Автодайджест. Выпуск №22

Технологии

В настоящее время на серийные легковые автомобили в подавляющем большинстве случаев устанавливаются обычные поршневые двигатели внутреннего сгорания. Конечно, есть еще некоторые другие типы ДВС, а также гибридных установок и машин на полностью электрической тяге. Но сейчас не обо всем этом многообразии, а именно о поршневых двигателях. Значительная часть тепла (больше половины) в классическом поршневом ДВС просто рассеивается, не внося свой вклад в КПД. Это тепло, к тому же, еще необходимо и отвести от подлежащих износу деталей. А ведь тепло - это энергия почти в чистом виде. Получается, что слишком нерационально расходуется топливо в современных автомобилях. Над этой проблемой работают ученые Государственного Мичиганского Университета. Согласно специальной программе Министерства энергетики США на разработку волнового дискового двигателя была выделена сумма в размере $2,5 млн. Как заявляют сами ученые, создаваемый ими мотор должен быть как минимум в 5 раз более эффективным, чем простой ДВС, а также на 20% легче и на 30% дешевле. К тому же их волновой дисковый двигатель тоже работает на бензине, что не создаст трудностей с внедрением новой технологии. В основе волнового дискового двигателя - идея роторно-волнового двигателя. Если не вдаваться в сложные технические процессы, то такой тип ДВС использует силу ударной волны для вращения ротора. Это позволяет сделать двигатель менее сложным, с меньшим количество механических элементов и трущихся деталей. Как следствие - отпадает необходимость отвода тепла и использования масла для снижения износа. Еще одна особенность роторно-волновых двигателей заключается в отличной универсальности. Эту технологию можно использовать не только для создания двигателей, но также генераторов и турбокомпрессоров. Впрочем, человечество додумалось до роторно-волновой схемы достаточно давно. Изучение этой технологии началось еще в 1906 году. Однако применить знания на практике удалось лишь в 1940 году, когда Brown Boveri Company использовала роторно-волновой компрессор для газотурбинного двигателя локомотива. В 1986 году была выпущена Mazda 626, в дизельных двигателях которой использовался волновой ротор в качестве турбокомпрессора. Всего автомобилей с таким типом мотора было произведено около 150 тысяч. На данном этапе основной задачей команды инженеров во главе с Норбертом Мюллером является создание действующего прототипа волнового дискового двигателя, который можно использовать в легковых автомобилях. Норберт не скрывает амбициозности планов - он заявил, что оснащенные таким типом двигателя гибридные машины смогут легко проехать до 800 км на одной заправке. Никаких приблизительных цифр мощности или потребления топлива пока не приводится. Однако, как считает Норберт Мюллер, выброс углекислого газа можно будет сократить на 95% по сравнению с поршневыми ДВС. Объяснить принцип работы перспективного типа ДВС можно на примере устройства более раннего концепта волнового дискового двигателя. По окружности диска расположены небольшие тоннели изогнутой формы. По внутреннему радиусу тоннелей находятся форсунки, подающие топливную смесь. В центре каждого тоннеля смесь возгорается, вследствие чего образуется ударная волна, толкающая ротор вперед. Мюллер сказал в интервью, что технология волнового ротора показала существенный потенциал для усовершенствования рабочих характеристик термодинамических циклов. Разработки в области новых видов ДВС ведутся не только в США. Например, в России был зарегистрирован патент на роторно-волновой двигатель еще в 1999 году. Автором является Игорь Петрович Седунов. Устройство довольно сильно отличается от рассмотренного выше волнового дискового двигателя, однако такие ключевые факторы, как высокий КПД, экономичность и универсальность являются общими для обеих разработок. Роторно-волновой двигатель Седунова может работать на оборотах до 70 000 в минуту. Для сравнения: современные поршневые ДВС редко превышают отметку в 10 000. Самый простой однозаходный ротор может быть эквивалентен восьмицилиндровому поршневому ДВС. Если же сделать четырехзаходный ротор, то параллели необходимо проводить уже с 80-цилиндровым двигателем. Не менее интересны выкладки Игоря Петровича насчет крутящего момента: этот показатель можно увеличить в 16-21 раз по сравнению с поршневым ДВС схожего объема, работающего на таких же оборотах. При этом расход при пересчете в литры сжигаемого топлива на кВт мощности роторно-волнового двигателя должен оказаться более скромным, чем у дизельных двигателей. Если добавить ко всему вышесказанному отсутствие необходимости установки охлаждающей системы, системы выхлопа и даже коробки передач, то вырисовывает образ просто какого-то идеализированного двигателя внутреннего сгорания. Жаль только, что патент Седунова не был использован на практике. Возможно, американским ученым повезет больше. На спонсировании разработки волнового дискового двигателя Министерство энергетики США не остановилось. Грант в схожем размере получило одно из подразделений General Motors, занимающееся еще одной довольно интересной инновацией. Как известно, отработавшие газы очень горячи. Вся эта энергия вновь теряется впустую. В GM решили, что температуру можно использовать с пользой. Например, для зарядки электрических батарей. Принцип довольно прост. В начале выхлопной системы ставится небольшое устройство. Его две основные составляющие - ременный привод и вал. Ремень сделан из специального эластичного материала, который значительно расширяется при нагревании. Таким образом, из-за изменения длины ремня вал приводится в движение. Ну а преобразованием вращательной энергии занимается простой генератор. Он может заряжать электрическую батарею, если автомобиль является гибридным, либо просто подавать электричество к различным потребителям внутри машины: сервоприводам стеклоподъемников или аудиосистеме. Но помощь в размере $2,7 млн. является лишь каплей в море для GM. Такую сумму корпорация теряла в среднем каждые 10 минут в период до банкротства. О выделяемом двигателем тепле задумались и в Германии. Инженеры BMW ведут срезу три разработки в этой сфере. Первая и самая элементарная - теплоизоляция моторного отсека. С ее помощью можно значительно снизить скорость остывания в период простоя двигателя. Установка изоляции позволяет добиться следующего результата: после 12 часов простоя температура блока цилиндров снижается только до 40 градусов. Как сообщают немецкие инженеры, каждый дополнительный градус снижает расход топлива на 0,2%. Однако, это справедливо только для времени прогрева двигателя до рабочей температуры. Вторая система имеет более сложное устройство. В основе лежит применявшаяся в космонавтике в 60-х годах прошлого века технология. Она предполагает использование термоэлектрического генератора. Благодаря разнице температур полупроводниковые элементы вырабатывают электрический ток. А где можно проще всего добиться разницы температур? Верно, в выхлопной системе, где газы сильно нагреты, а снаружи находится прохладный воздух. При этом чем больше будет разрыв в температурах, тем больше напряжения сможет выдавать генератор. Технология позволяет добиться 2-процентной экономии топлива. Третья система BMW будет использовать выделяемое двигателем тепло для нагрева масла автоматической трансмиссии. Как известно, масло в АКПП должно быть достаточно теплым, чтобы снизить трение деталей. Все эти технологии BMW достаточно интересны. Но даже если инженеры смогут их внедрить в серийных автомобилях в ближайшем будущем, вряд ли это даст какой-нибудь ощутимый результат. Экономию в 3 процента слишком трудно заметить. Ее даже можно списать на погрешность в измерениях. Например, только из-за стиля езды расход может колебаться в пределах до 50%. Производители суперкаров часто используют карбон при создании очень быстрых автомобилей. Этот материал обладает двумя важными преимуществами: он очень легок и прочен. Но высокая стоимость изготовления и сложность установки заставляют производителей обычных легковых автомобилей отказаться от его использования. Немного продвинуться в решении этой проблемы решила компания BMW, которая начала сотрудничество с SGL Group. Задача совместной работы - удешевление производства карбона, а также создание заводов по его выпуску. На разработки было выделено 90 миллионов евро. В будущем планируется использовать карбон в массовых автомобилях. Выпуск карбона - довольно сложный и трудоемкий процесс. Обычно автомобильные производители заказывают этот материал у специализирующихся на выпуске углеволокна компаний. На данный момент лишь Toyota построила собственную фабрику. Неудивительно, ведь для создания недавно представленного суперкара Lexus LF-A требуется немыслимое количество карбона. Стоит отметить, что на данный момент BMW использует некоторые карбоновые детали лишь в дорогих спортивных моделях, например в M6.