logo1

logoT

 

Скайактив что это


Двигатели Skyactiv: перестройка

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 немного. 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).

Степень сжатия — это отношение объема пространства над поршнем в его нижней мертвой точке (объем цилиндра и камеры сгорания) к объему пространства над ним в его верхней мертвой точке (объем камеры сгорания). Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндре. От этого параметра зависят термический КПД двигателя и его мощность.

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.

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.

Новшество в масляной системе — насос с регулировкой давления в двух диапазонах (в зависимости от режима работы мотора), необходимый для снижения гидравлических потерь. Чтобы снизить механические потери и потери на трение, инженеры стремились максимально облегчить элементы двигателя — в этом японцы пошли по стопам европейских коллег. Под нож попал весь кривошипно-шатунный механизм: поршни, шатуны и коленвал.

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 СО 2 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 НЕВЕСОМОСТИ

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.

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.

В целом картина с новым дизелем отраднее, чем с бензиновым мотором. Он усложнился и попал под нож облегчения, зато уменьшение СЖ серьезно снизило нагрузки на все узлы.

ЛЕГКО В БОЮ

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.

ДИЗЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ

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.

Благодарим за помощь в подготовке материала техцентр «Мэйджор Авто» (18‑й км МКАД).

Двигатели Skyactiv: перестройка

www.zr.ru

Технология Скайактив от Мазды – новый взгляд на автомобили

На волне, пришедших, а автомобилестроение, инноваций, желание японского автоконцерна Мазда сделать что-то более значимое, чем у конкурентов, понятно. И если многие компании направили свои усилия в разработку чего-то кардинально нового – двигателей на альтернативном виде топлива, то, Mazda, в свою очередь, решила улучшить то, что сейчас находится на рынке.

Однако, как это часто бывает, «немного доработать» не всегда даёт тот эффект на который рассчитываешь. В результате, свет увидела технология, которая воплотила в себе как улучшенные, так и созданные с нуля, компоненты.

Оглавление:

Что это за системаКомпонентыЗаключение

Что это за система

Скайактив это комплексный подход к созданию экономичного, скоростного, экологичного и динамичного автомобиля. Для достижения поставленных целей инженерам Mazda пришлось разрабатывать и воплощать идеи, являющиеся инновационными, а это влечёт за собой большие экономические риски. Однако, в конечном итоге, всё получилось, как и задумывалось.

Компоненты

Что включает в себя технология Скайактив

Скайактив сочетает в себе механику, электронику и программное обеспечение. Ведь только такой, обширный подход, может дать значительные улучшения и возведение автомобилей от компании на качественно новый уровень. Одним из таких автомобилей является новая Мазда 6 2014 года, которая уверенно рвется в лидеры класса.

Основными компонентами Скайактив являются:

  • Двигатель SkyActiv-G – изюминкой этого компонента является самая высокая, для бензиновых моторов, степень сжатия горючей смеси.

    Этот показатель описывает КПД мотора, чем он выше, тем большая часть энергии горения расходуется на пользу.

     

    Но, химия этого процесса весьма сложна, и потому нельзя просто сильнее сжимать смесь в камере сгорания двигателя, потому что это приводит к проблемам раннего возгорания горючей смеси и бессмысленного расхода энергии.

    Все эти проблемы были с успехом решены с помощью использования более устойчивых материалов, а также изменения внутреннего устройства силового агрегата.

    Дополнительным плюсом лучшего сгорания топлива явилось существенное уменьшение расхода топлива, а также сокращения ядовитых выбросов. Новые материалы конструкции стали причиной уменьшения общего веса мотора.

    Как работает SkyActiv-G видео

  • Двигатель SkyActiv-D – дизельный мотор, созданный по технологии SkyActiv. В отличие от бензинового силового агрегата, степень сжатия в таком двигателе очень высока, потому как в камере сгорания этого мотора воспламенение смеси дизельного топлива с кислородом происходит от сжатия, а не от искры, как в бензиновом.Следствием такой технологии является использование очень прочных и тяжелых материалов, что ведёт к увеличению общего веса.Но нельзя просто взять и уменьшить сжатие, потому как это приведёт к неравномерному, неполному сгоранию и, как следствие, низкому КПД и большому количеству вредных выбросов.

    В Мазде смогли решить эту проблему. Создали дизельный мотор, с самой низкой, для дизелей, степенью сжатия, а также решили проблему неполного сгорания путём изменения конструкции. Кроме того, уменьшенное давление позволило использовать лёгкий алюминий, что сократило массу.

  • Шасси и кузов – ещё один компонент технологии Скайактив. Геометрические изменения кузова позволили сделать его крепче и, как следствие, безопаснее. А использование лёгкой и прочной стали уменьшило общую массу.Эффект таких изменений выражается в большей сопротивляемости кузова при ударе, а также повышением управляемости автомобиля в целом. Что, в совокупности, повышает удобство и безопасность. 

    Кузов созданный по технологии SkyActiv видео

  • Трансмиссия – Скайактив не оставила без внимания и ходовую часть. Объединив всё лучшее от автоматической и механической коробки передач, Мазда получила 6-ти ступенчатую АКПП, которая мягко стартует и очень отзывчива на больших скоростях.Для большей отзывчивости используется новый блок управления со специально разработанным программным обеспечением.

    Приятным дополнением нового автомата, стало сокращение расхода топлива.

    Для любителей механики, Мазда создала новую шестиступенчатую механическую коробку, с самым коротким ходом рычага.

    Те, кто ездил на Mazda MX-5, знают все достоинства её МКПП, так вот новая механика от Скайактив, это улучшенная коробка от МХ-5.

  • i-ELOOP – система восстановления потерянной энергии. Что это значит?Во время торможения большая часть энергии от двигателя уходит к генератору, заряжающему аккумулятор, потому как расходовать на движение её нельзя. На первый взгляд всё хорошо, но проблема в том, что зарядка аккумулятора это медленный процесс и в результате, тех коротких мгновений торможения, ни на что не хватает.Mazda нашла выход из этой ситуации – использование конденсатора.

    Конденсатор это аккумулятор с возможностью зарядки за доли секунды, его минусом является быстрая потеря заряда, но в данном случае нам и не надо хранить энергию.

    Во время торможения энергия выделяемая двигателем заряжает конденсатор и от него уже распределяется на все электросистемы автомобиля. Таким образом, она никуда не теряется и вся идёт в дело.

Заключение

Подводя итоги, хочется сказать, что технология от японской компании, обещает нам значительный скачок в развитии автомобилестроения. Скайактив открывает новые горизонты, делая обычные автомобили необычными, сокращая расход топлива и сохраняя окружающую среду.

Мы немного разобрались в том, что это за технология SkyActiv и я надеюсь что это поможет вам при выборе авто.

А пока что, Мазда анонсирует выход нового поколения Скайактив, которое даст нам ещё более улучшенные показатели.

Опубликовано: Июль 19, 2014

Была ли эта статья для вас полезной? (5 голосов(а), среднее: 4,20 из 5)

Поделись статьей с друзьями!

avtocore.com

Двигатели Skyactiv: перестройка — DRIVE2

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.

Новшество в масляной системе – насос с регулировкой давления в двух диапазонах (в зависимости от режима работы мотора), необходимый для снижения гидравлических потерь. Чтобы снизить механические потери и потери на трение, инженеры стремились максимально облегчить элементы двигателя – в этом японцы пошли по стопам европейских коллег. Под нож попал весь кривошипно-шатунный механизм: поршни, шатуны и коленвал.

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 НЕВЕСОМОСТИ

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.

В целом картина с новым дизелем отраднее, чем с бензиновым мотором. Он усложнился и попал под нож облегчения, зато уменьшение СЖ серьезно снизило нагрузки на все узлы.

ЛЕГКО В БОЮ

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.

ДИЗЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ

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.

www.drive2.ru

Технологии SkyActiv в моторах Мазда

21.03.2018

Современные автопроизводители вынуждены работать в жестких условиях конкуренции, постоянно ужесточающихся экологических норм, дорожающего топлива и повышающихся требований клиентов. Чтобы соответствовать всему этому автогигантам и компаниям поменьше приходится совершенствовать свои технологии или создавать новые, которые помогают им представлять своим клиентам лучшие характеристики автомобилей, за которые их и выбирают. Однако, большую часть успеха сейчас делает маркетинг, который иногда своим инструментом выбирает преувеличение положительных качеств, и умалчивание о недостатках, поэтому, для правильного выбора в пользу определенного бренда, иногда, нужно больше информации, чем есть в рекламных буклетах и роликах, посвященных новому автомобилю.

Не так давно на рынок вышли двигатели Скайактив Мазда, которые сделали немало шумихи, в том числе и маркетинговой, и повысили интерес к новым автомобилям Мазды не только у приверженцев марки, которых немало, но и у тех, кто еще не определился с выбором. Всем захотелось узнать что это за технология и с чем ее едят, какие имеются достоинства и недостатки, и что, собственно, скрывается за красивым названием.

Mazda CX-3 с мотором SkyAktiv — она существует!

Некоторые ошибочно связывают данную технологию только с моторами Мазда, говоря в ее контексте прежде всего о них, на самом же деле японцы пошли дальше и в рамках этой концепции пересмотрели автомобиль как единое целое, в котором эффективность каждого узла влияет на общую, и все вместе создает те качества, которые будут представлены покупателю.

Вернуться к оглавлению

SkyActiv G

SkyActiv G — семейство бензиновых моторов Mazda, которые пришли на замену агрегатам Z и L-серий. На серийные автомобили устанавливаются с 2012-го года. В России этими новинками могут похвастаться Мазда 3, 6, CX-5, а так же новый большой кроссовер CX-9. Всего семейство насчитывает четыре модификации, отличающиеся по объему.

Одним из основных направлений повышения эффективности моторов линейки стало увеличение степени сжатия. Этот показатель для ДВС ключевой. От него зависит КПД, мощность, крутящий момент, топливная экономичность — все то за что борются мотористы в течение всего времени существования этого типа силовых агрегатов. Степень сжатия — это отношение объема камеры сгорания при положении поршня в нижней крайней точке к объему камеры при его положении в верхней точке. От нее зависит так же компрессия — максимальное давление рабочей смеси в цилиндре перед воспламенением, чем оно больше тем больше сила, которая после зажигания толкает поршень вниз, тем больше отдача мощности.

В двигателях Скайактив удалось довести степень сжатия до 14:1. Для сравнения, в предыдущем моторе MZR 2.0, который устанавливался на Мазда 3 и 6, этот показатель был на уровне 10:1. В моторах Kia/Hyundai с прямым впрыском 1.6 — 11, и около этой цифры он находится на всех современных бензиновых легковых авто. Так почему же его не увеличивают, раз это дает существенный прирост производительности? Дело в том что в этом случае повышается возможность детонации, и, обычно, чтобы ее избежать применяют бензин с более высоким октановым числом. Но в случае с серийными моторами Мазды, ясно что такое решение не подходит, машины должны нормально переваривать обычный 95-й бензин, и к тому же не во всех регионах, куда поставляются машины, он высшего качества.

Для борьбы с детонацией двигатель Скайактив оснащается ионными датчиками, которые определяют вероятность ее возможности по ионному следу после срабатывания свечи зажигания, подавая напряжение на ее электроды и замеряя ток между ними. Используется ТНВД по принципу дизеля, который создает давление в камере выше чем у турбированных моторов. Для лучшего распыления топлива в цилиндре применяются новые высокоэффективные форсунки с шестью отверстиями.

Особый интерес вызывают поршни — они, помимо цековок под клапана, имеют выемку в центре и выпуклую форму днища которые способствуют более равномерному сосредоточению рабочей смеси вокруг свечи во время возникновения искры и дальше распространению воспламенения по всей камере сгорания, а так же делают процесс сгорания более длительным.

Система изменения фаз представлена двумя муфтами на обоих валах. На выпускном она гидравлическая, на впускном — с приводом от электродвигателя. Они позволяют эффективно управлять крутящим моментом в широком диапазоне оборотов.

Существенно снизилась масса мотора — на 10% и потери на трение — на 30 %. На 15%, по словам Мазды вырос крутящий момент, снизились расход топлива и выброс CO2.

Для увеличения эффективности выхлопной системы применили знакомый любителям тюнинга паук 4-2-1, который в силу своего строения уменьшает сопротивление удалению отработанных газов и снижает противодавление, которое душит мотор.

Как мы видим, двигатель Скайактив, по сути, тюнингованная версия обычного атмосферника Мазды, глубоко доработанного для раскрытия резервов, которые позволили увеличить его производительность.

Бензиновые моторы этой технологии имеют четыре варианта рабочего объема:

  • 1.3 — типичный представитель концепции «даунсайзинга», устанавливается на Mazda 2, в России не продается;
  • 1.5 (P5-VPS) используется на Mazda 2, 3, родстере MX так популярном в США;
  • Скайактив 2.0 (PE-VPS) — мотор для широкого спектра моделей — 2, 3, 6-series, MX-5, CX-3, CX-5;
  • 2.5 (PY-VPS) — в своей турбированной версии устанавливается на недавно появившиеся в продаже кроссоверы CX-9. Так же есть «тройки», «шестерки», CX-5 с этим движком.
Вернуться к оглавлению

SkyActiv D

Дизельные моторы Мазды плохо знакомы российским автомобилистам. Они еще не «раскушали» их и поэтому эта компания не поставляет их на наш рынок. Не знают с какой стороны к ним подступиться и многие сервисмены, кроме, конечно, «официалов», которые за свои эксклюзивные знания требуют немалые деньги. Но эра гаражных ремонтов неумолимо кончается, и это в большой степени относится к двигателям Скайактив, не только дизельным, но и бензиновым, по этому выбор второго по причине того что он проще и дешевле в обслуживании становится неоправданным.

На данный момент в мировой практике автомобилестроения основные работы над развитием ДВС серийных автомобилей идут по нескольким приоритетным направлениям. Достигнув достаточного уровня мощности и приемлемого крутящего момента, компании бросают силы на то что создает конкурентное преимущество для современного авто. Сегодня это снижение расхода топлива и уменьшение объема вредных выбросов. Жесткие рамки по этим параметрам просто не пустят на многие рынки автомобиль, который им не соответствует. Некоторые производители идут по пути «даунсайзинга», оборудуя свои низкообъемные моторы турбонагнетателями. Другие, проводят глубокий тюнинг и пересматривают уже имеющиеся технологии, выискивая точки для улучшения указанных характеристик.

Дизельные моторы Скайактив успешно решают проблему соответствия экологическому стандарту ЕВРО-6, показывая при этом хорошую динамику и топливную эффективность. Особенностью при этом является низкая степень сжатия и отсутствие дорогих систем нейтрализации вредных выбросов.

Снижение степени сжатия до 14:1, что прежде было очень маленькой величиной, позволило достичь снижения давления в камере сгорания и лучшего перемешивания топлива с воздухом. Это обеспечило более точный момент его воспламенения, равномерное и более эффективное сгорание. В результате этого и общего снижения потерь на трение, по словам Мазды, дизельный Скайактив 2.0 потребляет на 20% меньше солярки чем его предшественник 2.2-литровый MZR CD, показывая при этом похожие показатели по мощности и моменту.

Такая экономия являлась бы отличным результатом доработки мотора, даже если учесть уменьшенный рабочий объем и должна быть встречена на ура поклонниками марки, особенно, в странах Европы, где дизельные моторы, часто, более распространены, чем бензиновые. Однако, следует помнить что эти цифры получаются в тепличных условиях и часто округляются, поэтому столь впечатляющей экономии на практике редко получается достичь.

Запуск дизеля с такой низкой степенью сжатия вызвал бы затруднения при низких температурах, стабильность работы в мороз тоже вызывает вопросы. Для решения этой проблемы инженеры использовали керамические свечи накаливания и уже известную знатокам современных ДВС систему рециркуляции отработанных газов.

Тотальному снижению веса подверглись многие части мотора от блока цилиндров и ШПГ до навесного, изменилась форма поршней, которые получили большее пространство камеры сгорания и более узкий поршневой палец.

В целом дизельные моторы Мазды стали более технологичны и современны и, безусловно, способны составить конкуренцию аналогам от мировых лидеров в лице VAG-ов, корейцев и других.

Вернуться к оглавлению

SkyActiv R и X

Конечно Мазда, известная своими нетривиальными решениями в области двигателестроения не остановилась даже на глубокой модернизации существующих технологий. В 2015 году был представлен Скайактив R — новый мотор в семействе роторных агрегатов. Его установили на Mazda RX-Vision concept. В серию его еще не запустили.

Дальнейшая погоня за топливной эффективностью привела к разработке бензиновых двигателей с зажиганием от сжатия как в дизельных. Первые коммерческие экземпляры получили название SkyActiv X. Эта перспективная технология призвана снизить потребление топлива на 20-30% по сравнению с существующим SkyActiv G. Но полностью от свечей зажигания отказаться пока не удалось, они все равно пока будут присутствовать в новых моторах. Их работа по-прежнему необходима на высоких оборотах и под нагрузкой, при этом на легких режимах работы и нахолостом ходу зажигание будет от сжатия. Помимо экономии бензина технология обещает прирост крутящего момента, более быструю реакцию на нажатие газа и меньше вредных выбросов.

Продажи автомобилей с моторами Скайактив Х планируется начать в 2019 году. Первой серийной машиной которая сможет похвастаться новинкой, скорее всего, будет Мазда 3.

Вернуться к оглавлению

Ресурс, надежность, ремонтопригодность двигателей Скайактив

Большой интерес, особенно у тех кто планирует покупку автомобиля, вызывает надежность двигателей Мазда Скайактив. Традиционно к силовым агрегатам этой марки не было вопросов по поводу низкой надежности — многие экземпляры легко наматывали и продолжают это делать не одну сотню тысяч километров. Случаи серьезных поломок редки и многие из них являются последствиями неправильного обслуживания, затягивания с заменой масла, плохого бензина и так далее. Выборку можно назвать репрезентативной из-за большого количества автомобилей проданных за более чем десяток лет. Но это касается обычных атмосферников, которые, если смотреть с высоты новой технологии, почти не изменялись многие годы. В новых же Скайактивах облегчено все что можно, включая и без того легкий алюминиевый блок, применены новые материалы, и работа при высокой степени сжатия происходит на грани детонации — явления которое крайне негативно сказывается на состоянии мотора. В этом плане, конечно, инженеры Мазды снова на высоте — серьезных проблем не наблюдается, технология обкатана и не страдает детскими болезнями. Среди известных поломок — катушки зажигания и свечи. Разговоры о том что моторы ломаются через 30 тысяч километров пробега, чаще всего, не имеют под собой никаких оснований и реальных примеров.

Следующее, что интересует, это ресурс двигателя Скайактив, а так же его долговечность. Обычно эта тема затрагивается в надежде на то, что уж хоть Мазда, настоящий японский производитель, сделала наконец-то ресурсный мотор, который прослужит больше десятка лет и переживет ну хотя бы три сотни тысяч километров. В реальных условиях. Ведь никто не сомневается что могут. Если не вдаваться в рассуждения по поводу долговечности современных авто, нужно вспомнить одну вещь. Что же такое технология Скайактив, если смотреть на нее в общем? Увеличение степени сжатия, облегченная поршневая, снижение потерь на трение, паук 4-2-1. Что это? Тюнинг? Правильно! Глубокая доработка, пересмотр работы мотора по многим направлениям, но все-таки тюнинг, который в общем случае, помимо положительных сторон, обычно дает усложнение конструкции, снижение ресурса, требовательность к обслуживанию, расходникам и качеству топлива. Но в случае с Мазда, это, видимо, кардинально не повлияло на ресурс моторов. Конечно, они еще недостаточно побегали, но явных недостатков и слабых мест пока не выявлено. В целом технология оказалась удачной. Единичные случаи выхода из строя катушек зажигания, ТНВД и засорения форсунок не в счет — по ним не составить полной картины. Конечно эра милионников давно прошла, но по отзывам, коих уже не мало, владельцы машин с пробегом 100-150 тысяч километров не ощутили никаких проблем ни с моторами, ни с системой охлаждения, ни с топливной аппаратурой. По всей видимости, цифра 200 тысяч не будет пределом для этих агрегатов.

Ремонтопригодность двигателей Мазда Скайактив — то на что обычно обращают внимание те кто их критикует. И если, по надежности и ресурсу веских аргументов против них крайне мало, то здесь не все так радостно. Обычно, не рекомендуют покупать эти машины на вторичном рынке и с пробегами более сотни тысяч километров. Объясняется это тем что после этой цифры часто проявляются проблемы, требующие дорогостоящего ремонта. Доля правды в этом есть, но убить Скайактив к такой отметке можно только явно плохим обслуживанием и стилем езды. В противном случае он должен жить гораздо дольше. В вопросе ремонтопригодности этих двигателей на первый план выходить не сама возможность ремонта, а его стоимость и целесообразность. Из-за усложнения конструкции и применения новых технологий и деталей цена ремонта возросла. В двигателях применили такие дорогостоящие вещи как ТНВД, новые форсунки, облегченная поршневая, катушки с датчиками детонации, в дизелях — двойной турбонаддув. Выросли требования к персонала, который будет проводить ремонт. В принципе, при наличии определенной (немаленькой) суммы денег, сделать Скайактив можно, в крайнем случае купить контракт. Если ее нет, возможно, лучше обратить внимание на что-то другое. Естественно движки не капиталятся, облегченный алюминиевый блок, как принято говорить, одноразовый и ремкомплекты поршневой отсутствуют. Придумать что-то с ремонтом неоригинальными запчастями тоже вряд ли получится из-за высокого уровня технологичности мотора.

Вернуться к оглавлению

Итог

Как мы видим, Мазда снова показала себя с лучшей стороны. Новые моторы оказались вполне удачными и современными. Показывая хорошие характеристики по мощности, крутящему моменту, отзывчивости к педали газа, они стали в целом, экономичнее и соответствуют современным требованиям по экологии. Технология Скайактив — перспективная и, скорее всего, получит развитие в новых моделях автомобилей Мазда. В противовес этому достаточно высокая цена покупки и обслуживания, но это вписывается в современную тенденцию автомобилестроения. Если вы еще не определились с выбором автомобиля вспомните все аргументы за и против. А тем кто уже является владельцем такого авто можно порекомендовать чаще менять масло, пользоваться качественными расходниками и услугами проверенных СТО, заправляться на нормальных заправках и долгая и беспроблемная эксплуатация, приносящая только положительные эмоции, будет, практически, гарантирована.

jencar.ru


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf