Специалисты Окриджской национальной лаборатории (ORNL) в сотрудничестве с General Motors успешно завершили испытания нового поколения алюминиевых сплавов, предназначенных для двигателей внутреннего сгорания. Инновационные материалы уже протестированы на перспективных силовых агрегатах семейства LMHE (Low-Mass, High-Efficiency — «малый вес, высокая эффективность»).
Применение новых сплавов позволило снизить общую массу двигателя примерно на 15%. При этом топливная экономичность силовых установок выросла более чем на 10% по сравнению с традиционными агрегатами, выполненными из чугуна или стандартных алюминиевых составов.
Решение проблемы термостойкости
Ключевая инженерная задача при разработке облегченных моторов заключается в поиске баланса между весом и способностью выдерживать экстремальные температуры. Двигатели тяжелых пикапов и коммерческого транспорта работают под интенсивными нагрузками, из-за чего их блоки и головки цилиндров традиционно отливают из прочного, но очень тяжелого чугуна. Обычные алюминиевые сплавы значительно легче, однако при нагреве выше 200 °C они начинают терять структурную прочность и устойчивость к длительному механическому воздействию.
Для преодоления этих ограничений инженеры создали два уникальных материала:
- ACMZ: сплав на основе алюминия, меди, марганца и циркония, разработанный для литых деталей. Его структура позволяет сохранять высокую прочность при нагреве до 350 °C. Из него были отлиты блок и головка цилиндров экспериментального ДВС.
- DuAlumin3D: материал, созданный специально для аддитивного производства (3D-печати). Из него изготовили поршни двигателя. Этот сплав обладает повышенной термостойкостью и стойкостью к усталостным нагрузкам, что критически важно для современных высокофорсированных моторов.
Ускоренная разработка через ИИ
Инновационным является не только состав сплавов, но и процесс их создания. Обычно внедрение новых материалов в автомобильную индустрию занимает от 10 до 15 лет. Благодаря использованию передового компьютерного моделирования, алгоритмов машинного обучения и ускоренных методик тестирования, исследователям удалось сократить этот цикл до 2–4 лет.
Проект получил высокую оценку в научно-техническом сообществе США и был отмечен престижной премией R&D 100 Award, которую часто называют «Оскаром» в мире инженерных инноваций. В General Motors уверены, что технология станет фундаментом для создания более экологичных и экономичных грузовиков нового поколения, где критически важно сохранение высокой мощности и надежности узлов.
