Jaka będzie przyszłość motoryzacji?

Niestety, wszystko, co piękne, kiedyś się kończy. Przez ogólnoświatowy rozwój, pojawiający się smog i rosnące zapotrzebowanie na ropę naftową złoża stopniowo zaczęły się wyczerpywać, a zanieczyszczone powietrze stawało się coraz bardziej szkodliwe dla człowieka. To wpłynęło na ceny paliw, które zaczęły gwałtownie rosnąć. Starsze osoby z łezką w oku wspominają ceny nieprzekraczające 3 zł za litr benzyny bezołowiowej i jeszcze tańszy olej napędowy.

Niestety, to tylko wspomnienie. Teraz jeśli na stacji paliw koszt litra paliwa zbliża się do 5, a nie do 6 zł, wywołuje to ogólną radość. Dla wielu miłośników motoryzacji mających potężną benzynę bądź przymierzających się do jej zakupu, taki stan rzeczy jest trudny do zaakceptowania. Często kierując się głosem rozsądku, wybierają ekonomiczniejsze rozwiązania.

Ostatnie lata pokazują, jak silną presję na motoryzację wywiera ekologia. Konieczność ograniczania emisji substancji szkodliwych spowodowała, że na rynku jest coraz więcej małolitrażowych silników. Wszystko byłoby pięknie, gdyby nie to, że są one coraz bardziej wysilone i przez to ich żywotność jest znacznie obniżona. Obecnie przyjmuje się, że auto bez generalnego remontu przejedzie do 150 tys. km. Problem polega na tym, że na jednym biegunie jest konieczność spełnienia restrykcyjnych norm emisji substancji szkodliwych, a na drugim oczekiwania klienta.

Większość przyszłych nabywców nowego samochodu chce niskiego zużycia paliwa i osiągów pokroju samochodów sportowych. W związku z tym jednostki napędowe są coraz bardziej wyżyłowane. Jak wiadomo, im większe obciążenie podczas pracy silnika, tym większe zużycie paliwa. Rozwiązaniem jest zwiększanie doładowania. Ale im wyższe ciśnienie spalania, tym wyższa temperatura procesu, a co za tym idzie - wzrost emisji tlenków azotu.

Dlatego z jednej strony pracuje się nad udoskonalaniem procesu spalania, a z drugiej wyciska ostatnie soki z osprzętu jednostki napędowej. Dzięki optymalizacji konstrukcji i obniżaniu liczby cylindrów osiąga się wyższą sprawność, ale jednocześnie pojawiają się problemy z odprowadzaniem nadmiaru ciepła. Jest to kłopot, ponieważ konstrukcje po downsizingu mają mniejszą komorę spalania, a przez to panują tam zdecydowanie wyższe temperatury. Ma to duże znaczenie, w szczególności przy wysilonych silnikach wysokoprężnych, w których dochodzi do pęknięć głowicy. Kolejnym problemem są zwiększone siły działające na tłok i korbowody. To trend, który dopiero się rozwija, i trudno powiedzieć, czy istnieje światełko w tunelu dla tego typu rozwiązań. Już teraz pojawiają się kłopoty z wypalonymi tłokami czy nietrwałymi wtryskiwaczami.

Wśród państw Unii Europejskiej w Polsce jest najwięcej samochodów zasilanych LPG. Coraz więcej kierowców decyduje się na takie rozwiązanie w pogoni za obniżaniem kosztów. Nie ma co ukrywać, że oszczędności są i będą. Kosztem tego jest jednak utrudniona eksploatacja.

W starszych samochodach zasilanych LPG najczęściej spotykane objawy awarii to nierówna praca silnika na biegu jałowym (falowanie prędkości obrotowej), osłabienie dynamiki czy gaśnięcie silnika po odpuszczeniu pedału przyspieszania. Naprawa tych układów była łatwiejsza i mniej skomplikowana.

Problemy pojawiają się w nowoczesnych silnikach, z bardziej skomplikowanymi układami diagnostyki. W związku z tym układ LPG trudniej skalibrować z całą konstrukcją. Często potrzeba dobrego mechanika, a nie zawsze łatwo takiego znaleźć.

Innym problemem może być zużyta membrana. Jest ona odpowiedzialna za sterowanie podawaniem dawki gazu. Jeżeli jest ona wyeksploatowana, mieszanka ma nieprawidłowe proporcje, co powoduje spadek mocy i wzrost zużycia paliwa.

Opisane awarie dotyczą aut z silnikami benzynowymi wyposażonymi w instalację LPG. Tego typu rozwiązanie zaczyna powoli trafiać również do wysokoprężnych jednostek napędowych. Główną różnicą jest praca układu, ponieważ w dieslu do komory spalania wtryskiwane są równolegle gaz i paliwo. To technologia, która dopiero raczkuje, więc trudno mówić w tym momencie o awariach.

Niektórzy, tak jak Lexus czy Toyota, postanowili iść w innym kierunku. Otóż w przeciwieństwie do większości europejskich firm odchodzą od silników wysokoprężnych i rozwijają technologię hybrydową. Jest to połączenie silnika spalinowego z elektrycznym. W zależności od rodzaju napędu rozróżnia się układy:

•Szeregowe – silnik spalinowy pracuje cały czas w określonym zakresie prędkości obrotowej, napędzając generator prądu. Wytworzona energia jest przekazywana do silnika elektrycznego, a jej nadmiar gromadzony jest w akumulatorach.

•Równoległe – silnik spalinowy jest mechanicznie połączony z kołami. Gdy potrzebna jest duża moc, silnik elektryczny i spalinowy mogą pracować wspólnie. Podczas hamowania silnik elektryczny jest generatorem. Zalety tego rozwiązania to większa moc i lepsze osiągi.

•Szeregowo-równoległe – kombinacja układu szeregowego z równoległym.

Niewątpliwe zalety technologii hybrydowej to niższe zużycie paliwa i obniżona emisja substancji szkodliwych. Na przykład Toyota Auris w wersji benzynowej 1,6 l o mocy 130 KM emituje do atmosfery 138 g dwutlenku węgla na kilometr. Jej hybrydowa odmiana emituje zaledwie 91 g.

Negatywną stroną jest przede wszystkim cena. Cena podstawowej wersji Aurisa z tradycyjnym benzynowym silnikiem wynosi 66 400 z, a hybrydowy odpowiednik kosztuje 84 900 zł. Jak widać, różnica jest znaczna. Kolejną niedogodnością jest w wielu przypadkach mniejsza objętość bagażnika, wynikająca z obecności baterii.

Jakkolwiek by patrzeć, jest to jeden z kierunków, które mogą się sprawdzić. Na polskich drogach widać coraz więcej aut hybrydowych. Może zamiast gazowania samochodów lepiej kupić elektryczno-spalinowy odpowiednik.

W ostatnich samochody elektryczne zyskały na popularności. Doczekaliśmy się nawet pierwszego tego typu auta w klasie premium (BMW i3). Ich reklamowanie jako „zero emission” jest trochę naciągane.

Przede wszystkim takie pojęcie ma sens, jeżeli bierzemy pod uwagę tylko eksploatację samochodu, a nie cały cykl jego istnienia. Gdyby się zastanowić, do wyprodukowania i zasilania takiego auta potrzebna jest energia. To wiąże się z emisją substancji szkodliwych, w szczególności jeżeli prąd konieczny do jego ładowania jest pozyskiwany z elektrowni węglowych (np. Polska). W Wielkiej Brytanii, w której produkowany jest na przykład Nissan Leaf (najpopularniejszy samochód elektryczny), większość kraju jest zasilana z elektrowni atomowych.

Dla przykładu elektrownia węglowa o mocy 1000 MWe uwalnia do atmosfery 6,5 miliona ton dwutlenku węgla na rok, a jej atomowy odpowiednik eliminuje około 2,4 gitaton dwutlenku węgla rocznie. Ograniczenie emisji jest na tyle znaczące, że w samej Unii Europejskiej elektrownie jądrowe pozwalają na ograniczenie 700 milionów ton dwutlenku węgla. Jest to równowartość emisji tego składnika spalin emitowanego przez wszystkie pojazdy krajów członkowskich.

Wróćmy jednak do samochodów na prąd. Mają one swoje zalety, na przykład praktycznie płaski przebieg momentu obrotowego, a co za tym idzie - dobre osiągi, małą awaryjność czy de facto brak emisji z samego pojazdu, ale nie są wolne od wad. Główną, nurtującą zapewne większość inżynierów jest zasięg pojazdu. Maksymalny dystans do przejechania w lecie to około 200 km (dane dla Nissana Leafa), przy wykorzystaniu zasad ecodrivingu. W okresie zimowym, kiedy zmuszeni jesteśmy do używania ogrzewania, zasięg spada do maks. 100-120 km.

Dość duże rozmiary baterii, przeważnie litowo-jonowych, litowo-polimerowych bądź polimerowo-jonowych, nie pozwalają na zgromadzenie większej ilości energii. W związku z tym zasięg pojazdów elektrycznych jest ograniczony. Nie byłoby z tym problemu, gdyby infrastruktura stacji ładowania była rozwinięta na tyle, byśmy mogli swobodnie podróżować między miastami. Niestety, tutaj pojawia się kolejny kłopot, czyli czas ładowania. Jeśli ładujemy samochód z gniazdka domowego, trwa to od 6 do 12 godzin. Na stacjach szybkiego ładowania z założenia w 30 minut powinniśmy osiągnąć 80 procent naładowania. Innym pomysłem, który narodził się w Stanach, jest modułowa wymiana baterii. Polega on na tym, że na stację wyposażoną w podnośnik podjeżdżałoby auto, wyjmowano by rozładowane baterie i zastępowano by je nowymi, naładowanymi. Taka usługa miałaby kosztować około 60-80 dol., czyli 200-250 zł. Aby ten pomysł mógł zostać zrealizowany, konieczne byłoby ujednolicenie akumulatorów w samochodach elektrycznych, a na to producenci niekoniecznie się zgodzą.

Samochód elektryczny nadaje się do jazdy głównie w mieście, ponieważ dystanse między miastami przewyższają możliwości większości aut zasilanych z gniazdka. Być może są one przyszłością, ale z pewnością do ich sprawnego funkcjonowania potrzebna jest dobrze rozwinięta infrastruktura.

Prace nad ogniwami wodorowymi trwają od wielu lat. Po wielu koncepcyjnych propozycjach przyszedł czas na seryjną produkcję spod znaku Hyundaia. Zasada działania polega na przetwarzaniu energii chemicznej wodoru na energię elektromechaniczną. Paliwo przepływające przez anodę jest rozdzielane na protony i elektrony. Przy wykorzystywaniu membrany polimeryczno-elektrolitycznej elektrony zapewniają energię elektrycznej jednostce napędowej. Nadmiary energii gromadzone są w bateriach litowo-polimerowych o łącznej pojemności 24 kW.

W odróżnieniu od aut typu full electric pojazdy fuel cell (takie jak Hyundai ix35 Fuell Cell) są w stanie przejechać do 600 km. Zużycie wynosi 1 kg gazu na 100 km. To znacznie lepszy wynik, który pozwala już na spokojne podróżowanie.

Pewne obawy budzi możliwość rozszczelnienia się zbiornika wodoru podczas wypadku. Aby uniknąć tego typu sytuacji, przeprowadza się szereg badań zderzeniowych. Dla przykładu Hyundai ix35 Fuel Cell został poddany testom najazdowym z prędkością 84 km/h. Podczas tego badania bak się nie rozszczelnił. Takie testy pokazują, że konstrukcja została przemyślana i zapewnia bezpieczeństwo.

Historia motoryzacji jeszcze się nie skończyła, to raczej dopiero jej początek. Nie wyobrażamy sobie życia bez samochodów czy autobusów. W końcu jest to główny środek codziennej lokomocji. Warto się przyglądać, w którą stronę pójdzie motoryzacja. Oczywiste jest, że za paręnaście albo parędziesiąt lat samochody, jakie znamy obecnie, będą na wymarciu. Może w związku z tym warto korzystać z chwili i zapamiętać, co oznacza ryk silnika V8 i zapach wysokooktanowego paliwa. Jedyne słowa, które przychodzą mi w tym momencie do głowy, to zasłyszany klasyk: „Śpieszmy się kochać samochody, tak szybko odchodzą”.