Tisková informace Autopříslušenství prvovýbava Řízení elektrické energie a startovací generátor pro palubní síť budoucnosti Duben 2001 RF10406 Dr. Beda-Helmut Bolzenius, mluvčí vedení úseku startérů a generátorů Robert Bosch GmbH. Přednáška na 55. mezinárodním kolokviu motoristického tisku Boxberg, duben 2001 Na třech velkých trzích, v Evropě, Americe a Asii, se v poslední době objevily přísné emisní limity. Jako vstřícné opatření ještě před přijetím příslušné legislativy, a rovněž s ohledem na neustále rostoucí ceny benzínu, se například evropské automobilové firmy v roce 1995 samy zavázaly snížit do roku 2008 průměrné množství emisí kysličníku uhličitého (CO2) ze 180 na 140 gramů. Protože mezi spotřebou paliva a emisemi CO2 existuje přímá závislost, znamená to snížení průměrné spotřeby ze 7,6 na 5,8 litrů na 100 kilometrů. K dosažení tak vysokých však cílů nestačí pouze opatření na úrovni motoru. Bude zapotřebí další optimalizace celého hnacího ústrojí i ostatních systémů a vedlejších agregátů. Kromě toho připravované komfortní a bezpečnostní systémy ještě zvýší energetickou potřebu. Bosch nabízí řešení, která kopírují tento vývoj. Vzhledem ke své složitosti budou tyto inovace zaváděny na vozidlech postupně. Již dnes nabízí Bosch automobilovým výrobcům generátory, které dosahují ještě nedávno neuvěřitelné účinnosti až 72 % při jmenovitém napětí 14 V. Toto zvýšení účinnosti tvoří nikoliv nepodstatný příspěvek pro snížení spotřeby: ve srovnání s běžně dostupnými generátory je možno ušetřit až 0,5 litru paliva na 100 kilometrů. Generátor s funkcí startéru V budoucnosti dojde k elektrifikaci celého hnacího ústrojí. To znamená, že elektrická jednotka integrovaná v tomto ústrojí nastartuje spalovací motor a bude ve svém generátorovém pracovním režimu zajišťovat elektrický výkon 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
pro palubní elektrický systém automobilu. Tento agregát nahradí dnešní startér a alternátor. Jednoduchou variantu tohoto "startovacího generátoru" dodával náš podnik již v roce 1933 pro letecké motory a v 50. létech firmě Moto Guzzi, a pod označením "alternátorový startér Bosch" (Bosch- Lichtanlasser) rovněž pro malý automobil Lloyd LP300. V budoucnu bude možné v první fázi pomocí startovacího generátoru s řemenovým pohonem zajistit funkci "vypínání válců" (Start/Stop), což znamená vypnutí motoru stojícího vozidla. Jakmile však řidič znovu sešlápne spojku nebo zařadí-li rychlost, dojde automaticky k opětovnému spuštění motoru. Toto probíhá velmi tiše a rychleji, než pomocí klasického startéru. Generátor, jak ho známe dnes, bude doplněn řídícími elektronickými prvky, a bude se tak moci starat i o spouštění motoru. Pro velmi nízké teploty a u velkých motorů bude start motoru podporován přídavným startérem.tato koncepce zajistí snížení průměrné spotřeby paliva v cyklu MVEG (Motor Vehicle Emissions Group) o čtyři až šest procent, přičemž tento systém bude v městském provozu ještě výkonnější, takže úspora paliva by mohla dosáhnout až deseti procent. Vyšší stupeň integrace bude představovat startovací generátor klikového hřídele. V tomto případě bude generátor elektrického proudu namontován přímo na klikovém hřídeli mezi motorem a převodovkou. Tato konstrukce bude vhodná i pro zajištění vyššího elektrického výkonu palubní sítě vozidla, který bude potřebný pro další generaci automobilů. Na rozdíl od již zmíněného řešení s použitím řemenového pohonu se bude jednat o zásadní zásah do celkové konstrukce hnacího ústrojí. Náklady na zavedení tohoto systému lze odůvodnit pouze v případě, že u nové generace vozidel stejně dojde k novému celkovému řešení. Startovací generátor pro hybridní pohony Další vývoj této technické koncepce povede ke vzniku hybridního vozidla. U něj bude startovací generátor svým hnacím výkonem pomáhat motoru při rozjezdu a zrychlení. Odborníky je tato funkce pomáhající při zrychlení označována jako \"posílení\" (boost). Při provozu tohoto generátoru bude také možno získávat zpět část energie, která se obvykle ztrácí při brzdění jako teplo. Tato koncepce s elektricky podporovaným rozjezdem automobilu a akumulací zpětně získané brzdné energie v baterii umožní až 30procentní úsporu energie, pokud bude vozidlo vybaveno také automatickou převodovkou a menším motorem. Jeho nižší výkon bude totiž kompenzován Page 2 of 5
zesilovací funkcí startovacího generátoru, takže řidič nebude při obvyklém způsobu jízdy nucen akceptovat žádné snížení jízdního výkonu. Aby bylo možno využít všech výhod, které tato koncepce poskytuje, bude nutné vytvořit propracovanou strategii automatizovaného řízení. Musí být zajištěna taková vzájemná souhra motoru, generátoru, převodového ústrojí a brzd, aby řidič nebyl nucen k žádným kompromisům, pokud jde pohodlné řízení automobilu, a současně byla zajištěna minimální spotřeba paliva. Praktická realizace těchto složitých koncepcí předpokládá rozsáhlé systémové znalosti v oblasti hnacího ústrojí, které kromě firmy Bosch může nabídnout jen málo dodavatelů. Při vhodné konstrukci startovacího generátoru bude možno navrhnout vozidlo s hybridním pohonem, které by při jízdě na krátké vzdálenosti mohlo vypínat spalovací motor a jezdit pouze s elektrickým pohonem, a tedy zcela bez emisí. Předpokladem je zde vhodný elektrochemický akumulátor energie a vyšší napětí palubní sítě vozidla. Z technického hlediska je funkci startovacího generátoru možno vyřešit různými způsoby. Konstrukční řešení startovacího generátoru umístěného na klikovém hřídeli, jak je navrhuje firma Bosch, funguje na základě synchronního generátoru buzeného trvalým magnetem. Jeho konstrukce umožňuje pokrýt co největší rozsah funkce pomocí dnešních olověných baterií s kyselým elektrolytem. Tato konstrukce poskytuje ještě další výhody. Umožňuje dosáhnout vysokého točivého momentu již při nízkých otáčkách, což je nutné jak pro rychlý a tichý start, tak i pro pomoc při rozjíždění. Vysoká hustota výkonu generátoru umožňuje kompaktní konstrukci. Celkový účiník generátoru je při napětí palubní sítě 42 V v nejlepším bodě provozu téměř 90 procent, zatímco generátory s hnacím řemenem dosahují při stejném napětí maximálně 80 procent. Generátor tohoto typu může i zcela nahradit spalovací motor, pokud bude elektrická energie potřebná pro jízdu vyráběna palivovým článkem. Firma Bosch na základě svých zkušeností získaných při velkosériové výrobě více než 20 milionů startérů a generátorů za rok přispěje k nalezení technicky i nákladově výhodného technického řešení. Nová architektura palubní sítě Účinnost vedlejších agregátů motoru se zlepší, pokud jejich pohon nebude zajišťován řemenem, nýbrž elektricky. Elektrické přístroje, jako například hydraulické čerpadlo posilovače řízení nebo vodní pumpa chladicího okruhu by mohly při jejich koordinovaném řízení podle skutečné provozní potřeby pracovat s podstatně vyšší účinností. Kromě toho bude zavedena řada nových elektrických a elektronických systémů, které podstatně zvýší elektrický Page 3 of 5
příkon. Zvýší se i počet krátkodobých výkonových špiček, které bude muset pokrýt autobaterie. Elektrické spotřebiče osobního automobilu střední třídy například potřebují v současné době průměrný příkon přibližně dva kilowatty. Do roku 2010 počítá Bosch se zdvojnásobením průměrného příkonu a s výkonovými špičkami dosahujícími až deset kilowattů. Pouze široce diskutované elektromagnetické ovládání ventilů spotřebuje až čtyři kilowatty elektrického výkonu. To předpokládá vytvoření nové architektury palubní elektrické sítě. Zvýšením napětí na 42 voltů dojde ke snížení ztrát ve vedení a u spotřebičů; u kabelů bude zmenšení jejich průřezu znamenat snížení jejich hmotnosti. Pokud jde o komplexní zajištění a koordinaci výroby, akumulace a distribuce elektrické energie, sází Bosch na centrální řídící jednotku elektrické energie. Ta by sledovala stav nabití a výkonnost autobaterie a při zjištění nevyrovnané energetické bilance baterie provedla příslušná opatření. Prostřednictvím řídící jednotky motoru pak bude moci například krátkodobě zvýšit volnoběžné otáčky za účelem zvýšení odběru energie z generátoru. Bude také možno cíleně snižovat odběr proudu nebo krátkodobě vypínat jednotlivé elektrické spotřebiče, aby byla zajištěna dodávka proudu do systémů s vysokou prioritou. Krátkodobou časovou prodlevou okamžiku zapnutí bude možno rozdělovat zátěžové špičky, které vznikají při současném zapnutí několika spotřebičů s velkým odběrem. Dohromady znamenají všechna tato opatření stabilní a spolehlivou dodávku elektrického proudu. Těmito technickými prostředky poskytuje Bosch automobilovým výrobcům při navrhování palubní elektrické sítě a baterie větší prostor. Konstruktér bude moci zvolit optimální velikost baterie, a dosáhnout tak lepšího využití zástavbového prostoru a snížení hmotnosti. Navíc bude průběžně zajištěn takový stav nabití baterie, který umožní spolehlivý start automobilu i při nízkých teplotách. Vyrovnaná energetická bilance baterie zabrání jejímu hlubokému vybití, což zvýší její životnost. Bosch pracuje na integraci doplňkových funkcí, které by umožnily dále zdokonalitsystém a vytvořit komplexní řízení elektrické energie. To by pak umožnilo přidat i další bezpečnostní funkce, jako například automatické odpojení baterie od palubní sítě při nehodě. Automobil budoucnosti Bezpečnost vozidla dále zvýší elektrohydraulické brzdy EHB, elektrické řízení vozidla a další připravované systémy X-by-Wire. Startovací generátor a řídící jednotka elektrické energie vyvinuté firmou Bosch pro tyto a jiné systémy zajistí spolehlivou a dostatečně vysokou dodávku elektrické energie. Page 4 of 5
Vytvořením elektrického pohonu pro hybridní koncepce vozidla, tedy jeho pohon spalovacím i elektrickým motorem firma Bosch významně přispívá ke snížení spotřeby paliva a emisí. Jeho vývoj také firmě umožní co nejlépe se připravit na možné další uplatnění pohonu pomocí palivových článků. Page 5 of 5