Select Page


Bosch: Potencjał silników benzynowych i Diesla


 

Ambitne cele w zakresie redukcji emisji CO2 stanowią wyzwanie dla producentów samochodów i dostawców części. Także specjaliści firmy Bosch opracowują kolejne rozwiązania umożliwiające dalszą redukcję zużycia paliwa i emisji CO2. Koncepcje hybrydowe, downsizing, energooszczędne agregaty w układzie napędowym, sterowanie spalaniem przy pomocy czujników ciśnienia w komorze spalania – to najistotniejsze klucze do oszczędzania paliwa i zwiększenia efektywności energetycznej.

– Silnik spalinowy, który wciąż odgrywa znaczącą rolę w mobilności indywidualnej, także w przyszłości będzie musiał w zdecydowany sposób przyczyniać się do ochrony klimatu oraz rezerw paliw kopalnych – powiedział dr Marcus Heyn, prezes zarządu działu branżowego Systemy Diesla w firmie Bosch. Jeżeli światowy rynek nowych pojazdów zwiększy się z obecnych 71 milionów do 103 milionów pojazdów w roku 2020, ok. 100 milionów z nich będzie wyposażonych w silnik spalinowy – takie prognozy przedstawiają badacze rynku firmy Bosch oraz eksperci niezależni. Technika motoryzacyjna będzie odgrywać szczególną rolę w obniżaniu zużycia paliwa oraz redukcji emisji dwutlenku węgla w silnikach benzynowych i wysokoprężnych. Wysoce efektywna pod tym względem elektromobilność będzie do roku 2020 odgrywać w realizacji tych celów niewielką rolę ze względu na swój niski udział w rynku.

Obecnie w wielu krajach na świecie funkcjonują docelowe lub ustawowe wartości emisji CO2. W 2009 roku, w Europie przeciętny samochód osobowy emitował 146 gramów dwutlenku węgla na jeden kilometr. Komisja Europejska wyznaczyła krajom członkowskim cel, jakim jest obniżenie do roku 2015 emisji do 130 gramów, do 2020 roku emisja ma zmaleć do 95 gramów. Celem Komisji UE na rok 2025 jest wartość emisji nieprzekraczająca 70 gramów CO2 na jeden kilometr w przypadku przeciętnego, nowego samochodu – można to porównać do średniego zużycia paliwa wynoszącego ok. 3 litrów benzyny lub 2,6 litra oleju napędowego na 100 kilometrów.

– Cele te wydają się bardzo ambitne, ale są do osiągnięcia – stwierdził Heyn. Ważny wkład w obniżenie poziomu emisji CO2 stanowią pakiety technologiczne poprawiające efektywność energetyczną układu napędowego, jakie Bosch już dziś ma w swoim portfolio: koncepcje hybrydowe pozwalające łączyć silniki spalinowe z silnikiem elektrycznym, koncepcja downsizingu dla oszczędnych silników benzynowych i Diesla oraz energooszczędne agregaty dodatkowe w układzie napędowym. W sumie dzięki pakietom tym możliwe jest osiągnięcie ok. 30-procentowej oszczędności paliwa i takiej samej redukcji emisji CO2 – zarówno w przypadku silnika benzynowego, jak i Diesla. Dodatkowe działania po stronie producentów samochodów mają na celu obniżenie zużycia paliwa i emisji CO2 o połowę w porównaniu z aktualnie stosowanymi rozwiązaniami. Niektóre z obecnie produkowanych, wyjątkowo oszczędnych samochodów, już dziś zbliżają się do celów emisyjnych, których realizację przewiduje się na rok 2020.

Downsizing – klucz do oszczędzania paliwa
Jeśli chodzi o konstrukcję silnika, najbardziej skuteczną metodą jest downsizing. Mniejsza pojemność skokowa i zredukowana liczba cylindrów obniża straty spowodowane tarciem i oznacza mniejszą masę ruchomą. Tego rodzaju silnik wykazuje również mniejsze straty cieplne. Zadaniem konstruktorów jest utrzymanie lub zwiększenie mocy silnika.

Moc silnika może zostać zachowana pomimo zredukowanej liczby cylindrów i mniejszej pojemności skokowej, jeśli w cyklu spalania zostanie doprowadzone więcej powietrza, niż silnik jest w stanie sam zassać. Jest to możliwe dzięki turbodoładowaniu, które zapewnia silnikowi odpowiednią ilość powietrza potrzebną do czystego spalania. Z końcem 2011 roku spółka joint venture Bosch Mahle Turbo Systems uruchomi produkcję nowoczesnych układów turbodoładowania, które będą dostosowane do nowych koncepcji silników benzynowych i Diesla w samochodach osobowych i użytkowych. Bosch przewiduje, że w roku 2015 spółka będzie produkować ponad dwa miliony turbosprężarek zoptymalizowanych pod kątem wydajności.

Warunkiem downsizingu w przypadku silników benzynowych jest układ bezpośredniego wtrysku paliwa. Bezpośredni wtrysk paliwa pozwala inżynierom schłodzić komorę spalania, uzyskując jednocześnie dobre przepłukanie cylindrów bez strat paliwa przy wymianie ładunku. Efektem takiego rozwiązania są imponujące wartości momentu obrotowego nawet w niskim zakresie obrotów, co wcześniej było osiągalne tylko w silnikach Diesla.

Także w przypadku silników Diesla możliwości downsizingu nie zostały jeszcze wyczerpane: wraz ze wzrostem ciśnienia doładowania w turbosprężarkach nasi konstruktorzy muszą także zwiększać ciśnienie wtrysku w układzie Common Rail. Wyższe ciśnienie wtrysku niesie ze sobą wiele korzyści. Przy takim samym czasie trwania wtrysku może zostać podane więcej paliwa, co pozwala osiągnąć większą efektywność – moc silnika Diesla rośnie. Alternatywnie konstruktorzy mają możliwość zmniejszenia średnicy otworów dyszy we wtryskiwaczach, zachowując moc silnika. W połączeniu z wieloma wtryskami wstępnymi i dodatkowymi pozwala to zoptymalizować skład mieszanki w komorze spalania, oszczędza paliwo i daje w efekcie czystsze gazy wylotowe, zwłaszcza jeśli chodzi o emisję tlenków azotu.

Agregaty dodatkowe – efektywność i precyzyjne sterowanie
Konstruktorzy firmy Bosch wykorzystują wszystkie dostępne możliwości techniczne silników benzynowych i Diesla, uzupełniając je o agregaty dodatkowe o podwyższonej efektywności, np. alternator czy wentylator chłodnicy. Jednak jeszcze większe możliwości ograniczenia emisji CO2 można uzyskać poprzez bardziej precyzyjne sterowanie – urządzenia są napędzane lub wykorzystywane tylko wtedy, gdy rzeczywiście zachodzi taka potrzeba. Elektrycznie sterowane pompy wodne, elektryczne układy wspomagania kierownicy czy alternator, który ładuje akumulator głównie podczas hamowania silnikiem, poprawiają całkowitą efektywność pojazdu. Wyjątkową skutecznością odznacza się np. system Start-Stop firmy Bosch. Wyłącza on silnik na czerwonym świetle i włącza, gdy kierowca chce ruszyć po zmianie światła na zielone. W Nowym Europejskim Cyklu Jazdy pozwala to osiągnąć oszczędność ok. 5 proc. paliwa, a w przypadku jazdy po mieście nawet 8 proc.

Nowe technologie podnoszą efektywność energetyczną
Poza dziś już dostępnymi pakietami technologicznymi obniżającymi zużycie paliwa i emisję CO2, konstruktorzy firmy Bosch poszukują sposobów na dodatkowe oszczędności – zarówno dla silników benzynowych, jak i Diesla. Jako przykłady można podać m.in.: sterowanie spalaniem przy pomocy czujników ciśnienia w komorze spalania albo płynne sterowanie zaworami w silnikach Diesla, podobnie jak w silnikach benzynowych. Również przekładnia stwarza możliwości poprawy efektywności układu jezdnego, podobnie jak odzysk energii z ciepła spalin czy obniżenie mocy układu chłodzenia.

Alternatywne paliwa poprawiają bilans CO2
W zależności od uwarunkowań regionalnych rynki różnie podchodzą do technicznego zaangażowania w redukcję emisji CO2. W Brazylii na przykład ważną rolę odgrywa technologia Flex-Fuel. Duże obszary kraju są przeznaczone pod uprawę trzciny cukrowej, którą przetwarza się na etanol będący alternatywą dla paliw otrzymywanych z ropy naftowej. Paliwo to jest wytwarzane z surowców odnawialnych, co zauważalnie odciąża bilans CO2. W USA rejestruje się coraz więcej pojazdów z technologią Flex-Fuel, które mogą być zasilane benzyną z różnymi domieszkami etanolu. Efekt ten wykorzystują także inne kraje i regiony, mieszając ze sobą paliwa pochodzenia roślinnego i kopalnego – przy czym domieszki mogą wynosić od 5 do 20 proc. – zarówno w benzynie, jak i oleju napędowym. W przyszłości istotną rolę odgrywać będą także paliwa syntetyczne wytwarzane z odpadów organicznych.

Opłacalna technologia umożliwiająca oszczędzanie paliwa
Gdyby kierowca porównał średnie zużycie paliwa przeciętnego samochodu z roku 2010 i samochodu wyprodukowanego w roku 2020, przez trzy lata zyskałby od 1 000 do 1 500 euro oszczędności w kosztach paliwa, obliczonych na podstawie średnich przebiegów rocznych w Europie i dzisiejszych cen paliw.

Prawdopodobnie więc podczas eksploatacji zaoszczędziłby więcej, niż wyniesie narzut za dodatkową technologię stosowaną w oszczędnych autach produkowanych w roku 2020. W przeliczeniu na standardowy czas eksploatacji pojazdu, który wynosi ok. 12 lat, oszczędność kosztów paliwa wyniesie od 4 000 do 6 000 euro, a redukcja emisji CO2 od 6 do 11 ton.


 

Katagoria: inne sprawy techniczne
Słowa kluczowe: 
Opublikowano 6 lat temu.