Трудно быть легким

Им суждено было жить вместе, ведь они – ровесники. В конце января 1886 года Карл Бенц запатентовал первый автомобиль, а 23 апреля француз Поль Геру закрепил свои права на технологию промышленного производства алюминия методом электролиза. И уже в 1899-м на Берлинском автосалоне фирма «Дюркопп» представила первый автомобиль с панелями кузова из алюминия.

ВМЕСТЕ ПО ЖИЗНИ

С тех пор автомобиль и алюминий шли по жизни рядом. Причем наши предки были не менее изобретательны, чем нынешние технологи. Не получается штамповать большие панели? Не беда, будем… отливать их в песчаные формы. Так в 1912 году американская компания «Пирс-Эрроу» удивила автомобилем, крыша которого состояла из двух литых (!) частей размером 1650х1350 мм, толщиной 3 мм. Металлурги из Буффало гарантировали разброс деталей по массе не более 10%! Одна из этих машин попала в тяжелую аварию: угодила под поезд. Свалившись с насыпи и совершив несколько кульбитов, алюминиевый автомобиль спас жизнь трем седокам.

Прочность и долговечность легкосплавного кузова подтвердил стоящий ныне в музее «Форда» автомобиль 1923 года, созданный Лоуренсом Помероем. До того, как стать экспонатом, он прошел 200 000 миль!

ВЕС – ВРАГ!

Зачем искать добра от добра? Лучше всего на этот вопрос ответил Эмиль Матис, создавший в 1946 году первый «трехлитровый» автомобиль: «Вес – враг!». Его VL-333 (voiture le’gе`re – легкий автомобиль), хранящийся ныне в Парижском музее, полностью оправдал свой индекс: 3 колеса, 3 места и 3 литра бензина на сотню. Кстати, этот показатель подтвердили официально. Конечно, роль сыграла и аэродинамика (Сх=0,282 против 0,29 у современного «Фольксвагена-Лупо»). Но главное – масса «Матиса» составляла всего 386 кг, из которых на алюминиевый кузов приходилось… 78! «Матис» сорвал аплодисменты на Парижском салоне, но в серию не пошел: простенький «Ситроен-2CV» был значительно дешевле. Интересно, что «трехлитровый» «Фольксваген-Лупо» представили спустя 52 года именно в Париже. Не будем, однако, забывать, что «Лупо» требует 3 литра дизтоплива, а «Матису» нужен был бензин.

Алюминий стал материалом для крупносерийного автомобиля всего лишь год спустя после презентации «Матиса». В 1947-м начали выпуск знаменитого «Ленд-Ровера». Чтобы сократить стоимость, максимально упростили внешность и технологию: плоские панели крепили заклепками.

ТЯЖЕЛАЯ ПОСТУПЬ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ

Хотя полностью алюминиевые кузова и сегодня встречаются нечасто, доля этого металла в среднестатистическом автомобиле растет и по прогнозам достигнет к 2008 году 160 кг. До сих пор широкому использованию металла плотностью 2,68 г/смз (против 7,87 у стали) мешает дороговизна технологий. Поэтому экономической неудачей обернулся компактный «Ауди А2». Он весьма экономичен, как и «Лупо», но себестоимость машины оказалась слишком высокой для этого класса.

Другое дело «Ягуар», «Ауди А8», «Роллс-Ройс Фантом»… Здесь с весом металла стоит побороться всерьез, лучше «заместить» сброшенные килограммы хитроумными сервосистемами и электроникой.

Сталь пока не отступает. Нынче возможен и компромисс: в новой «пятерке» БМВ соединили алюминиевый передок со стальным кузовом, преодолев массу трудностей. Например, разность электрохимических потенциалов, как известно, приводит к быстрой коррозии места стыка стали и алюминия. Баварцы умудрились изолировать металлы друг от друга не в ущерб прочности соединения.

Кстати, подобное сочетание сегодня не так уж редко. Стальные «Ягуар-S» и «Ауди А6» стали легче благодаря алюминиевым капотам. Легкие панели используют и на других машинах, о чем владелец узнает порой лишь после аварии.

НЕ АЛЮМИНИЕМ ЕДИНЫМ

А вообще, сколько можно сэкономить, еще шире используя алюминий? Скажем, массу автомобиля среднего класса (ее усредненное значение – 1229 кг) можно, по оценкам специалистов, снизить до 785 кг, то есть выигрыш составит около 36%. Утверждают, что для солидного «Ягуара-XJ» экономия еще выше – 40%. В пересчете на топливо это пара-тройка литров, сбереженных на каждой сотне километров. А если пойти дальше и заменить алюминий магнием плотностью всего 1,81 г/смз? Кстати, на «трехлитровом» «Лупо» магниевая крышка багажника и титановые пружины подвески.

Главная проблема даже не в стоимости металла, а в его «жадности до кислорода». При сильном нагреве магний вспыхивает ослепительным светом, чему в позапрошлом веке так радовались фотографы. А нынче магниевые колесные диски приходится тщательно покрывать лаком, иначе дорожная соль быстро превратит их в порошок окиси. Кстати, похожие проблемы были и с алюминием, пока российские (да-да!) металлурги не разработали специальные коррозионноустойчивые сплавы, которые и применяет мировой автопром. Пока магний используют для деталей, расположенных там, где опасность коррозии минимальна. Например, для каркаса панелей приборов «Мини», «Роллс-Ройса». Последний отлит единым «куском» и при солидных габаритах имеет массу всего 7,6 кг.

Но, пожалуй, самый смелый шаг – использование технологами БМВ магния для блока цилиндров. Будущая рядная «шестерка» станет на четверть легче благодаря схеме «два в одном»: алюминиевая внутренняя часть с гильзами и постелями коренных подшипников, окруженная магниевым корпусом с водяной рубашкой и каналами для смазки. По задумке, алюминий сопротивляется высоким термическим и механическим нагрузкам, а магний облегчает самую объемную часть мотора. Болты крепления головки вворачивают, разумеется, в алюминиевые вставки, а навесные агрегаты крепят к магниевому корпусу алюминиевыми болтами. Такой прием позволит избежать коррозии на стыке металлов.

Казалось бы, все просто: в форму закладывают алюминиевую сердцевину и заливают магниевым сплавом. Но необходимо обеспечить их прочное соединение и учесть разницу коэффициентов термического расширения металлов. Поэтому в форму массой почти 60 т в течение 0,06 с впрыскивают магний под давлением 1000 бар. При этом алюминиевая сердцевина сжимается будущей магниевой оболочкой с усилием около 4000 тонн! Металл затвердевает всего за 10 с, затем еще 20 с охлаждается по специальной программе, исключающей растрескивание, и, наконец, рука робота извлекает готовый блок цилиндров из половинок формы. Нижнюю часть корпуса подшипников коленчатого вала также отливают из магниевого сплава, со сталекерамическими вкладышами.

Стоит ли игра свеч? Баварцы отвечают на этот вопрос, инвестировав в проект 100 млн. евро. Значит, время очередного похудения не за горами.

Так в 1985 году демонстрировали «невесомость» будущего «Ауди».

Один из первых в мире алюминиевых автомобилей «Померой» пробежал, не заржавев, 200 тысяч миль (322 тыс. км).

Трехлитровый аппетит трехколесного «Матиса» в 1946 году не перевесил дороговизны легкого кузова.

Доля алюминия (кг) в легковом автомобиле неуклонно растет.

Набор легкосплавных деталей «Мерседес-Бенца CL»: 1 – передок; 2 – передняя панель; 3 – капот (лист и литье); 4 – рамка крыши (профиль); 5 – крыша; 6 – задняя стенка; 7 – крышка багажника; 8 – задняя панель; 9 – ниша запасного колеса; 10 – задняя часть пола; 11 – боковина из алюминиевых профилей и стального и алюминиевого листа; 12 – стойки (литье); 13 – заднее крыло; 14 – наружная панель двери; 15 – внутренняя панель двери (литье); 16 – переднее крыло.

Сегодня цельноалюминиевыми кузовами могут похвастать «Роллс-Ройс Фантом» (слева) и «Jaguar XJ».

Магний обычно прячется глубоко внутри автомобиля, например, в виде каркаса панели приборов «Роллс-Ройса Фантом»…

…или блока цилиндров перспективного мотора БМВ.

ФОТО: Ford, RETROVISEUR