеживает детонацию по колебаниям ионного тока в зазоре между электродами свечи после воспламенения смеси. При ее сгорании образуются ионы, которые делают среду токопроводящей. Датчик подает напряжение на центральный электрод свечи и замеряет ток, проходящий между ним и заземленным боковым электродом.
Обновленная топливная система с непосредственным впрыском обеспечивает давление до 200 бар! С повышением давления в цилиндре это стало необходимым для правильного смесеобразования (ранее Mazda применяла непосредственный впрыск в основном для наддувных моторов, но давление не превышало 115 бар). На выходе такое решение дает эффективное сгорание, то есть высокую мощность, экономичность и экологичность двигателя.
Как и прежде, ТНВД (топливный насос высокого давления) имеет привод от распредвала, но на сей раз от выпускного. Дополняют его форсунки с шестью отверстиями (для лучшего распыления топлива). При хорошем испарении бензин еще и сбивает температуру в камере сгорания, а это тоже снижает вероятность возникновения детонации.
Система выпуска оснащена коллектором 4-2-1, пришедшим из автоспорта. Его конфигурация снижает сопротивление при выходе отработавших газов (ОГ) из цилиндров. В обычном коллекторе волна ОГ из одного цилиндра может совпадать с моментом открытия выпускных клапанов в соседнем. Она создает обратное давление, которое мешает выходу следующей порции отработавших газов.
Слоган «zoom-zoom» – знамя «революции», произошедшей в модельном ряду Mazda, когда 626-я, 323-я и так далее модели ушли в историю, а их место заняли…
У конструкции «спортивного» коллектора иная схема соединения труб, вдобавок они длиннее. Из-за этого поток ОГ проходит большее расстояние и, наоборот, создает волну разрежения, которая облегчает выход газов из следующего цилиндра. Помимо повышения мощности мотора это снижает температуру в камере сгорания, также уменьшая вероятность детонации.
Чтобы сократить насосные потери в моторе и повысить экономичность, инженеры научили его работать по двум циклам: Аткинсона и более традиционному для бензиновых двигателей циклу Отто. Первый задействуется при низких нагрузках, когда нет необходимости в высоком крутящем моменте: впускные клапаны закрываются позже, уже на такте сжатия, и часть воздуха выходит через них обратно во впускной коллектор. По сути, поршень проходит часть пути без сжатия воздуха. Это снижает фактическую СЖ и крутящий момент, но вместе с ними и насосные потери. В таком режиме мотор работает более эффективно.
А при средних и высоких нагрузках впускные клапаны закрываются раньше (привычный цикл Отто) и происходит полное наполнение цилиндров. СЖ снова доходит до 14 – и мотор выдает высокий крутящий момент.
Цикл Аткинсона заставил инженеров включить во впускную систему вакуумный насос для нормальной работы усилителя тормозов. А всё из-за недостатка вакуума во впускном коллекторе при работе мотора в этом режиме. Насос имеет привод от выпускного распредвала и делит корпус с ТНВД.
Раньше подобные, но более простые узлы были обычным делом только для наддувных двигателей – у них вообще беда с вакуумом. Двигатель способен работать по двум циклам благодаря двум муфтам изменяемых фаз – это привычная гидравлическая на выпускном распределительном валу и электрическая на впускном.
Электрическая муфта более эффективна, но прежде ее не применяли на маздовских моторах. Она имеет больший диапазон регулирования и обеспечивает более точное управление по сравнению с гидравлической. Муфта состоит из электродвигателя (установлен на передней крышке мотора) и соединенного с ним привода (закреплен на самом распредвалу), представляющего собой замысловатую планетарную передачу. Пока скорости вращения электродвигателя и распредвала равны, имеем постоянные фазы. Для их опережения или запаздывания «мозг» мотора соответственно ускоряет или замедляет электродвигатель. Эту разность вращений планетарная передача преобразует в проворот распредвала относительно его звездочки.
В новых условиях работы мотора влияние теплового зазора в приводе клапанов повысилось, поэтому наконец использовали гидрокомпенсаторы. Чтобы снизить потери на трение, инженеры отказались от обычных колпачковых толкателей в пользу рокеров с игольчатыми подшипниками. Новый механизм приправили дополнительными масляными магистралями для смазки кулачков распредвалов.
У поршней очень интересная форма днища. Обычно у бензиновых поршней оно плоское, хотя иногда имеет выемки для впускных клапанов – цековки. А здесь днище выпуклое да еще и с большой выемкой по центру. Это сделано для формирования вокруг свечи зажигания смеси, сгорающей более стабильно и полноценно. Облегченный алюминиевый блок цилиндров теперь состоит из двух частей. Его разделили по оси коленвала на верхний и нижний. Подобная конструкция встречалась и у некоторых дизельных моторов, но при этом блок был чугунным, более жестким. В итоге массу двигателя снизили на 10%, а потери на трение – аж на 30%! Расход топлива и выбросы СО2 уменьшились на 15%, столько же прибавил крутящий момент.
Мощность моторов для России ограничена с учетом наших налогов: максимум – 150 л.с., но в Европе такие же агрегаты выдают 165 сил.
Обойдясь без наддува, японцы улучшили все показатели, но мотор получился на редкость замысловатым. Больше всего тревожит то, что высокая степень сжатия существенно повысила нагрузки на элементы двигателя, а их дополнительно еще и облегчили – считай, ослабили.
В основу наддувного дизельного мотора Skyactiv-D тоже лег предшественник – турбодизель MZR-CD со степенью сжатия 16,3. Понижение степени сжатия до 14 заметно снизило температуру и давление в цилиндре. Это повысило КПД агрегата, но ухудшило перемешивание топливовоздушной смеси и ее самовоспламенение при холодном пуске мотора и его прогреве.
Mazda обнародовала детальную информацию о новом четырехцилиндровом турбодизеле 1.5. Экономичный мотор серии SkyActiv-D, развивающий 105 л.с. и 250 Н.
Чтобы дизель был эффективным и экологичным во всех режимах работы, инженеры пошли на хитрость.
Холодный пуск мотора облегчают обновленные керамические свечи предпускового прогрева. За две секунды они нагревают воздух в камере сгорания до 1000 градусов.
Для стабильного сгорания смеси при прогреве двигателя в ГРМ внедрили систему изменения фаз, а это большая редкость для дизельных агрегатов. В привод клапанов, идентичный бензиновому собрату, внедрили механизм переменного хода. Он слегка приоткрывает один из двух выпускных клапанов в каждом цилиндре на такте впуска: часть горячих выхлопных газов возвращается в цилиндр и поднимает температуру в нем. Это облегчает распыление топлива и обеспечивает более стабильное сгорание смеси.
Механизм переменного хода клапанов состоит из рокера с двумя рычагами (внешний и внутренний) и кулачка распредвала с двойным профилем – высоким и низким. Внешний рычаг взаимодействует с высоким профилем, а внутренний – соответственно с низким. Первое обеспечивает обычное открытие клапана в такте выпуска, а второе – немного приоткрывает его в такте впуска. Внутренний рычаг закреплен на внешнем с возможностью наклоняться относительно него. Встроенный в рокер гидравлический стопор позволяет заблокировать это перемещение. Когда блокировки нет, внутренний рычаг при взаимодействии со своим низким кулачком просто перемещается внутри внешнего рычага и клапан не совершает дополнительного открытия. Соответственно, когда задействован стопор, внутренний рычаг тянет за собой внешний, вызывая дополнительное открытие клапана.
Качество смесеобразования в цилиндре повысили и за счет точности работы топливных форсунок. В турбодизеле она зависит от давления в магистрали возврата солярки в бак (магистраль обратки). Для поддержания постоянного высокого давления в систему включили специальный блок клапанов. Он одновременно управляет подачей топлива в ТНВД и связывает все магистрали обратки.
Мотор оснастили двумя турбокомпрессорами, объединенными в одном корпусе. Большая и малая турбины установлены последовательно. Это позволяет сочетать их преимущества. Малый турбокомпрессор (турбина высокого давления) имеет быструю реакцию и выдает большое давление наддува при низких оборотах двигателя, а большой турбокомпрессор (турбина низкого давления) – при высоких. Работой единого узла управляет «мозг» с помощью трех клапанов (см. схему).
Малая СЖ существенно снизила нагрузки на мотор и сократила насосные потери. Поэтому инженеры облегчили и турбодизель. Теперь у него тоже алюминиевый разборный блок цилиндров. Изменения в кривошипно-шатунном механизме более глобальные: инженеры отказались от смещения поршневого пальца, но сместили ось коленвала относительно оси цилиндра. Таким ходом убили сразу двух зайцев – снизили боковое усилие на поршне на такте рабочего хода (сопротивление скольжению) и сохранили эффект смещенного пальца (снижение эффекта перекладки поршня при прохождении ВМТ). Головка блока теперь имеет интегрированный выпускной коллектор. Помимо уменьшения габаритов и сокращения массы мотора, это ускоряет прогрев нейтрализатора.
Новый турбодизель на 10% легче и на 20% экономичнее предшественника. Максимальная мощность и крутящий момент не подросли, зато агрегат удалось вписать в жесткие рамки норм Евро‑6 без усложнения системы нейтрализации.
Мазды с бензиновыми моторами Skyactiv бегают по России почти три года. И пока, как ни странно, без серьезных проблем. Поначалу было несколько случаев замены масляных насосов, которые почему-то не развивали максимальную производительность, из-за чего в первую очередь дурила гидравлическая муфта изменяемых фаз на выпускном валу.
Затем случилась история с «даблстартами», о который мы подробно рассказывали (ЗР, 2013, № 8). А сейчас зарегистрировано несколько случаев выработки на кулачках впускного распредвала, приводящей к росту шумности мотора. Но все описанное можно смело отнести скорее к исключениям из правила, его же и подтверждающим: моторы Skyactiv достаточно надежны.
Относительно турбодизелей серьезной статистики пока нет: их продают чуть больше года, а спрос крайне мал. Могу лишь предположить, что с ними тоже не будет много проблем, поскольку нагрузки существенно снижены. Не вселяет опасений и бензиновый Skyactiv-G объемом 2,5 литра, поскольку степень сжатия в нем сократили до 13.
Степень сжатия влияет на очень важный параметр в работе дизеля – задержку самовоспламенения. После впрыска топливу нужно определенное время для распыления и смешивания с воздухом. Для высокого КПД важно, чтобы смесь начала гореть максимально близко к верхней мертвой точке поршня (ВМТ). То есть впрыск нужно делать заблаговременно. Тогда вся энергия расширения газов при сгорании успеет пойти на перемещение поршня вниз.
У моторов с высокой СЖ давление и температура в ВМТ очень велики. Ранний впрыск приводит к спонтанному воспламенению смеси прежде, чем она перемешается. На выходе это дает неравномерное, «шумное» сгорание с повышенными выбросами и противодавлением движению поршня вверх. Поэтому в таких агрегатах впрыск делают более поздним. В итоге сгорание происходит после прохождения ВМТ, когда поршень уже сам идет вниз, – и часть тепловой энергии уходит впустую.
У турбодизеля Skyactiv-D с низкой СЖ давление и температура соответственно ниже. Это позволяет делать более ранний впрыск. Сгорание смеси происходит более длительно и эффективно даже вблизи к ВМТ. Результат – более высокие КПД и показатели экологичности мотора.
Технологии Mazda SkyActiv: Выше только небо
Mazda затянула с появлением собственного компактного кроссовера – конкуренты уже выпустили по второму-третьему поколению в этом сегменте. Японцы долго отмалчивались в ответ на прямые вопросы о потенциальном СХ-5. И не случайно: СХ-5 будет не просто новой моделью, но отправным пунктом новых технологий Mazda под названием SkyActiv. Это новая концепция Mazda, затрагивающая двигатели, трансмиссии, шасси и кузов. Концепция, которая стремится совместить динамичное эмоциональное вождение и экономичность, оставив при этом доступность для массового потребителя. Как это будет работать и продаваться, Mazda рассказала на техническом семинаре.
Место встречи – Большой Московский планетарий, открывшийся после 17-летней реконструкции. Само собой, место выбрано со смыслом: слоган SkyActiv – «Выше только небо» (по-английски звучит более осторожно: Sky is the limit).
Двигаться дальше необходимо. Но если большинство компаний склоняются в сторону гибридных технологий или электромобилей, которые до сих пор вызывают сомнения в своей жизненной приспособленности (затраты на производство, развитие инфраструктуры, стоимость для конечного потребителя и т.д.), маленькая, но гордая компания Mazda решила пойти по собственному пути и занялась классическими ДВС.
Расход топлива и выбросы СО2 – вот основные причины бессонницы современных автомобильных инженеров. И «маздовских» далеко не в последнюю очередь: не секрет, что ряд моделей Mazda, особенно с «автоматом», отличаются неэкономичным аппетитом.
У среднестатистического двигателя внутреннего сгорания коэффициент полезного действия составляет 35%. Потери имеют по большей части тепловую природу и зависят от системы выпуска, охлаждения, корпусных элементов двигателя и коробок передач. На эффективность работы влияет состав рабочей смеси, длительность горения, фазы газораспределения, потери на всасывание, потери на механическое трение и степень сжатия. Именно на этих шести параметрах сконцентрировались инженеры Mazda в стремлении к идеальному двигателю.
Основной параметр – степень сжатия. Степень сжатия у бензиновых двигателей составляет от 9,0 до 11,0, у автомобилей Mazda в среднем – 11,0. У спортивных автомобилей степень сжатия достигает 12,5. Очевидно, с повышением степени сжатия повышается термодинамический КПД, но это может привести к ненормальному сгоранию (детонации) и, как следствие, уменьшению крутящего момента. Для подавления детонации используется более богатая рабочая смесь и более позднее зажигание, но это приводит к ухудшению топливной экономичности и снижению крутящего момента.
Бензиновый двигатель SkyActiv-G
У бензинового двигателя SkyActiv-G степень сжатия составляет 14,0:1. Чтобы избежать детонации, инженеры Mazda разработали специальный выпускной коллектор со схемой 4-2-1 – выхлоп проходит по длинным приемным трубам и охлаждается лучше, что предотвращает возврат отработавших газов в камеру сгорания, а это приводит к снижению давления и подавлению детонации.
В днищах поршней SkyActiv-G предусмотрены выемки, которые позволяют развиваться начавшемуся сгоранию без преград. Новые топливные форсунки со множеством распылителей более качественно распределяют рабочую смесь. Система последовательного управления фазами газораспределения впуска и выпуска S-VT позволила снизить потери на всасывание. Потери на трение снизились на 30%. Облегчили двигатель – на 10%.
В результате этих модификаций крутящий момент нового бензинового двигателя по сравнению с 2,0-литровым мотором MZR с прямым впрыском увеличился на 15%, топливная экономичность – также на 15%, мощность составляет 155 л.с. Выбросы СО2 сократились на 15%. При этом автомобиль способен без проблем потреблять Аи-95.
Дизельный двигатель SkyActiv-D
У обычных дизелей высокая степень сжатия приводит к воспламенению еще до образования идеальной топливовоздушной смеси, сгорание происходит неравномерно, образуется сажа (если мало кислорода) или окись азота (если много). Однако низкая степень сжатия в дизельном моторе может привести к нестабильному сгоранию и пропускам воспламенения во время прогрева (при холодном пуске).
Инженерам Mazda удалось понизить степень сжатия 2,2-литрового дизеля MZR с 16,0:1 до 14,0:1 – самая низкая степень сжатия у дизельного мотора. В результате температура и давление в конце такта сжатия снижаются, сгорание происходит медленнее, за счет чего происходит лучшее смешение топлива и воздуха, максимальное давление в камере сгорания – на 20% ниже, чем у современных аналогов. Снизились потери на трение, поэтому появилась возможность использовать алюминий, что привело к сокращению массы мотора.
Чтобы избежать пропусков зажигания при холодном пуске, установили керамические свечи накаливания и многоточечные пьезоэлектрические форсунки, новую систему изменения степени открытия клапанов. Часть отработавших газов отправляется в соседние цилиндры.
В результате расход топлива удалось снизить на 20%, увеличился крутящий момент – при мощности в 175 л.с. он составляет 420 Н·м при 2000 об/мин. За счет установки двуступенчатого турбонаддува удалось минимизировать турбояму.
По поводу перспектив дизеля на российском рынке пока точно ничего не известно. Ни для кого не секрет, что дизельные модели многие компании в России продавать отказываются, мотивируя это низким качеством топлива. Однако, как сообщил Андрей Глазков, директор по маркетингу Mazda Motor Rus, в декабре в РФ все же привезут на испытания автомобиль с дизелем SkyActiv-D.
Что касается разработок в области гибридных технологий, то Mazda их вовсе не отвергает. Совместить электромотор с ДВС не проблема, а если обычный двигатель будет эффективнее и экономичнее, то и КПД гибридной установки тоже будет выше.
И дизельный, и бензиновый двигатели SkyActiv соответствуют экологическому стандарту Евро-6.
Автоматическая трансмиссия SkyActiv-Drive
«Самая лучшая трансмиссия – та, которой нет, как у троллейбуса» – с такой шутки начался рассказ о новых «автоматах» Mazda SkyActiv.
Идеальная автоматическая трансмиссия должна обеспечивать плавное переключение передач, мощное и ровное ускорение, быстрый отклик на педаль акселератора и, конечно, топливную экономичность.
Сегодня существуют три основных типа «автоматов»: роботизированная КПП с двумя сцеплениями, бесступенчатый вариатор CVT и традиционный «автомат» с гидротрансформатором. Японцы и здесь решили пойти по собственному пути.
За основу взяли шестиступенчатый «автомат»: гидротрансформатор с широчайшим диапазоном блокировки для всех шести ступеней. Если в обычной автоматической трансмиссии гидротрансформатор заблокирован 64% времени, то в SkyActiv-Drive – 89%. Обычно увеличение диапазона блокировки гидротрансформатора приводит к ухудшению показателей шума, вибраций и плавности работы. SkyActiv-Drive использует гидротрансформатор только в зоне очень малых оборотов, его размеры были уменьшены, а на освободившееся место установили более крупный демпфер и многодисковую муфту блокировки с поршневым приводом.
Расход топлива удалось снизить на 4-7%. «Автомат» SkyActiv-Drive будет предлагаться как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями.
Механическая трансмиссия SkyActiv-MT
За образец идеальной механической трансмиссии Mazda принимает коробку родстера MX-5. И не поспоришь: работать с ней – сплошное удовольствие. Первое – сократили до 45 мм ходы рычага КПП, уменьшили сопротивление движению рычага – передачи включаются четко и эмоционально. Основные отличия конструкции – укороченный промежуточный вал и отсутствие отдельной оси для шестерни передачи заднего хода; вес снизился на 7-16% (в зависимости от двигателя).
SkyActiv-Body и SkyActiv-Chassis: кузов и шасси
Основная задача при работе над кузовом и шасси – снижение веса. Более легкий автомобиль при тех же технических составляющих обладает лучшей разгонной и тормозной динамикой и большей маневренностью и, само собой, лучшей топливной экономичностью.
Позволить себе использовать для облегчения конструкции дорогостоящие алюминий и углепластик Mazda не могла – это бы отразилось на потребительской стоимости машин.
Конструкция кузова SkyActiv-Body состоит практически из одних прямых элементов, переходящих один в другой. Новые поперечные элементы подрамников повышают жесткость кузова. На жесткость кузова также играет увеличение числа сварочных точек. Брусья крыши соединяются при помощи клея, так что узел подается как единый компонент. Доля высокопрочных сталей выросла с 40% до 60%.
Что касается шасси, то тут Mazda снова пытается добиться идеала и минимизировать конфликт интересов: совместить отличную управляемость, азартное вождение, устойчивость и высокий уровень ездового комфорта. В настоящее время модели Mazda жертвуют комфортом в пользу управляемости.
SkyActiv-Chassis получило новое рулевое управление с электроусилителем, иную геометрию элементов задней подвески; увеличены степень демпфирования амортизаторов и жесткость верхних опор.
В результате доработок кузов удалось облегчить на 8%, шасси – на 14%.
Все технологии SkyActiv серийно впервые будут применены в компактном кроссовере СХ-5. Автомобиль будет представлен на автошоу во Франкфурте, а европейские продажи начнутся именно с России – уже в начале 2012 года. К нам привезут автомобили с 2,0-литровым бензиновым мотором, агрегированным с «механикой» или «автоматом» и передним приводом, и с 2,0-литровым бензиновым мотором с «автоматом» и полным приводом. Насчет дизелей, напоминаем, пока ничего не решено, в декабре привезут испытательный образец. Стоимость автомобиля пока не сообщается, но, как отметил Андрей Глазков, цена СХ-5 будет на уровне конкурентов – VW Tiguan, Toyota RAV4 и других кроссоверов.
