Системные решения Бош по сокращению выбросов CO
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
№4 ((69)) 2011
42 ЭКОЛОГИЯ
УДК 629.113
Системные решения Бош
по сокращению выбросов CO2
и других компонентов ОГ
Уве Радмахер, Йенс Вагнер, Бернхард Менхер, Штефан Келлер / Роберт Бош ГмбХ
КРАТКИЙ ОБЗОР стали более строгими. С одной стороны, жестко сокра-
щались лимиты по выбросам токсичности. С другой сто-
В течение последних 25 лет законодательные нормы по роны, росли требования к соответствующим функциям
выбросам отработавших газов (ОГ) становятся всё бо- бортовой диагностики и сроку службы компонентов,
лее жесткими. Основными действующими стандартами связанных с выбросами ОГ. Несмотря на то, что актуаль-
на сегодня являются LEVII+ LEVIII для американского и ные нормы выбросов ОГ могут быть достигнуты с по-
Евро-5 и Евро-6 для европейского рынков. Большинство мощью сложившейся, получившей признание техники,
развивающихся рынков, таких как Россия, Индия, Китай будущие стандарты в США и Европе потребуют даль-
применяют европейские нормы (на сегодняшний день в нейшего развития и повлекут за собой более высокие
полном объеме или с изменениями). затраты на систему.
Данная тема, обсуждавшаяся в середине 90-х, нача- Другие страны — частично и развивающиеся рын-
лась с ограничений и законодательного регулирования ки — в большей или меньшей степени принимают ак-
выбросов CO2. Недавно Европейская комиссия пред- туальные стандарты. На деле большинство стран ориен-
ложила определенные законодательные нормы на тируются на европейские законодательные нормы из-за
2012-2020 гг., которые в значительной мере повлияют их более простой структуры и отсутствия экстремальных
на стратегии автопроизводителей. Отдельные меры, та- требований, как например, автомобили с нулевыми вы-
кие как функция старт/стоп, будут представлять главный бросами ОГ (ZEV). В России применяются Европейские
интерес. Но для выполнения новых стандартов потребу- экологические нормы, адаптированные к Российскому
ется взвешенная комбинация мероприятий для отдель- законодательству. Экологические нормы Евро-3 были
ной конфигурации двигателя. Кроме этого, важным мо- введены в России в 2008 году. Дальнейшие шаги по
ментом для будущего станет электрификация силового снижению выбросов ОГ на уровне национального зако-
агрегата. нодательства запланированы с 01.01.2012 г. для Евро-4
Системные решения Бош, включая системы старт/ и с 01.01.2015 г. для Евро-5. Сегодня нормы Евро-6 на-
стоп и гибриды, для системы управления двигате- ходятся пока за рамками внимания.
лем и силовым агрегатом распространяются на весь Дальнейшее развитие актуальной и хорошо заре-
спектр мировых автомобильных сегментов: от технико- комендовавшей себя техники сможет выполнить эти
экономических концепций, оптимизированных для стандарты с помощью недорогих технических дорабо-
развивающихся рынков, и до высокотехнологических ток. Это дает возможность применения экономически
решений, отвечающих самым жестким требованиям по эффективных систем, тогда как будущие американские
всему миру. и европейские экологические стандарты потребуют но-
вых технических подходов с более высокими технологи-
ВВЕДЕНИЕ ческими разработками.
ОГРАНИЧЕНИЯ ВЫБРОСОВ ТОКСИЧНОСТИ ОГРАНИЧЕНИЯ ВЫБРОСОВ CO2
В 70-е годы в США, Европе и Японии были введены ез- В середине 90-х началось изучение вопроса по ограни-
довые циклы для легковых автомобилей как базис для чению и законодательному регулированию выбросов
сегодняшних норм токсичности. В последующие десяти- CO2. Недавно Европейская комиссия внесла конкрет-
летия законодательные предписания для этих выбросов ные предложения по законодательным экологическимЖурнал Автомобильных Инженеров №4 (69) 2011
43
нормам на 2012-2020 годы, предполагающие снижение для удовлетворения будущих экологических стандар-
выбросов CO2. Предложение требует введения усред- тов. Ожидается, что дизельные двигатели внесут боль-
ненного значения для легковых автомобилей в размере ший вклад в снижение выбросов CO2 за счет их более
130 г/км в 2012 году за счет улучшения эффективности экономичного процесса сгорания. С другой стороны,
силового агрегата (т.е. двигателя и трансмиссии). Даль- бензиновые двигатели предлагают возможность дости-
нейшее снижение выбросов до 120 г/км будет дости- жения предельных выбросов CO2 при незначительных
гаться другими средствами, а именно за счет биотопли- производственных расходах путем адаптации экономи-
ва, эффективности систем кондиционирования воздуха, чески эффективной техники. Это также является лучшим
или уменьшения сопротивления качения шин. Сейчас основанием для процесса электрификации.
на рассмотрении находятся отдельные классы авто- Подразделение «Бензиновые системы» фирмы Бош,
мобилей в отношении экологических норм 2012 года, разрабатывает решения для систем управления двига-
а также дальнейшие требования по снижению выбро- телем и силовым агрегатом, а также гибридных систем
сов до 95 г/км СO2 к 2020 году. для удовлетворения требований по всему диапазону
Актуальные предложения в США требуют снижения автомобильных сегментов в мире. В то время как это
общего среднего расхода топлива (CAFÉ) до 35 М/Г для подразделение может представить многообещающие
легкового автомобиля до 2020 года, что соответствует решения для всех сегментов рынка, выбор подходящего
среднему выбросу CO2 в размере 160 г/км. Обсужда- решения сильно зависит от конкретного сегмента.
ются отдельные лимиты для автомобильных классов. Наиболее перспективной темой должна стать раз-
Кроме того, для поддержания энергообеспечения рас- работка экономически эффективных концепций, опти-
сматривается растущая тенденция по замене ископае- мизированных под развивающиеся рынки такие, как
мых видов топлива альтернативными. Выдвигаются Россия. Подразделение «Бензиновые системы» делит
требования по минимальной доле альтернативных ви- автомобили на этих рынках на 4 сегмента: бюджетные
дов топлива, замещающих ископаемое топливо, или по автомобили (с мощностью двигателя 40 кВт), микроли-
минимальному количеству автомобилей, работающих тражные автомобили (с мощностью двигателя 80 кВт),
на спиртосодержащем топливе, гибридных двигателях малолитражные автомобили (с мощностью двигателя
или топливных элементах. 100 кВт), автомобили премиум-класса и внедорожники
С 2005 года законодательство в Китае ограничивает (с мощностью двигателя свыше 130 кВт). Малолитраж-
выбросы CO2, исходя из веса автомобиля. В 2008 году ные автомобили «компакт-класса» представляют собой
вступили в силу более строгие пределы выбросов. очень перспективный сегмент на развивающихся рын-
Сейчас рассматривается введение системы налоговых ках. При этом требуются экономически эффективные
штрафов. По всей вероятности, многие другие регионы решения без применения дорогостоящей техники. Тем
в мире, такие как Россия, также будут вводить ограни- не менее, данные автомобили совершенно не допу-
чения по выбросам CO2. В частности увеличение парка скают к себе ординарного подхода как к автомобилям
легковых автомобилей на развивающихся рынках по- малого веса и требуют тщательной проработки новых
рождает сложную задачу снижения выбросов CO2 лег- решений, подобно системе старт/стоп.
ковых автомобилей по соразмерной цене. Потребуется Специалисты подразделения «Бензиновые систе-
комбинация нескольких технических приемов, некото- мы» фирмы Бош проанализировали многочисленные
рые из которых еще не совсем распространены. перспективные подходы по ограничению выбросов
Главной задачей является снижение выбросов CO2 за CO2, исходя из наилучшего расхода топлива. Рис. 1 по-
счет оптимизации работы двигателя. Это поможет за- казывает приблизительные затраты на дополнительные
ложить топливосберегающие технологии, снижающие системы по сравнению с системными преимуществами
расходы водителя. Дальнейшее снижение выбросов CO2 для малолитражных автомобилей компактного класса
возможно за счет топлива из биомассы. Данные техно- Западной Европы (объем двигателя 2 л, многоточечный
логии приобретают всё большую важность в Америке и впрыск, без турбонаддува). Привлекательные концеп-
Европе под воздействием политической мотивации. ции находятся на рисунке выше пунктирной линии.
Очень интересны более простые комплексные усо-
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ вершенствования подобно применению CNG, рецирку-
ляции ОГ и системы старт/стоп. Дальнейшее улучшение
БЕНЗИНОВЫЕ СИСТЕМЫ ФИРМЫ БОШ может быть достигнуто лишь за счет переменных фаз га-
зораспределения, применяя более сложный комплекс
Дизельные двигатели способны справиться с большин- технических приемов.
ством требований мировых экологических норм. Одна- Наибольший интерес представляют модульные кон-
ко, дизельные двигатели требуют новых технологий, об- цепции, которые могут быть адаптированы к специфи-
условленных высокими производственными затратами ческим требованиям рынка. К более совершенным№4 ((69)) 2011
44 ЭКОЛОГИЯ
ПЕРЕМЕННЫЕ ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Переменные фазы газораспределения для впускного и
выпускного клапанов представляют другой проверен-
ный технический прием при низких дополнительных
затратах. Двухступенчатое изменение фаз газораспре-
деления имеет сходный потенциал для снижения вы-
бросов CO2, как и увеличение степени рециркуляции ОГ.
Вдобавок это представляет собой модульный подход.
Лучший эффект снижения выбросов CO2 может быть
достигнут за счет внедрения систем переменных фаз
газораспределения или изменения высоты подъема
Рисунок 1. Сравнение мероприятий по снижению CO
2
клапана. Данные решения предполагают более высокие
дополнительные затраты, но все еще с приемлемым со-
системам относятся те, которые помимо фаз газора- отношением затраты/результат.
спределения могут изменять и высоту подъема клапана.
Кроме этого, турбонаддув сможет обеспечить снижение НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ВПРЫСК БЕНЗИНА:
расхода топлива путем уменьшения размерности дви- МОДУЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ДЛЯ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ
гателя. Но наиболее жестким требованиям рынка будут УЛУЧШЕНИЙ
удовлетворять двигатели с непосредственным впры-
ском в сочетании с переменными фазами газораспре- Непосредственный впрыск бензина в сочетании с пере-
деления и турбонаддувом. менными фазами газораспределения и турбонаддувом
Концепции с высоким потенциалом для снижения дает значительное улучшение по снижению выбросов
выбросов CO2 предполагают также и значительные до- CO2. Форсунки с центральным расположением, фор-
полнительные системные работы. Тогда как гибридные мирующие смесь за счет формы факела распыла, дают
технологии имеют очень высокую степень системной наибольшее снижение расхода топлива. Однако данный
сложности и затрат, применение элементов подобно системный подход предъявляет максимально жесткие
«старт/стоп» выявляют возможности для бюджетных требования к типам форсунок и нейтрализации ОГ. Фор-
модульных концепций. Более того, наличие больших сунки с боковым расположением, формирующие смесь
национальных запасов природного газа, как в России, за счет потоков воздуха, представляют собой надежную
или удобная инфраструктура, например, в больших го- и хорошо проверенную концепцию. Везде в мире есть
родах, способствуют применению в качестве топлива экономически эффективные решения для получения
сжатого природного газа (CNG). хороших характеристик и снижения расхода топлива.
Но для двигателей с непосредственным впрыском бен-
НЕБОЛЬШИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА С ХОРОШЕЙ зина (GDI) на рынке должно быть представлено топливо
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ с низким содержанием серы t (< 10 ppm).
Подразделение «Бензиновые системы» фирмы Бош
РЕКЦИРКУЛЯЦИЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ обладает огромным опытом в вопросах применения
непосредственного впрыска и турбонаддува. Системы
Внешняя рециркуляция ОГ может способствовать сни- непосредственного впрыска Бош с новым поколением
жению расхода топлива только при увеличении степе- многоструйных форсунок (MHI) предлагают большую
ни рециркуляции. Однако для этого требуются более вариабельность в отношении угла и формы распыла,
высокие скорости воздуха на впуске для обеспечения а также давления топлива в системе.
качественного смесеобразования и полноты сгора- Благодаря собственной команде разработчиков под-
ния смеси, что достигается использованием задвижек разделение «Бензиновые системы» может предложить
для завихрений воздушных потоков или отключением решения для любых систем сгорания. Богатый опыт, по-
одного или двух впускных каналов. Рециркуляция ОГ лученный на различных проектах для широкого много-
в сочетании с отключением впускного канала (PDA) соз- образия семейств и брендов автомобильной техники,
дает меньше дополнительных расходов, чем использо- делает компанию Бош компетентной при проектном
вание задвижек для создания завихрений во впускном руководстве и в реализации законченных решений для
патрубке. Для двигателей с многоточечным впрыском двигателей с непосредственным впрыском топлива.
данная концепция предлагает снижение выбросов CO2
до 4% с учетом приемлемых дополнительных затрат,
применяя при этом испытанную технологию.Журнал Автомобильных Инженеров №4 (69) 2011
45
ОБЕДНЕННОЕ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ снижают склонность к детонации при низких оборотах
двигателя. Таким образом, оптимизация расположения
В результате актуального изучения вопроса по сниже- центра сгорающих масс способствует снижению рас-
нию выбросов CO2, вновь были пересмотрены концеп- хода топлива и исключает обогащение смеси на низких
ции послойного сгорания с обедненным смесеобра- и высоких оборотах двигателя.
зованием. Однако для этого требуется специальная
нейтрализация NOx, либо с помощью накопительного СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ С ПЕРЕМЕННЫМИ
нейтрализатора, либо методом выборочной нейтрали- ФАЗАМИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ТУРБОНАДДУВОМ
зации. С тех пор, как экологические нормы становятся
всё более жесткими, нейтрализация ОГ представляет Хорошее распыление впрыскиваемого топлива позво-
собой основную задачу для нахождения экономически ляет раннее закрытие впускных клапанов во избежание
эффективного решения. противотока воздуха. Это дополнительно увеличивает
заряд цилиндра. Кроме этого, возможно значительное
СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОЕ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ перекрытие впускного и выпускного клапанов, в то вре-
мя как выбросы углеводородов сохраняются на низком
Концепции стехиометрического сгорания с непосред- уровне. Большое перекрытие продувает остаточные
ственным впрыском бензина предлагают меньший по- газы и охлаждает цилиндр, что опять же повышает на-
тенциал для снижения расхода топлива, чем концепции полнение воздухом и воспламеняемость. Более того,
с обедненной смесью. Однако в сочетании с перемен- увеличивается массовый расход, протекающий через
ными фазами газораспределения и турбонаддувом мо- турбонагнетатель, таким образом, достигается повы-
жет быть достигнуто существенное улучшение в плане шенная скорость за счет более высокого давления над-
снижения расхода топлива. Кроме того, турбонаддув дува.
может способствовать увеличению мощности двигате- Хорошо спроектированная комбинация описанных
ля, а также снижению расхода топлива путем уменьше- эффектов приводит к значительному увеличению кру-
ния размерности двигателя. Специфические режимы тящего момента двигателя, в особенности на низких
пуска и прогрева двигателя дают улучшение выбросов оборотах. Рис. 2 показывает возможное улучшение на
ОГ за счет применения экономически эффективной базе типичного 2-литрового 4-цилиндрового двигателя
стандартной системы нейтрализации ОГ. с впрыском во впускную трубу и турбонаддувом. Не-
посредственный впрыск топлива с лучшим смесеобра-
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ С ТУРБОНАДДУВОМ зованием может снизить обогащение при высоких на-
грузках, а также увеличить крутящий момент при низких
Непосредственно впрыскиваемый бензин воздействует частотах вращения. Такой 2-литровый двигатель с турбо-
на заряд воздуха с лучшим охлаждающим эффектом, наддувом без регулирования фазы выпуска уже произ-
так как топливо испаряется только внутри цилиндра. водится серийно. Используя регулирование фаз впуска
Для сравнения при впрыске во впускную трубу бензин и выпуска, можно добиться дальнейшего улучшения.
испаряется уже во впускном патрубке, снижая охлаж- По сравнению с дизельным двигателем этот высо-
дающий эффект. Лучшее охлаждение заряда уменьшает кий крутящий момент обеспечивается в очень широком
склонность к детонации, в связи с чем достигается бо- диапазоне частот вращения двигателя. Таким образом,
лее высокая степень сжатия и лучший термодинамиче-
ский кпд двигателя. Это снижает расход топлива до 4%.
На высоких нагрузках степень обогащения для защи-
ты компонентов от перегрева может быть снижена или
вообще исключена. Это подразумевает даже большее
снижение расхода топлива при высоких нагрузках и яв-
ляется позитивным моментом в пользу автомобильных
концепций с двигателями меньшей размерности с тур-
бонаддувом. При низких оборотах двигателя впрыск
топлива можно разделить на ранний и поздний. Позд-
но впрыскиваемое топливо вытесняет меньше всасы-
ваемого воздуха и увеличивает наполнение в цилиндре
при низких оборотах. Высококачественные форсунки
гарантируют хорошее распыление при обоих режимах Рисунок 2. Крутящий момент при низких оборотах и снижение
впрыска. Хорошее смесеобразование и улучшенное расхода топлива для двигателя с непосредственным впрыском и турбо-
охлаждение при позднем впрыске дополнительно наддувом№4 ((69)) 2011
46 ЭКОЛОГИЯ
Рисунок 3. Основная диаграмма суммарного выброса углеводоро- Рисунок 4. Неочищенные выбросы углеводородов при пуске дви-
дов гателя
комфорт от езды создается за счет крутящего момента и и допускает работу на более поздних УОЗ. При этом
частоты вращения двигателя. существенно сокращается время задержки включения
нейтрализатора в работу.
УЛУЧШЕННЫЙ ВЫБРОС ОГ, ПУСК И ПРОГРЕВ
ДВИГАТЕЛЯ СТАРТ/СТОП И ГИБРИДЫ
Непосредственный впрыск топлива предлагает несколь- Гибридные технологии представляют возможности для
ко возможностей для снижения углеводородных выбро- автомобилей премиум-класса с двигателями большой
сов без дополнительных затрат на систему нейтрализа- мощности. Полностью гибридная система снижает рас-
ции ОГ. В целом неочищенные ОГ сокращаются за счет ход топлива до 25%, сохраняя при этом высокий кру-
хорошего смесеобразования с помощью высококаче- тящий момент при низких оборотах и динамичность.
ственных многоструйных форсунок. Это уменьшает не- Очень высокие затраты на полные гибридные системы,
обходимость каталитической конверсии на всех этапах кажется, оправданы только посредством дополнитель-
проверки ОГ на токсичность. ных привилегий, обеспеченных нормативными доку-
Во время пуска и на стадии прогрева двигателя ката- ментами, стимулирующими мерами или как средство
литическая конверсия в полном объеме невозможна из- улучшения имиджа. Однако более простые решения,
за низких температур в нейтрализаторе. Таким образом, подобно системам старт/стоп, открывают возможности
основной вклад в углеводородный выброс делается во для малолитражных и микролитражных автомобилей.
время данных режимов, как показано на рис. 3. Подразделение «Бензиновые системы» фирмы Бош
Системы управления двигателем Бош предлагают обладает компонентами и системными «ноу-хау» не
функциональные решения для послойного распреде- только для полностью гибридных автомобилей, но и
ления смеси под высоким давлением на пуске (HPSS). решениями для экономически эффективной постепен-
Поздний впрыск топлива под высоким давлением обе- ной модернизации существующих автомобильных кон-
спечивает значительно лучшее смесеобразование и цепций. Концепция старт/стоп и гибридные технологии
меньшее оседание топлива на стенках цилиндра. Пуск применимы как на двигателях с многоточечным, так и с
возможен при значительно меньшем количестве топли- непосредственным впрыском.
ва, таким образом, сокращаются выбросы углеводоро-
дов во время пуска, как показано на рис. 4. СИСТЕМА СТАРТ/СТОП БОШ
Быстрое включение нейтрализатора в работу при
прогреве двигателя улучшает выбросы ОГ. Позднее Системы старт/стоп проявляют высокий потенциал для
зажигание во время прогрева представляется эконо- снижения выбросов CO2 до 4% для автомобилей, экс-
мически эффективным решением. В сочетании с элек- плуатируемых преимущественно в городских условиях
тронной дроссельной заслонкой задержка зажигания (NEDC). Система стар/стоп Бош имеет модульную струк-
ограничивается только воспламеняемостью. Системы туру. Поэтому ее просто интегрировать в существующую
управления двигателем Бош предлагают набор функ- конструкцию автомобиля и компоновку двигателя.
циональных возможностей для распределенного впры-
ска при прогреве двигателя. Подобно распределенному
впрыску при высоких нагрузках, данный гомогенно-
разделенный впрыск (HSP) улучшает воспламеняемостьЖурнал Автомобильных Инженеров №4 (69) 2011
47
Рисунок 5. Стартер Бош с функцией старт/стоп Рисунок 6. Датчик положения коленчатого вала DG-23-I
КОНТРОЛЛЕР СУД С ОПЦИЕЙ ПРОГРАММНОГО ОБЕ зывает траекторию частоты вращения двигателя при
СПЕЧЕНИЯ ПО ДЛЯ СИСТЕМЫ СТАРТ/СТОП быстром пуске (черным цветом) с датчиком DG-23-I и
обычных пусках (серым цветом) для двигателя с много-
Основными элементами системы страт/стоп Бош явля- точечным впрыском.
ются адаптированный контроллер ЭСУД с дополнитель- Функции ПО для быстрого пуска с датчиком DG-23-I
ными интерфейсами к исполнительному механизму и имеются для двигателей как с многоточечным, так и с
датчикам, и оптимизированный стартер. Интегриро- непосредственным впрыском.
ванное в общий контроллер ЭСУД управление позво-
ляет создать надежное и экономически эффективное РЕКУПЕРАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
решение. Данная система удовлетворяет требованиям
по мониторингу и Европейским нормам по токсичности Модульная структура системы старт/стоп Бош допускает
и бортовой диагностике (EOBD) благодаря оптимизиро- постепенную модернизацию с помощью системы регу-
ванной под выбросы ОГ работе. Дальнейшее улучшение лирования потребления энергии и рекуперативной тор-
комфорта возможно за счет опционов ПО для умень- мозной системы.
шенного времени пуска. Систему старт/стоп можно усилить системой регули-
рования потребления энергии с помощью электронного
СТАРТЕРЫ С ФУНКЦИЕЙ СТАРТ/СТОП датчика батареи и стартерной батареи, устойчивой к
разрядам. Датчик батареи (рис. 8) выполняет анализ и
Оптимизированный стартер Бош с функцией старт/стоп прогноз состояния батареи, что улучшает надежность
(рис. 5) имеет увеличенный ресурс для большего коли- системы старт/стоп Бош. Датчик может быть легко уста-
чества пусков. Эти стартеры проще интегрировать в су- новлен на клемму любой стандартной батареи. Эта
ществующие компоновки двигателей. Для достижения максимальная экономия монтажного пространства по-
лучших акустических характеристик при пуске можно зволяет интеграцию в большинство существующих авто-
применить улучшенный стартер класса 1.5 с функцией мобильных концепций.
старт/стоп. Применение генератора с интерфейсом шины LIN,
в качестве следующего шага, допускает экономичную
ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА DG 23 I рекуперацию энергии торможения. При торможении
система увеличивает напряжение на зажимах генерато-
Кроме этого, систему можно улучшить датчиком поло- ра для зарядки батареи. Во время фазы разгона система
жения коленчатого вала DG-23-I, который определяет снижает напряжение на зажимах генератора и потре-
направление вращения (рис. 6). Датчик распознает бляет энергию батареи. Это сниженное потребление
обратное вращение двигателя и тем самым помогает энергии при разгоне компенсируется пассивным увели-
предотвратить обратные вспышки. В сочетании с до- чением напряжения.
полнительным ПО контроллера он способен стабильно Кроме этого, решения по электрификации автомоби-
и надежно определить положение коленвала при пуске ля для первого шага за счёт внедрения системы старт/
двигателя. стоп, для среднего и полного гибрида, а также EV уже
Таким образом, достигается максимально короткое сегодня есть на Бош!
время пуска (обычно менее 200 мс), что делает рабо-
ту системы старт/стоп более комфортной. Рис. 7 пока-№4 ((69)) 2011
48 ЭКОЛОГИЯ
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА Топливный насос высокого давления Бош для непо-
средственного впрыска бензина также уже разработан
Большинство видов топлива из биомассы обладает для топлива с высоким содержанием этанола.
дальнейшим потенциалом по снижению выбросов CO2. Форсунки Бош для двигателей с многоточечным
Поскольку альтернативные виды топлива требуют на- впрыском уже проверены при работе с этанолом. Ожи-
личия дополнительной инфраструктуры, финансовые дается также одобрение на форсунки для двигателей с
преимущества для водителей могут быть достигнуты, непосредственным впрыском.
скорее, за счет специальных регулирующих и стимули- Центр компетенций Бош, подразделения «Бензино-
рующих положений. Топливо из биомассы приобретает вые системы» по этаноловому топливу и разработок,
всё большую значимость в Америке и Европе благодаря связанных с ним, расположен в Бразилии. Бош, Брази-
мерам на правительственном уровне. лия с 2003 года производит системы, работающие на
топливе, содержащем этанол. Будучи лидером рынка,
ЭТАНОЛ Бош, Бразилия, может предложить надежные систе-
мы для двигателей с многоточечным впрыском, рабо-
Бош калибрует различные системы, работающие на эта- тающих на таких видах топлива. Оптимизированные
ноле. На сегодняшний день смешанный с этанолом бен- решения для топлива, содержащего этанол, для аме-
зин в пропорции до 5% от объема уже может исполь- риканского и европейского рынков (E05-E85) находятся
зоваться с компонентами Бош. Теперь все компоненты, на стадии разработок.
разработанные и предлагаемые Бош, устойчивы к сме-
сям с концентрацией этанола до 10% от объема. Специ- СЖАТЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
альные компоненты для непосредственного впрыска
бензина выдерживают даже 24%-ную концентрацию. Сжатый природный газ (CNG) состоит, в основном, из ме-
тана (CH4), имеющего максимальную мольную фрак-
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ цию водорода среди всех ископаемых видов топлива.
НА ЭТАНОЛЕ По сравнению с бензином при сжигании природного
газа производится примерно на 25% меньше выбросов
Большинство компонентов Бош пригодны для примене- CO2 при одинаковом энергетическом выходе. Кроме
ния с топливом с высоким содержанием этанола. Таким этого, природный газ генерирует меньше неочищенных
образом, системные решения подразделения «Бензи- выбросов: выхлопные газы почти не пахнут и содержат
новые системы» фирмы Бош, могут быть адаптированы немного твердых частиц. Таким образом, это позволяет
к топливу, содержащему этанол до 85% или 100% (толь- снизить выбросы ОГ с помощью обычной системы ней-
ко в Бразилии) от объема: трализации ОГ.
Контроллеры ЭСУД Бош можно модернизировать до- Природный газ не требует ни присадок, ни дорогой
полнительными пакетами ПО для топлива с высоким со- очистки при подготовке его как топлива. Это представ-
держанием этанола. ляется экономически эффективной альтернативой для
Имеются специальные модули топливных насосов топлива, получаемого из нефти, и может сохранить
для топлива, содержащего повышенную (E24) и высо- ограниченные ресурсы нефтепродуктов. Главным обра-
кую (E85/E100) доли этанола. зом, метан, вырабатываемый из биомассы, может быть
использован в долгосрочной перспективе, снижая зави-
симость от минеральных ресурсов.
Рисунок 7. Частота вращения двигателя при быстром пуске (черным Рисунок 8. Электронный датчик батареи
цветом) и нормальном (серым цветом)Журнал Автомобильных Инженеров №4 (69) 2011
49
Поскольку природный газ имеет значительно лучшие ЗАКЛЮЧЕНИЕ
антидетонационные свойства, чем бензин, он также
дает возможность снижения расхода топлива. Двигате- Сегодняшние разработки подразделения «Бензиновые
ли, работающие на природном газе, идеально подходят системы» фирмы Бош удовлетворяют не только будущим
для турбонаддува в комбинации с уменьшенной раз- экологическим нормам, но и позволяют снижать выбросы
мерностью для достижения оптимальной эффективно- CO2. Тогда как экологические нормы в большинстве стран
сти сгорания. мира могут быть обеспечены благодаря проверенным
имеющимся технологиям, параллельно к этому снижение
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ НА CNG выбросов CO2 остается сложной задачей почти для каждо-
го рынка. Подразделение «Бензиновые системы» фирмы
Для удовлетворения потребностей рынка автомобили Бош обладает обширным опытом внедрения единичных
на природном газе должны предлагать динамичную мероприятий, а также комплексных системных решений.
и комфортабельную езду, а также удовлетворять еже- Единичные мероприятия, подобно системе рециркуляции
дневным требованиям клиента. Продуктовая линейка ОГ и переменным фазам газораспределения, показывают
Бош представлена также и системами управления для хорошее соотношение затраты/преимущества, даже если
двигателей CNG, работающих на сжатом природном при этом достигаются лишь незначительные улучшения.
газе. Система содержит все дополнительные компонен- Непосредственный впрыск бензина подразумевает бо-
ты для двухтопливного автомобиля (работающего на лее высокую степень дополнительных системных разрабо-
бензине и сжатом природном газе CNG): ток, чем множество единичных мер, направленных на сни-
Контроллер ЭСУД с пакетом программного обеспече- жение расхода топлива. Тем не менее, стехиометрическое
ния и интерфейсом для дополнительных компонентов. сгорание в сочетании с переменными фазами газораспре-
Оба режима: бензиновый и газовый CNG можно управ- деления и турбонаддувом предлагают модульное решение
лять единым контроллером. для снижения расхода топлива и достижения высокого кру-
Инжектор для природного газа (NGI2) компактного тящего момента при низких оборотах, сохраняя при этом
размера сконструирован для работы с газом без содер- наилучшее соотношение затраты/ преимущества. Работа
жания масла. Достигаются высокие скорости потока при на обедненной смеси в качестве следующего шага снижает
актуально малом расходе. расход топлива в двигателях с большим рабочим объемом.
В системе Бош могут применяться модули регулятора Гибридные технологии скрывают в себе широкое раз-
давления разных поставщиков для газовой рампы. нообразие решений. Полная гибридная система добива-
Датчик температуры и давления газа в газовой рампе ется наилучшего снижения расхода топлива и высокого
позволяет скорректировать плотность газа путем регу- крутящего момента при низких оборотах двигателя, хотя и
лирования впрыска. за счет высокой степени комплексности системы. Однако
Дополнительные внутренние запорные топливные гибридные технологии предлагают модульные решения,
вентили, не поставляемые Бош, должны выполнять по- начиная от внедрения простой функции старт/стоп, вплоть
ложения по безопасности норм ECE-R110. до рекуперативных энергосистем. Подразделение «Бензи-
Все компоненты производятся согласно высоким новые системы» фирмы Бош разработало и разрабатыва-
стандартам качества Бош, а также проходят проверку и ет компоненты для всех уровней гибридных систем.
сертификацию в соответствии с действующим стандар- Альтернативные виды топлива ставят также сложные
том для автомобилей, работающих на природном газе, задачи для системной архитектуры, являясь, тем не
ECE-R110. менее, при наличии благоприятных местных условий,
Система управления двигателем CNG базируется таких как инфраструктура и правительственная под-
на системе Motronic Бош для бензиновых двигателей. держка в виде специальных нормативных положений,
Структура крутящего момента в ПО контроллера позво- следующим возможным вариантом. Поскольку альтер-
ляет простую интеграцию специфических функций для нативные виды топлива доступны не везде, требуются
режима работы на сжатом природном газе. В частно- «двухтопливные» системы для получения потребитель-
сти, скоординированное плавное переключение между ского признания. Для достижения хорошего соотноше-
газом CNG и бензином возможно при любой нагрузке. ния затраты/преимущества подразделением «Бензи-
Интеграция обоих режимов работы в «двухтопливный» новые системы» были разработаны интегрированные
контроллер позволяет сэкономить на затратах на систе- «двухтопливные» системы для спиртосодержащих эта-
му за счет отсутствия дополнительного жгута проводов ноловых смесей, а также сжатого природного газа.
и дополнительного контроллера. Более того, для данно-
го «двухтопливного» контроллера была внедрена легко ССЫЛКИ
адаптируемая бортовая диагностика. 1. Brandt, Martin, M. Buerle, M. Klenk, M. Nau, M. Rauscher,
"DI Turbo mit Scavenging — Weniger Verbrauch durch mehr
Drehmoment", AVL Motor & Umwelt 2006.Вы также можете почитать
