Νέα συστήματα και τεχνολογίες που θα περάσουν στα επόμενα χρόνια θα αλλάξουν τον τρόπο της μετακίνησης μας για τα καλά, δίχως απαραίτητα να μας… βάζουν στην πρίζα!
Για περισσότερα από 130 χρόνια το προϊόν καύσης των υδρογονανθράκων πρωταγωνιστεί στις μηχανές εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ), μονοπωλώντας την αυτοκίνηση. Ο ατμός και ο ηλεκτρισμός, που είχαν εμφανιστεί αρκετά νωρίτερα, αντιμετώπιζαν πρακτικά προβλήματα, τόσο από πλευράς απόδοσης όσο και από πλευράς χρηστικότητας, ενώ, σε περίπτωση που δεν το γνωρίζετε, τα πρώτα αυτοκινούμενα οχήματα ήταν ηλεκτρικά! Τότε γιατί επικράτησαν οι ΜΕΚ; Για δύο πολύ απλούς λόγους: ήταν αποδοτικότερες και φτηνότερες ως μηχανές παραγωγής έργου, ενώ στη συνέχεια μπήκαν στο παιχνίδι και τα γεωπολιτικά συμφέροντα του μαύρου χρυσού. Αλήθεια, πόσο καιρό ακούτε πως τα αποθέματα του μαύρου χρυσού που υπάρχουν στον πλανήτη τελειώνουν στα «επόμενα χρόνια»; Αναμφίβολα, κάποια στιγμή θα τελειώσουν, αλλά όχι τόσο γρήγορα όσο ήθελαν κάποιες εκτιμήσεις. Μάλιστα, ένας καλά δομημένος ενεργειακός ιστός που δραστηριοποιείται και ανεφοδιάζεται με υγρά καύσιμα μην περιμένετε πως θα μετατραπεί σε κάτι άλλο πριν από τα μέσα του αιώνα (εδώ σχετική έρευνα).
Ηλεκτρικό δίκτυο
Το δίκτυο των 48V στα αυτοκίνητα σταδιακά θα περνά ακόμη και στις βασικές εκδόσεις που θα είναι εξοπλισμένες από συστήματα start/stop, υβριδικούς ηλεκτροκινητήρες, ραντάρ, κάμερες, πλατφόρμες infotainment, ενεργητική ανάρτηση και άλλα ενεργοβόρα συστήματα. Το σημερινό δίκτυο 12V έχει πλέον φτάσει στο όριο του και θα χρειαστεί περισσότερα απ τα 2-3 kW ισχύος για να καλυφθούν αυτές οι απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια. Ειδικά όταν αρχίσουν από την επόμενη δεκαετία να κυκλοφορούν ημιαυτόνομα οχήματα οι απαιτήσεις θα φτάνουν τα 10 kW και μόνο το δίκτυο των 48V μπορεί να τα καλύψει.
Αποδοτικότερα υβριδικά
Έτσι, ο κινητήρας δεν θα επιβαρύνεται και δεν θα αναλώνει έργο για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εξασφαλίζοντας μειωμένη κατανάλωση έως 10%. Τα πανάκριβα Bentley Bentayga και Audi SQ7 TDI με το ηλεκτρικό κομπρεσοράκι έχουν δίκτυο 48V και στο μέλλον αναμένεται να ακολουθήσουν και άλλα αυτοκίνητα. Μάλιστα, έτσι θα καλυφτούν οι ανάγκες και για πραγματικά mild-hybrids μοντέλα που δεν θα έχουν απλά ένα start/stop, αλλά και έναν ηλεκτροκινητήρα στην μετάδοση (όπως τα παράλληλης διάταξης υβριδικά).
Προηγμένη απενεργοποίηση κυλίνδρων
Στα μεγάλα αυτοκίνητα και σε συνθήκες χαμηλού φορτίου, η προσωρινή απενεργοποίηση των κυλίνδρων υπάρχει από παλιά (την είχε εισαγάει η Cadillac για πρώτη φορά το 1981 σε V8 μοτέρ), ενώ η VW πέρασε την τεχνολογία αυτή και στα 1.4 TSI ACT. Στο μέλλον αναμένεται να δούμε και άλλους κατασκευαστές να υιοθετούν παρόμοιο σύστημα απενεργοποίησης των «μισών» κυλίνδρων, ειδικά όταν από το 2017 οι μετρήσεις κατανάλωσης και ρύπων θα γίνονται σε πραγματικές περιβαλλοντικές συνθήκες.
Κυψέλες καυσίμου
Αν και στις αρχές της χιλιετίας τα fuel cell οχήματα φαινόντουσαν πιο κοντινά, γρήγορα έγινε αντιληπτό πως η μετάβαση στο υδρογόνο δεν είναι τόσο εύκολη. Ως τεχνολογία οι κυψέλες καυσίμου υπερτερούν των μπαταριών καθώς παράγουν επιτόπου ηλεκτρική ενέργεια (με καύση υδρογόνου ή άλλου «καυσίμου). Ωστόσο, η παραγωγή του υδρογόνου είναι πολύπλοκη και δαπανηρή, τουλάχιστον για τα σημερινά δεδομένα. Σήμερα το Toyota Mirai κατέχει τον τίτλο του πρώτου fuel-cell μοντέλου μαζικής παραγωγής, δίχως να υπολείπονται άλλα μοντέλα όπως το Honda Clarity, το Hyundai Tucson FC κ.α., ενώ θα ακολουθήσουν και άλλα όπως η Mercedes GLC F-Cell κ.α. Με απλά λόγια: η τεχνολογία είναι πρόσφορη, αρκεί να λυθεί το θέμα της παραγωγής και του ανεφοδιασμού με H2.
Αποθήκευση υδρογόνου
Έως τώρα και η αποθήκευση του υδρογόνου αποτελεί ένα μείζων θέμα, καθώς η αποθήκευση γίνεται σε βαριάς κατασκευής δεξαμενές και υπό πίεση κοντά στα 700 bar. Νέα υλικά επιτρέπουν την αποθήκευση σε μικρότερες και περισσότερες δεξαμενές καθιστώντας στο μέλλον την τοποθέτησή τους ακόμη και σε αυτοκίνητα πόλης.
Εξελιγμένες μπαταρίες
Εδώ και δεκαετίες οι ηλεκτροχημικές μπαταρίες δεν κατάφεραν να ξεπεράσουν σε ενεργειακή πυκνότητα τα υγρά καύσιμα. Για παράδειγμα οι μπαταρίες του Chevrolet Bolt EV ζυγίζουν 435 κιλά(!) και με 60 kWh θεωρητικά ισοδυναμούν ενεργειακά με το πολύ 7 λίτρα αμόλυβδης που περιέχει 33,7 kWh ενέργειας. Από την άλλη η εξέλιξη των μπαταριών προχωρά με θετικά, αλλά αργά βήματα και πέρα από τις λιθίου ίσως νέου τύπου (όπως οι με ανόδια πυρίτιο) να βελτιώσουν την ενεργειακή τους πυκνότητα. Αλλιώς τι νόημα έχει ένα μεγάλο μέρος από το φορτίο μιας μπαταρίας να αναλώνεται από το ίδιο της το βάρος; Τα ανόδια από πυρίτιο μπορούν να απορροφούν περισσότερα ηλεκτρόνια (δηλ. ρεύμα) χάρη της μεγαλύτερης ενεργειακής πυκνότητας, από ότι τα νικελίου, μαγγανίου και κοβάλτιου. Ειδικοί και κατασκευαστές όπως η Nissan δουλεύουν πάνω σε αυτή την τεχνολογία που μπορεί να βελτιώσει στην επόμενη δεκαετία έως και 40% την χωρητικότητα των μπαταριών.
Δίχως εκκεντροφόρους
Οι ΜΕΚ έχουν ακόμη περιθώρια εξέλιξης και οι ειδικοί βλέπουν λιγότερα κινούμενα μέρη, μικρότερες τριβές και απώλειες άντλησης. Η μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε μηχανική απαιτεί την ανάφλεξη του καύσιμου μείγματος στους κύλινδρους, με βασική παράμετρο τον ιδανικό χρονισμό των βαλβίδων. Τα σύγχρονα συστήματα μεταβλητού χρονισμού και βύθισης έχουν βελτιώσει σημαντικά την «αναπνοή» και την απόδοση των κινητήρων, αλλά ιδανικά κάθε βαλβίδα θα πρέπει να έχει ανεξάρτητη διαχείριση και να μην εξαρτάται από την κίνηση του εκκεντροφόρου. Για αυτό το λόγο οι ειδικοί πασχίζουν να περάσουν στην παραγωγή ηλεκτρομηχανικά ή ηλεκτροϋδραυλικά συστήματα ελέγχου κόντρα στο κυρίως στο κατασκευαστικό κόστος. Ένα camless μοτέρ είχε παρουσιάσει η Lotus τέλη της δεκαετίας του 1980, έως τώρα το πιο αξιόλογο σύστημα είναι το Multiair της Fiat (καταργεί μόνο τον εκκεντροφόρο εισαγωγής), ενώ ενδιαφέρον έχει και η FreeValve ιδέα της Koenigsegg, όπως και άλλων κατασκευαστών.
Επαυξητικοί κινητήρες
Οι μπαταρίες έχουν ακόμη πολύ δρόμο για να βελτιώσουν την ενεργειακή τους πυκνότητα, δηλ. να αποθηκεύουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια και να ζυγίζουν λιγότερο. Ειδικά στα οχήματα βαρέως τύπου το ζήτημα γίνεται πιο έντονο και η ιδανική λύση θα ήταν ένας επαυξητικός κινητήρας (range extender), όπως ένας κινητήρας φυσικού αερίου ή ένας άλλος σε ρόλο γεννήτριας. Το πρόσφατο φορτηγό της Nikola Motors χρησιμοποιεί ένα παρόμοιο υβριδικό σύστημα που «τρέχει» με CNG και παράλληλα ανακτά ενέργεια κατά την επιβράδυνση ή το concept της Nissan. Φυσικά υπάρχουν και πιο απτά παραδείγματα, όπως η έκδοση REX του BMW i3.
Ηλεκτρικό τούρμπο
Η υπερτροφοδότηση έχει καθιερωθεί πλέον σχεδόν σε κάθε κινητήρα των μοντέλων που πωλούνται στην Ευρώπη, και αυτό χάρη κυρίως στην εξέλιξη των ηλεκτρονικών συστημάτων και του σχετικού ελέγχου. Ωστόσο, η κίνηση του στροβιλοσυμπιεστή από τα παραγόμενα καυσαέρια θα έχει πάντοτε μία μικρή απώλεια στις χαμηλές rpm και ένα lag (όσο μικρό και αν είναι αυτό). Έτσι, λοιπόν, το επόμενο μεγάλο βήμα στο downsizing θα είναι τα ηλεκτρικά turbo που θα έχουν άμεση ανταπόκριση δίχως ίχνος καθυστέρησης (lag). Ένα ηλεκτρικό «κομπρεσοράκι» εξυπηρετεί και στον καλύτερο έλεγχο της προσωρινής απομόνωσης των κυλίνδρων σπρώχνοντας αέρα μόνο στους «ενεργούς», ενώ στην επιβράδυνση και στις κατηφόρες το ηλεκτρικό τουρμπάκι μπορεί να λειτουργεί σαν μία μικρή γεννήτρια ώστε να τροφοδοτεί το κύκλωμα με ενέργεια. Το Audi SQ7 TDI είναι το πρώτο μοντέλο παραγωγής με επικουρικό ηλεκτρικό τούρμπο, ενώ αναμένεται να δούμε και άλλους κατασκευαστές να ακολουθούν.
Αυτανάφλεξη
Οι ΜΕΚ έχουν αρκετά περιθώρια εξέλιξης και είναι πολύ σκληρές για να πεθάνουν (όπως έχουμε γράψει πολλές φορές). Η αυτανάφλεξη (HCCI ή Homogenous Charge Compression Ignition) στους βενζινοκινητήρες (δίχως μπουζί, όπως στους ντίζελ) θα ήταν μία εξέλιξη καθώς θα βελτίωνε συνολικά την απόδοση (κατανάλωση και ρύπους). Η Lotus είχε παρουσιάσει το 2009 τον πρωτότυπο Omnivore, ενώ o Diesotto της Daimler συνδύαζε και αυτός τους δύο κύκλους (Ottο + Diesel).
Μεταβλητή συμπίεση
Σε σχέση με την τεχνολογία HCCI η VCR δεν φαίνεται και τόσο μακρινή αφού η Infiniti παρουσίασε στο Παρίσι τον πρώτο κινητήρα μεταβλητής συμπίεσης! Προς το παρόν δεν γνωρίζουμε αν πρόκειται για μοτέρ ευρείας παραγωγής, αλλά αν τελικά ισχύσει κάτι τέτοιο θα είναι ο πρώτος στην αυτοκινητοβιομηχανία διανοίγοντας νέες προοπτικές και εποχές…
Πηγή: Car&Driver US, Road&Track US
Αυτό που θα κάνει αποδοτικότερους του κινητήρες στο μέλλον είναι η εφαρμογή νέων ισχυρότερων και ελαφρύτερων κραμάτων , η αποδοτική απλότητα κατασκευής, η αξιοπιστία και η μεγάλη διάρκεια ζωής τους.
Υπάρχουν κανόνες κατασκευής κινητήρων οι οποίοι όταν ακολουθούνται δίνουν θαυμάσια αποτελέσματα.
Ένα σημαίνον στέλεχος της ευρωπαϊκής αυτοκινητοβιομηχανίας είχε δηλώσει ότι το μέλλον των κινητήρων εσωτερικής καύσης ανήκει στους δίχρονους κεραμικούς κινητήρες.