В феврале 2013 года компания Volkswagen официально заявила, что недавний концепт-кар XL1, громко называемый самым экономичным автомобилем в мире, идет в серию. Всего 0,9 л дизельного топлива на 100 км пробега — это ли не рекорд? Однако реальные цифры вполне могут отличаться от заявленных. Да и к рекорду VW не подошел даже близко…

Volkswagen XL1, который должен поступить в мелкосерийное производство к концу 2013 года, может стать первым в истории серийным автомобилем, расходующим менее 1 л топлива на 100 км пробега.
Легендарный водородный Polyjoule Нантского университета в 2011 году поставил рекорд марафона Shell — 5136 км/л в топливном эквиваленте.
PAC-Car II построенный студентами Швейцарской высшей технической школы Цюриха, — рекордсмен книги Гиннесса — 5385 км/л в топливном эквиваленте (или 18,57 мл/100 км). Рекорд не побит по сей день (хотя марафон Shell 2013 года уже не за горами — и кто его знает…)
Aptera 2 Series — одна из неудачных попыток запустить сверхэкономный автомобиль в серию. Предзаказы принимались до середины 2011 года, но затем проект приостановили — видимо, немного нашлось желающих купить столь странный «болид» за кругленькую сумму, от $25 000.
Автомобиль NP Distanza-Proto построенный командой Политехнического университета Нги Ан (Сингапур). На азиатском марафоне 2012 года машина показала результат 112 км/кВт·ч и заняла первое место в классе (прототипы на водороде).
1947 год. Модифицированный Studebaker Роберта Гриншилдса незадолго до установления очередного мирового рекорда по минимальному расходу — 1,571 л/100 км.

Компания представила концепт Volkswagen 1-litre car еще в 2002 году. Название этой машины говорило само за себя. Основной и в какой-то мере единственной целью ее создания была экономичность, то есть возможность потратить 1 л топлива и проехать на нем 100 км.

Практически каждый элемент концепт-кара работал на выполнение поставленной задачи: обтекаемые формы, двигатель, трансмиссия. Фердинанд Пиех, председатель наблюдательного совета концернов Volkswagen AG, лично проехал на машине от Вольфсбурга до Гамбурга и подтвердил заявленный расход. Но ввиду того, что Volkswagen был далеко не первым шоу-каром такого плана (и, кстати, не самым экономичным), страсти вокруг концепта быстро поутихли.

Спустя семь лет, в 2009-м, компания представила продолжение проекта — модель Volkswagen L1. Расход остался прежним, но выросли максимальная скорость, мощность и дальность пробега, улучшилась приемистость автомобиля. Еще два года спустя показали Volkswagen XL1 — и вот этот автомобиль уже действительно был похож на серийный. В 1-litre car и L1 пассажиры сидели друг за другом, а попасть в кокпит можно было через большую откидную крышу-дверь. XL1 же обрел вполне традиционную компоновку: пассажир и водитель находятся по соседству, вход — через экстравагантные, но более или менее популярные двери типа «крыло чайки».

Только вот заявленные 0,9 л на 100 км — это все-таки громкие слова, поскольку XL1 — гибрид, оснащенный 47-сильным дизельным двигателем и 27-сильным электромотором. Если использовать при движении только дизель, то расход возрастает как минимум до 2 л. А батарею, вторую половину гибридного агрегата, нужно подзаряжать каждые 75 км пробега — вот и весь секрет. Да и слово «серия» является некоторым преувеличением: будет изготовлено всего 250 автомобилей по предварительным заказам.

В любом случае снижение расхода топлива — это довольно интересное направление автомобильной индустрии. За экономичность боролись едва ли не с самых первых дней автомобилестроения — правда, почти всегда сверхэкономные автомобили оставались на стадии концептов, так что VW тут практически первопроходец. Какие же технические приемы используют инженеры для снижения расхода?

Экологический марафон

Удивительно, но еще в 1939 году группа ученых из лаборатории Shell в Вуд-Ривер (Иллинойс) объявила о проведении конкурса. Основной задачей было создание автомобиля, способного проехать как можно большее расстояние на одном галлоне (3,79 л) топлива. Лучший результат, показанный в том, первом, «экомарафоне», составлял 21,12 км/л (или 4,74 л/100 км) — его продемонстрировал «шелловский» инженер Роберт Гриншилдс на «Студебекере».

Спустя восемь лет тот же Гриншилдс уже на другом «Студебекере» побил свой же рекорд, доведя его до 1,571 л/100 км. А в 1968 году пал и этот рекорд: команда на модифицированном Fiat 600 проехала на 1 галлоне аж 393,2 км, доведя расход до 0,963 л/100 км. Как видите, тот самый легендарный «литр на сто» был взят почти полвека назад, причем без всяких дополнительных электродвигателей, поэтому достижение «Фольксвагена» выглядит на этом фоне достаточно банально. Правда, автомобили, ставившие рекорды в рамках экомарафона Shell, для серии никак не годились, представляя собой сугубо экспериментальные конструкции. Да и водители их должны были проявлять чудеса экономного вождения.

До 1977 года экомарафон Shell был внутриамериканским (рекорд составлял уже 0,625 л/100 км), но в определенный момент организаторы поняли, что нужно выходить на международный уровень. В течение некоторого времени марафон проводился в различных странах, но сегодня он разросся до таких масштабов, что пришлось сделать разделение. Например, в 2013 году компания проведет целых три марафона — американский в Хьюстоне, европейский в Роттердаме и азиатский в Куала-Лумпур. Но цель у марафона за 70 лет нисколько не изменилась: проехать как можно больше на 1 л топлива.

Рекордные хитрости

Еще Гриншилдс на своем «Студебекере» применял целый ряд технических приемов, которые впоследствии получили развитие и используются по сей день. Например, передок машины он накрывал обтекаемым коробом, снижая коэффициент лобового сопротивления. Улучшение аэродинамических качеств автомобиля по сей день остается одной из важнейших составляющих в создании сверхэкономных автомобилей. Коэффициент аэродинамического сопротивления участников марафона Shell обычно не превышает 0,1 (для сравнения: у сверхсовременного суперкара McLaren P1 он равен целым 0,32!).

Второй технический момент — это максимально сниженная масса. Рекордные автомобили редко весят более 45 кг, да и пилот выбирается обычно очень легкий — такой, чтобы суммарная масса машины после старта не превышала 100 кг.

Следующий фактор, серьезно влияющий на расход, — это специальные шины, призванные минимизировать трение качения. Например, для рекордного автомобиля PAC-Car II использовались специально разработанные шины Michelin, обеспечивающие коэффициент трения качения, равный 0,0008! Для сравнения: в обычном режиме автомобильные шины, движущиеся по асфальту, имеют коэффициент порядка 0,4−0,5; значительно ниже он у железнодорожных колес — около 0,01.

Ну и конечно, сами силовые агрегаты — все-таки одними только внешними техническими ухищрениями низкого расхода не добьешься. Во многих сверхэкономных автомобилях применяются по‑разному оптимизированные двигатели внутреннего сгорания, но уже упомянутый PAC-Car II, например, использует топливные элементы, преобразующие водород в электроэнергию, подаваемую на электродвигатель. Таким образом, помимо экономии, достигается практически идеальная экологичность.

Вы можете задаться вопросом: а как же тогда сравнивается топливная экономичность, если один автомобиль работает на водороде, а второй — на дизтопливе? В марафоне Shell-2012 принимали участие семь классов: бензиновые автомобили, дизельные, машины на биотопливе, на природном газе, водородные, солнечные и электрические экипажи. Плюс существует деление на два отдельных зачета — для рекордных прототипов и для теоретически предсерийных моделей (Urban Concept). В каждом из классов — собственный зачет.

Для сравнения же экономичности между классами используются специальные методики эквивалентности (расходы всех типов топлива «приводятся» к общему знаменателю — км/л). В любом случае в 2012 году в европейском марафоне больше всего было именно бензиновых прототипов — 43 участника. Также немало команд с машинами на топливных элементах или этаноле, а вот, например, на природном газе ехало всего два участника марафона.

5000 км на 1 литре?

С момента, когда марафон Shell вышел на международную арену, топливная экономичность автомобилей-участников возрастала почти в геометрической прогрессии. Одной из самых успешных в вопросе топливной эффективности команд стала группа студентов из колледжа La Joliverie в Нанте. Их машина Microjoule впервые появилась на дорогах марафона в 1999 году и с ходу показала результат 4180,47 км/л, или 23,891 мл на 100 км! Затем Microjoule участвовала в соревнованиях еще несколько раз и дважды свой рекорд улучшала. Итоговый результат французов, показанный в 2003 году, составил 21,972 мл/100 км — казалось, что это безумное достижение покорить невозможно.

При этом Microjoule сражалась в классе бензиновых автомобилей — никаких сложностей, никаких топливных элементов, лишь оптимизация и совершенство конструкции. Если перевести показанный французами результат в наглядную плоскость, то теоретически автомобиль смог бы доехать от Парижа до Челябинска на одном литре топлива! Microjoule и сегодня продолжает неизменно выигрывать зачет бензиновых автомобилей — в 2012 году показала результат 2832,8 км/л (35,3 мл на 100 км).

Но это лишь теория. Почему? На самом деле рекордные машины, конечно, неспособны проехать столь огромное расстояние при подобном расходе. Замер роттердамского экомарафона-2013, например, осуществляется на коротком треке, и автомобили должны проехать всего 16,3 км (десять кругов). Имеется нижняя планка по времени — 39 минут (слишком медленные автомобили дисквалифицируются), средняя скорость движения выходит порядка 25 км/ч. Затем измеряется расход топлива относительно пройденного расстояния — и вычисляется параметр «километров на литр». Каждый экипаж имеет четыре попытки-заезда, из которых выбирается лучший продемонстрированный результат.

Таким образом, расчет конструкции идет на минимальное количество топлива и на очень малый ресурс автомобиля. Другое дело, что рекордные прототипы — это не просто игрушки. На них отрабатываются современные технологии, которые впоследствии можно применить в серийных автомобилях.

А казалось бы, вечный рекорд Microjoule был побит спустя всего два года командой из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Их PAC-Car II (уже упомянутый выше) на марафоне 2005 года выиграл зачет автомобилей на топливных элементах, а заодно и общий, проехав 20,6 км со средней скоростью 30 км/ч и израсходовав при этом чуть более 1 г водорода. В том же году на трассе в Ладу (вне рамок марафона) швейцарцы провели специальный рекордный заезд в присутствии представителя Книги рекордов Гиннесса.

Был зафиксирован удивительный результат: в топливном эквиваленте машина проехала 5385 км/л, то есть потратила всего 18,57 мл/100 км. Это значит, PAC-Car II теоретически доехал бы на 1 л от Парижа не то что до Челябинска, а даже до Омска. Создатели рекордсмена объявили, что больше состязаться не собираются — и сдержали слово. PAC-Car II на старт с тех пор не выходил, а его конкуренты безуспешно пытаются побить рекорд уже восемь лет.

Не рано ли для серии?

Приемы, отрабатываемые на диковинных болидах, созданных для экомарафона, активно применяются и обычными компаниями-производителями. Это касается расчета коэффициентов лобового сопротивления, использования сверхлегких материалов, в том числе карбона и пластика. Шинники — тот же Michelin — на опытах с шинами для экомобилей разрабатывают покрышки с минимальным коэффициентом трения качения. Попытка Volkswagen запустить автомобиль, максимально приближенный к классу Urban Concept, — тоже шаг в будущее.

Некоторые компании пытаются выпускать сверхэффективные автомобили, принимавшие участие в марафоне Shell, хотя бы малыми сериями. Например, американская Aptera Motors честно разработала и даже объявила о предпродаже болида Aptera 2 Series с заявленным расходом 0,78 л на 100 км, но проект находится сегодня в стадии заморозки — в первую очередь из-за неудобства автомобиля: заправляться надо через каждые 200 км, багажника почти нет, надежность сомнительна, цена высока, дизайн весьма странен.

В целом же подобные проекты представляют собой шоу-кары — отличный тренинг для студентов технических вузов, прекрасную базу для испытаний новых систем и громкие заявки на рекорды. Мы же пока поездим на привычных автомобилях с нормальным расходом топлива.

Статья «От Парижа до Челябинска» опубликована в журнале «Популярная механика» (№5, Май 2013).