Електроавтомобилът използва максимално ефективно вложената енергия и поради това при същия разход на енергия стига 2,5 пъти по-далече от автомобила с двигател с вътрешно горене. Поради това в дългосрочен план електромоторът ще се причисли към най-важните задвижвания на автомобила.
И през следващите 20 години двигателят с вътрешно горене ще бъде най-важната задвижваща техника в автомобила. Защото според днешното ниво на техниката автомобилът с двигател с вътрешно горене за 1 kg зареден акумулатор на енергия стига 40 пъти по-далече от електроавтомобила. И ние ще използваме още много от наличния богат потенциал за развитие на двигателя с вътрешно горене и ще го прави още по-ефективен – дизеловия двигател, както и бензиновия.
С двигателя с вътрешно горене се постигат бързо и с малко разходи важни и много високи политически цели за икономии. Вследствие на това пътуването с автомобил ще е още по-щадящо околната среда, а новата техника – икономически по-изгодна за потребителя.
Двигателят с вътрешно горене не е показал максималните си възможности
Като водещ в света доставчик Bosch осигурява с техника почти всичко производители на автомобили. Нашата палета продукти и услуги се простира от обикновения датчик, преминавайки през големите компоненти, комплектните горивонагнетателни системи и стига до цели моторни концепции. Всичко това, свързано с нашата иновационна сила, води до нашата преценка за по-нататъшното развитие на автомобилното задвижване, което до голяма степен не се влияе от специалните интереси на отделните производители на автомобили.
На базата на тези знания разчитаме през следващите няколко години на един автомобил от долния среден клас, без да се отказваме от мощността и пробега с едно зареждане, да изминават с 3 l гориво 100 km – или казано по друг начин: автомобилът да измине с 1 l гориво 33 km, с 1 US-галон – 78 мили или с 1 UK-галон – 94 мили. С тегло 1200 kg автомобилът съвсем няма да бъде от леката категория и със 70 g/km емисии CO2 преизпълнява всички политически цели. Пътят към този автомобил преминава през редица технически разработки, върху които работи Bosch.
Днес глобално бензиновият двигател е най-разпространената задвижваща техника. Вграден в един типичен европейски автомобил с тегло 1400 kg нашият стандартен двигател с впръскване на гориво в смукателната тръба има мощност около 100 kW, 4 цилиндъра и обем 2 l. Този автомобил изразходва 7,2 l бензин на 100 km и при това изхвърля в атмосферата 182 g/km емисии CO2 . Стандартният двигател е базата за сравнение, когато по-нататък говоря за техническите новости, които вече превръщаме в дело и ще реализираме в бъдеще.
Сравнени със стандартния двигател още днес съвременните концепции за двигателите имат предимства по отношение на разхода на гориво: на един бензинов двигател с директно впръскване и начален Downsizing е необходимо 15 % по-малко гориво, един традиционен дизелов двигател с Common-Rail-впръскване спестява с 30 %, също толкова много гориво, колкото и един бензинов хибрид.
При тези обичайни днес стойности за разход на гориво и емисии, двигателите с вътрешно горене и базиращите се на тях концепции за задвижването далеч все още не са използвани до край. Занимаващите се с развойна дейност специалисти на Bosch работят вече по техники, които ще доведат до по-нататъшно понижаване на разхода на гориво и емисиите на CO2.
Повишаване на ефективността на бензиновия двигател със силно влияние върху пазара
Ако, съгласно съвременната прогноза на нашите инженери, бензиновият двигател с 25 до 30 % намаляване на разхода на гориво и CO2 има незначително по-малък потенциал за развитие от дизеловия, то този прогрес ще окаже голямо влияние върху големия в световен мащаб пазарен дял на бензиновия двигател. Поради много различните в глобален мащаб цени на горивата икономиите за водача при зареждане с гориво се различават значително. Обаче силно редуцираните CO2-емисии, както и по-щадящата работа с фосилни енергоносители са идентични с целите на автомобилната индустрия и ставащите все по-строги политически изисквания в световен мащаб. Техниките на Bosch за двигателите с вътрешно горене са решаваща база, за да се постигнат високите цели свързани с вредните емисии.
Днес в световен мащаб близо 2/3 от продадените автомобили имат бензинов двигател с впръскване в смукателната тръба. Само със стъпката към директното впръскване на бензин и началото на Downsizings трябва да се постигне 15 % по-малък разход на гориво – в същата степен се понижава и емисията на CO2. Някои производители на автомобили са постигнали технически напредък именно при обемното моделиране на бензиновия двигател във връзка с директното впръскване DI-Motronic на Bosch – в Европа например концернът Volkswagen или BMW Mini в сътрудничество с Peugeot, в САЩ Ford с неговата програма „EcoBoost program“ за 6-цилиндрови двигатели и в Азия Suzuki с неговия 3-цилиндров двигател с 0,66 литра работен обем на цилиндъра в K-автомобилите.
В нашите технически пакети за намаляване разхода на гориво при бензиновия двигател, директното впръскване и турбокомпресорното принудително пълнене са решаващата база за Downsizing. Към това в нашия първи технически пакет има променящо се по време управление на смукателния и изпускателния клапани на двигателя. Ние допълваме това управление на клапаните с така нареченото продухване: със съвпадане на отвореното положение на клапаните – смукателен и изпускателен. То се грижи, особено при ниски обороти за по-добро пълнене на цилиндрите със свеж въздух и с това за мощен въртящ момент, за да може да предложи желаната динамика на движение и при намален на 1,4 l работен обем.
Допълнителни икономии на гориво в този технически пакет предлагат нашата старт-стоп концепция за спиране на двигателя във фазите на престой и термоуправлението за подобрен коефициент на полезно действие на двигателя. С него постигаме сумарно около 22 % по-малък разход на бензин и намалени в същия размер емисии CO2.
С втория технически пакет за бензиновия двигател ние се стремим до 2015 г. да постигнем около 29 % по-малък разход на гориво. Двигателят се намалява на 1,1 l работен обем – без загуба на мощност и въртящ момент – и с това предлагаме сравнима динамика на движение като нашият 100 kW-ов стандартен двигател с работен обем 2,0 l. При това спрямо първия технически пакет повишаваме налягането на принудително пълнене на турбокомпресора от 1,8 на приблизително 2,4 bar. Така двигателят получава още повече въздух за горене. Така, въпреки по-малката горивна камера може да се впръсква същото количество гориво и по този начин да се постигне същата мощност на двигателя. За целта обаче ни е необходимо по-скъпо струващо управление на клапаните, при което допълнително освен времето за отваряне на клапаните може да варира също и ходът на клапана и с това напречното сечение на отвора.
Второто поколение на директното впръскване на бензин на Bosch – DI-Motronic е база за напредъка при икономията на гориво. Едновременно с подобрено обогатяване на сместа то се грижи за значително редуцирани емисии на въглеводороди (HC) и азотни окиси (NOX). Със системата DI-Motronic могат да се постигнат стойности по-ниски дори от най-строгите в света американски SULEV-пределно допустими стойности (Super Ultra Low Emission Vehicle) и тя предлага поле за разработки на още по-строги в бъдеще наредби за вредните емисии. Същевременно тази техника на впръскването е толкова издръжлива, че е подходяща за много различните качества и видове горива в света.
Освен тези технически пакети нашите специалисти в развойната дейност предвиждат за бензиновия двигател на 2015 г. първите серийни приложения на новия метод на горене HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition). Чрез подобряване на ефективността специално в диапазона на частичното натоварване с този метод разходът на бензин би могъл да се понижи с други 2 до 3 процентови пункта.
По-добър коефициент на полезно действие като ключ за икономични, щадящи околната среда дизелови двигатели
За специалистите по разработване на дизелови двигатели изискванията за намаляване на разхода на гориво са усложнени, тъй като преминаването от стандарт Euro 5 на Euro 6 едновременно трябва да се намалят повече от половина NOx-емисии. За целта инженерите на Bosch оптимизираха конвенционалния метод на горене. Ние увеличаваме дяловете на рециркулация на отработените газове, налягането на въздуха на принудително пълнене и налягането на впръскване в други части на полето характеристики на двигателя и по този начин постигаме горене с малко азотни окиси. Това е базата за първия технически пакет за намаляване разхода на гориво и емисиите на CO2 от 22 % спрямо стандартния дизелов двигател и 45 % спрямо стандартния бензинов двигател на само още 112 g/km, стойност, която вече с лекота чупи рекорда на хибридния вариант на бензиновия двигател. Техническият пакет обхваща освен това познатите вече от бензиновия двигател мерки: Downsizing, старт-стоп и термоуправление, а също и много близо разположено предварително впръскване, което се постига с нашите нови, по-бързо включващи се инжектори за бензин. Инженерите използват също допълнителното обработване на отработените газове, за да подобрят коефициента на полезно действие на дизеловия двигател. Чрез все по-строги ограничения на отработените газове за по-мощните дизелови двигатели в тежките автомобили за в бъдеще ще е необходим катализатор, за да се намалят емисиите на азотни окиси. За целта специалистите по разработки на Bosch са адаптирали вече доказалата се при камионите и автобусите система Denoxtronic за SCR-намаляване на емисиите на азотни оксиди (Selective Catalytic Reduction) към техниката за леките автомобили. Първи дизелови автомобили специално за много строгото законодателство по отношение на отработените газове в САЩ се оборудват вече с тази техника.
Допълнителното обработване на отработените газове дава на инженерите допълнителни възможности за изява, за да подобрят още веднъж коефициента на полезно действие на дизела. С покачващите се температури на горене в цилиндъра се повишава ефективността на двигателя – едновременно обаче повишават и вредните и затова с наложени ограничения емисии на азотни окиси. Ако емисиите на азотни окиси се ограничат допълнително от един SCR-катализатор в тракта за отработени газове, в двигателя може да се приемат по-високи температури на горене. Коефициентът на полезно действие на дизеловия двигател се повишава, разходът на гориво се понижава. С тази техника и нашата система Denoxtronic ние постигаме с още 5 % до 7 % по-нисък разход на дизелово гориво. Заедно с друга Downsizing-степен, на 1,2 l работен обем и мощност от 83 kW на литър работен обем тези мерки понижават емисията CO2 на 97 g/km. Разходът на гориво на този Euro-5 дизелов двигател спада по този начин с 33 %. Като дизелов хибрид този двигател би достигнал дори 40 % спрямо традиционния Common-Rail-дизелов двигател. В тази област ние работим в интензивно партньорство в развойната дейност с един от най-големите производители на дизелови двигатели, PSA Peugeot Citroën. За всички наши концепции за намаляване на емисиите и разхода на гориво решаваща роля играе техниката на впръскване – по-специално по отношение на налягането и протичането на впръскването. При най-модерната Common-Rail-система с магнитно управление ние използваме за първи път компенсиран вентил. С него можем да продължим да подобряваме динамиката на процеса на впръскване и при налягане на впръскване равно или по-голямо от 1800 bar. Технически по-скъпата Common-Rail-система с пиезоуправление на Bosch със стойности на налягането на впръскване до 2 000 bar вече е в серийно производство.
За въвеждането на Euro 6-метода на горене и за да намалим още повече разхода на гориво и емисиите CO2 ние разработваме системи на впръскване с налягане по-високо от 2000 bar. За да можем все пак да осъществим тези степени, нашите инженери трябва да преодолеят сериозни технологични трудности.
Downsizing като ключ за ефективни двигатели
Важно условия за Downsizing е по-високото налягане, с което въздухът за горене попада в двигателя – необходим е повече кислород, за да изгори повече гориво и по този начин да се повиши мощността на двигателя. Казано по друг начин: при оставаща без промяна мощност на двигателя чрез по-високо налягане на принудително пълнене габаритите на двигателя могат да се намалят. С това турбокомпресорът е друга ключова компонента за Downsizing. В нашия джойнт-венчър Bosch Mahle Turbosystems ние разработваме техника на принудително пълнене за дизелови и бензинови двигатели. Нашите инженери проектират цяла палета турбокомпресори за двигатели с мощност между 40 и 200 kW. За пазара по-специално значение имат турбокомпресорите за дизелови двигатели с мощност до 100 kW.
Обобщение и перспективи – двигателите с вътрешно горене на 2015 година
Както за бензиновия двигател, така също и за дизеловия двигател Bosch разработва иновационна техника, за да направи стъпка по стъпка през следващите години задвижването на автомобила по-ефективно. От сбора на отделните технически разработки по двигателя с вътрешно горене и във връзка с него на лабораторните изпитателни стендове се създават концепции за двигатели, които до 2015 г. ще достигнат пазарните изисквания. При това бензиновите и дизелови двигатели почти няма да се различават по отношение на техните размери и важни параметри. Чрез екстремен Downsizing те ще имат само 3 цилиндъра и работен обем 1,1 – 1,2 l, но въпреки това ние ще предложим мощност от 100 kW и същото поведение при движение като нашия стандартен двигател днес. Те ще бъдат оборудвани с повече допълнителна техника, която ще служи изцяло за повишаване на ефективността на комплектната задвижваща верига:
o Старт-стоп система за автоматично включване и изключване на двигателя по време на фазите на престой, например на светофари и при задръстване;
o Термоуправление, за да доведе двигателя бързо до работната температура и да я задържи;
o Високоефективен генератор с управление, което допълнително използва енергията при спиране за зареждане на акумулатора;
o Освен това много помощни функции, които чрез електрифицирането работят по-ефективно и могат да се управляват по-добре.
Нашите автомобили с двигатели с вътрешно горене на бъдещето с техниката Bosch ще работят много по-ефективно. През 2015 г. на бензиновия двигател ще са необходими само 5,5 l/100 km, а това е 29 % по-малко от стандартния двигател на 2009 година. При дизеловия двигател на 2015 година разходът на гориво ще бъде 3,6 литра на 100 километра – една трета по-малко сравнено с нашия дизелов двигател на 2009 година.
С хибридизирането можем да понижим разхода на гориво на бензиновия двигател с 39 %, а разхода на гориво на дизеловия двигател с 40 %. Освен това производителите на автомобили използват други техники в автомобила, които допълнително ще донесат предимства при разхода на гориво и вредните емисии. С оформени във въздушен канал аеродинамични каросерии те намаляват въздушното съпротивление, те намаляват теглото на автомобила и понижават съпротивлението при търкаляне на автомобила. Всичко на всичко оптимизиран по този начин автомобил ще икономисва 50 % и повече гориво спрямо днес – нормиран разход на гориво от прибл. 3,8 l бензин или прибл. 2,6 l дизелово гориво на 100 километра изминато разстояние са достижими.
Техническите допълнителни разходи водят принудително до по-високи разходи за двигателя. Но чрез икономията на гориво по време на работа допълнителните разходи за водача на автомобила си струват – с нашата техника той реализира икономии. И за хората и околната среда техническите допълнителни разходи със сигурност си струват – съгласно слогана на Bosch „Техника за живота „.
Освен описаните тук технически мерки за намалени емисии CO2 ние използваме всички икономически и екологични целесъобразни възможности двигателите с вътрешно горене да могат да работят и с алтернативни горива. Тъй като именно горивата на базата на възобновяеми суровини се грижат допълнително за опазване на околната среда.
Двигателите с вътрешно горене на бъдещето – със силни страни спрямо хибридното и електрозадвижването
Със силното нарастване в световен мащаб на мобилността и с желанието на хората за собствен автомобил, от автомобилните производители и доставчици в еднаква степен се изисква да направят задвижващата техника енергийно по-ефективна. Все по-голям принос за постигане на тази цел имат хибридните задвижвания и електроавтомобилите. Значително по-бързо и финансово по-изгодно могат да се намаляват емисиите CO2 и разходът на гориво от фосилни енергоносители като автомобилната индустрия използва съществуващите големи потенциали на развитие на бензиновите и дизеловите двигатели. Специалистите в развойната дейност на Bosch работят усилено с цел да адаптират тези техники към бъдещите концепции за двигателите на производителите на автомобили и да тласнат още по-напред развитието на двигателя с вътрешно горене – Техника за живота.
