Ekotechnologie - maksymalna minimalizacja

VolkswagenLekkie materiały, jak aluminium czy magnez, będą stosowane coraz częściej, bo skutecznie zbijają masę

Zamiana benzyny na gaz skroplony czy ziemny, wbrew pozorom, nie załatwia sprawy. Używane dziś paliwa alternatywne wciąż powstają w oparciu o surowce kopalne, których prędzej czy później zabraknie. Prawdopodobnie nie tak prędko, jak ropy naftowej, ale i tak nie możemy pozwolić sobie na czekanie z założonymi rękami, bo pewnego dnia, wiele lat od teraz, obudzimy się w dużych tarapatach. Współczesne rozwiązania to właściwie tylko półśrodki, ale zapewniają nam cenny bufor czasowy, dzięki któremu mamy szansę zdążyć opracować coś stałego, niezależnego od istniejących złóż i wahań cen na światowych giełdach. Ponieważ jednak wiele wody upłynie w Wiśle, nim uwolnimy się od bogactw wydobywanych z ziemi, musimy radzić sobie inaczej. Oto lista technologii, dzięki którym paliw ubywa wolniej.

Hybrydy
Auta o podwójnym, spalinowo-elektrycznym napędzie to już dzisiaj niemal codzienność. Zależnie od stopnia konstrukcyjnego zaawansowania - mającego następnie bezpośrednie przełożenie na cenę - rozróżniamy kilka typów takich pojazdów. Pierwsze to tzw. mild hybrids, czyli de facto rasowe spalinowce, tyle że wyposażone w systemy start-stop i układy odzysku energii kinetycznej podczas hamowania (o jednych i drugich więcej w dalszej części tekstu).

ToyotaSilnik spalinowy i akumulator ładowany z gniazdka razem? Owszem, to bardzo zgrany tandem

Prawdziwa hybrydyzacja zaczyna się o szczebel wyżej, gdy do gry wkracza silnik elektryczny, wspomagający swojego konwencjonalnego, tłokowego brata. W niektórych modelach, jak Honda Insight, motor karmiony prądem nigdy nie przejmuje pełnej inicjatywy i jedynie uzupełnia jednostkę o spalaniu wewnętrznym, równoważąc niewysoką sprawność i zmniejszając straty powstające podczas pracy pod wysokimi obciążeniami. Wyższy stopień wtajemniczenia prezentują modele pokroju Toyoty Prius, które na niewielkich dystansach potrafią poruszać się gardząc paliwami płynnymi i plwając z obrzydzeniem na samą myśl o emisji spalin. Pieśnią nieodległej, ale jednak przyszłości są hybrydy typu plug-in, czyli takie, które po naładowaniu z gniazdka jadą przez kilkadziesiąt kilometrów jako auta elektryczne, a gdy braknie im siły sprawczej, mkną dalej jako „zwykłe” hybrydy spalinowo-elektryczne. Następne w kolejce już czekają samochody elektryczne z range extenderami, których silniki konwencjonalne nie są w ogóle połączone z układem napędowym, a służą wyłącznie do generowania energii elektrycznej, gdy akumulatory powiedzą „pas”. Minusem takich rozwiązań jest ich wysoka cena, ale za to rewanżują się niskimi kosztami bieżącej eksploatacji - wynik 5-6 l/100 km w mieście to dla nich żaden wyczyn.

mototarget.plSamoczynne wyłączenie silnika po zatrzymaniu to nie objaw awarii - tak się oszczędza paliwo!

System start-stop
Hasło pewnej kampanii uświadamiającej kierowców w USA głosiło kiedyś: „Idling gets you nowhere”. Oznacza to mniej więcej tyle, że na biegu jałowym nigdzie się nie dojedzie, czyli nie warto stać zbyt długo z włączonym silnikiem, jeżeli nie jest to konieczne. Odnosi się to zarówno do porannych rozruchów i rozgrzewek, jak i do postojów na zatłoczonych skrzyżowaniach czy przejazdach kolejowych. O ile kierowcy większości aut muszą sobie radzić sami i w odpowiednich momentach wyłączać silnik, nabywcy coraz większej liczby modeli dostają do dyspozycji urządzenie, które ich wyręcza - układ dezaktywujący jednostkę napędową po każdorazowym zatrzymaniu samochodu (pod warunkiem, że ta jest już dostatecznie rozgrzana i pracuje efektywnie) oraz błyskawicznie ją uruchamiający w momencie ruszania. Wszystko dzieje się w pełni niezależnie od kierowcy, który musi jedynie pamiętać, by nie wciskać za wcześnie pedału sprzęgła (co powoduje ponowny rozruch) lub, w egzemplarzu z automatyczną skrzynią biegów, nie zdejmować stopy z pedału hamulca aż do chwili, gdy zaświeci się zielone światło lub podniesie szlaban. Sekretem systemu jest specjalny rozrusznik, któremu samoczynne uruchomienie silnika (bez konieczności przekręcania kluczyka) zajmuje mniej czasu niż tym klasycznym. Niektórzy producenci, np. Mazda, zmieniają też oprogramowanie jednostki napędowej tak, by w momencie zatrzymania tłoki ustawiały się w pozycji optymalnej z punktu widzenia ponownego włączenia. W gęstym ruchu miejskim, odbywającym się pod dyktando korków i licznych skrzyżowań ze światłami, takie rozwiązanie pozwala zaoszczędzić do 10% paliwa.

mototarget.plNa takim wskaźniku umieszczonym na tarczy prędkościomierza widać, ile energii wraca do samochodu podczas wytracania prędkości

Odzysk energii kinetycznej
Hamowanie to wyjątkowo nieekonomiczna faza jazdy samochodem. Energia cieplna powstająca w momencie zaciśnięcia się klocków na tarczach (lub rozparcia szczęk w bębnach) ulatuje bezpowrotnie w przestrzeń i choć, jak mówi porzekadło, w przyrodzie nic nie ginie, dla nas jest to z pewnością sprawa stracona. O ile ciepła emitowanego przez nagrzewające się elementy cierne układu hamulcowego w końcowej fazie zatrzymywania pojazdu na razie odzyskać nie sposób (straty pozostają, tyle że zminimalizowane), można przechwycić energię kinetyczną i zamienić ją w elektryczną, trafiającą do akumulatora. Cały system działa w podstawowych założeniach jak hamowanie silnikiem - po zdjęciu nogi z pedału gazu odcinany jest dopływ paliwa i następuje odwrócenie układu, czyli obracające się koła napędzają silnik. Cały szkopuł w tym, że do silnika podłączona jest (jako element jego osprzętu) prądnica - napędzana paskiem w momentach hamowania silnikiem, a nieczynna w pozostałych sytuacjach. Odzyskana energia, po przetworzeniu na elektryczną, zostaje zmagazynowana w pokładowej baterii, co oznacza, że jednostka napędowa nie musi tracić paliwa na jej generowanie w czasie jazdy. W niektórych samochodach elektrycznych efekt odzysku energii kinetycznej jest tak silny, że odpuszczenie przyspiesznika dałoby się porównać z gwałtownym „daniem po heblach”. Ważne dla używania tego wynalazku jest, aby przed zatrzymaniem dotaczać się na biegu i redukować przełożenie w miarę zbliżania się np. do świateł, ponieważ ewentualne wyrzucanie na luz zniweczy cały efekt. Następnym etapem na drodze do odzysku traconej energii mogą stać się generatory termoelektryczne, zamieniające ciepło umykające przez wydech na napięcie elektryczne.

Aktywna aerodynamika

VolkswagenAktywne osłony chłodnicy to już nie tylko pieśn przyszłości - coraz więcej modeli seryjnych ma takie

Budowa samochodu to jeden wielki kompromis. Nadwozie musi być lekkie i wytrzymałe, pojemne i opływowe oraz funkcjonalne i bezpieczne naraz. Straty i ustępstwa są nieuniknione, można jedynie starać się, by, parafrazując klasyka, minusy nie przesłoniły nam plusów. Dobrym przykładem jest tu zależność między aerodynamiką i zapotrzebowaniem samochodu na powietrze, służące m. in. do chłodzenia hamulców, wentylacji wnętrza i zasilania „układu oddechowego” silnika. Kształt osłony chłodnicy, rozsianych po karoserii wlotów powietrza czy felg to nie tylko kwestia chwilowego kaprysu motoryzacyjnej mody, ale też kawał roboty inżynierów, od której zależy np. to, czy tarcze hamulcowe lub silnik się nie przegrzeją. Do tej pory wszelkiego rodzaju „chrapy” w nadwoziu miały stały kształt i przepustowość od momentu opuszczenia bram fabryki aż po techniczną śmierć, ale teraz to się zmienia. W najoszczędniejszych wersjach wielu modeli (oznaczanych np. jako Ecomotive, Greenline, BlueEfficiency itp.), a wkrótce pewnie we wszystkich, stosuje się tzw. aktywną aerodynamikę, czyli układy regulujące ilość powietrza przepływającego wokół i do wnętrza pojazdu. Opływowe panele pod podwoziem, obniżony prześwit, dyskretne spoilery, dyfuzory czy gładkie i płaskie felgi to żadne rewelacje, ale żaluzje w atrapie chłodnicy czy zderzaku przednim - już tak. Rzecz w tym, że gdy silnik pracuje pod stałym obciążeniem, np. podczas jazdy w trasie, nie potrzebuje całego powietrza, które dostaje się do jego komory. Wtedy opuszczają się specjalne kurtyny, dzięki którym strumień powietrza łagodniej opływa nadwozie, a auto stawia mniejszy opór aerodynamiczny (najpoważniejszy ze wszystkich oporów ruchu, zwłaszcza przy prędkościach powyżej 120 km/h), zużywając mniej paliwa. Proste, tylko trzeba było na to wpaść.

MichelinPrzyjazne dla środowiska materiały, zmniejszająca opór toczenia rzeźba bieżnika - to opony jutra, które można kupić już dziś

Opony o zmniejszonych oporach toczenia
Samochodowe „laczki” to także sprawca poważnych strat. Ocenia się, że średnio jeden na pięć zbiorników zużywanego paliwa, czyli 20% każdego zatankowanego zbiornika, zostaje skonsumowane na pokonanie oporów toczenia. Aby redukować skutki tego kolosalnego wręcz marnotrawstwa, inżynierowie z branży oponiarskiej pracują wytrwale nad ogumieniem „stawiającym się” nawierzchni drogi w mniejszym stopniu. Specjalne mieszanki gumowe, rzeźby bieżników zapewniające układanie się koła do drogi w taki sposób, by relatywnie niwelować tarcie oraz zwężanie opon tak bardzo, jak tylko się da bez poświęcania bezpieczeństwa jadących, przynoszą wymierne korzyści w postaci spalania niższego o 0,5 l/100 km. Mało? Może i tak, ale w połączeniu z innymi rozwiązaniami technologicznymi okazuje się, że samochody klasy wyższej średniej zużywają tyle paliwa, co kompakty i małe auta 20-30 lat temu. „Zielone” opony mają jeszcze tę zaletę, że dają się zamontować również do starszych modeli - o ile dostępność rozmiaru na to pozwala - czego nie da się zrobić w przypadku układów start-stop czy rekuperacji energii. Z tymi ostatnimi pojazd musi się „urodzić”.

FPTDwucylindrowy silnik TwinAir o mocy 85 KM

Downsizing
Najbardziej efektywnym spośród wszystkich współczesnych trendów ekonomiczno-ekologicznych w motoryzacji jest prawdopodobnie downsizing, czyli zmniejszanie pojemności skokowych silników, bez jednoczesnego odbierania im osiągów. Nie jest to jedno rozwiązanie, ale raczej cały zestaw technik, które pozwalają wykrzesać taką samą moc z objętości zredukowanej o ¼, a przy tym sprawić, że samochód potrzebuje o 15-20% mniej paliwa i wydycha stosownie skromniejsze ilości szkodliwych i niepotrzebnych substancji. Wszystko rozbija się o poprawę sprawności, co osiąga się m. in. poprzez: redukcję oporów wewnętrznych silnika i ilości traconego przezeń ciepła, zastosowanie bezpośredniego wtrysku paliwa, doładowania (często jednocześnie mechanicznego i turbo, dzięki czemu jednostka napędowa ma więcej „pary” w całym zakresie prędkości obrotowych), zmiennych faz rozrządu i regulowanego wzniosu zaworów czy użycie lekkich materiałów (stopów aluminium i magnezu). Nie mniej ważne jest „leczenie” samochodów z nadwagi, której nabawiły się przez lata - dzięki temu silniki mogą być nie tylko mniejsze (np. 3 cylindry i 1,2 l zamiast 4 „garów” o pojemności 1,6 l), ale i słabsze, a w każdym razie nie muszą stawać się mocniejsze (np. volkswagenowski motor 1,2 TSI ze swoimi 105 końmi jest tylko o 3 KM mocniejszy niż 1,6 MPI, którego zastąpił).

mototarget.plOświetlenie do jazdy dziennej wykonane w technologii LED w Audi A6, opracowane przez firmę Hella

Oświetlenie w technologii LED
Konwencjonalna żarówka to podręcznikowy przykład marnotrawstwa. Dlaczego? Ano dlatego, że zaledwie 5% pobieranej przez nią energii przetwarzane jest na światło widzialne. Co dzieje się z resztą? Ulatuje w przestrzeń, przede wszystkim w postaci ciepła. O ile w domu jeszcze mamy szansę jakoś na tym skorzystać, o tyle w samochodzie zupełnie nie. Do tego, nagrzewające się żarniki same skracają własną żywotność, wymuszając wożenie kompletu zamienników na wypadek przepalenia podczas jazdy. Energooszczędne diody elektroluminescencyjne (LED) nie tylko zużywają ok. 40-krotnie mniej energii, ale też, m. in. dzięki temu, że nie rozpraszają jej w takich ilościach jak żarówki czy halogeny, wystarczają na cały okres technicznego żywota pojazdu, czyli na 20-25 lat. Bez wymiany! W motoryzacji najpierw pojawiły się w lampach tylnych i kierunkowskazach, teraz robią oszałamiającą karierę w światłach do jazdy dziennej (od lutego 2011 obowiązkowych we wszystkich nowych samochodach sprzedanych na terenie Unii Europejskiej). Styliści je uwielbiają, ponieważ z małych diod da się uformować niemal dowolny kształt, a szczyt popularności mają wciąż przed sobą, ponieważ w dziedzinie oświetlenia głównego rządzą nadal reflektory ksenonowe lub projekcyjne (soczewkowe), oparte na konwencjonalnych źródłach światła.

BMWGenerator termoelektryczny zamontowany w pobliżu układu wydechowego

Generatory termoelektryczne
Oświetlenie to nie jedyne źródło marnowania energii cieplnej w samochodzie. Duże jej ilości uciekają także poprzez wydech, w postaci rozgrzanych spalin. Podczas, gdy same produkty uboczne pracy silnika na niewiele się już zdadzą (może poza napędzaniem turbosprężarek), ciepło w nich zawarte pozostaje cenne. Rozwiązań seryjnych na razie brak, ale np. BMW i Volkswagen pracują nad eksperymentalnymi wersjami specjalnych generatorów, odbierających ciepło z wydechu i przetwarzających je w elektryczność służącą do zasilania np. klimatyzacji czy pokładowego sprzętu audio. Zużycie paliwa spada dzięki temu o ok. 5%, czyli w stopniu dość umiarkowanym, ale jeszcze nie udało się zbudować perpetuum mobile, z którego można by odzyskać tyle samo energii, ile się włożyło.

Podpowiedź momentu zmiany biegu
Wszystko, o czym pisaliśmy powyżej, oszczędza paliwo i zmniejsza emisję bez angażowania kierowcy, przynajmniej bezpośrednio. Pojawiająca się na wyświetlaczu pomiędzy zegarami strzałka sprawia jednak, że i kierujący ma wpływ na apetyt swojego samochodu.

BMWWydaje ci się, że wiesz, kiedy zmieniać biegi? Spróbuj robić to według wskazań komputera, a przekonasz się, w jak wielkim byłeś błędzie

Stosowanie się do sugestii elektroniki sterującej pracą silnika na pewno nie sprawi, że wszystkie starty spod świateł będą nasze, ale gwarantuje, że jednostka napędowa zawsze pracuje w optymalnym zakresie prędkości obrotowych i ani nie podlega przeciążeniom, ani nie puszcza pary w gwizdek. Można się spierać, czy zmiana biegu na wyższy przy 1500-2000 obr/min jest zdrowa dla silnika (z punktu widzenia efektywnego smarowania), ale skoro producenci tak zalecają, nie wypada zanadto protestować. Unikanie nadmiernego wciskania pedału gazu oraz redukowanie przełożeń we właściwym momencie według wskazań komputera pokładowego może stać się ciekawą grą, w której kierowca rywalizuje sam ze sobą o jak najmniejsze spalanie, a do tego szybko wchodzi w nawyk, dzięki czemu już zawsze jeździ się efektywnie, a nie efektownie. Korzyści widać podczas każdej wizyty na stacji paliw.

Techniki ecodrivingu z jednej strony, nowoczesne technologie z drugiej - to one sprawiają dziś, że luksusowe limuzyny zadowalają się ilościami paliwa, jakie do niedawna wystarczały tylko modelom masowym i niedrogim. O ile tych pierwszych trzeba się uczyć, a potem długo ćwiczyć, te drugie wyręczają nas i oczyszczają nam sumienie. W pewnym sensie oczyszczają nam także portfele, bo o ile przyczyniają się do zmniejszania rachunków płaconych za tankowanie, nadal słono kosztują w zakupie. Czyż Matka Ziemia nie jest jednak ważniejsza niż kilka(dziesiąt tysięcy) złotych?