Dr. Rolf Leonhardnak, a Robert Bosch GmbH mûszaki ügyvezetõ alelnökének, ( dízel rendszerek ) Boxbergben elhangzott elõadása.
A mobilitás folyamatos terjedésével világszerte egyre többen szeretnének autót. Ez arra ösztönzi az autógyártókat és beszállítóikat, hogy fejlesszék termékeik energiahatékonyságát, amiben egyre fontosabb szerepet játszanak a hibrid meghajtású, illetve az elektromos autók.
A világ vezetõ jármûipari beszállítójaként a Bosch gyakorlatilag valamennyi autógyártó számára biztosít nélkülözhetetlen technológiákat. Termékeink és szolgáltatásaink kínálata rendkívül széles, az egyszerû érzékelõktõl a nagyobb alkatrészekig, a komplett befecskendezõ-rendszerektõl a teljes motorkoncepciókig. Ez, illetve innovatív képességünk képezi az alapját azon tapasztalatainknak, amelyek birtokában felmérhetjük a jármûmeghajtási rendszerek további fejlesztési lehetõségeit - olyan felmérés ez, amely túlnyomó részben független az egyes autógyártók egyéni törekvéseitõl.
Ezen ismereteink alapján arra számítunk, hogy néhány éven belül egy átlagos alsó-középkategóriájú sorozatgyártású személyautó képes lesz három liter üzemanyag felhasználásával megtenni száz kilométert. Ez egy olyan autó lesz tehát, amely egy liter üzemanyaggal 33 kilométert, egy amerikai gallonnal 78 mérföldet, illetve egy angol gallonnal 94 mérföldet tud majd megtenni. Ez az autó 1200 kilogrammos tömegével nem számít majd könnyûnek, ugyanakkor 70 grammos kilométerenkénti széndioxid-kibocsátásával felülmúlja a környezetpolitikai célkitûzéseket. A Bosch mûszaki fejlesztések egész során dolgozik azért, hogy kikövezze az utat ezen új jármû számára.
Napjainkban a benzinmotor a legelterjedtebb meghajtási mód a világon. Egy hozzávetõlegesen 1400 kilogramm tömegû, tipikus európai autó átlagos, kétliteres, négyhengeres, indirekt befecskendezésû motorja hozzávetõlegesen 100 kilowatt teljesítményre képes. Ez a jármû 7,7 liter benzint fogyaszt száz kilométerenként, miközben kilométereként 182 gramm szén-dioxidot bocsát ki. A késõbbiekben hivatkozom majd erre a motorra, ha bemutatom azon mûszaki elõnyöket, amelyeket már átültettünk a gyakorlatba, illetve azokat, amelyeket a jövõben alkalmazunk majd.
Ennél az átlagos motornál ma már léteznek lényegesen üzemanyag-hatékonyabb korszerû motorkoncepciók: egy közvetlen befecskendezésû és a méretcsökkentés bizonyos lépésein átesett benzinmotor 15 százalékkal kevesebb üzemanyagot fogyaszt. Ezzel szemben egy hagyományos, közös nyomócsöves befecskendezésû dízelmotor 30 százalékkal kevesebb üzemanyagot használ fel, ugyanannyit, mint egy benzines hibrid.
Ezek a ma már általánosnak számító üzemanyag-fogyasztási és károsanyag-kibocsátási értékek azonban még korántsem jelentik a belsõ égésû motor, illetve a hozzá kapcsolódó hajtási koncepciók lehetõségeinek végét. A Bosch fejlesztõi már dolgoznak azokon a technológiákon, amelyekkel még tovább csökkenthetõ az üzemanyag-fogyasztás és a széndioxid-kibocsátás.
A hatékonyabb benzinmotorok jelentõs piaci hatása
Mérnökeink várakozásai szerint a benzinmotorok üzemanyag-fogyasztásának és széndioxid-kibocsátásának 25-30 százalékos csökkentése érhetõ el, ezzel valamivel kisebb fejlesztési potenciált jelentenek, mint a dízelmotorok. A benzinmotorok világszerte magas piaci részesedése azonban azt jelenti, hogy ezek a fejlesztések kétségkívül jelentõs hatással bírnak majd. Annak ellenére, hogy egy tanknyi üzemanyag ára számottevõen eltér a világ különbözõ részein, a lényegesen alacsonyabb széndioxid-kibocsátás és a fosszilis üzemanyagok óvatosabb használata jól tükrözi az autóipar célkitûzéseit, illetve a legtöbb országban egyre szigorodó károsanyag-kibocsátási politikát. A Bosch belsõ égésû motorokhoz kapcsolódó technológiái fontos alapot jelentenek ezen ambiciózus károsanyag-kibocsátási célok eléréséhez.
Az eladott autók csaknem kétharmada készült indirekt befecskendezésû benzinmotorral világszerte. Csupán a közvetlen befecskendezés és a motor kismértékû méretcsökkentése segítségével az üzemanyag-fogyasztás és ezzel párhuzamosan a széndioxid-kibocsátás legalább 15 százalékkal csökkenthetõ lenne. Néhány autógyártó már követi ezt a koncepciót, különösen benzinmotoros volumenmodelljeik esetében, a Bosch "DI-Motronic" közvetlen befecskendezõ-rendszer alkalmazásával. Európában ezt a rendszert alkalmazza például a Volkswagen, továbbá a BMW-Mini a Peugeot-val együttmûködve. Az Egyesült Államokban a DI-Motronic rendszert használja a Ford hathengeres motorjainak "EcoBoost programjában". Továbbá megtalálható Ázsiában, a Suzuki K modellek 0,66 literes, háromhengeres motorjain is.
A benzinmotorok üzemanyag-hatékonyságának fokozását célzó mûszaki csomagunkban a meghatározó méretcsökkentési tényezõk a közvetlen befecskendezés és a turbófeltöltõ. Elsõ mûszaki csomagunkban bemutattuk továbbá a motor szívó- és kipufogószelepeinek változó vezérlését, illetve ezt a szelepvezérlést kiegészítettük a szelepek egybenyitásával elért átöblítõ funkcióval. Az átöblítés segítségével több friss levegõ áramoltatható a hengerekbe, ami különösen alacsony fordulatszám mellett jelentõsen növeli a nyomatékot, és biztosítja a kívánt teljesítményszintet még egy 1,4 literesre csökkentett lökettérfogatú motor esetében is.
Ez a mûszaki csomag tovább csökkenti az üzemanyag-fogyasztást start-stop rendszerünkkel, amely a jármû álló helyzetében leállítja a motort. Hõgazdálkodási rendszerünk pedig szintén fokozza a motor hatékonyságát. Ezek a technológiák a benzinmotorok esetében segítenek 22 százalékkal csökkenteni az üzemanyag-fogyasztást, illetve ugyanekkora mértékben a széndioxid-kibocsátást.
A benzinmotorokhoz szánt második mûszaki csomagunkkal megközelítõleg 29 százalékos csökkenést szeretnénk elérni az üzemanyag-fogyasztásban 2015-re. Ez magában foglalja a motorméret 1,1 literre csökkentését a teljesítmény és a nyomaték romlása nélkül. A teljesítmény a 100 kilowattos, kétliteres standard motorunkéval összevethetõ marad majd. Az elsõ mûszaki csomaggal szemben a turbófeltöltõ töltõnyomását 1,8-rõl 2,4 barra emeljük, ami azt jelenti, hogy még több levegõ jut a motor égésterébe. Ez a kisebb égéstér ellenére is lehetõvé teszi ugyanannyi üzemanyag befecskendezését és így ugyanazon teljesítmény elérését. Ehhez azonban kifinomultabb szelepvezérlés szükséges, amely nem csupán a szelepek nyitvatartási idejének, hanem a szelepek nyitási mélysége és így a beömlési keresztmetszet változtatására is alkalmas.
Ezen üzemanyag-fogyasztási fejlesztések alapja a DI-Motronic, a Bosch közvetlen benzinbefecskendezõ-rendszerének második generációja. Ez egyben a keverék hatékonyabb elõkészítésével jelentõsen csökkenti a szénhidrogén- (HC) és a nitrogénoxid-kibocsátást (NOx). A DI-Motronic könnyedén teljesíti az Egyesült Államokban megállapított SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicle) szabvány határértékeit, amelyek jelenleg a legszigorúbbak a világon. Ez elég mozgásteret biztosít a jövõbeni még szigorúbb károsanyag-kibocsátási határértékek teljesítésére. Ez a befecskendezési technológia továbbá eléggé robusztus ahhoz, hogy megfelelõen üzemeljen a világ különbözõ részein elérhetõ, eltérõ típusú és minõségû üzemanyagokkal is.
Ebben a mûszaki csomagban mindemellett fejlesztõink az új HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) benzines égésfolyamat bevezetését várják 2015-re. A folyamatnak köszönhetõ, elsõsorban részterhelésen jelentkezõ fokozott hatékonyságnak köszönhetõen akár további 2-3 százalékponttal csökkenthetõ az üzemanyag-fogyasztás.
A gazdaságosabb és környezetkímélõbb dízelmotor kulcsa a fokozott hatékonyság
A dízelmotorokkal foglalkozó mérnökök számára egyre nagyobb kihívást jelent az üzemanyag-fogyasztás csökkentése. Az Euro 5 után az Euro 6 károsanyag-kibocsátási norma hatályba lépésével a nitrogénoxidok kibocsátását kevesebb, mint felére kell csökkenteni. Ennek eléréséhez a Bosch mérnökei optimalizálták a hagyományos égésfolyamatot. Sikeresen csökkentettük a nitrogénoxid-kibocsátást a visszavezetett kipufogógáz arányának növelésével, a porlasztólevegõ töltõnyomásának fokozásával, illetve az üzemanyag-befecskendezési nyomás emelésével a motortérkép számos pontján. Ez az elsõ mûszaki csomag alapja, amelynek célja az üzemanyag-fogyasztás és a széndioxid-kibocsátás 22 százalékos csökkentése egy hagyományos dízelmotorhoz, és 45 százalékos csökkentése a standard benzinmotorunkhoz képest. Segítségével a károsanyag-kibocsátás mindössze 112 grammra csökken kilométerenként, ami már valamivel kedvezõbb a benzinmotorok hibrid változatainak értékeinél is. Ez a mûszaki csomag emellett olyan elemeket is tartalmaz, amelyeket a benzinmotornál már megismertünk, mint például a méretcsökkentés, a start-stop rendszer és a hõgazdálkodás. Magában foglalja továbbá a rendkívül pontosan behatárolt elõzetes befecskendezést is, amelyet új, gyorsabban kapcsoló befecskendezõ-szelepeink segítségével értünk el.
A dízelmotor hatékonyságának fokozása érdekében mérnökeink a kipufogógáz-kezelést is górcsõ alá vették. A nehéz jármûvek nagyobb teljesítményû dízelmotorjai a nitrogénoxid-kibocsátást hatékonyan mérséklõ katalizátor segítségével lesznek majd képesek megfelelni az egyre szigorodó károsanyag-kibocsátási elõírásoknak. A Bosch mérnökei emellett a haszonjármûvekben már bevált SCR (Selective Catalytic Reduction) Denoxtronic rendszert is a személyautók követelményeinek megfelelõen alakították át. Egyes dízel jármûveket már elláttak ezzel a technológiával, és ezek teljesítik az Egyesült Államokban a dízelüzemû autókra vonatkozó rendkívül szigorú károsanyag-kibocsátási elõírásokat.
A kipufogógáz-kezelés új távlatokat nyit meg a mérnökök elõtt a dízelmotor hatékonyságának további fejlesztésére. Ahogy növekszik az égési hõmérséklet a hengerben, úgy javul a motor hatékonysága. Ám ugyanakkor ez károsan befolyásolja a nitrogénoxid-kibocsátást, amire szigorú elõírások vonatkoznak. Ha azonban a nitrogénoxid-kibocsátásnak gátat szabunk egy SCR katalizátor beépítésével a kipufogórendszerbe, növelhetjük a motorban az égési hõmérsékletet. Ezzel fokozható a gázolaj hasznosításának hatékonysága, tehát az üzemanyag-fogyasztás csökken. Ebben az elrendezésben Denoxtronic rendszerünk segítségével további 5-7 százalékponttal csökkenthetjük az üzemanyag-fogyasztást. A lökettérfogat további, 1,2 literesre történõ csökkentésével és a 83 kilowattos literteljesítmény elérésével a széndioxid-kibocsátás kilométereként 97 grammra csökkenthetõ. Egy ilyen Euro 5-ös dízelmotor üzemanyag-fogyasztása 33 százalékkal csökkenthetõ, dízel hibridként pedig ez a motor 40 százalékkal kevesebb üzemanyagot fogyasztana, mint egy hagyományos, közös nyomócsöves dízelmotor. Ezen a területen szoros fejlesztési partneri kapcsolatban állunk a PSA Peugeot Citroënnel, a világ egyik legnagyobb dízelmotor-gyártójával.
A károsanyag-kibocsátás és az üzemanyag-fogyasztás csökkentését célzó valamennyi törekvésünkben központi szerepet tölt be a befecskendezési technológia, különös tekintettel a befecskendezési nyomásra és a befecskendezés lefolyására. Legkorszerûbb mágnestekercs-vezérelt közös nyomócsöves rendszerünket elsõként nyomáskiegyenlített szeleppel láttuk el, amely lehetõvé tette, hogy tovább javítsuk a befecskendezési folyamat dinamizmusát, akár 1800 bar vagy nagyobb nyomás mellett. Már megkezdõdött a mûszakilag összetettebb, piezo-vezérelt és akár 2000 bar befecskendezési nyomású Bosch közös nyomócsöves rendszer sorozatgyártása is.
Az Euro 6-nak megfelelõ égési folyamatokra készülve, illetve az üzemanyag-fogyasztás és a széndioxid-kibocsátás további csökkentését megcélozva már 2000 barnál nagyobb nyomású befecskendezõ-rendszerek kifejlesztésén is dolgozunk. Ennek eléréséhez azonban mérnökeinknek még meg kell küzdeniük néhány kemény mûszaki kihívással.
A hatékony motorok kulcsa a méretcsökkentés
Egy motor méretcsökkentésének egyik alapvetõ feltétele a motorba belépõ porlasztólevegõ nyomásának növelése - több üzemanyag elégetéséhez több oxigén szükséges -, így növelhetõ a motor teljesítménye. Más szemszögbõl nagyobb töltõnyomással ugyanazon teljesítmény kisebb lökettérfogattal is elérhetõ. Mindez a méretcsökkentés újabb kulcsfontosságú elemévé teszi a turbófeltöltõt. A Bosch Mahle Turbosystems vegyesvállalatunkban benzin- és dízelmotorokhoz egyaránt fejlesztünk feltöltési megoldásokat. Mérnökeink turbófeltöltõk teljes skálájának megtervezésén dolgoznak, 40-tõl egészen 200 kilowatt teljesítményû motorokhoz. Különösen jelentõs piaci lehetõséget látunk a 100 kilowatt alatti teljesítményû dízelmotorokhoz szánt turbófeltöltõkben.
Összefoglalás és kilátások - belsõ égésû motorok 2015-ben
A Bosch innovatív, új technológiák kifejlesztésén dolgozik a belsõ égésû motorral hajtott autók hatékonyságának folyamatos javítása érdekében, legyenek azok akár benzin- vagy dízelüzemûek. Vizsgálópadjainkon a belsõ égésû motorok fejlesztését célzó erõfeszítéseink egy új motorkoncepciót eredményeznek, amely majd 2015-re áll készen a piaci bevezetésre.
A méretet és minden fõ paramétert figyelembe véve, a benzines és a dízelmotorok közötti különbségek lényegében csekélyek. Mindkettõ számottevõ méretcsökkentés alanya lehet, amely háromhengeres, 1,1 vagy 1,2 literes motort eredményez, amely ugyanúgy 100 kilowatt teljesítményt kínál, mint a beszédem elején említett standard motor. Sõt, mi több, számos kiegészítõ technológiát tartalmaz majd, amelyek tovább fokozzák a hajtáslánc általános hatékonyságát:
- start-stop rendszer, amely automatikusan beindítja és leállítja a motort, ha a jármû álló helyzetben van, például egy piros lámpánál vagy forgalmi dugóban,
- hõgazdálkodási rendszer, amely hamar felmelegíti a motort az optimális üzemi hõmérsékletre, és ott is tartja a hõmérsékletét,
- rendkívül hatékony, vezérlõegységgel ellátott generátor, amely a fékezéskor keletkezõ energiát az akkumulátor töltésére fordítja,
- számos egyéb támogató funkció, amelyek az elektronizálásnak köszönhetõen hatékonyabban és jobban vezérelhetõen mûködnek.
A Bosch mûszaki megoldásainak köszönhetõen a jövõ belsõ égésû motorjai még hatékonyabban üzemelnek majd. 2015-re egy benzinüzemû autó csak 5,5 liter üzemanyagot fogyaszt majd száz kilométerenként - 29 százalékkal kevesebbet, mint 2009-es standard motorunk. Egy dízelmotoros autó 2015-ben mindössze 3,6 liter gázolajat igényel majd száz kilométerenként - egyharmadával kevesebbet, mint 2009-es dízelmotorunk.
A hibrid technológia segítségével a benzinmotorok üzemanyag-fogyasztását 39, a dízelmotorokét 40 százalékkal csökkenthetjük. Az autógyártók emellett egyéb technológiák segítségével is igyekeznek tovább csökkenteni az üzemanyag-fogyasztást és a károsanyag-kibocsátást. Áramvonalasabb karosszériák tervezésével csökkentik a légellenállást. Csökkentik a jármûvek tömegét és gördülési ellenállását is. Mindent egybevetve, egy mindezen szempontokból optimalizált autó 50 százalékkal kevesebb üzemanyagot fogyaszt majd, mint ma - normál körülmények között benzinmotoroknál hozzávetõlegesen 3,8 literes, dízelmotoroknál 2,6 literes száz kilométerenkénti üzemanyag-fogyasztás érhetõ el.
Természetesen mindezen különleges technológiák költségekkel járnak. De az az összeg, amelyet a jármûvezetõk megtakarítanak az üzemanyagköltségeken, azt eredményezi, hogy hosszú távon mégis megtérül a magasabb befektetés. Technológiánk segítségével minden egyes alkalommal pénzt takarítanak meg, amikor megtankolják autójukat. A technológia költségei pedig más utakon is megtérülnek - az életminõség javulásával és a környezet védelmével. Mindezt visszatükrözi a Bosch "Életre tervezve" szlogenje is.
A széndioxid-kibocsátás csökkentését célzó már említett mûszaki megoldások mellett minden gazdasági és ökológiai szempontból megvalósítható lehetõséget mérlegelünk annak érdekében, hogy alternatív üzemanyagokkal mûködõ belsõ égésû motorokat hozzunk létre. A megújuló erõforrásokból elõállított üzemanyagok ugyanis szintén elõsegítik a környezet védelmét.
A jövõ belsõ égésû motorja - elõnyök a hibrid és az elektromos meghajtással szemben
A széndioxid-kibocsátás és az üzemanyag-fogyasztás ugyanakkor lényegesen gyorsabban és költséghatékonyabban csökkenthetõ a benzines és a dízelmotorok fejlesztési lehetõségeinek kihasználásával. A Bosch mérnökei mindent megtesznek azért, hogy átültessék ezeket a technológiákat az autógyártók jövõbeni motorkoncepcióiba és maradéktalanul kiaknázzák a belsõ égésû motorokban rejlõ lehetõségeket.