От Норман Майерсън
Сред всички несигурности в света изглежда поне един въпрос уреден: Батериите и електрическите двигатели ще имат основна роля в захранването на автомобилите и камионите на нашето бъдеще. Това, което е далеч по-малко сигурно, е колко голяма ще бъде тази роля или колко бързо ще се случи преминаването към електрификация.
Тенденцията на автомобилите с електрическо задвижване нарасна далеч отвъд хибридите като вездесъщата Toyota Prius. В началото на тази година Ford Motor обяви, че ще разработи хибридни версии както на мускулестия си пикап F-150, най-продаваният автомобил в страната, така и на Mustang, фокусиран върху представянето. Миналия месец Volvo заяви, че от 2019 г. всички негови новоизлезли модели ще бъдат хибридни или изцяло електрически. Това бързо беше последвано от новината, че Франция и Великобритания планират да забранят продажбата на нови петролни автомобили до 2040 г.
Но двигателите с бензинов и дизелов двигател все още не са готови. Точно както електрифицираните автомобили - независимо дали са хибриди или модели с чисто батерии - изглежда се насочват към пазарно господство, Mazda обяви пробив в бензиновите двигатели, който може да ги направи далеч по-ефективни. Това е последният обрат в сюжета от един век на подобрения на двигателите с вътрешно горене, източник на енергия, обявен за мъртъв многократно, който въпреки това продължава. Ето няколко истини за най-новото в автомобилните технологии.
Защо цялото вълнение от новата технология на газовите двигатели?
Mazda заяви, че е постигнала голям напредък в метода на горене, известен като запалване чрез компресиране с хомогенно зареждане, което ще доведе до бензинови двигатели, които са с 20 до 30 процента по-ефективни от най-добрите съществуващи двигатели на компанията. Изследователи от цял свят се опитват да пробият този процес от години, но той никога не е напускал лабораторията.
Mazda, която сега не пуска на пазара хибридни автомобили, нарича двигателя Skyactiv-X и казва, че е планиран за въвеждане през 2019 г. Най-просто казано, голямата разлика с новия двигател е, че при определени условия на работа бензинът се запалва без използването на свещи. Вместо това изгарянето се задейства от екстремната топлина в цилиндъра, която се получава от буталото вътре в двигателя, движещо се нагоре и компресиращо въздуха, задържан вътре, както използват дизеловите двигатели по същия метод. Повишаването на ефективността идва с възможността да се работи с много слаба смес - много малко газ за количеството въздух - че типичният двигател с искрово запалване не може да гори чисто.
Така че все още има малко живот в бензиновите двигатели?
Определено. Джон Хейууд, професор по машиностроене в Масачузетския технологичен институт, прогнозира, че през 2050 г. 60 процента от лекотоварните автомобили все още ще имат двигатели с вътрешно горене, често работещи с електрически двигатели в хибридни системи и до голяма степен оборудвани с турбокомпресор. Според него превозните средства, задвижвани изцяло от батерии, ще представляват 15 процента от продажбите.
Предимството на турбокомпресорите за увеличаване на мощността е широко използвано днес, но през следващите години то може да бъде наклонено към дизайна на по-малки двигатели, които все още отговарят на нуждите на клиентите. „Истинската полза идва от намаляването на размера“, каза д-р Хейууд. „Това намалява триенето, което дъвче значителна част от вложената енергия.“
Д-р Хейууд, който се замисля дали би служил най-добре на своите ученици чрез преподаване на горене или електрохимия, се занимава с предизвикателството на бъдещето на бензина от малко по-различна посока: практическите ограничения на акумулаторните електрически автомобили. „Задържайки газова дюза, можете да прехвърлите 10 мегавата енергия за пет минути“, каза той, обяснявайки днешната реалност за зареждане с гориво. За да презаредите електрически Tesla с тази скорост днес, каза той, ще е необходим „кабел, който не можете да задържите“.
Въпросът е колко по-добри могат да бъдат бензиновите двигатели. Конвенционалните бутални двигатели са изминали дълъг път и техническите усъвършенствания като директно впръскване на гориво, променливо време на клапаните и системи за изключване на цилиндрите вече са широко разпространени. Заедно с иновациите в олекотените каросерийни материали и трансмисиите с двоен съединител, пробегът непрекъснато се подобрява, така че естествено сега е по-трудно да се постигнат допълнителни печалби - обикновено в едноцифрени проценти.
Защо електрическите автомобили няма да се хванат по-бързо?
Това зависи от това какво се разбира под „електрически“. Днес в Съединените щати само около дузина нови модели работят само на двигатели, задвижвани от батерии; пет пъти повече от много модели в шоурумите използват някаква комбинация от бензинов или дизелов двигател и електрически мотор. Тези хибриди, някои от които носят големи батерии, които могат да бъдат презаредени чрез включване в мрежата, могат да бъдат много ефективни. Но поради допълнителното оборудване първоначалните им разходи са по-високи. Електрифицираните автомобили от всякакъв тип се продават оживено в сравнение с предходните години, но те все още представляват малка част от общия пазар в тази страна. През юли хибридите и електрическата енергия отчитат 44 000 продажби на общ пазар от 1,4 милиона автомобила.
Дори плановете в Европа за забрана на продажбата на нови автомобили, задвижвани с газ или дизел, ще отнемат десетилетия, за да стартират напълно. Правилата няма да влязат в сила повече от 20 години. Освен това средната възраст на 270-те милиона лекотоварни превозни средства на пътя в САЩ днес се доближава до 12 години, така че дори ако продажбите на нови бензинови автомобили да спрат незабавно, флотът ще отнеме повече от десетилетие превключвам.
Но автомобили като Toyota Prius все пак могат да бъдат по-икономични, нали?
Хибриди като Prius може да продължат да пестят пари при всяко попълване, но това не е цялата история. В своя тест на хибридния миниван на Chrysler Pacifica от 2017 г., плъгин модел, за който правителството казва, че може да измине само 33 мили от батерията, Car and Driver изчислява възвръщаемостта на хибридната премия от 2100 долара за повече от осем години (въз основа на шофиране 12 000 мили годишно и преди всякакви данъчни стимули). Така че, да, има спестявания, ако карате много километри или сте склонни да задържите превозните средства дълго време. Калкулацията се променя, ако бензинът поскъпне. Въпреки това, хибридът е по-приятелски настроен към планетата по отношение на емисиите на отработилите газове и парниковите газове.
Какво друго да очакваме с двигатели по-нататък в бъдещето?
До 2050 г., проектът за проучване на д-р Heywood, днешната икономия на гориво може да се удвои. „Четвърт до една трета от това подобрение ще дойде от подобрения на превозното средство“, каза той в области като аеродинамиката и намаляването на теглото. Други обещаващи области включват променливи коефициенти на компресия - технология, която Nissan планира да въведе през следващата година - и по-добро използване на наличните горива.
Този въпрос дали да се преподава горене или електрохимия? Д-р Хейууд все още се бори с него, въпреки че признава, че отговорът е „и двете по-горе“. Темата се превърна в тема на презентация, която той е подготвил - а концепцията за електрификация може да бъде намерена на повечето страници.