Velik preskok tehnologije vozil je tisto, kar so sanje: leteči avtomobili, motorne sanke, ki delujejo izključno na sončno energijo ali dvokolesni helikopterji, ki jih v ravnovesju držijo žiroskopi. Toda pot do čistejših avtomobilov bo prehodila v drobnih korakih. Obstaja prostor za električna in celo pol-avtonomna vozila, toda prilagoditev modelov, ki gorijo bencin, bo prinesla večji del prihrankov pri porabi goriva, ki jih pričakujemo v prihodnjih desetletjih.
Guzzlerji so na poti. Letos spomladi se je povprečna ekonomičnost porabe vseh novo kupljenih avtomobilov povzpela tako visoko, kot je bilo doslej, na 24, 6 milje na galono, je pokazala analiza iz UMTRI (University of Michigan Transportation Research Institute). Gospodarstvo z gorivom se bo zagotovo povzpelo še višje: Do leta 2025 nacionalni standardi zahtevajo, da avtomobilski proizvajalci dosežejo povprečno vozni park za avtomobile in lahka tovorna vozila najmanj 54, 5 milje na liter.
Boljša ekonomičnost porabe goriva lahko pomaga pri obvladovanju porabe nafte in več kot 1, 5 milijarde ton emisij toplogrednih plinov, ki jih letno porabijo ameriška avtocesta. In čeprav se avtomobili in tovornjaki z najboljšo porabo goriva pogosto prodajajo z najboljšo ceno, izboljšana kilometrina na plin lahko avtomobilistom prihrani denar pri črpalki, kjer tipično ameriško gospodinjstvo zdaj porabi približno 4 odstotke letnega dohodka.
Ko cene bencina presegajo 4 dolarja na galono, se poraba goriva ponavadi med najboljšimi, ki si jih ljudje omislijo pri nakupu vozila, pravi Bruce Belzowski, znanstvenik na UMTRI. Cene so se na tej ravni zvišale na nacionalni ravni - čeprav je povprečje v državi od leta 2008 ni preseglo - in kupci kažejo apetit po boljši porabi goriva. "Potrošniki morda pravijo:" Iz tega rezervoarja moramo dobiti več, "pravi Belzowski.
Nedavno poročilo Nacionalnega raziskovalnega sveta ugotavlja, da je tehnično izvedljivo zmanjšati porabo nafte in emisije toplogrednih plinov iz avtomobilov za 80 odstotkov do leta 2050 v primerjavi z ravnijo iz leta 2005. Vendar pa izboljšanje učinkovitosti vozil s konvencionalnim pogonom ne bo dovolj samo po sebi za tako dramatična znižanja. Avtomobili bi morali v povprečju doseči presenetljivih - in zelo malo verjetno - 180 milj na galono, da bi dosegli ta cilj samo na podlagi povečanja učinkovitosti. Tu bodo prišla v poštev alternativna goriva in električna vozila.
Vsa vozila, ne glede na njihov vir energije, morajo postati veliko učinkovitejša, če bodo ti cilji uresničeni, vendar bi lahko izboljšanje učinkovitosti vozil, ki delujejo na nafto, v bližnji prihodnosti najbolj vplivalo. Ti avtomobili predstavljajo veliko večino vozil na cesti danes, porabijo približno tretjino vsega olja, ki se uporablja v ZDA. In še veliko je prostora za izboljšave, saj se za današnje avtomobile dejansko porabi le četrtina energije za gorivo za današnje avtomobile. Večino preostalega izgubimo kot toplota v motorju. Zmanjšanje količine dela, ki ga mora opraviti plinski motor, je eden najlažjih in najcenejših načinov za varčevanje z gorivom. Znanstveniki, raziskovalci in proizvajalci avtomobilov menijo, da je to mogoče doseči z več strategijami, od katerih jih je veliko spodaj katalogiziranih:
Nova tehnologija pnevmatik
Preoblikovani modeli pnevmatik lahko prinesejo tudi dobitke z rezanjem kotalnega upora ali sile, ki jo povzroči sploščenje pnevmatike, ko se valja po cesti. Kolesarji vedo, da ravna pnevmatika zahteva občutno več nog, da bi se lahko valjala ob spoštljivem sponki. Podobno lahko minimiziranje količine pnevmatike ali deformacije avtomobilskih pnevmatik z naprednimi materiali in oblikovanjem zmanjša količino energije, ki je potrebna samo za to, da se ta vrti.
Inovacije motorjev
Najbolj dramatične izboljšave pa bodo verjetno nastale zaradi sprememb motornega menjalnika, pravi Alan Crane, višji znanstvenik v Odboru za energetske in okoljske sisteme Nacionalnega raziskovalnega sveta in direktor študije za poročilo NRC. Prenosi z večjim številom vrtljajev, menjalniki z dvojno sklopko in premazi za zmanjšanje trenja lahko pomagajo motorjem, da delujejo z večjo učinkovitostjo in zmanjšajo izgubo energije.
Tehnologija, znana kot deaktivacija cilindrov, je ena od možnosti za proizvajalce avtomobilov, ki želijo manj žejen izdelek. To v bistvu ubije polovico motorja, kadar to ni potrebno - na primer med križarjenjem po avtocesti -, vendar ima dodatno moč na dotik za pospeške, velike vzpone, vleko čolna ali druge situacije, ki zahtevajo močnejši motor. "Torej grete iz šestvaljnega motorja na tri, " pravi Brandon Schoettle, raziskovalec UMTRI. Če uporabljate manj jeklenk, voznikom omogočite obojestransko prednost, prednost pred močjo, ko jo potrebujete, in varčnost, ko je nimate.
Zmanjšanje števila motorjev je še en način za povečanje učinkovitosti, zato ni več treba priti s ceno zmogljivosti. Pri običajnih avtomobilih s plinskim motorjem motor z notranjim zgorevanjem potegne mešanico bencina in zraka v valj. Bat stisne navzgor, da stisne to mešanico, nato pa se vžga iskra, kar povzroči eksplozijo, ki bati potisne navzdol. Odpre se ventil, da izpušni plini zapustijo valj, in cikel se začne znova: dovod, stiskanje, zgorevanje, izpušni plini. Turbopolnjenje, ki sili dodaten zrak v jeklenke motorja, lahko manjšim motorjem omogoči, da ustvarijo več moči od vsake od teh drobnih eksplozij.
Manjši ponavadi pomeni lažjo in 10-odstotno znižanje teže avtomobila prinese približno sedemodstotno zmanjšanje porabe goriva, ugotavlja Crane. Do leta 2050 v poročilu NRC ugotavljajo, da bi avtomobili lahko tehtali 40 odstotkov manj. "To je celo brez vključevanja veliko [lahkih] ogljikovih vlaken, " pravi Crane. "Trenutno je skoraj vse v avtomobilu le navadno jeklo."
Zamenjava težkega jekla
Železne in jeklene zlitine predstavljajo približno 45 odstotkov teže večine avtomobilov. Toda vse pogosteje se napredni materiali lahko uporabljajo na sestavljanke, z lahkimi koščki, vstavljenimi na različna mesta v jekleni konstrukciji. "Okrepite lahko kritične dele, " pravi Bill Reinert, nacionalni direktor Toyote za napredne tehnologije. Jekla z visoko trdnostjo se zamenjajo kot tanjša in močnejša alternativa navadnemu jeklu, vsebnost aluminija pa narašča. Ogljikova vlakna in magnezijevi kompoziti so sorazmerno dragi in težki materiali, s katerimi se lahko danes ukvarjamo, vendar bi lahko pomagali zmanjšati težo nekaterih sestavnih delov za kar 75 odstotkov.
Teža odlaganja lahko ima tudi domino učinke, saj je le nekaj delov v avtomobilu ločeno. "Če lahko prihranite 100 kilogramov, boste morda lahko prešli na lažji, manjši motor ali zmanjšali velikost zavor, " pravi Crane. Manjši motor lahko pomeni preprosto manj stvari pod pokrovom, kar omogoča večjo prožnost pri aerodinamičnem oblikovanju, kar vodi do še boljše učinkovitosti.
Optimizirana izdelava delov
Napredek v računalniško podprti zasnovi olajša optimizacijo posameznih delov in sistemov za želeni rezultat. "Orodja se izboljšujejo, " pravi Crane. "Ko [proizvajalci avtomobilov] pripravijo revizijo avtomobila, lahko v računalnik vnesejo veliko več informacij in ugotovijo, kakšni so najboljši kompromisi za porabo goriva in druge dejavnike."
Spreminjanje zavojev in kotov avtomobila ter dodajanje aktivnih rolet, ki blokirajo pretok zraka, kadar to ni potrebno za hlajenje motorja, lahko zmanjšajo kar 5 odstotkov vleka avtomobila pri visokih hitrostih, kar je dovolj za zmanjšanje toplogrednih vozil emisije plinov za približno 1 gram na miljo in prinesejo dodatno porabo goriva. Vendar zunanje spremembe ne smejo biti dramatične, da avtomobili dosežejo 50 ali več milj do galona. Crane pravi, da bi moral biti goriv s sivko prihodnosti podoben trenutnim vozilom. "
Vendar pa lahko natančen pregled ali zasuk za volanom pokaže nekaj razlik. "Ker je bistveno lažja teža, se lahko [bolj učinkovit avtomobil prihodnosti] počuti nekoliko drugače. Bolje bo šlo, bolje bo švigalo za vogalom, "pravi Crane. Pri analizi možnih poti do teh ciljev 2050 je ekipa NRC domnevala, da bodo vozila nadaljevala bolj ali manj v trenutni obliki. Ti avtomobili bodo "nekoliko bolj vetrno videti", pravi Crane, vendar nič radikalnega. Vozila "ne postanejo manjša ali tako pomična nazaj, da ne morete nikogar namestiti na zadnji sedež."
Pomoč pri računalnikih
Več kot desetletje po uvedbi Priusa v ZDA hibridi še vedno predstavljajo le majhen delček celotnega avtomobilskega trga - približno tri odstotke prodanih vozil v ZDA. Toda nekatere tehnologije v današnjih hibridih bi lahko pomagale širokemu številu jutrišnjih avtomobilov pri boljšem števcu kilometrov na plin. Eden najpomembnejših kosov je tehnologija start-stop, ki ugasne motor, ko je vozilo v mirovanju, in se nato znova zažene, ko voznik stopi na stopalko za plin.
Pri hibridih je to pogosto kombinirano z regenerativnim zaviranjem, ki izkorišča kinetično energijo med upočasnjevanjem in zaviranjem, da napolni baterijo. Shranjena električna energija se lahko nato uporabi za ponovno zagon motorja. "Regenerativno zaviranje in zaustavitev bosta v naslednjih letih v bistvu zelo pogosta elementa, " pravi Crane.
Seveda pa gre za ekonomičnost porabe tudi vedenje voznikov. Razlika v porabi goriva med agresivnim voznikovim stopalom in konzervativcem, ki ima enajstmetrovko, je lahko kar 20 odstotkov. Do neke mere bi tehnologija lahko voznike odvrnila od njihovih bolj potratnih nagnjenj. Čeprav avtonomna vožnja verjetno ne bo povzročila avtomobilov brez voznikov, vsaj ne kmalu, je glavni direktor Renault-Nissana Carlos Ghosn na nedavnem dogodku na univerzi Stanford dejal: "videli boste veliko avtomobilov z manjši vložek voznika. ”Te avtomobile je mogoče optimizirati za varčno porabo goriva in učinkovito vožnjo.
V daljni prihodnosti bi bila križišča lahko mesta, kjer so programirani avtomobili, da upočasnjujejo in prebijajo svojo pot, namesto da bi zatikali zavore ali krmarili po krožiščih, predlaga UMTRI-jev Schoettle. "Če se nihče ne ustavi, ste izboljšali ekonomičnost goriva, " ugotavlja.
"Bilo bi čudovito, če bi bilo kakšno čarobno kroglo, " pravi Toyotin Reinert - nekaj tehnologije, s katero bi umazani avto lahko očistili, ne da bi pri tem kdaj opazili razlike v zmogljivosti, izbiri, praktičnosti ali cenah. V resnici je več tehnologij v pravih kombinacijah lahko daleč do čiščenja naših vozil. "Vse te stvari so malo, " pravi Reinert, "vendar se vse skupaj sešteva."
