name | autoweek.cz

Budoucnost spalovacího motoru

12.06.2011 | Vladimír Rybecký | Trendy

Při setkání s novináři vicepresident společnosti Bosch odpovědný za vývoj systémů zážehových motorů Dr. Rolf Leonhard nejen potvrdil, že nejbližší budoucnost bude patřit motorům s vnitřním spalováním, ale také naznačil cesty jak splní emisní požadavky.

Nejúčinnějším konstrukčním opatřením je downsizing, tedy zmenšování. Menší zdvihový objem a menší počet válců snižuje třecí ztráty a zmenšuje hmotnost pohyblivých dílů. Takový motor má také nižší tepelné ztráty. Úkolem vývojářů motorů je zmenšit zdvihový objem a případně i počet válců, ale zároveň dosáhnout stejného nebo vyššího výkonu motoru.

Výkon motoru mohou vývojáři zachovat navzdory zmenšenému zdvihovému objemu a menšímu počtu válců pokud je do motoru pro každý spalovací cyklus přiváděno více vzduchu než může nasát vlastními silami. Toho lze dosáhnout pomocí přeplňování turbodmychadlem zásobujícím motor dostatečným množstvím vzduchu nezbytným pro dokonalé spalování.

Bosch bude od konce roku 2011 ve společném podniku Bosch Mahle Turbo Systems vyrábět moderní turbodmychadla, která byla navržena speciálně pro nové koncepce přeplňovaných zážehových a vznětových motorů k pohonu osobních a užitkových vozů. Očekáváme, že v roce 2015 v rámci této spolupráce budeme vyrábět ročně milion turbodmychadel s optimalizovanou charakteristikou.

Hranice downsizingu nejsou pevně dané z hlediska zdvihového objemu ani z hlediska počtu válců. Úkolem vývojářů je zvyšovat účinnost a nalézat přijatelné kompromisy mezi snížením spotřeby paliva, náklady, provozními vlastnostmi a komfortem.

Předpokladem pro splnění uvedeného úkolu je downsizing zaměřený na zvyšování litrového výkonu. U zážehového motoru na této cestě představuje překážku hranice klepání, za níž dochází k nekontrolovanému vznícení paliva které může mít za následek poškození motoru. S přímým vstřikováním benzinu inženýři dosahují dobrého ochlazování spalovacího prostoru vstřikovaným palivem a zároveň i dobrého výplachu válce bez ztrát paliva během fáze výfuku a sání. Tím lze hranici klepání posunout do oblastí umožňujících provoz s vysokým zatížením a stupněm přeplňování. Výsledkem jsou pozoruhodně vysoké hodnoty točivého momentu již při nízkých otáčkách, což je charakteristika typická dosud jen pro vznětové motory.

 

Ani u vznětového motoru nejsou všechny možnosti downsizingu dosud vyčerpány. Naši vývojáři musí s rostoucím plnicím tlakem turbodmychadla zvyšovat také vstřikovací tlak systému Common rail. Vyšší vstřikovací tlak přináší několik výhod. Při stejné délce vstřikování lze do válce dopravit větší množství paliva a dosáhnout tak vyššího výkonu - specifický výkon vznětového motoru vzroste. Alternativně mají motoráři možnost zmenšit při stejném výkonu motoru průměr otvorů vstřikovacích trysek ve vstřikovačích. V kombinaci s vícenásobným vstříknutím před hlavním vstřikem a po hlavním vstřiku se zlepšuje tvorba směsi ve spalovacím prostoru, klesá spotřeba paliva a tvoří se méně škodlivých emisí ve výfukových plynech. Touto cestou lze snížit zejména emise oxidů dusíku.

Inženýři využívají většího vstřikovacího tlaku také k tomu, aby zabránili nadměrnému zatížení konstrukce motoru rostoucími tlaky ve válcích a teplotními špičkami při vysokém stupni přeplňování.

Bosch ještě letos uvede do sériové výroby první systém Common rail pro osobní vozy se vstřikovacím tlakem 220 MPa. A již dnes vývojáři společnosti Bosch pracují na systému Common rail s tlakem 250 MPa. Dokonce ani u tak vysokých vstřikovacích tlaků se ještě nedostáváme k hranicím technologických možností, ačkoli inženýři musí vynakládat stále více technického důvtipu aby tohoto pokroku dosáhli bez větších nároků na prostor, nárůstu hmotnosti a ztráty hydraulické účinnosti.

Ačkoli vstřikovací tlak systémů Common rail dále roste, není toto opatření pro snižování emisí nezbytné pro všechny motory. Inženýři dnes mají kromě filtrů pevných částic k dispozici také systémy pro snižování množství oxidů dusíku ve výfukových plynech. První systémy pro osobní vozy se prodávají v USA od roku 2008 a od roku 2009 také v Evropě. Tato vozidla se vznětovým motorem již dnes plní normu Euro 6, která bude platit teprve od roku 2015.

Uvedené systémy DeNOx umožňují splnit přísnější limity budoucí emisní legislativy se vstřikovacím tlakem 160 MPa. V reakci na rostoucí poptávku po systémech Common rail na dynamicky se rozvíjejících asijských trzích kladoucích důraz na mimořádně robustní a zároveň cenově dostupná řešení budeme v budoucnosti v Číně a Indii nabízet systémy se vstřikovacími tlaky mezi 140 a 180 MPa.

U vznětových motorů pro osobní vozy lze emisní systém pro snížení emisí NOx využít také ke snížení spotřeby paliva až o 5 %.

 

Veškeré technické úpravy konstrukce zážehových a vznětových motorů vývojáři společnosti Bosch doplňují stále častěji vedlejšími agregáty se zvýšenou účinností. Dalšího snížení emisí CO2 lze dosáhnout také řízením činnosti vedlejších agregátů v závislosti na skutečných potřebách. Elektricky poháněná vodní čerpadla, elektrické posilovače řízení ale i generátor dobíjející akumulátor převážně při setrvačné jízdě - to vše zlepšuje celkovou účinnost vozidla. Příkladem se značným přínosem je také systém Start-Stop od společnosti Bosch. Tento systém při zastavení na červenou na semaforu vypne motor a před rozjezdem na zelenou jej ihned zase spustí. V evropském kombinovaném cyklu tato technika ušetří přibližně 4 % paliva, v městském cyklu dokonce až 8 %.

 

Shrnutí a výhled

Bosch v současnosti automobilovému průmyslu nabízí řadu komponent a systémů, které rozhodujícím způsobem přispívají k hospodárnější jízdě a snížení emisí CO2. Již dnes existují vozidla s moderními spalovacími motory, která jsou jen krok od splnění politických cílů. Jinými slovy: cílových hodnot flotilové spotřeby pro rok 2020 bude možné dosáhnout pomocí moderní techniky.

Pokud bychom srovnali hodnoty spotřeby průměrného automobilu z roku 2010 s vozem roku 2020, pak by nám na základě typického počtu ročně ujetých kilometrů v Evropě a současných cen paliv vyšla úspora výdajů za palivo mezi 1000 a 1500 eury během tříletého provozu. Řidič takového vozu tedy pravděpodobně ušetří na provozních nákladech větší částku, než jakou bude muset zaplatit navíc za pořízení hospodárnější techniky svého vozu v roce 2020. Přepočteno na normální dvanáctiletou životnost vozidla by za těchto předpokladů bylo možné na palivu ušetřit 4000 až 6000 eur a zároveň snížit emise CO2 o 6 až 11 tun.

Nad rámec již dnes dostupné techniky pro nižší spotřebu paliva a emise CO2 inženýři společnosti Bosch pracují na dalších konceptech pro zvýšení hospodárnosti jak zážehových, tak i vznětových motorů. Jedná se o mnoho dílčích opatření, mezi něž patří například řízení spalovacího procesu ve vznětových a zážehových motorech prostřednictvím snímačů tlaku ve spalovacích prostorech nebo proměnlivé časování ventilů vznětového motoru, které je v současnosti rozšířené u zážehových motorů. Kromě toho se pro zvýšení účinnosti automobilových systémů vyplatí zaměřit pozornost na převodovky nebo zavést rekuperaci tepelné energie z výfukových plynů či snížit výkon chladicí soustavy.

Ať už konstruktéři přijdou s jakýmikoli tvořivými nápady, naše zkušenosti s vývojem inovativní techniky poháněcího ústrojí jsou pro nás zdrojem jistoty, že i hranice emisí CO2 ve výši 70 g/km, navrhovaná pro rok 2025, je dosažitelná. Na technice budoucnosti pracujeme podle našeho vůdčího motta \"Technika pro život\".