„Spalovací motor bude v oblasti individuální mobility rozhodujícím způsobem přispívat k ochraně celosvětového klimatu a našich zásob fosilních energetických zdrojů,“ tvrdí Dr. Marcus Heyn, člen představenstva společnosti Bosch odpovědný za systémy vznětových motorů pro osobní vozy.

Světový trh nových vozidel vzroste v roce 2020 ze současných 71 milionů na 103 miliony vozů, z nichž 100 milionů bude mít pod kapotou spalovací motor – tak zní předpovědi výzkumníků trhu společnosti Bosch, ale i externích odborníků. Zvláštní význam proto bude mít automobilová technika, která přispěje ke snižování spotřeby paliva a emisí oxidu uhličitého (CO2) zážehových a vznětových motorů. Vysoce efektivní elektromobilita se bude na tomto snižování podílet jen velmi malým dílem až do roku 2020.

V současnosti jsou v mnoha zemích po celém světě legislativně stanoveny nebo jako cíl vytčeny ambiciózní hodnoty emisí CO2. Například v Evropě měl průměrný nový osobní vůz v roce 2009 emise CO2 ve výši 146 gramů na kilometr. Komise EU stanovila členským státům cíl 130 g/km do roku 2015, do roku 2020 to má být 95 gramů. Pro rok 2025 se vedou odborné diskuze o hodnotě 70 gramů CO2 na kilometr u průměrného nového vozidla. To by pak odpovídalo normované spotřebě cca tři litry benzinu nebo 2,6 litru nafty na 100 kilometrů. „Ačkoli tyto cíle vypadají téměř utopicky, jsou dosažitelné,“ tvrdí Heyn. Zásadním příspěvkem k úspěchu jsou technické pakety pro zvyšování energetické účinnosti hnacího řetězce, které má Bosch ve svém produktovém portfoliu již dnes: hybridní koncepce kombinující spalovací motor a elektromotor, koncepce downsizingu pro hospodárné zážehové a vznětové motory a energeticky nenáročné vedlejší agregáty v hnacím řetězci. Celkově lze s těmito pakety společnosti Bosch dosáhnout snížení spotřeby paliva a emisí CO2 o cca 30 % – jak u zážehových, tak i u vznětových motorů. Další opatření ze strany výrobců automobilů povedou k celkovému snížení spotřeby a emisí CO2 na polovinu v porovnání se standardní současnou automobilovou technikou. Již dnes existují různé příklady velmi hospodárných vozidel, která jsou již blízko cílových hodnot diskutovaných pro rok 2020.

Downsizing – klíč k úspoře paliva
Nejúčinnějším opatřením v konstrukci motorů je downsizing. Menší zdvihový objem a méně válců vede k nižším třecím ztrátám a nižší hmotnosti pohyblivých dílů. Takový motor má také menší tepelné ztráty. Přesto zůstává cílem dosahovat stejného nebo vyššího výkonu motoru.

Výkon motoru mohou vývojáři udržet na potřebné výši, pokud mu pro každý spalovací proces přivedou více vzduchu, než může sám nasát. Toho je možné dosáhnout prostřednictvím přeplňování turbodmychadlem, které dodává do motoru dostatečné množství vzduchu pro čisté spalování. Bosch bude od konce roku 2011 vyrábět ve společném podniku Bosch Mahle Turbo Systems moderní systémy přeplňování turbodmychadlem, které jsou uzpůsobeny pro výše uvedené koncepce zážehových a vznětových motorů pro osobní a užitkové vozy. Bosch očekává, že v roce 2015 přinese tato kooperace více než dva miliony vyrobených turbodmychadel s optimalizovaným výkonem.

Předpokladem pro downsizing zážehových motorů je přímé vstřikování. Inženýři docilují vstřikováním paliva do válců účinného ochlazování spalovacího prostoru a navíc dobrého výplachu válců bez ztrát paliva při výměně plynů ve válci. Tím lze již při nízkých otáčkách dosáhnout pozoruhodně vysokých hodnot točivého momentu, což je charakteristika známá dosud jen u vznětových motorů.

Ani u vznětového motoru nejsou možnosti downsizingu ještě vyčerpány. Se vzrůstajícími plnicími tlaky turbodmychadel musí vývojáři Bosch zvyšovat také vstřikovací tlak soustavy common rail. To je prospěšné v mnoha ohledech. Při stejné době vstřikování lze vstříknout více nafty a dosáhnout tak lepšího měrného výkonu. Alternativně mají motoráři možnost zmenšit při stejném výkonu motoru průměr otvorů v tryskách vstřikovačů. V kombinaci s vícenásobným vstřikováním se zlepšuje tvorba směsi ve spalovacím prostoru, klesá spotřeba a rovněž obsah škodlivin ve výfukových plynech. Tímto způsobem lze snížit zejména emise oxidů dusíku.

Účinnější vedlejší agregáty řízené na základě skutečné potřeby
Všechna technická opatření prováděná přímo v konstrukci zážehového a vznětového motoru doplňují vývojáři společnosti Bosch stále častěji účinnějšími vedlejšími agregáty, jako jsou generátory nebo ventilátory chladiče. Ještě většího snížení emisí CO2 lze však dosáhnout systémovým řízením na základě aktuální potřeby – agregáty jsou pak poháněny nebo využívány pouze tehdy, jsou-li skutečně zapotřebí. Celkovou účinnost vozidla zlepšuje elektricky poháněné vodní čerpadlo, elektrický posilovač řízení nebo generátor, který dobíjí akumulátor zejména při zpomalování. Velmi účinný je koncept Start/Stop společnosti Bosch. Po zastavení na červeném semaforu se spalovací motor vypne a na zelenou zase bezpečně a bez prodlevy obnoví svou činnost. V kombinovaném režimu EU to znamená úsporu paliva až pět procent, v městském cyklu dokonce až osm procent.

Nová technika pro vyšší energetickou účinnost
Inženýři společnosti Bosch pracují na dalším využití dosud značného potenciálu pro zvyšování hospodárnosti jak zážehového, tak vznětového motoru nad rámec dnes již dostupných technických paketů pro snižování spotřeby paliva a emisí CO2. Výsledkem těchto aktivit je celá řada jednotlivých opatření jako například regulace spalování prostřednictvím senzorů tlaku ve spalovacím prostoru. Nebo proměnné časování ventilů vznětového motoru převzaté od současných zážehových motorů. Účinnost automobilových systémů lze zvýšit také dalším zdokonalením převodovky, rekuperací energie ze zbytkového tepla obsaženého ve výfukových plynech nebo snížením výkonu chladicí soustavy.

Alternativní paliva vylepšují bilanci CO2
V závislosti na regionálních podmínkách dávají jednotlivé trhy přednost různým technickým řešením zaměřeným na snižování emisí CO2. Například v Brazílii hraje důležitou roli technika Flex Fuel společnosti Bosch pro zážehové motory. V této zemi se pěstuje cukrová třtina, z níž se vyrábí etanol sloužící také jako alternativa ropných paliv. Toto palivo z obnovitelných surovin výrazně vylepšuje celkovou bilanci CO2. V USA neustále roste počet registrovaných vozidel Flex Fuel, která lze provozovat s různým podílem etanolu v benzinu. Ekologický efekt přimíchávání biogenních složek do fosilních paliv využívají také další země a regiony. Podíl biopaliv v benzinu i naftě se přitom pohybuje mezi 5 a 20 procenty. Dalším příslibem pro budoucnost jsou syntetická paliva vyráběná z organických odpadů.

Technika ke snižování spotřeby se vyplatí
Vyjdeme-li z typického ročního nájezdu kilometrů a současných cen paliv v Evropě a porovnáme náklady na palivo průměrného automobilu z roku 2010 s automobilem ročníku 2020, vyjde nám při tříleté době provozu úspora nákladů na palivo ve výši 1000 až 1500 eur.

Budoucí řidiči tedy na provozních nákladech ušetří pravděpodobně více, než budou muset v roce 2020 zaplatit navíc za techniku snižující spotřebu jejich vozů. V přepočtu na normální životnost vozidla cca 12 let tak bude možné ušetřit palivo za 4000 až 6000 eur a zároveň snížit zatížení životního prostředí emisemi CO2 o šest až jedenáct tun.