Červen 2009 RF 045 UBK Kl/Na

Transkript

1 Červen 2009 RF 045 UBK Kl/Na Spalovací motor zítřka velmi úsporný a vysoce výkonný i přes malý zdvihový objem Dr. Rolf Leonhard, ředitel divize vývoje systémů vznětových motorů, Robert Bosch GmbH Přednáška k 59. mezinárodnímu kolokviu pro motoristický tisk Boxberg, červen 2009 Robert Bosch GmbH Postfach Stuttgart Corporate Communications thomas.knoll@bosch.com Telefon: Telefax: Leitung: Prof. Uta-Micaela Dürig Presse Forum:

2 Vážené dámy, vážení pánové, elektromobil využívá vloženou energii velmi efektivně, a proto při stejném množství vynaložené energie dojede dvaapůlkrát dál, než auto se spalovacím motorem. Z dlouhodobého hlediska se proto elektromotor stává nejdůležitějším automobilovým pohonem. V příštích 20 letech však bude spalovací motor tou nejdůležitější technikou hnacích ústrojí v automobilu. Při využití dnes dostupných technologií totiž ujede vozidlo se spalovacím motorem v přepočtu na kilogram náplně zásobníku energie 40krát dál, než elektromobil. Bohatý vývojový potenciál spalovacích systémů dokážeme využít ještě víc a ještě efektivněji jak u vznětového, tak i u zážehového motoru. Bez ohledu na přísnost emisních limitů lze stanovených cílů v úsporách dosáhnout se spalovacím motorem nejrychleji a finančně nejvýhodněji. Jízda automobilem tím bude ještě ekologičtější a nová technika se spotřebiteli ekonomicky vyplatí. Spalovací motor se ještě nevyčerpal Bosch jako světově vedoucí dodavatel automobilové techniky zásobuje téměř všechny výrobce automobilů. Naše paleta výrobků a služeb sahá od jednoduchého senzoru přes velké komponenty, kompletní vstřikovací systémy až po celé koncepce motoru. Tato skutečnost ve spojení s naším inovačním potenciálem nás vede k odhadům dalšího vývoje v oblasti pohonu automobilů. Ten zůstává víceméně nezávislý na zvláštních zájmech jednotlivých výrobců automobilů. Na základě těchto vědomostí počítáme za několik málo let se sériovou výrobou automobilu nižší střední třídy, který bez snížení výkonu a dojezdu zvládne ujet se třemi litry paliva 100 kilometrů či 2 z 10

3 jinak řečeno: auto, které s jedním litrem paliva ujede 33 kilometrů, kterému jeden americký galon vystačí na 78 mílí nebo britský galon na 94 mílí. Auto nebude se svými kilogramy žádná lehká váha a se 70 gramy emisí na kilometr bude více než splňovat všechny ekologické cíle. Cesta k tomuto automobilu vede přes řadu technických vývojových opatření, na nichž společnost Bosch pracuje. Zážehový motor je dnes globálně nejrozšířenější hnací technikou. Zabudovaný do typicky evropského auta o hmotnosti 1400 kilogramů má náš standardní motor se vstřikováním do sacího potrubí výkon kolem 100 kilowattů, čtyři válce a zdvihový objem 2,0 litru. Toto auto spotřebuje 7,7 litru benzínu na 100 kilometrů a emituje přitom 182 gramů CO 2 na 1 kilometr. Tento standardní motor poslouží jako srovnávací základna, budu-li dále mluvit o technickém pokroku, kterého jsme již nyní dosáhli a který budeme využívat i v budoucnu. V porovnání s tímto standardním motorem vykazují moderní koncepce motoru výhody pro spotřebitele již dnes: zážehový motor s přímým vstřikováním a prvními náznaky downsizingu spotřebuje o 15 procent paliva méně, běžný vznětový motor se vstřikováním common-rail ušetří se 30 procenty stejně paliva, jako benzínový hybrid. Při dnešních běžných hodnotách spotřeby a emisí nejsou spalovací motory a koncepce hnacího ústrojí, které z nich vycházejí, ještě zdaleka vyčerpány. Vývojáři společnosti Bosch pracují již nyní na řešeních, která přinesou další snížení spotřeby a emisí CO 2. Efektivnější zážehový motor se silným tržním úspěchem I když má zážehový motor podle současných prognóz našich inženýrů při snížení spotřeby a emisí CO 2 o 25 až 30 procent o něco menší vývojový potenciál než vznětový motor, bude mít tento pokrok vzhledem k celosvětově vysokému tržnímu podílu zážehového 3 z 10

4 motoru velký účinek. Velké rozdíly v cenách paliva po celém světě způsobují výrazné diference v úsporách, jakých mohou řidiči při tankování v jednotlivých státech dosáhnout. Výrazné snížení emisí CO 2 a šetrné zacházení s fosilními zdroji energie se však kryje s cíli automobilového průmyslu a celosvětově se zpřísňujícím politickým zadáním. Pro dosažení náročných cílů ve snižování emisí jsou určujícím základem technici, kteří se ve společnosti Bosch zabývají spalovacími motory. Dva ze tří dnes prodaných vozů je vybaveno zážehovým motorem se vstřikováním do sacího potrubí. Už samotným krokem k přímému vstřikování benzínu a prvními náznaky downsizingu lze docílit až o 15 procent nižší spotřeby paliva. Stejnou měrou se sníží i emise CO 2. Někteří výrobci automobilů získali technický náskok právě u velkosériových modelů se zážehovým motorem ve spojení s přímým vstřikováním DI-Motronic od firmy Bosch v Evropě byl tento systém uplatněn například koncernem Volkswagen nebo u BMW Mini ve spolupráci s Peugeotem. V USA využil tento systém Ford v programu EcoBoost pro šestiválcové motory a v Asii Suzuki v modelu K-cars s tříválcovým motorem se zdvihovým objemem 0,66 litrů. V našich technických balíčcích pro snížení spotřeby zážehového motoru jsou rozhodujícím základem downsizingu přímé vstřikování a přeplňování. V našem prvním technickém balíčku je to kromě toho i časově variabilní řízení sacích a výfukových ventilů motoru. Tento rozvodový mechanismus ventilů doplňujeme o takzvaný scavenging tedy o překrytí ventilů. To zejména při nízkých otáčkách zajišťuje, že se válce lépe plní čerstvým vzduchem, a dosahují tím silnějšího točivého momentu, aby mohly požadovanou jízdní dynamiku poskytovat i při zdvihovém objemu zmenšeném na 1,4 litru. Další úspory ve spotřebě přináší u tohoto technického balíčku naše koncepce start/stop pro vypnutí motoru, když vozidlo zastaví. Teplotní 4 z 10

5 management například zvyšuje účinnost motoru. Tím dosáhneme celkově o 22 procent nižší spotřeby benzínu a stejně takového snížení emisí CO 2. Pomocí druhého technického balíčku pro zážehový motor chceme do roku 2015 dosáhnout snížení spotřeby paliva o přibližně 29 procent. Motor bude zmenšen na zdvihový objem 1,1 litru, aniž by se snížil výkon motoru a točivý moment. Bude tak poskytovat srovnatelnou dynamiku jízdy jako náš 100kilowattový standardní motor se zdvihovým objemem 2 litry. Oproti prvnímu technickému balíčku navíc zvýšíme plnicí tlak turbodmychadla z 1,8 na cca 2,4 barů. Motor tím získá ještě víc vzduchu pro spalování. I přes menší spalovací prostor se tak bude moci vstřikovat totéž množství paliva, čímž se dosáhne stejného výkonu motoru. K tomu však potřebujeme nákladnější ventilový rozvod, u něhož bude variabilní nejen časování otevření ventilů, ale navíc i samotný zdvih ventilu, a tím i průřez otvírání ventilů. Druhá generace přímého vstřikování pro zážehové motory od firmy Bosch DI-Motronic je základem pokroku v úsporách paliva. Současně však svou zlepšenou úpravou směsi zajišťuje podstatné snížení emisí uhlovodíků (HC) a kysličníků dusíku (NO X ). S využitím systému DI-Motronic budou jeho mezní hodnoty dokonce nižší, než jsou celosvětově nejpřísnější mezní emisní hodnoty SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicle) stanovené legislativou USA. Vznikne tak prostor pro vývoj směrem k ještě přísnějším emisním předpisům. Tato vstřikovací technika je zároveň tak robustní, že je celosvětově vhodná k použití pro nejrůznější kvality a druhy pohonných hmot. Kromě těchto technických balíčků předpokládají naši vývojáři první sériové nasazení zážehového motoru s využitím nového spalování HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) v roce Zlepšením efektivnosti speciálně v oblasti částečného zatížení 5 z 10

6 by v tomto procesu šlo snížit spotřebu benzínu o další 2 až 3 procentní body. Lepší účinnost jako klíč k úsporným ekologickým vznětovým motorům Vývojářům vznětových motorů se zpřísnily požadavky na snížení spotřeby paliva, neboť při přechodu z normy Euro 5 na normu Euro 6 se hodnoty emisí NO X současně snižují více než na polovinu. Inženýři společnosti Bosch proto optimalizovali konvenční spalování. Zvyšujeme množství recirkulovaných výfukových plynů, plnicí tlak pro spalovací vzduch a vícebodový vstřik paliva a dosahujeme tak spalování s nízkým obsahem kysličníků dusíku. To je základem pro první technický balíček ke snížení spotřeby a CO 2 o 22 procent oproti standardnímu vznětovému motoru a o 45 procent oproti standardnímu zážehovému motoru na pouhých 112 gramů/kilometr na hodnotu, která je mírně nižší, než hybridní varianta zážehového motoru. Technický balíček zahrnuje navíc i opatření jako downsizing, funkci start/stop a teplotní management známé ze zážehového motoru, ale i velmi úzce navazující předvstřikování paliva, kterého dosahujeme s využitím našich nových, rychleji přepínajících vstřikovacích ventilů. Konečnou úpravu výfukových plynů využívají naši inženýři rovněž pro zlepšení účinnosti vznětového motoru. Vzhledem ke stále přísnějším limitům pro výfukové plyny budou výkonnější naftové motory v těžkých vozidlech potřebovat v budoucnu katalyzátor pro snížení emisí kysličníků dusíku. Vývojáři společnosti Bosch za tím účelem upravili systém Denoxtronic pro snižování emisí oxidů dusíku SCR (Selective Catalytic Reduktion) na využití v osobních automobilech. Již nyní se touto technikou vybavují první vozidla se vznětovým motorem kvůli velmi přísné právní úpravě výfukových plynů v USA. 6 z 10

7 Konečná úprava výfukových plynů vytvořila našim inženýrům další prostor k opětovnému zlepšení účinnosti vznětového motoru. Růstem teploty spalování ve válci vzrůstá i účinnost motoru současně však i škodlivých a tudíž limitovaných emisí oxidů dusíku. Budou-li emise oxidů dusíku dodatečně omezeny katalyzátorem SCR ve výfukové části, mohou se v motoru vzít v potaz vyšší teploty spalování. Účinnost vznětového motoru vzroste, spotřeba klesne. Využitím této techniky a našeho systému Denoxtronic dosáhneme snížení spotřeby nafty o dalších 5 až 7 procentních bodů. Spolu s dalším stupněm downsizingu na zdvihový objem 1,2 litru a výkonem 83 kilowattů na 1 litr zdvihového objemu sníží tato opatření emise CO 2 na 97 gramů/kilometr. Spotřeba tohoto vznětového motoru podle normy Euro 5 se tím sníží o 33 procent. Jako naftový hybrid by tento motor dosáhl dokonce snížení o 40 procent vůči běžnému vznětovému motoru se systémem common-rail. V této oblasti spolupracujeme intenzivně jako vývojoví partneři s jedním z předních světových výrobců vznětových motorů, společností PSA Peugeot Citroën. U všech našich koncepcí snižování emisí a spotřeby hraje rozhodující roli vstřikovací technika zejména s ohledem na vstřikovací tlak a průběh vstřikování. U nejmodernějšího systému common-rail s řízením solenoidem jsme poprvé použili ventil pro vyrovnání tlaku. Tím můžeme i při vstřikovacím tlaku 1800 barů nebo i vyšším dále zlepšit dynamiku vstřikování. Technicky náročnější systém commonrail s piezotechnikou od firmy Bosch se vstřikovacím tlakem až 2000 barů se již používá v sériové výrobě. Pro zavedení spalování dle normy Euro 6 a pro ještě větší snížení spotřeby paliva a emisí CO 2 vyvíjíme vstřikovací systémy s hodnotami nad 2000 barů. Pro realizaci tohoto stupně však naši inženýři musejí překonat velké překážky v technologii. 7 z 10

8 Downsizing jako klíč k efektivním motorům Základním předpokladem pro downsizing je také vyšší tlak, se kterým se spalovací vzduch dostává do motoru více kyslíku je potřeba proto, aby se spálilo více paliva a zvýšil se tak výkon motoru. Opačně: při konstantním výkonu motoru je možno pomocí vyššího plnicího tlaku zmenšit motor. Další klíčovou komponentou pro downsizing je tudíž turbodmychadlo. V našem společném podniku Bosch Mahle Turbosystems vyvíjíme techniku pro plnění vznětových a zážehových motorů. Naši inženýři navrhují celou paletu turbodmychadel pro motory o výkonu mezi 40 a 200 kilowatty. Zvláštní význam pro trh mají přitom turbodmychadla pro vznětové motory do výkonu 100 kilowattů. Shrnutí a výhled spalovací motory roku 2015 Společnost Bosch vyvíjí inovativní techniku jak pro zážehové tak i pro vznětové motory, aby v následujících letech postupně zefektivnila pohon vozidel se spalovacím motorem. Z množství jednotlivých vývojových technických kroků týkajících se spalovacího motoru vznikají ve zkušebních laboratořích koncepce motorů, které budou do roku 2015 uvedeny na trh. Zážehové a vznětové motory se přitom co do své velikosti a hlavních parametrů téměř neodlišují. Využitím extrémního downsizingu budou mít už jen 3 válce a zdvihový objem 1,1 litru, přesto však budou nabízet 100kilowattový výkon a stejné jízdní vlastnosti jako náš dnešní standardní motor. Budou vybaveny větším počtem doplňkových technických řešení, která budou všechna sloužit ke zvýšení efektivnosti celého hnacího ústrojí: o systém start/stop pro automatické zapínání a vypínání motoru při zastavení, například na semaforu nebo v dopravní zácpě; o teplotní management pro rychlé uvedení motoru do optimální provozní teploty a pro její udržení; o vysoce efektivní generátor s regulací, která využije brzdnou energii k nabíjení baterie; 8 z 10

9 o řada dalších funkcí, které budou díky elektrifikaci efektivněji pracovat a bude možno je lépe ovládat. Naše auta se spalovacími motory budoucnosti budou s technikou firmy Bosch pracovat mnohem efektivněji. Vozidla roku 2015 na benzínový pohon budou spotřebovávat pouhých 5,5 litrů na 100 kilometrů a tím o 29 procent méně než standardní motory roku U naftového pohonu roku 2015 bude spotřeba činit 3,6 litru na 100 kilometrů - v porovnání s naším vznětovým motorem roku 2009 o třetinu méně. Zavedením hybridů můžeme snížit spotřebu zážehového motoru o 39 procent, spotřebu vznětového motoru o 40 procent. Kromě toho využívají výrobci automobilů při výrobě vozidel další techniky, které přinášejí další výhody týkající se spotřeby a emisí. Použitím aerodynamických karoserií snižují odpor vzduchu, redukují hmotnost vozidla i valivý odpor automobilu. Takto optimalizovaný vůz ušetří oproti dnešku celkově 50 i víc procent paliva, a bude tak možno dosáhnout normované spotřeby kolem 3,8 litru benzínu nebo 2,6 litru motorové nafty na 100 kilometrů. Technické vícenáklady s sebou zákonitě přinášejí i vyšší náklady na motor. Ty se však řidičům díky úsporám ve spotřebě paliva během provozu vyplatí s naší novou technikou tak ušetří. Z hlediska životního prostředí a působení na obyvatelstvo se vícenáklady na techniku vyplatí vždy v souladu se sloganem společnosti Bosch Stvořeno pro život. Nad rámec popsaných technických opatření ke snižování emisí CO 2 využíváme všech ekonomicky a ekologicky přijatelných opatření k tomu, abychom spalovací motory dokázali provozovat i s využitím alternativních paliv. Právě paliva z obnovitelných surovin totiž zajišťují ochranu životního prostředí. 9 z 10

10 Spalovací motory zítřka silné stránky oproti hybridnímu a elektrickému pohonu V důsledku celosvětově silného nárůstu mobility a přání lidí mít vlastní auto jsou jak výrobci automobilů tak i jejich dodavatelé konfrontování s požadavkem zefektivnění hnacích systémů. K tomuto trendu významně přispívají hybridní pohony a elektromobily. Podstatně rychleji a hospodárněji však lze snížit emise CO 2 a spotřebu fosilních zdrojů energie tak, že využijeme stávající velký vývojový potenciál zážehových a vznětových motorů, který v automobilovém průmyslu existuje. Vývojáři společnosti Bosch pracují intenzivně na přizpůsobení této techniky pro budoucí koncepce výrobců automobilů a na dalším rozvoji spalovacích systémů techniky pro život. Děkuji za Váš zájem. 10 z 10