Salturi uriașe ale tehnologiei vehiculelor sunt chestiile viselor: mașini care zboară, mașini de soare care rulează exclusiv pe energie solară sau elicopere cu două roți, ținute în echilibru de giroscopuri. Dar calea către mașini mai curate va fi parcursă cu pași minusculi. Există un loc pentru vehicule complet electrice și chiar semi-autonome, dar modificări pentru proiectele care ar arde benzină vor oferi o mare parte din câștigurile din economia de combustibil așteptate în următoarele decenii.
Guzzlers sunt în drum. În această primăvară, economia medie de combustibil a tuturor mașinilor recent achiziționate a urcat la fel de mare ca până acum, la 24, 6 mile pe galon, potrivit unei analize a Institutului de Cercetare a Transporturilor (UMTRI) de la Universitatea din Michigan. Economia de combustibil va crește cu siguranță și mai mare: Până în 2025, standardele naționale cer ca producătorii de automobile să atingă o medie a flotei de cel puțin 54, 5 mile pe galon pentru mașini și camioane ușoare.
O economie mai bună de combustibil poate contribui la domnia consumului de petrol și la peste 1, 5 miliarde de tone de emisii de gaze cu efect de seră înlăturate anual de vehiculele rutiere americane. Și deși mașinile și camioanele cu cea mai bună economie de combustibil se vând adesea la un nivel premium, kilometrajul de gaz îmbunătățit îi poate ajuta pe șoferiști să economisească bani la pompă, unde o gospodărie tipică americană cheltuie acum aproximativ 4 la sută din veniturile sale anuale.
Atunci când prețurile benzinei depășesc 4 dolari pe galon, economia de combustibil tinde să fie unul dintre cele mai importante lucruri pe care oamenii le iau în considerare atunci când cumpără un vehicul, spune Bruce Belzowski, un om de știință de cercetare la UMTRI. Prețurile au crescut în jurul valorii de această marcă la nivel național - deși media națională nu l-a depășit din 2008 - iar cumpărătorii manifestă un apetit pentru o economie de combustibil mai bună. „Consumatorii ar putea spune:„ Trebuie să ieșim mai mult din acest rezervor ”, spune Belzowski.
Un raport recent al Consiliului Național de Cercetări constată că este posibil din punct de vedere tehnic reducerea consumului de petrol și a emisiilor de gaze cu efect de seră de la automobile cu 80% până în 2050, comparativ cu nivelurile din 2005. Îmbunătățirea eficienței vehiculelor cu motor convențional nu va fi însă suficientă pentru a reduce astfel de reduceri dramatice. Mașinile ar trebui să medieze în sus de un uimitor - și extrem de puțin probabil - 180 de mile pe galon pentru a atinge această țintă bazată doar pe câștiguri de eficiență. Acolo vor intra în joc combustibili alternativi și vehicule electrice.
Toate vehiculele, indiferent de sursa lor de energie, trebuie să devină mult mai eficiente dacă se realizează aceste obiective, dar îmbunătățirea eficienței celor care rulează pe petrol ar putea avea cel mai mare impact în termenul apropiat. Aceste mașini reprezintă astăzi marea majoritate a vehiculelor, consumând aproximativ o treime din tot petrolul folosit în Statele Unite. Și există o mulțime de locuri pentru îmbunătățiri, cu un sfert din energia din combustibil pentru mașinile de astăzi fiind de fapt folosite pentru a le muta pe drum. Cea mai mare parte a restului se pierde sub formă de căldură în motor. Minimizarea cantității de muncă pe care trebuie să o efectueze un motor pe gaz este una dintre cele mai ușoare și mai puțin costisitoare modalități de a economisi combustibil. Oamenii de știință, cercetătorii și producătorii de automobile consideră că acest lucru poate fi realizat prin multiple strategii, multe dintre acestea fiind catalogate mai jos:
Noua tehnologie a anvelopelor
Proiectarea anvelopelor poate aduce, de asemenea, câștiguri prin tăierea rezistenței la rulare sau a forței cauzate de aplatizarea unei anvelope în timp ce se rulează pe drum. Ciclistii stiu ca o anvelopa plata cere in mod vizibil mai multe legaturi pentru a se rostogoli de-a lungul unei agrafe respectabile. În mod similar, minimizarea cantității de aplatizare sau deformare a unei anvelope auto prin materiale avansate și proiectare poate reduce cantitatea de energie necesară doar pentru a menține rulajul.
Inovații ale motorului
Totuși, cele mai dramatice îmbunătățiri vor veni probabil din modificări ale transmisiei motorului, spune Alan Crane, un om de știință principal pentru Consiliul Național de Cercetări pentru Consiliul Național de Cercetări privind Sistemele Energetice și de Mediu și directorul studiului pentru raportul NRC. Transmisiile cu un număr mai mare de viteze, transmisii cu dublu ambreiaj și acoperiri care reduc frecarea ar putea ajuta motoarele să funcționeze cu o eficiență mai mare și să reducă pierderea de energie.
O tehnologie cunoscută sub denumirea de dezactivare a cilindrilor este o opțiune pentru producătorii de automobile care doresc un produs mai puțin însetat. În mod esențial, acesta ucide jumătate din motor atunci când nu este nevoie - de exemplu, în timpul croazierei pe autostradă, dar păstrează puterea suplimentară la robinet pentru accelerare, urcări mari, transport de barci sau alte situații care necesită un motor mai puternic. „Așa că treci de la un motor cu șase cilindri la un trei”, spune Brandon Schoettle, cercetător la UMTRI. Rularea pe mai puțini cilindri permite șoferilor să o aibă în ambele sensuri, prioritizând puterea atunci când aveți nevoie, și economie când nu.
Redimensionarea motorului este un alt mod de a câștiga eficiență și nu mai trebuie să vină cu costul performanței. În mașinile convenționale cu gaz, motorul cu combustie internă ia un amestec de benzină și aer într-un cilindru. Un piston se deplasează în sus pentru a comprima acest amestec, apoi o scânteie îl aprinde, producând o explozie care conduce pistonul în jos. O supapă se deschide pentru evacuarea cilindrului, iar ciclul începe din nou: admisie, compresie, combustie, evacuare. Turbocharging, care forțează aer suplimentar în cilindrii unui motor, poate face posibilă motoarele mai mici să genereze mai multă putere din fiecare din aceste mici explozii.
Mai mică înseamnă de obicei mai ușor, iar o reducere de 10 la sută a greutății unei mașini produce aproximativ o reducere de șapte la sută a economiei de combustibil, notează Crane. Până în 2050, raportul NRC concluzionează că mașinile ar putea cântări cu 40% mai puțin. "Asta chiar și fără a implica o mare parte din fibre de carbon [ușoare]", spune Crane. „În momentul de față, aproape tot ce este în mașină este doar oțel simplu.”
Înlocuirea oțelului greu
Aliajele de fier și oțel reprezintă aproximativ 45% din greutatea majorității mașinilor. Dar, din ce în ce mai mult, materiale avansate pot fi aplicate într-un mod de puzzle, cu piese ușoare introduse în diverse locuri din structura de oțel. „Puteți consolida părțile care sunt critice”, spune Bill Reinert, manager național al vehiculelor cu tehnologie avansată pentru Toyota. Oțelurile de înaltă rezistență sunt schimbate în alternative mai subțiri și mai puternice la oțelul obișnuit, iar conținutul de aluminiu este în creștere. Fibrele de carbon și compozitele de magneziu sunt materiale relativ costisitoare și dificil de utilizat astăzi, dar mai departe pe drum ar putea ajuta la reducerea greutății unor componente cu până la 75%.
Scăderea greutății poate avea, de asemenea, efecte de domino, deoarece puține părți dintr-o mașină rulează izolat. „Dacă puteți economisi 100 de kilograme, este posibil să puteți comuta la un motor mai ușor, mai mic sau să reduceți dimensiunea frânelor”, spune Crane. La rândul său, un motor mai mic poate însemna pur și simplu mai puține lucruri sub capotă, ceea ce permite o mai mare flexibilitate pentru proiectarea aerodinamică, ceea ce duce la o eficiență și mai bună.
Producția de piese optimizată
Progresele realizate în proiectarea asistată de computer facilitează optimizarea pieselor și sistemelor individuale pentru un rezultat dorit. „Instrumentele se îmbunătățesc”, spune Crane. „Atunci când [producătorii de automobile] vin cu o revizuire pentru o mașină, aceștia pot introduce multe informații în computer și își dau seama care sunt cele mai bune compromisuri pentru economia de combustibil, precum și alți factori.”
Tweaks la curbele și unghiurile unei mașini și adăugarea de obloane de grătare active care blochează fluxul de aer atunci când nu este necesar pentru răcirea motorului, pot reduce la minimum 5% din tracțiunea unei mașini la viteze mari, suficient pentru a reduce sera unui vehicul. emisiile de gaze cu aproximativ 1 gram pe milă și produc o economie suplimentară de combustibil. Dar schimbările externe nu trebuie să fie dramatice pentru ca mașinile să atingă 50 de kilometri sau mai mulți până la galon. Crane spune că „ar trebui să bea carburantul viitorului”, ar trebui să semene destul de mult cu vehiculele actuale.
O inspecție atentă sau un viraj la volan pot releva unele diferențe. „Deoarece este o greutate semnificativ mai ușoară, [o mașină a viitorului mai eficientă] se poate simți oarecum diferită. Se va descurca mai bine, va bate mai bine un colț ”, spune Crane. În analizarea căilor posibile către obiectivele din 2050, echipa NRC a presupus că vehiculele vor continua mai mult sau mai puțin în forma lor actuală. Mașinile alea vor fi „mai puțin arătare de vânt”, spune Crane, dar nimic radical. Vehiculele „nu devin mai mici sau atât de măturate în spate încât nu poți să încapă pe nimeni pe bancheta din spate.”
O mână de ajutor din calculatoare
La mai mult de un deceniu după introducerea în SUA a Prius, hibrizii nu mai constituie decât o minusculă scădere a pieței auto generale - aproximativ trei la sută din vehiculele vândute în Statele Unite. Însă o parte din tehnologia hibrizilor de astăzi ar putea ajuta o schimbare largă a mașinilor de mâine să obțină un kilometraj de gaz mai bun. Una dintre cele mai importante piese este tehnologia start-stop, care oprește motorul atunci când vehiculul este în repaus și apoi repornește când șoferul pășește pe accelerator.
În hibrizi, acest lucru este adesea combinat cu frânarea regenerativă, care exploatează energia cinetică în timpul încetinirii și frânării pentru a încărca o baterie. Electricitatea stocată poate fi folosită pentru a reporni motorul. „Frânarea regenerativă și start-stop-ul vor fi în principiu elemente de design foarte comune în următorii câțiva ani”, spune Crane.
Desigur, atunci când vine vorba de economia de combustibil, contează și comportamentul șoferului. Diferența de utilizare a combustibilului între un șofer agresiv, cu picior de plumb și unul conservator, cu chelie uniformă, poate fi de până la 20%. Într-o oarecare măsură, tehnologia i-ar putea îndepărta pe șoferi de tendințele lor mai risipitoare. În timp ce conducerea autonomă este probabil să nu conducă la mașini fără șoferi, cel puțin nu în curând, directorul general al Renault-Nissan, Carlos Ghosn, a declarat la un eveniment recent la Universitatea Stanford, „veți vedea o mulțime de mașini cu mai puține aporturi de la șofer. ”Mașinile respective pot fi optimizate pentru economie de combustibil și rutare eficientă.
În viitorul mai îndepărtat, intersecțiile ar putea fi locuri în care mașinile sunt programate să încetinească și să-și împletească drumul, în loc să trântească frânele sau să navigheze pe sensurile giratorii, sugerează Schoettle de la UMTRI. „Dacă nimeni nu se oprește, ați îmbunătățit economia de combustibil”, remarcă el.
„Ar fi grozav dacă ar exista vreun glonț magic”, spune Toyota's Reinert - o tehnologie care ar putea transforma o mașină murdară curată, fără ca noi să observăm vreodată o diferență de performanță, alegere, comoditate sau prețuri. Realitatea este că tehnologiile multiple în combinații potrivite pot merge mult spre curățarea vehiculelor noastre. „Toate aceste lucruri sunt puțin”, spune Reinert, „dar toate se completează”.
