Вокруг Света 2009 № 01 (2820) - [24]

Насколько вообще можно снижать массу, скажем, легкового автомобиля среднего класса? Специалисты считают: рациональный предел лежит в районе 500 килограммов. Более легкий 5-местный полноразмерный седан будет уже неустойчивым, сильный порыв бокового ветра просто сдует его с дороги. К тому же полная масса такого автомобиля будет меняться (в относительном выражении) от количества седоков: одного водителя массой около 80 килограммов или того же водителя и еще четырех таких же пассажиров плюс багаж. Не менять же каждый раз пружины подвески, сажая пассажиров!

Итак, кто кого? Кузовщики или прибористы? В последнее время все же появилась надежда на реальное уменьшение снаряженной массы. Европарламент постановил, что к 2012 году средний выброс СО2 на километр пробега не должен превышать 120 граммов. А за каждый лишний грамм с 2015 года автопроизводители будут платить по 95 евро с каждой машины. Более того, на 2020 год норматив планируют и вовсе ужесточить до 95 г/км! При чем тут масса авто? А все просто: граммы углекислого газа пропорциональны сожженному ископаемому топливу, а оно, в свою очередь, — весу автомобиля.

Но поскольку и через 10 лет многие, как нам кажется, не захотят ездить в тесных коробчонках на колесах, придется облегчать существующие полноразмерные кузова и мощные двигатели.

Робот вынимает готовую пластиковую деталь из литьевой машины (слева), чтобы отправить ее дальше, на склейку корпуса

Битва металлов

Производители алюминия, магния и стали борются нынче за автопром как за крупнейший рынок сбыта своей продукции. И небезуспешно. Так, 30 известных металлургических фирм объединились в консорциум и разрабатывают проект ULSAC (Ultra Light Steel Auto). Например, применение высокопрочных стальных сплавов и технологии гидроформования полых профилей позволило снизить вес дверей и капотов 18 моделей образца 1997 года на 27—32%, при этом стоимость изготовления сохранилась на прежнем уровне. А совсем недавно была продемонстрирована сверхлегкая дверь, весящая (без стекла и внутренних механизмов) всего… 10,47 килограмма, что на целых 42% легче традиционной конструкции! При той же прочности.

А колеса? Что же здесь можно противопоставить красивым, легким и прочным легкосплавным дискам? Оказывается, новые марки стали DP600 и DR600 позволяют уменьшить вес штампованного диска на 20%, так что теперь обод размера 6SJ x 15 весит всего 6,75 килограмма при сохранившейся стоимости, что лишь на 1250 граммов тяжелее более дорогого алюминиевого конкурента. Испытывают и биметаллический стальной диск, сваренный лазером из полос двух различных сортов стали по технологии Tailored Strip, который весит всего 5,3 килограмма, то есть легче алюминиевого.

Более того, современные автомобилестроители того и гляди вернутся к стальным бензобакам! Оказывается, пластиковые пропускают сквозь стенки около 18 граммов паров бензина в сутки, тогда как калифорнийские законодатели требуют не более 0,5 грамма! Тут и вспомнили о старом добром стальном баке, не пропускающем вообще ничего. Только вместо вредного свинца с коррозией теперь будет использоваться покрытие из цинка и никеля с тончайшей пластиковой оболочкой. Есть варианты и горячего алюминирования (к ним склоняются в Германии и Японии), и даже использования нержавейки.

А что же сам алюминий? Этот крылатый металл применяли в автомобиле (правда, спортивном) еще в 1899 году. Потом, в 1923 году, Лоуренс Померой построил машину, прошедшую 200 000 миль, прежде чем попасть в музей Ford. Но настоящую популярность алюминий получил вскоре после Второй мировой войны, благодаря Land Rover Defender. Правда, тогда еще не умели сваривать алюминиевые детали сложной формы, поэтому и обошлись плоскими панелями на заклепках.

Сегодня цельноалюминиевые кузова хотя и не стали массовым явлением, но доля этого металла в среднестатистическом автомобиле постоянно растет и достигла уже 160 килограммов. В автомобилях малого класса, где алюминий мог бы обеспечить расход топлива около 3 литров на 100 километров (это не фантастика, была уже такая версия Audi A2), широкому использованию металла с плотностью 2,68 г/см3 (против 7,87 у стали) мешает дороговизна технологий. А вот за вес Jaguar, Audi A8, Rolls-Royce Phantom стоит побороться всерьез, отдав часть освободившихся килограммов сервосистемам и электронике.

Суть этого каркаса в использовании профилей из прочных и особо прочных марок стали. При этом их стенки гораздо тоньше и легче, чем обычно

А можно попробовать совместить доселе несовместимое: в BMW 5-й серии, например, алюминиевый перед соединили со стальным кузовом, для чего пришлось решать проблему разности электрохимических потенциалов, приводящую к быстрой коррозии места стыка этих металлов. Кстати, такой симбиоз сегодня встречается часто. Машины подешевле ограничиваются алюминиевыми капотами и крышками багажников. Алюминиевые панели нередко скрываются под слоем металлика и на других авто, становясь неприятным сюрпризом для владельца в случае ДТП — ремонт влетает в копеечку.

Сколько же массы может сэкономить переход на алюминий в автомобиле среднего класса? По оценкам, вместо усредненных 1229 килограммов можно выйти на 785, то есть выигрыш составит около 36%. В пересчете на топливо это пара-тройка литров на сотню километров пробега. А нельзя ли пойти дальше и заменить алюминий магнием с плотностью всего 1,81 г/см3? В свое время в Volkswagen Lupo 3L уже была магниевая крышка багажника и титановые пружины подвески. Проблема тут не столько в стоимости металла, а в его «жадности» до кислорода. Например, магниевые колесные диски тщательно покрывают лаком, иначе они быстро превратятся в порошок окиси. (Похожие проблемы были и с алюминием, пока российские металлурги не придумали специальные коррозионностойкие сплавы, которыми успешно пользуется мировой автопром.) Поэтому магний пока применяют для деталей, где опасность окисления минимальна. Например, для каркаса торпедо Mini и Rolls-Royce. Последняя весит всего 7,6 килограмма и отливается единым «куском». А вот на BMW применили магний в блоке цилиндров. Новая рядная «шестерка» на четверть легче благодаря схеме «два в одном»: алюминиевая внутренняя часть с гильзами и постелями коренных подшипников окружена магниевым корпусом с водяной рубашкой и каналами для смазки. Здесь алюминий сопротивляется высоким термическим и механическим нагрузкам, а магний облегчает самую объемную часть мотора. Навесные агрегаты крепятся к магниевому корпусу алюминиевыми болтами. Правда, не граммов ради, а лишь из-за коррозионной проблемы на стыке магния и стали.