Lonjakan besar teknologi kenderaan adalah barang impian: kereta terbang, kereta api yang berjalan semata-mata pada tenaga surya atau helicar roda dua yang dipegang seimbang oleh gyroscopes. Tetapi jalan ke arah kereta yang bersih akan berjalan dalam langkah-langkah kecil. Terdapat tempat untuk semua kenderaan elektrik dan separa autonomi, tetapi tweak untuk reka bentuk yang membakar petrol akan memberikan banyak keuntungan bahan api ekonomi yang dijangka dalam dekad yang akan datang.
Penggila sedang dalam perjalanan. Musim bunga ini, ekonomi bahan api rata-rata semua kereta yang baru dibeli naik setinggi yang pernah ada, hingga 24.6 batu sejam, menurut analisis dari Institut Penyelidikan Pengangkutan Universiti Michigan (UMTRI). Ekonomi bahan bakar pasti akan naik lebih tinggi: Menjelang 2025, permintaan negara standard bahawa pembuat mencapai purata armada sekurang-kurangnya 54.5 batu per galon untuk kereta dan trak ringan.
Ekonomi bahan api yang lebih baik dapat membantu memerintah dalam penggunaan minyak dan lebih daripada 1.5 bilion tan pelepasan gas rumah hijau yang terbawa setiap tahun oleh kenderaan lebuh raya AS. Dan walaupun kereta dan trak dengan ekonomi bahan bakar yang terbaik sering menjual pada premium, perbatasan gas yang lebih baik dapat membantu pengguna menghemat wang di pam, di mana rumah Amerika yang tipikal kini menghabiskan kira-kira 4 peratus daripada pendapatan tahunannya.
Apabila harga petrol melebihi $ 4 per galon, ekonomi bahan bakar cenderung meningkat menjadi salah satu perkara utama yang dipertimbangkan ketika membeli kenderaan, kata Bruce Belzowski, seorang saintis penyelidikan di UMTRI. Harga telah berlegar di seluruh negara itu - meskipun purata negara tidak menyeberang sejak 2008 - dan pembeli menunjukkan minat untuk ekonomi bahan api yang lebih baik. "Pengguna mungkin berkata, 'Kita harus lebih banyak keluar dari tangki ini, ' 'kata Belzowski.
Laporan baru-baru ini dari Majlis Penyelidikan Kebangsaan mendapati bahawa ia secara teknikal boleh dilaksanakan untuk mengurangkan penggunaan petroleum dan pelepasan gas rumah hijau dari kereta sebanyak 80 peratus menjelang 2050, berbanding tahap 2005. Walau bagaimanapun, peningkatan kecekapan kenderaan berkuasa secara konvensional tidak akan cukup untuk menyampaikan penurunan dramatik sedemikian. Kereta mestilah rata-rata ke atas yang menakjubkan - dan sangat tidak mungkin - 180 batu per galon untuk mencapai sasaran berdasarkan keuntungan kecekapan sahaja. Di sinilah bahan bakar alternatif dan kenderaan elektrik semua akan dimainkan.
Semua kenderaan, tidak kira punca kuasa mereka, mestilah menjadi lebih cekap jika matlamat tersebut dapat direalisasikan, tetapi meningkatkan kecekapan mereka yang berjalan pada petroleum boleh memberi impak terbesar dalam jangka masa terdekat. Kereta ini terdiri daripada kebanyakan kenderaan di jalan raya hari ini, memakan kira-kira satu pertiga daripada semua minyak yang digunakan di Amerika Syarikat. Dan terdapat banyak ruang untuk penambahbaikan, dengan hanya seperempat tenaga dalam bahan api untuk kereta hari ini sebenarnya digunakan untuk memindahkan mereka ke jalan. Kebanyakan selebihnya hilang sebagai haba dalam enjin. Meminimumkan jumlah kerja yang perlu dilakukan oleh enjin gas adalah cara paling mudah dan paling murah untuk menjimatkan bahan bakar. Para saintis, penyelidik dan pengeluar kereta percaya ini dapat dicapai melalui pelbagai strategi, yang kebanyakannya di katalog di bawah:
Teknologi Tayar Baru
Tweaking reka bentuk tayar juga boleh menyampaikan keuntungan dengan memotong rintangan rolling, atau daya yang disebabkan oleh meratakan tayar kerana ia berguling di sepanjang jalan. Penunggang basikal tahu bahawa tayar rata memerlukan lebih banyak kerja keras untuk dilancarkan bersama pada klip yang dihormati. Begitu juga, meminimumkan jumlah meratakan atau ubah bentuk tayar kereta melalui bahan dan reka bentuk canggih dapat mengurangkan jumlah tenaga yang diperlukan hanya untuk memastikan ia bergolek.
Inovasi Mesin
Akan tetapi, penambahbaikan yang paling dramatik, mungkin akan datang dari perubahan kepada transmisi enjin, kata Alan Crane, ahli sains senior untuk Lembaga Penyelidikan Nasional mengenai Sistem Tenaga dan Alam Sekitar dan pengarah kajian untuk laporan NRC. Penghantaran dengan kelajuan yang lebih tinggi, transmisi dwi-klac dan salutan mengurangkan geseran boleh membantu enjin berjalan pada kecekapan yang lebih tinggi dan mengurangkan kehilangan tenaga.
Teknologi yang dikenali sebagai silinder penyahaktif adalah satu pilihan untuk pembuat kereta yang menginginkan produk kurang haus. Hal ini pada dasarnya membunuh separuh enjin apabila tidak diperlukan-semasa pelayaran lebuh raya, misalnya-tetapi mengekalkan kuasa tambahan pada ketuk untuk pecutan, pendakian besar, pengangkut bot atau situasi lain yang memerlukan enjin yang lebih kuat. "Jadi anda pergi dari enjin enam silinder ke tiga, " kata Brandon Schoettle, seorang penyelidik di UMTRI. Berjalan pada silinder kurang membolehkan pemandu mempunyai kedua-dua cara, mengutamakan kuasa apabila anda memerlukannya, dan ekonomi apabila anda tidak.
Mengurangkan enjin adalah satu lagi cara untuk mendapatkan kecekapan, dan ia tidak lagi perlu dilakukan pada kos prestasi. Dalam kereta gas konvensional, enjin pembakaran dalaman mengambil campuran petrol dan udara menjadi silinder. Omboh bergerak ke atas untuk memampatkan campuran ini, dan kemudian api menyala, menghasilkan letupan yang memacu omboh ke bawah. Injap terbuka untuk ekzos untuk meninggalkan silinder, dan kitaran bermula semula: pengambilan, pemampatan, pembakaran, ekzos. Turbocharging, yang memaksa udara tambahan ke dalam silinder enjin, boleh membuat enjin yang lebih kecil untuk menghasilkan lebih banyak kuasa dari setiap letupan kecil ini.
Lebih kecil biasanya bermakna lebih ringan, dan pengurangan 10 peratus dalam berat badan menghasilkan kira-kira tujuh peratus pengurangan dalam ekonomi bahan api, nota Crane. Menjelang 2050, laporan NRC menyimpulkan kereta boleh menimbang 40 peratus kurang. "Itu bahkan tanpa melibatkan banyak serat karbon ringan, " kata Crane. "Sekarang, hampir semuanya di dalam kereta hanyalah keluli biasa."
Menggantikan Keluli Berat
Aloi besi dan keluli membentuk kira-kira 45 peratus daripada kebanyakan kereta berat. Tetapi semakin, bahan canggih dapat diterapkan dalam fesyen jigsaw, dengan potongan ringan dimasukkan ke dalam berbagai tempat dalam struktur keluli. "Anda boleh menguatkan bahagian yang kritikal, " kata Bill Reinert, pengurus kebangsaan kenderaan teknologi maju untuk Toyota. Keluli berkekuatan tinggi sedang bertukar sebagai alternatif yang lebih nipis, lebih kuat untuk keluli biasa, dan kandungan aluminium semakin meningkat. Serat karbon dan komposit magnesium adalah bahan yang agak mahal dan sukar untuk bekerja dengan hari ini, tetapi jauh ke bawah jalan yang dapat membantu mengurangkan berat beberapa komponen sebanyak 75 peratus.
Menurun berat badan juga boleh mempunyai kesan domino kerana beberapa bahagian dalam kereta dijalankan secara berasingan. "Jika anda boleh menyimpan 100 paun, anda boleh beralih ke enjin yang lebih ringan, lebih kecil, atau mengurangkan saiz brek, " kata Crane. Sebaliknya, enjin yang lebih kecil boleh bermakna hanya kurang barangan di bawah hud, yang membolehkan lebih banyak fleksibiliti untuk reka bentuk aerodinamik, yang membawa kepada kecekapan yang lebih baik.
Pengeluaran Bahagian yang dioptimumkan
Kemajuan dalam reka bentuk dibantu komputer menjadikannya lebih mudah untuk mengoptimumkan bahagian dan sistem individu untuk hasil yang diinginkan. "Alat ini bertambah baik, " kata Crane. "Apabila [pembuat kereta] datang dengan semakan untuk sebuah kereta, mereka boleh memberi lebih banyak maklumat ke dalam komputer, dan mencari tahu bagaimana kompromi terbaik untuk ekonomi bahan bakar, serta faktor lain."
Tweak ke lengkung dan sudut kereta, dan penambahan injap panggang aktif yang menghalang aliran udara apabila ia tidak diperlukan untuk penyejukan enjin, boleh meminimumkan sebanyak 5 peratus seret kereta pada kelajuan tinggi, cukup untuk mengurangkan rumah hijau kenderaan pelepasan gas kira-kira 1 gram setiap batu dan menghasilkan ekonomi bahan api tambahan. Tetapi perubahan luaran tidak perlu dramatik untuk kereta mencapai 50 atau lebih batu ke galon. Sebagai bahan bakar untuk masa depan, Crane berkata, "sepatutnya kelihatan seperti kenderaan semasa."
Pemeriksaan tertutup atau spin di belakang roda mungkin menunjukkan beberapa perbezaan. "Oleh kerana berat badan yang lebih ringan, [kereta yang lebih cekap masa depan] mungkin agak berbeza. Ia akan mengendalikan lebih baik, ia akan mengecut di sudut lebih baik, "kata Crane. Dalam menganalisis laluan yang mungkin untuk 2050 matlamat, pasukan NRC menganggap kenderaan akan berterusan dalam bentuk semasa mereka. Kereta-kereta itu akan "menjadi lebih gila, " kata Crane, tetapi tidak ada radikal. Kenderaan "jangan menjadi lebih kecil atau sebaliknya menyapu semula bahawa anda tidak boleh menyesuaikan sesiapa di kerusi belakang."
A Helping Hand From Computers
Lebih daripada satu dekad selepas pengenalan Prius Amerika Syarikat, hibrid masih membentuk sekelip kecil dari keseluruhan pasaran auto-kira-kira tiga peratus daripada kenderaan yang dijual di Amerika Syarikat. Tetapi sesetengah teknologi dalam hibrid hari ini dapat membantu kereta api besok yang lebih luas mendapatkan perbatuan gas yang lebih baik. Salah satu bahagian yang paling penting ialah teknologi permulaan, yang menutup enjin apabila kenderaan sedang beristirahat, dan kemudian memulakan semula apabila pemandu memandu pada pemecut.
Dalam kacukan, ini sering digabungkan dengan brek regeneratif, yang memanfaatkan tenaga kinetik semasa perlahan dan brek untuk mengecas bateri. Tenaga tersimpan kemudian boleh digunakan untuk memulakan semula enjin. "Pengereman regeneratif dan permulaan akan menjadi elemen reka bentuk yang paling biasa pada beberapa tahun akan datang, " kata Crane.
Sudah tentu, apabila ia berkaitan dengan ekonomi bahan bakar, masalah tingkah laku pemandu juga. Perbezaan penggunaan bahan bakar di antara pemandu agresif dan pemandu yang tajam dan yang konservatif boleh menjadi sebanyak 20 peratus. Setakat tertentu, teknologi dapat menarik pemandu jauh dari kecenderungan mereka yang lebih boros. Walaupun memandu autonomi tidak mungkin menghasilkan kereta tanpa pemandu, sekurang-kurangnya tidak lama lagi, ketua eksekutif Renault-Nissan, Carlos Ghosn, berkata pada satu majlis baru-baru ini di Stanford University, "anda akan melihat banyak kereta dengan kurang input dari pemandu. "Kereta tersebut boleh dioptimumkan untuk ekonomi bahan bakar dan penghalaan yang cekap.
Pada masa depan yang lebih jauh, persimpangan boleh menjadi tempat di mana kereta diprogram untuk melambatkan dan menenun jalan mereka, bukannya membanting brek atau mengelilingi bulatan, kata Schoettle UMTRI. "Jika tidak ada yang berhenti, anda telah meningkatkan ekonomi bahan bakar, " katanya.
"Akan sangat bagus sekiranya ada peluru ajaib, " kata Reinert Toyota-sesetengah teknologi yang boleh menjadikan kereta kotor bersih tanpa kita perasan perbezaan prestasi, pilihan, kemudahan atau harga. Kenyataannya adalah pelbagai teknologi dalam kombinasi yang betul boleh pergi jauh ke arah membersihkan kenderaan kami. "Semua perkara-perkara ini sedikit, " kata Reinert, "tetapi semuanya semakin meningkat."
