Двигатели SKYACTIV — особенности работы

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.

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.

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.

Насколько надежна Mazda CX-5: двигатели SkyActiv и вопросы к электрике

CX-5 – не только первый кроссовер Mazda, но и первая модель, созданная по новой концепции: новые двигатели, новая дизайнерская философия и новый ответ тенденциям времени. Последние связаны с тем, что наигравшись в роторные двигатели, Mazda стала перед выбором – идти по европейскому пути, разрабатывая маленькие турбомоторы с роботизированными коробками передач, или же остаться верной традиционным технологиям.

Удивительнее всего то, что японцы решили совместить первое со вторым. Так появилась линейка двигателей SkyActiv.

Основная фишка в том, что японцы остались верны атмосферным моторам и классическим автоматам, но внедрили туда все возможные технологии, которые позволили довести и показатели мощности, и показатели экономичности, а также экологичности до всех требуемых стандартов. С одной стороны, привычные двигатели и коробки были тепло встречены на консервативных рынках, в том числе, российском – Mazda CX-5 уверенно держится в топ-25. С другой, в душе таились подозрения, насколько сверхтехнологичные моторы выдержат наши условия эксплуатации. Поскольку первым образцам Mazda CX-5 исполнилось уже по 7-8 лет, самое время подвести первые итоги.

Итак, на российском рынке CX-5 присутствует с 2011 года с тремя двигателями – бензиновыми 2.0 и 2.5, а также с турбодизелем объемом 2.2 литра. Престижный японский автомобиль очень ликвиден, а потому цена держится даже на самые первые экземпляры с пробегом за 150 000 км. Дешевле чем за 700 000 рублей найти кроссовер удастся вряд ли. Самые свежие пострестайлинговые образцы первого поколения 2017 года до сих пор стоят по 1,7-1,8 млн рублей. Но смысла в такой покупке немного, поскольку можно рассматривать уже новые CX-5 второго поколения. В целом, поиск достойного экземпляра нужно начинать, имея в кармане около миллиона рублей.

Львиная доля CX-5 была продана с бензиновыми атмосферниками SkyActiv 2.0 и 2.5. Двигатели технически схожи и кроме объема отличаются только конструктивными нюансами отдельных элементов. Главная “фишка” моторов – невероятно высокая степень сжатия 14:1 и 13:1, соответственно, а также облегченная поршневая группа, благодаря которым удалось достичь хороших показателей экономичности без потери мощности.

Правда экономичность только топливная, а вот расход масла у обоих моторов повышенный, так что следить за уровнем нужно внимательно, иначе двигатель можно загубить. Внимание к топливным форсункам, приводному ремню и катушкам зажигания. Первые быстро забиваются из-за некачественного топлива, в механизме второго слаб пластиковый ролик, который лучше сразу менять на более качественный аналог, а катушки сами по себе оказались недолговечны и менялись в свое время по гарантии. Кстати, свечи для моторов SkyActiv в силу их специфики рекомендуется использовать только оригинальные.

Еще одна встречающаяся особенность моторов – старт со второй-третьей попытки. Проблема не страшная и решается обновлением программного обеспечения.

А вот “скайактивный” дизель 2.2 оказался неудачным, благо спрос на такую версию в России был минимальным – менее 10% версий. У мотора две главные проблемы – ненадежный вакуумный насос и хлипкие крепления топливных форсунок. Из-за разрушения насоса в двигатель попадают его металлические осколки и опилки, которые забивают масляные каналы, что приводит к кончине мотора – в свое время маздавские дизеля даже меняли по гарантии в сборе.

Из-за слабых креплений форсунки выбивает из посадочных мест, после чего на этом месте начинает скапливаться нагар, а далее снова забиваются масляные каналы и снова начинается масляное голодание, приводящее к тяжелым последствиям.

В результате массы отзывных и гарантийных случаев компанией Mazda было принято решение снять дизель с российских поставок.

На Mazda CX-5 устанавливалось три коробки передач – одна механическая и два автомата. Механика – большая редкость в силу того, что ставилась она только на базовую переднеприводную версию, которую никто не покупал, так что каких-то проблем с ней не зафиксировано в силу минимального распространения.

Разные автоматы предназначались для бензиновых и дизельных версий. Как назло, более мощная и выносливая коробка серии GW ставилась именно на дизель, где на фоне проблем с мотором зарекомендовала себя с самой лучшей стороны – владельцы не отмечают вообще никаких нареканий.

А вот более простой автомат серии FW отметился одной, но серьезной проблемой – повышенным износом муфты заднего хода, стружка от работы которой забивает гидросистему. Избежать проблемы можно перепрошивкой софта и регулярной сменой исключительно оригинального масла Mazda.

Что касается полного привода, то при регулярных вылазках на бездорожье страдают подушки муфты, угловой редуктор, подтекают сальники, а также встречаются повреждения манжеты между автоматом и раздаткой.

Mazda CX-5, несмотря на независимые схемы подвесок, имеет похвальный ресурс почти всех деталей. Основные элементы без проблем выхаживают 100 000 км, а, например, сайлент-блоки рычагов не меняются вдвое больший период. Вопросы могут вызвать разве что ступичные подшипники или поврежденные неаккуратной ездой пыльники амортизаторов.

На начальном этапе подкачали рулевые тяги, которые быстро начинали люфтить – их меняли по гарантии. Пропуск проблемы через некоторые время мог привести к выходу из строя рулевой рейки – тяги задевали за ее кожух.

Распространенная проблема на Mazda CX-5 – сбой работы системы StartStop, которая глючила из-за различных проблем со специальным аккумулятором. За его работоспособностью нужно следить. Глюки электрооборудования – повод проверить машину на кузовной ремонт: неаккуратная перетяжка магистралей проводов приводила к проблемам. Кстати, сбои навороченных радарных систем, установленных под потолком – следствие плохо установленного лобового стекла. Кроме того, у CX-5 и без этого регулярно отказывала камера заднего вида и электроприводы зеркал.

Что же до кузова и салона, то единственной проблемой может стать тонкий слой краски, подверженный царапинам и сколам. В остальном машина сделана очень качественно как снаружи так и внутри, причем вне зависимости от страны сборки.

Mazda CX-5 очень достойный претендент на покупку, качество которого оправдывается повышенной ценой. Однако несколько моментов нужно знать обязательно.

Во-первых, сразу игнорировать дизельные версии, во-вторых, проверить работоспособность автомата: любые стуки, толчки и посторонние звуки в нем – повод отказаться от экземпляра.

В-третьих, проверить машину у дилера на прохождение всех возможных отзывных кампаний, коих было немало: обновленный и “прошитый” кроссовер – залог дальнейшей беспроблемной жизни.

Ну и последняя рекомендация – уже после покупки не пожалейте средств застраховать CX-5 по КАСКО. Увы, кроссовер от Mazda регулярно попадает в лидеры рейтингов угонов.

Характеристики моторов Mazda Skyactiv впечатляют, а как дела с надежностью и ресурсом?

“Хотелось бы услышать ваше мнение о надежности моторов по технологии Mazda Skyactiv. Наверняка уже есть достаточная статистика по данному двигателю. Впечатляют заявленные характеристики атмосферных бензиновых моторов, а как с ресурсом обстоит дело?”

Первые пять лет после дебюта двигателей Skyactiv, разработанных компанией Mazda, прошли без серьезных неприятных сюрпризов. Правда, в России начало продаж моделей, оснащенных бензиновыми Skyactiv (есть еще и дизельные), чуть не обернулось скандалом в связи с неоднократно имевшими место случаями, когда мотор запускался, но через несколько секунд глох и начинал нормально работать лишь после второго, реже – третьего, еще реже – четвертого и так далее запусков.

До сих пор остается загадкой, что было точной причиной этой проблемы. Озвученная японцами версия – виноват низкокачественный бензин. Но если в нее поверить, то придется признать, что через два года после начала продаж Skyactiv на всех заправках России, как сговорившись, начали продавать бензин высшей пробы, после чего проблема как бы “рассосалась” сама собой. Между тем известно, что помимо анализа топлива инженеры Mazda изучили также показания диагностических приборов, в реальных условиях зафиксировавших, как проявлялась неисправность.

Если учесть, что в Беларуси подобная проблема не отмечалась, а, по словам наших специалистов, первоначально автомобили с двигателями Skyactiv, продававшиеся на белорусском рынке, шли с европейской прошивкой блока управления, можно предположить, что в российском программном обеспечении имелся какой-то “косяк”, который при определенных условиях не позволял исправному двигателю продолжать устойчиво работать после первого запуска. Возможно, ко времени, когда машины с российской прошивкой начали поступать к нам, ошибка в программе была устранена. Тем не менее существует только официальная версия о некачественном бензине, остальное – догадки. Остается добавить, что наблюдалась проблема лишь в холодное время года.

В общем, дело это прошлое, и подтверждает оно, что начало серийного производства новых автомобилей или узлов и агрегатов редко обходится без сучка без задоринки. Главное, что в случае с двигателями Skyactiv этот “сучок” оказался единственным, а все другие неисправности, относящиеся непосредственно к данным моторам, массового характера не имеют и выглядят случайностями, которые нередко могут быть списаны на отношение отдельных владельцев к правилам эксплуатации.

В частности, двигатели Skyactiv более требовательны к величине октанового числа бензина, чем другие моторы. Причина – нетипично высокая для бензиновых двигателей степень сжатия. В зависимости от исполнения двигателя она составляет 13-14 единиц, в то время как в прочих бензиновых моторах обычно не превышает 11 единиц. Впрочем, из-за способности двигателей Skyactiv в зависимости от нагрузочного режима работать то по циклу Миллера, то по циклу Отто вопрос о том, какая у них реальная, а не геометрическая степень сжатия, – тема для дискуссий, но важно не это. Важно, что в отличие от других моторов со степенью сжатия до 11, которые при заявленной производителем октановой потребности в 95 единиц могут без особого ущерба надежности и долговечности работать на 92-м бензине, для Skyactiv необходим бензин не ниже 95-го.

Опять же бензиновые Skyactiv – двигатели с непосредственным впрыском топлива. Наличие в их системе питания топливного насоса, создающего в системе давление до 200 бар, и шестиструйных форсунок не только делает их похожими на дизели, но и увеличивает привередливость к наличию в бензине посторонних примесей и воды по сравнению с моторами с распределенным впрыском.

В сравнении с предшественниками в силовой гамме Mazda двигатели Skyactiv более требовательны также к качеству смазки, что подтверждается наличием в них гидрокомпенсаторов тепловых зазоров в клапанах и подводов масла к кулачкам распредвалов, которых не было раньше.

Что касается срока службы до того, как узлы моторов Skyactiv начнут создавать ресурсные проблемы, то говорить о нем преждевременно. Далеко не все двигатели даже первых лет выпуска преодолели свыше 100 тыс. км. К тому же из сказанного выше должно быть понятно, что ресурс не является некой фиксированной величиной, а может быть “откорректирован”, причем необязательно отношением владельцев к правилам эксплуатации и обслуживания, но и условиями, в которых используется тот или иной автомобиль.

Именно последнее повинно в единственной характерной для моделей с двигателями Skyactiv проблеме, однако самих моторов она касается опосредованно, связана в первую очередь с системой энергоснабжения и затрагивает только машины, эксплуатирующиеся в городских условиях по маршруту “дом – работа – дом” с расстоянием в одну сторону до 8-10 км. При использовании в таком режиме генератор не успевает восполнить энергию, затраченную аккумулятором на запуск двигателя.

В результате аккумулятор постепенно разряжается, пока система самодиагностики не определит, что уровень зарядки батареи слишком низкий, после чего на приборном дисплее появляется требование о необходимости зарядки аккумулятора. Если меры предприняты не будут, не исключено, что на работу придется добираться на общественном транспорте.

Проблема, как некогда в России, опять-таки наблюдается только в холодный период года, но российские случаи обычно не сопровождались предупреждением о разрядке аккумулятора. Специалисты по Mazda, знающие об этой особенности машин со Skyactiv, рекомендуют владельцам, которые пользуются автомобилем исключительно для коротких городских поездок, периодически нарушать установленный распорядок для более продолжительных и желательно загородных поездок, а при невозможности это делать – следить за батареей и при необходимости подзаряжать ее на стационарном зарядном устройстве.