Tisková informace Autopříslušenství Čisté motory díky nové technice:jak budou vozidla se vznětovým motorem do budoucna moci splnit emisní limity Duben 2001 Čisté motory díky nové technice:jak budou vozidla se vznětovým motorem do budoucna moci splnit emisní limity Klaus Krieger, vedoucí vývoje vstřikovací techniky pro diesel Robert Bosch GmbH. Přednáška na 55. mezinárodním kolokviu motoristického tiskuboxberg, duben 2001 RF 10405 04.01K5 St/Sk Čistota vznětových motorů se v posledním desetiletí stále zvyšuje podstatně k tomu přispívá inovativní technika vysokotlakého vstřikování vyvinutá firmou Bosch. Moderní vozidla vybavená vznětovým motorem dnes splňují stanovené emisní limity, které představují jen zlomek množství emisí povolených na začátku 90. let. Například u pevných částic došlo ke snížení o více než 80 procent, množství kysličníků dusíku (NOX) a nespálených uhlovodíků (HC) se snížilo přibližně o 90 procent, množství kysličníku uhelnatého (CO) dokonce o 97 procent. Těchto úspěchů bylo z velké části dosaženo zvýšením vstřikovacích tlaků, recirkulací výfukových plynů, přeplňováním a zavedením jednoduchých katalyzátorů. I pokud jde o emise kysličníku uhličitého (CO2), byly vznětové motory díky jejich nízké spotřebě paliva vždy ve výhodě. To platí zvlášť pro motory s přímým vstřikováním, které se již deset let úspěšně používají i u osobních automobilů. Závazek přijatý Svazem evropských automobilových výrobců snížit to roku 2008 emise CO2 v průměru na 140 gramů na kilometr by bez vznětových motorů nebylo možno splnit. V budoucím období ovšem budou stále přísnější zákony o emisích vyžadovat dodržení stále nižších emisních limitů. Norma Euro IV požaduje u pevných částic snížení dnešního povoleného množství na polovinu, a rovněž emise HC a NOX se budou muset redukovat téměř o polovinu. Až v roce 2005 vstoupí norma Euro IV v platnost, nebudou zvlášť u vozidel vyšší třídy stačit pouze Robert Bosch odbytová s.r.o Pod Višňovkou 1661/35 140 00 Praha 4 E-mail pavel.roman@cz.bosch.com Phone +420 261 300 595 Fax +420 261 300 512 Corporate Communications Vedoucí: Pavel Roman www.bosch.cz/press
opatření na úrovni v motoru. Bude nezbytné také účinně upravovat výfukové plyny pomocí filtru pevných částic, a případně i katalyzátoru DeNOx. Podobný vývoj se očekává také u užitkových vozidel. Vstřikovací systémy pro osobní automobily Zavedení vznětových motorů s nízkými emisemi, které se kromě toho vyznačují i úsporností, výkonností a příznivým průběhem točivého momentu, umožnily až elektronicky řízené vysokotlaké vstřikovací systémy, které nabízejí naprostou flexibilitu, pokud jde o důležité parametry směsi vzduchu a paliva. Bosch nabízí různé vstřikovací systémy: Axiální a radiální pístová rotační vstřikovací čerpadla, vstřikovací jednotky Unit Injector a vstřikovací rampy Common Rail. Všechna tato zařízení sledují jediný cíl: Optimalizovat spotřebu paliva, emise a výkon motoru. Použití konkrétního systému závisí na konstrukci motoru a na požadovaném měrném výkonu. U přeplňovaných vznětových motorů pro osobní automobily je dnes možno dosáhnout maximální hodnoty měrného točivého momentu 170 Nm a měrného výkonu 60 kilowattů na 1 litr zdvihového objemu. Dnešní emisní úroveň Pomocí všech moderních vysokotlakých vstřikovacích systémů je možno bez problémů dodržet emisní limity podle Euro III, a často dokonce dosáhnout ještě nižších hodnot. Dvě vozidla díky své nízké hmotnosti již dnes splňují požadavky Euro IV: Je to Volkswagen Lupo TDI a Audi A2 TDI. Obě tato vozidla jsou vybavena tříválcovým vznětovým motorem s jednotkou přímého vstřikování Unit Injector od firmy Bosch. Splnění budoucích požadavků Aby v budoucnu mohly automobily všech tříd splnit emisní normu Euro IV, pracují výrobci intenzivně jednak na optimalizaci spalovacího procesu a vstřikovacích systémů, a jednak budou zaváděny systémy pro úpravu výfukových plynů. Vysoké vstřikovací tlaky zajišťují mimo jiné i nízkou úroveň emisí. V moderních vznětových motorech se již dnes vstřikuje palivo velmi vysokými tlaky: U vstřikovacích jednotek Unit-Injector je to 2050 barů, radiální pístové rozdělovací vstřikovací čerpadlo VP 44 dosahuje na trysce vstřikovacího tlaku přibližně 2000 barů. Sériově vyráběné vstřikovací rampy Common-Rail dosahují maximálního vstřikovacího tlaku 1600 barů. Další generace, která má Page 2 of 5
dosáhnout tlaku 1800 barů, je vyvíjena pro zavedení do sériové výroby počínaje rokem 2004. Kromě vysokých vstřikovacích tlaků jsou nízké tolerance množství vstřikovaného paliva a počátku vstřiku zárukou nízkých emisí při spalování. Bosch intenzivně pracuje na optimalizaci jednotlivých komponentů. Tak například je vyvíjena piezotechnika pro vstřikování Common-Rail. Ta bude připravena pro zavedení do sériové výroby v roce 2002 a díky velmi krátkým spínacím časům umožní mimořádně přesné měření množství vstřikovaného paliva, především u několikanásobných vstřiků. Velký potenciál pro zlepšení v sobě skrývá také řízení vstřikovacího procesu: Jeden nebo dva předvstřiky například mohou zabránit vzniku bílého a modrého kouře krátce po studeném startu a snížit hluk při spalování. Dodatečný vstřik paliva ihned po hlavním vstřiku snižuje kouřové emise, další vstřik příznivě působí na regeneraci filtru pevných částic. Úprava výfukových plynů u osobních automobilů Lehké automobily o maximální hmotnosti přibližně 1400 kilogramů budou moci dosáhnout ještě lepších hodnot, než předepisuje Euro IV i bez úpravy výfukových plynů. U osobních automobilů střední hmotnosti 1400 až 2000 kilogramů bude nutno instalovat filtry pevných částic a ještě těžší vozidla budou muset být navíc vybavena katalyzátorem DeNOx. Řízení obou systémů úpravy výfukových plynů převezme elektronická řídící jednotka EDC (Electronic Diesel Control) Bosch. Systémy čištění výfukových plynů budou moci být neomezeně zaváděny teprve tehdy, až bude na trhu k dispozici motorová nafta s nízkým obsahem síry, tj. méně než deset ppm. Síra v palivu totiž nepříznivě ovlivňuje regeneraci filtru pevných částic, a zvyšuje také spotřebu paliva. Proto je nutno do motorové nafty pro vozidla přidávat aditiva. Katalyzátor DeNOx pro osobní automobily je akumulační a nechá se regenerovat krátkým obohacením směsi. Příliš vysoký obsah síry však snižuje jeho účinnost.. Vstřikovací systémy pro užitková vozidla I těžká užitková vozidla musí dnes splňovat přísné emisní normy. Zároveň však musí být hospodárná a velmi výkonná. Proto jejich motory pracují s velkými kompresními tlaky, používají výkonnější přeplňování, chlazení plnicího vzduchu, a mají také nižší spotřebu mazacího oleje. Page 3 of 5
Bosch zde nabízí vstřikovací jednotky Unit Injector, vstřikovací čerpadla a vstřikovací rampy jako vhodné vstřikovací systémy pro motory různé konstrukce a spalování. Velkým přínosem jsou zde přesné trysky s optimálně řešenými vstřikovacími otvory. Vstřikovací systémy s flexibilním elektronickým řízením spolu s rychlým spínáním elektromagnetických ventilů umožňují zvýšit vstřikovací tlaky a variabilně řídit průběh vstřikování. Všechny tři systémy se vyznačují vysokou životností, přesahující milion kilometrů. Bosch stále pracuje na dalším zdokonalení těchto systémů, aby se užitkové automobily staly ještě čistějšími a úspornějšími. Tak má být například přibližně za dva roky na trh uvedena vstřikovací jednotka, která bude pracovat s maximálními vstřikovacími tlaky 2200 barů. Pracovní tlaky u vstřikovacích čerpadel se zvýší na 2000 barů. Tyto systémy pak umožní nejen použití předvstřiku a řízeného dostřiku paliva, ale také variabilní řízení průběhu hlavního vstřiku. Obdobné nově vyvíjené komponenty povedou k optimalizaci spalovacího procesu také u vstřikovacích systémů Common Rail: Od roku 2005 se vstřikovací tlak u sériově vyráběných systémů zvýší z 1600 na 1800 barů. Kromě toho pracuje Bosch také na vývoji systému s předsazeným tlakem, který umožní variabilní průběh hlavního vstřiku a zvýšit vstřikovací tlak na více než 2000 barů. Splnění normy Euro IV užitkovými automobily Dnes platné emisní limity Euro III nelze splnit pouze pomocí optimalizovaných vstřikovacích systémů, dokonalejšího spalování a chlazení plnicího vzduchu. Existují dvě možnosti, jak dosáhnout ještě nižších hodnot, než předepisuje Euro IV: Je to recirkulace výfukových plynů s filtrem pevných částic nebo katalyzátor SCR. V roce 2008 bude pro splnění normy Euro V nezbytně nutný katalyzátor SCR. Tento katalyzátor bude pravděpodobně zaveden v kombinaci s filtrem pevných částic. Systémy pro úpravu výfukových plynů Pro katalyzátor SCR firma Bosch vyvinula dávkovací systém močoviny, který bude pravděpodobně poprvé použit v sériově vyráběném vozidle v roce 2003. V katalyzátoru SRC dochází k reakci kysličníků dusíku obsažených ve výfukových plynech s čpavkem. Jako produkt této reakce vzniká voda Page 4 of 5
a dusík. Řídící jednotka motoru průběžně upravuje množství močoviny, z níž se čpavek získává, podle specifických podmínek motoru a katalyzátoru. U filtru pevných částic dochází k přeměně NO na NOx v předřazeném oxidačním katalyzátoru, který okysličuje uhlík obsažený v kouřových zplodinách na CO2. Množství kouřových zplodin usazených ve filtru je průběžně sledováno, aby mohla být včas provedena jeho regenerace. Jiná varianta filtru pevných částic pracuje s aditivem v motorové naftě, které snižuje teplotu spálení pevných částic. Celkové řízení katalyzátoru v obou variantách zajišťuje řídící jednotka EDC firmy Bosch.. I pro filtr pevných částic je nezbytně nutná motorová nafta s nízkým obsahem síry. Pro rychlé zavedení systémů úpravy výfukových plynů bude zapotřebí, aby výrobci paliva zajistili širokou dostupnost motorové nafty s nízkým obsahem síry na trhu. V posledním desetiletí se vznětový motor vyvíjel velmi úspěšně. Osobní automobily vybavené dieslovým motorem jsou dnes hospodárné, produkují málo emisí, a poskytují radost z jízdy. Proto se těší velké pozornosti a uznání nejen ze strany veřejnosti, ale také zákazníků. To dokazuje rostoucí prodej těchto automobilů na všech trzích. Page 5 of 5