Компания Мазда не так давно действительно сделала бензиновый атмосферный двигатель с рекордной степенью сжатия - 14:1, достигнутой в том числе и за счет "улучшения вентиляции цилиндров" - оригинальной доработки системы выпуска. Снижение "средней температуры цикла" позволило вроде бы бороться и даже победить "неизбежную детонацию".
Степени сжатия практически всех современных атмосферных моторов (которых уже скоро и вовсе не останется) достигли критических величин в 10,5-11* единиц еще лет 20 назад и остаются практически неизменны с того момента (хороший пример - моторы BMW M50 и BMW S50). Рекордные же показатели, находящиеся в общем-то на грани теоретической детонации, чаще всего демонстрируют немногочисленные "докрученные" моторы спортивных автомобилей. Так или иначе, в мировом двигателестроении до недавнего времени существовали единицы моторов с СЖ около 12.
Зачем же, почему и чем именно важен этот показатель? Зачем стране такие рекорды?
*Здесь и далее говорим только про атмосферные моторы.
Важность степени сжатия можно оценить рассмотрев прямой показатель эффективности двигателя - крутящий момент приведенный к объему. Понятно, что на деле это может быть лишь точка, или же довольно узкий участок на моментной характеристике - нам важна лишь максимально достигнутая цифра. Около 20 лет назад, BMW одной из первых добилась соотношения 1 Нм на 10 кубиков рабочего объема. И прогресс в эффективности на этом фактически остановился. Компании начали больше заниматься экологией и интегральной характеристикой момента - работать с фазами газораспределения и их эффективностью. Фазовращателями просто "раскатали" моментную характеристику влево и вправо. Про все это я уже говорил.
На момент 2012 года, не существует атмосферного гражданского мотора с характеристиками существенно превышающими "золотое" соотношение эффективности - 1 Нм на 10 куб.см. рабочего объема. Моторы получающие хотя бы на 7-10% больше - дожаты до предела - это привелегия спортивных двигателей Ferrari, Porsche, BMW Motorsport. Тут чаще всего или помудрили с фазами, или выставили критические углы зажигания ну и степень сжатия, разумеется, по верхней возможной границе сделали.
Массовый же потребитель в основном ориентируется на гонку лошадиных сил и фактически не замечает, что продают-то ему почти тот же самый мотор, если не хуже. Разумеется, он стал ЕВРО4, старт-стоп и чего-то там еще, но эффективность осталась такая же, если не ниже...
Лишние 10-20 лошадиных сил, по сравнению с предыдущей моделью, подняты заменой прошивки с сопутствующим добавлением оборотов. Также, возможно, конструкторы чуть поиграли с фазами - приподняли холостые - сдвинули всю характеристику вправо. По такому пути идут все производители: так или иначе, именно такова главная тенденция в ретроспективе развития мирового моторостроения за последние 20-30 лет.
Вернемся к понятию "степень сжатия" и вспомним волговский "ЗМЗ-21", мотор американской технологии 50-х годов: СЖ 6,7:1, фактически - обычный распространенный в то время "американец" советского изготовления. Переваривал бензины от А-66 до А76 (современный - АИ-80). На нем был достигнут момент около 167 Нм при рабочем объеме около 2,44 л. BMW в 1991 году примерно с такого же объема двигателя M50B25 снимали привычные сейчас 250 Нм. Прогресс по степени сжатия - примерно полуторакратный. Прогресс по моменту... практически те же 1,5 раза! Линейная зависимость. Ну так давайте увеличим СЖ еще в 1,5 раза, примерно до 15 единиц и мы получим что-нибудь около 375 Нм?!
Ничего подобного: на самом деле, эффективность двигателя зависит от степени сжатия нелинейно. К 10-11 единицам теоретическая кривая эффективности входит в зону насыщения и к условным 12,5 единицам на графике наступает перегиб - дальнейший рост происходит крайне неохотно. Об этом же говорит и сама Мазда:
К чему я все это? Мазда обещает СЖ 14:1? Рекорд? Разберемся, по сравнению с чем?
Практически все современные моторы оснащены непосредственным вспрыском. Послойное смесеобразование, использование дополнительной "обычной" форсунки, оптимизация камеры сгорания - все это пути для понижения температуры смеси - снижения склонности к детонации. Один и тот же двигатель с СЖ 11-12 может быть более, или напротив - менее склонен к детонации, в зависимости от режима его питания.
Так что берем обычный современный двигатель, редактируем его в сторону снижения детонации и получаем 12:1 с допустимой эксплуатацией на АИ-95... И не детонирует. Думаю, с обязательным ограничением на 98-й, получим и беспроблемные 12,5:1 при использовании, повторюсь, совершенно доступных технологий. То есть, если и сравниваем, при прочих равных, то сравниваем не с мотором 80-х, а с мотором 2012 года - со всеми возможными современными ухищрениями. Если сравниваем "маздовские" 14:1, то примерно с 12:1, что сегодня вполне себе норма, как видите.
Одна из ключевых технологий при этом - непосредственный впрыск и оптимизация формы камеры сгорания.
Кроме того, стоит рассматривать каждый случай в отдельности - декларируемая цифра может несколько отличаться от реалий - идеально точно геометрию камеры сгорания редко кто высчитывает. Чаще всего, указанные производителем данные о степени сжатия довольно условны, отображают, так сказать, общую тенденцию, или "среднетехнологическое" значение. Компрессия двигателей M54B22 и M54B30, или же M50B20 и M50B25, например, отличается заметно больше, чем того стоит ожидать зная указанные степени сжатия этих моторов. В Сети хватает и практических расчетов для конкретного мотора... Реальные цифры могут варьироваться в довольно широком диапазоне. Разумеется, всему есть предел и двигатель с заявленной степенью сжатия 10:1 на деле вряд ли окажется дожатым до 12:1. Учитывая естественный технологический разброс и, например, возможный нагар в камере сгорания, вы никогда не сможете точно предсказать фактическую склонность двигателя к детонации на основе одной только паспортной степени сжатия.
К чему я все это пишу: даже указанная производителем степень сжатия требует фактической проверки. Самая простая из которых - точное измерение компрессии. И вот тут, при прочих равных, можно пытаться строить теорию склонности этого ДВС к детонации. Одна-две "лишних" атмосферы и стоит выбирать следующий сорт бензина...
Хорошо, представим, что "честные" 12:1 сопоставляются с технологическим совершенством - честными и рекордными 14:1. Сравнение, допустим, полностью корректное. Что нам дадут "рекордные" дополнительные 2 единицы? Хотя бы +10% к эффективности? Ничуть не бывало: перед нами, как видно, все те же 200-205 Нм которые показывают в паспортных данных на Skyactive-G. Кстати, почему, интересно, для канадского рынка указана степень сжатия 13:1? Дефорсировали мотор? Отнюдь: показатели момента и мощности те же самые. А теперь сюрприз. Что случилось с Mazda3 с таким же мотором? Нам говорят, что "охладительный" волшебный коллектор не поместился, там стоит обычный и заявленная степень сжатия уже не 14 и даже не 13... 12:1! Все характеристики прежние, заявленная разница в моменте - 3 Нм. Полагаю, даже одинаковые двигатели могут давать такой разброс на практике. Оставили бы все как есть - чем было бы оправдать отсутствие оригинального коллектора? Если эти 3 Нм действительно соответствуют разнице "технического" прорыва по сравнению с обычным двигателем с СЖ 12:1, то оно того стоит вообще? Ради чего городили весь этот огород? 3 Нм? Что-то около 1% на моментной характеристике?
Суровая действительно такова: двигатели MAZDA SKYACTIV-G в вариантах степеней сжатия 14:1, 13:1 и 12:1 фактически ничем друг от друга не отличаются. Да, это один и тот же мотор. Вот такой вот извращенный изощренный маркетинг. Mazda сделала совершенно обычный современный двигатель (ничем не лучше и не хуже аналогов) и завернула его в блестящую маркетинговую шелуху. Продавать же как-то надо...
P.S.Распространенный двигатель BMW N46B20 (в общем-то, аналогичный более раннему N42B20 аж 2001 года выпуска) при равном рабочем объеме, имеет примерно аналогичные характеристики эффективности, но при действительной степени сжатия... всего 10,5:1. Вот только рабочий момент у него доступен уже с 1200 оборотов! Двигатель Мазды "оживает" едва после 2000 об/мин... Почти 1000 оборотов - это пропасть. Делать надо было "момент", а не степень сжатия. Но момент сложнее "продать".
Подготовлено в сотрудничестве с bmwservice.livejournal.com