Российское чудо: Загадочный ё-мобиль

По программе российской компании «Ё-Авто», серийный выпуск революционных «ё-мобилей» начнется уже через год. Полноприводный 5-местный компакт с «гибридным» силовым агрегатом – за 450 тыс. руб. Разве не чудо?

А есть ли место подобным чудесам в современном автомобилестроении? Как говорят в таких случаях в науке, надо исследовать. Присмотреться к амбициозному замыслу внимательней и попытаться выяснить, в чем его сила. И где уязвимые точки. Понять в конечном счете, насколько реален дерзкий проект. Давайте разбираться.

Роторно-лопастной

Необычный проект «ё-мобиля» поражает воображение. Он один насчитывает столько неординарных инженерных решений, что их хватит на добрый десяток новых моделей попроще. Только силовой агрегат чего стОит: «гибридный» bi-топливный – компактный и легкий (весом всего лишь 80 кг). Причем в составе агрегата работает не проверенный поршневой двигатель, а ни на что не похожий роторно-лопастной. «Чудо в перьях», рядом с которым даже роторно-поршневой Wankel смотрится скучновато.

Вообще-то идея РЛДВС известна давным-давно. И уже по меньшей мере полвека назад делались попытки воплотить ее «в металл». Так, немецкий инженер Eugen Kauertz создал работоспособный образец роторно-лопастного д.в.с. еще в начале 60-х. Якобы работоспособный, однако дальше лабораторных экспериментов дело, к сожалению, не пошло. С какими труднопреодолимыми трудностями столкнулся Э.Кауэртц, неясно; так или иначе, идею продолжали двигать другие. Среди них и российские «кулибины»: так, принятый в «Ё-Авто» вариант двигателя предложен Матвеем Филатовым из Новосибирска. И если верить пресс-релизам, отечественный роторно-лопастной доведен до уровня промышленного образца. Так что где-то в середине 2012 года на дороги выйдут первые серийные легковушки с РЛДВС под капотом… Выйдут ли?

Судите. В роторно-лопастном двигателе реализуется нормальный 4-тактный цикл: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Но реализуется без возвратно-поступательного движения поршней: в цилиндрическом статоре вращается пара 2-лопастных роторов – крест-накрест на двух соосных валах. Между лопастями образуются 4 рабочие камеры, объем которых циклически изменяется – в силу того, что роторы вращаются неравномерно. На каждом обороте вала дважды разыгрывается один и тот же сюжет: то ведущие лопасти убегают вперед от ведомых, то наоборот – ведомые догоняют ведущие. Объем каждой из рабочих камер то увеличивается, то уменьшается – как надпоршневое пространство у обычного д.в.с. Остается правильно организовать впуск-выпуск топливовоздушной смеси и ее своевременное воспламенение - от искры системы зажигания. Voila, как говорят цирковые артисты после удачно исполненного номера.

И что характерно, РЛДВС – как и роторный Wankel - обходится без клапанного механизма. В статоре предусмотрены впускные и выпускные «окна», которые перекрываются (и открываются) лопастями ротора. Простая и компактная конструкция. Причем 4-тактный цикл протекает в каждой из камер за один оборот вала. То есть, частота вспышек у односекционного РЛДВС как у 8-цилиндрового поршневого д.в.с. Высокая равномерность хода.

Замечательно, что рабочая поверхность статора у роторно-лопастного – в отличие от «ванкеля» (с его эпитрохоидой) - строго круговая. Геометрически правильный цилиндр. И дело не только в технологических преимуществах: радиальные поверхности лопастей прилегают к рабочей поверхности статора с неизменным, постоянным зазором. По ходу вращения вала зазор не меняется, а значит, его можно - в принципе - свести к тончайшему микронному просвету. А если еще организовать на рабочих поверхностях лопастей (радиальных и торцевых) так называемые «лабиринтные» уплотнения, то необходимость контакта между лопастями и статором отпадает. И значит, в сопряженных парах статор-лопасть нет трения! Тогда как поршни обычного д.в.с. мощно прижимаются (из-за наклона шатунов) - вместе с кольцами - к зеркалу цилиндров силами давления рабочих газов и инерции. Иначе говоря, потери трения у РЛДВС гораздо меньше, чем у поршневых двигателей, - и никакого износа в паре статор-лопасть. Сопряженные пары даже и в смазке не нуждаются. Разве не чудо?

Мало того, поскольку у роторно-лопастного д.в.с. нет возвратно-поступательного движения (только вращение, хоть и неравномерное), он прекрасно уравновешен. А отсутствие клапанного механизма позволяет валу РЛДВС крутиться с огромной частотой: говорят, экспериментальная конструкция «Ё-Авто» работает аж при 17 тыс. оборотов! Высокая мощность при малом весе… Так за чем же дело стало? Отчего замечательный двигатель до сих пор не нашел применения в автомобилестроении?

Причин больше одной, и видимо, самая серьезная из них – трудности с механизмом, синхронизирующим вращение двух сопряженных роторов. Ведь замечательный РЛДВС работает именно потому, что лопасти движутся неравномерно – и в строгом взаимном согласовании. Синхронизирующий механизм получается непростым – вот как он выглядел, например, в экспериментальном двигателе Э.Кауэртца (см. иллюстрацию). И дело даже не в его сложности, а в том, что механизм воспринимает ударные нагрузки от сил давления рабочих газов и инерции. Очень и очень неслабые, и добиться, чтобы он работал надежно (и не слишком шумно!) совсем не просто.

В общем долгая история роторно-лопастного д.в.с. свелась, по сути, к поискам подходящего синхронизирующего механизма. Предлагались разнообразные варианты – даже с экзотическими некруглыми шестернями… Получено немало патентов, а воз и ныне там. Говорят, «Ё-Авто» держит (в секрете) радикальное решение трудной инженерной задачи. Возможно, возможно. Наверное, скоро узнаем. Но кроме того, у РЛДВС невыигрышная прямоугольная конфигурация камер сгорания: «широкая и плоская – как рыба камбала». Немногим лучше камер сгорания роторно-поршневого «ванкеля», которые его и сгубили… Термодинамические потери, неважная экология (вредные выбросы).

Хотя, по туманным сообщениям от «Ё-Авто», у революционного РЛДВС камеры сгорания как раз цилиндрические (а вовсе не широкие и плоские). Благоприятная конфигурация – при том же самом принципе работы, что и у двигателя Э.Кауэртца. Разве что статор уже не кругового, а тороидального сечения. Этакий «бублик», внутри которого движутся «кривые» лопасти-поршни. Красиво – пока не попытаешься вообразить технологию обработки сопряженных рабочих поверхностей… Но так или иначе, чрезвычайно интересно. Интрига острая, а что за ней?

Ультраконденсатор

Как сообщается, РЛДВС «ё-мобиля» вращает альтернатор электрической мощностью до 30 кВт, который питает электроэнергией пару тяговых э-моторов. А они крутят колеса передней и задней оси: постоянный полный привод. То есть, у «ё-мобиля» электрическая трансмиссия 4WD, какие давно и широко применяют в транспортном машиностроении. Однако у «Ё-Авто» принято в высшей степени неординарное решение: э-энергия запасается в «буфере», в роли которого не электрохимические аккумуляторы (никель-металлгидридные или литий-ионные), а батарея электролитических ультраконденсаторов.

Совсем иной принцип действия: электрическая емкость. В отличие от э-химических аккумуляторов, э-конденсатор мгновенно принимает заряд – и так же быстро отдает его (когда надо). И срок службы у э-конденсаторов немереный – десятки тысяч циклов заряд-разряд. Вдобавок, они не боятся низких температур, тогда как, например, литий-ионные аккумуляторы попросту непригодны к эксплуатации российской зимой. Так что же – идеальное решение? К сожалению, нет в мире совершенства: коренной недостаток э-конденсатора в роли «буфера» - малый запас э-энергии.

То есть, малый в расчете на единицу веса. Так, у «ё-мобиля» 2 плоские батареи , которые тянут в общей сложности на 70 кг. Вместе они накапливают заряд до 4,8 фарада (при напряжении около 300 В). Иначе говоря, 300-350 Вт-ч э-энергии – всего-то. Приличная литий-ионная батарея такого веса запасает 10-11 кВт-ч, а то и поболе… Сравните. И выходит, что на запасе э-энергии в ультраконденсаторах «ё-мобиль» способен пробежать 1,2-1,5 км – и только. Впрочем, энерго-«буфер» нужен ему не для движения на э-тяге, а для быстрого разгона. Ведь РЛДВС-то не особенно мощный, тогда как ультраконденсаторы способны на протяжении 10-12 сек. «сливать» на тяговые э-моторы (дополнительно к 30 кВт альтернатора) до 90 кВт электрической мощности. В сумме получается неслабо. Сбросили заряд, а затем почти столь же быстро восстановили его – из избыточной мощности альтернатора. А также за счет рекуперирования какой-то части кинетической энергии при замедлении автомобиля (торможение э-двигателем).

Изящное решение? Бесспорно. Однако вопросы остаются. Во-первых, в какую цену выльется пара ультраконденсаторов на 70 кг веса? В радиоэлектронике-то они измеряются граммами… И во-вторых, какие сюрпризы подстерегают счастливых обладателей «ё-мобилей» со стороны емкостных энерго-«буферов»? Ведь тяговые ультраконденсаторы, в отличие от никель-металлгидридных и литий-ионных аккумуляторов, в автомобилестроении еще никто не применял – даже в порядке эксперимента. Терра инкогнита…

Мыльница

Футуристическая техника «ё-мобиля» скрыта под нестандартной оболочкой. И дело не столько в своеобразном облике «переходника», сколько в технологии изготовления его кузова. Поначалу создатели автомобиля собирались навешивать кузовные панели из пластиков на несущий каркас из алюминиевых сплавов. А теперь в проект заложено радикальное инженерное решение: цельный несущий кузов (monocoque) из композитного материала на основе … обыкновенного полипропилена.

Так сказать, «мыльница», на которой и собираются все агрегаты и узлы «ё-мобиля». Спереди и сзади, видимо, стальные (или алюминиевые) подрамники под ходовую, а так – кругом недорогой пластик. Что ж, еще в конце 50-х под британской маркой Lotus ограниченной серией выпускалось малое спорт-купе Elite – с несущим кузовом из стеклопластика. А десятилетиями позже научились строить модели супер-спорт с несущими структурами monocoque из углепластиков. Крайне дорогих в производстве. Но чтобы из дешевого полипропилена… Здесь «Ё-Авто» опять впереди планеты всей.

Хотя pourquoi бы и не pas? Полипропилен – достаточно прочный конструкционный материал, чтобы при грамотно выбранных сечениях цельный кузов держал все те нагрузки, какие приходятся на несущую структуру автомобиля. А в слабых местах (стойки лобового стекла и т.п.) заделывается арматура из высокопрочной стали. Вполне реально. Главное, «мыльница» исполняется из полипропилена как одно целое, - скажем, методом выдувания из полимерного расплава. Непросто, но и не сказать, что фантастика.

Зато какие преимущества! Несущий кузов (вместе с наружными панелями) получается за раз – малооперационная технология. Если «Ё-Авто» располагает такой… Кузов из полипропилена не ржавеет, и его не нужно долго и мучительно обрабатывать антикоррозийными составами. А значит, резкое сокращение издержек производства. Конструкция получается легкая и, видимо, жесткая – зависит от критических сечений структуры и от качества полимера. Впрочем, вопросы все равно остаются. Скажем, как кузов из полипропилена держит низкие температуры? Не пойдет ли он трещинами российской зимой? И еще: неразборный «монокок» не допускает, к сожалению, кузовной правки после ДТП. «Одноразовый» кузов меняется целиком: приложился – будь любезен приобрести свежую «мыльницу» и собрать автомобиль заново. Выйдет в копеечку.

Чисто конкретно. Серийный «ё-мобиль» проектируется в нескольких кузовных вариантах, причем по мере продвижения программа динамично пересматривается. По последним сведениям, к выпуску готовится 5-дверная модель «кросс»-купе, а также микро-«вэн» и развозной фургон. Гибкий подход.

По программе «Ё-Авто», под капотом серийной модели монтируется «гибридный» силовой агрегат, в составе которого работает продвинутый РЛДВС неизвестного пока рабочего объема. Двигатель bi-топливный (бензин и сжатый природный газ), максимальная мощность - 54 л.с. С РЛДВС состыкован альтернатор электрической мощностью до 30 кВт, который заряжает 2 батареи ультраконденсаторов (энерго-«буфер») общей емкостью 4,8 ф. А также питает 2 тяговых э-мотора номинальной мощностью по 15 кВт – в приводе передних и задних колес. Электрическая трансмиссия 4WD. Кстати, программой предусмотрено, кроме того, и переднеприводное исполнение «ё-мобиля» – с единственным тяговым э-мотором двойной мощности.

Существенно, что в кратковременном «взлетном» режиме э-моторы способны, судя по всему, развивать где-то до 60 кВт каждый. То есть, в общей сложности около 120 кВт / 163 л.с., причем дополнительные 90 кВт электрической мощности получаются за счет «слива» заряда с ультраконденсаторов - на протяжении 10-12 сек. Отсюда поразительная приемистость «ё-мобиля»: как утверждается в пресс-релизах, «кросс»-купе разгоняется (в режиме «спорт») с места до 100 км/ч за какие-то 7-8 сек. Чисто Ferrari Mondial 25-летней давности… А вот максимальная скорость - 130 км/ч – ограничена невысокой длительной мощностью РЛДВС. Вполне достаточно для типовых условий эксплуатации.

Ходовая у серийного «ё-мобиля» ожидается без затей: спереди стойки McPherson, сзади простенькая подвеска на продольных сопряженных рычагах. Винтовые пружины, поперечные стабилизаторы, 16- или 17-дюймовые легкосплавные колеса. «Запаски» нет, и автомобиль предполагается комплектовать покрышками «докат без воздуха» (run flat). Кстати, у «кросс»-купе немалый дорожный просвет - 22 см. В самый раз по российским направлениям. Рулевой механизм реечный - скорее всего с электросервоусилителем. Передние тормоза, само собой, дисковые, тогда как задние, по-видимому, барабанные. В «штатном» пакете ABS и, вероятно, ESC; «активная» техника безопасности.

«Пассивная» безопасность тоже вполне современная: передние и боковые «подушки», «шторки» на окна и т.п. По сообщениям от «Ё-Авто», новая модель выводится на уровень европейских стандартов безопасности. Хотя готовится ли «ё-мобиль» к испытаниям «на удар» по методике EuroNCAP, неясно.

Длина 5-местного «кросс»-купе – 4100 мм, высота – 1550; колесная база – 2550 мм. Емкость багажника при полной посадке по местам - 450 л, а если сложить спинки задних сидений, то погрузочное пространство увеличивается до 1100 л. Удобно и практично. Снаряженный вес «кросс»-купе, по замыслу, – в пределах 700 кг; поразительно легкая конструкция. Конечно, если его создателям удастся удержать планку и не «перетяжелить» автомобиль. Бензобак у «ё-мобиля» на 20 л – плюс баллоны на 14 кубометров сжатого природного газа. И при заявленном среднем расходе бензина на уровне 3,5 л (фантастика!) на 100 км пробега, запас хода «кросс»-купе с полной заправкой топливом – аж 1100 км. Из Москвы в Питер – и обратно.

Точка зрения. Так реален проект «ё-мобиля» – или как? Что ж, положа руку на …, надо признать: разумеется, нереален. То есть, нереален в том виде, в каком обнародован. Немыслимо за год довести беспрецедентный РЛДВС до серийного выпуска. А может, и никогда… Так что «ё-мобиль», если и появится на дорогах, то с тем же 2-цилиндровым двигателем Weber MPE750, какой монтируют на прототипах. Или же с новаторским 2-тактным Omnivore от Lotus Engineering – в самый раз для проекта «Ё-Авто». Но так или иначе с поршневым…

Никаких ультраконденсаторов на серийных «ё-мобилях» вы, естественно, не найдете. А без них отсохнет идея «гибридного» силового агрегата. И электрическая трансмиссия 4WD отпадет сама собой. Так что путевку в жизнь «ё-мобиль» получит в виде обыкновенного переднеприводного компакта. И скорее всего с кузовными панелями хоть и из полипропилена, но на стальном несущем каркасе. А значит, автомобиль получится гораздо тяжелее, чем заявлено. Слабее динамика, выше расход топлива…

Ну и коренной вопрос: уложится ли цена «ё-мобиля» в обещанные 450 тыс. руб.? Никоим образом, - даже если в дело пойдет упрощенный вариант. Малосерийное производство – дорогое удовольствие, так что изделие «Ё-Авто» выльется в сумму ближе к 850 тыс. руб. Причем без «гибридного» силового агрегата и трансмиссии 4WD… Вас по-прежнему увлекает идея приобретения «ё-мобиля»?

Ладно, чудо не состоится, а какая же мораль? Не стОило и затевать? Ничего подобного: замысел «ё-мобиля» великолепен – при всей его фантастичности. Скажите, когда в последний раз в отечественном автомобилестроении рождался столь дерзкий проект? Десятки лет унылого копирования не самых передовых зарубежных конструкций: линия, которая никуда не ведет. А у «Ё-Авто» смелый полет инженерно-конструкторской мысли – на опережение. И пусть «ё-мобиль» и близко не получится таким, как его рисуют сегодня. Серьезный задел на перспективу – вот что главное.