Пока весь мир сходит с ума по электромобилям и батарейкам, инженеры General Motors решили напомнить, что у старого доброго двигателя внутреннего сгорания (ДВС) еще есть порох в пороховницах. И этот порох — буквально алюминий. Но не простой, а волшебный. В сети появилась информация, что GM совместно со специалистами Окриджской национальной лаборатории (ORNL), которая входит в структуру Министерства энергетики США, завершила испытания нового поколения алюминиевых сплавов для автомобильных двигателей. Разработка уже доказала свою эффективность на перспективных двигателях семейства LMHE (Low-Mass, High-Efficiency).
Почему это прорыв, а не просто очередной пресс-релиз?
Главная проблема всех легких двигателей — это поиск компромисса между весом и термостойкостью. Дело в том, что тяжелые пикапы и коммерческие грузовики работают в условиях дикого стресса: высокие нагрузки, запредельные температуры. Поэтому их блоки и головки цилиндров традиционно делали из прочного, но очень тяжелого чугуна. Алюминий же легче, но его ахиллесова пята — потеря прочности при нагреве свыше 200 градусов Цельсия. При таких температурах стандартные сплавы начинают «плыть» и теряют устойчивость к длительным нагрузкам. Для мощного мотора это приговор.
Инженеры решили эту задачу нестандартно. Они не просто «поколдовали» над рецептурой, а разработали два принципиально новых материала. Первый сплав, получивший название ACMZ, предназначен для литых деталей. Его состав — алюминий с добавлением меди, марганца и циркония. Благодаря особой микроструктуре, деталь сохраняет прочность при нагреве до 350 градусов Цельсия. Из него, кстати, уже сделали блок цилиндров и головку экспериментального мотора.
Второй материал — DuAlumin3D. Это уже хай-тек для техногиков: он создан специально для производства методом 3D-печати. Из него напечатали поршни. Разработчики утверждают, что этот сплав сочетает исключительно высокую термостойкость с устойчивостью к усталостным нагрузкам. Для высокофорсированных моторов это вообще священный грааль.
Цифры, которые впечатляют
Результаты получились более чем наглядными. Использование новых сплавов позволило снизить массу двигателя примерно на 15% — это как скинуть с машины лишнего пассажира. При этом топливная экономичность подскочила более чем на 10% по сравнению с традиционными чугунными конструкциями. И это при том, что мощность и надежность остались на уровне. Для коммерческого транспорта, где каждый литр солярки и каждый килограмм грузоподъемности на счету, это настоящий подарок.
Как им удалось ускорить разработку в 5 раз?
Отдельного упоминания стоит подход к созданию этих материалов. Обычно путь от лабораторной идеи до внедрения автомобильного сплава занимает от десяти до пятнадцати лет. Это безумно долгий и дорогой процесс. Ученые из ORNL пошли другим путем. Они использовали современные методы компьютерного моделирования, привлекли алгоритмы машинного обучения и провели ускоренные испытания. В итоге весь путь от чистой теории до работающего двигателя занял всего два-четыре года. Вот что значит современный подход к инженерии.
Проект уже оценили по достоинству в научно-техническом сообществе США. Разработка получила престижную премию R&D 100 Award, которую в кругах технарей называют своеобразным «Оскаром» за инженерные инновации. А в самой GM считают, что эта технология даст зеленый свет новому поколению легких, экономичных и экологичных грузовиков. Похоже, эра ДВС продлевается, и это хорошая новость для всех, кто не готов прощаться с бензиновым запахом.