Идеальная пара
Моторостроители бьются над тем, как сделать двигатель внутреннего сгорания более экономичным. Пока самыми эффективными способами для традиционного ДВС остаются сокращение количества цилиндров, установка турбины и уменьшение объема двигателя. Однако ужесточающиеся экологические стандарты требуют все новых решений. Последнее предложение – облегчить сам двигатель. Для этого его детали надо делать из пластмассы
Современному двигателю внутреннего сгорания все труднее конкурировать с новомодными гибридными установками и электрокарами. О том, чего хотят потребители от мотора, наглядно свидетельствует список десяти самых удачных моторов от отраслевого издания «WardsAuto». Если коротко, хотят мощности и экономии топлива.
В список лучших моторов, по версии «WardsAuto», попадают только новые двигатели или моторы, прошедшие существенную модернизацию. Их базовая стоимость не должна превышать 60 тыс. долл. Эксплуатационные свойства оценивают эксперты издания, проводя в течение нескольких месяцев тест-драйвы. Каждому двигателю присваиваются очки, их количество зависит от показателей мощности, крутящего момента, используемых технологий, экономичности, уровня шумов и вибрации. В результате в десятку автомобилей с лучшими моторами вошли представители ведущих автомобильных компаний.
BMW
Так, в список попал электромобиль BMW i3, пассажирский отсек которого выполнен из углеродного волокна, а часть элементов кузова – из термопластика. Все это позволило снизить снаряженную массу транспортного средства, сделав его легче по сравнению с другими 4-местными гибридами из представленных на рынке.
На легком шасси установлен бодрый электромотор, выдающий 170 л. с. (крутящий момент – 249 Нм). Он разгоняет автомобиль до 97 км/ч за 7 с. Мощность передается на задние колеса через одноступенчатую трансмиссию. Двигатель получает энергию от литий-ионной батареи, интегрированной в нижнюю часть автомобиля. Такая инновационная концепция компенсирует увеличение массы, добавленной аккумуляторным блоком, и понижает центр тяжести автомобиля. Благодаря этому улучшаются его ходовые характеристики.
Выделяет i3 на фоне других электрокаров, по мнению «WardsAuto», возможность установки бензинового двигателя в качестве опции, что позволяет увеличить запас хода до 241 км.
GM
Мощный мотор от General Motors привлек внимание благодаря относительно небольшому расходу топлива по отношению к объему двигателя. 6,2-литровый LT1 V-8, установленный на Chevrolet Corvette, показал экономичность расхода на уровне 11,7 л на 100 км пути. Правда, такие показатели обеспечиваются новой 8-скоростной коробкой передач, которая также является опцией и обойдется потенциальному покупателю в дополнительные 1725 долл.
Ford
Среди «малышей» был выделен 1-литровый мотор EcoBoost от Ford с тремя цилиндрами. Двигатель выдает 123 л. с., крутящий момент составляет 169 Нм. Помимо прочего здесь применена технология, исключающая необходимость использования балансировочных валов. Даже при агрессивном стиле езды расход топлива не превышает 6 л на 100 км, что неплохо для автомобиля, не относящегося к категории гибридов.
Hyundai
Новинка ix35 Fuel Cell разработана с использованием фирменных технологий Hyundai. Батарея топливных элементов преобразует водород в электричество, которое питает мотор автомобиля, при этом единственным выбросом ix35 Fuel Cell является вода. Hyundai ix35 Fuel Cell обладает динамикой и ходовыми качествами, схожими с бензиновым ix35. Автомобиль разгоняется до 100 км/ч за 12,5 с, имеет максимальную скорость 160 км/ч и способен проехать 594 км без дозаправки.
Mini
В список попал еще один 3-цилиндровый двигатель, установленный на Mini. 1,5-литровый мотор, развивающий мощность в 134 л. с., укладывается в 7,8 л на сотню километров пробега. Эксперты особенно отметили тот факт, что раньше люди покупали 3-цилиндровые транспортные средства только ради экономии, теперь же наличие одного такого двигателя способно продать весь автомобиль, тем более что цена на него в США стартует от 20 тыс. долл.
Лучшим дизелем признали 3-литровый V6, устанавливаемый на полноразмерный пикап Ram 1500. Хотя стоимость данной модели на 4 тыс. долл. выше базовой версии с бензиновым двигателем, среди покупателей она пользуется спросом. 3-литровый дизель был разработан в Италии, на принадлежащей Fiat компании VM Motori. Экономичность мотора позволяет конкурировать с люксовыми моделями из Германии. В смешанном стиле пикап «ест» 9,8 л на сотню.
Также эксперты отметили двигатели, установленные на Subaru, Volkswagen и Volvo, – они тоже оказались мощными и экономичными.
Уже в продаже
Автомобили с новейшими моторами доступны и на российском рынке. В частности, такую модель предлагает BMW – i8. Это первая спортивная модель, по расходу топлива и уровню выхлопа сопоставимая с компактным автомобилем, подчеркивают в компании. Главное преимущество этого подключаемого к электросети гибридного автомобиля – синхронизация электродвигателя и ДВС, обеспечивающая наивысшую эффективность и динамичность на дороге.
Центр тяжести расположен очень низко, а нагрузка равномерно распределяется между осями в соотношении 50 : 50. Электродвигатель мощностью 96 кВт (131 л. с.) размещен на передней оси. Задняя ось приводится в движение 1,5-литровым 3-цилиндровым бензиновым двигателем TwinPower Turbo, развивающим мощность 170 кВт (231 л. с.) и крутящий момент до 320 Нм. Совокупность двух двигателей при определенных условиях позволяет разогнать BMW i8 с места до 100 км/ч менее чем за 4,4 с. При этом расходуется очень мало топлива и выбрасывается очень мало CO2 – 2,5 л/100 км и 59 г/км соответственно.
Хорошо забытое старое
До недавнего времени для того чтобы снизить вес деталей двигателя, автопроизводители использовали алюминий. Однако в будущем, возможно, станут задействовать и другие материалы, к примеру, волоконно-армированную пластмассу для изготовления блока цилиндров. Во всяком случае, такой блок разработали немецкие инженеры в Институте химической технологии общества Фраунгофера. Участие в проекте приняли также специалисты из японской химической компании Sumitomo Bakelite.
«Мы использовали волоконно-армированный композитный материал для создания корпуса цилиндра для одноцилиндрового двигателя, – рассказал глава исследовательской группы Ларс-Фредерик Берг. – В итоге корпус получился легче на 20% по сравнению с аналогичной деталью, выполненной из алюминия. При этом стоимость оказалась сопоставимой».
Хотя на первый взгляд идея кажется очевидной, ее воплощение было сопряжено со многими трудностями. Материал должен выдерживать экстремальные температуры, высокое давление и вибрации. Интересно, что требуемые пластмассы в принципе были известны еще в 80-х годах прошлого века. Правда, тогда технологии не позволяли заниматься массовым производством, а изготавливать детали приходилось вручную. Естественно, эти факторы накладывали ряд ограничений, не позволяющих внедрять новые технологии в массовое автомобилестроение.
Между тем для изготовления «продвинутого» блока цилиндров все же были задействованы и традиционные материалы. Как рассказал глава исследовательской группы, при проектировании детали специалисты определили области, которые будут испытывать высокое температурное воздействие и механические нагрузки. Эти места были усилены металлическими вставками. Так, из металла выполнили гильзу цилиндра, где опускается и поднимается поршень.
Характеристики пластмассы также играют важную роль. Она должна быть твердой и жесткой, устойчивой к маслу, топливу и антифризу. Кроме того, от такой пластмассы требуется плотное прилегание к металлу, коэффициент ее температурного расширения не должен превышать аналогичный показатель у металла.
Команда Берга использует материал, отвечающий всем требованиям. Он на 55% состоит из армирующего волокна собственной разработки и на 45% – из каучука. Более того, существует и альтернатива. Можно применить композит на основе углеводородного волокна, тогда деталь окажется еще легче. Однако ее производство обойдется дороже. Так, что выбор остается за автомобильной компанией: сделать ли деталь легче или дешевле.
Не задушишь, не убьешь
Несмотря на прогресс в технологиях, традиционный двигатель внутреннего сгорания будет пользоваться спросом еще долго. Единственное, аналитикам при составлении прогнозов по развитию моторостроения теперь приходится учитывать достижения в области гибридного и электротранспорта.
Так, исследовательская организация MarketsandMarkets считает, что мировой рынок автомобильных поршневых систем в период с 2014 по 2019 год будет расти ежегодно в среднем на 5,8%. Спросу будет способствовать рост числа транспортных средств в мире, а также потребность в использовании поршней из алюминия для более эффективной работы мотора. Правда, организация оговаривается, что тенденция к сокращению количества цилиндров в двигателе, а также рост популярности электротранспорта могут негативно отразиться на спросе.
Интересно, что новые веяния в моторостроении, по мнению аналитиков Bloomberg, способны влиять на мировую экономику в целом. За нынешним падением цен на нефть стоит не только ее перепроизводство, но и увеличение доли транспортных средств, незначительно загрязняющих окружающую среду. Этот факт ослабляет связь между нефтью и транспортом.
В Соединенных Штатах за время экономического бума, финансового кризиса и наблюдающегося сейчас периода восстановления спрос на топливо рос до 2004 года, а затем только падал. Причина тому – возросшая экономичность транспортных средств, подчеркивает агентство. За последние 16 лет общий уровень топливной экономии автопарка США возрос на 60%.
Быстрее, меньше, сильнее
Похоже, что в данном направлении автопроизводители будут двигаться и дальше. В апреле стало известно о плане Toyota Motor усовершенствовать линейку двигателей для модельного ряда. В общей сложности к концу года изменения затронут 14 агрегатов. Ставка будет сделана на небольшие турбированные моторы. Акцент с мощности на экономию начали переносить еще год назад. Цель – добиться снижения расхода топлива на 10%.
Toyota Motor сосредоточится на таких аспектах, как турбирование, прямой впрыск, работа по циклу Аткинсона на обедненной рабочей смеси и степень сжатия. Одна из новинок, по заявлениям разработчиков, должна продемонстрировать тепловой КПД в 40%. Другие моторы смогут похвастаться тепловым КПД в 36–38%. Это касается двигателей 1,2 л и 1,5 л соответственно. Для сравнения, у Toyota Prius эта величина оценивается в 37%.
От ДВС не откажутся еще долго, но, похоже, что экологические стандарты потребуют для него помощника. Им вполне может стать электродвигатель. Особенно учитывая тот факт, что автопроизводители один за другим анонсируют в ближайшее время выход гибридных новинок.
