японские инженеры придумали «идеальный двигатель»

„ем хорош дизель и за что его ругают

—облазнительность дизел€ всегда объ€сн€лась его экономичностью. Ќа это есть две основные причины: высока€ степень сжати€ и отсутствие дроссельной заслонки. ѕерва€ обеспечивает термодинамическую эффективность, второе снижает так называемые насосные потери. ќсновна€ польза от дизельного цикла чувствуетс€ на частичных нагрузках.

ƒо поры до времени дизели уступали бензиновым двигател€м в удельной мощности, но повальное внедрение турбонаддува нивелировало эту разницу, поэтому экологически озабоченные страны охватила дизельна€ лихорадка. ѕосле дизельгейта VW и р€да аналогичных скандалов репутаци€ дизелей резко пошла на спад, но это больше св€зано с политикой, чем техникой.

¬ отличие от дизелей, бензиновые моторы склонны к детонации – взрывному неконтролируемому сгоранию, что в основном и ограничивает их степень сжати€, а с ней и термический  ѕƒ.  роме того, они нуждаютс€ в дроссельной заслонке, котора€ душит их на режимах малых нагрузок, снижа€ экономичность. ƒроссель необходим из-за неспособности мотора с искровым зажиганием работать на очень бедных смес€х: они попросту не воспламен€ютс€ свечой.

¬з€ть лучшее от обоих

»де€ сделать бензиновый цикл столь же экономичным предпринимаютс€ посто€нно. Ќаиболее значима€ технологи€ в этой области – это пр€мой впрыск бензина в камеру сгорани€. “акой двигатель все равно работает по бензиновому циклу (ќтто или ћиллера) с искровым зажиганием и дроссельной заслонкой, но при правильной организации процесса переваривает обедненные смеси и менее склонен к детонации. Ёто позвол€ет подн€ть степень сжати€ до 11-12 единиц в сочетании с турбонаддувом, что по дизельным меркам все равно детский сад.

ƒруга€ «примир€юща€» технологи€ – это отказ от дроссельной заслонки: в этом случае количество воздуха обычно регулируетс€ ходом клапанов (Valvetronic BMW), но эффект в принципе ограничен.

¬ообще, все плюсы и минусы обоих типов двигателей определ€ютс€ типом смесеобразовани€.

¬ бензиновом моторе перед воспламенением топливовоздушна€ смесь однородна (гомогенна) или близка к ней, а зажигание происходит принудительно от свечи. ћоторы с пр€мым впрыском бензина иногда делают смесь слоистой (у свечи более богатой), но до дизельного «расслоени€» не доходит.

¬ дизеле смесь самовоспламен€етс€ в крайне неоднородном состо€нии: к началу горени€ не все топливо успевает даже испаритьс€. Ёто надел€ет дизель двум€ плюсами и одним минусом: с одной стороны, он может работать на очень бедных смес€х и при очень высоких степен€х сжати€, с другой стороны, смеси оптимального состава (стехиометрические) ему противопоказаны, что ограничивает удельную мощность. —егодн€ на первый план выходит и друга€ проблема дизелей – высокие выбросы окислов азота из-за работы на бедных смес€х при высоких нагрузках.

»деальный цикл

ј как выгл€дит идеальный цикл? ќн должен быть устойчив к детонации и работать на смес€х самого разного качества – от сверхбедных до нормальных (стехиометрических). ѕока ни один мотор полностью этим критери€м не соответствует.

Mazda за€вл€ет, что нашла решение проблемы, и готовитс€ запустить серийное производство мотора, работающего по «комбинированному» циклу HCCI – в нем происходит самовоспламенение гомогенной смести. ѕервое качество – от дизел€, второе – от бензинового мотора.

“ехнологи€ €вл€етс€ развитием маздовских идей Skyactive, которые позволили ей выпустить бензиновые двигатели со степенью сжати€ 13-14 единиц. Ќа пол€х заметим, что зависимость экономичности от степени сжати€ не всегда однозначна, например, немаловажным обсто€тельством €вл€етс€ угол опережени€ зажигани€ – позднее зажигание снижает риск детонации, но ухудшает экономичность.

¬ новом моторе Skyactive-G Mazda планирует впервые в истории массового автопрома отказатьс€ от принудительного зажигани€ бензина, по крайней мере, на режимах частичных нагрузок.  омпани€ €кобы нашла способ самовоспламен€ть смесь сразу в нескольких точках.

≈сли перейти на социальные аналогии, то сгорание – это что-то вроде революции. ƒетонационное сгорание – неконтролируемый и очень резкий слом стро€, который граничит с анархией и полным распадом. ¬ этой аналогии Mazda придумала процесс, при котором революционные массы восстают не из одного центра, а сразу повсеместно, при этом остава€сь подконтрольными единоначалию. Ётака€ м€гка€ и единодушна€ революци€. «вучит сказочно, но посмотрим.

Ќа самом деле, в моторе Skyactive-G реализовано два цикла: на режимах полных нагрузок он работает по классическому бензиновому принципу с искровым зажиганием, что хорошо дл€ снижени€ выбросов азота и повышени€ удельной мощности. Ќа частичных нагрузках, когда на первый план выходит экономичность, он переходит на близкий к дизельному цикл с самовоспламенением и коэффициентом избытка воздуха свыше п€ти единиц (у бензинового он всегда в районе 1). »зюминка в том, что столь бедную смесь уже не поджечь свечой, поэтому «ћазде» понадобилось какое-то волшебство, чтобы заставить топливо правильно самовоспламен€тьс€. Ѕензины, как известно, отличаютс€ высокой температурой воспламенени€, поэтому к самоде€тельности в этой области не склонны.

Mazda планирует повысить степень сжати€ до 18 единиц – по крайней мере, такие величины назывались во врем€ презентации технологии. ƒл€ бензинового мотора это, безусловно, прорыв, ибо нормой сегодн€ €вл€етс€ 10-12 единиц.

ћаркетинг или прорыв?

ѕоставит ли «скайактив» окончательный крест на традиционном разделении на бензиновые двигатели и дизел€? ѕокажет лишь практика. ≈сли предположить, что за€вки Mazda верны, технологи€ в самом деле выгл€дит привлекательной: представьте мотор, который обеспечивает хорошую удельную мощность без наддува, и экономичен, когда вы едете вполсилы. Mazda за€вл€ет аж 30-процентное повышение  ѕƒ, что, конечно, будоражит фантазию.

Ќо есть и почва дл€ скепсиса. ¬о-первых, удастс€ ли подтвердить эти за€вки практикой или получитс€ очередной мотор, который по паспорту 3 л/100 км, а в реальной жизни – стандартные 6-10 л/100 км? ¬о-вторых, всерьез заботит его надежность. Ќе исключено, что тонка€ организаци€ рабочего процесса сделает его гиперчувствительным к октановому числу топлива, и любые отклонени€ могут дорого обойтись. ¬ обычном бензиновом моторе риски детонации контролируютс€ специальным датчиком, и при угрозе уменьшаетс€ угол опережени€ зажигани€. —амовоспламенение на частичных нагрузках лишает такой гибкости, а на полном газу, подозреваю, угол опережени€ и так будет на грани допустимого без запаса на детонацию.

¬прочем, интрига есть, и это хорошо.

PS: уточним, что многотопливные дизели, способные работать на бензине, давно используютс€ в танкостроении, однако к совмещению плюсов бензинового мотора и дизел€ это не относитс€. Ќа бензине военный дизель может работать ограниченное врем€ в форс-мажорных обсто€тельствах без какого-либо профита дл€ мощности и/или экономичности.