Tehnologije skore budućnosti

0
147

Pedesetih godina 20. stoljeća, futuristički prikazi automobila najavljivali su leteće aute godine 2000.  Neki su proizvođači, poput Chryslera, 1960-ih korisnicima dali automobile s plinskom turbinom (varijanta mlaznog motora koja za pogon ne koristi potisak nego mehanički rad, npr. turbina okreće pogonsko vratilo) na probno korištenje na prometnicama. Javili su se i brojni maloserijski leteći automobili, koji su zapravo bili avioni sklopivih krila i osnovnim mogućnostima vožnje po cesti. Logističke i pravno-izvedbene prepreke bile su veći razlog zašto se nije raširio takav ili sličan oblik osobnog transporta od tehnoloških prepreka. Druge tehnologije obećavane s futurističkim optimizmom ipak su prešle sve prepreke pa su tržišno uspjele i postale svakondevne, očekivane i uzimane zdravo za gotovo. Primjer su računala u automobilima, čije velikoserijske primjene možemo vidjeti u gotovo znanstveno-fantastičnim reklamama s početka 1980-ih. Koje tehnologije ili promjene možemo očekivati u automobilima kroz idućih pet godina? Što će biti svakodnevno do mjere da će se podrazumijevati u prosječnom automobilu godine 2025.?

Motori s varijabilnim kompresijskim omjerom
Već se duže vrijeme eksperimentira s raznim rješenjima koja bi omogućila variranje kompresijskog omjera motora s unutarnjim izgaranjem. Nakon brojnih eksperimentalnih rješenja raznih proizvođača (npr. Saabov motor s pomičnom glavom), Infiniti/Nissan je 2016. godine predstavio prvi takav motor spreman za serijsku proizvodnju. VC-T (Variable Compression – Turbocharged) motor koristi klipnjače složene geometrije za promjenu hoda klipa kako bi postigao različite tražene kompresijske omjere. Nissanov VC-T motor artikuliranom geometrijom klipnjače mijenja hod klipa i time prostor od gornje mrtve točke hoda klipa do vrha komore za izgaranje. Kompresijski omjer može se opisati kao omjer prostora koji nastaju u cilindru kada je klip u donjoj i gornjoj mrtvoj točki (krajnje točke hoda). VC-T taj hod varira sukladno trenutnim uvjetima i zahtjevima za radom motora pa mu je kompresijski omjer od 8:1 do 14:1.

Visoki kompresijski omjeri poželjni su za višu izlaznu snagu zbog većeg stupnja toplinske efikasnosti, ali motori u putničkim vozilima moraju biti efikasni i malo trošiti pri režimu niskog opterećenja, pri malom gasu. Zatim, treba računati s sprječavanjem tzv. kucanja, detonacijom gorive smjese u krivom trenutku, omjerom goriva i zraka, korištenjem prednabijanja itd. Da bi se postigle performanse većeg, a potrošnja (i određene ispušne emisije) manjeg motora, koristi se i tehnologija variranja kompresijskog omjera. Osim mehaničkih rješenja, koriste se i varijacije ciklusa rada motora, poput Atkinsonovog ciklusa. Izlazna snaga motora je niža, ali je nešto niža i potrošnja nego pri Ottovom ciklusu. Atkinsonov ciklus jedna je varijanta Ottovog četverotaktnog ciklusa. Uglavnom se koristi u klasičnim rednim četverocilindričnim motorima, a primjer je Toyotin 1.8 s varijabilnim tajmingom ventila. Pri Atkinsonovom ciklusu usisni ventil ostaje otvoren neko vrijeme nakon što klip krene prema gore, tj. nakon što počne kompresijski takt ciklusa. Posredno se, zbog konstrukcije motora i usisne grane, pomogne usisnom taktu drugog cilindra, ali cilj je smanjiti efektivni kompresijski omjer motora i time smanjiti termomehaničke gubitke i potpunije iskoristiti rad zapaljene smjese. Slijedi paljenje smjese i ekspanzijski takt koji, kao i obično, koristi puni hod klipa prema donjoj mrtvoj točki: ekspanzijski omjer je veći od kompresijskog omjera. Uz upravljanje zasićenosti smjese gorivom, takav ciklus na štetu izlazne snage ostvaruje manju potrošnju nego da isti motor radi po Ottovom ciklusu.

Alternativa variranju kompresijskog omjera je visoki fiksni kompresijski omjer kako bi se upravljalo paljenjem i izgaranjem smjese (kombiniranje kontroliranog paljenja svjećicom i samozapaljenja kompresijom) s ciljem podizanja stupnja efikasnosti i smanjenja potrošnje; takav pristup ima Mazda u SKYACTIV-X motoru.

Četverotaktni motori bez klasičnih bregastih vratila
Koenigsegg (preko sestrinske kompanije FreeValve AB) razvija razvodni sustav bez konvencionalnih bregastih vratila i izgleda da će to biti prvi takav sustav koji će ući u širu primjenu. Do sad su se takvi sustavi u više varijacija ugrađivali u specijalizirane i maloserijske motore: za brodske motore, statične generatore, radne strojeve itd. Švedski se sustav temelji na hidropneumatskim aktuatorima ventila koji su precizno kontrolirani pripadajućom elektronikom (PHEA – Pneumatic-Hydraulic-Electric-Actuator). Takvim upravljanjem ventila optimizira se njihovo vrijeme kretanja i trajanje hoda sukladno trenutnim parametrima rada motora, a eliminiraju se i mehanički gubici povezani s pokretanjem i kretanjem bregastog vratila. U konačnici to znači višu snagu, nižu masu, nižu potrošnju i manje štetnih ispušnih emisija iz istog motora. Koenigsegg planira sportsku primjenu sustava (npr. zanimljivi model Gemera će prema najavama koristiti ovu tehnologiju), ali proizvodnja će vjerojatno krenuti u obliku cestovnog/putničkog četverocilindričnog kineskog 1.6 motora Qoros. Uz prilagođeno programiranje te pojednostavljivanje zbog cijene proizvodnje i održavanja, može se očekivati šira primjena i na drugim svjetskim tržištima.

Dvotaktni motori u hibridima
Dvotaktni dizelski motori se zbog kombinacije visoke volumetrijske i termičke iskoristivosti već odavno ugrađuju u brodove i lokomotive, a cestovne varijante su znale vrištati u američkim kamionima. Zbog sirovosti, buke, vibracija, kompleksnosti, a i normi o količini i sastavu ispušnih plinova za cestovna vozila, dvotaktni se motori sve rijeđe nalaze u prometu. No, kombinacija usavršavanja elektroničkog nadzora rada motora, minijaturizacije, direktnog ubrizgavanja i veće iskoristivosti dvotaktnog motora mogli bi rezultirati povratkom malih dvotaktnih dizelskih motora u cestovne automobile ili teretna vozila; Renault je krajem 2014. predstavio prototip. Primjena im se nazire u hibridnim automobilima i dostavnim vozilima, gdje bi vjerojatno bili upareni s generatorom i elektromotorom, prema stoljetnom receptu za brodove i dizel-električne lokomotive: dizelski motor pogoni generator za elektromotor, koji zbog povoljnije krivulje momenta (i okolišnih normi) pogoni vozilo.

Jači javni prijevoz
Zajedno s daljnjim ograničavanjem ili zabranom osobnog prometa u centrima gradova, mora se pojačavati javni prijevoz. Posebni segment javnog prijevoza može pokrivati kraće rute užeg gradskog centra, a to otvara prostor korištenju alternativnih izvora energije poput vodikovih ćelija. Premda su izumljene još u 19. stoljeću, nisu u široj primjeni zbog jeftinije energije iz drugih izvora i složenih postupaka izolacije i skladištenja vodika. No, s ciljanom primjenom za takav javni prijevoz prednosti bi mogle nadjačati nedostatke, a pitanje punjenja i servisiranja bilo bi riješeno stručnim osobljem i specijalnim stanicama. Osim toga, zadane rute, ograničene brzine kretanja i posebni nadzor javnog prijevoza mogli bi biti platforma za ispitivanje i implementaciju elemenata umrežavanja prometa radi povećanja stupnja sigurnosti i efikasnosti. U nekim gradovima gdje je uži centar pješačka zona, poput Ljubljane, koriste se i mali električni autobusi kapaciteta desetak ljudi, a taj model prometa može funkcionirati i u ruralnim područjima.

Servisi dijeljenja automobila i djelomično autonomni promet
Koordinirani promet je element onoga što zovemo autonomnim prometom, ali prava autonomija još je daleko i možda neće biti ostvarena osim u posebnim uvjetima (npr. posebno projektirane autoceste). Vjerojatnije rješenje za široku primjenu je kombinacija umreženog prometa i dijeljenja automobila među nekoliko korisnika, a jedan relativno rani pokušaj korištenja koordiniranog prometa odvio se u Francuskoj. Razvoj “Projekta Aramis” u Parizu trajao je od 1969. do 1987. kad je ugašen jer je prednost dana transportnom sustavu sličnom konvencionalnom vlaku. Aramis je bio zamišljen kao sustav koji bi vozila koja se kreću istom trasom povezao u kompoziciju sličnu vlaku, sinkronizirajući njihovo kretanje, ali bez mehaničke veze kakve imaju vagoni vlaka. Takva ideja će svakako biti implementirana u organizaciju prometa određenog stupnja autonomije. Komplementarno takvom grupnom i djelomično autonomnom kretanju, vozila koja sudjeluju u takvom prometu mogu biti dijeljena među nekoliko korisnika, poput zajedničkog auta u obitelji ili službenog auta firme.

Primjer dijeljenih osobnih vozila možemo vidjeti i u Hrvatskoj i drugdje u Europi: postoje servisi za bike sharing, pri čemu na zadanim točkama registrirani korisnici mogu zadužiti i razdužiti bicikle. Navedena dva principa, (1) grupiranje vozila u kretanju, i (2) dijeljeni osobni transport gotovo će sigurno biti korišteni u budućem svakodnevnom obrascu osobnog prometa, (prvenstveno trasa za dnevne migracije, npr. na posao i s posla). Kineska tvrtka Lynk & Co, Geelyjev brend koji na bazi Volva proizvodi nekoliko modela automobila prvenstveno za kinesko tržište, od početka je planira automobile prodavati preko pretplate za više korisnika; nude korisničke račune i ključeve za više ljudi iz istog kućanstva za isti automobil, a automobil je dio usluge (korištenje automobila, registracija, osiguranje itd.). Donekle slične usluge postoje i kod drugih proizvođača; Tesla prodaje automobile bez posrednika/zastupništva, a postoje i razni slični leasing modeli. Pretplata na automobil kao i na internet je potrošački model koji možemo očekivati u široj primjeni.