Optymalizacja silników spalinowych - E

12 | TECHNICZNE PODSTAWY ZAWODU | MECHATRONIKA
MECHATRONIKA | TECHNICZNE PODSTAWY ZAWODU |
Optymalizacja
silników spalinowych
są w stanie spełniać normy obowiązujące
w 2020 roku. Także większość konstrukcji
seryjnie produkowanych teraz silników dys-
Napędy pojazdów – prognoza na 2020 rok
Sprzedaż globalna:
wania znacznych oszczędności energii.
120
Era downsizingu
100
Jeśli chodzi o zrealizowane projekty, naj-
W 2020 roku w pojazdach drogowych nadal dominować będą silniki spalinowe, lecz
ich konstrukcja musi zostać udoskonalona stosownie do wymogów ochrony ziemskiego klimatu i rezerw paliw kopalnych
i oczekiwań klientów i pełnić będą nadal
nia zużycia paliwa i emisji CO2 okazuje
pojazdy spalinowe.
się downsizing. Koncepcja ta polega na
W 2009 roku przeciętny samochód
zmniejszaniu do minimum pojemności
osobowy w Europie odprowadzał do at-
skokowej i liczby cylindrów, co obniża
mosfery 146 gramów CO2 w przeliczeniu
straty energii powodowane przez tarcie
na jeden przejechany kilometr. Komisja
i bezwładność ruchomych mas, jak rów-
Europejska nakazuje państwom człon-
nież zmniejsza straty cieplne. Nie odbywa
kowskim UE obniżenie tego wskaźnika
się to kosztem rozwijanej mocy, gdyż są to
do 130 gramów na kilometr (o 11%)
wyłącznie silniki z turbodoładowaniem re-
w 2015 roku, a do 95 g/km w roku 2020
kompensującym z nadwyżką efekt zmniej-
(redukcja o ok. 30%). O ile na innych
szonej pojemności.
kontynentach zmniejszenie emisji dwu-
Z końcem 2011 roku spółka joint ven-
tlenku węgla związane jest z wprowadza-
ture Bosch Mahle Turbo Systems rozpocz-
niem rozmaitych paliw alternatywnych,
nie produkcję nowoczesnych systemów
o tyle w Europie zarówno użytkownicy, jak
turbodoładowania,
i producenci pojazdów zainteresowani są
nowych konstrukcji silników benzynowych
głównie dalszym rozwojem silników spali-
i wysokoprężnych. Na rok 2015 planuje
nowych. Istnieją bowiem realne techniczne
się ich roczną produkcję na poziomie mi-
możliwości, by obecne zużycie paliwa ogra-
liona sztuk.
Możliwości downsizingu nie zostały
i wysokoprężnych aż o połowę, przy zakła-
jeszcze wyczerpane, lecz dalszy rozwój tej
danym udoskonaleniu pozostałych części
koncepcji wymaga rozwiązania pewnych
pojazdów, takich jak np. opony o niskich
problemów jej towarzyszących. W przy-
oporach toczenia, lżejsze konstrukcje nośne
padku silników benzynowych przeszkodą
i nadwozia o poprawionej aerodynamice.
jest tzw. granica spalania stukowego, po
Już teraz niektóre modele samocho-
osiągnięciu której zapłon zaczyna prze-
dów, także w klasie średniej, emitują
biegać w sposób niekontrolowany. Prze-
mniej CO2 niż będzie to wymagane na ob-
zwyciężenie tych trudności umożliwia sto-
szarze Unii w 2015 roku. Na przykład VW
sowanie bezpośredniego wtrysku paliwa,
Golf TSI z silnikiem benzynowym o mocy
ponieważ schładza on komorę spalania
77 kW opracowany przy udziale Boscha
i jednocześnie zapewnia dobre przepłu-
zużywa 5,2 litra paliwa na 100 km, emi-
kiwanie cylindra świeżym powietrzem.
tując zaledwie 121 gramów dwutlenku
Dzięki temu granicę spalania stukowego
węgla na kilometr. Ten sam Golf z silni-
można przesunąć na tyle, by silnik zdolny
kiem wysokoprężnym przy zużyciu oleju
był pokonywać znacznie wyższe obciąże-
To znaczy, iż w 2020 roku trafi na świa-
napędowego 3,8 l/100 km osiąga poziom
nia przy większym stopniu doładowania.
żącej dekady światowa produkcja samo-
towy rynek ok. 100 milionów pojazdów
emisji 99 g/km. Podobnie korzystne cha-
W efekcie przy zapłonie iskrowym uzyski-
chodów osobowych i lekkich dostawczych
z silnikami spalinowymi.
rakterystyki mają modele Volvo C30D
wane będą bardzo wysokie momenty ob-
i BMW 5, a Peugeot 3008 z technologią
rotowe, osiągalne dotychczas tylko w silnikach Diesla.
(w 2010 – 71 milionów). Z tego zaledwie
Przyszłość napędów tradycyjnych
hybrydową Bosch spełnia już normy emi-
3 miliony przypadnie w udziale pojazdom
Z powyższych liczb wynika, że udział na-
sji przewidziane na rok 2020.
elektrycznym i hybrydowym typu plug-in.
pędów elektrycznych w redukcji emisji
Współczesne hybrydy benzynowe od-
wania w silnikach wysokoprężnych wią-
W kolejnych 6 milionach silniki elektrycz-
dwutlenku węgla przez światowy trans-
znaczają się zużyciem paliwa podobnym
że się z koniecznością stosowania coraz
ne towarzyszyć będą spalinowym jako na-
port samochodowy będzie stosunkowo
do występującego w porównywalnych sil-
pęd dodatkowy w układzie hybrydowym.
niewielki, a dominującą rolę w spełnianiu
nikach Diesla, a obie te technologie już dziś
Autonaprawa | Wrzesień 2011
hybrydy
gazowe (CNG/LPG)
bezpośredni wtrysk benzyny
pośredni wtrysk benzyny
80
diesel
60
40
100 milionów z silnikami spalinowymi
2010
pojazdy do 6 ton
2020
Emisja CO2 przez samochody osobowe i dostawcze
300
EU LCV
PC = osobowe
LCV = małe dostawcze
LT = duże dostawcze
USA LT
250
do
niczyć w silnikach z zapłonem iskrowym
elektryczne + hybrydy plug-in
0
emisja CO2 [g/km]
przeznaczonych
Według obecnych prognoz z końcem bie-
osiągnie poziom 104 milionów sztuk
103 mln
20
EU PC
Japonia
Korea
Chiny
EU LCV
USA PC
200
USA LT
USA PC
150
EU PC
130
100
70
0
2000
2005
* osobowe Europa 2015
2010
2015
2020
2025
** osobowe Europa 2025 wg KE
Obniżenie emisji CO2 do 2020 roku na przykładzie UE
elektryczne
+ hybrydy
150
140
spalinowe
4
130
emisja CO2 [g/km]
Robert Bosch GmbH
najbardziej skuteczną metodą ogranicza-
liczba pojazdów [mln]
nowsze oraz przygotowywane prototypy,
Rolf Leonhard
71 mln
ponuje wystarczającą rezerwą dla zastoso-
rygorystycznych norm ochrony środowiska
13
120
146
-35%
47
110
cel:
100
95 g/km
Fot. Bosch
Fot. Bosch
Z kolei zwiększanie stopnia dołado-
wyższych ciśnień wtrysku w systemach
0
tabor europejski
2009
tabor europejski
2020
common rail, aby zapobiegać przeciąże- 
Autonaprawa | Wrzesień 2011