Ajoneuvoteknologian jättiläismäiset harppaukset ovat unelmien tavaroita: lentäviä autoja, yksinomaan aurinkoenergiaa käyttäviä moottorikelkkoja tai kaksipyöräisiä helikaria, joita giroskoopit pitävät tasapainossa. Mutta polku kohti puhtaampia autoja kulkee pienillä askeleilla. Siellä on paikka kaikille sähkökäyttöisille ja jopa osittain itsenäisille ajoneuvoille, mutta muutokset bensiiniä polttaviin malleihin tuottavat suuren osan tulevina vuosikymmeninä odotettavissa olevista polttoainetaloudellisista eduista.
Guzzlers ovat matkalla ulos. Michiganin yliopiston kuljetustutkimusinstituutin (UMTRI) analyysin mukaan kaikkien uusien autojen keskimääräinen polttoainetalous nousi tänä keväänä niin korkeaan kuin se on koskaan ollut - 24, 6 mailia / gallona. Polttoainetalous nousee varmasti vielä korkeammalle: Vuoteen 2025 mennessä kansalliset standardit edellyttävät, että valmistajat saavuttavat autojen ja kevyiden kuorma-autojen keskimäärin vähintään 54, 5 mailia / gallona.
Parempi polttoainetalous voi auttaa hallitsemaan öljynkulutusta, ja yli 1, 5 miljardia tonnia kasvihuonekaasupäästöjä kasvatetaan vuosittain Yhdysvaltojen moottoriteillä. Ja vaikka parhaat polttoainetaloudelliset autot ja kuorma-autot myyvät usein hinnaltaan, parantunut kaasumittari voi auttaa autoilijoita säästämään rahaa pumpulla, missä tyypillinen amerikkalainen kotitalous kuluttaa nyt noin 4 prosenttia vuotuisista tuloistaan.
Kun bensiinin hinnat ylittävät 4 dollaria / gallona, polttoainetalous pyrkii nousemaan yhdeksi tärkeimmistä asioista, joita ihmiset ajattelevat ostaessaan ajoneuvoa, kertoo UMTRI: n tutkija Bruce Belzowski. Hinnat ovat levinneet tämän merkin ympärille kansallisesti - vaikka kansallinen keskiarvo ei ole ylittänyt sitä vuodesta 2008 - ja ostajat ovat osoittaneet halua parempaan polttoainetaloudellisuuteen. "Kuluttajat saattavat sanoa:" Meidän on päästävä enemmän ulos tästä tankista ", Belzowski sanoo.
Kansallisen tutkimusneuvoston tuoreessa raportissa todetaan, että on teknisesti mahdollista vähentää autojen polttoaineen käyttöä ja kasvihuonekaasupäästöjä 80 prosentilla vuoteen 2050 mennessä, verrattuna vuoden 2005 tasoon. Tavanomaisesti käytettävien ajoneuvojen tehokkuuden parantaminen ei kuitenkaan yksinään riitä tällaisten dramaattisten vähennysten toteuttamiseen. Autot joutuisivat keskimäärin ylöspäin hämmästyttävään - ja erittäin epätodennäköiseen - 180 mailia / gallona saavuttaakseen tavoitteen pelkästään tehokkuuden parantamisen perusteella. Tällöin vaihtoehtoiset polttoaineet ja kaikki sähköautot tulevat peliin.
Kaikkien ajoneuvojen, riippumatta niiden virtalähteestä, on oltava paljon tehokkaampia, jos nämä tavoitteet saavutetaan, mutta öljyllä kulkevien ajoneuvojen tehokkuuden parantamisella voi olla suurin vaikutus lähitulevaisuudessa. Nämä autot muodostavat valtaosan nykyään liikenteessä olevista ajoneuvoista ja kuluttavat noin kolmanneksen kaikesta Yhdysvalloissa käytetystä öljystä. Ja siellä on paljon parantamisen varaa, ja niinkin vähän kuin neljäsosa nykypäivän autojen polttoaineen energiasta käytetään tosiasiallisesti liikuttamaan niitä tiellä. Suurin osa lopusta menetetään moottorin lämmön vuoksi. Työmäärän minimointi, joka kaasumoottorin on suoritettava, on yksi helpoimmista ja edullisimmista tavoista säästää polttoainetta. Tutkijoiden, tutkijoiden ja autonvalmistajien mielestä tämä voidaan toteuttaa useilla strategioilla, joista monet on luetteloitu alla:
Uusi rengasteknologia
Rengasmallien säätäminen voi tuottaa hyötyä myös leikkaamalla vierintävastusta tai voimaa, joka johtuu renkaan litistymisestä, kun se rullaa tien varrella. Pyöräilijät tietävät, että litteä rengas vaatii huomattavasti enemmän jalkatyötä kulkeakseen kunniallisen pidikkeen mukana. Samoin autorenkaiden litistymisen tai muodonmuutoksen minimoiminen edistyneiden materiaalien ja suunnittelun avulla voi vähentää energiaa, joka tarvitaan vain renkaan liikkumisen pitämiseksi.
Moottoriinnovaatiot
Dramaattisimmat parannukset tulevat kuitenkin todennäköisesti muutoksista moottorin voimansiirtoon, sanoo Alan Crane, kansallisen tutkimusneuvoston energia- ja ympäristöjärjestelmiä käsittelevän johtokunnan johtaja ja NRC-raportin tutkimusjohtaja. Vaihteistot, joilla on suurempi nopeuksien määrä, kaksisulkukytkinvaihteet ja kitkaa vähentävät pinnoitteet voivat auttaa moottoreita käyttämään suurempaa hyötysuhdetta ja vähentämään energiahäviötä.
Sylinterin deaktivoimiseksi kutsuttu tekniikka on yksi vaihtoehto autonvalmistajille, jotka haluavat vähemmän janoista tuotetta. Tämä tappaa olennaisesti puolet moottorista, kun sitä ei tarvita - esimerkiksi moottoriteillä risteilyssä -, mutta pitää ylimääräisen voiman hanalla kiihtyvyyttä, suuria kiipeilyitä, veneiden kuljetuksia tai muita tilanteita varten, jotka vaativat tehokkaampaa moottoria. "Joten siirryt kuusisylinterisestä moottorista kolmeen", sanoo UMTRI: n tutkija Brandon Schoettle. Ajaminen vähemmän sylintereillä antaa kuljettajille sen molemmin puolin, priorisoimalla virran tarvittaessa ja taloudellisuuden, kun et.
Moottorin pienentäminen on toinen tapa saavuttaa tehokkuus, ja sen ei enää tarvitse olla suorituskyvyn kustannuksella. Perinteisissä kaasuautoissa polttomoottori vie bensiinin ja ilman seoksen sylinteriin. Mäntä liikkuu ylöspäin puristamaan tätä seosta, ja sitten kipinä sytyttää sen, aiheuttaen räjähdyksen, joka ajaa mäntää alaspäin. Venttiili aukeaa pakokaasua varten poistuaksesi sylinteristä, ja sykli alkaa uudestaan: imu, puristus, palaminen, pakokaasu. Turboahdin, joka pakottaa ylimääräistä ilmaa moottorin sylintereihin, voi antaa pienemmille moottoreille mahdollisuuden tuottaa enemmän voimaa jokaisesta näistä pienistä räjähdyksistä.
Pienempi tarkoittaa yleensä kevyempää, ja 10-prosenttinen alennus auton painossa johtaa noin seitsemän prosentin alennukseen polttoainetaloudessa, toteaa Crane. Vuoteen 2050 mennessä NRC: n raportissa todetaan, että autot voisivat painaa 40 prosenttia vähemmän. "Se on edes ilman paljon [kevyttä] hiilikuitua", Crane sanoo. "Tällä hetkellä melkein kaikki autossa on vain terästä."
Raskaan teräksen vaihtaminen
Rauta- ja teräslejeeringit muodostavat noin 45 prosenttia suurimman osan autoista. Mutta yhä enemmän edistyksellisiä materiaaleja voidaan soveltaa palapelin muodossa, kevyet kappaleet työnnettäessä teräsrakenteen eri paikkoihin. "Voit vahvistaa kriittisiä osia", sanoo Bill Reinert, Toyota edistyneen teknologian ajoneuvojen kansallinen johtaja. Korkean lujuuden omaavia teräksiä vaihdetaan ohuemmiksi, vahvemmiksi vaihtoehdoiksi tavalliselle teräkselle, ja alumiinipitoisuus on kasvussa. Hiilikuitu- ja magnesiumkomposiitit ovat suhteellisen kalliita ja vaikeita materiaaleja nykypäivän kanssa työskentelemiseen, mutta tiellä he voivat auttaa vähentämään joidenkin komponenttien painoa jopa 75 prosenttia.
Vapautuvalla painolla voi olla myös dominovaikutuksia, koska muutamassa osassa autoa käydään eristettynä. "Jos säästät 100 kiloa, voit vaihtaa kevyemmän, pienemmän moottorin tai pienentää jarrujen kokoa", Crane sanoo. Pienempi moottori puolestaan voi tarkoittaa yksinkertaisesti vähemmän tavaroita konepellin alla, mikä lisää joustavuutta aerodynaamisessa suunnittelussa, mikä johtaa entistä parempaan tehokkuuteen.
Optimoitu osien tuotanto
Tietokoneavusteisen suunnittelun edistyminen helpottaa yksittäisten osien ja järjestelmien optimointia halutun tuloksen saavuttamiseksi. "Työkalut paranevat", Crane sanoo. "Kun [valmistajat] keksivät auton version, he voivat syöttää paljon enemmän tietoa tietokoneelle ja selvittää, mitkä ovat parhaat kompromissit polttoainetaloudelle, samoin kuin muut tekijät."
Auton käyrien ja kulmien säätäminen sekä aktiivisten grillauskaihtimien lisääminen, jotka estävät ilman virtauksen, kun sitä ei tarvita moottorin jäähdytykseen, voivat minimoida jopa 5 prosenttia auton vetävyydestä suurilla nopeuksilla, tarpeeksi vähentämään ajoneuvon kasvihuonekaasua kaasupäästöt noin 1 grammalla mailia kohti ja tuottavat ylimääräistä polttoainetaloutta. Mutta ulkoisten muutosten ei tarvitse olla dramaattisia, jotta autot saavuttaisivat vähintään 50 mailia gallonaan. Crane toteaa, että tulevaisuuden polttoainetta potkurin pitäisi näyttää melko paljon nykyisiltä ajoneuvoilta.
Tiivis tarkastus tai pyörän takana oleva pyörähdys saattaa kuitenkin paljastaa joitain eroja. ”Koska se on huomattavasti kevyempi, [tulevaisuuden tehokkaampi auto] saattaa tuntua hieman erilaiselta. Se käsittelee paremmin, se ruoskii nurkan takana paremmin ”, Crane sanoo. Analysoidessaan mahdollisia reittejä noihin 2050-tavoitteisiin, NRC-tiimi oletti, että ajoneuvot jatkaisivat enemmän tai vähemmän nykyisessä muodossaan. Ne autot ovat ”hieman tuulenpitävämpiä”, Crane sanoo, mutta ei mitään radikaalia. Ajoneuvot "eivät pienene tai niin pyyhkäisevät takaisin, ettet sovi ketään takaistuimelle."
Auttava tietokone
Yli vuosikymmenen kuluttua siitä, kun Yhdysvalloissa otettiin käyttöön Prius, hybridit muodostavat edelleen vain pienen sirun autoautomarkkinoista - noin kolme prosenttia Yhdysvalloissa myytävistä ajoneuvoista. Mutta osa nykypäivän hybridien tekniikasta voisi auttaa suuren määrän tulevaisuuden autoja saamaan paremman kaasumittarin. Yksi tärkeimmistä osista on start-stop-tekniikka, joka sammuttaa moottorin, kun ajoneuvo on levossa, ja käynnistyy sitten uudelleen, kun kuljettaja astuu kaasupolkimen päälle.
Hybrideissä tämä yhdistetään usein regeneratiiviseen jarrutukseen, joka valjastaa kineettisen energian akun lataamista hidastettaessa ja jarruttaessa. Tallennettua sähköä voidaan sitten käyttää moottorin käynnistämiseen uudelleen. ”Regeneratiivinen jarrutus ja käynnistys-pysäytys ovat lähivuosina erittäin yleisiä suunnitteluselementtejä”, Crane sanoo.
Polttoainetalouden suhteen tietenkin myös kuljettajan käyttäytymisellä on merkitystä. Polttoaineenkulutuksen ero aggressiivisen, lyijijalkaisen kuljettajan ja tasapainoisen, varovaisen kuljettajan välillä voi olla jopa 20 prosenttia. Tekniikka voisi jossain määrin viedä kuljettajat pois heidän tuhlaavammista suuntauksistaan. Vaikka itsenäinen ajaminen ei todennäköisesti johda kuljettamattomiin autoihin, ainakaan milloin tahansa pian, Renault-Nissanin toimitusjohtaja Carlos Ghosn sanoi äskettäisessä Stanfordin yliopistossa järjestetyssä tapahtumassa: ”Näet paljon autoja vähemmän kuljettajan panosta. ”Nämä autot voidaan optimoida polttoainetalouden ja tehokkaan reitityksen kannalta.
Kaukaisemmassa tulevaisuudessa risteykset voisivat olla paikkoja, joissa autot on ohjelmoitu hidastamaan ja kudomaan tiensä läpi, sen sijaan, että jarruttaisi jarruja tai suunnistaisi liikenneympyröitä, UMTRI: n Schoettle ehdottaa. "Jos kukaan ei pysähdy, olet parantanut polttoainetaloutta", hän toteaa.
”Olisi hienoa, jos siellä olisi jotain taikuusluokkaa”, sanoo Toyota's Reinert - tekniikka, joka voi muuttaa likaisen auton puhtaaksi ilman, että me koskaan huomaa eroa suorituskyvyssä, valinnassa, mukavuudessa tai hinnoittelussa. Todellisuus on se, että useat tekniikat oikeilla yhdistelmillä voivat viedä pitkän matkan kohti ajoneuvojemme puhdistamista. "Kaikki nämä asiat ovat vähän", Reinert sanoo, "mutta kaikki tuo yhteen."
