Napędy samochodowe najbliższej przyszłości wg Boscha

Napędy samochodowe najbliższej przyszłości wg Boscha
Fot. Adobe Stock. Data dodania: 20 września 2022

Rolf Bulander, prezes działu branżowego Bosch Gasoline Systems oraz Markus Heyn, szef Bosch Diesel Systems, wskazywali ostatnio na perspektywy rozwoju samochodowych układów napędowych w kontekście zaostrzonych europejskich wymagań w zakresie emisji spalin i zużycia paliwa.

Unia Europejska skonkretyzowała cele emisyjne dla flot na rok 2020. Oficjalne propozycje komisji to: 95 g CO2 na kilometr. Za 2 lata - w roku 2015 - floty pojazdów będą mogły emitować średnio zaledwie 130 g CO2/km. Nawet jeśli inne regiony gospodarcze, takie jak USA i Chiny również uchwaliły reglamentacje w redukcji emisji CO2 - cel UE przewidziany do realizacji w roku 2020 pozostaje najbardziej restrykcyjnym z limitów.

Dział branżowy Bosch Technika Motoryzacyjna zamierza wesprzeć przygotowanie pojazdów wszystkich klas do spełnienia norm obowiązujących w przyszłości. - Dalsza optymalizacja zużycia paliwa jest możliwa, jednak przy znaczących dodatkowych nakładach, twierdzą przedstawiciele Boscha.

To, czy klienci w przyszłości będą jeździć samochodami z silnikami spalinowymi czy elektrycznymi, w dużym stopniu jest uzależnione od konstrukcji pojazdu. W przypadku małych aut wystarczy optymalizacja pracy silnika. Udoskonalona technologia wtrysku, turbodoładowanie i downsizing łączą niski koszt z wysoką efektywnością, zapewnia Bosch.

Także w przypadku napędów w samochodach klasy średniej firma pracuje nad technologią umożliwiającą redukcję emisji i wzrost efektywności silników, które pomimo optymalizacji nadal będą opłacalnymi rozwiązaniami. Potencjałem jest doskonalenie dotychczas oferowanych komponentów oraz wprowadzanie nowych elementów, które umożliwią dalszą optymalizację procesu spalania. Prezesi Bulander i Heyn zapewniajaą, że firma pracuje nad nowymi systemami, które umożliwiają m.in. efektywne odzyskiwanie energii hamowania oraz częściową elektryfikację układu przeniesienia napędu.

Jeżeli chodzi o technologię napędową w samochodach klasy wyższej szefowie "silnikowych" działów Bosch wskazują, że trzeba zmobilizować większe środki, aby osiągnąć cele w zakresie emisji CO2. Bosch projektuje efektywne układy hybrydowe typu Plug-In, które pozwalają pokonywać z napędem czysto elektrycznym odcinki o długości do 60 km. Także w ten sposób można osiągnąć w przypadku klasy SUV niższą emisję CO2. Układy takie powodują wprawdzie wzrost kosztów, ale przynoszą dodatkowe korzyści. Układy hybrydowe Plug-In podnoszą wartość samochodów segmentu premium. Samochód z napędem hybrydowym porusza się w trybie elektrycznym prawie bezszelestnie, a przy tym ma zasięg pojazdu z silnikiem spalinowym. Moment obrotowy, generowany przez dodatkowy silnik elektryczny, zapewnia większą dynamikę jazdy.

Poza elektryfikacją układu napędowego, Bosch dostrzega jeszcze potencjał wykorzystania we wszystkich klasach pojazdów możliwości, jakie oferują oszczędne napędy zasilane gazem ziemnym. Podczas spalania gazu ziemnego silniki emitują o 25% CO2 mniej w porównaniu do silników benzynowych. Jednak warunkiem dalszego rozwoju silników gazowych jest znacząca rozbudowa infrastruktury.

Efektywność dzięki downsizingowi i turbosprężarkom
Wychodząc od najbardziej efektywnych samochodów tego segmentu w roku 2012 Bosch widzi potencjał oszczędności dochodzący do 20%. Najbardziej zaawansowane wersje Diesla emitują obecnie 81 g CO2/km. Z kolei najefektywniejszy silnik benzynowy emituje obecnie 99 g CO2/km. W oparciu o tak dobrą bazę specjaliści Boscha zakładają, że optymalizacja pracy silnika będzie wystarczająca do osiągnięcia unijnych celów emisyjnych.

Szczególną uwagę przykłada się do jednostek benzynowych, które wymagają dalszego udoskonalenia. Są trzy możliwości, dzięki którym możliwe będzie osiągnięcie unijnych limitów emisji CO2 w przypadku małych aut z napędem benzynowym:
- niskonakładowa automatyzacja ręcznej skrzyni biegów. Potencjał redukcji, jaki można dzięki temu osiągnąć, wynosi ok. 5-6%;
- turbosprężarki w klasie niższej. Turbodoładowanie umożliwia zmniejszenie pojemności skokowej silnika przy utrzymaniu takiej samej mocy (downsizing). Możliwa do osiągnięcia oszczędność w emisji: do 8%. W połączeniu z nowoczesnym układem bezpośredniego wtrysku benzyny można osiągnąć nawet o 15% niższe zużycie paliwa w porównaniu do wtrysku pośredniego. Dodatkowo turbosprężarka generuje wyższy moment obrotowy, oferując optymalną moc. Umożliwia przesunięcie punktu najwyższej sprawności oraz przestawienie skoku zaworu w celu uzyskania efektu braku przepustnicy. Pozwala to zwiększyć sprawność silnika;
- optymalizacja spalania za pomocą większego sprężania w połączeniu z chłodzeniem recyrkulacji gazów spalinowych. To efektywne rozwiązanie pomogłoby obniżyć emisję CO2 o ok. 1/10.

Możliwości te łączone będą z udoskonaloną technologią bezpośredniego wtrysku benzyny. Zakłada się, że małe samochody z silnikami benzynowymi będą w przyszłości emitować mniej CO2 niż 85 g/km. W dalszym ciągu będzie się także rozwijać technologia dla silników Diesla w tym segmencie pojazdów - np. poprzez bardziej efektywne spalanie w wyniku dalszego wzrostu ciśnień wtrysku oraz upowszechnienie technologii niskociśnieniowej recyrkulacji spalin. Silniki Diesla oferujące wysoki moment obrotowy będą konsekwentnie ulepszane z pomocą produktów Bosch - zarówno pod względem tarcia, jak również zmian ładunku. Ponadto wzrośnie moc zoptymalizowanych pod względem pojemności skokowej silników. Wartości emisji dla samochodów z silnikami Diesla będą wynosiły sporo poniżej limitu 85 g CO2/km.

Hydrauliczny napęd hybrydowy:

Opcją poprawy efektywności silników w klasie małych samochodów jest pierwszy na świecie hydrauliczny napęd hybrydowy dla samochodów osobowych, nad którym Bosch pracuje wspólnie z koncernem PSA. Napęd bazuje na klasycznym silniku spalinowym wyposażonym dodatkowo w elementy hydrauliczne oraz azotowy akumulator ciśnienia. Układ hybrydowy wspomaga silniki benzynowe oraz Diesla w tych obszarach, w których nie pracują one z pełną efektywnością. A zatem np. podczas przyspieszania lub w ruchu typu Stop&Go. Swoje atuty napęd udowadnia przede wszystkim w mieście, gdzie oszczędność zużycia paliwa wynosi 45%, natomiast średnio podczas jazdy - 30%. Redukcja zużycia jest tak znaczna dzięki efektywnemu odzyskowi energii, która w standardowych warunkach byłaby tracona. Fachowa nazwa tego procesu to rekuperacja. Energia kinetyczna, która przy hamowaniu musi ulec redukcji, jest przekształcana w energię hydrauliczną i magazynowana w akumulatorze ciśnienia. Decydujące jest przy tym to, że ten alternatywny napęd nie wymaga akumulatora, tak jak w przypadku elektryfikacji napędu, tak więc dodatkowa waga układu spada poniżej 100 kg. Hydrauliczny napęd hybrydowy jest bardziej ekonomiczny, a przede wszystkim elastyczny. Oprócz samochodów miejskich, można go stosować także w innych segmentach aut - łącznie z lekkimi pojazdami użytkowymi. Równocześnie napęd ten łączy w sobie wiele zalet, znanych kierowcom z aut elektrycznych: może pokonywać krótkie odcinki trasy całkowicie bezemisyjnie, a dzięki efektowi Boost zapewnia bardziej dynamiczną jazdę. Efekt taki powstaje w sytuacji, gdy pracuje silnik spalinowy, a równocześnie ma miejsce wyładowanie akumulatora ciśnieniowego. Ponadto, ten rodzaj układu przeniesienia napędu umożliwia przesunięcie punktu najwyższej sprawności silnika spalinowego i pracę w najbardziej efektywnym obszarze charakterystyki. Także zasięg nie jest powodem do zmartwień, ponieważ alternatywny napęd dodatkowo zwiększa zasięg samochodu - właśnie dlatego, że obniża zużycie paliwa.

Boost Recuperation System oraz eClutch

Podobne cele przyświecają także w przypadku elektryfikacji napędów. Rozpocznie się ona od dalszej standaryzacji układów Start-Stop, które w 2017 r. będą montowane w ponad 70% nowych aut. Możliwe są jednak nowe ścieżki rozwoju. Przejawem tego jest Boost Recuperation System (BRS). Dzięki napięciu 48 V przenosi on układ Start-Stop na wyższy poziom i zamyka pokaźną lukę pomiędzy napędami konwencjonalnymi a światem technologii hybrydowych. BRS będzie można zobaczyć w klasie kompakt, gdzie panuje bardzo silna konkurencja cenowa. System musi być efektywny i oferowany w przystępnej cenie. Można to zagwarantować dzięki odpowiedniej adaptacji komponentów: wykorzystuje się elementy elektryczne, które wspomagają silnik spalinowy mocą 10 kW. Akumulator oferujący energię 0,25 kWh został zaprojektowany w sposób ekonomiczny. Dzięki części sieci pokładowej, która pracuje przy napięciu 48 V można osiągnąć maksymalny odzysk energii z procesu hamowania. Po pięciu hamowaniach akumulator litowo-jonowy systemu jest naładowany do pełna. Zgromadzoną energię można wykorzystać do zasilania elektrycznych odbiorników prądu w pojeździe oraz do efektu Boost, czyli wsparcia dynamiki silnika spalinowego podczas ruszania i przyspieszania.

Wraz z systemem BRS należy wymienić także rozwiązanie o nazwie eClutch - elektrycznie uruchamiane sprzęgło. W tym przypadku zautomatyzowana jest nie skrzynia biegów, lecz sprzęgło. Dzięki temu silnik może zostać oddzielony od układu przeniesienia napędu, gdy energia napędowa nie jest potrzebna. Kierowcy mogą wtedy oszczędzać paliwo, ale także korzystać z dodatkowego komfortu: na I i na II biegu ruszanie podczas jazdy w korku nie będzie wymagało uruchamiania sprzęgła. Przy niskich prędkościach jazdy sprzęgło eClutch umożliwia jej automatyzację. Dodatkowo elektroniczne sprzęgło umożliwia przełączanie na bieg jałowy, gdy kierowca nie dodaje gazu. Umożliwia to oszczędną jazdę wykorzystującą rozbieg w samochodach z układem Start-Stop.

Zasada działania jest prosta: u Boscha system rozpoznaje, kiedy kierowca, zjeżdżając ze wzniesienia, nie przyspiesza, odłącza sprzęgło i zapobiega klasycznemu efektowi hamowania silnikiem. Dzięki temu możliwe jest utrzymanie stałej prędkości. Obecnie kierowcy mogą symulować ten efekt ręcznie, wyłączając sprzęgło oraz dodatkowo silnik podczas zjeżdżania ze wzniesienia. W przyszłości system będzie automatycznie sterował tą funkcją. Z technicznego punktu widzenia rozwiązanie jest zaawansowane, ale opłacalne: zużycie paliwa może spaść dzięki niemu o 7%.

Układ Strong Hybrid

Wg oczekiwań specjalistów z Boscha, w 2020 r. na rynku będzie 12,1 mln pojazdów ze zelektryfikowanym układem przeniesienia napędu. Mając na uwadze ten scenariusz, Bosch dla aktualnej generacji pojazdów hybrydowych już dziś zwiększa produkcję, obniżając przez to koszty innowacyjnych rozwiązań. Aktualne układy Strong Hybrid umożliwiają redukcję zużycia paliwa o 15-25% wg nowego, europejskiego cyklu jazdy (NEFZ). W zależności od wielkości akumulatora kierowca samochodu z układem Strong Hybrid firmy Bosch może pokonywać krótkie odcinki jazdy w trybie czysto elektrycznym - nie emitując spalin oraz poruszając się prawie bezszelestnie. Wymiary pojazdu nie mają dużego znaczenia. Bosch proponuje silniki elektryczne dla pojazdów Strong Hybrid, dla zakresu mocy 20-40 kW. Są też akumulatory litowo-jonowe o pojemności 0,8-1,5 kWh. Dzięki przetwornicy napięcia stałego dostęny jest element łączący silnik elektryczny z akumulatorem. Tak więc jest zupełnie obojętne, czy będzie to małe, zelektryfikowane auto kompaktowe czy kombi z układem Strong Hybrid.

Plug-In-Hybrid

Układy hybrydowe typu Plug-In pozwalają pokonywać odcinki o długości do 60 km z napędem czysto elektrycznym, z prędkością do 120 km/h. Umożliwia to obniżenie kosztów energii nawet o 90% - jeżeli użytkownik systematycznie doładowuje akumulator z gniazda. Również kierowcy, którzy nie przed każdym uruchomieniem pojazdu naładowali akumulator, mogą korzystać z zalet układu hybrydowego Plug-In: w przypadku systemów Bosch zakłada się redukcję zużycia paliwa o co najmniej 50% wg NEFZ. Dlatego stosuje się w nich wydajniejsze komponenty elektryczne. Silniki elektryczne mają moc 30-80 kW, akumulator oferuje do 12 kWh energii. Możliwości stosowania obejmują limuzyny klasy średniej, zelektryfikowane wersje SUV oraz samochody sportowe. Skalowalność układu pokazuje, jak ważnym rozwiązaniem w przyszłości będą układy hybrydowe typu Plug-In. Mając na uwadze cele emisyjne CO2 na rok 2020, należy stwierdzić z przekonaniem, że w przypadku klasy wyższej elektryfikacja napędu jest jedyną drogą. Za modelowy przykład może posłużyć napęd hybrydowy z silnikiem Diesla, zrealizowany przez koncern PSA i firmę Bosch. Łączy on w sobie moc zaawansowanego Diesla z ekonomicznymi komponentami elektrycznymi.

Nie ma jednak znaczenia, czy elektryfikacja dotyczy silnika benzynowego czy Diesla: kierowcy korzystający z układu hybrydowego Plug-In będą przygotowani do spełnienia wymagań w zakresie emisji już dzięki temu, że odcinki do 60 km mogą być pokonywane z napędem czysto elektrycznym.

Elektromobilność: napędy Bosch - wszystko od jednego producenta

Za przykład służy Fiat 500e, dla którego Bosch dostarcza kompletne układy przeniesienia napędu. firma produkuje nie tylko komponenty, ale także dysponuje kompetencjami, umożliwiającymi ich integrację w kompletny napęd elektryczny. Elementy układu to:
- silnik elektryczny Bosch SMG 180/120 dostarcza modelowi moc 80kW. Wzbudzany magnesem stałym silnik synchroniczny to prawdziwa elektrownia układu. Od uruchomienia oferuje moment obrotowy 196 Nm;
- centralnym elementem łączącym silnik elektryczny z akumulatorem jest inwerter-konwerter INVCON 2.3 firmy Bosch. Stanowi on mózg elektrycznego układu przeniesienia napędu. Układ przekształca prąd stały zgromadzony jako energia w akumulatorze, w prąd przemienny potrzebny silnikowi elektrycznemu - oraz odwrotnie. Im bardziej efektywna jest przetwornica, tym większy zasięg ma auto elektryczne;
- dzięki akumulatorowi Bosch zasięg Fiata 500e wynosi ok. 140 km. Akumulator trakcyjny składa się z ogniw pryzmatycznych o całkowitej energii 24 kWh. Można go naładować do pełna w czasie poniżej 4 godzin.

CNG jako alternatywa dla napędów alternatywnych

Napęd CNG dotychczas był on spotykany raczej w autobusach komunikacji miejskiej oraz w lżejszych samochodach dostawczych. Jednak w przyszłości takie zasilanie będzie coraz powszechniejsze w samochodach osobowych i pojazdach użytkowych - także w połączeniu z silnikiem Diesla. Dla kierowców napęd CNG jest opłacalny przy rocznym przebiegu 7 tys. km, czyli w praktyce, dla każdego. Wynika to głównie z atrakcyjnej ceny gazu ziemnego, który jest nawet o 50% tańszy od benzyny. Już dziś w porównaniu z silnikiem benzynowym, auto na gaz ziemny będzie miało o 25% niższą emisję CO2 - a w przypadku metanu wytwarzanego przez producentów biogazu różnica ta będzie jeszcze wyższa. Z punktu widzenia Boscha czyni to z gazu ziemnego łatwo dostępną i ekologiczną alternatywę dla innych paliw. Napędy gazowe CNG Bosch można znaleźć już dziś w seryjnie produkowanych samochodach Grupy VW, GM, Fiat, a także Tata.

Najbardziej znaczącym aspektem technologii jest to, że podczas jazdy nie wyczuwa się żadnej różnicy w porównaniu do napędu konwencjonalnego: współczesne napędy zasilane gazem ziemnym mają bowiem taką samą moc, niezależnie od tego, czy kierowca jedzie z napędem gazowym czy benzynowym. Także przełączenie się z jednego napędu na drugi przebiega w sposób niezauważalny. Różnica zauważalna jest na stacji paliw. Kierowca tankujący gaz ziemny dodatkowo oszczędza pieniądze, także w porównaniu do innych paliw gazowych. Oferowany układ zapewnia rozruch w trybie CNG także przy niskich temperaturach, umożliwiając tym samym jak efektywne wykorzystanie taniego gazu ziemnego. Inne układy wymagają konwencjonalnego podgrzania i jazdy na drogiej benzynie przez kilka kilometrów.
×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

SŁOWA KLUCZOWE I ALERTY

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu

Podaj poprawny adres e-mail
W związku z bezpłatną subskrypcją zgadzam się na otrzymywanie na podany adres email informacji handlowych.
Informujemy, że dane przekazane w związku z zamówieniem newslettera będą przetwarzane zgodnie z Polityką Prywatności PTWP Online Sp. z o.o.

Usługa zostanie uruchomiania po kliknięciu w link aktywacyjny przesłany na podany adres email.

W każdej chwili możesz zrezygnować z otrzymywania newslettera i innych informacji.
Musisz zaznaczyć wymaganą zgodę

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Napędy samochodowe najbliższej przyszłości wg Boscha

NEWSLETTER

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu.

Polityka prywatności portali Grupy PTWP

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!