Новые двигатели SkyActiv-G (Mazda 3)
Под капотом недавно презентованной на Франкфуртском автосалоне Mazda 3 нового поколения по заявлению японских инженеров находится целый комплекс новейших технологий, воплощенных в семействе моторов SkyActiv. Базовые объемы этих бензиновых двигателей составляют 1,5 и 2,0 литра. Это смесь экономичности, надежности и мощи, – по крайней мере, так позиционируют эти моторы потребительской аудитории. А отличаются ли они от своих конкурентов?
Рекордная степень сжатия у упомянутых моторов – наиболее веский аргумент. Данная характеристика у агрегатов с индексом G составляет 14:1, т.е. почти, как у дизелей. Следствием этого стало уменьшение расхода топлива и повышение КПД двигателя. Однако, каким образом при «дизельной» степени сжатия японцам удалось избежать детонации топлива, характерной для столь высокого давления?
Инженеры компании создали инновационную систему питания с плавным программируемым рассредоточением топлива по камере сгорания, благодаря которой детонация никоим образом не возникает. Зато расход топлива уменьшен на целых 15%, а крутящий момент увеличен до 150 Нм (1,5 л) и до 210 нМ (2,0 л).
Газораспределительный механизм (ГРМ). У двигателей SkyActiv имеется механизм изменения фаз газораспределения, который, похоже, становится нормой у современных ДВС. В сочетании с увеличенной степенью сжатия данная система позволила обеспечить гибкую рабочую характеристику силовых агрегатов и поддерживать высокий крутящий момент в диапазоне 2500-5600 об./мин. Контроль продолжительности открытия клапанов существенно уменьшает потери во время впускных фаз (насосные потери).
Выхлопная система, разработанная для совмещения с новыми моторами SkyActiv, имеет спортивную конфигурацию 4-2-1, при которой обеспечивается эффективная вентиляция цилиндров и, как следствие, полное удаление отработанных газов. В результате в цилиндры засасывается больше воздуха, а значит, больше кислорода, необходимого для эффективного сжигания топлива. Кроме того, продувка цилиндров способствует лучшему их охлаждению, что для теплонагруженного мотора является большим преимуществом. Данную особенность новые моторы приобрели, благодаря компьютерной программе, просчитавшей оптимальную геометрию каналов выпускного коллектора. Таким образом, в выпускном тракте создается мощный поток газов, который увлекаемый силами инерции выполняет продувку каждого цилиндра поочередно, по мере открытия их выпускных клапанов.
Масса поршней и шатунов в моторах SkyActiv снижена на 20-30%, что привело к существенному снижению потери энергии внутри двигателя. Облегчить детали позволили уже описанные выше технологии. Технологические изменения коснулись и поршневых колец. Новые кольца изготовлены из специально разработанных сплавов, кроме того, значительно изменена их геометрия. Особые материалы использованы и при изготовлении поршней. На их юбки в зоне контакта с гильзой нанесено антифрикционное покрытие, что позволило снизить трение на 30%.
Форма поршня весьма необычна, в частности его днище. В его центре сделано специальное углубление, которое способствует максимально плавному распространению топливовоздушной смеси по камере сгорания. Геометрия этого углубления тоже просчитывалась компьютером. Искусственному интеллекту оказалось под силу сконструировать такой поршень, который своей формой препятствовал бы возникновению потенциальных очагов самовоспламенения топлива до его зажигания искрой.
Искать особую форму поршня заставило все то же увеличение степени сжатия. Детонационные явления, которые неизбежно бы возникли при работе двигателя на 95-ом бензине, сделали бы работу мотора с такой степенью сжатия саморазрушающей. Однако специальный поршень решил все проблемы, и круг замкнулся. В итоге произошел очередной виток эволюции японских бензиновых моторов.
Сегодня можно уже без преувеличения сказать, что в моторы семейства SkyActiv действительно являются экстрактом самых передовых технологий машиностроения. А их японская принадлежность гарантирует надлежащее качество воплощения этих технологий в жизнь.
