Как проехать 2 500 км на 1 литре бензина

Студенты ведущих технических колледжей и университетов Европы продемонстрировали прототипы автомобилей, способные проезжать тысячи километров, расходуя минимальное количество энергии.

Битва самых экономичных транспортных средств недавно прошла в Лондоне: более 170 команд из 29 стран боролись за звание лучших в различных номинациях. Впервые в истории этой битвы под названием эко-марафон «Шелл», который проходит с 1939 года, Россию представляли сразу две команды: молодые инженеры из Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) и студенты Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ).

Правила битвы

Самые экономичные автомобили определяются на закрытом гоночном треке — участникам необходимо проехать десяток кругов, затратив на это минимальное количество энергии. В этом году кольцевая трасса, состоявшая из нескольких опасных поворотов и одного затяжного подъёма, была длиной 1 577 м. Командам необходимо было проехать по 10 кругов, уложившись при этом в максимально допустимое время — 39 минут. Если же болид задерживается на трассе на более продолжительное время, то эта попытка не засчитывается (всего участникам предоставляется четыре попытки).

В качестве источника энергии студенты используют бензин, электричество, водород, синтетическое топливо, сжатый природный газ, дизель и этанол. В этом году бензин, дизель и спирт объединили в одну категорию — «двигатели внутреннего сгорания». Наряду с электромобилями это была самая многочисленная группа. Если говорить про команды из России, то МАДИ в качестве топлива традиционно выбирает бензин, а вот УГАТУ, впервые попавшие на соревнования, выбрали этанол.

Российские команды против всех остальных

Обе наши команды выступают в классе Prototype — низкие трёхколёсные каплевидные автомобили, которые чем-то похожи на лежачие велосипеды, накрытые обтекаемым корпусом. Только, разумеется, педалей там нет, а есть двигатель внутреннего сгорания, водородные топливные элементы или электрическая батарея. Пилот в такой машине располагается в горизонтальном положении на спине. Свободного пространства в таком болиде очень мало, точнее, машина специально проектируется для водителя небольшого роста. Кстати, на эко-марафоне «Шелл» есть ограничение по весу пилота. Водитель не должен весить меньше 50 килограммов.

Кроме требований к весу пилота на эко-марафоне существует множество других ограничений — перед тем, как выпустить команду на трассу, автомобиль должен пройти строгий технический контроль, на котором специалисты «Шелл» проверят тормоза, обзорность, топливную систему, громкость звукового сигнала, быстроту эвакуации пилота из машины и многое другое. Битва за экономию энергии — не детская забава, а серьёзные соревнования, где во главу угла ставится безопасность.

Так, например, команда MADI eco-Team с первого раза не прошла техническую комиссию. Причина — недостаточно громкий звуковой сигнал! Дело в том, что, по правилам соревнований, при обгоне одного участника другим, тот, кто едет быстрее, должен давить на клаксон в течение пяти секунд, а если этого не сделать, то команда может получить предупреждение. Именно поэтому, когда в одном месте на трассе скапливается сразу несколько автомобилей, в воздухе появляется сильный какофонический шум, прямо как в Тбилиси на перекрёстках с круговым движением.

Со всем остальным у московской команды проблем не возникло. Это и понятно, ведь МАДИ на одном и том же автомобиле принимает участие в этих соревнованиях уже в пятый раз. Однако болид MADI eco-Team год от года совершенствуется. Сейчас он представляет собой автомобиль, в основе которого лежит углепластиковая рама, на которую закреплен двухсекционный кузов (основание и крышка), алюминиевый подрамник под двигатель и другие агрегаты. В качестве силовой установки используется двигатель Honda GX35б объёмом 35 кубов и мощностью 1,26 л. с., топливо в который подаётся сжатым воздухом (бензонасосы запрещены техрегламентом).

Из интересных инженерных решений стоит отметить необычное рулевое управление: вместо традиционного руля в прототипе по краям от пилота расположены ручки-качалки. Эта система тяги, заменяющая традиционное рулевое колесо, позволяет заметно улучить обзорность. Но, чтобы обращаться с таким рулевым управлением, нужна определённая сноровка.

Результаты битвы

В этом году команда МАДИ смогла улучшить свой прошлогодний результат — 238 км на 1 литре бензина (в 2016 году — 193 км). Чтобы понять, как такое возможно, надо понимать «механику процесса». Участники соревнований пользуются двигателем кратковременно, по несколько секунд давя на газ, а всё остальное время автомобиль катится по инерции. Соответственно, болиды, у которых лучше аэродинамика, накат, эффективность силовой установки и вес, добиваются результата в 1 000 км на одном литре и больше. В этом году в Лондоне на стадионе Queen Elizabeth Olympic Park команда Microjoule-La Joliverie из французского лицея Сан-Жозеф Ля Жоливери показала результат 2 503 км на одном литре бензина Shell V-power с октановым числом 95.

Чем же обусловлена такая большая разница в результатах? Первое, на что стоит обратить внимание, — вес болида. Если машина МАДИ весит порядка 47 кг, то автомобили лидеров — около 27 кг! Соответственно, для привода машины в движение требуется меньше мощности, а значит, меньше энергии. Малый вес прежде всего объясняется отсутствием рамы и крохотным двигателем собственной разработки. Несущий кузов такого автомобиля, как правило, представляет собой монокок из лёгких и прочных материалов, таких как карбон. Кроме того, лидеры соревнований используют самые современные керамические подшипники, обладающие гораздо более низким коэффициентом трения, чем металлические.

МАДИ способен на большее

В следующем году команда МАДИ будет выступать уже на новом автомобиле с несущим кузовом — монокок, выложенный из углеродного волокна, как у лучших команд соревнований на экономичную езду. Сейчас уже идет процесс создания кузова из специально заготовленной формы, которая тщательно проектировалась молодыми инженерами в 2016–2017 гг. Кроме того, ведутся работы над усовершенствованием электронного блока управлением двигателя, что позволит сократить расход топлива.

Кроме того, в двигатель Honda было залито экспериментальное маловязкое моторное масло 0W-12, которое специально для команды МАДИ «наблендили» в лаборатории завода «Шелл» в Торжке, взяв за основу базовое масло, полученное из природного газа, созданное по инновационной технологии Shell PurePlus. И это не удивительно. Ведь именно концерн «Шелл» первым в мире смог произвести моторное масло с базовой основой, синтезированной из природного газа. Даже если экономия топлива от такого масла составит порядка 5%, это поможет заметно увеличить максимальный пробег на литре бензина.

Кто оплачивает банкет

Несмотря на то, что «Шелл» вкладывает огромные средства в научную деятельность, команды, принимающие участие в эко-марафоне, не получают деньги от концерна. Смысл конкурса заключается в том, чтобы участники самостоятельно нашли средства на разработку своего автомобиля. Поэтому здесь важна не только высокая инженерная мысль, но и хороший PR, способность презентовать, оформлять и продавать свои идеи. «Шелл» только предоставляет для студентов инфраструктуру для соревнований и кемпинг, где команды в течение битвы живут в походных условиях.

«Засветиться» перед работодателями

Эко-марафон — отличная возможность заявить о себе пред известными компаниями. Например, именно сюда приезжают такие «охотники за головами», как Ferrari, Tesla, Shell и другие гиганты из автомобильной или околоавтомобильной индустрии, а колледжи и университеты здесь на практике реализуют свои разработки в области аэродинамики, трения, эффективности силовых установок, включая электродвигатели и батареи. Кстати, победитель в классе электромобилей в категории Prototype показал результат 753 км на 1 кВт*ч электроэнергии! Только вдумайтесь! Tesla с батареей емкостью 90 кВт*ч имеет запас хода 486 км, а ребята из итальянского технического индустриального института Леонардо да Винчи проезжают 753 км на 1 кВт*ч!

К сожалению, наши команды пока не используют в качестве источника энергии электричество. С другой стороны, от бензина и этанола можно добиться высокой эффективности, затрачивая минимальное количество топлива, а значит, выделяя в атмосферу минимальное количество вредных веществ.

Scriptio: Николай Назайкинский