Технологии завтрашнего дня. В автоиндустрии, как и во многих других областях, за этим затёртым выражением скрывается очень многое. Это уже не смелые фантазии инженеров, а те решения, которые доказали свою состоятельность и вот-вот окажутся под капотами и в салонах автомобилей, на которых мы будем ездить через пару лет. А значит, такие технологии вполне осязаемы, и их можно продемонстрировать. Чем и занялась компания Audi.
Перед теоретической частью меня ждал небольшой тест-драйв: около презентационных лабораторий вижу модели A1, A6, A7 и A8. И лишь на «единичке» есть манящая надпись e-tron по бокам — остальные машины выглядят точно так же, как на парковке Государственной Думы. Скукотища...
И всё-таки сажусь в А1. Это гибридный хэтчбек, который пока находится на самых ранних стадиях тестирования — но тем интереснее! В основе силовой установки совершенно новый 1,5-литровый трёхцилиндровый турбомотор в сочетании с двумя электродвигателями. Бензиновый мотор построен из обычного 2.0 TFSI путём ампутации одного цилиндра: пиковая мощность на выходе получилась равной 130 силам. Кстати, возможно, что этот двигатель в будущем появится и на обычных, негибридных моделях. Обязанности двух электромоторов распределяются так: первый, мощностью 68 сил, играет роль стартера и генератора для подзарядки батарей, а второй, 116-сильный, соединён с бензиновым агрегатом посредством зубчатой муфты в трансмиссии с единственной передачей.
Основная идея такой машины — продолжительное передвижение на электротяге без ущерба для комфорта и динамики. В отличие от нынешних гибридов, такая машина может ехать на электричестве действительно долго, почти 100 километров! Я ощутил это, когда перешёл в электрорежим, и автомобиль как ни в чём не бывало вёз меня с десяток километров без намёка на запуск бензиновой «топки». При этом А1 позволяет ехать как «нормальная» машина, с полноценными обгонами на трассе и максимальной скоростью до 130 км/ч. Правда, в диапазоне 55 — 130 км/ч бензиновый мотор всё же работает, для подзарядки батарей через первый электромотор-генератор.
Вообще, система очень умная. Двигатели могут работать вместе для достижения максимальной отдачи, которая составляет 177 л.с. Правда, динамика такой машины показалась мне более скромной, чем у обычной 180-сильной А1, но для прототипа— очень достойно! Если нужно иметь максимум тяги, то проще включить в трансмиссии режим S, и тогда бензиновый двигатель не будет глушиться, пока водитель не примет решение о более экономном вождении. Кнопка EV, напротив, активирует только электротягу, что удобно в городе. Также в бортовой системе можно запрограммировать количество километров, которое в любом случае будет зарезервировано на езду на «батарейках» — чтобы оставить запас, система сама в нужный момент запустит двигатель, какой бы при этом режим езды не был выбран.
Пополнение резерва батарей доступно через обычную домашнюю розетку или посредством генератора, запасающего электричество во время рекуперативного торможения или от бензинового мотора. С запасом «электрохода» под 100 км A1 Dual-Mode Hybrid имеет характеристики полноценного электромобиля, но при этом его возможности не ограничиваются ёмкостью батареи. Расход топлива такой машины (без учёта пересчитанного в литры «домашнего» электричества, правда) составляет всего 1 л бензина на 100 километров! Но знаете, что самое главное? Это машина, которую действительно кайфово водить! «Троллейбусная» тяга привносит в гамму водительских ощущений существенное разнообразие. Вот на таком гибриде я бы ездил.
После тестового круга паркуемся и переходим к следующей машине — это Audi A6 с... электротурбиной! До недавнего времени была справедлива замечательная фраза: no replacement for displacement. Действительно, рабочий объём не заменишь ничем. Наддув, — заметите вы. Конечно, но маленькая турбина не работает «на верхах», а большая «улитка» долго «раздувается». Компрессор? Да, он тянет с самого низа, но в верхнем диапазоне его обороты, а значит, и нагрев воздуха становятся слишком велики, что снижает эффективность наддува. Хорошее решение состоит в сочетании компрессора и традиционного газового нагнетателя, но есть и другие варианты. Один из них — электронаддув.
Для опытов взяли серийный наддувный трёхлитровый дизель, открутили ему младшую «улитку» (большая и маленькая турбина установлены последовательно, именно в этом порядке) и заменили её на электронагнетатель. Но примечательно, что расположили его не перед интеркулером (как стояла обычная турбина), а после него. Причин для этого две: компоновочная и экологическая. Что касается второй, то на освобождённое место сразу за большой турбиной установили сажевый фильтр больших размеров, благодаря чему он работает эффективнее того, что применяется на серийном моторе.
Итак, поехали! Сопровождающий нас инженер просит остановиться, щёлкает кустарно врезанным в консоль тумблером и командует: газу! Ничего особенного, мотор немного помялся на «низах» и начал уверенный разгон. Повторяем упражнение, но с тумблером в другом положении. Утапливаю акселератор и... удар. Удар затылка о подголовник, потому что тяга начинается сразу с холостых, и рывок тяжёлая «шестёрка» делает просто ошеломляющий! Правда, вскоре ощущения притупляются, так как срабатывает находящийся сразу за интеркулером перепускной клапан, который направляет прессуемый воздух в обход электронагнетателя, прямиком во впуск.
Так как в пике своей отдачи двигатель работает на обычной турбине, а электрическая в этот момент «отдыхает», то и максимальная мощность не сильно отличается от показателей серийного агрегата. Вся фишка в том, что водителю всегда доступно много тяги, очень много тяги. И, конечно, при разгоне с места эти ощущения максимально остры. Поскольку двигатель быстрее раскручивается, то и разгон у такой машины при прежней пиковой мощности быстрее: на анимации, которую показали нам спецы Audi, прототип «отъезжает» с места от стандартной битурбодизельной машины как от стоячей!
Третья технология прячется в недрах пары прототипов на базе моделей А7 и А8. Система отключения половины цилиндров — полумера, посчитали в Audi. И решили реализовать систему старт-стоп, которая работала бы... в движении! Для обкатки решения взяли трёхлитровый бензиновый TFSI, заменили стартер на электромотор-генератор, оснастили автомобиль дополнительной батареей и модифицированной бортовой электросетью с напряжением 48 вольт. Идея очень проста: там, где автомобиль может двигаться «накатом», двигатель просто отключается с тем, чтобы при необходимости быть мгновенно запущенным электромотором, выполняющим в числе прочего роль стартера.
А для повышения эффективности управление технологией «завязали» на данные навигационной системы, системы распознавания дорожных знаков, активного круиз-контроля и информации о том, насколько нагружен автомобиль. Пример: перед вами участок загородной дороги, в котором за подъёмом следует длинный спуск, в конце которого начинается зона, ограниченная знаками с ограничением скорости 40 км/ч. Используя информацию о маршруте и параметрах движения, система ещё в конце подъёма отключит двигатель, порекомендует водителю убрать ногу с газа и приготовится заглушить двигатель, так как далее можно ехать «накатом». При этом все системы, вроде электроусилителя руля, «климата» или «музыки», остаются активны — их питает батарея, запасающая энергию рекуперативного торможения с помощью стартера-генератора.
На ходу такой автомобиль отличается от обычного лишь увеличенными задержками и подёргиваниями при активации «заглохшего» бензинового двигателя — пока ещё не подобраны нужные настройки агрегатов, но это лишь вопрос времени. А вот расстояние, которое проезжает тяжёлый седан A8 с выключенным двигателем, действительно поражает: на ровной дороге стрелка спидометра движется вниз очень неохотно. Инженеры говорят, что такой выдающийся показатель выбега достигнут за счёт оптимизации всех трущихся узлов и деталей машины, низкой массы и хорошей аэродинамики. Технология получила название iHEV и в ближайшее время совершенно точно появится на серийных автомобилях. Экономия топлива, получаемая с её помощью, достигает 10%!
Актуальную в последнее время стратегию «даунзайзинга» — уменьшения рабочего объёма двигателей — сменяет стратегия, которую в Audi назвали rightsizing, то есть стратегия необходимого, правильного рабочего объёма. Она предполагает как использование минимально возможного размера камеры сгорания двигателей, так и технологии отключения половины цилиндров (сейчас применяются в четырёхцилиндровом 1.4 TFSI и в V8 4.0 TFSI) или отключения двигателя на ходу. Иными словами, для новых моделей инженеры выбирают тот объём мотора, который позволит сохранить характер машины без ущерба для экологии. Помимо вышеперечисленных, главные помощники в этих целях: турбонаддув, уменьшенное трение, системы старт-стоп и рекуперации, а также альтернативные виды топлива. Благодаря применению этого арсенала идей, разработчики могут создавать машины, которые умеют «правильно» ездить.
Работая над двигателями, в Audi делают серьёзные ставки и на электротягу: к 2020 году компания собирается предложить по электромобилю в каждом сегменте. Для этого несколько лет назад был создан подбрэнд e-tron, в рамках которого ведутся все разработки электромобилей. Первой серийной машиной купе станет R8 e-tron, которое будет выпущено ограниченной партией к концу года. В июне этот автомобиль под управлением гонщика Маркуса Винкельхока показал рекордное для серийных электромобилей время прохождения Северной петли Нюрбургринга — 8.09.099! Для этого 381-сильному купе лишь подняли максимальную скорость с 200 до 250 км/ч и нацепили гоночные покрышки.
В остальном это остался полностью серийный автомобиль: задний привод с двумя электромоторами и электронным распределением крутящего момента (суммарный показатель — 820 Н∙м) между колёсами, 1780 кг массы, 4,6 секунды с нуля до 100 км/ч и 215 километров пробега на полностью заряженных аккумуляторах, располагающихся в кожухе центрального тоннеля. Заряда батарей хватило на два боевых круга по Северной петле, каждый из которых имеет протяжённость в 20 832 метра — большинство спорткаров потребляют в таком режиме около 65 литров топлива на 100 километров пути.
Но если рекордная электрическая R8 оснащена задним приводом, то концепт F12 на базе все того же суперкупе демонстрирует возможности электрического полного привода. В целом схема всё та же, но инженеры добавили электромотор для привода на переднюю ось и настроили систему управления полным приводом. Этот автомобиль не такой мощный: он имеет около 200 л.с., разгоняется до 100 км/ч чуть быстрее, чем за 7 секунд и развивает максимум 180 км/ч. Запас хода при этом аналогичен серийной электрической «эр-восьмой»: около 200 км. Пока судьба автомобиля не ясна, но инженеры гордятся тем, что им удалось настроить электрический полный привод в соответствии с философией quattro.
Разобравшись с двигателями, знакомимся с «энергетиками» Audi. Видно, что они очень увлечены своим делом и болеют за результат. Идея в следующем: двигатели внутреннего сгорания всё ещё имеют большой потенциал для развития — для этого просто нужно использовать альтернативное топливо. В Audi делают ставку на синтетические виды топлива, в частности, так называемый e-gas, e-diesel и e-ethanol. Их объединяет то, что каждый вид такого топлива не является ни ископаемым, ни растительным, а значит, не зависит от нефтедобычи и не создаёт конкуренцию продуктам питания. Рассмотрим каждое топливо поподробнее.
E-gas это газ получаемый на специальных установках в результате протекания нескольких производственных процессов. Сначала ветряки получают электричество из энергии ветра, после чего с помощью этого электричества обычная вода в процессе электролиза расщепляется на кислород и водород. Далее в специальной установке из водорода и получаемого из воздуха углекислого газа генерируется синтетический метан, который и отправляется в баки автомобилей, передвигающихся на топливе e-gas. Распространение последнего планируется через сеть обычных газовых заправок. Цикл производства и использования такого топлива предусматривает наименьшие выбросы углекислого газа в сравнении с ископаемыми и растительными видами топлива. Audi сейчас находится в стадии запуска этого амбициозного проекта в родной Германии, а полноценная его работа ожидается с третьего квартала следующего года.
Во время презентации технологий Audi представила новую A3 не просто в пятидверном кузове Sportback, а ещё и в версии TCNG, которая работает на фирменном «е-газе». Для этого на двигатель 1.4 TFSI навесили специальное оборудование, состоящее из топливных магистралей и баллонов — всё оборудование весит около 60 кг. Никуда не делось и традиционное бензиновое оснащение, благодаря которому на такой машине можно ездить и там, где доступна лишь обычная «горючка». К 2015 году последует вторая модель с аналогичной топливной системой — это будет седан А4.
Не меньше делают инженеры и в области создания жидкого топлива. Следуя всё тому же принципу «халявной» энергии (в случае с газом это ветер и воздух), они подчиняют себе и солнечную энергию, а также используют ненужную и «бесплатную» грязную воду. E-diesel и e-ethanol производятся из обитающих в сточных водах микроорганизмов. Такая вода проходит через специальные установки, где под воздействием солнечного света и получаемого из воздуха углекислого газа микроорганизмы формируют биомассу, которая становится топливом. В зависимости от генной модификации, которая осуществляется на заводе, организмы формируют основу этанолового или дизельного топлива.
В настоящее время проект по производству такого топлива осуществляется совместно с массачусетской компанией Joule Unlimited — демонстрационный завод в штате Нью-Мексико начнёт производить синтетический этанол уже к концу года. Это топливо аналогично по своим характеристикам традиционному биоэтанолу Е85, получаемому из растительных культур (особенно популярному, например, в Южной Америке), но при этом требует в 20 раз меньше площади для производства одного и того же его количества в сравнении с растительным. В 2013 году стартует и производство синтетического дизеля — принципиально оно отличается от е-этанола лишь иной генной модификацией микроорганизмов. В глобальном плане основное препятствие для распространения этой технологии состоит в том, что для её реализации необходимо много солнечного света. Но там, где он есть, выгоды новой разработки очевидны: топливо создаётся из «бесплатных» компонентов, поэтому, даже несмотря на инновационность техпроцессов, его стоимость сравнима с традиционными «ископаемыми» литрами в обычных заправках.
По итогам посещения семинара осталось странное ощущение: пока мы меряемся пятыми айфонами, рядом живут люди в ином измерении. Они сейчас создают что-то из ничего, уже сегодня закладывают основы совсем других принципов потребления ресурсов. И пусть для каждого из нас в отдельности это ничего не значит (на наш-то век всего и так хватит — и воздуха, и нефти), но это единственно верный путь развития, конечно если не жить теорией скорого конца света. Конечно, лаборатории Audi — не единственный и не главный в мире двигатель прогресса, это лишь пример из автомобильной отрасли. Но пример очень показательный.
Текст: Дмитрий Ласьков
Фотографии: автора и Audi