5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатели SKYACTIV — особенности работы

Двигатели SKYACTIV — особенности работы

Статья про двигатели skyactiv — особенности их работы, советы по эксплуатации, статистика использования. В конце статьи — видео про двигатель SKYACTIV.

В то время, как большинство автомобильных концернов концентрировались на создании и внедрении турбированных двигателей высокой производительности и небольших рабочих объёмов, разработчики Mazda сохранили приверженность надёжным и привычным двигателям атмосферного типа.

Особенности дизельного двигателя SKYACTIV

Дизельный вариант SKYACTIV позволяет достигать предельной скорости в 204 км/ч, за 9,4 секунды разгоняясь до 100 км/ч. Мощность дизеля – 175 л.с..

Разработчики смогли существенно повысить КПД агрегата за счёт снижения степени сжатия до 14 единиц. Свечи накаливания, изготовленные из керамического материала, облегчают холодный запуск мотора и решают проблемы, связанные с образованием горючего состава и его воспламенением. Отличительной особенностью в конструкции дизеля стала смена фаз газораспределения и облегчённый алюминиевый блок цилиндров.

К сожалению, статистики по использованию дизельного SKYACTIV на территории СНГ ещё не набрано, поэтому рано утверждать что-либо о его надёжности и фактическом ресурсе.

Конструктивные особенности бензинового SKYACTIV

Впервые двигатель SKYACTIV был установлен на кроссовер Mazda СХ 5. Мощность бензинового мотора объёмом 2,0 составляет 150 л.с., и разгоняется он до 100 км/ч за 9,9 сек. Максимальная скорость двигателя – 189 км/ч. Для модели объёмом 2,5 мощность составляет 192 л.с., до 100 км/ч агрегат разгоняется за 9 секунд, а максимальная скорость равняется 195 км/ч.

Большая степень сжатия воздушно-топливной горючей смеси в моторе бензинового типа – залог увеличения его мощности. Повышение внутрицилиндровой температуры и рост внутреннего давления повышает КПД двигателя — воздушно-бензиновая смесь сгорает эффективнее.

С другой стороны, чем выше показатель сжатия, тем выше риск возникновения детонации. В случае ДВС спортивных моделей эта проблема традиционно решалась применением бензина с высоким октановым числом. Но для того, чтобы сжатие 14 стало доступным обычным потребителям 95-го бензина, инженерам пришлось внести в конструкцию двигателя целый ряд существенных доработок и изменений:

    Изменение системы, обеспечивающей впрыск горючего. Двигатель SKYACTIV оснащён модулем непосредственного впрыскивания горючего. Более того, в каждой форсунке предусмотрено по шесть точек впрыска вместо традиционной единственной точки. Данное решение обеспечило улучшение распыления топлива и дополнительное охлаждение внутри камеры сгорания. Внутреннее системное давление повысилось и составило 200 бар, это существенно улучшило качество образовываемой бензиново-воздушной смеси.

Обеспечение равномерного воспламенения смеси возле свечи. Оригинальное решение – изменение формы поршня и наличие в нём углубления – позволило снизить вероятность детонации за счёт равномерности воспламенения горючей смеси в непосредственной близости от свечи зажигания.

Конструктивные изменения в системе выпуска. Выпускная система SKYACTIV оснащена коллектором «спортивного» типа 4-2-1. Разработчики разместили катализатор за трубами увеличенной длины. Это позволило существенно сбросить давление в процессе выпуска отработанной смеси газов.

Регулирование газораспределения. Замена гидравлических фазовращателей на электронные позволила конструкторам более гибко регулировать газораспределительные процессы за счёт большей точности расписания открытия клапанов.

Датчики детонационного риска. Помимо перечисленных доработок на конструктивном уровне, двигатель получил новаторские датчики на основе анализа ионного тока, которые были установлены на каждом цилиндре. Датчики, смонтированные на катушках зажигания, анализируют колебания образующегося ионного тока в свечных зазорах после того, как бензиново-воздушная смесь воспламеняется. Если по результатам замеров очевиден риск детонации, происходит корректировка ряда параметров работы мотора.

Возможность использовать различные циклы работы на разных оборотах. Одним из факторов, влияющих на потери мощности двигателя, является поршневое сопротивление. Для того, чтобы нивелировать насосные потери двигателя, снизив сопротивление поршня в момент, когда запускается процесс сжатия топливной смеси, разработчики реализовали в своём детище возможность работы по двум различным циклам: Аткинсонову и Отто.

Аткинсонов рабочий цикл двигателя применяется на малых скоростях, когда мотор не должен выдавать большие обороты. Технологически данный цикл предусматривает закрытие клапанов на впуск несколько позже, чем стартует такт сжатия бензиново-воздушной смеси. Это даёт возможность отвести назад некоторую часть захваченного воздуха, что обеспечивает экономичность работы и снижение коэффициента сжатия.

Когда двигатель используется для получения высокой скорости и испытывает существенную нагрузку, вступает в работу цикл Отто, который отличается строгой последовательностью работы клапанов на выпуск и впуск.

Алюминиевый цилиндровый блок. Масса SKYACTIV на 10% меньше его предыдущих аналогов. Частично это получилось достичь за счёт применения алюминия для изготовления блока цилиндров. Конструктивно блок составлен из двух частей.

  • Новый смазочный насос. Агрегат оборудован новым смазочным насосом, который может изменять давление в двух различных диапазонах в зависимости от того, в каком режиме функционирует мотор. Такое конструктивное решение даёт возможность снизить потери, возникающие вследствие механического трения, а также потери гидравлического плана.
  • Соответствие стандартам

    Новый двигатель Mazda отличается более низкой токсичностью выхлопных газов. Мотор полностью соответствует принятому в Европе в 2015 году стандарту ЕВРО-6, который регулирует уровень содержания вредных веществ в автомобильных выхлопах. Это означает, что автомобиль, оснащённый бензиновым мотором SKYACTIV, на один километр пути генерирует менее 130 гр углекислого газа.

    Опасения экспертов

    При всех своих плюсах, двигатель SKYACTIV обладает рядом особенностей, вызывающих определённое беспокойство со стороны экспертов. Главное из них – нагрузка на детали агрегата, которая с увеличением степени сжатия явно не уменьшилась, а напротив, ожидаемо возросла.

    Вкупе с рядом изменений, направленных на снижение веса двигателя, это не может не вызывать беспокойства. В частности, тот же алюминиевый блок цилиндров сам по себе достаточно тонкостенный, при этом он находится под максимальной нагрузкой в ходе работы двигателя.

    Статистика использования

    Автомобили, оснащённые бензиновыми двигателями SKYACTIV, стали использоваться у нас около пяти лет назад. За это время в них были отмечены следующие наиболее часто встречающиеся проблемы:

    • неисправности в работе смазочного насоса, который не достигал заявленных максимальных показателей производительности, в результате чего наблюдались ошибки в работе установленной на выпускном распредвале гидравлической муфты, отвечающей за смену фаз;
    • конфликт прошивки ЭБУ, в результате которого двигатель глохнет через небольшой интервал после первого запуска (на европейских версиях авто данная проблема не зафиксирована);
    • шумная работа двигателя, возникающая из-за преждевременного выхода из строя кулачков впускного распредвала.

    В целом можно утверждать, что детище Мазда вполне надёжно. Но не стоит забывать, что статистика поломок и отказов набрана за недостаточно большой промежуток времени — большинство автомобилей, оснащённых новым детищем разработчиков Mazda, ещё не успели пройти первые 100 тыс. километров.

    Советы по эксплуатации

    По заявлениям разработчиков, SKYACTIV гарантирует ресурс в 300 тыс. километров. Но при этом необходимо учитывать, что такая цифра верна для условий эксплуатации, близких к идеальным. Также нельзя забывать о том, что новый двигатель требует применения исключительно высококачественного моторного масла и бензина.

    Если после первой сотни особых проблем с функционированием и не наблюдается, в дальнейшем агрегат всё равно может подвести владельца, потребовав слишком больших расходов при ремонте по причине своей высокой конструктивной сложности. Поэтому для тех, кто желает максимально долго сохранить ресурс двигателя, можно дать следующие советы:

      Двигатель SKYACTIV крайне требователен к качеству бензина. Для того, чтобы мотор надолго сохранил свой ресурс, следует применять бензин не ниже АИ-98, а в идеале – 100. Применение бензина с низким октановым числом гарантировано приведёт к преждевременному выходу из строя.

    Аналогичные рекомендации можно дать и в отношении применяемого моторного масла. Высокая температура и повышенная нагрузка на детали, вызванная высокой степенью сжатия, требует применения только качественного масла. Предпочтительно постоянно использовать что-то из числа марок, заявленных в документации.

  • Наличие в катушках зажигания специализированных датчиков, следящих за риском детонации, требует тщательно контролировать состояние свечей. Если они загрязняются, данные на датчики будут поступать недостоверные, а это, в свою очередь, может привести к возникновению детонации. Поэтому необходимо регулярно менять свечи, причём использовать только качественные марки.
  • Приобретая подержанный автомобиль, оснащённый бензиновым вариантом двигателя SKYACTIV, наилучшим решением будет остановить свой выбор на экземпляре, который прошёл не более 100 000 км, и при этом его владелец использовал только машинное масло высокого качества и высокооктановый бензин без воды и посторонних примесей. В противном случае высоки шансы, что ресурс мотора уже практически выработан.

    Подводя итоги, можно сказать следующее: двигатель SKYACTIV, оставшись атмосферным, не имеет целого ряда негативных особенностей, свойственных турбированным двигателям. При этом он отличается высоким уровнем конструктивной сложности и малопригоден для ремонта в наших условиях.

    Видео про двигатель SKYACTIV:

    Технологии SkyActiv в моторах Мазда

    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.

    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.

    Читать еще:  Как избежать ДТП зимой

    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.

    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.

    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.

    Двигатели Mazda Skyactiv: надежность, плюсы и минусы

    Японская компания Mazda на фоне конкурентов всегда отличалась стремлением к внедрению в массовое производство обособленных решений. Достаточно вспомнить роторные ДВС на моделях серии RX, которые даже с учетом определенных недостатков все равно завоевали массу поклонников по всему миру.

    Результатом стало появление агрегатов Mazda Skyactiv. При этом удалось не только вписать эти моторы в современные экологические нормы, но также значительно повысить мощность и экономичность двигателей нового поколения. Далее мы поговорим об особенностях конструкции указанных силовых агрегатов, а также постараемся ответить на вопрос, какой ресурс двигателя и надежность Skyactiv.

    Двигатели Skyactiv: особенности конструкции и принцип работы

    Итак, моторы Скайактив впервые появились под капотом популярного кроссовера Mazda СХ‑5. Бензиновая версия получила рабочий объем 2.0 литра, дизель Skyactiv с турбонаддувом имеет объем 2.2 литра.

    Примечательно то, что степень сжатия как в бензиновой, так и в дизельной версии находится на одинаковой отметке 14. Если просто, для бензинового мотора это очень высокий показатель (обычной нормой является 10-12), тогда как для дизеля достаточно низкий. При этом инженеры Мазда в обоих случаях успешно решили целый ряд сложностей и проблем.

    • Начнем с бензинового Скайактив. Как известно, чем больше степень сжатия, тем выше будет температура и давление в цилиндре ближе к окончанию такта сжатия. Результат-смесь лучше сгорает, двигатель становится более мощным, повышается его КПД.

    Но не все так просто. Увеличение степени сжатия также приводит к тому, что бензиновый мотор в этом случае получает склонность к возникновению детонации. Если говорить о спортивных авто, детонации можно избежать посредством использования высокооктанового бензина, однако для массовых ДВС это решение никак не подходит.

    1. Проблему детонации позволил решить комплексный подход. Прежде всего, была изменена форма поршня, который теперь не плоский, а больше похож на трапецию. Также в середине появилось углубление, чтобы возле свечи смесь воспламенялась равномерно, тем самым уменьшая риски детонационного сгорания.
    2. Также в конструкции этого мотора применены особые ионные датчики на каждом отдельном цилиндре. Такие датчики высокочувствительны и встроены в катушки зажигания. В основу работы датчика положена фиксация колебаний ионного тока в зазоре свечи зажигания после воспламенения топливно-воздушной рабочей смеси. После сгорания заряда образуются ионы, что позволяет образовавшейся среде проводить ток. Датчик формирует электроимпульсы, посылает их на электроды свечи и далее производит замеры. Если просто, как только возникает риск детонации, датчики немедленно это фиксируют, после чего ЭБУ немедленно корректирует зажигание и другие параметры работы систем двигателя.
    3. Изменения коснулись и системы питания. Моторы Skyactiv имеют прямой (непосредственный) впрыск, ТНВД приводится от выпускного распределительного вала. При этом каждая форсунка получила вместо привычной одной целых 6 точек впрыска. Такое решение позволило не только улучшить распыл горючего и добиться полноценного сгорания топливного заряда, но и дополнительно охладить камеру сгорания впрыснутым бензином. Также давление в системе было повышено до 200 бар, что обеспечило улучшенное смесеобразование.
    4. Еще следует отметить доработки выпускной системы. Система выпуска имеет «спортивный» коллектор 4-2-1. Такая схема позволяет снизить сопротивление во время выпуска отработавших газов. При этом следует отметить, что если в рамках тюнинга такой коллектор не предполагает наличия каталитического нейтрализатора, для серийного автомобиля инженеры Мазда использовали трубы увеличенной длины, расположив катализатор за ними.

    Дизельный мотор Skyactiv-D: конструктивные особенности

    За основу инженеры Мазда взяли хорошо зарекомендовавший себя турбодизельный агрегат MZR-CD. При этом понижение степени сжатия позволило заметно понизить температуру в цилиндре, а также показатель давления. В результате мотор стал отличаться более высоким КПД, однако возникли проблемы со смесеобразованием и воспламенением смеси «на холодную».

    Для решения задачи были установлены специальные керамические свечи накала. Благодаря такому решению температура в камере сгорания за пару секунд повышается до 1 тыс. градусов, что значительно облегчает холодный пуск дизельного двигателя. Также дизель Скайактив получил систему изменения фаз газораспределения, что является довольно редким решением для агрегатов данного типа.

    Что касается наддува, двигатель имеет две турбины (большую и малую), которые размещены в едином корпусе. Установка турбин реализована последовательно, что позволяет получить быстрый отклик и уверенный подхват на низких оборотах благодаря малой турбине, после чего на средних и высоких оборотах подключается большой турбокомпрессор.

    Еще отметим, что уменьшение степени сжатия дизельного мотора также снизила ударные нагрузки на ДВС, параллельно были уменьшены и насосные потери. Снижение нагрузок позволило облегчить дизель. В результате (аналогично бензиновой версии) блок цилиндров стал алюминиевым. Выпускной коллектор интегрирован прямо в ГБЦ, что также облегчило конструкцию, а еще позволило быстрее прогреть каталитический нейтрализатор.

    Ресурс моторов Mazda Skyactiv и проблемы

    Инженеры компании Мазда создали экономичные и одновременно производительные силовые агрегаты, при этом моторы соответствуют стандарту ЕВРО-6. Также особенностью бензиновой версии Скайактив можно считать то, что двигатель остался атмосферным.

    На практике это означает, что в рамках эксплуатации не должно возникнуть типичных проблем, которые обычно свойственны бензиновым моторам с наддувом. Однако для достижения таких выдающихся показателей атмосферный двигатель от Мазда все равно получился сложным по конструкции.

    Что касается дизельной версии, понижение степени сжатия до 14, напротив, указывает на снижение нагрузок на дизельный мотор. В этом случае двигатель также стал сложнее, однако вполне можно рассчитывать на достаточно большой ресурс основных элементов ЦПГ и КШМ.

    Вернемся к статистике и практической эксплуатации. Бензиновые моторы Skyactiv появились на территории СНГ около 5 лет назад. Если рассматривать двигатели Скайактив, проблемы с ними возникают, при этом пока учет неполадок по этим ДВС не выявил массовых и глобальных поломок.

    Другими словами, если рассматривать двигатели Mazda Skyactiv, неисправности таких агрегатов, которые зафиксированы, представляют собой следующие:

    • встречались случаи, когда необходимо было менять масляный насос, который давал сбой и не выходил на максимум производительности, в результате чего начинала давать сбои гидравлическая муфта для изменения фаз, установленная на на выпускном распределительном вале.
    • также была отмечена ситуация, когда двигатель Скайактив после запуска с первого раза через небольшой промежуток времени глох. Для нормальной работы агрегат приходилось перезапускать 2-3 раза, после чего мотор работал стабильно. Вероятно, проблема была не «механической», а связана с прошивкой ЭБУ, так как европейские версии с этим двигателем работали без подобных сбоев.
    • еще следует отметить, что на некоторых двигателях Скайактив встречается выработка кулачков впускного распределительного вала, в результате чего двигатель работает более шумно.

    Хотя сам производитель озвучивает цифру ресурса около 300 тыс. км., при этом такой расчет предполагает идеальные условия эксплуатации, качественное топливо и моторное масло. Это значит, что до 100-150 тыс. км. проблем с двигателем может и не возникать, однако далее сложный агрегат вполне может оказаться крайне дорогим в ремонте или даже неремонтопригодным. Также отмечено, что ближе к 100 тыс. выходят из строя катушки и ионные датчики. На экземплярах, где использовалось топливо не самого лучшего качества, внимания может потребовать ТНВД, а также сами форсунки.

    Советы и рекомендации

    Важно понимать, что бензиновый двигатель SKYACTIV-G имеет высокую степень сжатия. Это значит, что такой мотор склонен к детонации и крайне требователен к качеству топлива. В данный силовой агрегат лучше заливать бензин с октановым числом АИ-95 только в крайних случаях.

    • Чтобы мотор работал нормально и сохранялся его ресурс, топливо должно быть не ниже АИ-98. Многие владельцы Скайактив в СНГ утверждают, что агрегат лучше всего работает на 100 бензине. Вполне очевидно, что попытки экономить на горючем, заливая в такой мотор 92-й бензин или случайные заправки некачественным топливом на непроверенных АЗС приведут к значительному сокращению ресурса агрегата и к его скорым поломкам.
    • Также очень важно следить за состоянием, уровнем и качеством моторного масла. Опять-таки, высокая степень сжатия означает увеличение нагрузок на детали, рост температуры и т.д.
    • Свечи зажигания должны быть качественными и меняться своевременно. Дело в том, что наличие ионных датчиков в катушках зажигания означает, что датчики выполняют замеры по электродам свечей. Если свечи будут загрязнены или с ними возникнут другие характерные проблемы, тогда значительно возрастает риск возникновения разрушительной детонации двигателя.

    Что в итоге

    Если учесть, что на территорию РФ и СНГ дизели поставляются совсем недавно, особой статистики по ним еще нет. Если же затронуть бензиновые версии Skyactiv, прежде всего, это двигатель с прямым впрыском топлива и высокой степенью сжатия.

    Следует понимать, что в устройстве топливной системы присутствует топливный насос высокого давления, а также сложные по конструкции форсунки. В результате бензиновый мотор похож на дизельный со всеми вытекающими последствиями, а также сильно склонен к детонации. Бензин для такого ДВС должен быть высокооктановым, качественным, без примесей и воды.

    Напоследок отметим, что если планируется приобретение подержанного автомобиля Мазда с двигателем Скайактив, тогда рассматривать можно варианты, которые прошли не более 100-120 тыс. км. При этом очень важно, чтобы владелец заливал только качественный бензин и масло, следил за состоянием системы питания и т.д. Если этого не делать, двигатель может оказаться «убитым» даже на малых пробегах, так как детонация, которая вполне может возникнуть, значительно сокращает ресурс ДВС.

    Если же пробег больше 200 тыс. км., автомобиль с мотором Skyactiv лучше не приобретать, так как на нашем топливе его ресурс уже может подходить к концу. При этом силовой агрегат сложный, так что неизбежны сложности и проблемы с его ремонтом. В худшем случае потребуется прибегнуть к «свапу» двигателя, учитывая, что контрактные Скайактив стоят достаточно дорого.

    Моторы линейки TSI. Конструктивные особенности, преимущества и недостатки. Модификации с одним и двумя нагнетателями. Рекомендации по эксплуатации.

    Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от моторов с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI.

    Двигатель семейства FSI: отличия, особенности, плюсы и минусы силового агрегата данного типа. Распространенные проблемы двигателей FSI, обслуживание мотора.

    Рестайлинговый Фольксваген Поло седан с новым двигателем. Главные особенности нового мотора российской сборки CFN Е211 на Polo Sedan из Калуги.

    Дизельный мотор TDI. Отличительные особенности двигателя данного типа. Преимущества и недостатки, ресурс, особенности турбонаддува. советы по эксплуатации.

    Что нужно знать о моторах на Рендж Ровер перед покупкой такого автомобиля б/у. С каким двигателем лучше взять данный автомобиль и почему.

    Особенности работы двигателей Skyactiv

    Маркетологи компании Mazda в свое время преподносили двигатель Скайактив сродни технологическому прорыву. За годы установки агрегатов на CX-5, Mazda 3, 6, CX-3, CX-9 покупатели убедились, что технология Skyactiv не уменьшает ресурс двигателя и не приносит каких-либо серьезных проблем. Но можно ли считать принцип работы чем-то новым в мире двигателестроения? Рассмотрим основные особенности устройства и работы моторов на основе цикла Аткинсона-Миллера.

    Читать еще:  Обзор Audi A6 Avant 2019

    Цикл Аткинсона-Миллера в моторах Skyactiv-G

    Цикл Миллера наиболее близок идейно к термодинамическим процессам, на которых построен принцип работы бензиновых двигателей серии Скайактив. Задумывая создать симбиоз преимуществ цикла Аткинсона с обычным поршневым механизмом двигателя Отто, Ральф Миллер предложил увеличить геометрическую степень сжатия за счет уменьшения фазы впуска. Для этого, по задумке инженера, нужно было либо закрывать впускной клапан задолго до подхода поршня к НМТ на такте впуска, либо открывать позже начала такта.

    Особенность работы моторов Skyactiv заключается в позднем закрытии впускных клапанов. Это значит, что когда поршень уже движется к ВМТ на такте сжатия, впускные клапаны еще находятся в открытом состоянии, поэтому часть поступившего в цилиндры заряда выталкивается обратно во впускной коллектор. Ограничивая фазу впуска, мы получаем возможность снизить давление в цилиндре на подходе поршня к ВМТ, увеличив при этом геометрическую степень сжатия двигателя.

    Трюк со степенью сжатия

    Заявленная степень сжатия моторов Mazda серии Skyactiv – 14:1, что довольно много, если учитывать среднестатистические характеристики ДВС цикла Отто (9-12:1, в зависимости от степени форсировки). Но в рекламных брошюрах часто не вдаются в подробности и не указывают, что речь идет о геометрической степени сжатия. Соотношение 14:1 показывает, во сколько раз объем надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в НМТ больше объема камеры сгорания. Но для работы двигателя гораздо важнее фактор фактической степени сжатия. Он показывает кратность превосходства объема надпоршневого пространства после закрытия впускных клапанов к объему камеры сгорания.

    За счет того, что впускные клапаны моторов Скайактив закрываются с большим запозданием и часть ТПВС выталкивается обратно во впуск, фактическая степень сжатия приближается к 11-12:1. Эти показатели хоть и довольно высокие для бензиновых моторов, но не являются чем-то сверхординарным в современном мире двигателестроения.

    Особенности устройства

    • В режимах работы по циклу Аткинсона-Миллера во впускном коллекторе создается избыточное давление, позволяющее уменьшить насосные потери. Поэтому для нормальной работы усилителя тормозов необходим вакуумный насос.
    • Регулировка момента закрытия и высоты подъема впускных клапанов осуществляется электронной муфтой. Управляет электродвигателем привода с планетарной передачей ЭБУ двигателя. За управление фазами выпускного распредвала отвечает гидравлическая муфта, принцип работы и устройство которой рассмотрены в статье «Системы изменения фаз газораспределения».
    • Для точности тепловых зазоров в приводе ГРМ используются гидрокомпенсаторы, что нехарактерно для японской школы двигателестроения.
    • Для снижения потерь на трения вместо кулачковых толкателей устанавливаются рокеры с игольчатыми подшипниками.
    • Двухрежимный масляный насос позволяет снизить гидравлические потери.
    • Для снижения массы блок двигателя состоит из двух частей и изготовлен из алюминия.
    • За счет снижения веса поршней, шатунов, коленчатого вала, уменьшения размеров подшипников скольжения, шеек коленчатого вала, конструкторам удалось значительно снизить механические потери. Скорее всего, именно с этим фактором стоит связывать отсутствие запредельного ресурса и появление первых проблем с моторами Skyactiv. Но винить инженеров Mazda было бы некорректно, так как подобные решения – это общемировая тенденция в борьбе за чистоту выхлопа, повышение мощности и снижение расхода топлива.

    Борьба с детонацией

    Для предотвращения разрушительных последствий детонации принимается целый комплекс мер, среди которых:

    • непосредственный впрыск топлива в цилиндры и деление фазы впрыска на несколько стадий. Модернизированная топливная система двигателей Skyactiv-G позволила поднять давление впрыска до 200 бар. Высокоточные форсунки впрыскивают бензин в жидкой фазе, что позволяет охладить камеру сгорания;
    • выпускной коллектор 4-2-1 с удлиненными раннерами. Такое устройство позволяет уменьшить нагрев камеры сгорания, а также улучшить наполняемость за счет инертности потоков отработавших газов. Японцы в этом смысле действуют против общепринятой тенденции – установки катколлекторов, что предполагает короткие раннеры для эффективной работы каталитического нейтрализатора. Аналогичная ситуация и с турбированными моторами, где короткие выпускные магистрали позволяют эффективней раскручивать турбину;
    • поршни с вытеснителем и расположенной по центру выемкой;
    • ионные датчики в катушках зажигания. Для поддержания высокого КПД и работы на грани детонирования топлива обычного датчика детонации недостаточно. Отслеживание колебаний ионного тока в зазоре между электродами свечи зажигания после воспламенения ТПВС позволяет раньше выявлять признаки детонации.

    Преимущества

    • Снижение расхода топлива на 15%.
    • Уменьшение количества вредных выбросов на 15%.

    Главное преимущество использования модифицированного цикла Аткинсона-Миллера – более эффективное преобразование энергии расширяющихся газов в цилиндре. За счет большей геометрической степени сжатия на такте рабочего хода поршень под действием выхлопных газов преодолевает большее расстояние, что и повышает тепловую эффективность мотора. Проблема ДВС цикла Отто в том, что увеличивая рабочий ход, мы увеличиваем и ход поршня на такте сжатия, что неминуемо приводит к чрезмерному повышению давления и возникновению детонации. Фактическая степень сжатия такого двигателя ограничивается детонационной стойкостью топлива.

    В моторе Skyactiv-G эта проблема решается поздним закрытием выпускных клапанов. В итоге при одинаковой степени сжатия ТПВС мы имеем большую степень расширения (газы дольше толкают поршень к НМТ). Именно таким образом достигается повышение КПД.

    Недостатки

    Побочный эффект такого принципа работы – потеря пиковой выходной мощности. Двигатель Skyactiv-G крайне экономичен, но из-за ухудшения наполняемости цилиндров в режиме средних и низки оборотов моторы имеют меньшую удельную мощность. Именно поэтому атмосферные двигатели Mazda при схожих мощностных характеристиках с турбированными ДВС цикла Отто имеют больший объем, что сказывается на размерах и массе блока цилиндров, ЦПГ, шатунов, коленчатого вала. Установка механического нагнетателя – один из способов решения данной проблемы.

    Стоит отметить, что по циклу Аткинсона-Миллера мотор Skyactiv-G работает только в режимах низких, средних оборотов и малой нагрузке. В остальном диапазоне его принцип работы не отличается от привычных ДВС цикла Отто.

    Дизельные двигатели Mazda

    Для современных ДВС цикла Дизеля характерна степень сжатия порядка 16-18:1. В силовых агрегатах Skyactiv-D конструкторы пошли путем уменьшения соотношения к 14:1. Снижение давление в цилиндре в конце такта сжатия позволило раньше впрыскивать топливо, что способствует лучшему перемешиванию дизеля с разогретым от сжатия воздухом. За счет раннего впрыска повышается степень расширения газов, что позволяет эффективней преобразовывать тепловую энергию в механическую.

    Для улучшенного холодного запуска разжатые дизельные двигатели оборудуются усовершенствованными свечами накаливания. В режиме прогрева система гибкого управления выпускными клапанами позволяет подмешивать на такте впуска некоторое количество выхлопных газов.

    Для повышения мощности и крутящего момента моторы Skyactiv-D, построенные на базе турбодизеля MZR-CD, оборудуются двойным турбонаддувом. Маленькая и большая турбины дают прибавку в тяге как на низких, так и на высоких оборотах. Увеличить мощность и снизить расход топливо удалось еще и за счет уменьшения механических и гидравлических потерь. Снижение степени сжатия заметно уменьшает нагрузку на детали двигателя. Благодаря эффективному сгоранию топливной смеси инженеры Мазда не спешат устанавливать каталитические нейтрализаторы, систему AdBlue.

    Двигатели Skyactiv: перестройка

    Двигатели Skyactiv фирмы Mazda: блажь или прорыв? Изучаем конструкцию агрегатов новой волны.

    Mazda3_2013_SKYACTIV

    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.

    Читать еще:  Рейтинг самых угоняемых моделей авто в России

    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 Mazda Skyactiv. Прорыв в моторостроении. Описание. Характеристики

    Идею с наддувами Mazda отвергла – все эти наддувы, интеркулеры, трубопроводы слишком дороги, а радости от малокубатурных моторов немного. И снова решила пойти своим, 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).

    Сте пень 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.

    При создании бензинового атмосферного бензинового двигателя Skyactive-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 мотороч, 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.

    Дизель

    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.

    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. 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. Можно 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.

    Источники:

    http://fastmb.ru/soveti_auto/2969-dvigateli-skyactiv-osobennosti-raboty.html
    http://jencar.ru/mazda/dvigatel-skyactiv.html
    http://krutimotor.ru/dvigateli-mazda-skyactiv-ustrojstvo-resurs-nadezhnost/
    http://autolirika.ru/teoriya/dvigatel-skyactiv.html
    http://www.zr.ru/content/articles/748446-dvigateli-skyactiv-perestrojka/
    http://zen.yandex.ru/media/id/5d46c2acc31e4900ad3ca102/5da6d9280a451800af14d404

    Ссылка на основную публикацию
    Статьи c упоминанием слов:
    Adblock
    detector