Двигатели SKYACTIV — особенности работы

Следующие моторы Skyactiv используют новые принципы

Первая информация о моторах Skyactiv (тогда ещё просто Sky) появилась в 2010 году. Сейчас скайактивные технологии — это и платформы, и силовая структура кузова, и двигатели, и коробки передач. Удивительно, но менее чем через четыре года японцы заговорили о новом витке развития: двигателях Skyactiv второго поколения.

Своими двигателями Skyactiv-G кудесники из Мазды уже удивили мир. Степень сжатия 14:1 — это очень много по меркам гражданских бензиновых моторов. Инженерам пришлось немало попотеть над обеспечением устойчивого горения смеси, подавлением детонации, температурным балансом. А что тогда говорить о моторах Skyactiv-G Generation 2? В них степень сжатия достигнет 18:1! И это на обычном бензине.

Столь высокая степень сжатия выбрана потому, что во втором поколении скайактивных агрегатов японцы намерены применить воспламенение однородной смеси от сжатия (Homogenous Charge Compression Ignition — HCCI). То есть это будут бензиновые моторы, работающие по принципу дизеля. Они должны совместить плюсы двух циклов. Сама идея HCCI не нова. Например, ещё семь лет назад эксперименты с HCCI проводил GM, и такой же агрегат под названием DiesOtto испытывала тогда компания Mercedes-Benz. Но никто ещё не довёл этот принцип до серийного воплощения.

В 2007 году немцы водрузили мотор DiesOtto под капот концепта Mercedes-Benz F 700. Автомобиль набирал сотню с места за 7,5 с, максималка составляла 200 км/ч (ограничена электроникой), а средний расход топлива — 5,3 л/100 км. Шикарно для машины длиной 5,18 м.

Дело в том, что хотя HCCI и сулит тридцатипроцентное снижение расхода горючего против нынешних двигателей, обеспечить нужные параметры горения смеси в таких моторах ещё сложнее. Пока у Мазды опытные двигатели HCCI устойчиво работают только до 50% от максимальной мощности. Выше приходится активировать сохранённые свечи зажигания (к аналогичному решению пришли в GM и Мерседесе). Если такой мотор удастся сделать серийным, то некая усреднённая легковушка будет выбрасывать углекислый газ в количестве 80 г/км, уверяют японские разработчики.

Мерседесовская «турбочетвёрка» DiesOtto 1.8 была оснащена непосредственным впрыском и механизмом изменения фаз газораспределения. Она развивала 238 л.с. На F 700 в паре с ней работал 20-сильный электромотор. Суммарный крутящий момент силовой установки достигал 400 Н•м.

Одновременно специалисты Мазды работают над третьим поколением моторов Skyactiv. Они будут использовать принцип адиабатического сгорания (без потерь тепла), что сулит сокращение расхода против Skyactiv-G Generation 2 на 30%. Для этого надо не только иначе организовывать смесеобразование, но и материалы цилиндров и камер сгорания должны быть иными (наверняка придётся задействовать керамику). Как и в случае с HCCI, речь не идёт об изобретении чего-то нового. С керамическими адиабатическими моторами разные компании (в частности Isuzu) экспериментировали ещё четверть века назад, но столкнулись с рядом проблем. Так что задача Мазды: известный принцип довести до ума и далее до серии.

Последний пример подхода Мазды к «зелёной» теме — мотор Skyactiv-CNG, потребляющий бензин и метан. Сжатый природный газ — один из путей повышения экологичности автомобиля без внедрения гибридной установки. Кстати, Mazda не намерена предлагать гибриды в Европе по меньшей мере до 2020 года, хотя на домашнем рынке у неё такие модели есть.

Йоахим Кунц, старший менеджер европейского исследовательского центра Мазды, утверждает: «Если дополнить моторы Skyactiv-G Generation 3 умеренной гибридной установкой на основе системы рекуперации энергии i-ELOOP, то можно сократить выбросы углекислоты до 50 г/км без полноценной гибридной начинки и тяжёлых батарей». А это сопоставимо с показателями чистых электромобилей с учётом выработки электричества на тепловых электростанциях. Моторы Skyactiv-G Generation 2 должны появиться на Маздах следующего поколения. То есть они попадут в серию до конца текущего десятилетия. Про Generation 3 говорить слишком рано, впереди тут много исследований.

Насколько надежна Mazda CX-5: двигатели SkyActiv и вопросы к электрике

CX-5 – не только первый кроссовер Mazda, но и первая модель, созданная по новой концепции: новые двигатели, новая дизайнерская философия и новый ответ тенденциям времени. Последние связаны с тем, что наигравшись в роторные двигатели, Mazda стала перед выбором – идти по европейскому пути, разрабатывая маленькие турбомоторы с роботизированными коробками передач, или же остаться верной традиционным технологиям.

Удивительнее всего то, что японцы решили совместить первое со вторым. Так появилась линейка двигателей SkyActiv.

Основная фишка в том, что японцы остались верны атмосферным моторам и классическим автоматам, но внедрили туда все возможные технологии, которые позволили довести и показатели мощности, и показатели экономичности, а также экологичности до всех требуемых стандартов. С одной стороны, привычные двигатели и коробки были тепло встречены на консервативных рынках, в том числе, российском – Mazda CX-5 уверенно держится в топ-25. С другой, в душе таились подозрения, насколько сверхтехнологичные моторы выдержат наши условия эксплуатации. Поскольку первым образцам Mazda CX-5 исполнилось уже по 7-8 лет, самое время подвести первые итоги.

Итак, на российском рынке CX-5 присутствует с 2011 года с тремя двигателями – бензиновыми 2.0 и 2.5, а также с турбодизелем объемом 2.2 литра. Престижный японский автомобиль очень ликвиден, а потому цена держится даже на самые первые экземпляры с пробегом за 150 000 км. Дешевле чем за 700 000 рублей найти кроссовер удастся вряд ли. Самые свежие пострестайлинговые образцы первого поколения 2017 года до сих пор стоят по 1,7-1,8 млн рублей. Но смысла в такой покупке немного, поскольку можно рассматривать уже новые CX-5 второго поколения. В целом, поиск достойного экземпляра нужно начинать, имея в кармане около миллиона рублей.

Львиная доля CX-5 была продана с бензиновыми атмосферниками SkyActiv 2.0 и 2.5. Двигатели технически схожи и кроме объема отличаются только конструктивными нюансами отдельных элементов. Главная “фишка” моторов – невероятно высокая степень сжатия 14:1 и 13:1, соответственно, а также облегченная поршневая группа, благодаря которым удалось достичь хороших показателей экономичности без потери мощности.

Правда экономичность только топливная, а вот расход масла у обоих моторов повышенный, так что следить за уровнем нужно внимательно, иначе двигатель можно загубить. Внимание к топливным форсункам, приводному ремню и катушкам зажигания. Первые быстро забиваются из-за некачественного топлива, в механизме второго слаб пластиковый ролик, который лучше сразу менять на более качественный аналог, а катушки сами по себе оказались недолговечны и менялись в свое время по гарантии. Кстати, свечи для моторов SkyActiv в силу их специфики рекомендуется использовать только оригинальные.

Еще одна встречающаяся особенность моторов – старт со второй-третьей попытки. Проблема не страшная и решается обновлением программного обеспечения.

А вот “скайактивный” дизель 2.2 оказался неудачным, благо спрос на такую версию в России был минимальным – менее 10% версий. У мотора две главные проблемы – ненадежный вакуумный насос и хлипкие крепления топливных форсунок. Из-за разрушения насоса в двигатель попадают его металлические осколки и опилки, которые забивают масляные каналы, что приводит к кончине мотора – в свое время маздавские дизеля даже меняли по гарантии в сборе.

Из-за слабых креплений форсунки выбивает из посадочных мест, после чего на этом месте начинает скапливаться нагар, а далее снова забиваются масляные каналы и снова начинается масляное голодание, приводящее к тяжелым последствиям.

В результате массы отзывных и гарантийных случаев компанией Mazda было принято решение снять дизель с российских поставок.

На Mazda CX-5 устанавливалось три коробки передач – одна механическая и два автомата. Механика – большая редкость в силу того, что ставилась она только на базовую переднеприводную версию, которую никто не покупал, так что каких-то проблем с ней не зафиксировано в силу минимального распространения.

Разные автоматы предназначались для бензиновых и дизельных версий. Как назло, более мощная и выносливая коробка серии GW ставилась именно на дизель, где на фоне проблем с мотором зарекомендовала себя с самой лучшей стороны – владельцы не отмечают вообще никаких нареканий.

А вот более простой автомат серии FW отметился одной, но серьезной проблемой – повышенным износом муфты заднего хода, стружка от работы которой забивает гидросистему. Избежать проблемы можно перепрошивкой софта и регулярной сменой исключительно оригинального масла Mazda.

Что касается полного привода, то при регулярных вылазках на бездорожье страдают подушки муфты, угловой редуктор, подтекают сальники, а также встречаются повреждения манжеты между автоматом и раздаткой.

Mazda CX-5, несмотря на независимые схемы подвесок, имеет похвальный ресурс почти всех деталей. Основные элементы без проблем выхаживают 100 000 км, а, например, сайлент-блоки рычагов не меняются вдвое больший период. Вопросы могут вызвать разве что ступичные подшипники или поврежденные неаккуратной ездой пыльники амортизаторов.

На начальном этапе подкачали рулевые тяги, которые быстро начинали люфтить – их меняли по гарантии. Пропуск проблемы через некоторые время мог привести к выходу из строя рулевой рейки – тяги задевали за ее кожух.

Распространенная проблема на Mazda CX-5 – сбой работы системы StartStop, которая глючила из-за различных проблем со специальным аккумулятором. За его работоспособностью нужно следить. Глюки электрооборудования – повод проверить машину на кузовной ремонт: неаккуратная перетяжка магистралей проводов приводила к проблемам. Кстати, сбои навороченных радарных систем, установленных под потолком – следствие плохо установленного лобового стекла. Кроме того, у CX-5 и без этого регулярно отказывала камера заднего вида и электроприводы зеркал.

Что же до кузова и салона, то единственной проблемой может стать тонкий слой краски, подверженный царапинам и сколам. В остальном машина сделана очень качественно как снаружи так и внутри, причем вне зависимости от страны сборки.

Mazda CX-5 очень достойный претендент на покупку, качество которого оправдывается повышенной ценой. Однако несколько моментов нужно знать обязательно.

Во-первых, сразу игнорировать дизельные версии, во-вторых, проверить работоспособность автомата: любые стуки, толчки и посторонние звуки в нем – повод отказаться от экземпляра.

В-третьих, проверить машину у дилера на прохождение всех возможных отзывных кампаний, коих было немало: обновленный и “прошитый” кроссовер – залог дальнейшей беспроблемной жизни.

Ну и последняя рекомендация – уже после покупки не пожалейте средств застраховать CX-5 по КАСКО. Увы, кроссовер от Mazda регулярно попадает в лидеры рейтингов угонов.

Вся суть работы нового двигателя SkyActiv-X от Мазда

Как работает сжатие в двигателе будущего от Mazda

Новый мотор SkyActiv-X от Mazda противоречит всем правилам, на которых построена работа бензиновых двигателей. Его работа основана на использовании наддува с целью повышения эффективности, а не для увеличения мощности. Тут коэффициент сжатия составляет 16: 1 (такое соотношение показал прототип), но работает агрегат на топливе с октановым числом 87.

Описание технологии сложно для восприятия и запутанно, и становится еще труднее при более глубоком ее изучении. Mazda делает то, о чем почти каждый автопроизводитель думал, исследовал и, конечно же, желал иметь на вооружении, но по-прежнему не мог отказаться от свечей зажигания.

Система запуска с искровым контролем (SPCCI) – это новый метод сжигания, который позволяет бензиновым двигателям работать на воспламенении от сжатия. Другими словами, тут применяется методология сгорания дизельного двигателя с использованием синхронизации бензинового двигателя.

Основная идея – получить идеальный мотор, который обеспечивает мгновенное сгорание топлива с эффективным отведением тепла и нулевым трением. Этого невозможно пока достичь на практике, но японский бренд стал намного ближе к желаемому идеалу. Миссия Mazda – внедрить в бензиновые двигатели зарядное зажигание (HCCI) для максимальной эффективности.

Его суть заключается в том, что во время такта сжатия поршень перемещается вверх к головке цилиндра, увеличивая давление и температуру воздушно-топливной смеси, содержащейся внутри. Давление и температура поднимаются так высоко, что даже без свечи зажигания бензин начинает испаряться, когда поршень приближается к верхней точке своего хода. Полное сгорание происходит одновременно очень быстро и все давление, создаваемое при этом, превращается в полезную работу, заставляя поршень двигаться вниз. Так выглядит технология в теории. Реальность же не такая радужная и идеальная.

Технологические особенности воспламенения сжатием

Проблема с HCCI заключается в том, что существует очень узкий диапазон оборотов и положения дроссельной заслонки, при которых возможно применение технологии. Она работает лучше всего при небольшой нагрузке на двигатель и умеренно низких оборотах. Вне этого диапазона время горения является хаотичным и трудно контролируется.

Если детонация возникает не по нормативам, предусмотренным техническими параметрами, то в лучшем случае теряется эффективность, в худшем – уничтожается двигатель. Итак, есть 2 опорных момента:

1. Существует узкий диапазон, в котором возможно применение HCCI.
2. Вне этого диапазона требуется искровое зажигание.

Так, появляется необходимость решения задачи легкого переключения между искровым зажиганием и воспламенением от сжатия.

Но что, если не нужно полностью переключаться? Что, если всегда использовать свечу зажигания? Это именно то, что сделали инженеры Mazda. В диапазонах, где воспламенение от сжатия невозможно, двигатель SkyActiv-X работает как любой другой бензиновый агрегат. Поршень перемещается вверх, сжимая воздушно-топливную смесь до верхней мертвой точки, где свеча зажигает смесь, а пламя движется наружу, толкая поршень вниз, создавая ход мощности.

Когда это возможно, двигатель работает так же, как дизельные двигатели, хотя и с предварительно смешанным топливом, и с прямым впрыском топлива. Воздух при поступлении закручивается, создавая однородную среду, когда поршень достигает вершины своего хода. В идеале соотношение воздух-топливо в этот момент составляет около 37: 1. Это примерно как и у традиционных бензиновых двигателей. Здесь прямая топливная форсунка уменьшает подачу бензина, понижая соотношение воздух-топливо к подходящему для свечи зажигания показателю примерно до 29: 1.

Эти две отдельные области смешения играют важную роль. По мере того, как поршень движется вверх, топливо становится опасно близким к воспламенению от тепла и давления от сжатия (следует понимать, что это обычное октановое топливо с коэффициентом сжатия 16: 1). Перед детонацией смеси активируется свеча. Более разряженная область воздуха рядом с пробкой сгорает, создавая небольшое расширяющееся воспламенение.

При дополнительном давлении от этого возгорания окружающий очень сухой воздух не может больше оставаться в изначальном состоянии. Почти мгновенно вся смесь взрывается. И тут разработка Mazda приобретает такой смысл — использовать свечу зажигания для оптимального времени горения и применять компрессионное воспламенение, чтобы получить невероятно высокую эффективность.

Но как насчет нагнетателя, низкооктанового топлива и любого цикла Миллера? Все, что сначала кажется противоречивым, имеет рациональное объяснение.

Изучение системы подачи воздуха высокой мощности от Mazda

Mazda уклоняется от того, чтобы нагнетатель, которым комплектуется двигатель SkyActiv-X, называть корневым. Специалисты предпочитают говорить об этом как о «системе подачи воздуха высокой мощности», но в действительности это и есть нагнетатель корневого типа.

Инженеры и представители марки не хотят называть все своими именами, так как нагнетатели обычно связаны с лошадиной силой, а не с эффективностью. В этом случае агрегат используется для экономии топлива, снижает температуру горения, уменьшает выбросы и потери тепла на цилиндр, повышает КПД двигателя.

Стандартное октановое число соответствует соотношению сжатия 16: 1.

Если бы у Mazda был независимый технологический путь развития, то в двигателях SPCCI использовалось бы топливо с октановым числом – 80, а не элитарное с показателем 87. Причина тут очевидна, технология сжатия завязана на детонации.

Важно понимать, что такое воспламенение означает самопроизвольное возгорание топлива. Использование низкооктанового бензина в этом случае затруднит горение. Чем более чувствительным является топливо к изменениям давления, тем легче Mazda контролировать момент его возгорания от свечи зажигания.

Мощный цикл Миллера

Цикл Миллера (синоним современного цикла Аткинсона) – это трюк, используемый на современных двигателях для повышения эффективности. Идея состоит в том, чтобы оставить впускной клапан открытым для части хода сжатия, выталкивая часть воздуха и топлива из цилиндра назад.

Это снижает эффективную степень сжатия и вместе с относительно высоким коэффициентом расширения уменьшает расход топлива. Но Mazda использует цикл Миллера из-за крутящего момента. Тут двигатель достигает максимальной мощности при большой экономии топлива именно благодаря нагнетателю.

Впускной клапан позволяет воздуху выходить во время сжатия, чтобы гарантировать, что детонация не будет выполняться с использованием чрезвычайно высоких коэффициентов сжатия. Много воздуха, плюс высокооктановое топливо для двигателя, и водитель наслаждается стремительно сливающейся впереди дорогой при небольшом расходе бензина на высоких оборотах. Теперь понятно, что в основе двигателя будущего лежит эффективный нагнетатель и мощность.

Видео на тему работы нового двигателя, включаем субтитры, перевод, и наслаждаемся техническими особенностями (для автогурманов):