Стр. 1 - Технологии
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.
Стр. 2 - Разработки Honda
Как известно, компания Honda выделяет значительные средства на научные разработки в самых разных областях. Одним из самых известных продуктов R&D является небольшой человекоподобный робот Asimo, умеющий уверенно ходить на двух ногах. Но сейчас не о нем. В лабораториях Honda нередко можно встретить еще более забавные изобретения, на первый взгляд никак не связанных с автомобилестроением. Сегодня мы немного расскажем о трех изобретениях отдела R&D, связанных с решением той же самой задачи, но немного другими способами.
Первое устройство называется EWAD (Experimental Walking Assist Device - экспериментальный помощник при ходьбе). Впервые его демонстрация прошла еще в 2008 году, но на прошлой неделе на закрытую презентацию позвали журналистов autoblog.com, которые и поделились своими впечатлениями от увиденного. EWAD напоминает большой ремень. От места крепления к спине человека отходят полуизогнутые планки, которые обхватывают бедра. Когда человек стоит, устройство остается в неподвижном состоянии. Но при начале движения система анализирует показания датчиков и посылает сигналы на моторчики, которые помогают двигаться. Передвижение становится заметно более расслабленным, тратится меньше энергии, особенно при подъеме по лестнице. EWAD создан, прежде всего, для людей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата.
Второе устройство имеет более длинное название: Experimental Walking Assist Device With Bodyweight Support System. Как становится понятно из названия, этот ассистент уже поддерживает вес тела, то есть снижает нагрузку на ноги. Разработчики рекомендуют его использование не только больным и пожилым людям, но и тем, у кого нарушена правильная походка (например, хромающим). Тут всем вновь командует электроника, которая сама понимает, когда необходимо помогать, а когда просто находиться в неподвижном состоянии. Walking Assist позволяет снизить нагрузку при ходьбе на 20%.
Но самой интересной новинкой стал новый вид транспорта под названием Honda U3-X. Проще всего описать это устройство как одноколесный Segway. Но разница между этими схожими с технической точки зрения устройствами довольно значительна. Honda U3-X предназначен для перемещений в пределах здания. Способствует этому малые габариты и вес устройства: менее 10 кг.
Управляется Honda U3-X довольно просто: необходимо сместить центр тяжести в сторону движения. Направление определяет креномер. Но как устройство поворачивает, ведь там всего одного колесо? Дело в том, что U3-X не поворачивает вовсе, а просто движется в любом направлении. Способствует этому конструкция колеса, которое не является единым. Оно как бы состоит из множества маленьких колесиков. Они делятся на основные и боковые. Основные позволяют двигаться вперед и назад. Расположены они вдоль U3-X. Перпендикулярные боковые колеса позволяют двигаться в сторону. Комбинируя скорость и направление вращения этих колес, можно перемещаться в любую сторону. Honda держит точную схему устройства в секрете, журналистам даже не разрешено фотографировать U3-X снизу. Но работает транспортное средство отлично: управление очень простое и интуитивное.
Пока что никаких планов по запуску коммерческой версии Honda U3-X в серию не существует. Неизвестно даже, появится ли что-то подобное вообще в продаже.
Стр. 3 - Концепты
Людям свойственно одушевлять предметы. Особенно ярко это заметно, когда речь заходит об автомобилях. Если и существует определенный процент чистокровных прагматиков, то даже и они посмотрят на Audi с интерфейсом Aida, как на живого собеседника и умного помощника. И дело тут не только в добрых преданных глазах знаменитого Wall-E.
Aida - сокращение от Affective Intelligent Driving Agent, эффективный интеллектуальный помощник в вождении. Основная часть системы - компьютер, следящий за каждым вашим движением. В течение некоторого времени он коллекционирует информацию о наиболее частых маршрутах, любимых местах и даже ездовых качествах водителя. К тому же подключение к глобальной сети позволяет узнавать адреса ближайших заправочных станций, магазинов, общественных и развлекательных заведений. Так что, зная все ваши маршруты, расположение дома и работы, Aida может подсказать необходимую информацию в любой момент: как добраться до ближайшей заправки, где по пути домой купить пельменей на ужин и много всего другого.
Вторая часть Aida - дружелюбный интерфейс, представляющий собой встроенную прямо в центр передней панели голову робота. Правда, глаза у него добрые? Даже с ресницами - как у самих автомобилей Audi (светодиодные полосы в фарах головного света). Главное, чтобы эта интеллектуальная система была не настолько умна, чтобы рассказать вашей жене, куда вы подвозили Ленку из соседнего отдела после работы.
Мало людей слышало о программе Progressive Automotive X-Prize. А она гарантирует 10 миллионов долларов тому, кто сумеет построить сверхэффективный автомобиль, который сможет проехать на эквивалентной одному галлону бензина энергии более 100 миль. На данном этапе в конкурсе принимают участие 43 команды из разных стран. В США на знаменитом шоу SEMA прошла демонстрация некоторых работ.
Жюри принимает во внимание не только расход, но и прочие потребительские качества автомобиля, такие как вместительность и практичность. Так что велосипед вряд ли станет обладателем главного приза. Некоторые автомобили базируются на седанах вполне приличных размеров. Но есть также и крохи вроде Smart, а то и двое уже. Как ни странно, особой популярностью у конструкторов пользуются трехколесные автомобили. Но стали бы вы ездить на таком?
Toyota тоже представила свой вариант экономичного автомобиля на SEMA 2009. Это обычный седан Camry, только под капотом скрывается непривычная силовая установка. Стандартный двигатель немного модифицировали, теперь он работает на сжатом природном газе. Но на этом изменения не заканчиваются. Помогать ДВС будет небольшой электромотор. Суммарная максимальная мощность двух двигателей составляет 170 лошадиных сил. Никаких данных о расходе топлива производитель не привел. Да и цель у проекта скорее просто маркетинговая - изучение интереса публики. Вряд ли Toyota решиться выпустить что-то подобное в серию.
Необычная гибридная Toyota Camry и выглядит не вполне привычно. На крышку багажника прилепили хвост-антикрыло, сделали вырезы в бамперах, а также надели черные 20-дюймовые колесные диски и раскрасили в сине-зеленый цвет с черепашками и серфингистами.
Надеемся, что в будущем нам всем все же не придется пересаживаться на крохотные неудобные автомобили, больше похожие на табуретку с рулем. А то еще и руль отберут.
