乗り物技術の飛躍は夢のようなものです。空飛ぶ車、太陽光発電だけで走るサンモービル、ジャイロスコープによってバランスが保たれた二輪ヘリカーです。 しかし、よりクリーンな車への道は小さなステップで歩きます。 全電気自動車や半自動自動車の場所もありますが、ガソリンを燃やすように設計を微調整することで、今後数十年で予想される燃料経済性の向上の多くを実現できます。
ガズラーは出かけています。 ミシガン大学交通研究所（UMTRI）の分析によると、この春、新しく購入したすべての車の平均燃費は、ガロンあたり24.6マイルにまで上昇しました。 燃費は確実にさらに上昇します。2025年までに、国家規格は、自動車メーカーが自動車および軽トラックのガロンあたり少なくとも54.5マイルのフリート平均を達成することを要求します。
燃費の改善は、石油消費の抑制に役立ち、米国の高速道路車両によって毎年排出される15億トン以上の温室効果ガスの排出量を抑えることができます。 また、燃費が最も良い車やトラックはプレミアムで販売されることがよくありますが、燃費が改善されると、一般的なアメリカの世帯が年間収入の約4％を消費するポンプで運転手がお金を節約できます。
ガソリン価格が1ガロンあたり4ドルを超えると、燃費を向上させる傾向があり、自動車を購入する際に考慮すべき最も重要な要素の1つになります、とUMTRIの研究科学者であるブルース・ベルゾウスキーは言います。 2008年以降、全国平均はこの値を超えていませんが、価格は全国的にその水準を超えています。そして、買い物客はより良い燃料経済への欲求を示しています。 「消費者は、「この戦車からもっと多くのものを手に入れなければならない」と言っているかもしれません」とBelzowski氏は言います。
National Research Councilの最近のレポートでは、2005年のレベルと比較して、2050年までに自動車からの石油使用と温室効果ガスの排出量を80％削減することが技術的に実現可能であることがわかりました。 ただし、従来の動力車両の効率を改善するだけでは、このような劇的な削減を実現するのに十分ではありません。 自動車は、効率の向上だけに基づいて目標を達成するために、ガロンあたり180マイルという驚くべき、そして非常に低い平均を平均する必要があります。 そこで、代替燃料と完全電気自動車が登場します。
それらの目標を実現するためには、動力源に関係なく、すべての車両がはるかに効率的になる必要がありますが、石油で走る車両の効率を改善することは、近い将来に最大の影響を与える可能性があります これらの車は、今日の道路上の大半の車両を構成し、米国で使用されるすべてのオイルの約3分の1を消費しています。 そして、改善の余地は十分にあり、今日の車の燃料のエネルギーのわずか4分の1が実際に車を道路に移動させるために使用されています。 残りのほとんどはエンジンの熱として失われます。 ガスエンジンが実行しなければならない作業量を最小限に抑えることは、燃料を節約する最も簡単で費用のかからない方法の1つです。 科学者、研究者、および自動車メーカーは、これが複数の戦略によって達成できると考えています。その多くは以下にカタログされています。
新しいタイヤ技術
タイヤの設計を微調整することで、転がり抵抗や、タイヤが道路に沿って転がるときにタイヤが平らになることで生じる力をカットすることで、利益を得ることができます。 サイクリストは、パンクしたタイヤが立派なクリップで転がるために著しく多くの脚を必要とすることを知っています。 同様に、高度な素材と設計により、自動車のタイヤの平坦化または変形の量を最小限に抑えることで、転がり続けるために必要なエネルギー量を減らすことができます。
エンジンの革新
しかし、最も劇的な改善は、おそらくエンジンのトランスミッションの変更によるものだと、エネルギーと環境システムに関する米国研究評議会の上級科学者であり、NRCレポートの調査ディレクターであるアラン・クレーンは述べています。 より多くの速度の変速機、デュアルクラッチ変速機、摩擦低減コーティングは、エンジンをより高い効率で運転し、エネルギー損失を削減するのに役立ちます。
シリンダーの非アクティブ化として知られる技術は、のどが渇いた製品を望む自動車メーカーの1つのオプションです。 これは、たとえば、高速道路の巡航中など、必要のないときにエンジンの半分を本質的に殺しますが、加速、大上昇、ボート運搬、またはより強力なエンジンを必要とする他の状況のためにタップの余分な電力を維持します。 「だから、6気筒エンジンから3気筒エンジンに移行します」とUMTRIの研究者であるブランドンショットルは言います。 少ないシリンダーで実行すると、ドライバーは両方の方法を使用でき、必要なときに電力を優先し、不要なときに経済を優先します。
エンジンを小型化することも効率を上げるためのもう1つの方法であり、パフォーマンスを犠牲にする必要はなくなりました。 従来のガソリン車では、内燃エンジンはガソリンと空気の混合物をシリンダーに入れます。 ピストンが上に移動してこの混合物を圧縮すると、火花が点火して、ピストンを下方向に駆動する爆発を引き起こします。 排気のためにバルブが開き、シリンダーから出て、吸気、圧縮、燃焼、排気というサイクルが再び始まります。 余分な空気をエンジンのシリンダーに押し込むターボチャージは、小さなエンジンがこれらの小さな爆発のそれぞれからより多くの電力を生成できるようにします。
小さいほど通常は軽いことを意味し、車の重量を10％削減すると、燃費が約7％削減されます。 2050年までに、NRCレポートは、自動車の重量が40％減ると結論付けています。 「それは、大量の[軽量]炭素繊維を使用しなくてもです」とクレーンは言います。 「今、車の中のほとんどすべてが単なるスチールです。」
ヘビースチールの交換
鉄と鋼の合金は、ほとんどの車の重量の約45％を占めています。 しかし、鉄骨構造のさまざまな場所に軽量の部品を挿入して、高度な材料をジグソーパズルのように適用できることがますます増えています。 「重要な部品を強化することができます」とトヨタの先進技術車の国家マネージャーであるビル・ライナートは言います。 高強度鋼は、通常の鋼に代わるより薄く、より強力な代替品として交換されており、アルミニウム含有量が増加しています。 炭素繊維とマグネシウムの複合材料は比較的高価であり、今日使用するのが難しい材料ですが、将来的には、一部のコンポーネントの重量を最大75％削減するのに役立ちます。
車内のパーツが単独で走行することはほとんどないため、重量を落とすとドミノ効果もあります。 「100ポンド節約できれば、より軽量で小型のエンジンに切り替えたり、ブレーキのサイズを小さくしたりできます」とクレーンは言います。 次に、エンジンが小さいほど、ボンネットの下の物が少なくなり、空力設計の柔軟性が高まり、効率がさらに向上します。
部品生産の最適化
コンピューター支援設計の進歩により、個々の部品やシステムを望ましい結果に最適化することが容易になっています。 「ツールは改善されています」とクレーンは言います。 「[自動車メーカー]が車の修正案を思いついたとき、彼らはより多くの情報をコンピューターに入力し、燃費やその他の要因について最善の妥協案を見つけ出すことができます。」
車のカーブと角度を微調整し、エンジン冷却に不要なときに空気の流れをブロックするアクティブグリルシャッターを追加することで、高速での車の抗力を最大5％最小限に抑えることができ、車両の温室効果を低減できます1マイルあたり約1グラムのガス排出量と追加の燃料経済性をもたらします。 しかし、車がガロンまで50マイル以上を達成するために、外部の変化が劇的である必要はありません。 未来の燃料消費者であるクレーンは、「現在の車両とほとんど同じように見えるはずです」と言います。
ただし、詳細な検査またはホイールの後ろの回転により、いくつかの違いが明らかになる場合があります。 「大幅に軽量化されているため、[将来のより効率的な車]は多少異なると感じるかもしれません。 取り扱いが良くなり、角を曲がりやすくなります」とクレーンは言います。 これらの2050年の目標への可能な経路を分析する際、NRCチームは、車両が現在の形で多かれ少なかれ続くと想定しました。 それらの車は「もう少し吹きさらしのように見える」とクレーンは言うが、急進的なものは何もない。 車両は「後部座席に誰も収まらないほど小さくなったり後退したりしないでください。」
コンピューターからの支援の手
Priusが米国に導入されてから10年以上経った今でも、ハイブリッドは自動車市場全体のほんのわずかな部分を占めています。これは、米国で販売されている車両の約3％です。 しかし、今日のハイブリッド車の技術の一部は、明日の車の広範な走行距離を延ばすのに役立つ可能性があります。 最も重要な要素の1つは、車両が停止しているときにエンジンを停止し、ドライバーがアクセルを踏んだときに再起動するスタート/ストップテクノロジーです。
ハイブリッドでは、これは多くの場合、回生ブレーキと組み合わされます。回生ブレーキは、バッテリーを充電するために減速およびブレーキ中に運動エネルギーを利用します。 蓄えられた電気は、エンジンを再起動するために使用できます。 「回生ブレーキとスタート/ストップは、今後数年間で基本的に非常に一般的な設計要素になるでしょう」とクレーンは言います。
もちろん、燃費に関しては、ドライバーの行動も重要です。 アグレッシブな鉛足のドライバーと均一に保守的なドライバーの燃料使用量の差は、最大20パーセントにもなります。 ある程度まで、テクノロジーはドライバーをより無駄の多い傾向から遠ざける可能性があります。 自動運転が無人運転車になることはまずありませんが、少なくとも間もなく、ルノー・ニッサンの最高経営責任者であるカルロス・ゴーンは、スタンフォード大学での最近のイベントで次のように述べています。これらの車は、燃費と効率的なルーティングのために最適化できます。
遠い将来、交差点は、ブレーキを強く押したり、ロータリーをナビゲートしたりするのではなく、車が減速して通り抜けるようにプログラムされている場所になる可能性があります、とUMTRIのSchoettleは示唆しています。 「誰も止まらないなら、あなたは燃費を改善した」と彼は指摘する。
「何か特効薬があったらいいですね」とトヨタのReinertは言います。これは、パフォーマンス、選択、利便性、価格の違いに気付かずに汚れた車をきれいにすることができる技術です。 現実には、複数のテクノロジーを適切に組み合わせることで、車両のクリーンアップに大いに役立つ可能性があります。 「これらはすべて小さなものです」とReinert氏は言います。
