Červen 2005 RF50603 Přímé vstřikování pro silné, úsporné a čisté zážehové motory Dr. Rolf Leonhard, Vedoucí úseku Benzínové systémy Robert Bosch GmbH, zodpovědný za vývoj. Přednáška na 57. mezinárodním tiskovém kolokviu o automobilové technice, červen 2005 v Boxbergu 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
Již 30 let důsledně sleduje firma Bosch pomocí programu 3-S cíl učinit jízdu autem bezpečnou, čistou a úspornou. Program byl a je garancí pokračujících inovací v oblasti automobilové techniky. Bosch společně s výrobci automobilů uplatňuje tento program 3-S i v druhé generaci přímého vstřikování benzínu. Budoucí zážehové motory musí být nejen úsporné a čisté, ale musí být i silné. První agregát, který sleduje tuto strategii, je celosvětově první přeplňovaný zážehový motor s přímým vstřikováním Audi. Zážehový motor Turbo DI o objemu 2,0 l řízený jednotkou DI-Motronic Bosch vykazuje průběh točivého momentu typický pro vznětový motor, nabízí přitom radost z jízdy a zároveň přináší snížení spotřeby. Zážehové motory DI jsou silné: Zvýšení točivého momentu a výkonu Se vším rozumem musíme přiznat, že automobil je také velmi emocionální produkt, u kterého hraje důležitou úlohu potěšení z jízdy nejen při rozhodování o koupi. Velmi úsporným vznětovým motorům se rozhodujícím způsobem podařilo prorazit na trhu teprve díky kombinaci přímého vstřikování a přeplňování a s tím spojeného silného zvýšení točivého momentu a zároveň pociťované radosti z jízdy. Často se hovoří o tom, že kombinace přímého vstřikování a přeplňování ovlivní rozhodujícím způsobem trh i u zážehových motorů. Stejně, jak se to stalo u motorů vznětových, protože je tak možné řešit konflikt mezi dynamikou jízdy a spotřebou paliva. Tyto zážehové motory nadchnou svým vysokým kroutícím momentem při nízkých otáčkách spojeným s jistou lehkostí otáček. Poskytují tedy potěšení z jízdy kroutícím momentem a počtem otáček. Vyšší točivý moment moderních zážehových motorů DI vyplývá ze součinnosti mezi přímým vstřikováním, přeplňováním a variabilním seřízením ventilů. V kombinaci to vývojářům motorů umožňuje vysokou flexibilitu při seřizování motoru. Výsledkem je jednoznačně lepší plnění válců při sníženém klepání motoru. V budoucnu bude u přeplňovaných zážehových motorů DI možné dosáhnout specifické hodnoty kroutícího momentu 175 až 200 Nm na litr obsahu válce Page 2 of 6
při specifickém výkonu 100 kw na litr obsahu válce. Přitom se nové zážehové motory DI vyznačují právě vysokým kroutícím momentem již při nejnižších otáčkách, charakteristikou low-end-torque. Ve srovnání s přeplňovanými motory se vstřikováním v sacím potrubí dochází v oblasti nízkých otáček ke zvýšení kroutícího momentu až o 50 procent. Zážehové motory DI jsou úsporné - snižují spotřebu na minimum Již zmíněný motor Turbo-DI o objemu 2,0 litru v Audi A4 ukazuje, že lze dosáhnout radosti z jízdy prostřednictvím přímého vstřikování při velmi dobrých hodnotách spotřeby. Oproti motoru o objemu 1,6 litru se vstřikováním v sacím potrubí je výkon dvojnásobný, bez nevýhody vyšší spotřeby a produkce kysličníku uhličitého. Pokud se však srovnává se stejně výkonnými motory se vstřikováním v sacím potrubí, je jeho spotřeba podstatně nižší. Přímé vstřikování představuje pro zážehový motor nejúčinnější jednotlivý přínos ke snížení spotřeby paliva. Jak bylo vyzkoušeno u motoru Turbo DI s objemem 2,0 litru v Audi, lze kombinací Downsizing a přímého vstřikování s homogenním spalováním tedy při hodnotě Lambda 1 dosáhnout snížení spotřeby o cca 15 procent. O toto zlepšení se usiluje také bez Downsizing pomocí procesu spalování s řízeným paprskem. Stejně jako u přímého vstřikování benzínu první generace se spalováním s vedením paprsku paliva podél stěny je pro provoz s chudou směsí zapotřebí zásobníkový katalyzátor na oxidy dusíku. Další možnosti snížení spotřeby vyplývají z kombinace procesu spalování DI s řízeným paprskem spolu s přeplňováním a také z inovativních systémů Start- Stop. Přímým systémem startování DI Bosch je díky optimální kombinaci elektrického startéru a přímého vstřikování zaručeno pohodlné a tiché spuštění motoru. Ve srovnání s koncepty Start-Stop na základě řemenem poháněných nebo integrovaných generátorů startéru okouzlí přímý systém startování DI vynikajícím poměrem mezi užitkem a cenou. Page 3 of 6
Zážehové motory DI jsou čisté: Minimalizace emisí výfukových plynů Zážehové motory s přímým vstřikováním benzínu splňují již dnes přísné emisní zákony USA podle legislativy Sulev (Super Ultra Low Emission Vehicle). Tento koncept lze rovněž ekonomicky použít pro mezní hodnoty v Evropě diskutované budoucí normy EU5. Firma Bosch vyvinula k přímému vstřikování novou, velmi efektivní strategii startování a zahřívání ke katalyzátoru. Tím se daří velmi nákladný systém konečné úpravy výfukových plynů k dodržení mezních hodnot Sulev zjednodušit.. Náklady na celkový systém pohonné jednotky, její řízení a výfukový systém u zážehového motoru DI klesnou na úroveň systému s jednoduchým vstřikováním v sacím potrubí. Bosch tak očekává i v Severní Americe přechod k systému přímého vstřikování benzínu. Systém DI Motronic 2. generace: Pro silné, úsporné a čisté zážehové motory Elektronické přímé vstřikování benzínu DI Motronic se ve firmě Bosch sériově vyrábí již od roku 2000 jako jeden z nejefektivnějších konceptů k zážehovým motorům, který šetří palivo a vypouští méně kysličníku uhličitého do ovzduší. Firma Bosch systém na základě zvýšených požadavků dále vyvíjela k sériovému použití od konce roku. Tento systém DI Motronic 2. generace se vyznačuje novými vysokotlakými vstřikovacími ventily s víceotvorovými vstřikovacími tryskami, vylepšeným jednoválcovým vysokotlakým čerpadlem a také optimalizovaným řízením motoru. Nové vstřikovače k systému DI Motronic Vstřikovače 2. generace systému DI Motronic jsou dimenzovány na vyšší tlaky paliva až do 200 bar namísto dosavadních 120 bar. U vstřikovačů řízených magnetickým pohonem jsou víceotvorové ventily s rozdílnými konfiguracemi. Ty představují pro všechny procesy spalování z hlediska nákladů efektivní a flexibilní systém, kdy se tvar vstřiku co možná nejlépe přizpůsobí příslušné geometrii spalovací komory. Firma Bosch zkonstruovala vstřikovače tak, aby Page 4 of 6
se spolehlivě zamezilo vzniku usazenin i na centrální a tím i horké vnitřní stěně. Speciálně pro budoucí proces spalování DI s řízeným paprskem vyvíjí firma Bosch i piezovstřikovače, které jsou rovněž dimenzovány na tlak paliva 200 bar. Tyto vstřikovače se vyznačují maximálně krátkými spínacími dobami a umožňují tak vysoce flexibilní strategie vstřikování k optimálnímu využití potenciálů spotřeby a emisí. Ve střídavém provozu je možné vytvořit vícenásobné velmi úzce časově propojené vstřiky, které ve spojení s opakovatelným tvarem paprsku přispívají k velké mohutnosti procesu spalování. Tím lze oblast efektivního střídavého provozu rozšířit pro vyšší zatížení. Vysokotlaké čerpadlo Nově vyvinuté jednoválcové vysokotlaké čerpadlo s jednoduchým připojením na hlavě válce vytváří potřebný tlak ve vedení paliva. Čerpadlo je poháněno přídavnou vačkou a má pouze dvě hydraulické přípojky: přívod paliva a spojení k rozdělovacímu potrubí s palivem (vysokotlaký rozvod). Zpětný odvod do nádrže není koncepcí těsnění a integrovaným variabilním regulátorem tlaku nutný. Koncepce řízení je provedena jako změny množství pomocí integrovaného ventilu pro regulaci množství. Tím je příkon vysokotlakého čerpadla podstatně nižší než u čerpadla s tlakovou regulací. Další výhodou oproti 1. generaci je menší konstrukční velikost a nižší hmotnost a také celosvětová kompatibilita vzhledem k různým kvalitám paliva. Řízení motoru Systém DI Motronic je velmi flexibilní i při řízení motoru. Firma Bosch vyvinula koncepce spínání a funkce ke všem současným procesům spalování DI a koncepcím motorů. Ucelená systémová optimalizace DI Motronic přináší pro zákazníka další využití a zjednodušuje transformaci tradičních zážehových motorů na přímé vstřikování benzínu. Page 5 of 6
Vývoj trhu se systémem DI Motronic Výrobce automobilů stále více překvapuje velký potenciál systému DI Motronic v přeplňovaných zážehových motorech DI. Firma Bosch podporuje novými funkcemi a komponentami 2. generace všechny současné procesy spalování a koncepce motoru pro čisté, úsporné a silné zážehové motory. Přesvědčivě to dokazují nová sériově vyráběná vozidla s přeplňovanými zážehovými motory DI, stejně jako motor o objemu 1,6 litru vyvinutý ve spolupráci BMW a PSA, který je mimo jiné montován do Mini Cooperu S. V příštích letech budou mnozí významní výrobci vozidel uvádět na trh další modely s přímým vstřikováním benzínu. Přitom skoro všichni výrobci spoléhají na kompetentnost systému firmy Bosch. Bosch u přímého vstřikování benzínu do budoucna počítá na trhu s podobným úspěchem jako mělo přímé vstřikování nafty. To potvrzuje srovnání prognózy budoucího vývoje na trhu zážehových motorů DI se zaostávajícím vývojem vznětových motorů DI. Podle ní bude již v roce 2008 každý pátý prodaný zážehový motor v Evropě vybaven přímým vstřikováním. Z nich bude mít přibližně jedna polovina turbodmychadlo. Koncepce přímého vstřikování benzínu s přeplňováním potvrdí z celosvětového hlediska současné vedoucí postavení na trhu i v budoucnu. Page 6 of 6