Специалисты Окриджской национальной лаборатории (ORNL), входящей в структуру Министерства энергетики США, совместно с General Motors завершили испытания нового поколения алюминиевых сплавов для автомобильных двигателей. Разработка уже доказала свою эффективность на перспективных двигателях семейства LMHE (Low-Mass, High-Efficiency — «малый вес, высокая эффективность»).

Изображение: Chevrolet

Новые материалы позволили снизить массу двигателя примерно на 15%, одновременно повысив его топливную экономичность более чем на 10% по сравнению с традиционными конструкциями из чугуна и обычных алюминиевых сплавов.

Одной из главных проблем при создании лёгких двигателей всегда оставалось сочетание небольшой массы и высокой термостойкости. Двигатели тяжёлых пикапов и коммерческих грузовиков работают под большими нагрузками и при высоких температурах, поэтому их блоки и головки цилиндров обычно изготавливаются из прочного, но тяжёлого чугуна. Стандартные алюминиевые сплавы заметно легче, однако при температурах свыше 200 градусов Цельсия начинают терять прочность и устойчивость к длительным нагрузкам.

Чтобы решить эту проблему, инженеры разработали два новых материала. Первый сплав, получивший название ACMZ, предназначен для литых деталей. В его состав входят алюминий, медь, марганец и цирконий. Благодаря особой структуре материала детали сохраняют высокую прочность даже при нагреве до 350 градусов Цельсия. Именно из этого сплава были изготовлены блок цилиндров и головка экспериментального двигателя.

Второй материал — DuAlumin3D — создан специально для производства деталей методом 3D-печати. Из него были изготовлены поршни двигателя. По словам разработчиков, этот сплав сочетает исключительно высокую термостойкость и устойчивость к усталостным нагрузкам, что особенно важно для современных высокофорсированных моторов.

Не менее интересен и сам подход к созданию новых материалов. Обычно разработка и внедрение автомобильного сплава занимает от десяти до пятнадцати лет. Исследователи использовали современные методы компьютерного моделирования, алгоритмы машинного обучения и ускоренные испытания, благодаря чему весь путь от лабораторной идеи до работающего двигателя удалось пройти всего за два–четыре года.

Проект уже получил широкое признание в научно-техническом сообществе США. Разработка была отмечена престижной премией R&D 100 Award, которую нередко называют своеобразным «Оскаром» в мире технологий и инженерных инноваций.

В General Motors считают, что новая технология может открыть путь к созданию более лёгких, экономичных и экологичных грузовиков следующего поколения. При этом производителям не придётся жертвовать мощностью, надёжностью или ресурсом двигателей, что особенно важно для коммерческого транспорта.