Японский инжиниринг, или Как достигать нереальных целей?

Для начала все таки проясним, что же имеется в виду, когда звучит название SKYACTIV. Под этим именем собран комплекс технологических решений бренда Mazda по улучшению эффективности и снижению расхода топлива. Если быть точным, то SKYACTIV включает революционные моторы, высокоэффективные трансмиссии с низкими потерями, облегченные кузова с повышенной жесткостью, новые подвески. Но больше всего мир покорили именно технологии, примененные в новом поколении бензиновых моторов Mazda SKYACTIV-G.

Семейство моторов SKYACTIV состоит из бензиновых агрегатов SKYACTIV-G (от Gasoline), и дизельных SKYACTIV-D (соответственно Diesel). Разберемся подробнее в том, что именно революционного сделали японские инженеры в бензиновых моторах.

Когда перед японскими инженерами поставили задачу создать новое поколение моторов, которые будут мощнее, экономичнее и экологичнее прежних, те приняли не простое решение. Вместо того, чтобы как европейские коллеги устремиться к уменьшению объемов моторов и выжимать из них «все соки» при помощи турбин и компрессоров маздовские гуру решили не отказываться от полноразмерных атмосферных агрегатов. Они, по японской традиции, решили просто довести до совершенства то, что уже есть.

Чтобы сделать атмосферные (то есть те, что не имеют турбонаддува) моторы более эффективными японцы вынуждены были поставить перед собой нерешаемую задачу критично повысить степень сжатия. Поставить и выполнить. Известно, что дизельные моторы имеют больший КПД, чем бензиновые. Одна из причин в более высокой степени сжатия. То есть, в том, во сколько раз сжимается топливная смесь в цилиндре. Обычно бензиновые безнаддувные агрегаты имеют степень сжатия от 9:1 до 11:1. А турбированные и того ниже. Больше не позволяет возникающая детонация. Казалось бы, вывод очевиден . Из всего этого инженеры Mazda сделали свое умозаключение. Если все решили не повышать степень сжатия, то маздовцы принялись бороться с детонацией, чтобы достичь нужных показателей сжатия. И вот что они сделали.

Камера сгорания

Для начала они уменьшили камеру сгорания. В бензиновых моторах SKYACTIV-G подошва поршня не плоская, а с коническим выступом и углублением на пике возле свечи зажигания. Это обеспечивает не только высокую степень сжатия, но и концентрацию топливной смеси вокруг свечи и лучшую и более равномерную ее воспламеняемость.

4:2:1

В обычных моторах выхлопные газы на высоком давлении вылетают из цилиндров. А в высокофорсированных моторах, выходя из разных цилиндров, выхлопные газы как будто толкаются на выпуске, создавая лишнее давление и сопротивление. С этим поборолись в автоспорте, создав выхлопной коллектор, где выхлопные патрубки от всех цилиндров не сразу соединяются в один, а “паруются” по схеме из четырех в два патрубка, а потом из двух в один. За счет большей длинны и особой геометрии в таком коллекторе создается не избыточное давление газов, а напротив — разрежение, что обеспечивает лучшее проветривание цилиндров и снижает в них температуру. А это, в свою очередь, тоже снижает вероятность возникновения детонации.

Непосредственный впрыск

При высокой степени сжатия очень важна точность расчета порции подачи топлива, ее хорошее распыление и время процесса. Для того, чтобы это обеспечить применили непосредственный впрыск топлива прямо в камеру сгорания. Топливо в системе подается под огромным давлением в 200 бар. А за хорошее смесеобразование отвечают форсунки с шестью отверстиями, через которые распыляется топливо. За счет такого впрыска еще и обеспечивается дополнительное охлаждение камеры сгорания, что также снижает риск возникновения детонации

Отто+Аткинсон

Кроме всем хорошо известного цикла Отто для моторов внутреннего сгорания изобретали еще массу других. Наиболее успешный альтернативный цикл — Аткинсона. Он отличается от классического тем, что обеспечивает снижение насосных потерь. Этого достигают за счет того, что на такте сжатия впускные клапаны закрываются не полностью, позволяя вытолкнуть часть газов. Тем самым получается снизить насосные потери. Но обеспечивая экономичность при низких нагрузках этот цикл не позволяет развивать высокую мощность и момент на пиковых режимах.

Поэтому, за счет применения системы изменения фаз газораспределения, инженеры Mazda «втиснули» в один мотор два цикла ГРМ. На низких нагрузках мотор работает по Аткинсону, позволяя экономить. Но со средних оборотов газораспределительный механизм переходит в традиционный алгоритм с полным закрыванием клапанов, что дает возможность достигать максимальной степени сжатия в 14:1 и пиковых значений крутящего момента и мощности.

Легче и быстрее

Чтобы меньше расходовать энергии на инерцию и борьбу с внутренним трением в моторе инженеры сделали поршни на 20% (!) легче. А за счет применения нового масляного насоса и оптимизации подачи смазки трение в моторе снизили на 30%!!!

Сложно! Надежно?

Даже просто дочитать статью обо всех ухищрениях, примененных в современных моторах Mazda SKYACTV-G, не так уж легко. А представьте, сколько сил ушло на их создание! Но самое прекрасное во всех этих нововведениях - это два нюанса. Во-первых, такая непростая схема оказалась очень надежной. С 2011 года, когда появились эти моторы, так и не выявлено по-настоящему слабых мест. А ,во-вторых, хотя лишь по счету а не значению, - то, что владельца все эти конструктивные подробности совершенно не должны волновать. Он видит только результат. А это 15% экономии топлива и 15% роста крутящего момента.

Не впечатляет? А если так: при объеме 2,5 л и мощности 192 л.с. Mazda CX-5 с полным приводом и автоматической коробкой передач расходует менее 10 л/100 км пути в городе. Так ведь впечатляет?