Двадцать миллилитров солярки, пожалуйста!: Диетический автомобиль

Пообщавшись с авторитетными автомобильными конструкторами и другими специалистами, мы пришли к выводу, что создать нормальный автомобиль, расходующий два литра бензина на 100 км, не так уж сложно.

Топливная экономичность зависит прежде всего от массы. Чем легче автомобиль, тем меньше и экономичней может быть его двигатель. Снижая массу легкового автомобиля на 10%, мы уменьшаем расход топлива на 7%. Путь намечен, но можем ли мы заставить автомобиль сбросить несколько сотен килограммов? Кузова большинства автомобилей сегодня делают из стали, но некоторые производители предпочитают более легкий алюминий. Последний, впрочем, не так хорош при производстве и ремонте. Поэтому при создании двухлитрового автомобиля мы остановимся на углепластике. Он легче алюминия и более чем вдвое легче стали. Хотя у углепластика есть недостатки — он дорог и непрост в обработке, мы готовы их простить: настолько впечатляет достигнутая в этом материале комбинация легкости и прочности. Неслучайно углепластик так популярен в автоспорте и у производителей дорогих скоростных автомобилей. Высокая стоимость деталей из углепластика объясняется, в частности, сложностями производства и высоким процентом брака. Но если объем производства достигнет отметки 50 000 кузовов в год, то стоимость небольшого углепластикового кузова обещает упасть до $4000, то есть станет приемлемой для продукта массового потребления. Позабытый ныне концепт-кар GM Ultralite 1992 года, кузов которого был создан компанией Scaled Composites (той самой аэрокосмической фирмой, которая построила первый частный космический корабль SpaceShipOne), позволил оценить впечатляющий потенциал новых легких материалов. Углепластиковый несущий кузов этого автомобиля с дверьми, передним и задним бамперами и элементами интерьера весил всего 180 кг, что позволило снизить итоговую массу машины до 635 кг! Но машину можно было бы сделать еще легче. Один из самых тяжелых элементов кузова автомобиля — стекло. На единицу площади автомобильного кузова стеклянные поверхности выходят тяжелее стальных! Но мы можем ждать революционных изменений в этой области: в течение ближайшего десятилетия на серийных автомобилях появится поликарбонатное стекло, которое пока используется для фар и фонарей. С помощью плазменного процесса тонкий слой стекла будет наклеиваться на поликарбонатную основу. Таким окнам не будут страшны ни скребки, которыми их очищают от льда, ни системы автоматической мойки, и при этом они будут вдвое легче. Снизить вес можно также с помощью электрики и электроники. Метры кабелей и километры проводов, громоздкие блоки аудио-, видео- и навигационных систем заменит тонкий экран, который будет заведовать всем этим хозяйством.

Напротив, «подушки безопасности и ремни не добавляют много веса», — считает Грег Томас, специалист отдела разработок компании Honda. Все компоненты современной удерживающей системы весят около 10 кг.

Любой план снижения веса должен учитывать влияние колес. Диски и шины вращаются, и это соответственно увеличивает влияние их массы в общем расчете топливной экономичности. Ведь для того, чтобы разогнать автомобиль, двигатель должен преодолеть не только инерцию всей системы, включая колеса, но и раскрутить последние. Поэтому в нашем расчете можно очень условно считать, что вращение делает колеса в полтора раза тяжелее. А это значит, что, срезав по 2 кг с каждого колеса, четырехколесный автомобиль станет на 12 кг легче!

Британский производитель дисков Dymag выпустил чрезвычайно легкое колесо с магниевой ступицей и углепластиковым внешним ободом. Эти диски сейчас предлагают покупателям американских суперкаров Mosler. Такие колеса стоят на 40% дороже стандартных моделей, но каждое колесо на 5 кг легче». Для наилучшей топливной экономичности шины также должны иметь минимальный коэффициент сопротивления качению. Лидеры тут — так называемые «зеленые» шины. Благодаря использованию в их составе кремнезема сопротивление качению снижено на 10%, что позволяет экономить 1−2% топлива. «В следующем десятилетии, — заверяет Бернар Дельма из европейского центра разработок компании Michelin, — коэффициент сопротивления будет примерно на 20% меньше, чем у сегодняшних моделей». А представьте себе шины, которые в зависимости от дороги и прочих условий окружающей среды будут автоматически менять давление! «Наша исследовательская группа в Милане сейчас как раз прорабатывает эту технологию», — говорит Стив Карпино из Pirelli.

Удачная с точки зрения аэродинамики форма — ключевой элемент высокой топливной экономичности, особенно на скоростных трассах. Ведь с ростом скорости все большая часть топлива идет на преодоление сопротивления воздуха.

Каплевидная форма, идеальная в аэродинамическом плане, для повседневных поездок не подойдет. Создателям концепт-кара Mercedes Bionic удалось совместить два достоинства — отличную аэродинамику и просторный салон. В результате автомобиль массой 1300 килограммов проезжает 100 километров трассы всего на трех литрах дизельного топлива! Сопротивление воздуха уменьшится, если сделать переднюю часть автомобиля выше и уже. Исследования в аэродинамической трубе показали также, что хорошая проработка формы днища дает лучшие результаты, чем доведение до совершенства верхней части автомобиля. Задняя часть должна быть длинной и плавно сходящей на нет или обрубленной — иначе поток воздуха будет создавать вакуум позади автомобиля, который мешает двигаться вперед.

Кузов будет еще лучше, если спрятать под ним все четыре колеса. Чтобы передние колеса могли поворачиваться, надо заставить обтекатели поворачиваться вместе с ними. Вот еще возможность для снижения расхода топлива.

Трехцилиндровый мотор 799 см³ на автомобильчике Smart FourTwo CDI — самый маленький в мире турбодизель, устанавливаемый на автомобили. Он потребляет около 4 л/100 км. Если же объединить дизели с гибридной системой в легком кузове, задача 2л/100 км станет выполнима. Дизельная составляющая подобной гибридной установки уже хорошо проработана, а вот у электрической — большой потенциал. Нынешние гибриды используют никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторы, которые не способны хранить большое количество энергии. Литий-ионные батареи, которые применяются в современных мобильных телефонах и ноутбуках, были бы предпочтительней. Они легче и обладают большой емкостью. К сожалению, сегодняшние литий-ионные аккумуляторы в 2−4 раза дороже никель-металлогидридных. Кроме того, их жизненный цикл недостаточно долог, чтобы соответствовать требованиям автопроизводителей. К тому же их еще надо охлаждать. Если же аккумулятор повредится, может возникнуть короткое замыкание.

По мнению специалистов, литий-ионные технологии будут готовы для использования в гибридных автомобилях только через 2−4 года. Существенное достоинство батарей состоит в том, что они могут заряжаться сразу от нескольких источников. Например, от сети и от солнечных батарей на крыше автомобиля.

Большие солнечные батареи, как у Лэппа на его «Приусе», имеют ограниченное применение, но есть и другие возможности. Energy Conversion Devices — одна из немногочисленных компаний, которая разработала аморфный фотоэлектрический материал — тонкую пленку, способную клеиться к любой поверхности. Так что однажды все горизонтальные поверхности автомобиля могут стать источниками энергии для его движения. Зарядка батарей может также осуществляться при торможении всех четырех колес, как у гибридной Toyota Highlander, а не только двух, как у Prius. Используя четырехколесную систему, можно повысить топливную экономичность на 2% по сравнению с двухколесными системами.

Как добавочная мера — использование передовых изоляционных материалов и окон с электрохромовым (самозатемняющимся) покрытием предохраняет салон автомобиля от быстрого нагрева или замерзания. Это помогло бы сократить потребление энергии системой «климат-контроль».

Очевидно, что двухлитровая машина может быть спроектирована и построена. Но будут ли такой автомобиль действительно выпускать? Подсчитав самостоятельно стоимость топливосберегающих решений, мы пришли к выводу, что даже при массовом производстве он будет стоить не менее $50 тысяч. Так что лишь немногим водителям удастся окупить такие затраты. Однако, работая над нашим двухлитровым автомобилем, мы почувствовали, как просто сделать автомобиль с немного большим расходом топлива — 3−4 литра на 100 км. И такие машины уже существуют. Достаточно вспомнить «трехлитровые» микролитражки Volkswagen Lupo и Audi A2. Правда, они так и не нашли своих покупателей, но у новых дизельных гибридов концерна PSA Peugeot Citroёn больше перспектив — они просторней и мощнее при том же расходе топлива. Ну а будущее двухлитрового автомобиля пока остается под вопросом. Есть материалы, есть технологии, а ведущие автопроизводители знают, как создать такую машину. Но оптимистичную картину портит только одно звено — потребители. Мы пока не столь богаты, чтобы ездить на сверхэкономичных автомобилях...