Technika

Mobilita budoucnosti

Pavel Biskup 10.12.2009 00:29

35286

Společnost Bosch jako jeden z největších systémových dodavatelů pro automobilky pořádá každým druhým rokem mezinárodní kolokvium motoristických novinářů. Letos byla hlavní pozornost věnována reálným možnostem zajištění mobility v příštích letech.

Odborníci firmy Bosch počítají s tím, že dnes intenzivně propagovaný elektromobil se ve větším měřítku zatím neobjeví, technické problémy elektrifikace dávají zelenou hybridním pohonům. Jisté však je, že příštích 20 let bude spalovací motor nadále pohonem dominujícím. K těmto úvahám vede aktuální stav techniky, kdy automobil se spalovacím motorem ujede v přepočtu na kilogram energetické náplně do vzdálenosti, která je čtyřicetinásobkem vzdálenosti ujeté elektromobilem. Přitom jak u motoru zážehového, tak vznětového, je ještě k dispozici značný vývojový potenciál. Dnes je globálně nejrozšířenějším motorem zážehový čtyřválec, který v typickém evropském voze s hmotností 1400 kg dává z objemu 2,0 l výkon asi 100 kW, spotřebuje 7,7 l/100 km a jeho spaliny obsahují 182 g/km CO2. Takto definovaný standardní motor je měřítkem pro technická opatření, jež Bosch připravuje. Technici této firmy již vyvinuli nebo dále zdokonalují motorové koncepce snižující spotřebu paliva. Dnes jsou dvě třetiny prodávaných vozů poháněny zážehovým motorem s nepřímým vstřikem do sacího potrubí. Souborem technických opatření, kde jsou hlavními zásahy přímý vstřik a přeplňování turbodmychadly, se vytváří základ pro snížení pracovního objemu (downsizing).

K tomu v prvním kroku dochází variabilitou řízení sacích a výfukových ventilů (jejich překrývání), takže plnění válců je účinnější a motor získává vysoký točivý moment, který umožňuje vozu vyžadovanou jízdní dynamiku i při objemu motoru sníženém na 1,4 l. S použitím zařízení Start/Stop a řízením teploty spalovacího procesu, jež zvyšuje tepelnou účinnost motoru, lze snížit spotřebu benzinu asi o 22 % (to se týká i emisí CO2). Do roku 2015 se počítá s dalším balíčkem opatření, která přinesou snížení spotřeby zhruba o 29 %, přičemž objem motoru bude redukován na 1,1 l, a to beze ztráty výkonu nebo točivého momentu, takže dynamika vozu bude srovnatelná s dnešním motorem 2,0 l. Svou roli bude hrát navýšení tlaku plnicího turbodmychadla z dnešních 1,8 na 2,4 baru a ještě náročnější řízení ventilů s proměnlivým průtočným průřezem. V úvahu přichází také homogenní kompresní zapalování směsi (viz AR 1/’08).

U vznětových motorů jsou podmínky na snižování spotřeby nafty ztíženy tím, že při přechodu z emisní normy EU5 na EU6 je třeba redukovat na polovinu množství emisí NOx. I v tom si inženýři firmy Bosch vědí rady a zvětšením množství spalin na recirkulaci, nárůstem tlaku vzduchu pro spalování a tlaku pro vstřikování tento požadavek řeší. A samozřejmě sáhli i k úpravě spalin za pomoci zařízení Denoxtronic (katalyzátor SCR) z užitkových vozů, který likviduje NOx. Bylo tedy možno zvýšit teplotu hoření, jež sice podporuje vznik NOx, ale zároveň se zvyšuje tepelná účinnost motoru, takže spotřeba klesá. Spolu se snížením objemu motoru na 1,2 l a měrným výkonem 83 kW/l se množství CO2 snížilo na 97 g/km a spotřeba tohoto vznětového motoru EU5 je o 33 % nižší. Pro splnění emisní normy EU6 je třeba přejít v systému vstřikování na tlaky přes 2000 barů, a to je úkol hodně náročný. Při snižování objemu motoru je klíčovým řešením turbodmychadlo, jež pod tlakem vhání vzduch do spalovacího prostoru. Vznikl nový společný podnik Bosch Mahle Turbosystems, který tuto problematiku řeší. Podle plánu mají automobily v roce 2015 vybavené zážehovými motory s technikou Bosch vykazovat spotřebu 5,5 l/100 km, s motory vznětovými pak 3,6 l/100 km.

Pro elektrifikaci vozidel jsou vývojářské aktivity vedeny směrem k technologiím jako jsou hybridní pohon, čisté elektromobily a palivové články ve funkci měniče energie. Elektrický pohon je lákavý vysokou účinností. Dodáme li běžnému spalovacímu motoru energii 1 kW.h, tak s ní automobil ujede 1,5 až 2,5 km, hybridní pohon (vznětový motor + elektromotor) nejvíce 3,2 km a samotný elektromotor 6,5 km. K tomu je třeba vzít v úvahu, že v roce 2015 bude na světě zhruba 60 megaměst (více než pět milionů obyvatel), která jsou pro elektromobily vhodným prostředím. Ovšem než se rozhýbe pohon čistě elektrickou cestou, tak automobilovou scénu doplní hybridní, jenž vhodně využije optimalizované spalovací motory v kombinaci s elektromotorem. Jednodušší formou je tzv. mild hybrid se spotřebou proti motoru zážehovému s přímým vstřikem nižší asi o 15 %, ale s náklady ve výši vznětového motoru s vysokou účinností, elektromotor však má jen asistenční funkci a vozidlo sám pohánět nemůže. Vyspělejší je full hybrid s možností samostatného elektrického pohonu, jehož spotřeba je nižší asi o 25 %, ale náklady jsou o 50 % vyšší. Podstatně méně techniky ve voze má tzv. sériový hybrid (nazývaný rovněž range extender, tedy prostředek prodloužení dojezdu), využívající malý spalovací motor běžící v optimálních otáčkách, jenž není propojen s hnacími koly, ale s generátorem dobíjejícím akumulátory, které jsou zdrojem energie pro ryze elektrický pohon.

U firmy Bosch mají k dispozici a dále vyvíjejí vpodstatě všechny komponenty potřebné pro sestavení základních modifikací hybridního pohonu, ale jsou si vědomi, že u čistě elektrického pohonu, jenž by zdolal přijatelné vzdálenosti (asi 200 km), bude ještě třeba vyřešit mnoho technických otázek. Jednou z největších jsou vhodné akumulátory, kde jistým řešením je lithiumionové provedení, na jehož dalším vývoji Bosch spolupracuje s firmou Samsung SDI.