Фото Renault F1 Mercedes использовал
двигатели с прямым впрыском бензина
еще в 50-х. Массовый рынок подобные моторы
захватили почти полвека спустя.
Турбонаддув еще
двадцать лет назад считался уделом
машин неэкологичных, прожорливых и
быстрых, а сегодня та же технология
работает на диаметрально противоположные
цели.
А вот еще
одна забытая тема — силовые турбины.
Они крутят не компрессор, а сразу
коленчатый вал мотора или какой-нибудь
генератор энергии. Когда-то эта тема
считалась сверхперспективной, ведь
примерно треть энергии, выделяемой из
топлива, улетает с отработавшими газами.
Силовая турбина позволяет использовать
часть этой халявной энергии и одновременно
повысить эластичность, мощность и
экономичность мотора. Такую технологию
использовал, например, военный дизель
5ТДФ
http://krasnov74.ru/blog/samyj_neverojatnyj_porshnevoj_motor/2010-03-09-58
, один из самых поразительных моторов,
созданных советскими конструкторами.
На гражданских
моторах силовые турбины не прижились,
как когда-то были отвергнуты прямой
впрыск и сам турбонаддув. Силовые турбины
сложны, а степень рекуперации сравнительно
невысока: может быть, 5-10% от общей энергии
выхлопных газов. К тому же компактная
турбина должна иметь огромную частоту
вращения, и возникают почти неразрешимые
проблемы с передачей энергии прямо на
коленчатый вал.
Ветер перемен
задул с неожиданной стороны. «Формула
1» уже давно считалась спортом, бесконечно
далеким от массовых технологий. Однако
производителям (в частности, Renault
и Mercedes-Benz),
участвующим в чемпионате, это не
нравилось, и они продавили существенное
изменение регламента на двигатели,
которые должны стать на порядок ближе
к гражданским моторам. Вместо атмосферных
V8 объемом
2.4 литра со следующего года будут
использовать V6 объемом
1,6 литра с наддувом.
Но самое
интересное, что как и в гражданском
моторостроении, особый акцент теперь
делается на экономичность мотора: в
среднем, она должна улучшиться примерно
в полтора-два раза! И ради этого планируется
использовать несколько уловок, весьма
перспективных для массового
автомобилестроения.
Одна из них —
как раз силовые турбины, подключенные
к электрогенератору, который сможет
питать электромотор, приводящий через
трансмиссию колеса автомобиля. Пока
нет ни малейшего понятия о том, сколько
именно энергии удастся спасти таким
образом и какова будет прибавка в
крутящем моменте и мощности, однако в
кои-то веки «Формула 1» в самом деле
станет полигоном для отработки новой
(вернее, хорошо забытой старой) технологии.
Сама концепция
«турбина-генератор» удобная для
современного автомобиля в силу своей
модульности. Условно говоря, если идея
пойдет, появятся специализированные
разработки компаний, представляющие
компактные автономные модули
«турбина-генератор». Их будет проще
интегрировать в плотную компоновку
современного автомобиля, чем механическую
силовую турбину. Теоретически, такая
система на первых порах может заменит
штатный генератор, питая электросистемы
«бесплатной» энергией, а если мы говорим
о гибридах — то и приводить машину в
движение.
«Формула 1»
со следующего года и будет гибридом. Не
таким, правда, как Toyota
Prius, но тоже с тяговым
электродвигателем. Собственно, еще с
2009 года в «Формуле 1» используются
системы KERS —
рекуперации кинетической энергии. На
торможениях они запасают электрическую
энергию, на разгонах отдают. Но пока
емкость этих систем существенно
ограничена регламентом (400 кДж, что
эквивалентно прибавке в 80 л.с. в течение
6,7 секунд на круге), тогда как в следующем
году полномочия существенно расширятся.
На каждом круге длиной в среднем 5 км
болид «Формулы 1» сможет запасать
энергию, эквивалентную 100 граммам
топлива, что в пересчете на привычные
величины обеспечивает экономию около
3 л/100 км (это без учета силовой турбины).
В автоспортивных терминах это означает,
что примерно 50% дистанции болид «Формулы
1» будет использовать даровые 160 л.с.
Системы рекуперации
кинетической энергии — вторая технология,
которая можете перетечь в гражданское
автомобилестроение. В гибридах такое
собирание килоджоулей уже используется,
но пока степень рекуперации невысока.
Вместе с тем, если взять городской цикл
(он отчасти напоминает гоночный режим
с постоянными разгонами и торможениями),
то теоретически можно добиться того,
чтобы экономичность автомобиля в
городском цикле была такой же, как в
загородном. А это, как вы знаете, экономия
примерно в 1,5 раза.
И обкатка систем
в «Формуле 1» может помочь. Так, одна из
проблем эффективной рекуперации в том,
что генератор должен заменить тормоза
автомобиля. И возникает масса проблем,
связанных с настройкой «электротормоза»,
чтобы он был достаточно эффективен,
ощущался натуральным и при экстренных
замедлениях плавно передавал эстафету
штатным тормозам.
Наверняка
«Формула 1» поспособствует развитию
компактных и эффективных электрогенераторов,
и хотя гражданские узлы должны обладать
другими характеристиками и большим
ресурсом, некоторые базовые принципы
наверняка можно будет перетащить «на
гражданку».
Возможно, эти
две технологии — силовые турбины и
рекуперация энергии — продлят жизнь
двигателю внутреннего сгорания. Другое
дело, что они же сделают его еще более
сложным и наверняка — ломучим.
Каждый новый
шаг в борьбе за экономичность сближает
гражданские двигатели и «формульные»,
в том числе по цене. Поэтому, полагаю,
рано или поздно экология сделает
электромобили в самом деле рентабельным.
|