Dokonalá příprava směsi znamená nízké emise

Přestože se již největší automobilky začínají pomalu předhánět s koncepty poháněnými alternativním způsobem, ať už jde o alternativní paliva, jako je LPG, CNG, a biopaliva přes hybridní technologie až k vodíkovým pohonům palivovými články, klasika zatím zůstává klasikou. Ovšem ani ta nespí a kráčí ráznými kroky kupředu. Jakým směrem se vydal vývoj spalovacích motorů a co dnes nebo za pár let najdeme pod kapotou vozidel využívajících zatím konvenčních technologií?

Moderní vznětové motory s přímým vstřikováním paliva nabízejí dnes díky svému silnému točivému momentu, který je k dispozici v širokém spektru otáček, velkou míru pružnosti i značný požitek z jízdy. Naftové agregáty oproti benzinovým ovšem navíc oslňují výraznou úsporností. Systém vstřikování Common Rail, který vyvinula firma Bosch, úspěch "dieselových technologií" podstatně zvýraznil. Již první generace tohoto systému přinesla v roce 1997 výrazné zklidnění běhu motoru, sníženou spotřebu a nízké emise díky vytváření vysokého tlaku paliva nezávisle na otáčkách motoru a dodávce paliva.

Potřebný vstřikovací tlak 1350 barů zajistilo vysokotlaké čerpadlo s radiálními pístky (CP1). Vstřikovače byly ovládány elektromagnetickými ventily. Od roku 2000 umožňuje druhá generace Common Rail plnit vznětovým motorům zpřísněné požadavky na spotřebu paliva i emise škodlivin, přičemž výkon motorů i nadále roste. Vstřikovací tlak zvýšený na 1600 barů je vytvářen vysokotlakým čerpadlem CP3 s plynule regulovatelným elektromagnetickým ventilem. Nárůst účinnosti systému byl dosažen zvyšováním tlaku jen omezeného množství paliva, které je následně vstříknuto do spalovacího prostoru. Systém Common Rail třetí generace (rok 2003) je již vybavován inovativní Piezo-Inline technikou. Vstřikovací tlak zůstává stejný, tedy 1600 barů, ale díky piezoakčním členům ve vstřikovači bylo dosaženo významného urychlení vstřiku v menších dávkách paliva. Ke splnění snížených limitů škodlivin stačilo následně zvýšit systémový tlak až na 2000 barů, čímž dochází k velmi jemnému rozprášení paliva, tvorbě homogenní směsi a jejímu dokonalejšímu spálení. Aby mohla firma Bosch nabídnout vedle stávajících systémů Common Rail další náročná řešení pro všechny třídy osobních vozidel, vyvinula už čtvrtou generaci systému vstřikování Common Rail.

Na trhu se objeví pravděpodobně v roce 2008. Na tomto stupni vývoje je u osobního vozu poprvé aplikován vstřikovač s hydraulickým posílením. Tento vstřikovač pracuje s převodovým pístem, který zesiluje systémový tlak v zásobníku a umožňuje dosáhnout vstřikovacích tlaků až do 2500 barů. Tato technika otevírá možnost pracovat v řídicím systému s nižším tlakem, který je snadněji ovladatelný, a požadovaný maximální tlak vytvářet až ve vstřikovači. Požadovaný zástavbový prostor vstřikovače čtvrté generace přitom v podstatě odpovídá potřebě tradičního vstřikovače druhé generace. Méně škodlivin při spalování dnes vzniká nejen použitím vyššího tlaku, ale i tím, že palivo není náhle vstříknuto do spalovacího prostoru, nýbrž díky speciálnímu geometrickému dimenzování vstřikovače je vstřikováno s rostoucím tlakem postupně. Tento průběh vstřiku umožňuje šetrnější postup spalování s méně patrnými teplotními špičkami a příslušně redukovanou tvorbou oxidů dusíku. Zlepšuje se tak příprava směsi, a tím se redukuje i vznik pevných částic ve výfukových plynech. Vícenásobný vstřik dnes získává na důležitosti i z důvodu použití filtrů částic, které je nutné v pravidelných intervalech regenerovat. Systémem Common Rail nabízí Bosch optimální a hospodárná řešení pro různé třídy vozidel tak, aby vznik škodlivin u moderních vznětových motorů byl již při spalování minimální.

I přes stále se zvyšující zájem v oblasti vznětových motorů benzinové agregáty nestojí stranou a jejich vývoj, především v oblasti řízení, je za posledních dvacet let více než zřejmý. Nové motory s přímým vstřikováním benzinu DI-Motronic a turbokompresorem jsou mezi sportovně založenými řidiči značným lákadlem. Druhá generace přímého vstřikování benzinu firmy Bosch nastavuje nová měřítka pro výkon zážehového motoru a charakteristiku jeho točivého momentu. Podstatnými technickými charakteristickými znaky této další generace DI-Motronic jsou nové piezoelektrické vysokotlaké vstřikovací ventily s víceotvorovými tryskami, vylepšené jednoválcové vysokotlaké čerpadlo dosahující vstřikovací tlak až 200 barů místo doposud obvyklých 120 barů a samozřejmě optimalizované řízení motoru. Výroba piezoinjektorů HDEV 4, které se skládají z více než 40 dílů, byla spuštěna v Bambergu počátkem roku 2006. Partnerem i zadavatelem vývoje byla společnost DaimlerChrysler a celý systém i s novým injektorem je použit v novém modelu Mercedes CLS. Injektor je umístěn uprostřed spalovacího prostoru a vstřikuje svisle směrem dolů.

V ideálním případě má paprsek tvar kužele a nesmí přímo smáčet zapalovací svíčky umístěné po stranách. Palivo se v první fázi nejprve dostane do oblasti kolem svíčky, kde se prudce odpařuje a prohořívá s minimálními tepelnými ztrátami. Jiskra přitom směs zapaluje na vnějším víru kužele. Stabilita kuželového tvaru a zajištění stále stejného úhlu vstřikování při měnícím se tlaku ve spalovacím prostoru byla dosažena pomocí nové A trysky a přímého spínání v piezoinjektoru, který umožňuje ve velmi krátkých časových intervalech stabilní a velmi přesné vícebodové vstřikování (v průběhu 1,1 ms následují tři vstřiky). Díky přizpůsobeným časům překrytí ventilů jsou zbytkové plyny účinně vyplachovány ze spalovacího prostoru a je tak do něho přiváděno větší množství čerstvého vzduchu. Při odpovídající funkci softwaru a aplikaci v oblasti optimalizace plnění a řízení spalování to vede k výrazně vyššímu točivému momentu při nižších otáčkách. Při plném zatížení je tak k dispozici až o 50 % více točivého momentu v oblasti otáček pod 2000 min^-1. Tím je dosaženo úrovně výkonu, která byla doposud obvyklá pouze u objemově silnějších zážehových motorů.Přednosti oproti přímému vstřikování benzinu první generace jsou zcela zřejmé: snížení spotřeby o 10 %, velký potenciál pro další snižování emisí, zaručená startovatelnost i při velmi nízkých teplotách, rychlá reakce motoru a průběh točivého momentu.

Bosch je ovšem velmi aktivní i na poli alternativních paliv. V poslední době se vývojové aktivity zaměřily na kompletní systém řízení motoru určený pro vozidla využívající pohonu zemním plynem (CNG), resp. jeho kombinaci s benzinem. Ve srovnání s benzinovým motorem vzniká při spalování zemního plynu o 25 % méně oxidu uhličitého, spaliny neobsahují žádné pevné částice a navíc jsou bez zápachu. Systém řízení motoru pro zemní plyn byl do sériové výroby zaveden v letošním roce.

K systému určenému pro dvoupalivový provoz na zemní plyn a benzin patří jednotka řízení motoru, komponenty pro dodávku paliva i vytvoření směsi a potřebné snímače. Dvoupalivový systém firmy Bosch umožňuje během jízdy libovolný přechod mezi benzinovým provozem a provozem na zemní plyn, aniž by došlo k přerušení výkonu spalovacího motoru. Základem systému je dvoupalivová řídicí jednotka NG-Motronic, vycházející ze systému řízení motoru pro vstřikování benzinu. Integrace obou palivových systémů do jedné řídicí jednotky šetří náklady a snižuje náročnost kabeláže ve voze a motorovém prostoru.Speciálně pro požadavky dávkování zemního plynu vyvinula firma Bosch vstřikovač zemního plynu NGI 2 (Natural Gas Injector).

Díky specifickému materiálu se speciální povrchovou úpravou je vhodný zejména pro použití plynu bez přítomnosti oleje. Vnější tvar NGI 2 odpovídá obvyklým benzinovým vstřikovačům. Do budoucna se s provozem na zemní plyn otevírají další možnosti. Vysoká antidetonační odolnost zemního plynu jej předurčuje pro použití ve spalovacích motorech s přeplňováním. Z toho vyplývají další potenciály vývoje pro úsporné koncepty, na jejichž základě lze vyvíjet výkonově srovnatelné motory menšího zdvihového objemu s vyšší účinností. Jedinou nevýhodou tak zůstávají velké a těžké nádrže snižující užitečné zatížení vozidla a zatím nízká dojezdová vzdálenost.

-rbcz-

Bosch

www.bosch.cz