Не с неба свалились, 09.09.2011

Не с неба свалились

Откуда же взялись небесные технологии Mazda?

• Текст: Дмитрий Ласьков
• Фотографии: Mazda
• 9 сентября 2011

Компания Mazda ещё давным-давно объявила о новом подходе к созданию своих автомобилей, а чуть позже представила придуманный для этого брэнд Skyactiv. Теперь к выходу на рынок готов первый Sky-мобиль компании — кроссовер CX-5 — и российское представительство решило в подробностях рассказать о своих технических достижениях в недавно открывшемся после реставрации московском планетарии.

О впечатлениях от звёздного неба поведает абзац в конце статьи, а пока — немного о «железках». Для трудов маздовских изобретателей был придуман соответствующий красивый девиз — Sky is the limit; «выше только небо» — по-русски. Но за ним кроется не новый летательный аппарат марки Mazda или космические технологии в обычных автомобилях, а вполне земные решения. Хоть и оригинальные — вместо наращивания объёмов, количества деталей и прочих параметров маздовцы решили немного улучшить то, что, казалось бы, уже давно исследовано, и нового тут ничего не придумать. Оказывается — придумать!

Бензиновый мотор Skyactiv-G

Самый яркий пример — двигатели. При разработке нового бензинового мотора компания решила не идти протоптанной другими производителями турбодорожкой и продолжила экспериментировать с атмосферным давлением. Иными словами, маздовцы озаботились не объёмом воздуха в цилиндрах, а качеством его сгорания. Ключевую роль тут сыграло повышение степени сжатия. Напомним, что это отношение максимального объёма камеры сгорания к минимальному, и чем оно больше, тем выше мощностная отдача мотора. Было бы наивно полагать, что раньше до этого никто не додумался, но реализовать повышение степени сжатия на гражданском моторе достаточно сложно, и причиной тому — детонация (ненормальное и разрушительное для мотора горение смеси).

В 60-е — 70-е годы прошлого века ряд американских производителей уже пытался достигнуть в своих моторах более высокой степени сжатия — в некоторых двигателях этот показатель достигал значения 13:1 против обычного 11:1. А с детонацией боролись путём добавления в топливо присадок, повышающих октановое число. Но всё бы хорошо, да присадки эти были ядовитыми и не нашли одобрения в стремительно «зеленеющем» обществе. Инженеры компании Mazda сделали ещё одну попытку поднять степень сжатия на гражданском моторе, работающем на обычном топливе. И им это удалось — новый 2-литровый бензиновый двигатель Skyactiv-G со степенью сжатия 14:1 стал мировым рекордсменом по этому показателю среди негоночных агрегатов. Для сравнения — лучшими из лучших по этому показателю считаются Porsche 911 GT3 RS 4.0 (12,6:1) и Ferrari 458 Italia (12,5:1). Несколько иной уровень, не правда ли? И даже знаменитый двигатель F20C более гражданского спорткара Honda S2000 имеет степень сжатия всего 11,7:1. А это, между прочим, был рекорд среди автомобилей, не относящимся к суперкарам. Пока Mazda не изобрела свой новый Sky-двигатель.

Толстая «бочка» в система выпуска — это катализатор, и прогревается он поздним зажиганием при запуске холодного двигателя.

Детонацию в нём победили с помощью выпускного коллектора схемы 4-2-1, хорошо знакомый любителям тюнинга атмосферных «четвёрок». Отдельные трубы выпуска соединяются попарно соответственно для 1 и 3, а также 2 и 4 цилиндров, а уже потом две трубы сливаются в одну. При такой схеме давление и температура остаточных газов в камере сгорания снижаются, что уменьшает температуру топливной смеси и предотвращает детонацию. За уменьшение температуры отвечают также многоточечные форсунки со множеством распылителей, более равномерно впрыскивающие топливо по всей площади камеры сгорания. Кроме того, в днище поршней появились специальные выемки, оптимизирующие процесс горения и делающие его более стремительным.

В дополнение к увеличенной степени сжатия мотористы поработали и над минимизацией различных потерь. Система последовательного управления фазами газораспределения S-VT позволяет избежать разрежения в цилиндрах (именно оно создаёт сопротивление движению поршней к нижней мёртвой точке) при работе мотора на небольших оборотах. В этом режиме дроссельная заслонка обычно закрыта, а необходимый для более лёгкого движения поршней воздух подаётся и выпускается обратно через впускные клапаны, контролируемые системой. Иными словами, в таком режиме воздух попадает в цилиндры не для горения в составе топливной смеси, а для того, чтобы поршням было нетрудно ходить туда-сюда.

Ещё один важный пункт снижения различных потерь — уменьшение массы двигателя на 10 процентов. И особенно это касается движущихся элементов — более лёгким деталям шатунно-поршневой группы проще двигаться, поэтому мотор охотнее набирает обороты. Кроме того, уменьшаются растягивающие и сжимающие нагрузки на детали, что в теории позволяет поднять максимальный лимит оборотов. Хотя от нового двухлитрового двигателя этого можно не ждать, но в будущем это может быть хорошим заделом для постройки высокооборотных «жужжалок» со спортивным характером. Материалы, из которых собрали двигатель Skyactiv-G, отличаются не только меньшей массой, но и меньшим на 30 процентов трением — ещё один взнос в копилку общей эффективности агрегата.

А что же дают все эти улучшения? По заявлениям маздовцев, цифры таковы: плюс 15 процентов крутящего момента в «середине» и на «низах», а также минус 15 процентов расхода топлива. Ну и о цене вопроса: стоить «инновационный» двигатель будет процентов на 20 дороже своего предшественника-ретрограда и намного дешевле гибридных силовых установок, с которыми маздовцы сравнивают эффективность своей новинки. Кстати по заверениям российского представительства Mazda, в ближайшей перспективе гибридных Мазд в России можно не ждать, хотя такие разработки компанией ведутся. А вот дизели появятся — об этом как раз следующие несколько абзацев.

Дизельный мотор Skyactiv-D

Дизель нового поколения также отличается необычной степенью сжатия, которая так же как и у бензинового коллеги по Sky-семейству равна 14:1. Вот только для этого у работающего на солярке мотора данный показатель пришлось не поднимать, а наоборот снижать. В результате такой операции, агрегат также отметился среди двигателей рекордсменов — степень сжатия у него самая низкая среди всех существующих легковых дизелей. В отличие от традиционных дизельных моторов со степенью сжатия 16:1 — 18:1 агрегат Skyactiv-D равномернее и чище сжигает топливо, поэтому укладывается в эко-нормы Евро 6 даже без недешёвых дополнительных фильтров и нейтрализаторов выхлопа.

Какова же расплата за выгоду в данном случае? Дизельные моторы со сверхнизкой степенью сжатия нестабильно работают во время прогрева при низких температурах, а в суровые холода (в которые при этом работают обычные дизели) могут и не запуститься вовсе. Причина в слишком низкой температуре воспламенения смеси в таких условиях и как следствие — пропусках зажигания. Поэтому требуется принудительный подогрев камеры сгорания. Маздовские инженеры приспособили для этого специальные керамические свечи, создающие необходимую температуру при пуске и систему регулировки подъёма клапанов, которая на прогреве не до конца закрывает выпускные клапаны и «утепляет» цилиндры частью отработанных газов.

На две турбины приходится три актуатора — два отвечают за открытие обходных клапанов (вейстгейтов), а ещё один направляет выхлопные газы к крыльчатке актуальной в данный момент турбины.

Аналогично бензиновому Sky-мотору, дизель потерял в общей массе агрегата и в трении своих внутренних частей. В том числе поэтому мотор обещает быть весьма «крутильным» по «солярочным» меркам — «отсечка» находится на отметке 5 200 оборотов в минуту. Естественно, двигатель оснащён турбонаддувом. Но, чтобы турбина не «сдувалась» к столь высоким оборотам, ей не стали подбирать компромиссные характеристики крыльчаток, а просто выдали в помощницы ещё одну «улитку». Младшая турбина с минимальной инерционностью призвана весело раскручиваться от минимального дуновения из выпускного коллектора, нивелируя эффект турбоямы. А в среднем и верхнем диапазоне оборотов уже «по-взрослому» начинает дуть вторая турбина.

Перспектива дизельных Мазд в нашей стране станет ясна после соответствующих ресурсных испытаний. Для этого в декабре в Россию приедет единственный дизельный экземпляр нового кроссовера CX-5. Вообще, именно эта модель станет пионером «небесных» технологий марки Mazda — все её версии будут состоять исключительно из Sky-агрегатов. Кстати, о версиях: будут доступны 3 модификации: полноприводная с автоматической трансмиссией и переднеприводная с «механикой» или «автоматом». Мотор один единственный, тот самый двухлитровый Skyactiv-G, о котором мы уже рассказали в начале статьи. Старт продаж намечен на начало 2012 года, а наши покупатели станут одними из первых в Европе. Но вернёмся к технологиям — на очереди рассказ о том, что инженеры Мазды намудрили с трансмиссиями.

Автоматическая трансмиссия Skyactiv-Drive

Новый «автомат» Skyactiv-Drive должен был сочетать все лучшие свойства различных типов «двухпедальных» трансмиссий: топливную экономичность вариатора, скорострельность «робота» и плавность «автомата». Для быстрой смены передач был разработан новый мехатронный модуль — по заявлением маздовцев, их новая трансмиссия переключается быстрее, чем знаменитый фольксвагеновский «робот» DSG! Топливная экономичность и одновременно отзывчивость улучшены за счёт избавления от потерь в гидротрансформаторе.

Этот узел уменьшен в размерах и отвечает теперь за передачу крутящего момента при трогании — отсюда и сохранение традиционной для «автоматов» плавности. В движении большинство времени гидротрансформатор заблокирован специальной муфтой и не работает, поэтому снижаются гидродинамические потери и повышается отзывчивость и топливная экономичность (на 4–7 процентов).

Технические художники компании Mazda — большие юмористы. Иначе стали бы они изображать блокируемую в широком диапазоне муфту в сборе с компактным гидротрансформатором похожей на попугая Ара?

Обратная сторона постоянной блокировки (89 процентов времени против 64 у нынешней коробки) — повышенные показатели шума и вибраций. С этими паразитными явлениями борется увеличенный демпфер, место для которого освободил ставший более компактным гидротрансформатор.

Механическая трансмиссия Skyactiv-MT

Sky-технологии распространились даже на такой давно изученный узел, как механическая коробка передач. Казалось бы — что там совершенствовать? Конечно, революции руками маздовских инженеров не свершилось, но и тут они нашли где сэкономить несколько сантиметров и килограммов. Эталоном при разработке стала «механика» родстера MX-5 — задача состояла в том, чтобы добиться схожих ощущений при переключении передач на всех моделях компании.

Для этого немного укоротили ходы рычага коробки передач и уменьшили усилие на нём. Кроме того, сам узел стал легче и компактнее благодаря объединению ведущих шестерён 2 и 3 передачи в одну общую и аналогичного решения для 1 и задней ступеней.

Кузов Skyactiv-Body

Мы бы слегка удивились, заяви нам специалисты Мазды, что они стремились сделать более тяжёлый и хлипкий кузов. Но сюрпризов тут не было — кузов подвергся облегчению и упрочнению, всё как у всех. Увеличенная жёсткость достигается с помощью более прямых силовых элементов с минимальным количеством точек сварки, а также специальных кольцеобразных силовых поясов, укрепляющих проёмы (боковые дверные, в районе средней стойки и между чашками задних амортизаторов). Производители спортивных распорок-растяжек уже спешно вычёркивают будущих маздоводов из списка своих клиентов.

Такой способ повышения жёсткости кузова позволил отказаться от большого количества дополнительных усиливающих элементов, а значит и снизить общую массу конструкции. Наверное, маздовцы и рады бы сделать свои автомобили более лёгкими, вылепив кузов из углеволокна и сделав всю подвеску из алюминия, но тогда Маздешесть пришлось бы конкурировать не с Аккордами и Пассатами, а с Pagani Huayra. В результате всех ухищрений общая масса кузова снизилась на 8 процентов, а жёсткость возросла на 30. Единственный вопрос вызывает ремонтопригодность таких машин, побывавших в аварии — ведь заменяемой сделана лишь часть лонжеронов до моторного отсека. А как ремонтировать «поведённый» в случае лёгкого бокового удара кузов? Маздовцы рассказать пока не готовы.

Шасси Skyactiv-Chassis

Ну вот, наконец, осталось прочитать последний скучный технический абзац, и вы узнаете, как интересно было посетить московский планетарий. Подвесочные инновации не столь масштабны как прочие вышеописанные, но кое-что примечательное есть и тут. Спецы по ходовой части увеличили кастор, чем добились лучшей стабильности на высокой скорости. Под такую новую геометрию переднего «макферсона» был разработан новый электроусилитель с переменным усилием и переменным передаточным отношением. Нас клятвенно заверили, что будущие Мазды будут управляться в поворотах более остро и прозрачно, а на прямой загородной трассы станут просто непоколебимы.

P. S. Просветившись в автомобильной инженерии, мы отправились из конференц-зала реконструированного московского планетария в зал звёздный. Там нас ждало просвещение в области астрономии и прочих смежных наук. Честно — впечатляет! В процессе просмотра звёздного неба и фильма о мироздании приходит понимание, что сила — в познании мира, и планетарий — одно из лучших для этого мест. По крайней мере на нашем, дилетантском уровне. Рекомендуем посетить не только сам планетарий, но и побродить по двум музеям — особенно впечатляет интерактивный «лунариум».

Дополнительные фотографии в высоком разрешении вы можете посмотреть на наших страницах Facebook и ВКонтакте.