Polttomoottorit, hybridit ja sähköautot

Bosch esittelee tulevaisuuden voimanlähteet

• Noin 15 prosenttia uusista ajoneuvoista on vähintäänkin hybridejä vuoteen 2025 mennessä
• Päästöstandardit, kuten Euro 6, China 4 ja LEV, edellyttävät entistä puhtaampia polttomoottoreita
• Uudet akut ja älykäs lämmönhallinta lisäävät sähköautojen toimintasädettä
• "Bitit ja kilotavut tekevät autoista tehokkaampia”, sanoo Boschin johtokunnan jäsen Rolf Bulander

Tulevina vuosina näkymä konepellin alla tulee muuttumaan melkoisesti. Esimerkiksi moottoreiden pienentäminen muuttuu trendistä standardiksi. Nykyään lähes jokaisessa autossa – oli kyseessä sitten pieni auto, maastoauto tai tehokas urheiluauto – on turboahdettu moottori. Polttomoottorit varustetaan yhä innovatiivisemmilla teknologioilla ja niiden rooli maailmanlaajuisessa liikenteessä säilyy merkittävänä jatkossakin. Viiden vuoden kuluttua 98 prosenttia uusista autoista toimii yhä ainakin osin fossiilisilla polttoaineilla, erityisesti Kiinan ja Yhdysvaltojen kaltaisilla markkinoilla. "Moderni polttomoottoritekniikka on tehokkaan liikkuvuuden perusta", sanoo Boschin johtokunnan jäsen Rolf Bulander.

Samalla alamme nähdä siirtymän kohti sähkökäyttöisiä autoja. Bosch uskoo, että noin 15 prosentissa uusista autoista on vähintäänkin hybridimoottori vuoteen 2025 mennessä ja että Euroopassa yli kolmannes uusista autoista kulkee ainakin osittain sähkövoimalla. Bulanderin mukaan on varmaa, että sähköistäminen nostaa polttomoottorit uudelle tasolle: ajoneuvoista tulee puhtaampia ja tehokkaampia samalla kun ajonautinto lisääntyy.

Polttomoottori on tehokkaan liikkuvuuden perusta

Polttomoottorit ovat kehittyneet merkittävästi viime vuosina. Luvut kertovat selvää kieltään: vuoden 2000 jälkeen autojen hiilidioksidipäästöt ovat vähentyneet Euroopassa neljänneksellä, vaikka samalla autojen suorituskyky ja paino ovat kasvaneet. Kuljettajat näkevät kehityksen muun muassa siinä, että bensiinimoottorilla varustettujen kompaktiautojen polttoaineenkulutus on nykyään yleensä vähemmän kuin seitsemän litraa sadalla kilometrillä, ja dieselkäyttöiset autot kuluttavat vähemmän kuin viisi litraa polttoainetta sataa kilometriä kohden.

Pelkkä polttoainetehokkuus ei kuitenkaan enää riitä: tiukentunut päästölainsäädäntö edellyttää, että autoista täytyy tulla myös puhtaampia. Se, että moottoreista tehdään sekä puhtaita että tehokkaita, vaatii erityisen kehittynyttä tekniikkaa. Bosch esittelee Frankfurtin IAA 2015 -näyttelyssä lukuisia innovatiivisia ratkaisuja tähän kysymykseen. Esimerkiksi dieselmoottoreissa Bosch kasvattaa ruiskutuspainetta 2 700 baariin. Uusimman sukupolven bensiinin suorasuihkutus tuottaa puolestaan nyt 350 baaria aiemman 200 baarin sijaan. Painetta nostettaessa polttoaine muuttuu hienonhienoksi sumuksi ja palaa paljon puhtaammin.

Diesel: suunnittelussa aletaan kiinnittää huomiota todellisiin päästöihin

Bosch kiinnittää erityistä huomiota myös dieselmoottorin kehittämiseen. "Dieselteknologia on avainasemassa hiilidioksidipäästöjä koskevien tavoitteiden saavuttamisessa. Erityisesti Euroopassa tavoitteita ei voida saavuttaa ilman dieseliä", Bulander sanoo. Seuraavien viiden vuoden aikana kaikkein moderneimmistakin dieseleistä voidaan saada jopa 15 prosenttia taloudellisempia moottoriteknologiaa kehittämällä. Todellisissa ajo-olosuhteissa on mahdollista saavuttaa vielä tätäkin alhaisempi polttoaineen kulutus. Yksi esimerkki on rullaustoiminto: kun moottori pysäytetään väliaikaisesti – mikä on nyt mahdollista myös suurilla nopeuksilla  – se ei kuluta polttoainetta.

Euroopan unioni harkitsee aloittavansa päästöihin liittyvän testaamisen todellisissa ajotilanteissa vuonna 2017. Dieselajoneuvojen osalta keskitytään erityisesti typen oksidien ja hiilimonoksidin mittaamiseen todellisissa ajo-olosuhteissa. Jo nyt on olemassa useita automalleja, joiden päästöt ovat erittäin alhaiset jopa sellaisissa käyttötilanteissa – esimerkiksi nopeissa kiihdytyksissä tai suurilla nopeuksilla ajettaessa – jotka eivät kuulu nykyisen sertifioinnin piiriin. Seuraavaksi tavoitteena on tuoda teknologiaa laajemmin saataville ja kehittää kustannustehokkaita ratkaisuja, joilla tavoitteet saavutetaan kaikissa ajo-olosuhteissa.

Hybridi: sähköistys nostaa polttomoottorit uudelle tasolle

Mitä isoihin ja raskaisiin ajoneuvoihin tulee, pelkkä polttomoottorin optimoiminen ei enää riitä. Bosch uskoo, että EU:n tiukat CO2-päästötavoitteet vuodelle 2020 tarkoittavat, että kuljettajilla säilyy aina mahdollisuus valita maastoauto hybridivoimansiirrolla. Bosch aikoo olla valmis tähän kehitykseen. Yhtiö investoi vuosittain lähes 400 miljoonaa euroa sähköautoilun kehittämiseen. Tällä hetkellä noin 30 automallissa on Boschin sähköistykseen liittyvää teknologiaa. Komponentteja löytyy muun muassa Porschen hybridiurheiluautosta, Mercedeksen hybridimalleista sekä BMW i3 -sähköautosta. Tulevaisuudessa Bosch näkee erityisen hyvää markkinapotentiaalia hybridiautoissa ja ladattavissa hybridiautoissa. Vuonna 2020 niitä valmistettaneen yli 10,5 miljoonaa.

"Sähköistys ja polttomoottorit eivät sulje toisiaan pois vaan täydentävät toinen toistaan”, Bulander sanoo. Yksi esimerkki tästä on vuonna 2017 markkinoille tuleva Boschin boost recuperation system. Tämä lähtötason 48 voltin hybridi vähentää pienten autojen hiilidioksidipäästöjä noin kuudella prosentilla. Polttoainetehokkuus on ennen kaikkea seurausta jarrutusenergian tehokkaasta talteenotosta. Kun start-stop-järjestelmä toimii myös suurilla nopeuksilla, rullaustoiminto parantaa polttoainetehokkuutta entisestään. Uudet 48 voltin hybridit on varustettu myös tehostustoiminnolla, mikä osoittaa, että polttoainetehokkuus kulkee käsi kädessä ajonautinnon kanssa jopa lähtötason hybrideissä. Kun kuljettaja painaa kaasua, sähkömoottori tukee polttomoottoria jopa 150 Nm:n ylimääräisellä vääntövoimalla.

Sähköautoilu: tehokas akku, taloudellinen lämmitys

Korkeajännitteiset ratkaisut ovat entistä dynaamisempia, koska sähkömoottorit pystyvät hyödyntämään vääntömomentin kokonaisuudessaan välittömästi. Jotta sähköautot voisivat levitä laajalle tulevina vuosina, niistä on kuitenkin tultava huomattavasti halvempia. Akkuteknologia on tämän suhteen keskeisessä roolissa: "Ennusteidemme mukaan akkujen energiatiheys on kaksi kertaa nykyistä parempi vuoteen 2020 mennessä, ja samalla niiden hinta puolittuu", Bulander sanoo. Seuraavan sukupolven litiumioniakkuja kehittäessään Bosch on yhdistänyt voimansa GS Yuasan ja Mitsubishi Corporationin kanssa. Bosch tuo kokonaisuuteen akkuteknologiaan ja järjestelmien integroimiseen liittyvän osaamisensa ja GS Yuasa kokemuksensa energiatiheyden kehittämisestä.

Lisäksi Bosch on hankkinut yhdysvaltalaisen start-up-yritys Seeo Inc.:in. Hankinnan myötä Boschilla on nyt hallussaan olennaista osaamista innovatiivisten niin sanottujen kiinteiden kennojen (solid-state cells) saralla. Tekniikka täydentää Boschin japanilaisten kumppaneiden GS Yuasan ja Mitsubishin kanssa tehtyä aiempaa kehitystyötä. Tähän mennessä hankkeen pyrkimyksenä on ollut kaksinkertaistaa energiatiheys ja puolittaa kustannukset tämän vuosikymmenen loppuun mennessä. Seeon teknologian avulla Bosch uskoo voivansa nostaa litium-ionikennojen energiatiheyttä jopa tätäkin enemmän.

Suurempi akku ei ole ainoa tapa laajentaa sähköauton toimintasädettä, sillä esimerkiksi ilmastoinnilla ja lämmityksellä on merkittävä vaikutus akun kestävyyteen. Bosch on kehittänyt älykkään lämpötilan hallintajärjestelmän, joka voi lisätä sähköauton toimintasädettä jopa neljänneksellä. Järjestelmä kerää kylmyyttä ja lämpöä muun muassa tehoelektroniikasta ja käyttää sitä edelleen muun muassa matkustamon lämpötilan säätelyyn. Tämänkaltainen integroitu järjestelmä voi vähentää lämmitysjärjestelmän tehontarvetta talviaikaan jopa 60 prosenttia.

Sähköautot ovat hyviä, mutta verkottuneet sähköautot vielä parempia

Internet-yhteydet lisäävät sähköautojen käytännöllisyyttä: "Sähköautot ovat hyviä, mutta verkottuneet sähköautot ovat parempia" Bulander sanoo. Väitettä tukee muun muassa Boschin uusi sovellus, jonka avulla kuljettajat voivat löytää eri toimijoiden latauspisteitä ja maksaa niistä pelkän älypuhelinsovelluksen ja PayPal-tilin avulla. Pysäköiminen on helpompaa, kun kuljettajalla ei tarvitse olla jokaisen palveluntarjoajan korttia lompakossaan.

Verkottumisen potentiaali ei suinkaan lopu tähän, sillä vain verkottuneet autot voivat hyödyntää sähköistämisen potentiaalin kokonaisuudessaan. "Bitit ja tavut tekevät autoja tehokkaampia", Bulander sanoo. Yksi esimerkki siitä on Boschin ratkaisu ”electronic horizon”, joka tuottaa ja välittää tärkeää tietoa rakennustyömaista, ruuhkista ja onnettomuuksista reaaliajassa kuljettajan ja auton käyttöön. Tietoa voidaan hyödyntää esimerkiksi ennakoivan ajostrategian laatimiseen. Tekniikka auttaa leikkaamaan päästötehokkaidenkin autojen hiilidioksidipäästöjä jopa kaksinumeroisin prosenttiluvuin.