Пока многие популярные марки автомобилей работают над изготовлением гибридов и электрокаров, различных электрических двигателей и двигателей на биологическом топливе, целеустремленные японцы уверены в потенциале Двигателей Внутреннего Сгорания и успешно модернизируют их.

Напомним, что главной проблемой ДВС является низкий КПД и загрязнение окружающей экологической среды. Разработчики Mazda поставили перед собой цель улучшить существующие технологии ДВС. И им это удалось! Многие уже слышали о новых технологиях Skyactiv, но не все знают, что это такое. В этой статье подробно остановимся на особенностях бензиновых двигателей Skyactiv.

Стремясь к идеальному Двигателю Внутреннего Сгорания инженеры мазда рассмотрели куда уходит большая часть энергии содержащаяся в топливе - это насосные потери, механические потери, потери на охлаждение и потери на выхлоп. Таким образом, это и стало основными направлениями в модернизации двигателей Skyactiv.

Dvigatel Skyactiv-G

Реализуя идею идеального двигателя внутреннего сгорания разработчики мазда создали бензиновый двигатель со сверх высокой степенью сжатия 14:1. Такой высокой степенью сжатия обладают только единичные гоночные суперкары, для сравнения у болидов формулы-1 степень сжатия редко превышает 12:1, а обычных автомобилей она равна 10:1. Двигатель Skyactiv-G это единственный в мире двигатель внутреннего сгорания с таким высоким показателем степени сжатия для автомобилей массового производства.

Высокая степень сжатия позволяет значительно увеличивает тепловой коэффициент полезного действия, но в то же время значительно повышает температуру и давление в цилиндре в ВМТ (верхней мертвой точке) что может привести к появлению детонации. Для предотвращения этого негативного явления были предприняты ряд контрмер уменьшающих эффективную степень сжатия и уменьшающих температуру при сгорании топливно-воздушной смеси.

Бензиновый двигатель Скайактив работает по принципу цикла Джеймса Аткинсона, в котором впускной клапан не закрывается при достижения поршня нижней мертвой точки, а продолжает быть приоткрытым примерно до половины хода поршня. При этом некоторая часть горючей смеси выталкивается обратно во впускной коллектор, уменьшая тем самым разряжение в нём. Это снижает крутящий момент двигателя, но за счет того что реализуется более полное расширение повышается эффективность двигателя, также уменьшаются насосные потери за счет того что снижена разрежённость во впускном коллекторе.

Напомним, что «насосные потери» возникают на такте впуска, когда поршень идет вниз и всасывает воздух. Вследствие того, что при работе на холостом ходу дроссельная заслонка почти закрыта, так как при работе без нагрузки необходимо меньшее количество воздуха, давление в цилиндре и во впускном коллекторе значительно ниже атмосферного. В результате поршень для движения вниз преодолевает сильный вакуум, затрачивая при этом дополнительную энергию.

Двигатель скайактив работает по такому циклу только при низких нагрузках, при увеличении оборотов впускной клапан начинает закрываться гораздо раньше и рабочий цикл двигателя приближается к классическому циклу Отто, тем самым увеличивается эффективная степень сжатия и повышается максимальный крутящий момент, степень сжатия при максимальных нагрузках достигает показателя 14:1. Для предотвращения детонации в этом режиме работы двигателя SKYACTIV-G была усовершенствована система управления опережением зажигания. Для борьбы с высокими температурами в камерах сгорания, которые способствуют появлению детонации, японские инженеры применили разветвлённую систему выпуска 4-2-1, такая же система применяется у болидов формулы-1.

Основным нововведение, которое позволило реализовать цикл Аткинсона, является так называемый «разделённый впрыск» топлива, который позволяет впрыскивать топливо, как в такте впуска, так и в такте сжатия в ходе одного цикла. Впрыск на впуске значительно охлаждает топливно-воздушную смесь за счет испарения топлива, а впрыск при сжатии обогащает топливно-воздушную смесь перед воспламенением.

Для уменьшения тепловых потерь и оптимизации процесса воспламенения инженеры мазда разработали сложную форму «зеркала» поршня с глубокой выемкой, углубление в поршне уменьшает объём первоначального горения, что снижает тепловые потери, кроме того уменьшению тепловых потерь так же способствует довольно компактная камера сгорания.

Для достижения исключительной эффективности двигателя SKYACTIV были пересмотрены не только термодинамические процессы двигателя, но и значительно доработана механическая часть двигателей Скайактив была снижена общая масса деталей совершающих поступательно-вращательное движение и уменьшено трение между взаимодействующими частями.

А теперь более детально рассмотрим усовершенствования двигателя скайактив в механической части.

Блок цилиндров.

Блок цилиндров двигателя SKYACTIV-G изготовлен из лёгкого алюминиевого сплава, состоит из верхнего и нижнего блока цилиндров.

Поршни и шатуны.

Поршни имеют относительно небольшую юбку покрытую специальным составом для уменьшения трения. Зеркало поршня имеет сложную форму с углублением по середине, это создаёт оптимальные условия для послойного формирования топливно-воздушной смеси вокруг свечей зажигания. Для снижения трения используются поршневые кольца с меньшим усилием разжатия. Поршень присоединен к шатуну пальцем с полностью плавающей посадкой. Шатуны изготовлены из кованой углеродистой стали, благодаря оптимизации формы имеют меньший вес и размер, что снизило силы инерции. Для уменьшения трения в шейке коленчатого вала, нижняя головка шатуна уменьшена в размерах.

Коленчатый вал.

Коленчатый вал вращается в 5 подшипниках и имеет 8 противовесов. В его передней части установлена ведущая звёздочка для цепи газораспределительного механизма и звёздочка цепной передачи, которая приводит в действие масляный насос. Снижена масса коленчатого вала и уменьшены силы трения.

Распределительные валы и муфты фаз газораспределения.

Распредвалы изготовлены из чугуна. Для реализации цикла Аткинсона и регулирования сдвигом фаз газораспределения оба распределительных вала имеют муфту VVT (Variable Valve Timing). Раcпредвалы приводятся в действие цепным приводом с автоматическим натяжителем, не требующим обслуживания. Механизм VVT на выпускном валу имеет гидравлический привод, а на впускном электрический. Электрический привод обладает более широким диапазоном регулирования и более гибок в управлении и быстрее реагирует на сигналы поступающие от блока управления, кроме того он не зависит от внешних факторов, таких как текучесть масла в зависимости от температуры в двигателе.

Для снижения насосных потерь двигатель SKYACTIV имеет масляный насос трохоидного типа с цепным приводом, который может работать в двух режимах, создавая разное давление масла в двигателе в зависимости от того в каком режиме работает двигатель.

Заправочный объём масла в двигателе SKYACTIV-G 4,2 литра с заменой масляного фильтра и около 4 литров без замены масляного фильтра. Для линейки двигателей SKYACTIV было разработано новое оригинальное масло Mazda Dexelia 0W-20 Supra, по сравнению с обычным оно считается более энергосберегающим. Так же в этот двигатель можно заливать и привычное маздовское масла Dexelia 5W-30 Ultra.

Итоги.

1. Степень сжатия 14:1 привела к увеличение крутящего момента на 15% и уменьшение расхода топлива и выбросов СО2 на 15%. Данные о расходе топлива двигателя скайактив на примере СХ-5.

2. Выпускная система 4-2-1 улучшает удаление отработавших газов

3. Насосные потери уменьшены на 20% благодаря регулированию фаз газораспределения и новому масляному насосу.

4. Непосредственный многократный впрыск топлива предотвращает детонацию.

5. Уменьшение габаритов привело к меньшим тепловым потерям и снижению общей массы агрегата на 10%.

6. Потери на трение уменьшены на 30%.

Таким образом двигатель SKYACTIV это самый эффективный двигатель внутреннего сгорания на сегодняшний день для автомобилей массового производства. Инженеры мазда, провели колоссальную работу и у них получилось, можно сказать изобрести заново двигатель внутреннего сгорания.


Коментарии

Scroll to Top