Gigantiske sprang av kjøretøyteknologi er tingene av drømmer: flyvende biler, solskuter som kun kjører på solenergi eller tohjulede helikopter holdt i balanse av gyroskop. Men veien mot renere biler vil bli vandret i små skritt. Det er et sted for helelektriske og til og med semi-autonome kjøretøyer, men justeringer på design som brenner bensin vil levere mye av de drivstofføkonomiske gevinstene som forventes de neste tiårene.
Guzzlers er på vei ut. I vår klatret den gjennomsnittlige drivstofføkonomien til alle nyinnkjøpte biler så høyt som den noen gang har vært, til 24, 6 mil per gallon, ifølge en analyse fra University of Michigan Transportation Research Institute (UMTRI). Drivstofføkonomien vil helt sikkert klatre enda høyere: I 2025 krever nasjonale standarder at bilprodusentene oppnår et flåtegjennomsnitt på minst 54, 5 miles per gallon for biler og lette lastebiler.
Bedre drivstofføkonomi kan bidra til å styre oljeforbruket, og de mer enn 1, 5 milliarder tonn klimagassutslippene hostes årlig ut av amerikanske motorveikjøretøyer. Selv om biler og lastebiler med den beste drivstofføkonomien ofte selger med en premie, kan forbedret gass kjørelengde hjelpe bilistene å spare penger ved pumpen, der en typisk amerikansk husholdning nå bruker omtrent 4 prosent av sin årlige inntekt.
Når bensinprisene overstiger 4 dollar per gallon, har en tendens til å øke drivstofføkonomien som en av de viktigste tingene folk vurderer når de kjøper et kjøretøy, sier Bruce Belzowski, forsker ved UMTRI. Prisene har svevet rundt det merket nasjonalt - selv om landsgjennomsnittet ikke har krysset det siden 2008 - og kundene viser en appetitt for bedre drivstofføkonomi. "Forbrukerne kan si: 'Vi må komme mer ut av denne tanken, '" sier Belzowski.
En fersk rapport fra National Research Council finner at det er teknisk mulig å redusere petroleumsbruk og klimagassutslipp fra biler med 80 prosent innen 2050, sammenlignet med 2005-nivåene. Forbedring av effektiviteten til konvensjonelt drevne biler vil imidlertid ikke være nok på egen hånd til å gi slike dramatiske reduksjoner. Biler må i gjennomsnitt oppover en forbløffende - og ekstremt usannsynlig - 180 miles per gallon for å nå dette målet basert på effektivitetsgevinster alene. Det er der alternative drivstoff og elektriske kjøretøyer kommer til å spille.
Uansett kraftkilde må alle kjøretøyer bli mye mer effektive hvis disse målene skal realiseres, men å forbedre effektiviteten til de som kjører på petroleum kan ha størst innvirkning på kort sikt. Disse bilene utgjør de aller fleste kjøretøyer på veien i dag, og bruker omtrent en tredjedel av all oljen som brukes i USA. Og det er god plass til forbedring, med så lite som en fjerdedel av energien i drivstoff til dagens biler som faktisk brukes til å flytte dem nedover veien. Det meste av resten går tapt som varme i motoren. Å minimere mengden arbeid som en bensinmotor må utføre er en av de enkleste og rimeligste måtene å spare drivstoff på. Forskere, forskere og bilprodusenter mener dette kan oppnås gjennom flere strategier, hvorav mange er katalogisert nedenfor:
Ny dekkteknologi
Tilpasning av dekkdesign kan også gi gevinster ved å kutte rullemotstanden, eller kraften forårsaket av flating av et dekk når det ruller langs veien. Syklister vet at et flatt dekk krever betydelig mer beinarbeid for å rulle med på et respektabelt klipp. Tilsvarende kan minimering av utflating eller deformasjon av et bildekk gjennom avanserte materialer og design redusere mengden energi som kreves bare for å holde det rullende.
Motorinnovasjoner
De mest dramatiske forbedringene vil imidlertid antagelig komme fra endringer i motoroverføringen, sier Alan Crane, seniorforsker for National Research Councils Board on Energy and Environmental Systems and the study director for NRC report. Overføringer med et større antall hastigheter, girkasser med dobbel kobling og friksjonsreduserende belegg kan hjelpe motorene til å øke effektiviteten og redusere energitapet.
En teknologi kjent som sylinderdeaktivering er ett alternativ for bilprodusenter som ønsker et mindre tørst produkt. Dette dreper i hovedsak halvparten av motoren når den ikke er nødvendig - under motorveiskjøring, for eksempel - men holder den ekstra kraften på trykk for akselerasjon, store stigninger, båttur eller andre situasjoner som krever en kraftigere motor. "Så du går fra en sekssylindret motor til en tre, " sier Brandon Schoettle, forsker ved UMTRI. Å kjøre på færre sylindere lar sjåførene ha det begge veier, prioritere strøm når du trenger det, og økonomi når du ikke gjør det.
Å redusere motoren er en annen måte å oppnå effektivitet, og den trenger ikke lenger å komme på bekostning av ytelsen. I konvensjonelle bensinbiler tar forbrenningsmotoren en blanding av bensin og luft inn i en sylinder. Et stempel beveger seg opp for å komprimere denne blandingen, og så tenner en gnist den og produserer en eksplosjon som driver stemplet nedover. En ventil åpnes for eksos å forlate sylinderen, og syklusen begynner igjen: inntak, kompresjon, forbrenning, eksos. Turbolader, som tvinger ekstra luft inn i en motorsylindere, kan gjøre det mulig for mindre motorer å generere mer kraft fra hver av disse bittesmå eksplosjonene.
Mindre betyr vanligvis lettere, og en 10 prosent reduksjon i bilens vekt gir omtrent syv prosent reduksjon i drivstofføkonomi, bemerker Crane. I 2050 konkluderer NRC-rapporten at biler kan veie 40 prosent mindre. "Det er til og med uten å involvere mye [lettvektig] karbonfiber, " sier Crane. "Akkurat nå er nesten alt i bilen bare stål."
Bytte tungt stål
Jern og stållegeringer utgjør omtrent 45 prosent av de fleste biler. Men stadig oftere kan avanserte materialer påføres på en stikksag, med lette stykker satt inn forskjellige steder i stålkonstruksjonen. "Du kan forsterke delene som er kritiske, " sier Bill Reinert, nasjonal sjef for avanserte teknologibiler for Toyota. Høystyrke stål blir byttet inn som tynnere, sterkere alternativer til vanlig stål, og aluminiuminnholdet øker. Karbonfiber og magnesiumkompositter er relativt dyre og vanskelige materialer å jobbe med i dag, men lenger nede på veien kan de bidra til å redusere vekten til noen komponenter med så mye som 75 prosent.
Kastevekt kan også ha dominoeffekter ettersom få deler i en bil kjører isolert. "Hvis du kan spare 100 pund, kan du kanskje bytte til en lettere, mindre motor, eller redusere størrelsen på bremsene, " sier Crane. En mindre motor kan i sin tur bety bare mindre ting under panseret, noe som gir mer fleksibilitet for aerodynamisk design, noe som fører til enda bedre effektivitet.
Optimalisert delproduksjon
Fremskritt innen datamaskinassistert design gjør det enklere å optimalisere enkeltdeler og systemer for et ønsket resultat. "Verktøyene forbedrer seg, " sier Crane. "Når [bilprodusenter] kommer med en revisjon for en bil, kan de mate mye mer informasjon i datamaskinen, og finne ut hva de beste kompromissene er for drivstofføkonomi, så vel som andre faktorer."
Tilpasninger til kurvene og vinklene på en bil, og tillegg av aktive grillluker som blokkerer luftstrømmen når det ikke er nødvendig for motoravkjøling, kan minimere så mye som 5 prosent av bilens dra i høye hastigheter, nok til å redusere bilens drivhus gassutslipp med omtrent 1 gram per mil og gir ekstra drivstofføkonomi. Men eksterne endringer trenger ikke være dramatiske for biler å oppnå 50 kilometer eller mer. En fremtidsdriver av fremtiden, sier Crane, "burde ligne omtrent på dagens kjøretøy."
Nøye inspeksjoner eller et snurr bak rattet kan imidlertid avdekke noen forskjeller. "Fordi det er betydelig lettere vekt, kan [en fremtidig mer effektiv bil] føles noe annerledes. Det vil takle bedre, det vil piske bedre rundt et hjørne, sier Crane. Ved å analysere mulige veier til de 2050 målene antok NRC-teamet at kjøretøy ville fortsette mer eller mindre i sin nåværende form. Disse bilene vil "være litt mer forblåst, " sier Crane, men ikke noe radikalt. Kjøretøy "blir ikke mindre eller så feid tilbake at du ikke får plass til noen i baksetet."
En hjelpende hånd fra datamaskiner
Mer enn et tiår etter den amerikanske introduksjonen av Prius, utgjør hybrider fremdeles bare en bitteliten del av det totale bilmarkedet - omtrent tre prosent av kjøretøyene som selges i USA. Men noe av teknologien i dagens hybrider kan bidra til at et bredt skår av morgendagens biler får bedre gass kjørelengde. En av de viktigste brikkene er start-stop-teknologi, som slår av motoren når bilen står i ro, og deretter starter på nytt når føreren trer på gasspedalen.
I hybrider blir dette ofte kombinert med regenerativ bremsing, som utnytter kinetisk energi under bremsing og bremsing for å lade et batteri. Lagret strøm kan deretter brukes til å starte motoren på nytt. "Regenerativ bremsing og start-stop kommer i utgangspunktet til å være veldig vanlige designelementer de neste årene, " sier Crane.
Når det gjelder drivstofføkonomi, er selvfølgelig sjåførens oppførsel også viktige. Forskjellen i drivstoffbruk mellom en aggressiv, blyfotfører og en jevn, konservativ en kan være hele 20 prosent. Til en viss grad kan teknologi pushe drivere bort fra deres mer avfallsrike tendenser. Selv om autonom kjøring neppe vil føre til førerløse biler, i hvert fall ikke snart, sa administrerende direktør i Renault-Nissan, Carlos Ghosn, ved et nylig arrangement ved Stanford University, "du kommer til å se mange biler med mindre innspill fra sjåføren. ”Disse bilene kan optimaliseres for drivstofføkonomi og effektiv ruting.
I den fjernere fremtid kan kryss være steder der biler er programmert for å bremse og veve seg gjennom, snarere enn å smelle bremsene eller navigere i rundkjøringer, antyder Schoettle for UMTRI. "Hvis ingen stopper, har du forbedret drivstofføkonomien, " konstaterer han.
"Det ville vært flott om det var en magisk kule, " sier Toyotas Reinert - noe teknologi som kan gjøre en skitten bil ren uten at vi noen gang har lagt merke til en forskjell i ytelse, valg, bekvemmelighet eller priser. Realiteten er at flere teknologier i de rette kombinasjonene kan gå langt i å rydde opp i kjøretøyene våre. "Alle disse tingene er små, " sier Reinert, "men det hele legger opp."
