name | autoweek.cz
Bosch má řešení problémů s NOx u dieselů
26.05.2018 | Vladimír Rybecký | Aktuality
Bosch ve Stuttgartu provozuje za nejrůznějších klimatických podmínek automobily, jejichž vznětové motory mají v reálném provozu emise NOx pouhých 13 mg/km. Nová technologie Bosch zaručuje menší dopad dieselu na životní prostředí a přitom zachovává jeho výhodu nízké spotřeby.
Novinka firmy Bosch slibuje rozhodující průlom v technice vznětových motorů. Při testování v běžném provozu RDE jsou emise testovacích vozidel vybavených novou technologií Bosch nejenom značně pod hodnotami aktuálních limitů, nýbrž i pod limity, které budou platit až od roku 2020. Vývojáři společnosti Bosch těchto výsledků dosáhli zdokonalením stávající techniky, takže nejsou nutné žádné komponenty, které by zvyšovaly výrobní a provozní náklady.
Protože opatření ke snížení emisí oxidů dusíku nijak výrazně nemění spotřebu, zachovává si tento diesel svoji výhodu nízké spotřeby, a tedy emisí CO2, a tím menšího dopadu na životní prostředí. S nejnovější technologií Bosch budou automobily se vznětovými motory klasifikována jako vozidla s nízkými emisemi (LEV) a přitom zůstanou i nadále finančně dostupnými. Celkové náklady na všechny potřebné úpravy by neměly překročit hodnotu 50 eur!
Bosch má u Stuttgartu testovací okruh dlouhý 86 km vedoucí centrem města a jeho okolím po venkovských silnicích i po dálnici. Parametry plně odpovídají požadavkům RDE. Součástí okruhu je i Neckartor, místo s největší koncentrací škodlivých látek v celém Německu.
Demonstrační vozidla Bosch 3. generace
Testovací vozidla 3. generace jsou určena pro interní testy, které jsou součástí vlastního výzkumu Bosche nezávislého na práci pro externí zákazníky. Používají se i k demonstračním jízdám, jako byla i ta, jíž jsme se zúčastnili. Základem je Volkswagen Golf se čtyřválcem 2,0 TDI, ovšem zcela předělaný techniky společnosti Bosch.
Motor byl pozměněn tak, aby splnil veškeré budoucí legislativní požadavky z hlediska emisí škodlivých látek, spotřeby paliva (tzn. emisí CO2), hlučnosti a elektrifikace. Zdvihový objem byl snížen na 1,7 l. Zlepšil se systém vstřikování Common Rail a byla optimalizována činnost turbodmychadla. Rozšířily se a vylepšily strategie řízení činnosti motoru.
Pro následné zpracování výfukových plynů byly použity filtr pevných částic DPF a selektivní katalytická redukce SCR s přidáváním směsi AdBlue. Není zde žádný nový systém, jen běžně dostupné technologie.
V čem je tajemství zázračného dieselu?
Zásadní zlepšení, týkající se emisí NOx, bylo dosaženo inteligentní kombinací optimalizace činnosti motoru a maximalizace účinnosti následných systémů čištění výfukových plynů. Toho bylo dosaženo kombinací pokročilé technologie vstřikování, nově vyvinutého systému sání a inteligentního teplotního managementu.
Konstrukce motoru a výfukové soustavy je mimořádně kompaktní s velmi krátkými spojovacími částmi potrubí, což umožňuje minimalizovat tepelné a třecí ztráty. Základem řešení je integrace systému SCR do filtru pevných částic, přičemž proudící horké spaliny se využívají k ohřevu hlavy válců. Celek je uspořádán tak, aby každá komponenta byla v místě, kde pracuje s optimální teplotou. Výsledkem je i snížení spotřeby kapaliny AdBlue pod hranici 1 l/1000 km s dosažitelnou hodnotou 0,5 l/1000 km. Toto uspořádání má jedinou nevýhodu: neposkytuje dostatek tepla pro topení!
Jak vše funguje?
Řešení Bosch využívá rychle reagující systém sání. Čím je způsob jízdy dynamičtější, tím dynamičtější musí být i recirkulace výfukových plynů. To je možné mimo jiné díky rychleji reagujícímu turbodmychadlu. S kombinací vysokotlaké a nízkotlaké recirkulace výfukových plynů je systém sání flexibilnější, takže ani při rychlém rozjezdu emise příliš nerostou.
Stejně tak důležitý je i vliv teplot. Pro optimální konverzi oxidů dusíku musí mít výfukové plyny teplotu přes 200 °C, což je teplota, která při jízdách po městě často není dosažena. Promyšlený tepelný management motoru aktivně řídí teplotu výfukových plynů, takže výfukový systém zůstává tak teplý, aby pracoval ve stabilním teplotním rozmezí a zůstaly nízké emise. Optimalizací konstrukce výfukového systému lze snížit nepříznivý vliv studených startů, jízdy malou rychlostí a bez zatížení.
Rozhodující je, že na celkový výsledek velký vliv má každý detail v konstrukci. Vše může fungovat pouze jako kombinace všech dílčích úprav. Pomocí dostupných technologií se dosáhla dosud nevídaná čistota výfukových plynů s významně nižšími emisemi než povolují emisní standardy.
Navržené řešení Bosch lze bez problémů aplikovat i na motory s větším zdvihovým objemem. U těch bude mnoho věcí jednodušších včetně řešení problému studených startů.
Výsledky testů
Každá testovací jízda začínala studeným startem při teplotě okolí, a to od teploty -2 °C, tedy nižší, než je při měření RDE. Průměrná hodnota emisí NOx ze všech testů na stuttgartském okruhu Bosch byla 13 mg/km, přičemž na dosažený výsledek neměla větší vliv teplota okolí ani dynamika jízdy. Při hodnocení pouze městské části byla průměrná hodnota 26 mg NOx/km. Toto zvýšení je způsobeno potřebou co nejrychleji zahřát motor na provozní teplotu. Je přitom třeba dodat, že katalyzátory ve vozech měly najeto přes 160 000 km - s novými by byly výsledky ještě lepší.
Ve druhé fázi testů se technici společnosti Bosch soustředili jen na městský okruh dlouhý 16 km při nejhorších možných podmínkách. Zkrácená verze okruhu na 16 km znamenala, že vliv studeného startu byl mnohem významnější. Stoupání a klesání na trase bylo na horním limitu RDE 1200 m/100 km. Přitom odlehčení v klesání způsobuje pokles teploty katalyzátoru, což může snížit jeho účinnost. Na výsledek měření opět neměla vliv teplota okolí (od -6 °C), ale výrazněji už se projevila dynamika jízdy - při plynulém způsobu jízdy byl výsledek pod úrovní 40 mg/km ale i při hodně agresivním způsobu jízdy, překračujícím limit RDE, byly výsledky vždy pod „laboratorním“ limitem Euro 6, tedy 80 mg/km. Celkový průměr ze všech jízd byl 43 mg/km.
Prostor pro další zlepšení
Vývojové práce na nízkoemisním vznětovém motoru začaly v září 2015 a na řešení pracovalo 100 inženýrů. K zásadnímu průlomu došlo když se se zaváděním testů RDE staly dostupnými hodnoty emisí NOx v reálném provozu. Ty ukázaly, že mnohé vlivy se ve skutečnosti projevují jinak než v laboratorních podmínkách. Díky tomu se podařilo stanovit účinnější směrování vývojových prací.
Technici společnosti Bosch nás ujistili, že mají ještě mnoho nápadů na další zlepšování. Velké možnosti jsou například v konstrukci i ovládání vstřikovačů a turbodmychadla. Systém zatím plně nevyužívá ani možnosti rekuperace kinetické a tepelné energie ani částečně hybridní systém. Největší prostor ale je v aktivním využití navigace pro doporučení předvídavějšího stylu jízdy a samozřejmě v autonomním řízení.
Protože opatření ke snížení emisí oxidů dusíku nijak výrazně nemění spotřebu, zachovává si tento diesel svoji výhodu nízké spotřeby, a tedy emisí CO2, a tím menšího dopadu na životní prostředí. S nejnovější technologií Bosch budou automobily se vznětovými motory klasifikována jako vozidla s nízkými emisemi (LEV) a přitom zůstanou i nadále finančně dostupnými. Celkové náklady na všechny potřebné úpravy by neměly překročit hodnotu 50 eur!
Limit emisí NOx pro euro 6 je při laboratorním měření 80 mg/km. Od roku 2017 evropská legislativa Euro 6d požaduje, aby nové modely osobních automobilů testované v souladu s RDE emitovaly maximálně 168 mg NOx/km (koeficient 2,1). Od roku 2020 to bude maximálně 120 mg (koeficient 1,0 + 0,5). Automobil s experimentálním vznětovým motorem Bosch dosáhl ve skutečném provozu rekordní hodnotu 13 mg NOx/km!
Co je vlastně RDE?
Měření za reálných podmínek jízdy RDE (Real Driving Emissions) se nově používá pro kontrolu emisí NOx. Režim jízdy byl zvolen tak, aby pokrýval 95 % běžných jízdních podmínek v Evropě. Součástí měřicího cyklu je jízda v městském provozu s rychlostí do 60 km/h se studeným startem, jízda po venkovských silnicích rychlostí 60 až 90 km/h a jízda po dálnici rychlostí 90 až 145 km/h. V rámci okruhu musí být stoupání. Nejsložitější je definovat jízdní dynamiku, aby se zahrnuly všechny běžné způsoby jízdy. Test je velmi pracný a trvá 90 až 120 minut. Pokud dojde k porušení některého z definovaných parametrů, musí se test přerušit a výsledek je neplatný.
Bosch má u Stuttgartu testovací okruh dlouhý 86 km vedoucí centrem města a jeho okolím po venkovských silnicích i po dálnici. Parametry plně odpovídají požadavkům RDE. Součástí okruhu je i Neckartor, místo s největší koncentrací škodlivých látek v celém Německu.
Demonstrační vozidla Bosch 3. generace
Testovací vozidla 3. generace jsou určena pro interní testy, které jsou součástí vlastního výzkumu Bosche nezávislého na práci pro externí zákazníky. Používají se i k demonstračním jízdám, jako byla i ta, jíž jsme se zúčastnili. Základem je Volkswagen Golf se čtyřválcem 2,0 TDI, ovšem zcela předělaný techniky společnosti Bosch.
Motor byl pozměněn tak, aby splnil veškeré budoucí legislativní požadavky z hlediska emisí škodlivých látek, spotřeby paliva (tzn. emisí CO2), hlučnosti a elektrifikace. Zdvihový objem byl snížen na 1,7 l. Zlepšil se systém vstřikování Common Rail a byla optimalizována činnost turbodmychadla. Rozšířily se a vylepšily strategie řízení činnosti motoru.
Pro následné zpracování výfukových plynů byly použity filtr pevných částic DPF a selektivní katalytická redukce SCR s přidáváním směsi AdBlue. Není zde žádný nový systém, jen běžně dostupné technologie.
V čem je tajemství zázračného dieselu?
Zásadní zlepšení, týkající se emisí NOx, bylo dosaženo inteligentní kombinací optimalizace činnosti motoru a maximalizace účinnosti následných systémů čištění výfukových plynů. Toho bylo dosaženo kombinací pokročilé technologie vstřikování, nově vyvinutého systému sání a inteligentního teplotního managementu.
Konstrukce motoru a výfukové soustavy je mimořádně kompaktní s velmi krátkými spojovacími částmi potrubí, což umožňuje minimalizovat tepelné a třecí ztráty. Základem řešení je integrace systému SCR do filtru pevných částic, přičemž proudící horké spaliny se využívají k ohřevu hlavy válců. Celek je uspořádán tak, aby každá komponenta byla v místě, kde pracuje s optimální teplotou. Výsledkem je i snížení spotřeby kapaliny AdBlue pod hranici 1 l/1000 km s dosažitelnou hodnotou 0,5 l/1000 km. Toto uspořádání má jedinou nevýhodu: neposkytuje dostatek tepla pro topení!
Jak vše funguje?
Řešení Bosch využívá rychle reagující systém sání. Čím je způsob jízdy dynamičtější, tím dynamičtější musí být i recirkulace výfukových plynů. To je možné mimo jiné díky rychleji reagujícímu turbodmychadlu. S kombinací vysokotlaké a nízkotlaké recirkulace výfukových plynů je systém sání flexibilnější, takže ani při rychlém rozjezdu emise příliš nerostou.
Stejně tak důležitý je i vliv teplot. Pro optimální konverzi oxidů dusíku musí mít výfukové plyny teplotu přes 200 °C, což je teplota, která při jízdách po městě často není dosažena. Promyšlený tepelný management motoru aktivně řídí teplotu výfukových plynů, takže výfukový systém zůstává tak teplý, aby pracoval ve stabilním teplotním rozmezí a zůstaly nízké emise. Optimalizací konstrukce výfukového systému lze snížit nepříznivý vliv studených startů, jízdy malou rychlostí a bez zatížení.
Rozhodující je, že na celkový výsledek velký vliv má každý detail v konstrukci. Vše může fungovat pouze jako kombinace všech dílčích úprav. Pomocí dostupných technologií se dosáhla dosud nevídaná čistota výfukových plynů s významně nižšími emisemi než povolují emisní standardy.
Navržené řešení Bosch lze bez problémů aplikovat i na motory s větším zdvihovým objemem. U těch bude mnoho věcí jednodušších včetně řešení problému studených startů.
Výsledky testů
Každá testovací jízda začínala studeným startem při teplotě okolí, a to od teploty -2 °C, tedy nižší, než je při měření RDE. Průměrná hodnota emisí NOx ze všech testů na stuttgartském okruhu Bosch byla 13 mg/km, přičemž na dosažený výsledek neměla větší vliv teplota okolí ani dynamika jízdy. Při hodnocení pouze městské části byla průměrná hodnota 26 mg NOx/km. Toto zvýšení je způsobeno potřebou co nejrychleji zahřát motor na provozní teplotu. Je přitom třeba dodat, že katalyzátory ve vozech měly najeto přes 160 000 km - s novými by byly výsledky ještě lepší.
Ve druhé fázi testů se technici společnosti Bosch soustředili jen na městský okruh dlouhý 16 km při nejhorších možných podmínkách. Zkrácená verze okruhu na 16 km znamenala, že vliv studeného startu byl mnohem významnější. Stoupání a klesání na trase bylo na horním limitu RDE 1200 m/100 km. Přitom odlehčení v klesání způsobuje pokles teploty katalyzátoru, což může snížit jeho účinnost. Na výsledek měření opět neměla vliv teplota okolí (od -6 °C), ale výrazněji už se projevila dynamika jízdy - při plynulém způsobu jízdy byl výsledek pod úrovní 40 mg/km ale i při hodně agresivním způsobu jízdy, překračujícím limit RDE, byly výsledky vždy pod „laboratorním“ limitem Euro 6, tedy 80 mg/km. Celkový průměr ze všech jízd byl 43 mg/km.
Prostor pro další zlepšení
Vývojové práce na nízkoemisním vznětovém motoru začaly v září 2015 a na řešení pracovalo 100 inženýrů. K zásadnímu průlomu došlo když se se zaváděním testů RDE staly dostupnými hodnoty emisí NOx v reálném provozu. Ty ukázaly, že mnohé vlivy se ve skutečnosti projevují jinak než v laboratorních podmínkách. Díky tomu se podařilo stanovit účinnější směrování vývojových prací.
Technici společnosti Bosch nás ujistili, že mají ještě mnoho nápadů na další zlepšování. Velké možnosti jsou například v konstrukci i ovládání vstřikovačů a turbodmychadla. Systém zatím plně nevyužívá ani možnosti rekuperace kinetické a tepelné energie ani částečně hybridní systém. Největší prostor ale je v aktivním využití navigace pro doporučení předvídavějšího stylu jízdy a samozřejmě v autonomním řízení.
Další články
© 2024 autoweek.cz. Veškerá práva vyhrazena | O autoweek.cz