Бензиновый мотор, который работает как дизель

Когда Mazda представила двигатель SKYACTIV-X, многие автолюбители сначала решили, что это очередная маркетинговая выдумка. Слишком уж это странно звучало: бензиновый мотор, который работает как дизель. Тем не менее за этим парадоксом скрывается реальная технология, и над ней инженеры корпорации ломали голову больше десяти лет.

Mazda фактически совершила невозможное, заставила бензин вспыхивать не от искры, а от сжатия, и при этом сохранила преимущества обычного бензинового двигателя.

Превратить бензин в дизель
Чтобы понять, что именно придумали японцы, стоит вспомнить о работе двигателя внутреннего сгорания. В классическом бензиновом моторе всё просто: в цилиндре сжимается смесь воздуха и топлива, и когда поршень поднимается к верхней точке, свеча зажигает её искрой. В дизеле же искры нет — там воздух сжимается до такой степени, что нагревается до нескольких сотен градусов, и когда в него впрыскивают топливо, оно загорается само. Разница огромна. Дизель экономичнее, потому что сгорание происходит при высоком давлении, а значит, энергия топлива используется полнее. Но у него свои минусы — шум, вибрации и более грязные выхлопы. Бензиновый мотор, наоборот, работает тише и чище, но расходует больше топлива. Поэтому и возникла идея объединить их лучшие стороны.

Главной же проблемой был капризный бензин. Он может вспыхнуть слишком рано или слишком поздно, вызывая детонацию и неустойчивую работу двигателя, а контролировать этот момент без свечи зажигания оказалось почти невозможно. В результате такие эксперименты часто заканчивались неудачами. Mazda рискнула пойти дальше и придумала способ заставить бензин вспыхивать почти как в дизеле, но под контролем. Так появилась технология SPCCI — Spark Controlled Compression Ignition, что в переводе означает «воспламенение от сжатия под управлением свечи». Звучит странно, но именно в этой формулировке и кроется вся суть: свеча всё ещё есть, но она больше не играет главную роль. Она лишь помогает создать нужные условия, чтобы смесь воспламенилась сама, почти без её участия.

Фокус в цилиндре: как Mazda обошла физику
Mazda сумела сделать этот процесс управляемым. Главная хитрость двигателя SKYACTIV-X в том, что двигатель большую часть времени работает на сверхбедной смеси, в которой топлива почти в три раза меньше, чем в обычном бензиновом моторе. Такой состав экономичен, но плохо горит. И вот тут инженеры применили свой «трюк»: свеча зажигает крошечное облачко богатой смеси вокруг электрода, создавая не пламя, а своеобразный импульс давления, который мгновенно сжимает остальной воздух и бензин в цилиндре. Получается контролируемое самовоспламенение.

Двигатель постоянно следит за тем, что происходит внутри него, при помощи датчиков в цилиндрах, а электроника подстраивает подачу топлива и зажигание под конкретные условия — температуру, обороты и нагрузку. Если же условия неблагоприятны для такого зажигания, мотор незаметно переходит в привычный режим работы со свечой, как обычный ДВС. И делает это за доли секунды, так что водитель ничего не чувствует.

Компрессия в SKYACTIV-X составляет около 16:1, почти как у дизеля. При этом используется прямой впрыск, турбонаддув отсутствует, а управление клапанами выстроено так, чтобы максимально точно дозировать воздух. Всё это работает на пределе возможностей механики и электроники: температура, давление и состав смеси должны совпасть идеально, иначе двигатель не запустит нужный процесс. Именно эта точность и стала главным достижением Mazda, её инженеры смогли заставить мотор работать на тонкой грани между бензином и дизелем. Благодаря этому SKYACTIV-X сжигает топливо почти полностью, выдаёт ровную тягу и работает тише большинства обычных моторов.

Что дало это чудо физики
SKYACTIV-X хорошо показал себя на дороге. Его экономичность выросла примерно на 20–30% по сравнению с обычным бензиновым мотором такого же объёма, а тяга на низких оборотах стала заметно увереннее. Машина откликается на педаль плавно и предсказуемо, без провалов и задержек — ощущается запас момента, характерный для дизелей, но без их тяжеловесности и гула. Благодаря сверхбедной смеси и точному контролю сгорания двигатель выбрасывает значительно меньше углекислого газа и практически не производит оксидов азота или сажи. При этом мотор остаётся «чистым» в привычном бензиновом смысле — не требует сложных систем фильтрации и дополнительной обработки выхлопа.

На практике разница оказалась более чем очевидной. Автомобили с этим двигателем — Mazda3, CX-30 и CX-5 — ехали мягко, уверенно и без характерных дизельных вибраций. Даже при интенсивном разгоне мотор работал спокойно и без резких всплесков. Инженеры добились, чтобы момент воспламенения подстраивался под каждое нажатие педали, и потому переходы между режимами происходили незаметно. В реальных условиях расход топлива оказался близок к дизельному — около пяти литров на сотню.


Почему так сложно и зачем это всё нужно
Создать SKYACTIV-X оказалось куда труднее, чем нарисовать красивые схемы в патенте. Инженерам Mazda пришлось разработать практически всю техническую часть заново. Каждый цилиндр живёт своей жизнью, а электронный блок управления отслеживает десятки параметров одновременно, включая температуру, давление и состав смеси. Любое отклонение, и двигатель мгновенно перестраивает работу, чтобы вернуть стабильность. Стоило температуре подняться чуть выше, и смесь вспыхивала раньше времени, вызывая детонацию. Если же давление снижалось, сгорание становилось неполным. Mazda добилась точности, создав новую многоуровневую систему управления.

Не меньше усилий потребовало и охлаждение. При столь высокой степени сжатия температура в камере сгорания достигает предела, и даже небольшое отклонение могло бы привести к нестабильной работе. Инженерам пришлось изменить геометрию поршней, впускные каналы и даже форму камеры сгорания, чтобы обеспечить равномерное распределение смеси. Зачем всё это было нужно? Mazda традиционно идёт своим путём. Пока конкуренты переводят линейки на турбомоторы или электрификацию, японцы пытаются выжать максимум из классического ДВС. Новый мотор SKYACTIV-X даже объединили с мягкой гибридной системой M Hybrid, которая помогает при разгоне и сглаживает переходы между режимами, чтобы лучше приспособить его к повседневной езде.

У инновационного двигателя SKYACTIV-X много очевидных преимуществ: он способен работать тихо, без резких вибраций и с удивительно линейной отдачей. Водитель чувствует лишь уверенное ускорение. И это не говоря уже о повышенной топливной эффективности. Конечно, есть и другая сторона. Такая точность требует сложной настройки и постоянного контроля, поэтому инженеры Mazda долго адаптировали систему под разные рынки и типы топлива. Но результат стоит усилий: мотор получился универсальным и надёжным, без капризов и внезапных сюрпризов. Впрочем, это не отменяет трудностей с обслуживанием, ремонтом и прочими прелестями повышенной технологичности.