Obrovské skoky v technologii vozidel jsou věci snů: létající auta, sluneční skútry, které běží výhradně na sluneční energii nebo dvoukolové helikoptéry držené v rovnováze gyroskopy. Cesta k čistším vozům však bude vedena malými kroky. Je zde místo pro všechna elektrická a dokonce poloautonomní vozidla, ale vylepšení konstrukcí, které spalují benzín, přinese velkou část zisky z úspory paliva očekávané v příštích desetiletích.
Kouzelníci jsou na cestě ven. Průměrná spotřeba všech nově zakoupených vozů letos na jaře stoupla na tak vysokou úroveň, jaká kdy byla, na 24, 6 mil na galon, podle analýzy z University of Michigan Transport Research Institute (UMTRI). Úspora paliva se jistě vyšplhá ještě více: Do roku 2025 vyžadují národní normy, aby výrobci automobilů dosáhli průměrného vozového parku u osobních a lehkých nákladních vozů v průměru nejméně 54, 5 mil.
Lepší spotřeba paliva může pomoci vládnout spotřebě ropy a více než 1, 5 miliardy tun emisí skleníkových plynů ročně vyhořelo americká dálniční vozidla. A přestože automobily a nákladní vozy s nejlepší spotřebou paliva se často prodávají za prémii, vylepšený kilometrový výkon plynu může motoristům pomoci ušetřit peníze u čerpadla, kde typická americká domácnost nyní utrácí asi 4 procenta svého ročního příjmu.
Když ceny benzínu přesáhnou 4 dolary za galon, spotřeba paliva má tendenci stoupat jako jedna z nejlepších věcí, které lidé při nákupu vozidla zvažují, říká Bruce Belzowski, vědec z UMTRI. Ceny se pohybovaly kolem této značky na vnitrostátní úrovni - i když národní průměr ji nepřekročil od roku 2008 - a zákazníci projevují chuť k lepší spotřebě paliva. "Spotřebitelé možná říkají:" Musíme z tohoto tanku dostat víc, "říká Belzowski.
Nedávná zpráva Národní rady pro výzkum zjistila, že je technicky možné snížit do roku 2050 spotřebu ropy a emise skleníkových plynů z automobilů o 80 procent ve srovnání s úrovněmi z roku 2005. Zlepšení účinnosti konvenčně poháněných vozidel však nebude samo o sobě dostačující k tomu, aby bylo dosaženo tak dramatického snížení. Auta by musela průměrovat nahoru neuvěřitelných - a extrémně nepravděpodobných - 180 mil za galon, aby dosáhla tohoto cíle pouze na základě zvýšení účinnosti. Právě zde začnou hrát alternativní paliva a všechna elektrická vozidla.
Všechna vozidla, bez ohledu na jejich zdroj energie, musí být mnohem efektivnější, pokud mají být tyto cíle splněny, ale zlepšení účinnosti těch vozidel, která jezdí na ropu, by mohlo mít v nejbližší době největší dopad. Tato auta dnes tvoří naprostou většinu vozidel na silnici a spotřebovávají zhruba jednu třetinu veškerého oleje používaného ve Spojených státech. A je zde spousta prostoru pro zlepšení, s pouhou čtvrtinou energie v palivech pro dnešní auta, která se ve skutečnosti používají k jejich pohybu po silnici. Většina zbytku je ztracena jako teplo v motoru. Minimalizace množství práce, kterou musí plynový motor provádět, je jedním z nejjednodušších a nejméně nákladných způsobů, jak ušetřit palivo. Vědci, vědci a výrobci automobilů věří, že toho lze dosáhnout pomocí několika strategií, z nichž mnohé jsou uvedeny níže:
Nová technologie pneumatik
Vylepšující konstrukce pneumatik mohou také přinést výhody snížením valivého odporu nebo síly způsobené zploštěním pneumatiky při jejím pohybu po silnici. Cyklisté vědí, že pneumatika s plochou pneumatikou vyžaduje znatelně více nánosu, aby se mohla valit po slušném klipu. Podobně může minimalizování množství zploštění nebo deformace pneumatiky automobilu pomocí vyspělých materiálů a konstrukce snížit množství energie potřebné pouze k udržení její rozvahy.
Inovace motoru
Nejdramatičtější vylepšení však pravděpodobně vyplynou ze změn v převodovce motoru, říká Alan Crane, vedoucí vědecký pracovník Rady pro výzkum v oblasti energetiky a životního prostředí a vedoucí studie pro zprávu NRC. Převody s vyšším počtem rychlostí, převodovky s dvojitou spojkou a povlaky snižující tření by mohly pomoci motorům běžet s vyšší účinností a snižovat energetické ztráty.
Technologie známá jako deaktivace válců je jednou z možností pro výrobce automobilů, kteří touží po méně žíznivém produktu. To v podstatě zabíjí polovinu motoru, když to není třeba - například při jízdě po dálnici -, ale udržuje další sílu na kohoutku pro zrychlení, velké stoupání, tažení lodí nebo jiné situace vyžadující výkonnější motor. "Takže jdete ze šestiválcového motoru na tři, " říká Brandon Schoettle, výzkumník v UMTRI. Běh na menším počtu válců umožňuje řidičům mít obě možnosti, upřednostňovat energii, když ji potřebujete, a hospodárnost, když ji nepotřebujete.
Snížení velikosti motoru je další způsob, jak dosáhnout účinnosti, a již nemusí přijít na úkor výkonu. V konvenčních benzínových vozech vezme spalovací motor směs benzínu a vzduchu do válce. Píst se pohybuje nahoru, aby stlačil tuto směs, a poté ji zapálí jiskra, což způsobí explozi, která pohání píst dolů. Ventil se otevře pro výfuk, aby opustil válec, a cyklus začíná znovu: sací, kompresní, spalovací, výfuk. Přeplňování turbodmychadlem, které tlačí další vzduch do válců motoru, může menším motorům umožnit generovat více energie z každé z těchto malých výbuchů.
Menší obvykle znamená lehčí a 10 procentní snížení hmotnosti automobilu přináší asi sedmiprocentní snížení spotřeby paliva, poznamenává Crane. Do roku 2050 se ve zprávě NRC uvádí, že auta by mohla vážit o 40 procent méně. "To je dokonce i bez velkého množství [lehkých] uhlíkových vláken, " říká Crane. "Právě teď je téměř všechno v autě obyčejná ocel."
Výměna těžké oceli
Slitiny železa a oceli tvoří asi 45 procent hmotnosti většiny automobilů. Stále více však lze pokročilé materiály aplikovat na skládačky s lehkými kousky vloženými na různá místa v ocelové konstrukci. „Můžete posílit kritické části, “ říká Bill Reinert, národní manažer vozidel pro moderní technologie pro Toyota. Oceli s vysokou pevností jsou vyměňovány za tenčí a silnější alternativy k běžné oceli a vzrůstá obsah hliníku. Kompozice z uhlíkových vláken a hořčíku jsou dnes poměrně drahé a obtížně zpracovatelné materiály, ale po cestě by mohly snížit hmotnost některých složek až o 75 procent.
Úbytek hmotnosti může mít také dominový efekt, protože jen několik dílů v autě běží izolovaně. "Pokud můžete ušetřit 100 liber, možná budete moci přejít na lehčí, menší motor nebo snížit velikost brzd, " říká Crane. Menší motor zase může znamenat jednoduše méně věcí pod kapotou, což umožňuje větší flexibilitu pro aerodynamický design, což vede k ještě lepší účinnosti.
Optimalizovaná výroba součástí
Pokroky v počítačově podporovaném designu usnadňují optimalizaci jednotlivých částí a systémů pro požadovaný výsledek. "Nástroje se zlepšují, " říká Crane. "Když [výrobci automobilů] přijdou s revizí automobilu, mohou do počítače vložit mnohem více informací a zjistit, jaké nejlepší kompromisy se týkají úspory paliva a dalších faktorů."
Vyladění křivek a úhlů automobilu a přidání aktivních roštů na grilování, které blokují proudění vzduchu, když to není nutné pro chlazení motoru, může minimalizovat až 5 procent tažení automobilu při vysokých rychlostech, což stačí ke snížení skleníku vozidla emise plynu asi o 1 gram na kilometr a přinášejí další úsporu paliva. Ale vnější změny nemusí být dramatické, aby auta dosáhla 50 nebo více kilometrů k galonu. Jeřáb budoucnosti, Crane říká, „by měl vypadat skoro jako současná vozidla.“
Bližší prohlídka nebo rotace za volantem však mohou odhalit některé rozdíly. "Protože je to výrazně nižší hmotnost, [efektivnější vůz budoucnosti] se může cítit trochu jinak. Zvládne to lépe, bičuje za roh lépe, “říká Crane. Při analýze možných cest k těmto cílům do roku 2050 tým NRC předpokládal, že vozidla budou ve své současné podobě víceméně pokračovat. Tato auta budou „vypadat trochu větrněji, “ říká Crane, ale nic radikálního. Vozidla „nezmenšujte se ani se nesklápejte zpět, abyste na zadního sedadla nemohli nikoho namontovat.“
Pomocná ruka z počítačů
Více než deset let po zavedení Priusu v USA tvoří hybridy stále jen malý kousek celého trhu s automobily - asi tři procenta vozidel prodaných ve Spojených státech. Ale některé technologie v dnešních hybridech by mohly pomoci širokému okruhu automobilů zítřka získat lepší kilometrový výkon. Jednou z nejdůležitějších součástí je technologie start-stop, která vypne motor, když je vozidlo v klidu, a poté se restartuje, když řidič šlápne na plyn.
U hybridů je to často kombinováno s regenerativním brzděním, které při zpomalení a brzdění využívá kinetickou energii k nabíjení baterie. Uložená elektřina pak může být použita k restartování motoru. "Regenerativní brzdění a start-stop budou v příštích několika letech v zásadě velmi běžnými konstrukčními prvky, " říká Crane.
Samozřejmě, pokud jde o spotřebu paliva, záleží také na chování řidičů. Rozdíl ve spotřebě paliva mezi agresivním řidičem s vodícími koly a konzervativním řidičem může být až 20 procent. Do jisté míry by technologie mohla řidiče odstrčit od jejich zbytečnějších tendencí. Zatímco autonomní řízení pravděpodobně nebude mít za následek vozidla bez řidiče, alespoň v nejbližší době, generální ředitel Renault-Nissan, Carlos Ghosn, řekl na nedávné události na Stanfordské univerzitě: „Uvidíte spoustu aut s méně vstupů od řidiče. “Tyto vozy lze optimalizovat z hlediska úspory paliva a účinného směrování.
Ve vzdálenější budoucnosti by křižovatkami mohla být místa, kde jsou automobily naprogramovány tak, aby zpomalily a proplétaly se skrz ně, než aby zabouchly brzdy nebo navigační kruhové objezdy, navrhuje Schoettle UMTRI. "Pokud se nikdo nezastaví, zlepšili jste spotřebu paliva, " poznamenává.
"Bylo by skvělé, kdyby existovala nějaká magická střela, " říká Reinert Toyota - technologie, která dokáže vyčistit špinavé auto, aniž bychom si všimli rozdílu ve výkonu, výběru, pohodlí nebo ceně. Skutečností je, že více technologií ve správných kombinacích může jít dlouhou cestou k vyčištění našich vozidel. "Všechny tyto věci jsou malé, " říká Reinert, "ale všechno to sčítá."
