https://frosthead.com

Zbogom, Gas Guzzlers

Veliki skokovi tehnologije vozila stvar su snova: leteći automobili, suncobrani koji se pokreću isključivo na solarnu energiju ili helikopteri na dva kotača koje drže u ravnoteži pomoću žiroskopa. Ali put prema čistijim automobilima kretat će se malim koracima. Postoji mjesto za potpuno električna, pa čak i poluautonomna vozila, ali podešavanje dizajna koji sagorijevaju benzin donijet će velik dio profita uštede goriva koji se očekuje u narednim desetljećima.

Guzzleri su na izlasku. Ovog proljeća prosječna ekonomičnost goriva svih novo kupljenih automobila popela se toliko visoko koliko je ikad bila, i iznosila je 24, 6 milja po galonu, pokazala je analiza Sveučilišta u Michiganu za istraživački promet (UMTRI). Ekonomičnost goriva zasigurno će se popeti još više: Do 2025. godine, nacionalni standardi zahtijevaju da proizvođači automobila ostvare prosjek voznog parka od najmanje 54, 5 milja po galonu za automobile i lagane kamione.

Bolja ekonomičnost goriva može pomoći kraljevanju potrošnje nafte i više od 1, 5 milijardi tona stakleničkih plinova izbačenih godišnje iz američkih autocesta. Iako se automobili i kamioni s najboljom potrošnjom goriva često prodaju po cijenama, poboljšana kilometraža može pomoći motoristima da uštede novac na pumpi, gdje tipično američko kućanstvo sada troši oko 4 posto svog godišnjeg prihoda.

Kad cijene benzina pređu 4 USD po galonu, potrošnja goriva obično raste kao jedno od najboljih stvari koje ljudi uzimaju u obzir prilikom kupovine vozila, kaže Bruce Belzowski, znanstvenik iz UMTRI. Cijene se na toj razini kreću oko zemlje - iako ih nacionalni prosjek nije prešao od 2008. godine - a kupci pokazuju apetit za boljom potrošnjom goriva. "Potrošači mogu reći, " Moramo dobiti više iz ovog spremnika ", kaže Belzowski.

Nedavno izvješće Nacionalnog vijeća za istraživanje otkriva da je tehnički izvedivo smanjiti potrošnju nafte i emisiju stakleničkih plinova iz automobila za 80 posto do 2050. godine u odnosu na razinu iz 2005. godine. Međutim, poboljšanje učinkovitosti vozila s konvencionalnim pogonom neće biti dovoljno za postizanje tako dramatičnih smanjenja. Automobili bi morali prosječno premašiti iznenađujuće - i vrlo malo vjerojatno - 180 milja po galonu da bi postigli taj cilj na temelju postignute učinkovitosti. Tu će ući alternativna goriva i električna vozila.

Sva vozila, bez obzira na njihov izvor energije, moraju postati mnogo učinkovitija ako se ti ciljevi žele ostvariti, ali poboljšanje učinkovitosti vozila koja se troše na naftu moglo bi imati najveći utjecaj u kratkom roku. Ovi automobili čine ogromnu većinu vozila danas na cesti, a troše otprilike jednu trećinu nafte koja se koristi u Sjedinjenim Državama. I ima puno prostora za poboljšanja, sa tek četvrtinom energije za gorivo za današnje automobile koji se zapravo koriste za njihovo pomicanje niz cestu. Većina ostatka se gubi kao toplina u motoru. Smanjivanje količine posla koji mora obaviti plinski motor jedan je od najjednostavnijih i najmanje skupih načina za uštedu goriva. Znanstvenici, istraživači i proizvođači automobila vjeruju da se to može postići kroz više strategija, od kojih su mnoge katalogizirane u nastavku:

Nova tehnologija guma

Podešavanje dizajna guma također može dobiti dobit rezanjem otpora kotrljanja, ili silom uzrokovanom spljoštenjem gume dok se kotrlja po cesti. Biciklisti znaju da ravna guma zahtijeva znatno više nogu da bi se valjalo uz respektabilnu kopču. Slično tome, minimiziranje količine ravnanja ili deformacije automobilske gume pomoću naprednih materijala i dizajna može umanjiti količinu energije koja je potrebna samo da bi se održala.

Inovacije motora

Međutim, najdramatičnija poboljšanja vjerojatno će uslijediti od promjene u prijenosu motora, kaže Alan Crane, viši znanstvenik u Odboru za energetske i okolišne sustave Nacionalnog vijeća za istraživanje i direktor studije za izvješće NRC. Prijenosi s većim brojem brzina, prijenosima s dvostrukim kvačilom i prevlakama za smanjenje trenja mogu pomoći motorima da rade u većoj učinkovitosti i smanjiti gubitak energije.

Tehnologija poznata kao deaktivacija cilindara jedna je od opcija za proizvođače automobila koji žele manje žedan proizvod. To u osnovi ubija polovicu motora kad mu, primjerice, nije potrebno, tijekom krstarenja autocestom, ali zadržava dodatnu snagu na slavini za ubrzanje, velika uspona, vuču plovila ili druge situacije kojima je potreban snažniji motor. „Dakle, idete od motora sa šest cilindara do tri“, kaže Brandon Schoettle, istraživač na UMTRI. Trčanje na manje cilindara omogućava vozačima da imaju oba načina, kao prioritet snage kada vam je potrebna i ekonomičnost kada nemate.

Smanjivanje broja motora je još jedan način postizanja učinkovitosti i on više ne mora koštati performanse. U konvencionalnim automobilima na plin, motor s unutarnjim izgaranjem unosi mješavinu benzina i zraka u cilindar. Klip se pomiče gore da stisne ovu smjesu, a zatim ga upali iskre, stvarajući eksploziju koja klip kreće prema dolje. Otvara se ventil da ispušni sustav napusti cilindar, a ciklus započinje iznova: usis, kompresija, izgaranje, ispuh. Turbopunjavanje, koje stvara dodatni zrak u cilindre motora, može omogućiti manjim motorima da generišu više snage od svake od tih silovitih eksplozija.

Manji obično znači lakši, a 10-postotno smanjenje težine automobila donosi oko sedam posto smanjenja uštede goriva, napominje Crane. Do 2050. godine u izvještaju NRC-a zaključuje se da bi automobili mogli težiti 40 posto manje. "To je čak i bez uključivanja velike količine [lakih] ugljičnih vlakana", kaže Crane. "Trenutno je gotovo sve u automobilu od običnog čelika."

Zamjena teškog čelika

Legura željeza i čelika čini oko 45 posto mase većine automobila. Ali sve češće, napredni se materijali mogu primjenjivati ​​na način slagalice, s laganim komadima umetnutim na različita mjesta u čeličnoj konstrukciji. "Možete ojačati dijelove koji su kritični", kaže Bill Reinert, nacionalni menadžer Toyote za napredne tehnologije. Čelici visoke čvrstoće zamjenjuju se tanjim i jačim alternativama običnom čeliku, a sadržaj aluminija je u porastu. Kompoziti od karbonskih vlakana i magnezija relativno su skupi i teški materijali s kojima se danas može raditi, ali dodatno bi im mogli pomoći u smanjenju težine nekih komponenti za čak 75 posto.

Težina prodora također može imati domino efekte jer se samo nekoliko dijelova u automobilu vozi izolirano. "Ako možete uštedjeti 100 kilograma, možda ćete moći prebaciti se na lakši, manji motor ili smanjiti veličinu kočnica", kaže Crane. Zauzvrat, manji motor može značiti jednostavno manje stvari ispod haube, što omogućava veću fleksibilnost za aerodinamični dizajn, što dovodi do još veće učinkovitosti.

Optimizirana proizvodnja dijelova

Napredak u računalno potpomognutom dizajnu olakšava optimizaciju pojedinih dijelova i sustava za željeni ishod. "Alati se poboljšavaju", kaže Crane. "Kad [proizvođači automobila] osmisle reviziju za automobil, mogu unijeti puno više informacija u računalo i shvatiti koji su najbolji kompromisi za uštedu goriva, kao i za druge čimbenike."

Podešavanje zavoja i uglova automobila i dodavanje aktivnih roštilja koje blokiraju protok zraka kada nije potrebno za hlađenje motora, mogu smanjiti čak 5 posto vučenja automobila pri velikim brzinama, dovoljno da se smanji staklenik vozila emisija plina za oko 1 gram po kilometru i donosi dodatnu uštedu goriva. Ali vanjske promjene ne moraju biti dramatične za automobile kako bi postigli 50 ili više kilometara do galona. Crane, koji gricne gorivo budućnosti, "treba izgledati gotovo kao trenutna vozila."

Međutim, pomni pregled ili zavrtanje iza volana mogu otkriti neke razlike. "Budući da je značajno lakša težina, [efikasniji automobil budućnosti] može se osjećati nešto drugačije. Bolje će se nositi, bolje će zaviti iza ugla ”, kaže Crane. Analizirajući moguće putove do tih 2050. ciljeva, NRC tim je pretpostavio da će vozila nastaviti manje ili više u svom trenutnom obliku. Ti će automobili "izgledati malo vjetrovitije", kaže Crane, ali ništa radikalno. Vozila "ne postaju manja ili se navlače na leđa da ne možete stati nikome na stražnje sjedalo."

Pomaganje ruku od računala

Više od desetljeća nakon američkog predstavljanja Priusa, hibridi i dalje čine samo maleni dio cjelokupnog auto-tržišta - otprilike tri posto vozila prodanih u Sjedinjenim Državama. No, neka tehnologija današnjih hibrida mogla bi pomoći širokome dijelu sutrašnjih automobila kako bi postigli bolju kilometražu na plin. Jedan od najvažnijih dijelova je tehnologija start-stop, koja gasi motor kada je vozilo u mirovanju, a zatim se ponovo pokreće kada vozač uđe u gas.

Kod hibrida se to često kombinira s regenerativnim kočenjem, koje koristi kinetičku energiju tijekom usporavanja i kočenja kako bi se napunila baterija. Pohranjena električna energija tada se može koristiti za ponovno pokretanje motora. "Regenerativno kočenje i zaustavljanje u startu bit će u osnovi vrlo uobičajeni elementi dizajna u narednih nekoliko godina", kaže Crane.

Naravno, što se tiče uštede goriva, također je važno i ponašanje vozača. Razlika u potrošnji goriva između agresivnog vozača s olovnim nogom i konzervativnog volana s čak kobilicom može biti čak 20 posto. Do neke mjere tehnologija bi mogla odvratiti vozače od njihovih rasipnijih sklonosti. Iako autonomna vožnja vjerojatno neće rezultirati automobilima bez vozača, barem ne uskoro, glavni izvršni direktor Renault-Nissan-a Carlos Ghosn rekao je na nedavnom događaju na Sveučilištu Stanford: "Vidjet ćete puno automobila sa manji unos od strane vozača. "Ti se automobili mogu optimizirati za ekonomičnost goriva i efikasnije usmjeravanje.

U udaljenijoj budućnosti, raskrižja bi mogla biti mjesta na kojima su automobili programirani da usporavaju i probijaju svoj put, a ne da zabijaju kočnice ili kreću se kružnim tokovima, sugerira Schoettle iz UMTRI-ja. "Ako se nitko ne zaustavi, poboljšali ste potrošnju goriva", napominje.

"Bilo bi sjajno da je postojao neki čarobni metak", kaže Toyotin Reinert - neka tehnologija koja može pretvoriti prljavi automobil u čistu a da ikad ne primijetimo razlike u performansama, izboru, praktičnosti ili cijenama. Realnost je da različite tehnologije u pravim kombinacijama mogu mnogo napredovati do čišćenja naših vozila. "Sve su ove stvari malo", kaže Reinert, "ali sve se zbraja."

Zbogom, Gas Guzzlers