С высокими технологиями Mazda дружила всегда: вспомним роторные двигатели или, например, газодинамический наддув, а точнее — волновой обменник давления Comprex. Но в последнее время никаких откровений у этой компании не было. И вот долгожданный прорыв. Да какой — японцы создали целый комплекс новых технологий, которые объединены общим названием Skyactiv и девизом «Sky is the limit». То есть выше, мол, только небо.
Главная цель всех этих разработок — экология. Сейчас граммы выбросов CO2 важнее, чем секунды разгона до 100 км/ч. Поэтому одна из основных целей программы Skyactiv — это сокращение выбросов углекислого газа на 25% по всему модельному ряду. Но если крупные компании могут себе позволить экспериментировать с электромобилями и гибридами, то небольшие фирмы вынуждены мыслить более приземленно. И они понимают, что гибриды гибридами, а в ближайшие годы балом будет править старый добрый двигатель внутреннего сгорания. Вот только можно ли из него выжать еще что-то? Японцы уверены — можно. Но понятие Skyactiv включает в себя не только новые двигатели, но и изменения в трансмиссии, подвеске, структуре кузова... И все ради нее, экологии. Меньше масса, меньше расход, меньше выбросов.
Бензиновый двигатель
Традиционный путь развития в современном двигателестроении давно известен: объем поменьше, турбиной надуем сил побольше, а кому мало — поставим вторую турбину. Но Mazda после долгих размышлений выбрала принципиально другой подход, решив совершенствовать атмосферные моторы. Как? И вот тут самое интересное. Инженеры поставили перед собой весьма амбициозную цель – создать бензиновый мотор со степенью сжатия 14:1. Звучит невероятно! «Я сначала так и заявил начальству: это невозможно! И мне влетело», — признался Хидетоши Кудо, отвечающий за департамент разработки двигателей. Видимо, влетело по-японски крепко, потому что цель-таки была достигнута. Только вдумайтесь: обычные серийные моторы имеют степень сжатия, близкую к 10:1, моторы Формулы-1 — 12:1. А тут сразу 14:1. Да это же настоящая революция!
Проблема в том, что высокая степень сжатия неминуемо приведет к детонации в двигателе. А это его самый страшный враг: быстрое распространение фронта горения в цилиндре означает ударные нагрузки, которые разрушают мотор, снижают эффективность процесса сгорания. Как бороться с детонацией? Снизить температуру в цилиндре и оптимизировать сам процесс сгорания топлива. Как? Была изменена форма поршня, уменьшено время сгорания рабочей смеси, применены новые форсунки непосредственного впрыска топлива.
Помимо этого, использовали выпускной коллектор со схемой «4-2-1». Она препятствует возврату горячих отработанных газов в другой цилиндр, у которого выпускной клапан приоткрыт. Новый коллектор имеет сложную форму, а главное — большую длину, и газы, упрощенно говоря, не успевают вернуться в другие цилиндры. Схема эта не нова, она давно известна в автоспорте... А вот на гражданских машинах применять ее мешают соображения экологического характера. Дело в том, что современные нейтрализаторы отработанных газов имеют высокую рабочую температуру (либо требуют применения дорогостоящих материалов, что экономически не оправданно). А эконормы последних лет жестко ограничивают токсичность выхлопа в момент запуска и прогрева двигателя. Поэтому производители переходят на так называемые «катколлекторы», то есть катализаторы, объединенные с выпускным коллектором и расположенные максимально близко к двигателю. Так он гораздо быстрее прогревается и выходит на рабочую температуру. Но в случае с коллектором 4-2-1 близко нейтрализатор просто не повесишь, да и места для него не хватит. Проблема была решена так: на время запуска и прогрева двигателя угол опережения сдвигается в сторону более позднего. Это помогает быстрее разогреть нейтрализатор до выхода на рабочую температуру.
И, само собой, не обошлось без снижения массы двигателя: похудение идет по всем направлениям. За счет облегчения шатунов, коленвала и поршней (цилиндры теперь имеют меньший диаметр) мотор стал легче на 10% по сравнению с нынешним поколением четырехцилиндровых двигателей серии MZR, при этом еще были снижены потери на трение. Для будущего владельца все эти меры не останутся лишь цифрами из рекламных проспектов: эффект от нововведений заметен. Расход топлива снизился на 15%, на 15% вырос крутящий момент на средних оборотах. При этом мотор будет работать на самом обычном бензине с октановым числом 95.
Дизельный двигатель
Однако если уж бензиновый двигатель по расходу сравнялся с современным дизелем, то и последний надо совершенствовать. Но если для бензинового мотора высокая степень сжатия это благо, то для дизеля — все наоборот. Слишком высокая температура и неоднородное сгорание рабочей смеси приводят к увеличению содержания NOx и сажи в выхлопе, их необходимо нейтрализовать, а это дорого. Плюс — более жесткая работа на холостых оборотах.
Инженеры-дизелисты решили не отставать от своих «бензиновых» коллег и замыслили свой рекорд: степень сжатия на новом двухлитровом моторе... тоже 14:1! Но для дизеля это рекорд «вниз», ведь современные аналоги имеют степень в среднем от 16 до 18 единиц.
И опять все не так просто. Низкая степень сжатия приводит к недостаточному нагреву рабочей смеси, а ведь это залог ее воспламенения — свечей-то нет! Выход был найден в системе VVL (Variable Valve Lift). Она позволяет одному из двух выпускных клапанов приоткрываться на такте впуска, тем самым возвращая часть раскаленных отработавших газов обратно в цилиндр. Эффект отличный: температура смеси повышается сразу на 60 градусов, сгорание более стабильное, нет пропусков вспышек. Помогает VVL и при холодном пуске, опять же, возвращая разогретую смесь в цилиндр. Помимо этого, были изменены фазы газораспределения (теперь топливо впрыскивается близко к верхней мертвой точке), а также — двухступенчатый турбонагнетатель.
Очень интересно будет проверить этот двигатель в российских морозах, ведь инженеры утверждают, что он при холодных испытаниях заводится мягче и лучше других дизелей! Вот только с поставкой дизельных моторов в Россию у Mazda ясности пока нет. Да-да, мол, знаем, приоритетный рынок и все такое, но нам надо дополнительно проверить ваше топливо, все взвесить...
Снижение нагрузок в двигателе привело к возможности уменьшения прочности блока, облегчения поршней, шатунов, коленчатого вала. По сравнению с нынешним 2,2-литровым дизелем новый стал легче на 27 кг! При этом вырос крутящий момент в зоне низких оборотов, двигатель стал более отзывчивым на нажатие педали газа. А экологи вообще должны быть счастливы — дизель без всяких дополнительных ухищрений типа мочевины укладывается в нормы Евро-6!
Трансмиссия
В мире автоматических трансмиссий в последнее время тоже вроде бы путь развития был виден ясно и далеко: все больше производителей делали ставки на двойные сцепления. Чуть меньшей популярностью пользовались вариаторы, а уж обычный гидротрансформаторный «автомат», особенно ежели в нем было меньше шести ступеней, и вовсе воспринимался приветом из прошлого. Но минусы есть у всех вариантов.
Что конкретно требуется от любого «автомата»? Ну, во-первых, это быстрые и мягкие переключения, как вверх, так и вниз. Во-вторых, ощущение прямой связи с автомобилем. Ну и, конечно, никуда без экономии топлива: потери в трансмиссии надо снижать. То есть надо взять экономичность вариатора, плавность старта от классической АКПП и при этом добавить такую же «прозрачность» управления, которую дарит коробка с двумя сцеплениями. В условиях жесткой экономии финансовых ресурсов решили остановиться на традиционном «автомате» с гидротрансформатором и планетарными рядами.
Здесь направлений усовершенствований было несколько. Ощущения обратной связи и хорошего ускорения добились увеличением времени блокировки гидротрансформатора: теперь он жестко заблокирован 89% времени (против 64% у предыдущего «автомата»). Это же позволило уменьшить его размер, снизить массу и освободить место для более крупных демпфирующих пружин и новой многодисковой муфты блокировки, что дало плавность переключений. Ну а поколдовав над новым блоком мехатроники и гидросистемой, японцы серьезно сократили время переключения передач, особенно «вниз».
В результате получились две новые версии 6-ступенчатой коробки, рассчитанные на крутящий момент 270 и 460 Н·м. Они будут устанавливаться на все автомобили марки с поперечным расположением двигателя, от «двойки» до CX-7.
Но не забыли и приверженцев традиционной «механики». За ориентир взяли спортивную коробку от MX-5 и попытались добиться такой же легкости и четкости переключения для «гражданских» автомобилей. В итоге путем доработки механизма переключения ход рычага сократили с 50 до 45 мм и сделали его более легким при переключениях «вверх». Конечно, изменились и массогабаритные параметры: за счет объединения ведущих шестерен второй и третьей передач, а также первой и задней, коробка стала легче и компактнее, что дает больше свободы по компоновке подкапотного пространства.
Кузов и шасси
Все последние поколения автомобилей Mazda легче своих предшественников, и этим фирма оправданно гордится: ниже масса — меньше расход и лучше динамика. Но снижая вес, нельзя было забывать про безопасность и управляемость: жесткость кузова на кручение дает более прогнозируемые и точные реакции в поворотах. Как же приготовить такое универсальное блюдо? Один ингредиент из этого рецепта хорошо известен: это все более широкое применение высокопрочных сталей. В новых кузовах их станет больше в полтора раза: доля увеличится с 40% до 60%. Но это еще не все.
Гораздо больший эффект дало изменение структуры кузова. Проработка силовых элементов позволила соединить их в «единое целое», создав замкнутые, кольцевые контуры, обеспечивающие прочность кузова. Это дает более правильное распределение энергии удара при меньших затратах металла. Также изменены были точки крепления переднего и заднего подрамников к кузову, «выпрямлены» передние лонжероны. Все это вместе дало уменьшение массы кузова на 8%, то есть экономия составила около 20 кг. С виду не очень много, но при этом жесткость кузова выросла сразу на 30%!
Переднюю двухрычажную подвеску сменил более традиционный МакФерсон. Решая противоречие «максимальная маневренность на низких скоростях — устойчивость на высоких», конструкторы увеличили угол наклона оси поворота колеса (кастер) и колею, уменьшили передаточное отношение рулевого механизма. А скомпенсировать все это на низких скоростях призван новый электроусилитель EPAS (electric power assist steering).
В задней подвеске основное изменение — поднятая на 43 мм точка крепления рычага подвески и изогнутая форма самого рычага. Здесь в жесткую борьбу между собой вступили компоновщики интерьера, подвесочники и производственники. И проиграли как раз последние — им пришлось искать способ реализовать эту идею, не нарушая пространства салона в районе подушки заднего сиденья. Но в результате рычаг подвески теперь направлен вниз, что позволяет уменьшить клевки при торможении и снизить усилия, передаваемые на кузов при проезде неровностей. Ну а чтобы задобрить экологов, массу снизили и тут: подрамники за счет новых материалов и технологий сварки стали легче суммарно на 11 кг, при этом жесткость их возросла.
Испытания
Для коротких тестов нам были предоставлены ходовые прототипы, внешне напоминающие нынешнюю Mazda 6. Кузовные панели на заклепках, салон на саморезах, ручной тормоз заклеен скотчем, чтобы не дергали. ESP и подушки отсутствуют, так что свидание с отбойником в планы не входило. Но зато в этих машинах внедрены все новшества!
На каждой машине можно было сделать лишь по паре кругов на трассе. Серьезно оценивать поведение автомобиля после такого короткого знакомства бессмысленно, но какие-то выводы сделать можно. Дизель радует неплохой тягой, достаточно мягкой работой и хорошим откликом после 2000 об/мин, бензиновый мотор тоже «едет» хорошо и ровно. «Автомат» переключался расторопно, не раздражал задумчивостью и не вызывал нареканий даже при динамичной езде. Механическая коробка тоже не подкачала, но левой рукой оценивать ходы рычага как минимум непривычно. Но главное, стало ясно, что следующее поколение «шестерки» не растеряет своих ездовых качеств, она останется тем же динамичным и легким в управлении автомобилем, который способен подарить удовольствие тому, для кого важен «сам процесс». А значит, технологиями Skyactiv будут довольны не только экологи.
Осталось дождаться появления всего этого инженерного креатива на серийных моделях. Первым их будет обкатывать компактный кроссовер CX-5, который будет представлен уже этой осенью во Франкфурте.
Леонид Айзикович
