Аллюминий в автомобиле

Раскусить, в чем заключался тайный смысл работы, которой занимался Виктор Цой, сажавший в своей незатейливой песенке алюминиевые огурцы на брезентовом поле, это задача не для средних умов. А вот что заставило автомобильных конструкторов всего мира объявить войну железу, знают даже прапорщики из анекдотов, объяснявшие новобранцам, что чугуний — это самый тяжелый из металлов.
Что бы там ни говорилось, но именно вес в той или иной мере влияет на любые характеристики автомобиля. Таскать на себе лишние килограммы — это значит иметь проблемы с разгоном и скоростью, компенсировать которые можно только увеличением мощности. Но мощность — это сгоревшее в цилиндрах топливо, а на него теперь уже смотрят не только, как на деньги, вылетевшие в выхлопную трубу, но и как на причину глобального потепления и прочих экологических бед. Опять же, для массивной машины нужны могучие тормоза. Впрочем, это общеизвестно. Существует, однако, еще ряд нюансов, о которых догадываешься не сразу.

Например, что дает замена стальных колесных дисков легкосплавными, использование алюминиевых деталей вместо стальных и чугунных в подвеске и тормозах? А речь идет (с точки зрения, разумеется, конструкторов, а не дизайнеров или автовладельцев-модников, для которых в литых дисках главное — внешний вид) об уменьшении величины неподрессоренных масс. Уменьшили все, что не подрессорено, получили автомобиль с замечательной плавностью хода (тут еще надо бы снизить высоту бугров на наших дорогах, но это уже местная специфика).

Унесенные ветром

Итак, сталь и чугун оказались под запретом. В том плане, что, где только возможно, вместо них стараются использовать легкие сплавы, прежде всего алюминиевые или магниевые, либо композитные материалы, под которыми подразумеваются не только пластмассы. Алюминий уже одержал победу над чугуном в производстве такой основополагающей детали двигателя, как головка цилиндров. Когда чугунный блок цилиндров окончательно станет достоянием истории — это вопрос времени. Причем самого ближайшего.

Теперь пришел черед наиболее весомой во всех смыслах этого слова части автомобиля — его кузова. Но какой окажется машина будущего — алюминиевой или все-таки пластмассовой? Пример Trabant, Renault Espace и Chevrolet Corvette, выпускавшихся тысячами, продемонстрировал, что никаких технических проблем с организацией производства пластмассовых автомобилей не существует (тут можно бы вспомнить про мытарства БелАЗ с пластмассовым «Мишкой», но это опять-таки местная специфика). Есть несколько задач, которые необходимо решить, чтобы «пластмассовая» технология оказалась востребованной не в единичных случаях, а в массовом производстве.

Первый, правда, больше похож на шутку, однако малый вес и большая парусность, а размеры автомобиля от того, что его будут изготавливать из пластика, ничуть не изменяются, заставляют задуматься, не «сдует» ли слишком облегченную машину с дороги порывом бокового ветра? Здесь, скорее всего, придется подсуетиться специалистам по аэродинамике, поставить в нужном месте спойлер, создающий прижимную силу, — и нет проблемы.

Второй вопрос серьезней и связан с тем, что любая из обычных подвесок, имеющихся в распоряжении конструкторов, не способна эффективно гасить колебания во всех случаях езды, когда существует большая разница в весе пустой машины и полностью загруженной. С похожей проблемой знакомы водители фургонов, которые не понаслышке знают, как сильно изменяется плавность хода их машин при загрузке-разгрузке. Владельцев пластмассовых автомобилей ждет подобное. И вряд ли им это понравится. Однако наиболее трудноразрешимая проблема заключается в том, что недорогой пластик не отвечает современным нормам противоударной стойкости. А высокопрочные кевлар и карбон, из которых в автоклавах «выпекаются» кузова Ferrari и других суперкаров, для использования на обычных машинах чересчур дороги и, что примечательно, дешеветь не собираются.

Тогда алюминий? То, что из «крылатого металла» могут изготавливаться не только отдельные детали, но и кузов целиком, доказали Audi A2 и А8. Jaguar XJ убедил еще и в том, что этот кузов может быть несущим, а значит, к структурной прочности алюминия не придерешься. И при этом алюминий втрое легче стали. Только на этом Audi А8, оснащенная, к слову, более тяжелой полноприводной трансмиссией, выиграла у заднеприводного BMW 7-й серии с похожим по литражу двигателем целых 180 кг. И сразу как-то померк спортивный имидж BMW, который уж какой год кряду старательно пестуется баварскими автостроителями.

Впрочем, не будем уличать BMW в некоем ретроградстве. В своей новой 5-й серии баварцы тоже оказались настолько щедрыми на количество алюминиевых кузовных деталей, что это вынудило их даже разработать принципиально другую технологию восстановления кузова после аварии. Из этой технологии исключена сварка, как непростое занятие для ремонта деталей из алюминия, зато предусмотрено использование одноразовых алюминиевых болтов и специального клея. Впрочем, кузовной ремонт — это вновь-таки проблема местного масштаба.

Алюминий на треть тяжелее пластика, но и здесь вопрос наличия большой разницы между весом пустого и полностью загруженного автомобиля, о которой говорилось выше применительно к пластмассе, уже успел себя проявить. Чтобы упорядочить дисбаланс между жесткостью подвески и изменившимися условиями подрессоривания масс легкого автомобиля в состоянии «нетто» и «брутто», требуется оснащать машину подвеской с автоматическим регулированием жесткости. На Audi A8 и Jaguar XJ такое имеется, но это персоны автомобильного истеблишмента, где чем дороже и сложнее, тем и лучше. С автомобилями рангом ниже не все так однозначно.

Не взлетим, так поплаваем

А конструкторы тем временем присматриваются уже не к листовому, а к вспененному алюминию. Привлекает внимание пористая структура, в первую очередь, огромными перспективами по повышению пассивной безопасности. При столкновении вспененный алюминий активно сопротивляется деформации и поглощает гораздо большую энергию удара, чем не только сминающийся алюминиевый, но даже и стальной лист. Плюс к этому алюминиевая «губка» способна гасить вибрацию и шум, обладает хорошими теплоизолирующими свойствами. Открываются интересные перспективы по организации микроклимата в салоне автомобиля как морозной зимой, так и знойным летом.

Но весит вспененный алюминий в 4,5 раза меньше, чем обычный. Да что там обычный! «Пена» на 40% легче воды. Чувствуете, к чему дело идет? Приделай к машине из вспененного алюминия крылья, — полетит. Поставь парус — поплывет. И что примечательно: проверяли в лабораториях Lotus и Opel «пену» на прочность, так она оказалась такой, что из алюминиевой губки можно делать не только детали кузова, но и, например, рычаги подвески.

Думается, однако, что существует некий предел, ниже которого уменьшать вес кузова нельзя. Либо придется менять всю концепцию автомобиля, к чему конструкторы и технологи еще не готовы. Скорее всего, остановятся на каком-то промежуточном варианте, который будет рентабельным для производителей и покажется приемлемым для покупателей. Как может выглядеть компромисс? Двери и капот из алюминия, остальное из пластика — на примере Porsche 956 мы такое уже проходили. Возможны, понятно, любые сочетания, но не исключено, что весь кузов будет изготавливаться из однородного материала, имеющего в то же время вид сэндвича c «начинкой» из вспененного алюминия и тонких наружных слоев из листового проката.

Вперед, в каменный век

Однако не рановато ли я тут панику поднимаю? На самом-то деле, процесс идет как раз в обратную сторону. Все озабочены уменьшением веса, а машины, напротив, тяжелеют. Что толку от легких литых дисков, если сами колеса стали большими. На современных автомобилях наиболее ходовые размеры — на 15 и 16 дюймов. Причем не столько для красоты, сколько для того, чтобы запихнуть в них увеличенные тормозные механизмы. Получается, что все. сэкономленное на замене чугунных суппортов алюминиевыми, — коту под хвост. И трехкомпонентного катализатора уже недостаточно, теперь рядом с ним ставят еще и отдельную ловушку для окислов азота, а она чуть ли не в три раза тяжелее. Заменили провода электрооборудования, общая длина которых стала достигать нескольких сотен метров и веса едва ли ни в центнер, единой шиной CAN, но это лишь отчасти скомпенсировало появление в автомобиле множества электронных «помощников». Всевозможные усилители, электроприводы, ABS, ESP, климат и круиз-контроль — на этом перечень узлов и систем, способствующих тому, что машины постоянно прибавляют в весе, далеко не исчерпывается.

Неспроста, видимо, мотористы присматриваются уже не к алюминию, а к магнию, который в 1,5 раза легче. Но с магнием не соскучишься. Он с легкостью возгорается, чего автомобилистам, разумеется, можно не опасаться, но производственникам в этой связи не позавидуешь. Опять же, коррозийная стойкость у магния — никудышная. С этой проблемой успели столкнуться инженеры BMW. Пришлось в магниевом блоке цилиндров предусматривать специальные вставки из алюминия, с которыми должны контактировать чугун и сталь — гильзы цилиндров, болты крепления головки и коренные вкладыши коленвала. Тем не менее давний опыт производства и эксплуатации магниевых колесных дисков и некоторых корпусных деталей говорит о том, что магнием можно иметь дело.

Но вот про керамику что-то в последнее время ничего не слышно. А ведь сколько было говорено про двигатели, целиком собранные из керамических деталей, лет двадцать назад. Предполагалось с помощью «песка и глины» убить всех зайцев сразу. Только керамический силовой агрегат способен работать по адиабатному циклу. Чтобы не влезать в дебри теории, скажу, что адиабатному двигателю не требуется система охлаждения. Это значит, долой рубашку охлаждения, радиатор, водяной насос, охлаждающую жидкость и кучу патрубков. А все, что осталось, в два раза легче по сравнению с такими же деталями из чугуна и стали. Однако не это главное. Термический КПД адиабатного двигателя на 60% выше, чем у мотора. изготовленного по традиционной технологии. Словом, эффективность адиабатного двигателя такова, что будь он создан, можно надолго заморозить работы над водородными и прочими альтернативными технологиями, как потерявшими актуальность.

Видимо, не обошлось тут без бравых военных. Керамический двигатель не обнаружишь никаким тепловым радаром. Собственно, прототипом для адиабатного двигателя Cummins служил как раз танковый дизель. Вот военные в нужный момент и окружили «гончарное» дело завесой секретности. А гражданским если что и перепадает, так только «мелочевка»: керамическая начинка катализаторов, термоизолирующие вставки, направляющие втулки клапанов и сами клапаны газораспределения, роторы турбокомпрессоров и изоляторы свечей зажигания.

Сергей ВОЛКОВ

Автобизнес — Weekly

Метки: A2 A8 ABS Audi CAN ESP Jaguar XJ Алюминий сталь чугун

Похожие

Яндекс.Метрика