Я так надеялся вновь увидеть, как под крылом самолета о чем-то поют зеленые холмы Хиросимы — как было это более десяти лет тому назад. Но на этот раз не срослось: после Токийского автосалона нас повезли не в родовое гнездо фирмы Mazda, а в соседнюю Иокогаму. Минут сорок езды на автобусе по бесконечным бетонным эстакадам — и вот я борюсь со сном в конференц-зале огромного бизнес-центра на берегу Токийского залива. Слайды, доклады... И два коротких тест-драйва.
Тема — экономичность. Сколько лет нам твердили, что Mazda не будет делать гибридов — мол, это всего лишь мода, в реальной жизни вся эта электротехника не столь эффективна и лишь утяжеляет и удорожает машины. А что мы видим теперь? В Японии начала продаваться Mazda Axela Hybrid! С купленным по лицензии тойотовским электромеханическим вариатором — тем же самым, что ставится на Prius.
— Нынче не иметь в Японии хотя бы одного гибридомобиля в модельной гамме нельзя, — вздыхают японцы. — Не поймут. Скажут, что не заботимся об экологии...
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
Так устроен рекуперативный генератор i-eloop, которым оснащается Mazda 6 с обычным бензиновым мотором Skyactiv-G 2.5. Задача столь сложной системы — вырабатывать ток для зарядки батареи, не расходуя на это ни капли топлива. Генератор работает только при сбросе газа, когда коленчатый вал двигателя принудительно вращается накопленной за время разгона кинетической энергией автомобиля. А при разгоне генератор отключается, но батарею еще некоторое время продолжает подпитывать «рекуперативной» энергией накопитель-суперконденсатор
«Ползучую гибридизацию» Mazda начала с внедрения системы i-eloop. Помните «рекуперативный генератор», который впервые применили на BMW в рамках идеологии Efficient Dynamics? Идея в том, чтобы генерировать электроэнергию только при сбросе газа, когда машина тормозит двигателем, — не расходуя на это бензин, а рекуперируя накопленную кинетическую энергию. Крохи, конечно (мощность генератора редко превышает два киловатта), но хоть что-то.
И вот Mazda довела эту идею... До совершенства — или до абсурда? Ради пущей эффективности рекуперативной зарядки батареи японцы применили более мощный 25-вольтовый генератор, как на грузовиках. Батарею тоже поставили усиленную, но она все равно двенадцативольтовая, поэтому пришлось добавлять преобразователь напряжения. Мало того: поскольку аккумулятор не в состоянии быстро воспринять всю энергию, которую 25-вольтовый генератор вырабатывает только за недолгие моменты сброса газа, японцы поставили между ними буфер-накопитель — блок суперконденсаторов.
И все это ради того, чтобы сэкономить рюмочку бензина на сто километров пробега!
Серьезно повысить эффективность рекуперации таким образом нельзя: нужен полноценный гибридомобиль. Такой, как Mazda Axela Hybrid?
— Так, не промахнитесь: сейчас направо. Нет, не совсем направо, а во-о-н туда, чуть правее!
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
Полноценный гибридомобиль марки Mazda — это седан Axela Hybrid (то есть Mazda 3). По компоновке моторного отсека он повторяет Prius, но тойотовская электромеханическая трансмиссия агрегатирована с двигателем Mazda Skyactiv-G 2.0, дефорсированным до 99 л.с. с помощью рециркуляции отработавших газов. Для никельметаллгидридной тяговой батареи место нашлось только над задней осью, из-за чего объем багажника сократился почти на 100 л, до 312 л. Снаряженная масса гибрида — 1390 кг: он на 80 кг тяжелее двухлитровой машины с «автоматом»
Я первый раз за рулем в Японии и без провожатого не осилил бы даже этот простенький десятиминутный маршрут. На указателях — одни иероглифы, дорога постоянно раздваивается и уходит то вверх на эстакады, то вниз на разворотные петли... Машин почти нет, движение равномерное, светофоров минимум. В таких условиях много гибридностью не сэкономишь. Поэтому на дисплеях борт-компьютеров нескольких тестовых машин высвечиваются далеко не рекордные цифры — от 5,6 до 7,1 л/100 км. Столько было бы и с обычным дизелем!
А ведь гибридомобиль дороже. Да и едет седан Mazda Axela Hybrid, то бишь «трешка» с электромеханическим вариатором, вяленько. Даже обычная 1600-кубовая «матрешка» с «автоматом» наверняка веселее.
И не позор ли Мазде использовать заимствованную тойотовскую трансмиссию?
Правда, до сих пор ничего проще и гениальнее, чем система Toyota Synergy Drive, в мире гибридомобилей не придумано. Одна-единственная планетарная передача соединяет двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с электромотором, дополнительным генератором и колесами, образуя бесступенчатую трансмиссию — электромеханический вариатор. Неудивительно, что когда подчиненные Мицуо Хитоми искали вариант для гибридной Мазды, они не нашли альтернативы. Но вот беда: уникальные двигатели серии Skyactiv плохо подходят для гибридизации! Ведь их высокая степень сжатия — до 14:1 — приносит максимальную выгоду не при частичных нагрузках, а при полностью открытом дросселе. И если обычно двухлитровый мотор Skyactiv-G на Мазде 3 развивает от 150 до 170 л.с., то для гибридной версии его пришлось «задушить» аж в полтора раза, до 99 л.с.!
Альтернатива — утки, как в том анекдоте о тонущих при потопе курах? Может, это РПД — роторно-поршневой двигатель Ванкеля, «наше все» фирмы Mazda?
Когда я был в Хиросиме в начале 2000-х, цех по выпуску РПД был законсервирован: Mazda RX-7 уже не выпускалась, а новый безнаддувный двигатель Renesis для RX-8 только проходил доводку. А теперь?
В июне 2012 года после выпуска 192 тысяч экземпляров Mazda RX-8 была снята с производства. Проблемы с повышенным расходом масла, траты на продленные гарантийные обязательства, невозможность вписать Renesis в ужесточающиеся эконормы... И — тишина.
— Скорее всего, роторных Мазд больше не будет, — скрепя сердце признаются японцы. — Но роторный двигатель по-прежнему беспрецедентно компактен и сбалансирован, так почему бы не использовать его как range extender?
Электромобиль Mazda Demio EV, как зовут на Островах мелкосерийную Мазду 2 на электротяге, едет почти бесшумно. Между тем под полом багажника здесь самый настоящий РПД! Маленький, всего лишь односекционный. И приводит он не колеса, а 20-киловаттный электрогенератор: это тот самый range extender — агрегат, увеличивающий запас хода. Без него на одной зарядке электро-Мазда способна проехать до 200 км — а с ним в полтора раза больше: когда тяговая батарея опустошается примерно наполовину, генератор запускается и начинает подзаряжать аккумуляторы. Почти бесшумно: стрекотание из-под пола багажника сложно уловить, даже сидя сзади.
Однако проблемы с экологичностью «роторов» пока не решены, да и по удельному расходу бензина они не идеальны. Уж не говоря о цене. Да, японцы говорят, что такие стационарные маленькие роторные бензогенераторы можно было бы выпустить еще и на рынок силовой продукции. Но сможет ли Mazda конкурировать с агрегатами на основе обычных одноцилиндровых поршневых моторчиков, которые миллионами штампуют и Honda, и китайский Lifan?
А главный вопрос — в каком направлении все-таки будет развиваться Mazda, если нет своей гибридной трансмиссии и если «заимствованная» Mazda Axela Hybrid будет продаваться только в Японии? Если i-eloop — игрушка, а РПД — недешевый каприз?
И вот тут меня ждало потрясение.
Я до сих пор не до конца понимаю, как японцам удалось создать двигатели семейства Skyactiv со степенью сжатия 14:1 — невероятно высокой для бензиновых моторов и столь же удивительно низкой для дизелей. Ни у кого пока такое не выходит: разве что итальянцы в Ferrari добились «четырнадцати к одному», да и то только на моторе мелкосерийной версии 458 Speciale. А Mazda идет дальше — бензиновые агрегаты Skyactiv второго поколения будут иметь степень сжатия аж 18:1! Это невозможно, недостижимо, немыслимо!
Если только не колебать устои теории ДВС, двигателей внутреннего сгорания. Если только не стремиться к идеальному термодинамическому циклу. А судя по докладу Мицуо Хитоми, именно это и делают его подчиненные.
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
У гибридомобиля свой джойстик селектора трансмиссии — с извилистым пазом и четырьмя режимами (B — это Braking, торможение двигателем)
Практически все нынешние бензиновые моторы работают по циклу имени Николауса Отто — с принудительным зажиганием горючей смеси от свечи зажигания. У дизельных двигателей, принцип работы которых запатентовал Рудольф Дизель, все иначе — там смесь самовоспламеняется, когда факел тяжелого топлива впрыскивается в сильно сжатый и нагретый от этого воздух. В обоих циклах есть один общий недостаток: воспламенение происходит неравномерно. В бензиновых двигателях фронт пламени расходится по камере сгорания от свечи зажигания, в дизельных — по границе факела топлива, распыленного из форсунки. Из-за этой неравномерности приходится вводить опережение зажигания или впрыска — когда поршень еще не дошел до ВМТ, верхней мертвой точки. А это неэффективно.
Как бы заставить топливо воспламениться сразу, как бы устроить как можно ближе к ВМТ этакий «объемный взрыв»? Если процесс сгорания будет протекать гораздо быстрее, чем в традиционном моторе, то меньше теплоты уйдет впустую — например, через стенку цилиндра в виде потерь — и тем выше будет так называемый термический КПД, коэффициент полезного действия. Причем воспламенение должно быть контролируемым, без так называемой детонации — когда взрывная волна распространяется слишком быстро, она разрушает мотор.
Для этого горючая смесь обязана быть гомогенной, то есть топливо должно быть смешано с воздухом очень равномерно по всей камере сгорания — и воспламеняться ему нужно сразу по всему объему, без какого-либо единого «центра» вроде свечи зажигания. А еще одна задача — заставить такой мотор работать на очень бедной горючей смеси, с большим избытком воздуха.
Есть такой цикл! Это HCCI, Homogenious Compression Charge Ignition — буквально «воспламенение гомогенной смеси от сжатия». Двигателисты ломают голову над реализацией этого цикла десятки лет. Прототипы таких моторов еще в 2007 году показывали журналистам американцы из GM, работают над циклом HCCI Daimler (там его называют DiesOtto), Volkswagen и Nissan. А Honda еще в 1997 году внедрила нечто подобное на двухтактных мотоциклетных моторах серии ARC — с технологией Activated Radical Combustion, когда горючая смесь на некоторых режимах воспламеняется не искрой, а «свободными радикалами», то есть нагретыми частичками не сгоревших во время прошлого такта углеводородов. Для этого на выхлопе ставится заслонка, которая не выпускает из цилиндра часть выхлопных газов. Но хондовские «тарахтелки» работают с невысокой степенью сжатия: например, у мотора мотоцикла Honda CRM250 это 12,5:1, и режим ARC лишь позволяет им приблизиться к экономичности обычных четырехтактных моторов.
А вот Mazda задумала настоящий прорыв — о совмещении принципа HCCI и сверхвысокой степени сжатия больше не сообщает никто!
Уже сегодня в Хиросиме на стендах «крутят» прототипы моторов Skyactiv-2 следующего поколения, которые должны пойти в производство к 2020 году. Правда, даже японцам пока не удается достичь работы по циклу HCCI во всем диапазоне оборотов и нагрузок — поэтому в двигателях Skyactiv-2 все же сохранится система зажигания. В мощностных режимах воспламенение останется принудительным, от искры, а при частичных нагрузках и на холостом ходу моторы будут переходить на «идеальный» цикл HCCI. Но Skyactiv третьего поколения, возможно, обойдется вообще без свечей зажигания.
А почему бы не пойти проторенной дорогой «даунсайзинга» — заменить, к примеру, тот же двухлитровый атмосферный Skyactiv турбомоторчиком 1.4?
Новый Renesis? Нет, пока — только экспериментальный односекционный РПД для бензогенератора. Боковые крышки, центральная секция с ротором-поршнем — и эксцентриковый «коленвал», с помощью которого ротор обкатывает статор по сложной эпитрохоидальной траектории. Объем — 330 см2, максимальная мощность — 38 л.с. при 6000 об/мин
У РПД две свечи зажигания — чтобы надежно воспламенить горючую смесь, «распластанную» по длинной камере сгорания в виде выемки в роторе
— Downsizing показывает заявленное сокращение расхода топлива только при замерах по стандартным ездовым циклам, — качает головой Мицуо Хитоми. — В реальной жизни Skyactiv экономичнее маленького турбомоторчика. Переход на HCCI позволит нам улучшить экономичность на 30%, причем не на бумаге.
Но не делают ли японцы хорошую мину при плохой игре: может, дело лишь в том, что маленькая по мировым меркам компания Mazda просто не может позволить себе разработку нового семейства «уменьшенных» турбомоторов?
Роторно-поршневой range extender с ременным приводом от РПД к 20-киловаттному генератору компактен, весит менее 100 кг, легко вписывается в багажник хэтчбека класса B+ и почти бесшумен при работе на 4500 об/мин, когда он развивает нужные для генератора 22 кВт. Белый «бочонок» на переднем плане — воздушный фильтр РПД
Под капотом «роторной» Мазды 2 — так называемый вентильный электродвигатель синхронного типа на постоянных магнитах. Мощность — 75 кВт, привод — на передние колеса через одноступенчатый редуктор
Однако ведь верно говорит Хитоми-сан о ездовых циклах: не зря нам пришлось разработать собственный ARDC, Autoreview driving cycle, более реалистичный, чем европейский NEDC или японский JC08. И оказалось, что все эти малолитражные турбомоторчики часто не показывают заявленной экономичности! А ведь именно из-за «сладких» цифр по NEDC или JC08 взял курс на downsizing весь мировой автопром.
Причем кто придумал все эти чрезмерно мягкие циклы, кто ввел их в сертификационный обиход ради «красивых» показателей? Сами автопроизводители и придумали, включая Мицуо Хитоми с коллегами. «Вы и убили-с», как говорил Порфирий Петрович дрожащему Раскольникову в «Преступлении и наказании».
А теперь все мы оказались заложниками этой лжи. Ну не трагедия ли? И сможет ли Mazda, так сказать, искупить вину своими перфекционистскими поисками идеального цикла?
Обычно японцы шутят редко, но у топ-менеджеров чувство юмора есть. Вот и Хитоми-сан отреагировал на мои проникновенные речи замечательно. Закрыл глаза, драматично вздохнул и сокрушенно покачал головой:
— Да, мы живем внутри трагедии.
И обнадеживающе улыбнулся. 1.ермический КПД двигателя, работающего по циклу HCCI 2.«Дорожная карта» прогресса двигателей Mazda
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
1.Надежда подчиненных Мицуо Хитоми — маленький островок высокого (48%) термического КПД, который теоретически возможен при работе по циклу HCCI при степени сжатия 18:1 при сгорании очень бедной горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха пять-шесть. Это — ключ к 30-процентной реальной экономии бензина 2.Так подчиненные Мицуо Хитоми видят себе прогресс ДВС — постепенное сближение бензиновых и дизельных двигателей с кульминацией в виде «единого» идеального мотора, работающего по циклу HCCI, сочетающему в себе все преимущества циклов Отто и Дизеля. Судя по этой диаграмме, пять из семи параметров достигнут идеала (синие квадратики) уже на следующем поколении моторов Skyactive-2 — степень сжатия повысится предположительно до 18:1, снизится коэффициент теплопередачи, повысится скорость сгорания и сократятся насосные и механические потери. А задача на отдаленное будущее — уменьшить опережение зажигания, заставив смесь сгорать практически в верхней мертвой точке, и обойтись вообще без охлаждения двигателя, то есть реализовать так называемый адиабатный цикл: это может быть достигнуто только в третьем «скайактивном» поколении
Леонид ГОЛОВАНОВ
Фото автора и фирмы Mazda
http://www.autoreview.ru/_archive/section/detail.php?ELEMENT_ID=136312&SECTION_ID=7693
