Инновации не всегда возникают из необходимости; иногда искра рождается из простого озарения: а что, если это сработает? Найти решение для существующей проблемы — это одно. Но найти более эффективный способ решения уже решенной задачи может быть еще сложнее и приносить больше удовлетворения. Audi может подтвердить это своим опытом.
В 2000-х годах инженеры из Ингольштадта решили кардинально изменить подход, не имея первоначальной нужды в этом. Хотя компания уже доминировала в гонках «24 часа Ле-Мана» с бензиновыми прототипами, в 2006 году они выпустили на трассу два прототипа с дизельными двигателями и продолжили побеждать.
Проблема, которой не существовало
В период с 2000 по 2005 год Audi R8 LMP была абсолютным кошмаром на гонках на выносливость. Оснащенный 3,6-литровым турбированным бензиновым двигателем V8, R8 выиграл пять из шести выпусков «24 часов Ле-Мана» за этот срок, что было лишь частью 63 побед в 79 мировых гонках. Надежность этого автомобиля была легендарной: модульная задняя часть («Hinterwagen») позволяла команде заменить весь карданный вал менее чем за три минуты.
Единственным сбоем в этой династии Ингольштадта стал 2003 год, когда культовый Bentley Speed 8 цвета British Racing Green пересек финишную черту первым. Однако это была победа «своих»: Bentley принадлежал Группе Volkswagen, и Speed 8 по своей сути и механике был прототипом, основанным на технологии самой Audi, используя четырехлитровый вариант того же бензинового турбированного V8.
Audi фактически контролировала всю ситуацию. Бензиновый V8 с прямым впрыском FSI был мощным, эластичным и надежным — вершиной десятилетий отраслевых разработок. По сути, все уже умели делать хороший бензиновый гоночный двигатель. Но Audi смотрела вперед — немцы знали лучше всех, что первый шаг к устареванию — это остановка во времени. Тогда это казалось преувеличением, но сегодня мы видим, как бензиновые двигатели постепенно, но настойчиво уступают место электрическим.
В то время Audi активно инвестировала в более традиционные дизельные двигатели для своих серийных автомобилей. Одним из главных символов этой фазы был гениальный Audi A2 3L — компактный автомобиль с алюминиевой конструкцией, спроектированный с почти болезненной одержимостью аэродинамикой и с одной механической целью: потреблять всего три литра топлива на каждые 100 километров пробега (впечатляющие 33,3 км/л).
Этот мост между экстремальной экономичностью на дорогах и вершиной пьедестала в Ле-Мане начал формироваться довольно непринужденно: во время неформальной беседы в баре. В январе 2002 года Ульрих Баретцки, тогдашний руководитель отдела двигательных технологий Audi Sport, встретился в Ингольштадте с Даниэлем Пуссонео и Даниэлем Пердриксом, оба сотрудники Automobile Club de l’Ouest (ACO). Обсуждая будущее автоспорта, Баретцки отметил неоспоримый факт: 50% новых автомобилей, продаваемых на европейском рынке, уже работали на дизельном топливе. Если предпосылка Ле-Мана всегда заключалась в том, чтобы служить лабораторией технологий, почему прототипы на трассе не использовали то же топливо, что и потребители?
Баретцки передал эту идею Вольфгангу Хацу, руководителю отдела разработки двигателей, который немедленно поддержал ее. Для Хаца логика была ясна: передовые технологии трассы будут перенесены на дороги (и наоборот), точно так же, как это было сделано с прямым впрыском FSI в двигателях R8. Но окончательное и самое важное одобрение пришло от Вольфганга Уллиха (да, у этих людей были похожие имена), легендарного главы Audi Motorsport.
Уллих увидел в этом мощный стратегический козырь. Во-первых, Audi могла использовать свой календарь в American Le Mans Series (ALMS) как мощную маркетинговую витрину для внедрения и стимулирования продаж своих дизельных легковых автомобилей на рынке США. Во-вторых, он хотел навсегда развеять стереотип о том, что дизельные двигатели неизбежно медленные, грязные, шумные и «слишком расходующие масло». Миссия состояла в том, чтобы доказать спортивность дизеля — и ни одна лаборатория не подходила для этого лучше, чем «24 часа Ле-Мана».
Как резюмировал Мартин Винтеркорн, тогдашний президент совета директоров Audi, на официальной презентации автомобиля в Париже в конце 2005 года: «Проект Ле-Мана поможет нашим техническим специалистам извлечь еще больше из технологии TDI». Семена были посеяны. И исторические прецеденты также существовали — каким бы абсурдным ни казался этот замысел, Audi не была первой, кто пытался испытать дизель в гонках на выносливость.
Задолго до появления Audi R10 TDI братья французы Жан и Жак Делетрез зарегистрировали автомобиль с дизельным двигателем на «24 часа Ле-Мана» в 1949 году, используя шасси Delage и шестицилиндровый рядный двигатель, выдававший всего 70 л.с.). В США компания Cummins добилась исторического события, поставив дизельный автомобиль на стартовую позицию в «500 милях Индианаполиса» в 1952 году. В обоих случаях автомобили выбывали из гонки из-за механических неисправностей.
Десятилетия спустя, в 1998 году, BMW 320d совершил историю, став первым дизельным автомобилем, выигравшим крупную международную гонку на выносливость — «24 часа Нюрбургринга». А на Ла-Сарте частная команда Taurus Sports Racing зарегистрировала Lola B2K/10 на старте в 2004 году, оснащенный дизельным двигателем V10 TDI (заимствованным из Volkswagen Touareg). Автомобиль оказался медленным и рано покинул гонку.
Дизель имел репутацию шумного, грязного, тяжелого и с слишком узким рабочим диапазоном для высокопроизводительных соревнований, и эта история не помогала. Но Audi решила настаивать, потому что существовало реальное термодинамическое преимущество, которое для них было невозможно игнорировать. Нужно было просто использовать десятилетия эволюции и применять правильные материалы.
Сила, как железо
Если вы следите за FlatOut, вы наверняка видели нашу статью, объясняющую, почему дизельные двигатели обладают большим крутящим моментом и более прочны — а следовательно, и тяжелее. В любом случае, вот краткое напоминание: дизельное топливо содержит больше потенциальной энергии на единицу объема, чем бензин (примерно на 10–15% выше плотности энергии). Кроме того, дизельный цикл не использует свечи зажигания: сгорание происходит за счет очень высокого сжатия топливно-воздушной смеси. Этот высокий коэффициент сжатия приводит к гораздо более эффективному тепловому расширению и, как следствие, к гораздо большему крутящему моменту на низких и средних оборотах.
Однако именно эта причина стала настоящим кошмаром для Вольфганга Хаца (который в то время был руководителем отдела разработки двигателей) и Ульриха Баретцки. Дизельные двигатели испытывают очень высокое внутреннее давление, и поэтому их блок должен быть изготовлен из чугуна (или ковкого чугуна), чтобы выдержать детонацию в цилиндрах, не раскалываясь пополам и не выбрасывая поршни и шатуны. Когда начался проект Audi R10 TDI, Ричард Баудер, руководитель отдела разработки дизельных двигателей для дорог марки, естественно, предложил сделать блок гоночного двигателя из ковкого чугуна, как и в дорожных автомобилях. Баретцки категорически отказал в этом, поскольку это сделало бы весь двигатель невероятно тяжелым, нарушив распределение масс прототипа и резко ухудшив поведение в поворотах.
Радикальное решение Audi заключалось в следующем: они полностью с нуля разработали беспрецедентный блок из кремний-алюминиевого сплава — материала, который обладал структурными свойствами, способными выдерживать сжатие дизельного цикла так же хорошо, как и чугун, но при этом экономил десятки килограммов. Да, конечный вес этого нового алюминиевого двигателя все еще превышал вес старого бензинового двигателя Audi R8. Тем не менее, по сравнению с любым существующим тогда стандартным дизельным блоком, алюминиевый сплав Audi был чудом снижения веса, что позволило использовать этот агрегат в задней части шасси LMP1.
Результатом этих колоссальных усилий стал 5,5-литровый V12 двигатель, установленный продольно, оснащенный двумя турбокомпрессорами Garrett, ограниченными давлением почти в 3 бар, и системой прямого впрыска common rail от Bosch, работающей при невероятных 1600 бар. Показатели мощности были настолько поразительными, что даже опытные инженеры были шокированы: официально двигатель выдавал «более 650 л.с.» — на практике он превышал 700 л.с.
Но что действительно впечатляло (и разрушало трансмиссии на испытательных стендах) — это колоссальный крутящий момент в 111 кгм, который подавался почти равномерно в диапазоне от 3000 до 5000 об/мин, причем 80% уже были доступны на 2000 об/мин. Компания Xtrac была вынуждена спроектировать совершенно новую пятиступенчатую последовательную коробку передач, поскольку ни одна существующая трансмиссия не выдерживала такой мощи. Всего пять передач было достаточно, так как широкий рабочий диапазон крутящего момента делал постоянное понижение ненужным.
И был еще один любопытный момент: благодаря использованию керамических сажевых фильтров (DPF), разработанных Dow Automotive, и самой природе сгорания, двигатель не выделял черного дыма — и просто не шумел. Высокий визг бензиновых V8, разрезавших прямые участки Ле-Мана, сменился низким гулом, почти как огромный пылесос, шепчущий.
Бывший гонщик Формулы-1 и легенда Ле-Мана Аллан Макниш рассказывал, что двигатель был настолько тихим, что когда машина превышала скорость 160 км/ч, слышно было только шум ветра, ударяющегося о шлем, и звуки трения подвески и шин о асфальт, которые полностью заглушали рокот V12. Гонщики не могли переключать передачи на слух, полагаясь исключительно на световые индикаторы на руле. Механикам же в боксах приходилось быть гораздо внимательнее, поскольку они не слышали приближения машины на пит-лейне.
В качестве компенсации превосходный режим крутящего момента делал управление машиной гораздо более плавным и естественным, чем постоянная борьба с коробкой передач в бензиновом прототипе. Но истинным козырем Audi была не скорость, и даже не динамика. На самом деле, он не был быстрее в круге, чем лучшие бензиновые автомобили того времени, такие как Pescarolo-Judd, или даже предшественник, Audi R8.
Секрет заключался в моменты, когда машина стояла — во время заправки. В то время бензиновые прототипы потребляли больше топлива, показывая средний расход около 1,3 км/л. При полном баке это позволяло им пройти в среднем 12–13 кругов на трассе Ле-Мана длиной более 13 километров, прежде чем им приходилось останавливаться в боксах. Audi, вооруженная энергетической плотностью дизеля и невероятной эффективностью своего впрыска при 1600 бар, поразила всех. R10 TDI показывал средний расход около 2,4 км/л (примерно 41 литр на 100 км). При том же разрешенном регламентом баке в 90 литров, дизельные прототипы Audi могли завершить до 16 кругов на одном баке.
Это может показаться мало, но разница в 3–4 круга на бак — это пропасть в гонке на выносливость. За 24 часа, пока бензиновый автомобиль нуждался в более чем 30 остановках в боксах, Audi экономила несколько таких визитов, экономя драгоценные минуты. Бензиновая конкуренция не могла компенсировать на трассе время, потерянное на заправках.
Но это была лишь половина истории: чтобы доказать это математическое превосходство на практике, Audi должна была обуздать монстра в реальном времени — этот инновационный комплекс принес с собой головные боли, пропорциональные его сложности. При дебюте V12 TDI в Ле-Мане в 2006 году ахиллесовой пятой был не новый алюминиевый блок, а...