Kæmpe sprang af køretøjsteknologi er det drømte: flyvende biler, solcykler, der kun kører på solenergi eller tohjulede helikopter, der holdes i balance af gyroskoper. Men stien mod renere biler vil blive gået i små trin. Der er et sted for allelektriske og endda semi-autonome køretøjer, men justeringer til design, der forbrænder benzin, vil levere meget af de brændstoføkonomiske gevinster, der forventes i de kommende årtier.
Guzzlers er på vej ud. I forår steg den gennemsnitlige brændstoføkonomi for alle nyindkøbte biler så højt, som den nogensinde har været, til 24, 6 miles pr. Gallon, ifølge en analyse fra University of Michigan Transportation Research Institute (UMTRI). Brændstoføkonomien vil helt sikkert klatre endnu højere: I 2025 kræver nationale standarder, at bilproducenterne opnår et flådegennemsnit på mindst 54, 5 miles pr. Gallon for biler og lette lastbiler.
Bedre brændstoføkonomi kan hjælpe med at regere i olieforbruget, og de mere end 1, 5 milliarder ton drivhusgasemissioner, der årligt udhøstes af amerikanske motorvejskøretøjer. Og selvom biler og lastbiler med den bedste brændstoføkonomi ofte sælger til en præmie, kan forbedret gas kilometertal hjælpe bilisterne med at spare penge ved pumpen, hvor en typisk amerikansk husstand nu bruger cirka 4 procent af sin årlige indkomst.
Når benzinpriserne overstiger 4 dollar pr. Gallon, har tendensen til brændstoføkonomi en tendens til at være en af de bedste ting, folk overvejer, når de køber et køretøj, siger Bruce Belzowski, forskningsforsker ved UMTRI. Priserne har svævet rundt om dette markering nationalt - selvom det nationale gennemsnit ikke har krydset det siden 2008 - og kunderne viser en appetit på bedre brændstoføkonomi. ”Forbrugerne siger måske:” Vi skal komme mere ud af denne tank, ”siger Belzowski.
En nylig rapport fra National Research Council konstaterer, at det er teknisk muligt at reducere olieudnyttelse og drivhusgasemissioner fra biler med 80 procent i 2050 sammenlignet med 2005-niveauer. At forbedre effektiviteten af konventionelt drevne køretøjer vil imidlertid ikke være nok til at levere sådanne dramatiske reduktioner. Biler skulle gennemsnitligt op på en forbløffende - og yderst usandsynlig - 180 miles pr. Gallon for at nå dette mål baseret på effektivitetsgevinster alene. Det er her, alternative brændstoffer og elektriske køretøjer kommer til at spille.
Alle køretøjer, uanset deres strømkilde, skal blive meget mere effektive, hvis disse mål skal realiseres, men forbedring af effektiviteten af dem, der kører på olie kan have den største indvirkning på kort sigt. Disse biler udgør langt de fleste køretøjer, der kører på vejen i dag, og bruger ca. en tredjedel af al olie, der bruges i USA. Og der er masser af plads til forbedringer, med så lidt som en fjerdedel af energien i brændstof til nutidens biler, der faktisk bruges til at bevæge dem ned ad vejen. Det meste af resten går tabt som varme i motoren. At minimere mængden af arbejde, som en gasmotor skal udføre, er en af de nemmeste og billigste måder at spare på brændstof. Forskere, forskere og bilproducenter mener, at dette kan opnås gennem flere strategier, hvoraf mange er katalogiseret nedenfor:
Ny dæk-teknologi
Tilpasning af dækdesign kan også give gevinster ved at skære rullemodstand eller den kraft, der er forårsaget af fladning af et dæk, når det ruller langs vejen. Cyklister ved, at et fladt dæk kræver markant mere benarbejde for at rulle sammen på et respektabelt klip. Tilsvarende kan minimering af mængden af udflatning eller deformation af et bildæk gennem avancerede materialer og design reducere mængden af energi, der kræves bare for at holde det rullende.
Motorinnovationer
De mest dramatiske forbedringer vil dog sandsynligvis komme fra ændringer i motortransmissionen, siger Alan Crane, en seniorforsker for National Research Council's Board for Energy and Environmental Systems og studielederen for NRC-rapporten. Transmissioner med et større antal hastigheder, transmissioner med dobbelt kobling og friktionsreducerende belægninger kan hjælpe motorer med at køre med højere effektivitet og reducere energitab.
En teknologi kendt som cylinderdeaktivering er en mulighed for bilproducenter, der ønsker et mindre tørstigt produkt. Dette dræber i det væsentlige halvdelen af motoren, når det ikke er nødvendigt - f.eks. Ved motorvejskrydstogt, men holder den ekstra kraft på tappet til acceleration, store stigninger, bådtransport eller andre situationer, der kræver en mere kraftfuld motor. ”Så du går fra en seks-cylindret motor til en tre, ” siger Brandon Schoettle, forsker på UMTRI. Ved at køre på færre cylindre kan førerne have det begge veje, prioritere strøm, når du har brug for det, og økonomi, når du ikke gør det.
Downsizing af motoren er en anden måde at opnå effektivitet på, og den behøver ikke længere at komme på bekostning af ydelsen. I konventionelle gasbiler bringer forbrændingsmotoren en blanding af benzin og luft ind i en cylinder. Et stempel bevæger sig op for at komprimere denne blanding, og derefter antændes en gnist og frembringer en eksplosion, der driver stemplet nedad. En ventil åbnes for udstødning for at forlade cylinderen, og cyklussen begynder igen: indtagelse, kompression, forbrænding, udstødning. Turboladning, der tvinger ekstra luft ind i en motors cylindere, kan gøre det muligt for mindre motorer at generere mere kraft fra hver af disse bittesmå eksplosioner.
Mindre betyder normalt lettere, og en 10 procent reduktion i bilens vægt giver cirka en syv procent reduktion i brændstoføkonomi, bemærker Crane. I 2050 konkluderede NRC-rapporten, at biler kunne veje 40 procent mindre. ”Det er endda uden at involvere en hel del [letvægts] carbonfiber, ” siger Crane. ”Lige nu er næsten alt i bilen bare almindeligt stål.”
Udskiftning af tungt stål
Jern og stållegeringer udgør cirka 45 procent af de fleste bileres vægt. Men i stigende grad kan avancerede materialer påføres puslespil, med lette stykker indsat forskellige steder i stålkonstruktionen. ”Du kan forstærke de dele, der er kritiske, ” siger Bill Reinert, national manager for avanceret teknologi køretøjer til Toyota. Højstyrke stål udskiftes som tyndere, stærkere alternativer til almindeligt stål, og aluminiumsindholdet stiger. Carbonfiber og magnesiumkompositter er relativt dyre og vanskelige materialer at arbejde med i dag, men længere nede på vejen kan de hjælpe med at reducere vægten af nogle komponenter med så meget som 75 procent.
Kastevægt kan også have dominoeffekter, da få dele i en bil kører isoleret. "Hvis du kan spare 100 pund, kan du muligvis skifte til en lettere, mindre motor eller reducere størrelsen på bremserne, " siger Crane. Til gengæld kan en mindre motor betyde blot mindre ting under hætten, hvilket giver større fleksibilitet til aerodynamisk design, hvilket fører til endnu bedre effektivitet.
Optimeret delproduktion
Fremskridt inden for computerassisteret design gør det lettere at optimere de enkelte dele og systemer til et ønsket resultat. ”Værktøjerne forbedrer sig, ” siger Crane. "Når [bilproducenter] kommer med en revision af en bil, kan de tilføre meget mere information til computeren og finde ud af, hvad de bedste kompromiser er for brændstoføkonomi såvel som andre faktorer."
Tilpasninger til en bils kurver og vinkler, og tilføjelsen af aktive grillskodder, der blokerer for luftstrøm, når det ikke er nødvendigt til motorafkøling, kan minimere så meget som 5 procent af en bils træk i høje hastigheder, nok til at reducere et køretøjs drivhus 1 gram pr. mil og giver ekstra brændstoføkonomi. Men eksterne ændringer behøver ikke være dramatiske for biler at nå 50 eller flere miles til gallon. En fremtidens brændstofsipper, siger Crane, "skal ligne meget på nuværende køretøjer."
En tæt kontrol eller et drejning bag rattet kan dog afsløre nogle forskelle. ”Fordi det er markant lettere, kan [en fremtidig mere effektiv bil] føles noget anderledes. Det klarer sig bedre, det pisker rundt om et hjørne bedre, ”siger Crane. Ved analyse af de mulige veje til disse 2050 mål antog NRC-teamet, at køretøjer ville fortsætte mere eller mindre i deres nuværende form. Disse biler vil “være lidt mere forblæste, ” siger Crane, men intet radikalt. Køretøjer "bliver ikke mindre eller så fejet tilbage, at du ikke kan passe nogen i bagsædet."
En hjælpende hånd fra computere
Mere end et årti efter den amerikanske introduktion af Prius, udgør hybrider stadig kun en lille spalte af det samlede bilmarked - ca. tre procent af de solgte køretøjer i USA. Men noget af teknologien i nutidens hybrider kan hjælpe et bredt skår af morgendagens biler med at få en bedre gasmængde. En af de vigtigste brikker er start-stop-teknologi, der lukker motoren, når køretøjet er i ro, og derefter genstarter, når føreren træder på gaspedalen.
I hybrider er dette ofte kombineret med regenerativ bremsning, som udnytter kinetisk energi under opbremsning og bremsning for at oplade et batteri. Den lagrede elektricitet kan derefter bruges til at genstarte motoren. ”Regenerativ bremsning og start-stop vil i bund og grund være meget almindelige designelementer i de næste par år, ” siger Crane.
Når det kommer til brændstoføkonomi, er selvfølgelig også chaufførens adfærd vigtig. Forskellen i forbrug af brændstof mellem en aggressiv, blyfodret chauffør og en jævnkølet, konservativ kan være så meget som 20 procent. I en vis udstrækning kunne teknologi skubbe chauffører væk fra deres mere spildende tendenser. Selvom autonom kørsel sandsynligvis ikke vil resultere i førerløse biler, i det mindste ikke nogen tid snart, sagde administrerende direktør for Renault-Nissan, Carlos Ghosn, ved en nylig begivenhed på Stanford University, “du kommer til at se en masse biler med mindre input fra føreren. ”Disse biler kan optimeres til brændstoføkonomi og effektiv rutning.
I den fjernere fremtid kan kryds være steder, hvor biler er programmeret til at bremse og veve sig igennem, snarere end at smække bremserne eller navigere i rundkørsler, antyder UMTRIs Schoettle. ”Hvis ingen stopper, har du forbedret brændstoføkonomi, ” bemærker han.
”Det ville være dejligt, hvis der var noget magisk kugle, ” siger Toyotas Reinert - en vis teknologi, der kunne gøre en beskidt bil ren, uden at vi nogensinde har bemærket en forskel i ydelse, valg, bekvemmelighed eller prisfastsættelse. Virkeligheden er, at flere teknologier i de rigtige kombinationer kan gå langt i oprydning af vores køretøjer. "Alle disse ting er små, " siger Reinert, "men det hele samles."
