REKLAMA

Bosch właśnie zrewolucjonizował Diesla? Downsizing niepotrzebny

Diesel może emitować dużo mniej spalin, niż przewidują normy. Silnik z oprzyrządowaniem Boscha zamiast dopuszczalnych 80 miligramów tlenków azotu wydziela tylko 13. Dodatkowy smaczek: prototyp bazuje na dieslu, bohaterze skandalu Volkswagena.

katalizator Fot. Arturo Rivas


Sprawa oszustwa, jakiego dopuścił się Volkswagen w wypadku diesla z serii EA 288 jest powszechnie znana. Firma zmanipulowała jego oprogramowanie, żeby podczas testów na stanowisku badawczym silnik emitował dopuszczalną ilość spalin, gdy w rzeczywistym ruchu drogowym ta emisja była wielokrotnie wyższa. Gdy sprawa wyszła na jaw, diesle popadły w niełaskę, a w całej Europie spadła sprzedaż samochodów wyposażonych w tego rodzaju silniki. Rehabilitacja diesla jako jednostki napędowej, która przecież wcale nie musi być przyczyną wielkich zanieczyszczeń, jest trudna. Ostatnio trud ten podjął Bosch, tworząc prototyp na bazie Golfa VII. Zrobił to nie bez przyczyny – produkcja układów wtryskowych do silników wysokoprężnych to wielki biznes, z którego firma nie zamierza rezygnować. Jednak niezależnie od motywacji pewne jest, że aby spełnić europejskie normy emisji szkodliwych substancji, nie można obejść się bez efektywnego i czystego silnika Diesla.
Auta z jednostkami wysokoprężnymi muszą więc pozbyć się wizerunku trucicieli, a to uda się tylko wtedy, gdy zawsze i w każdych warunkach w realnym ruchu drogowym będą emitowały mniej szkodliwych tlenków azotu, niż dopuszcza norma Euro 6d. Ten warunek spełnia prototyp Boscha opracowany na bazie poprzedniego Golfa GTD, którym przeprowadziliśmy jazdy testowe. Pomiary wykazały bardzo niską emisję – w wypadku tlenków azotu i cząstek sadzy wyniosła ona tylko 0,01% dopuszczalnej wartości. Oznacza to, że tak oprzyrządowany Golf w ogóle nie powodowałby istotnego zanieczyszczenia powietrza.

katalizatorFot. Arturo Rivas
Sama aparatura pomiarowa zamontowana z tyłu Golfa waży 80 kg, do tego dochodzą akumulator i komputer – ma to wpływ na zużycie paliwa

Kłopotliwy zjazd

Żeby zyskać pewność, że testowe auto naprawdę może być tak „czyste”, badania przeprowadziliśmy sami, za kierownicą nie siedział inżynier Boscha, lecz redakcyjny kolega, który zawsze dokonuje pomiarów we wszelkich testowanych przez nas samochodach. Jazda odbyła się na 150-kilometrowej trasie standardowo wykorzystywanej przez redakcję do mierzenia zużycia paliwa, dodatkowo na autostradzie przyspieszaliśmy, wykorzystując pełną moc silnika, jeździliśmy też w mieście, często zatrzymując się i ruszając z miejsca. Te ostatnie warunki stanowią szczególne wyzwanie, jeśli idzie o utrzymanie przez silnik niskiej emisji spalin. I rzeczywiście, ilość wydzielanych substancji wtedy rośnie, ale katalizatory sprawnie je neutralizują.
Większym kłopotem okazał się długi zjazd ze wzniesienia. Przez ponad 250 metrów silnik nie pracował, katalizator ochłodził się, a jego zdolność do oczyszczania spalin zmalała. Mimo to także w tych warunkach inżynierom udało się utrzymać emisję na dużo niższym poziomie, niż wymaga norma.
Ciekawostką może być fakt, że silnik zamontowany w testowym pojeździe to właśnie jednostka z serii EA 288, w wypadku której VW dopuścił się opisanej na wstępie manipulacji. Tymczasem Bosch udowodnił, że silnik ten nie tylko może podczas realnej eksploatacji spełnić wymagania normy Euro 6b, ale nawet, dzięki technicznemu oprzyrządowaniu, uzyskać wartości dużo poniżej Euro 6d.

DWA KATALIZATORY

Spaliny są przepuszczane przez dwa katalizatory i filtr cząstek stałych, a potem traktowane płynem AdBlue.

Bosch wzbogacił układ wydechowy VW Golfa siódmej generacji o drugi katalizator SCR. Skrót SCR oznacza selektywną redukcję katalityczną, przy czym słowo „selektywny” podkreśla, że chodzi przede wszystkim o zmniejszenie ilości wybranych składników – konkretnie tlenków azotu. W drugim katalizatorze SCR, wychwytującym też nadmiar amoniaku, odbywa się końcowy etap oczyszczania spalin. Za kolektorem wydechowym znajduje się z kolei katalizator utleniający. Zmniejsza on ilość węglowodorów i tlenku węgla. Za nim znajduje się filtr cząstek stałych z katalizatorem SCR (był on już stosowany w aucie wyjściowym, na którego podstawie opracowano prototyp). Szczególne rozwiązanie polega na tym, że przed każdym z katalizatorów SCR jest wtryskiwany czynnik AdBlue. Bosch sztucznie postarzył przed testem katalizatory, by zmniejszyć ich skuteczność, tak jak dzieje się to w wypadku tych urządzeń pracujących w samochodach o przebiegu ponad 250 000 km.
katalizatorauto motor i sport
       
Emisja spalin
  Wynik pomiaru Limit według normy Czynnik (pomiar w stosunku do limitu)
CO2 (wg PEMS) [g/km] 126 - -
Zużycie oleju napędowego [l/100 km] 4,7 - -
Tlenki azotu (wg PEMS) [mg/km] 2,9 80 + 34 (tolerancja) 3%
Cząstki stałe [liczba/km] 4,5 E + 07 6,0 E + 11 0,01%
Zużycie czynnika AdBlue [l/1000 km] 0,5 - -
Emisja tlenków azotu (NOx) i cząstek stałych jest znacznie niższa niż wynosi limit zgodny z normą Euro 6d. Zużycie paliwa odpowiada temu, jakie występuje w modelach seryjnych.

REKLAMA

REKLAMA

Zbędny downsizing

Inżynierowie Boscha zmniejszyli pojemność silnika 2,0 l do 1,7 l (150 KM), stosując się do panującej mody na downsizing. Jednak z technicznego punktu widzenia, żeby osiągnąć zakładaną niską emisję spalin, nie było to konieczne.
Dużo ważniejsza okazała się wymiana sprężarki VTG na wersję z mniejszą turbiną, ale większym wirnikiem i większym zakresem regulacji doładowania. Poza tym w miejscu tłumika zamontowano drugi katalizator SCR. Służy on do wtórnego oczyszczania spalin i działa wtedy, gdy katalizator znajdujący się bliżej silnika za mocno się rozgrzeje. Rozwiązanie polegające na zastosowaniu dwóch katalizatorów podchwycił już Volkswagen i nadał mu nazwę Twindosing. Pochodzi ono z USA, gdzie normy są bardzo ostre.
Przegrzewanie się katalizatorów to tylko jedna strona złożonego problemu, głównym wyzwaniem jest raczej konieczność szybkiego uzyskania przez nie temperatury roboczej i zapobieżenie jej utracie. Dlatego katalizatory są pokryte grubą warstwą izolacji – to ważne na przykład w takich wypadkach jak wspomniany zjazd ze wzniesienia z wyłączonym silnikiem.

katalizatorFot. Arturo Rivas
Z zewnątrz nie widać, że pojemność 4-cylindrowego diesla zmniejszono z dwóch do 1,7 litra


Może się bowiem zdarzyć, że spaliny tak bardzo się ochłodzą, że spowodują spadek temperatury pierwszego katalizatora, zamiast go rozgrzać. Tu do działania wkracza opracowany przez Boscha system regulacji temperatury – żeby zmniejszyć jej spadek w układzie odprowadzania spalin, otwiera się wysokociśnieniowy zawór, pozwalając na krążenie części spalin. Za pomocą tej strategii zarządzania temperaturą, do której należy też czasowe zwiększanie przeciwciśnienia spalin, podczas zimnej fazy uruchamiania silnika elektronika stara się utrzymać emisję na jak najniższym poziomie.
Żeby utrzymać właściwą temperaturę, wtryskuje się bardzo niewielką ilość paliwa, które spala się w pierwszym katalizatorze SCR, ogrzewając go. W średnim zużyciu paliwa przez silnik prawie tego nie widać, zapewniają inżynierowie. Fakt, że Golf przygotowany przez Boscha spalał na testowej trasie przeciętnie o 0,2 litra oleju napędowego na 100 km więcej niż model o tej samej mocy badany przez nas w przeszłości (4,5 l/100 km), wynika zapewne z zamontowania w nim aparatury pomiarowej PEMS oraz dodatkowego akumulatora, a także z obecności drugiej osoby w kabinie. W sumie było to 150 kg dodatkowego obciążenia. Testowy Golf GTD poruszał się ponadto na szerokich oponach. Poza tym nieznacznie wyższego zużycia paliwa w tak „czystym” aucie raczej i tak nie da się uniknąć, a dwie dziesiąte litra na 100 km to w wypadku Golfa realistyczna wartość.

ILE SPALIN NA TRASIE

Szczególnym wyzwaniem okazała się nie szybka jazda autostradą, lecz długi zjazd ze wzniesienia, podczas którego spadła temperatura pracy katalizatorów.

Na standardowej trasie pomiarowej 150-konny diesel VW potrzebował 4,7 litra oleju napędowego na 100 km. Mimo zastosowania skomplikowanych urządzeń oczyszczających spaliny jest to wynik tylko o 0,2 litra wyższy niż seryjnego Golfa z jednostką o takiej samej mocy. Nie wiemy, jaki poziom emisji osiągał seryjny Golf, ale pewne jest, że nawet nie zbliżał się do wymagań określonych w normie Euro 6d. W wypadku prototypu Boscha emisja na testowej trasie wyniosła 2,9 miligrama tlenków azotu na kilometr i 4,5 E + 0,7 cząstek stałych. Liczby, które niewiele mówią? W prostym języku znaczą, że prototyp emituje jeszcze mniej szkodliwych substancji niż wynosi wartość zmierzona przez nas w aktualnym Golfie VIII (20 mg/km). Podczas testowej jazdy prototyp Boscha wykorzystał zaledwie 3 procent wartości emisji tlenków azotu dopuszczanej przez normę, a w wypadku cząstek stałych – 0,01 procent. W przeliczeniu na 1000 km przebiegu auto zużyłoby pół litra czynnika AdBlue.

katalizatorauto motor i sport

REKLAMA

Dziewięć dawek paliwa

Ogromna rola w prototypowym modelu przypada układowi wtryskowemu. W ciągu jednego cyklu pracy do komór spalania wstrzykuje się nawet dziewięć dawek paliwa. Dzięki temu spaliny są tak czyste, że przez zawór recyrkulacji spalin (EGR) są zawracane do komór spalania. To dlatego, twierdzą inżynierowie Boscha, zmniejszenie ilości tlenków azotu ma niewielki wpływ na zużycie paliwa.
W wypadku prototypowego oprzyrządowania Boscha ważne jest i to, że wszystkie zastosowane komponenty są ogólnodostępne na rynku. Gdyby powszechnie stosować je w autach, cena tych elementów wyniosłaby tylko kilkadziesiąt euro.
W wypadku nowego rozwiązania cała sztuka polega na odpowiednim dostosowaniu do siebie poszczególnych elementów układu, stosowaniu podwójnej dawki czynnika AdBlue i na oprogramowaniu. I oczywiście trzeba chcieć opracować silnik Diesla z takim układem odprowadzania spalin, który bez żadnych sztuczek i wybiegów pozwoli w każdych warunkach utrzymać emisję szkodliwych substancji na poziomie niższym niż określony w normie Euro 6d.
Fakt, że nawet silnik, który stał się przyczyną skandalu, można sprowadzić na dobrą, a właściwie na czystą drogę, jest równie kuriozalny, co zadziwiający.

JAK MIERZYLIŚMY

Golfa z oprzyrządowaniem Boscha badaliśmy na redakcyjnej trasie rutynowo służącej nam do pomiarów zużycia paliwa przez testowane samochody. Trasa ma długość 150 km i prowadzi przez centrum miasta, drogami krajowymi oraz autostradą. Znajdują się na niej zarówno wzniesienia, jak i spadki terenu. Podczas spokojnej jazdy mierzyliśmy minimalne zużycie paliwa. W wypadku prototypu Boscha za pomocą przenośnej aparatury sprawdziliśmy również, ile tlenków azotu i cząstek stałych emituje diesel ze specjalnym oprzyrządowaniem. W bagażniku Golfa znajdował się dodatkowy akumulator, a do nadwozia umocowaliśmy ważącą 80 kilogramów aparaturę pomiarową, do której doprowadzano spaliny wydobywające się z układu wydechowego.

katalizatorFot. Arturo Rivas

Zamów e-wydanie magazynu "auto motor i sport" - teraz o 30% taniej!

Dołącz do nas na facebooku i bądź na bieżąco z motoryzacyjnymi newsami!

Zobacz także:

zobacz galerię

Komentarze

 
DODAJ KOMENTARZ

REKLAMA

REKLAMA