Technika: co przyniesie nam przyszłość?

Jeszcze do niedawna każda następna generacja danego modelu miała wyższą masę własną. Działo się tak na skutek wzrostu wymagań co do bezpieczeństwa biernego i montażu coraz bogatszego wyposażenia. Podróżowanie stało się także wygodniejsze, ale już niekoniecznie tańsze. Każdy dodatkowy kilogram oznacza wzrost zużycia paliwa i pogorszenie osiągów.

Niektórzy producenci zaczęli już odnosić sukcesy we walce z samochodową otyłością. Ford Fiesta, Mazda 2 czy Volkswagen Polo są lżejsze od poprzedników, utrzymują masę poniżej umownej granicy 1000 kg. Jak silny jest wpływ masy na osiągi samochodu? 122-konny Golf VI wygrywa w sprincie do setki z 140-konną Astrą J. Różnica to ok. 100 kg.

Producenci popularnych samochodów próbując obniżać masę nie wykorzystują szeroko stopów lekkich. Aluminiowe Audi A2 nie przekonało klientów - było po prostu za drogie. Okazuje się, że stal dalej ma sporo do zaoferowania. Nie chodzi tu tylko o stosowanie stali o lepszych właściwościach wytrzymałościowych, ale także o dopracowanie struktury nadwozia.

W dobie komputerowego wspomagania projektowania i obliczeń wytrzymałościowych optymalizacje stają się znacznie łatwiejsze. Możemy oczekiwać coraz lżejszych, szybszych i bardziej ekonomicznych samochodów.

Ograniczanie masy ma też jeden niekorzystny skutek uboczny: ograniczanie liczby elementów. Zamiast kilku małych części stosuję się jedną, lżejszą niż zastępowane elementy, ale podwyższającą koszty napraw (trzeba wymieniać całość).

W każdym folderze reklamowym roi się od trzyliterowych skrótów i anglojęzycznych nazw. Obok naprawdę przydatnych systemów ABS czy ESP, pojawiają się coraz dziwniejsze rozwiązania próbujące we wszystkim wyręczać kierowcę.

Asystent parkowania, utrzymywania odległości za poprzedzającym pojazdem czy pasa ruchu, a nawet system rozpoznający znaki - to już nie jest science fiction. Wydawałoby się, że niebawem doczekamy się samochodów niepotrzebujących kierowcy.

Ta utopijna wizja ma jednak mierne szanse na realizację w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat. Na chwilę obecną udaje się tylko poprowadzić pojazd po wyznaczonej trajektorii - z tego korzystają np. bezzałogowe samoloty. Ruch drogowy wymaga interakcji z innymi pojazdami. Także z tymi nieprzewidywanymi, kierowanymi przez żywych ludzi.

Inna kwestia to stopniowe usuwanie połączeń mechanicznych pomiędzy kierowcą a elementami samochodu. We współczesnych pojazdach znalezienie linki łączącej pedał przyspieszenia z przepustnicą jest bardzo mało prawdopodobne. Kierowca może tylko "powiedzieć" sterownikowi czego oczekuje od silnika, ale nie może już bezpośrednio wpływać na sam silnik.

Czy to zły kierunek? Raczej nie. Kiedyś trzeba było ręczeni ustawiać "ssanie", a jeszcze wcześniej, u początków motoryzacji, zmieniać kąt wyprzedzenia zapłonu. Całkowite uniemożliwienie bezpośredniego sterowania silnikiem jest sposobem na podwyższenie odporności silnika na błędne decyzje kierowcy.

Póki co obecne jest jeszcze mechaniczne połączenie pomiędzy kołem kierowniczym a przednimi kołami. Jednak także tu elektronika ma coraz więcej do powiedzenia. Wystarczy wspomnieć o aktywnych mechanizmach kierowniczych Audi, BMW czy Lexusa. Podobnie jest z hamulcami - sterownik ABS/BAS/ESP/ASR może zmieniać ciśnienie w cylinderkach, pomimo, że nacisk nogi kierowcy na pedał nie ulegnie zmianie.

Przyszłością mogą być hamulce uruchamiane całkowicie elektrycznie. Problemem w tym przypadku jest zbudowanie wydajnego mechanizmu uruchamianego siłownikiem lub silnikiem elektrycznym. Na rozwiązania produkcyjne trzeba będzie dość długo poczekać.

Lista rozwiązań, które mogą zostać wprowadzone do silników spalinowych jest długa. Spore szanse na wprowadzenie lub spopularyzowanie mają:

• elektromagnetyczny i elektrohydrauliczny rozrząd,
• zmienny stopień sprężania,
• jednoczesny zapłon w pełnej objętości mieszanki (HCCI),
• cykl Atkinsona,
• turbosprężarka ze wspomaganiem elektrycznym.

Na pewno jednym z czynników decydujących o rozwoju silników będą ograniczenia emisji spalin. Już obecnie silniki Diesla potrzebują bardzo skomplikowanych i drogich układów oczyszczania spalin. Dalsze zaostrzanie norm może sprawić, że produkcja takich jednostek stanie się nieopłacalna. Przyszłość bez silników ze zapłonem samoczynnym? To możliwe.

Samochody elektryczne już obecnie nadają się do jazdy miejskiej. Ich popularność będzie stopniowo rosła. Pomyli się jednak każdy, kto zapowie rychłe pożegnanie silników spalinowych.

Najnowszym trendem jest tzw. range extender, czyli silnik spalinowy połączony z generatorem, który ma wspomagać akumulatory samochodu podczas jazdy pozamiejskiej. Być może przyjmie się koncepcja wyjmowanego uniwersalnego agregatu. Takie urządzenie mogłoby zwiększyć zasięg każdego pojazdu elektrycznego.

Przyszłość wodoru rysuje się w znacznie gorszych barwach. Samochód elektryczny podłącza się do gniazdka, ładuje i jeździ. W przypadku wodoru, który bardziej powinien być określany jako nośnik energii niż typowe paliwo, sprawa jest znacznie bardziej skomplikowana. Potrzebne są stacje tankowania, drogie zbiorniki paliwa i zakłady wytwarzające wodór. Sam sens wytwarzania wodoru może budzić wątpliwości.

Wodór można wytwarzać w procesie reformingu gazu ziemnego. Tylko dlaczego nie spalić tego gazu bezpośrednio w silniku? Innym sposobem jest elektroliza wody. Niestety taki proces, wraz z późniejszym wytwarzaniem prądu elektrycznego, jest kilkukrotnie mniej sprawny niż ładowanie i rozładowywanie akumulatorów.

Przez najbliższe kilkanaście, może nawet kilkadziesiąt lat samochody nie zmienią się znacząco. Można się spodziewać wzrostu popularności napędów hybrydowych, elektrycznych i wprowadzenia kilku nowych rodzajów paliw.

Koncepcja samochodu nie uległa przeobrażeniu przez 100 lat, trudno więc spodziewać się, że jutro obudzimy się w świecie trójkołowych elektrycznych pojazdów z nadwoziami zbudowanymi w oparciu o tworzywa sztuczne.