- Ирвин, Калифорния
Эти расколотые, окрашенные в матовый цвет автомобили-прототипы носят тела сегодняшних Мазда 3 , но под поверхностью есть то, что Mazda считает, что это будущее бензиновых движителей. Хэтчбеки работают на Мазде SkyActiv-X силовой агрегат, ставший первым серийным бензиновым двигателем с воспламенением от сжатия. Они, однако, не просто для демонстрации: Mazda достаточно уверена в своей технологии, которая все еще находится в стадии разработки, чтобы позволить нам водить автомобили на дорогах общего пользования.
SkyActiv-X (произносится как «ex», а не «десять») - это сторона силового агрегата следующей итерации постоянного подталкивания Mazda к снижению среднего корпоративного уровня выбросов при одновременном повышении экономии топлива. Современные семейства двигателей называются SkyActiv-G и SkyActiv-D для бензина и дизеля соответственно. По сравнению со SkyActiv-G, X призван повысить топливную экономичность на 20-30 процентов при одновременном повышении крутящего момента на 10-20 процентов по сравнению с сегодняшним 2,0-литровым двигателем.
Какими могут быть эти цифры? Например, современный 2,0-литровый автоматический хэтчбек Mazda 3 производит 155 лошадиных сил и 150 фунт-фут крутящего момента, а показатель EPA составляет 28 миль на галлон по городу и шоссе на 37 миль на галлон. Таким образом, экстраполируя, версия с двигателем SkyActiv-X может похвастаться чем-то вроде 180 фунтов-футов и 36/48 миль на галлон. Конечно, это всего лишь догадки; точные цифры не будут подтверждены в течение некоторого времени.
Секрет этой новой характеристики - это воспламенение от сжатия бензина, которое использует многие преимущества, которыми дизельные двигатели пользуются годами. Обычные бензиновые двигатели поджигают смесь топлива и воздуха, которая расширяется по всему цилиндру и заставляет поршень опускаться. Но, сжимая очень скудную смесь воздуха и бензина до тех пор, пока он самопроизвольно не взрывается, как в дизельном двигателе, инженеры Mazda говорят, что двигатель SkyActiv-X может производить больший крутящий момент, тратить меньше тепла и в целом расходовать меньше топлива. Многие автопроизводители изучили эту идею, но никто до сих пор не смог подготовить ее к серийной модели.
По сути, каждый раз вырабатывается больше энергии за более короткий промежуток времени, потому что воспламенение от сжатия гораздо более сильное, чем простое зажигание топливовоздушной смеси. Инженер-исследователь Mazda Джей Чен сравнивает его с надутым воздушным шариком вместо того, чтобы просто выпускать воздух через шею.
Прототип двигателя - это 2,0-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель с нагнетателем, охлажденной рециркуляцией выхлопных газов и электрически управляемым регулированием фаз газораспределения. Он имеет степень сжатия 16,0: 1, которая является невероятно высокой для бензиновых дорожных автомобилей, и систему прямого впрыска с более высоким давлением. В отличие от большинства автомобилей с непосредственным впрыском бензина, топливные инжекторы находятся в центре головки цилиндров, а свеча зажигания находится в стороне.
Большую часть времени двигатель работает в режиме, который Mazda называет Spark Controlled Compression Ignition (SPCCI). Очень сжатая смесь (т. Е. Воздух и бензин в большом количестве) попадают в такт сжатия, вращаясь вокруг благодаря специальной конструкции поршня; нагнетатель используется для добавления дополнительного воздуха, если необходимо разбавить смесь. Затем, как только поршень достигает верхней мертвой точки, с этой смесью, почти готовой к самовоспламенению, двигатель распыляет другое небольшое количество топлива и зажигает его свечой зажигания. Этот взрыв толкает оставшуюся воздушно-топливную смесь через край и очень быстро вырабатывает много энергии.
Х предназначен для повышения эффективности использования топлива на 20-30 процентов при одновременном повышении крутящего момента на 10-20 процентов.
Это было новшеством Mazda: использование свечи зажигания для запуска зажигания от сжатия. В противном случае, говорят инженеры, очень трудно добиться того, чтобы взрыв произошел точно в нужное время. Чтобы следить за всем процессом, датчики давления в каждом цилиндре обеспечивают обратную связь с компьютером двигателя: «Только теперь наши процессоры управления двигателем достаточно быстры, чтобы контролировать это событие за событием», - говорит Чен.
В других случаях, однако, двигатель Mazda работает как обычный двигатель с искровым зажиганием. Он переключается в этот режим в основном при высокой нагрузке и высокой скорости вращения; другими словами, для повышения производительности воспламенение от сжатия не будет работать. Но поскольку двигатель всегда использует свечу зажигания, инженеры говорят, что двигатель может «плавно» переключаться между двумя режимами работы.
То, что Mazda уверена в двигателе, подчеркивается тем фактом, что мы можем водить прототипы на дорогах общего пользования в обычном движении - на городских улицах, шоссе и во всем, что между ними, - как с шестиступенчатой механической коробкой передач, так и с шестиступенчатой. скоростная автоматическая коробка передач. Как и в ранних прототипах, в автомобилях отсутствуют некоторые детали интерьера (без радио, центральной консоли и т. Д.), А также множество предупреждающих световых индикаторов, а также iPad, показывающий, работает ли двигатель в режиме сжатия или искрового зажигания.
Но что самое впечатляющее с водительского сидения, так это то, что 2,0-литровый двигатель чувствует себя ... нормально. Отзывчивый и спокойный, он легко вращается, с сильной мощностью на низких оборотах и очень прямолинейной кривой крутящего момента при увеличении оборотов. В большинстве ситуаций нет реальных раздач, что что-то отличается.
Автомобили, безусловно, чувствуют себя быстрее, в первую очередь, на низких оборотах двигателя, чем сегодняшняя 2,0-литровая Mazda 3. На холостых оборотах нет грубых вибраций или хрипов, которые можно ожидать в некоторых автомобилях с непосредственным впрыском или дизелях. А при разгоне двигатель в основном звучит как любая другая 2.0-литровая мазда.
Тем не менее, незавершенные двигатели будут стучать - этот стук или грохот, вызванный предварительным зажиганием - довольно легко. Машина переключения передач делает это почти каждый раз, когда вы поднимаете газ; Инженер объясняет, что двигателю сложно переходить из режима включения в режим без газа. Оба двигателя будут также делать это время от времени при быстром ускорении, или когда напряжены, как проходя в гору. Инженер, стреляющий из ружья, вздрагивает, когда машина издает стук стука, когда я отстраняюсь от знака остановки.
Автомобили, безусловно, чувствуют себя быстрее, в первую очередь на низких оборотах, чем сегодняшняя 2,0-литровая Mazda 3.
С другой стороны, эти автомобили все еще находятся на стадии тестирования, и Mazda обещает, что эти проблемы будут устранены к началу производства. Напомним, что нежелательный детонационный двигатель - это, по сути, воспламенение от сжатия; Дейв Коулман, менеджер Mazda по проектированию динамики автомобиля, говорит, что больше программной работы поможет предотвратить такие ситуации. Проблема состоит в том, что у двигателя есть много, много стратегий управления, и инженеры компании все еще учатся, как наилучшим образом комбинировать их все.
«Это тюнинг», - говорит он. «Мы имеем дело с массивным многомерным уравнением».
У автомобилей-прототипов также есть некоторые другие улучшения, которые станут частью автомобилей SkyActiv следующего поколения. Например, втулки передней подвески перепроектированы таким образом, чтобы не допустить передних колес в такой же степени при движении вперед и назад при столкновении с неровностями, что, как говорят, делает поездку более комфортной за счет уменьшения ударов головой. «Наш баланс может лучше на это реагировать», - говорит Коулман.
Сиденья были полностью переработаны, чтобы более естественно держать позвоночник водителя, снижая утомляемость водителя. Все шасси было стратегически усилено, со специальными демпфирующими частями, добавленными к дальнейшим подавляющим вибрациям.
Честно говоря, трудно понять, насколько эти изменения повлияют на наш тест-драйв. Тестеры SkyActiv-X в основном чувствуют себя хэтчбеком Mazda 3, на котором я ездил ранее днем: приятный во всех основных элементах управления, с устойчивой ездой и чрезвычайно естественным управлением. Другими словами, продолжение классовой динамики и ощущения сегодняшних Mazdas.
Интересно, что Mazda все еще использует автоматическую коробку передач с шестью скоростями, когда конкуренты приняли 8, 9 или единицы с 10 скоростями, или бесступенчатые передачи. Поскольку SPCCI настолько эффективен в сценариях с низкой нагрузкой, Коулман говорит, что работа двигателя на более высоких оборотах на самом деле не вредит экономии топлива. На самом деле, он считает, что забавный вождения характер Mazda лучше обслуживать, поддерживая более высокие круизные обороты, так что автомобиль может быть более отзывчивым на входы дроссельной заслонки без необходимости частого переключения на пониженную передачу.
«Мы стараемся создать как можно меньше передач, чтобы сохранить это более прямое чувство», - говорит он.
Однако новый движок SkyActiv-X не лишен недостатков. Во-первых, взрывной характер воспламенения от сжатия, а также топливной системы более высокого давления создает много шума.
«NVH [шум, вибрация и резкость] очень сложны», - говорит Коулман. «Нам пришлось заключить двигатель в капсулу» со специальной пеной по всему отсеку двигателя, а также с большой пластиковой крышкой, закрывающей масляные остатки, когда вы открываете капот. Он говорит, что Mazda черпала вдохновение в том, как европейские производители предметов роскоши хранят свои дизельные двигатели в молчании.
Эти взрывы также создают большую нагрузку на внутренние компоненты двигателя, поэтому они должны быть усилены почти до прочности, необходимой для дизельных двигателей Mazda. В результате ни одна часть не используется совместно с сегодняшним 2,0-литровым SkyActiv-G.
«Многие вещи выглядят так, будто они на полпути между бензиновым и дизельным двигателями», - говорит Коулман.
Двигатель также дороже в изготовлении - хотя и дешевле, чем гибрид, отмечают инженеры, - и тяжелее, чем SkyActiv-G, хотя и легче, чем аналогичный дизельный двигатель. Упомянутое выше усиление шасси также добавляет вес; Mazda традиционно пыталась по возможности сократить массу своих автомобилей.
«Мы по-прежнему очень ориентированы на вес, но с практической направленностью», - говорит Коулман.
Двигатель SkyActiv-X также построен с мягкой гибридной системой, аналогичной тем, которые предлагаются на автомобилях, таких как Audi A8, Ram 1500 и Jeep Wrangler. У Коулмана было очень мало подробностей о системе, кроме как сказать, что она предназначена для помощи в ситуациях остановки двигателя. Это было отключено на наших прототипах автомобилей. Но это важная технология для будущих моделей Mazda: «Все двигатели SkyActiv будут использовать мягкую гибридную технологию», - говорит Чен.
Конечно, реинвестирование Mazda происходит, поскольку большинство автопроизводителей начинают объявлять о грандиозных планах по электрификации всех своих автомобилей в ближайшие годы. Mazda сделает то же самое - на временной шкале компании изображен электромобиль с аккумулятором в 2020 году и гибрид с подключаемыми модулями к 2021 году, - но компания считает, что от разработки двигателей внутреннего сгорания для электромобилей еще предстоит многое сделать. Идея состоит в том, что, если Mazda все еще будет оснащать гибридный или подключаемый гибридный автомобиль бензиновым двигателем, он также может быть самым эффективным из возможных газовых двигателей. Таким образом, SkyActiv-X является строительным материалом для будущих гибридных моделей.
Мазда не будет знать, какое именно транспортное средство представит двигатель или шасси SkyActiv-X, хотя он уверен, что силовая установка будет запускаться только на совершенно новом автомобиле с обновленными шасси, а не просто на обновленной существующей модели. «Я не думаю, что у нас есть какие-либо шансы поставить его [двигатель] в машину шестого поколения», - говорит Коулман. Mazda называет новое шасси и двигатель технологиями седьмого поколения.
Компания подтвердит, что новый автомобиль поступит в США в конце 2019 года. На данный момент все признаки указывают на то, что рассматриваемая модель является Mazda 3 следующего поколения; предсказатель может догадаться, что недавний Кай концепция был указатель в этом направлении.
Нам придется подождать некоторое время, чтобы увидеть, насколько хорошо новый двигатель Mazda сможет выполнить свои обещания по увеличению мощности и эффективности в значительных объемах. Тем не менее, технология, основанная на управлении прототипами, является надежной и - особенно после еще одного года или около того доработки - работает в реальной жизни. Mazda решила сложную инженерную проблему, потому что она дает реальные реальные результаты, а не только потому, что она захватывает заголовки. Скептики обращают внимание: в двигателе внутреннего сгорания еще может быть жизнь.
Какими могут быть эти цифры?
