Przełom w technologii diesla?

Inżynierowie firmy Bosch osiągnęli takie wyniki dzięki dopracowaniu istniejących rozwiązań. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych elementów, które zwiększyłyby koszty. Przesuwamy granice tego, co jest technicznie wykonalne. Wyposażony w najnowszą technikę  Bosch samochód z silnikiem diesla jest klasyfikowany jako pojazd o niskiej emisji spalin, a jednocześnie pozostaje przystępny cenowo - mówi dr Volkmar Denner, prezes firmy Bosch.

Jest przyszłość dla diesli. Dzisiaj chcemy raz na zawsze zakończyć debatę na temat rychłego końca silników wysokoprężnych. Właśnie tymi słowami dr Volkmar Denner, prezes Bosch, ogłosił przełom w technologii diesli przemawiając na dorocznej konferencji prasowej. Nowe rozwiązania opracowane przez firmę Bosch mogłyby umożliwić producentom pojazdów zmniejszenie emisji tlenków azotu (NOx) tak drastycznie, że już dziś spełniałyby przyszłe ograniczenia. Także w testach RDE (Real Driving Emissions) rzeczywiste emisje z pojazdów wyposażonych w obecnie prezentowane rozwiązania techniczne Bosch są nie tylko znacznie niższe od obecnych limitów, ale także od tych, które mają wejść w życie od 2020 roku. Inżynierowie Bosch osiągnęli te wyniki przez udoskonalenie istniejących technologii. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych komponentów, które zwiększałyby koszty.

Bosch przesuwa granice technicznych możliwości. Wyposażone w najnowszą technologię Bosch pojazdy z silnikami wysokoprężnymi zostaną sklasyfikowane jako pojazdy o niskiej emisji, a jednocześnie pozostaną w przystępnej cenie - powiedział Denner. Prezes Bosch wezwał w związku z tym do większej przejrzystości w odniesieniu do emisji CO2 powodowanej ruchem drogowym. W tym celu pomiary zużycia paliwa, a tym samym emisji CO2, powinny w przyszłości odbywać się w warunkach rzeczywistych na drodze.

Rekordowy odczyt w rzeczywistych warunkach jazdy: 13 mg NOx na kilometr. Od 2017 roku europejskie prawodawstwo wymaga, aby nowe modele samochodów osobowych, badane zgodnie z połączonymi cyklami miejskim, pozamiejskim i autostradowym wg RDE, emitowały nie więcej niż 168 miligramów NOx na kilometr. Od 2020 roku limit ten zostanie obniżony do 120 miligramów. Ale nawet dzisiaj, diesle wyposażone w rozwiązania techniczne firmy Bosch mogą osiągać zaledwie 13 miligramów NOx w standardowych, zgodnych z prawem cyklach RDE. Jest to w przybliżeniu jedna dziesiąta zalecanego limitu, który będzie obowiązywał po roku 2020. Nawet podczas jazdy w szczególnie trudnych warunkach miejskich, gdzie parametry testowe znacznie przekraczają wymogi prawne, średnia emisja spalin w testowych samochodach Bosch wynosi zaledwie 40 miligramów na kilometr. Inżynierowie Bosch osiągnęli ten decydujący przełom w ciągu ostatnich kilku miesięcy.

Uzyskanie tak niskich wartości było możliwe dzięki połączeniu zaawansowanej techniki wtrysku paliwa, nowo opracowanego układu dolotowego powietrza oraz inteligentnego zarządzania temperaturą. Emisje NOx mogą obecnie pozostać poniżej prawnie dozwolonego poziomu we wszystkich sytuacjach drogowych, niezależnie od tego, czy pojazd jedzie dynamicznie, czy wolno, na mrozie czy podczas gorącego lata, na autostradzie czy w zatłoczonym ruchu miejskim. „Diesel pozostanie opcją dla ruchu miejskiego, bez względu na to, czy kierowcy są handlowcami, czy dojeżdżają tylko do pracy" – powiedział Denner.

Firma Bosch przedstawiła dowód tego innowacyjnego rozwiązania podczas spotkania prasowego w Stuttgarcie. Dziesiątki dziennikarzy, zarówno z Niemiec, jak i zagranicy, miało możliwość jazdy testowymi pojazdami wyposażonymi w mobilne urządzenia pomiarowe w trudnym ruchu miejskim po Stuttgarcie. Ponieważ środki mające na celu redukcję emisji NOx nie mają znaczącego wpływu na zużycie paliwa, silnik diesla zachowuje swoją przewagę pod względem zużycia paliwa, emisji CO2, a przez to przyjazności dla klimatu.

Sztuczna inteligencja może jeszcze bardziej zwiększyć efektywność silników spalinowych. Nawet przy takim postępie technologicznym silnik wysokoprężny nie osiągnął jeszcze pełnego potencjału rozwojowego. Teraz Bosch zamierza wykorzystać sztuczną inteligencję, aby wykorzystać najnowsze osiągnięcia. Będzie to kolejny krok w kierunku ważnego celu: opracowanie silnika spalinowego, który nie ma praktycznie żadnego wpływu na otaczające powietrze – z wyjątkiem CO2.

Jesteśmy przekonani, że silnik wysokoprężny będzie nadal odgrywał ważną rolę jako opcja rozwoju przyszłej mobilności. Dopóki elektromobilność nie będzie powszechna na skalę masową, nadal będziemy potrzebować tych wysoce efektywnych silników spalinowych – powiedział Denner. Ambitnym celem dla inżynierów Bosch jest opracowanie nowej generacji silników wysokoprężnych i benzynowych, które nie generują znaczących emisji cząstek stałych lub NOx. Nawet w Neckartor w Stuttgarcie, miejscu cieszącym się złą sławą pod względem stopnia zanieczyszczenia, przyszłe silniki spalinowe mają być odpowiedzialne za nie więcej niż jeden mikrogram NOx na metr sześcienny powietrza w atmosferze – co stanowiłoby równowartość jednej czterdziestej lub 2,5 procent dzisiejszego limitu 40 mikrogramów na metr sześcienny.

Bosch chce pójść dalej: przejrzystość i realistyczne testowanie zużycia i CO2. Denner wezwał również do ponownego skoncentrowania się na emisjach CO2, które są bezpośrednio związane ze zużyciem paliwa. Powiedział, że testy spalania nie powinny być już prowadzone w laboratorium, ale w rzeczywistych warunkach jazdy. W ten sposób powstałby system porównywalny z systemem służącym do pomiaru emisji.

Oznacza to większą przejrzystość dla użytkowników i bardziej ukierunkowane działania na rzecz ochrony klimatu – powiedział Denner. Co więcej, każda ocena emisji CO2 powinna sięgać znacznie dalej niż zbiornik paliwa lub akumulator. Potrzebujemy przejrzystej oceny całkowitej emisji CO2 generowanej przez ruch drogowy, w tym nie tylko emisji samych pojazdów, ale także emisji powodowanych przy produkcji paliwa lub energii elektrycznej – powiedział Denner. Dodał, że taki całościowy obraz emisji CO2 pokaże kierowcom pojazdów elektrycznych bardziej realistyczny obraz wpływu tej formy mobilności na klimat. Jednocześnie wykorzystanie niekopalnych paliw może jeszcze bardziej poprawić bilans CO2 emitowanego z silników spalinowych.

Kodeks rozwoju produktów: etyka projektowania rozwiązań technicznych. Denner, który jest również odpowiedzialny za badania naukowe i zaawansowaną inżynierię, przedstawił szerokiej publiczności „kodeks rozwoju produktów Bosch”. Określa on zasady firmy dotyczące opracowywania produktów Bosch. Po pierwsze, jest surowo zabronione integrowanie funkcji automatycznie wykrywających cykle testowe. Po drugie, produkty firmy Bosch nie mogą być optymalizowane pod kątem testów. Po trzecie, produkty firmy Bosch w normalnym, codziennym użytkowaniu powinny chronić ludzkie życie, a także w jak największym stopniu chronić zasoby naturalne i środowisko. Ponadto zasada legalności i nasze motto "Technologia bliżej nas" kierują naszymi działaniami. W razie wątpliwości wartości Bosch mają pierwszeństwo przed życzeniami klientów – powiedział Denner.

Od połowy 2017 roku Bosch nie angażuje się już w projekty dla klientów w Europie dotyczące silników benzynowych, które nie wymagają stosowania filtra cząstek stałych. Łącznie 70 000 pracowników, głównie z działu badań i rozwoju, przejdzie do końca 2018 roku szkolenie z nowych zasad. Będzie to największy program szkoleniowy w ponad 130-letniej historii firmy.

Pytania i odpowiedzi dotyczące nowych rozwiązań technicznych Bosch w zakresie diesli (także pytania dziennikarzy zadane podczas konferencji w Stuttgarcie).

Co wyróżnia nową technikę stosowaną w silnikach wysokoprężnych? Do chwili obecnej dwa czynniki utrudniają redukcję emisji NOx w pojazdach z silnikami o zapłonie samoczynnym. Pierwszym z nich jest styl jazdy kierowcy. Opracowane przez firmę Bosch rozwiązanie techniczne to wysoce responsywny system zarządzania przepływem powietrza dolotowego. Dynamiczny styl jazdy wymaga równie dynamicznej recyrkulacji spalin. Można to osiągnąć za pomocą turbosprężarki zoptymalizowanej pod kątem RDE, która reaguje szybciej niż konwencjonalna. Dzięki połączeniu układów recyrkulacji spalin o wysokim i niskim ciśnieniu, system zarządzania przepływem powietrza dolotowego staje się jeszcze bardziej elastyczny. Oznacza to, że kierowca może dynamicznie ruszać samochodem bez wzrostu emisji. Równie ważny jest wpływ temperatury. Aby zapewnić optymalną konwersję NOx, spaliny muszą mieć więcej niż 200 stopni Celsjusza. W jeździe miejskiej pojazdy często nie osiągają tej temperatury. Dlatego Bosch zdecydował się na wyrafinowany system zarządzania temperaturą silnika wysokoprężnego. Aktywnie reguluje on temperaturę spalin, zapewniając w ten sposób, że układ wydechowy pozostaje wystarczająco gorący, aby działać w stabilnym zakresie temperatur i żeby emisje pozostawały na niskim poziomie.

Kiedy nowa technologia diesla będzie dostępna dla klientów? Nowa, wysokoprężna jednostka firmy Bosch jest w dużej mierze oparta na komponentach dostępnych na rynku lub wkrótce wchodzących do produkcji seryjnej. Rozwiązania są w zasadzie od razu dostępne dla klientów do stosowaniach ich w realizowanych projektach produkcyjnych. Część rozwiązań znajduje się już w nowych pojazdach produkowanych seryjnie, gdzie osiągają doskonałe wyniki. Według inżynierów firmy Bosch technologia zaprezentowana w testowanych pojazdach może stać się standardowym wyposażeniem w ciągu 2-3 lat: do tego czasu pojazdy z silnikiem wysokoprężnym będą stopniowo zbliżać się do emisji na poziomie 13 miligramów NOx w cyklu RDE. Bosch, wspólnie z producentami samochodów, aktywnie analizuje swoje 300 projektów spełniających wymogi RDE i będzie informował ich o nowych postępach. Nazywacie to rewolucją, ale jednocześnie mówicie, że są tu montowane części pochodzące z obecnej produkcji seryjnej. Czy nie jest to sprzeczność? Rozwiązania Bosch do silników diesla opierają się na elementach już istniejących lub takich, które wkrótce będą w produkcji seryjnej. Decydujący postęp opiera się na inteligentnym połączeniu optymalizacji silnika i układu oczyszczania spalin – w tym celu konieczne było wprowadzenie wielu drobnych ulepszeń, które należało stopniowo uzgodnić i dopasować. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych komponentów, które zwiększałyby koszt jednostki napędowej. Zasadniczo jednak koncepcja pojazdu musi być zgodna z normą Euro 6d w fazie przejściowej, a docelowo z Euro 6d, co przykładowo oznacza, że musi on być wyposażony w system SCR oparty na wtrysku AdBlue. Dzięki temu pojazdy z silnikami wysokoprężnymi będą charakteryzowały się niskimi emisjami, zachowają swoją przewagę pod kątem produkcji CO2 i nie będą droższe, nawet w klasie kompaktowej. Skoro Bosch korzysta głównie z istniejącego osprzętu, dlaczego widzimy te rozwiązania dopiero teraz, a nie kilka lat temu? Nowy rodzaj testów RDE przyspieszył postęp. Aby jednak takie testy mogły stać się rzeczywistością, potrzebna była nowa technika pomiarowa umożliwiająca rejestrację emisji w ruchu drogowym. Pierwszy niezawodny system przenośny pomiaru emisji (PEMS) dla samochodów osobowych jest dostępny dopiero od 2013 roku. Od tego czasu uzyskaliśmy szczegółowy obraz tego na czym musimy się skoncentrować w pracy inżynierskiej i które warunki jazdy są szczególnie wymagające. Testy drogowe posłużyły jako katalizator rozwoju. Co oznaczają nowe rozwiązania dla jakości powietrza w miastach? Aby to stwierdzić, Bosch poprosił niezależne biuro inżynieryjne o przeprowadzenie dokładnej analizy jakości powietrza w rejonie Neckartor, jednym z najbardziej zanieczyszczonych miejsc w Stuttgarcie. Wyniki analizy danych są jasne – gdyby wszystkie pojazdy z silnikiem wysokoprężnym były wyposażone w najnowszą technologię wydechu firmy Bosch, ich udział w lokalnych zanieczyszczeniach byłby znikomy i pozostawałby w granicach wyznaczonych przez UE, nawet w rejonie Neckartor. Czy nowe rozwiązania Bosch dla diesli można zastosować jako wyposażenie dodatkowe do jeżdżących pojazdów? Należy pamiętać, że sukces pojazdu demonstracyjnego firmy Bosch był możliwy tylko po połączeniu różnych funkcji w kompletny pakiet. Z tego względu nie ma sensu montowanie poza fabryką poszczególnych komponentów. Zasadniczo koncepcja pojazdu musi być zgodna z normą Euro 6d przejściową lub Euro 6d, co oznacza na przykład, że musi on posiadać system SCR z wykorzystaniem AdBlue. Co wyróżnia nowe rozwiązania dla diesli? Do chwili obecnej dwa czynniki utrudniają redukcję emisji NOx w pojazdach z silnikami o zapłonie samoczynnym. Pierwszym z nich jest styl jazdy. Opracowane przez firmę Bosch rozwiązanie to szybko reagujący system dolotowy powietrza do silnika. Dynamiczny styl jazdy wymaga równie dynamicznej recyrkulacji spalin. Można to osiągnąć m.in. za pomocą turbosprężarki, która reaguje szybciej niż turbosprężarka konwencjonalna. Dzięki połączeniu układów recyrkulacji spalin o wysokim i niskim ciśnieniu, system zarządzania przepływem powietrza staje się jeszcze bardziej elastyczny. Oznacza to, że kierowcy mogą szybko ruszać bez zwiększenia emisji. Równie ważny jest wpływ temperatury. Aby zapewnić optymalną konwersję NOx, spaliny muszą mieć temperaturę wyższą niż 200 stopni Celsjusza. W ruchu miejskim taka temperatura często nie jest osiągana. Dlatego Bosch zdecydował się na wyrafinowany system zarządzania temperaturą w silniku wysokoprężnym. Teraz aktywnie reguluje temperaturę gazów wylotowych, tak aby układ wydechowy pozostawał wystarczająco gorący i pracował w stabilnym zakresie temperatur, w którym emisje pozostają na niskim poziomie. Czy rozwiązania nie pojawiają się zbyt późno, aby zapobiec zakazom jazdy? Utrzymywanie zanieczyszczeń powietrza na dopuszczalnym poziomie w „zapalnych miejscach", takich jak Neckartor, wymaga ogromnej ilości środków – obejmujących zarówno bezpośrednie zmniejszenie poziomu emisji jak również stabilizację natężenia ruchu. Wszystkie dostępne środki muszą zostać wykorzystane, aby uniknąć zakazów jazdy. Jeśli chodzi o diesle, to już samo odnowienie floty spowoduje dalszy spadek emisji NOx. Jesteśmy przekonani, że dzięki przełomowi jakiego dokonujemy, w przyszłości nikt nie będzie w stanie wprowadzić całkowitego zakazu wjazdu diesli do miast. Będą one użytkowane przez kierowców normalnie poruszających się w ruchu miejskim, jak i przez handlowców oraz osoby codziennie dojeżdżające do pracy z dalszych odległości. Czy ta złożona technika jest również dostępna w kompaktowych pojazdach? Bosch zakłada, że koszt jednostki napędowej będzie w przybliżeniu porównywalny z nowoczesnym silnikiem diesla wyposażonym w system SCR z AdBlue. Co istotne, nowy silnik diesla miał swoją premierę w kompaktowym pojeździe. Zdaniem firmy Bosch przyszłość diesli będzie należała do pojazdów wyposażonych w silniki o pojemności skokowej około 1,6 litra. System może oczywiście być „przeskalowany” dla większych pojazdów, takich jak SUV-y. Jak zmienia się zużycie czynnika AdBlue? W pojeździe testowym zużycie AdBlue wynosi około 1,5 litra na 1000 kilometrów, nawet przy dynamicznej jeździe. Jak zmienia się zużycie paliwa? Celem naszej pracy inżynierskiej jest zachowanie przewagi diesla pod kątem emisji CO2, a tym samym niższego zużycia paliwa w porównaniu z jednostką benzynową. Udało nam się to. Pojazd testowy Bosch nie zużywa więcej niż porównywalny pojazd z silnikiem diesla. Jak wysokie były nakłady na rozwój nowej technologii? W ciągu ostatnich kilku lat około 100 inżynierów było zaangażowanych  w rozwój nowych rozwiązań technicznych. Całkowity koszt projektu wyniósł dziesiątki milionów euro.

[ Bosch ]

Fot. Bosch

Fot. Bosch