Будущее BMW: вода в цилиндрах и торпеда в салоне
Недавно нам удалось попасть на испытательный полигон компании BMW, на котором мы увидели много интересных прототипов и экспериментальных образцов. Можно сказать, что мы прикоснулись к ближайшему будущему автопрома, и спешим поделиться с вами всем увиденным и услышанным.
Полигон расположен во Франции, в городе Мирамас. Под жарким солнцем по трассе одна за другой проносятся машины, мало отличающиеся внешне от привычных серийных моделей. Мы подошли к стоящему поблизости BMW 5 GT, который отличается от ездящих по нашим городам машин только синими лампочками возле дверных замков. На наш вопрос, что это такое, сопровождавший нас инженер ответил: «Индикаторы утечки водорода. Но вы не беспокойтесь, никакой опасности нет». Естественно, мы напряглись, поскольку в памяти тут же возникла картина последних минут «Гинденбурга».
Однако бояться нам действительно было нечего, поскольку, в отличие от водородо-воздушной смеси, которой был заполнен гигантский дирижабль, BMW использует куда менее взрывоопасный чистый водород. Причём НИОКР в данном направлении немцы проводят уже более 30 лет. На ранних этапах экспериментов с водородом его пытались использовать в качестве топлива для обычных двигателей внутреннего сгорания. Однако достаточно высокого КПД за многие годы добиться не удалось, и последней моделью с ДВС на водороде стал седан BMW Hydrogen 7, снятый с производства в 2007-м году.
Очень красивый и стильный прототип автомобиля на топливных ячейках. К сожалению, проект уже закрыт.
Следующим шагом на пути к светлому водородному будущему стало использование топливных ячеек — элементов, содержащих водород, в которых благодаря химической реакции происходит выработка электричества. Первый прототип электромобиля на топливных ячейках был создан в BMW в 2012 году. В 2013 была начата программа научно-конструкторского сотрудничества с Toyota, продуктом которой стал вышеупомянутый водородный BMW 5 GT.
Блок топливных ячеек и электродвигатель расположены под полом багажника.
Для чего же понадобилась затрачивать столько усилий и средств на освоение водорода, если BMW уже наладила производство коммерчески успешных гибридов, которые достаточно подключать к розетке для подзарядки? Ведь помимо разработки водородного автомобиля придётся вложить немало средств и в производство чистого водорода, и в строительство сети заправочных станций. Даже если не принимать во внимание эти «сопутствующие» затраты, стоимость водорода получается выше, чем у бензина и дизтоплива. К слову, в Мюнхене уже начала действовать первая водородная АЗС, позволяющая заправлять автомобили по двум технологиям:
- CGH2: водород закачивается в бак в газообразном состоянии под давлением 700 бар;
- CCH2: газ предварительно охлаждается до -200 градусов по Цельсию, это позволяет примерно на 50% увеличить вместимость бака.
Топливные элементы состоят из пластин-катализаторов химической реакции, в ходе которой вырабатывается электричество. Пластины поставляет Samsung, а корпуса и вся электроника разработаны в BMW. В ячейке 50×60 см содержится 400 пластин, и результирующая мощность достигает 100 кВт.
При заправке по технологии CCH2 максимальный запас хода достигает 500 км в идеальных условиях. При этом время самой заправки сравнимо с заливкой полного бака бензина. Естественно, шланг водородной заправки оснащён защитным термокожухом, так что можно не бояться примёрзнуть к нему. Сам же водородный бак сильно похож на дирижабль торпеду.
Длина бака около 2 м, это многослойная конструкция из алюминия, углепластика, радиационной защиты и воздушной прослойки. Полностью заправленный бак весит порядка 160 кг. Его располагают вместо карданного вала. Суммарная масса топливных элементов и электромотора составляет около 200 кг. Таким образом, водородная «пятёрка» получается той же массы, что и автомобили с ДВС, и легче традиционных аккумуляторных электромобилей.
Использование водородного автомобиля ничем не отличается от привычного подхода: заправили, сели, нажали кнопку запуска мотора, выбрали режим движения и нажали педаль газа. Мощность мотора у прототипа составляет 180 кВт (245 л.с.), чего вполне достаточно для быстрого разгона довольно крупной машины. К сожалению, нам не разрешили протестировать скоростные пределы прототипа, поэтому мы не превышали 150 км/ч. Очень непривычно было ощущать, как машина ходит за педалью газа, при этом не слыша привычного шума мотора. Только при быстром ускорении электромотор начинал негромко свистеть.
Почему же водородный транспорт не начал активно вытеснять с дорог традиционные автомобили? Тому есть несколько причин. Во-первых, стоимость «водородников» получается достаточно высокой, поскольку в производстве топливного бака и ячеек используются продвинутые, практически космические технологии. Правда, Toyota уже сделала первый шаг и выпустила водородный седан Mirai, который будет стоить около $60 тыс. Во-вторых, необходимо обеспечить широкую инфраструктуру заправочных станций, но нефтяное лобби заинтересовано пока в расширении спектра видов топлива. Ожидается, что к 2023–2025 годам в Германии будет около 400 водородных заправок (сейчас порядка 50), а в Японии — около 800. Примерно в то же время BMW планирует выпустить в продажу первую серийную модель на топливных ячейках.
Пока разработчики доводят до ума водород, инженеры стараются выжать всё возможное из традиционных ДВС. В частности, из пыльных чуланов достали идею времён Второй Мировой войны: впрыск воды в двигатель. В 1960–70-х годах компании Oldsmobile и Saab производили серийные автомобили с впрыском воды, однако несовершенство управляющей электроники в то время привело к сворачиванию работ над этой технологией.
При впрыске воды во впускной коллектор снижается температура воздуха и возрастает его плотность, что позволяет немного поднять мощность двигателя. Также пары воды снижают температуру в камере сгорания, поэтому можно ещё увеличить давление наддува. Первой машиной BMW с впрыском воды стало купе M4. Она будет участвовать мотогонках MotoGP в роли safety car.
Кроме того, компания готовит хэтчбек BMW «первой» серии, оснащённый комбинированным впрыском: вода подаётся не только в коллектор, но и в цилиндры. Суммарный прирост мощности у 1,5-литрового турбомотора достигает 14 л.с. Если же ограничиться впрыском только в коллектор, то прибавка не превысит 4 л.с. Впрыск воды снижает риск детонации, поэтому инженеры могут ещё больше увеличить степень сжатия и уменьшить долю топлива в смеси, тем самым экономя бензин. В обычных условиях экономия составит 3–8%. Судя по данным исследований, сгорание в присутствии воды также протекает более эффективно.
Кстати, в отличие от M4, у которого придётся регулярно пополнять бачок с водой, в «единице» не придётся делать даже этого. Вода здесь будет собираться в виде конденсата в системе кондиционирования. Правда, на жаре всё же придётся доливать воду самостоятельно (только дистиллят!). В холодное время года резервуар с водой будет подогреваться, так что опасаться её замерзания не придётся.
Пока что в компании не называют сроки поступления в продажу серийной модели с комбинированным впрыском воды. Система сложная, достаточно дорогая и пока не доведённая. Зато технология, которая будет обкатана на M4, пойдёт в серию уже в 2016 году. Возможно, первой моделью с ней станет M2, но BMW не даёт информации на этот счёт.
Напоследок нам удалось «пощупать» компактвэн 2 Active Tourer eDrive, который поступит в продажу в начале 2016 года. Кузов пятидверный, платформа от купе i8, только с размещённым спереди электромотором в 65 кВт. Привод задний. Суммарная отдача достигает 220 л.с. при 385 Н*м крутящего момента. Разгон до 100 км/ч составит 6,5 секунд.
Подвижность машины и впрямь оказалась очень хорошей, с четырьмя седоками машина почти не отставала от BMW 435i. В поворотах 2 Active кренится мало, хорошо держит дорогу. При выезде на грунтовку автоматика быстро подключила заднюю ось, поэтому передние колёса не успели забуксовать.
Можно выбирать один из трёх режимов работы:
- Auto eDrive: автоматика сама переключается между ДВС и электромотором;
- Max eDrive: электромотор обладает приоритетом;
- Save Battery: для зарядки аккумулятора используется ДВС, таким способом можно довести уровень заряда до 70%.
Полная зарядка от бытовой розетки составит 3 часа 15 минут, от розетки с устройством WallBox — 2 часа 15 минут.
Учитывая активность BMW в продвижении гибридов, стоит ожидать их появления в большинстве линеек компании. В частности, уже есть информации о подготовке гибрида BMW третьей серии, на очереди BMW «пятёрка».
