Próba zastąpienia benzyny jako podstawowego paliwa dla samochodów jest tak stara jak sam samochód. Para, turbiny, które mogłyby działać na wszystkim, od tłuszczu z frytek po perfumy, wodór i gaz ziemny, wszystkie były postrzegane jako zamienniki.
Do niedawna następcą wydawały się pojazdy zasilane akumulatorowo. Jednak lawina ogłoszeń różnych producentów samochodów w ostatnich latach, że nie będą inwestować w nowe silniki spalinowe, okazała się fałszywym alarmem dla tych, którzy lubią ryk i wibracje od wciśnięcia pedału gazu do dechy.
Toyota pracuje nad poprawą sprawności cieplnej swoich silników, co pozwoli na zwiększenie oszczędności paliwa i redukcję emisji dzięki zamianie większej ilości ciepła wytwarzanego w procesie spalania na pracę.
Silniki Dynamic Force Toyoty mogą osiągnąć 41 procent sprawności cieplnej. Większość silników spalinowych pracuje przy sprawności około 30 procent. (Według Departamentu Energii pojazdy elektryczne działają w zakresie 70 procent.)Porsche planuje wprowadzenie na rynek SUV-a z silnikiem spalinowym , który mógłby zastąpić benzynowego Macana. Producent samochodów zwiększa inwestycje w modele benzynowe na tle wolniejszej niż oczekiwano sprzedaży pojazdów elektrycznych.
Mercedes-Benz poinformował w tym roku, że pracuje nad nowym silnikiem spalinowym, co ma być reakcją na słabą sprzedaż pojazdów elektrycznych.
Ale producenci samochodów, mimo że zaczynają inwestować w nowe silniki, zastanawiają się również nad tym, jak połączyć energię elektryczną z silnikami benzynowymi.
„Uważam, że najbardziej opłacalne zyski można osiągnąć, modyfikując działanie silnika spalinowego poprzez zastosowanie elektryfikacji” — powiedział Greg Davis, dyrektor laboratorium badań nad zaawansowanymi silnikami na Uniwersytecie Kettering w Flint w stanie Michigan.
„Silniki spalinowe nie mają szerokich zakresów wysokiej wydajności, więc łączenie ich z napędem elektrycznym w hybrydowych pojazdach elektrycznych jest świetnym sposobem na ograniczenie stosowania silnika do obszarów o lepszej wydajności” – powiedział Davis.
Wczesne modele Toyota Prius i Honda Insight były pierwszym krokiem w tym kierunku. Używały elektryczności do ruszania z miejsca — części cyklu napędowego, która wymaga największej mocy — a następnie pozwalały silnikowi benzynowemu przejąć kontrolę. To, co może się pojawić, przynajmniej na niektórych rynkach globalnych, to trwałe połączenie silników benzynowych i elektrycznych.
Hybrydy o rozszerzonym zasięgu czyli integracja układu napędowego
Nawet wczesni wynalazcy, w tym Ferdinand Porsche, dostrzegli korzyści z elektryfikacji układu napędowego benzynowego. Na początku lat 1900. Porsche zainstalowało elektryczne silniki piast kół w gigantycznym wozie o nazwie Lohner-Porsche. Pojazd ten zadebiutował w 1900 r. na Światowej Wystawie w Paryżu. Jednak nadmierna waga 80-woltowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych i silników elektrycznych poważnie ograniczyła zasięg jazdy.
W swoim kolejnym pojeździe, Mixte, Porsche dodał silnik benzynowy do zasilania generatora do ładowania akumulatorów. Był to pierwszy hybrydowy samochód o rozszerzonym zasięgu.
Minęło 125 lat, a pionierski układ napędowy benzynowo-elektryczny o wydłużonym zasięgu, którego pionierem jest Porsche, jest na progu powrotu.
Ram wprowadza w tym roku ciężarówkę Ramcharger o rozszerzonym zasięgu. Scout planuje oferować przedłużacz zasięgu w swoich SUV-ach i pickupach. Dyrektor generalny Forda Jim Farley powiedział, że układ napędowy z przedłużaczem zasięgu w SUV-ach i pickupach firmy pojawi się w 2027 roku.
Silnik e-Power firmy Nissan, stosowany w pojeździe o rozszerzonym zasięgu sprzedawanym za granicą, osiąga 50-procentową sprawność cieplną i zostanie wprowadzony na rynek w amerykańskich wersjach Rogue w 2026 r. Mazda i Subaru również pracują nad nową generacją silników specjalnie dostosowanych do hybrydowych układów napędowych. A dział AMG firmy Mercedes-Benz pracuje nad „wysoce zelektryfikowanym” silnikiem V-8.
Davis uważa, że silniki elektryczne nie będą już tylko przykręcone do silnika benzynowego, ale zostaną zintegrowane z jego konstrukcją.
„Pozwala to również na stosowanie silników o mniejszej pojemności skokowej, co obniża koszty, ponieważ moc silnika można połączyć z mocą elektryczną w przejściowych sytuacjach dużego zapotrzebowania”
Nie skreślaj pojazdów elektrycznych
Mimo wszystko pojazdy elektryczne są poważnym przeciwnikiem panowania silników spalinowych. Pojazdy elektryczne stanowiły 8 procent rejestracji nowych pojazdów w USA w zeszłym roku, czyli 1,28 miliona pojazdów, według S&P Global Mobility. Był to wzrost o 11 procent w porównaniu z poprzednim rokiem i przewyższył wzrost o 2,5 procent dla całej sprzedaży lekkich pojazdów w zeszłym roku.
Wszystkie te pojazdy opierają się na formach chemii akumulatorów litowo-jonowych. W przypadku większości modeli pozwala to na zasięg co najmniej 250 mil, ładowanie wysokim napięciem w ciągu 45 do 60 minut i łatwe ładowanie w domu przez noc.
Dwa nowe rodzaje chemii akumulatorów – sodowo-jonowy i ze stanu stałego – mają potencjał, aby zastąpić dzisiejsze ogniwa litowo-jonowe w większości pojazdów elektrycznych, dzięki czemu będą mogły dorównać wygodzie silników spalinowych.
Baterie sodowo-jonowe mogą być tańsze w produkcji, ponieważ surowce, których używają, są obfite. Jednak mniejsza gęstość mocy i krótsza żywotność to dwa główne problemy, nad którymi pracują inżynierowie baterii.
Baterie półprzewodnikowe, które mogą pojawić się na amerykańskich drogach do 2030 r., obiecują szybsze ładowanie, mniejsze ryzyko pożarów i większą gęstość energii. Ale baterie półprzewodnikowe również mają wyzwania. Są drogie w produkcji.
17 marca w Chinach firma BYD ogłosiła, że jej akumulatory Super e-Platform mogą zapewnić zasięg 248 mil w zaledwie pięć minut, dzięki czemu pojazd elektryczny zrówna się z samochodem napędzanym benzyną pod względem szybkości tankowania.