Автопроизводители считают лишние литры

Система слежения за переключением сигналов светофоров в Audi, движение накатом от Volkswagen, сохранение энергии за счет торможения по принципу "Формулы-1" на Volvo, бензиновый двигатель Mazda с дизельной степенью сжатия — автопроизводители стремятся за счет этих и других технических новаций снизить расход топлива у машин, пишут "Известия".

На расход топлива влияет каждая деталь автомобиля — от аэродинамического сопротивления, обусловленного рельефом кузова и шин, до структуры двигателя. И каждый производитель старается оптимизировать максимальное количество параметров. В настоящее время существует немало хитроумных решений, однако без компромиссов пока не обходится.

— На сегодняшний день существует большое разнообразие систем, которые позволяют повысить энергоэффективность автомобилей. Основная задача — оптимизация режима работы двигателя внутреннего сгорания, сокращение времени его работы при движении автомобиля, а также увеличение КПД самого автомобиля, — отмечает старший преподаватель кафедры "Автомобили и тракторы" Университета машиностроения (МАМИ) Андрей Филонов.

Volkswagen — революция в моторах

Volkswagen готовит революцию в бензиновых моторах. Об этом в интервью британскому автомобильному журналу Autocar рассказал глава технических разработок Audi (марка принадлежит VW. — "Известия") Ульрих Хакенберг. Основные принципы, направленные прежде всего на экономию топлива, — это движение накатом и изменяемая степень сжатия двигателей.

Одна из важнейших топливосберегающих технологий будущего, по мнению немецкого специалиста, — это движение по инерции. На ряде моделей Volkswagen, оснащенных роботизированной коробкой с двумя сцеплениями, эта функция уже частично реализована: трансмиссия отсоединяется от двигателя при движении накатом. В ближайшие годы она будет совершенствоваться. На первом этапе планируется оптимизировать уже существующую возможность отключать трансмиссию — при движении на скорости ниже 10 км/ч. На следующих трех этапах разработки мотор сможет глохнуть при движении на круиз-контроле, при спуске с горы или при приближении к светофору, на котором вот-вот зажжется красный сигнал.

— Движение накатом с отключенным двигателем — одна из самых перспективных разработок. Речь идет, вероятно, о настройке педали акселератора — стоит ее отпустить, как машина это "чувствует", "понимает", что сейчас не нужно тяги. Электроника отключает двигатель. Это способно сильно повлиять на расход топлива в городском движении, — объяснил "Известиям" заведующий кафедрой "Эксплуатации автомобильного транспорта и автосервиса" Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) Андрей Ременцов.

Технический гуру Volkswagen также намекнул, что автомобили под марками концерна получат электромеханические нагнетатели и переменную степень сжатия. Подробности немцы пока не раскрывают, однако изменяемая по необходимости степень сжатия способна привести к существенной экономии топлива. Электромеханические нагнетатели включаются на небольших скоростях, в то время как обычные турбины не работают, пока двигатель не раскрутится до высоких оборотов.

Audi и Honda научили экономить на светофорах

Новая система, которая скоро появится на серийных автомобилях Audi, способна отслеживать работу светофоров. Немцы утверждают, что эта функция способна сэкономить миллионы литров топлива.

Эта система — часть глобальных разработок концерна Volkswagen, но пока речь идет о применении исключительно на автомобилях с четырьмя кольцами на решетке радиатора. Цикл работы светофора, к которому приближается автомобиль, передается через онлайн-соединение с центром управления светофорами города и отображается таймером на панели приборов автомобиля. Так, распознавание работы светофоров подсказывает водителю, какую выбрать оптимальную скорость, чтобы проезжать всегда на зеленый сигнал, и запускает автоматически заглушенный мотор за 5 секунд до включения зеленого.

— Если автомобиль будет глушить мотор заранее, при подкате к светофору, это способно существенно экономить топливо, — одобрил разработку эксперт МАДИ.

Система Audi способна экономить топливо не только самого автомобиля — до 15%, но и сделать движение в городе более быстрым, а это уже приведет к уменьшению пробок и, соответственно, глобальному сбережению бензина — по подсчетам немцев, около 900 млн л, если система появится на всех автомобилях Германии.

Система слежения за светофорами уже готова к установке на любой серийный автомобиль Audi. Первоначально она появится на автомобилях, продающихся в США.

Аналогичную систему готовит Honda, только в японском видении машина узнает о циклах светофора не через Интернет, а при помощи инфракрасных маячков вдоль дороги. Такой способ прокладки "зеленого коридора" выглядит сложнее, чем у немцев, ведь он потребует вмешательства в инфраструктуру городов, а именно установки маячков.

Volvo — торможение дает энергию

Термин KERS чаще применяется к гонкам "Формулы-1", однако данную систему рекуперативного торможения инженеры Volvo активно приспосабливают к своим дорожным моделям. О разработках говорили еще год назад, но сейчас шведская компания объявила о продвижениях в своей работе и о том, что уже близка к серийному применению KERS, что поможет экономить до 25% топлива.

Система рекуперации кинетической энергии KERS работает в паре с маховиком, который устанавливается на задней оси. При торможении двигатель внутреннего сгорания, который передает крутящий момент на передние колеса машины, отключается, а энергия, обычно приходящаяся на теплопотери, передается на маховик, который затем направляет ее на задние колеса посредством редуктора и сохраняет в течение 20 минут и активизирует при нажатии педали газа. Это аналогично 80 дополнительным лошадиным силам мощности двигателя. Эффективнее всего KERS способен проявить себя в городе с постоянными торможениями и разгонами.

Подобный принцип применяется на гибридных автомобилях с электромоторам и электромобилях, но в отличие от литиево-ионных батарей KERS весит значительно меньше и стоит дешевле. Специалисты довольно высоко оценивают эффективность систем рекуперации энергии, однако скептически относятся к заявленным Volvo оптимистичным показателям экономичности.

— Применение различных систем рекуперации энергии, которые позволяют запасать часть энергии автомобиля, обычно просто теряющуюся, — важное направление повышения энергоэффективности. В гибридных автомобилях можно запасать энергию при торможении, заряжая с помощью генератора, связанного с колесами транспортного средства, накопитель электрической энергии. Затем эту ее можно использовать при разгоне и движении автомобиля на чистой электротяге, а значит, без расхода топлива тепловым двигателем. Кроме того, можно рекуперировать избыточную энергию выхлопных газов, которые могут вращать через специальную турбину ротор генератора, заряжающего аккумулятор. Причем такой системой можно оснастить и традиционные автомобили, тогда эта возвращенная энергия может использоваться, например, для работы системы кондиционирования, — отмечает Филонов.

— Идея рекуперации энергии не нова. Она пришла с транспортных средств с электротягой. Например, электропоезд в метро забирает энергию при торможении, и потом она работает как генератор, используется при разгоне. Однако в случае с KERS в городе не будет хватать дистанции для таких разгонов и торможений, как в метро. И заявленный показатель в 20–25% экономии мне кажется завышенным, скорее речь идет максимум о 15%. Разработки Volkswagen с движением накатом кажутся более эффективными, — считает заведующий кафедрой "Эксплуатации автомобильного транспорта и автосервиса" МАДИ Андрей Николаевич Ременцов.

На серийных машинах система рекуперации энергии при торможении от Volvo появится в 2020 году.

Общение автомобилей сбережет топливо

Компании Apple и Google объявили о параллельных разработках систем взаимодействия между автомобилями, которая должна сделать вождение более безопасным и экономичным и сократить фактор стресса.

Автомобили смогут взаимодействовать друг с другом через интернет-соединение и таким образом избегать столкновений, создавать эффективные потоки на дороге, прокладывать экономичные маршруты и оптимизировать движение машины с оглядкой на сбережение топлива.

— С внедрением современных систем навигации и геопозиционирования появляется возможность заранее планировать будущий маршрут, и автомобиль может превентивно задействовать те или иные резервы повышения энергоэффективности, — отмечает Андрей Филонов.

Более двух десятков автомобильных компаний заявили, что готовы использовать такие системы в своих моделях.

Mazda — бензиновый мотор экономичнее дизельного

Японская компания Mazda с 2011 года применяет на своих моделях технологии под названием SkyActiv, которые подразумевают очень высокую степень сжатия бензиновых моторов и очень низкую степень сжатия дизельных моторов и оптимизированную работу автоматической и механической трансмиссий, за счет чего удается сократить расход топлива.

— Сейчас основной тенденцией является снижение рабочего объема двигателей внутреннего сгорания при одновременном увеличении его удельных характеристик. Такие двигатели оснащаются турбонаддувом и непосредственным впрыском и широко применяются европейскими автопроизводителями. Mazda пошла по своему пути и в новой линейке двигателей Skyaktiv применила очень высокую степень сжатия наравне с обедненным составом горючей смеси, что позволило значительно улучшить экономические характеристики ДВС, — прокомментировал разработки японцев Филонов.

Правда специалисты Mazda опасаются, что это может осложнить конструкцию автомобиля.

— Обычно высокая степень сжатия характерна для дизельных моторов, поэтому аналогичные бензиновые потребляют на 1,5–2 л топлива на 100 км больше. Чтобы достичь такого результата, приходится усложнять конструкцию машины — например, менять объем камеры сгорания, а это может привести к большему количеству отказов системы, — отмечают специалисты МАДИ.

Второе поколение двигателей SkyActiv будет обходиться практически без свечей зажигания, так как топливо сможет воспламеняться за счет высокой степени сжатия по принципу дизелей — это способно обеспечить до 30% бензина, что делает такой мотор экономичнее дизельных.

Бензиновый двигатель SkyActiv-2 появится на серийных моделях Mazda к 2020 году.

Volkswagen — отключить лишние цилиндры

Технологию отключения части цилиндров, когда они не нужны, концерн Volkswagen применяет на различных моделях уже давно. Немцы первыми применили эту систему на четырехцилиндровых двигателях (а не с 8 или 12 цилиндрами) массовых автомобилей — в 2012 году.

Система активного управления цилиндрами отключает второй и третий цилиндры — стоит только перестать нажимать на педаль газа или касаться ее легонько при спокойном ритме движения, что позволяет сэкономить до 0,5 л топлива на 100 км. Volkswagen утверждает, что это никак не отражается на комфорте, но легких вибраций при работе двух цилиндров избежать пока не удалось.

— На холостых оборотах действительно нет смысла эксплуатировать цилиндры в полном объеме. Отключается привод клапанов — он может быть механический, гидравлический или электрический. На двигатели ставят дополнительные заслонки, чтобы прекратить подачу топлива в цилиндры — вместо него поступает воздух, — пояснил Андрей Ременцев из МАДИ.  

 И прочие маленькие хитрости

Чтобы сэкономить хотя бы пол-литра дорогостоящего бензина или солярки, учитывается каждая мелочь. На ряде автомобилей применяются задвигающиеся шторки в решетке радиатора, снижающие аэродинамическое сопротивление, тому же служат специальные выемки в зеркалах и колесных арках. Имеют значение и шины — их уровень сопротивления качению влияет на расход, поэтому производители покрышек выпускают отдельные эколинейки.

— Производителям необходимо снижать расход топлива, это от них требует законодательство. Имеет значение все, даже давление в шинах. Расход может меняться на 10–15% в зависимости от индивидуального стиля вождения отдельного водителя, — пояснил "Известиям" Андрей Ременцов.

В Европе постепенно всё новые автомобили обязывают по умолчанию оснащать системами старт-стоп — они автоматически глушат двигатель при остановке автомобиля, например, на светофоре или в пробке, и заводят его при касании педали газа или сцепления. Некоторые системы старт-стоп научились отключать двигатель еще до полной остановки — как раз то движение накатом, которое пытается усовершенствовать Volkswagen.

— Не менее 10% экономии можно получить использованием системы старт-стоп, которая выключает тепловой двигатель на остановках. Но следует учитывать, что в таком случае автомобиль оснащается более дорогим аккумулятором с ограниченным ресурсом, что сводит на нет финансовый эффект от применения этой системы, — утверждает специалист Университета машиностроения (МАМИ).

Сберегать топливо позволяет круиз-контроль — машина сама поддерживает выбранную водителем скорость, причем, в отличие от человеческой ноги на педали, делает это равномерно и запрашивает оптимальное количество топлива. Цифры бортового компьютера сразу показывают на пару литров расхода меньше.

Электроусилитель руля способен подключаться только во время поворота рулевого колеса, что также снижает затраты топлива на его работу.

Во многих автомобилях предусмотрены различные режимы движения — от экономичного до спортивного. В экорежиме педаль акселератора задемпфирована, становится менее отзывчивой, "автомат" переключает передачи вверх уже при небольших оборотах двигателя, что ухудшает динамику разгона, но снижает потребление бензина или солярки. Внедряются экоподсказки, всплывающие на мониторе бортового компьютера, например, "при опущенном стекле аэродинамика ухудшается, расход растет".

— Электронная система управления двигателем дозирует подачу топлива. Например, при движении по песку нужна тяга, максимальная подача топлива. А в загородном цикле — меньше. И электроника регулирует процессы, — пояснил "Известиям" Андрей Ременцев.

Один из важных факторов экономичности — масса машины. Поэтому с каждым новым поколением какой-либо модели производители рапортуют о снижении веса — за счет более легковесных материалов как в составе кузова, колесных дисков, так и в шасси. Доходит и до нечестных приемов — например, сокращается объем бензобака, что сразу отражается на массе машины. Расход-то меньше, но на заправку заезжать придется чаще.

Незначительно расход топлива снижают светодиодные лампы — они потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания.

По мнению специалистов, большинство современных разработок больше всего пользы способны принести в городском ритме движения, с постоянными разгонами и торможениями, с остановками.