Алтернативе тест вожње: ДЕО 2 - Аутомобили
Ако имате прилику да прелетите западни Сибир ноћу, кроз прозор ћете видети гротескни призор, који подсећа на кувајтску пустињу након повлачења Садамових трупа током првог рата у Ираку. Предео је препун огромних запаљених „бакљи“, што је живописан доказ да многи руски произвођачи нафте и даље сматрају природни гас нуспродуктом и непотребним производом у потрази за нафтним пољима ...
Стручњаци верују да ће овај отпад бити заустављен у блиској будућности. Дуги низ година природни гас се сматрао вишком производа и спаљиван је или једноставно пуштан у атмосферу. Процењује се да је до сада само Саудијска Арабија бацила или спалила више од 450 милиона кубних метара природног гаса током производње нафте ...
Истовремено, процес је обрнут – већина савремених нафтних компанија већ дуже време троши природни гас, увиђајући вредност овог производа и његов значај који у будућности може само да расте. Овакав поглед на ствари посебно је карактеристичан за САД, где, за разлику од већ исцрпљених резерви нафте, још увек постоје велика налазишта гаса. Ова последња околност се аутоматски одражава на индустријску инфраструктуру огромне земље, чији је рад незамислив без аутомобила, а још више без великих камиона и аутобуса. Све је више транспортних компанија у иностранству које унапређују дизел моторе својих камионских паркова како би радили и са комбинованим гас-дизел системима и само са плавим горивом. Све више бродова прелази на природни гас.
На позадини цена течног горива, цена метана звучи фантастично, а многи почињу да сумњају да ту постоји квака – и то с разлогом. С обзиром да је енергетски садржај килограма метана већи од килограма бензина, а да је један литар (тј. један кубни дециметар) бензина тежи мање од килограма, свако може закључити да килограм метана садржи много више енергије од литара бензина. Јасно је да ће вас чак и без ове очигледне збрке бројева и нејасних диспаритета, управљање аутомобилом који ради на природни гас или метан коштати много мање новца од вожње аутомобила на бензин.
Али ево класичног великог „АЛИ”... Зашто, пошто је „превара” толика, код нас скоро нико не користи природни гас као гориво за аутомобиле, а ређа су и аутомобили прилагођени за његову употребу у Бугарској. феномен од кенгура до борове планине Родопе? Одговор на ово сасвим нормално питање не даје чињеница да се гасна индустрија широм света развија махнитом темпом и тренутно се сматра најбезбеднијом алтернативом течним нафтним горивима. Технологија водоничних мотора још увек има неизвесну будућност, управљање водоничним моторима у цилиндрима је изузетно тешко, а још увек није јасно шта је економична метода за екстракцију чистог водоника. На овој позадини, будућност метана је, најблаже речено, блистава – тим пре што у политички сигурним земљама постоје огромна лежишта природног гаса, да нове технологије (помињане у претходном броју криогене течности и хемијске конверзије природног гаса у течности) појефтињују, док цена класичних угљоводоничних производа расте. Да не помињемо чињеницу да метан има све шансе да постане главни извор водоника за горивне ћелије будућности.
Прави разлог напуштања угљоводоничних гасова као погонског горива и даље су деценијама ниске цене нафте, које су погурале развој аутомобилске технологије и повезане инфраструктуре друмског транспорта ка обезбеђивању енергије за бензинске и дизел моторе. У позадини овог општег тренда, покушаји употребе гасног горива прилично су спорадични и безначајни.
Чак и након завршетка Другог светског рата, недостатак течних горива у Немачкој довео је до појаве аутомобила опремљених најједноставнијим системима за коришћење природног гаса, који се, иако много примитивнији, мало разликују од система које данас користе бугарски таксији. из боца за гас и редуктора. Гасна горива су добила на значају током две нафтне кризе 1973. и 1979-80. Године, али чак и тада можемо говорити само о кратким налетима који су прошли готово непримећени и нису довели до значајног развоја у овој области. Током више од две деценије од ове најновије акутне кризе, цене течних горива остале су константно ниске, достигавши апсурдно ниске цене у 1986. и 1998. години од 10 долара по барелу. Јасно је да таква ситуација не може имати стимулативни ефекат на алтернативне врсте гасних горива ...
Почетком 11. века ситуација на тржишту се постепено, али сигурно креће у другом смеру. Након терористичких напада у септембру 2001. године, постојао је постепени, али стални тренд раста цена нафте, који је наставио да расте као резултат повећане потрошње Кине и Индије и потешкоћа у проналажењу нових налазишта. Међутим, аутомобилске компаније су много незгодније у правцу масовне производње аутомобила прилагођених за погон на гасовита горива. Разлози за ову гломазност могу се пронаћи како у инертности размишљања већине потрошача који су навикли на традиционално течно гориво (за Европљане, на пример, дизел гориво остаје најреалнија алтернатива бензину), тако и у потреби за огромним улагањима у цевоводну инфраструктуру. и компресорске станице. Када се то дода сложеним и скупим системима за складиштење горива (посебно компримованог природног гаса) у самим аутомобилима, велика слика почиње да се разбиструје.
С друге стране, електране на гасовито гориво постају све разноврсније и прате технологију својих бензинских колега. Додаци гаса већ користе исте софистициране електронске компоненте за убризгавање горива у течну (још увек ретку) или гасну фазу. Такође је све више и више серијских модела возила фабрички постављених за једновалентно снабдевање гасом или са могућношћу двоструког снабдевања гасом/бензином. Све више се остварује још једна предност гасовитих горива – због своје хемијске структуре, гасови се потпуније оксидују, а ниво штетних емисија у издувним гасовима аутомобила који их користе је знатно нижи.
Нови почетак
Међутим, продор на тржиште захтеваће циљане и директне финансијске подстицаје за крајње кориснике природног гаса као горива за возила. Да би привукли купце, продавци метана у Немачкој већ обезбеђују купцима возила на природни гас посебне бонусе, чија природа понекад изгледа просто невероватно – на пример, компанија за дистрибуцију гаса из Хамбурга надокнађује појединцима трошкове за куповину гаса. аутомобила одређених дилера на период од годину дана. Једини услов за корисника је да на аутомобил залепи рекламну налепницу спонзора...
Разлог зашто је природни гас у Немачкој и Бугарској (у обе земље огромна већина природног гаса долази из Русије гасоводом) много јефтинији од осталих горива, треба тражити у низу правних просторија. Тржишна цена гаса је логично повезана са ценом нафте: како цена нафте расте, тако расте и цена природног гаса, али разлика у ценама бензина и гаса за крајњег потрошача је углавном због нижег опорезивања природног гаса. гасни. У Немачкој је, на пример, цена гаса законски фиксирана до 2020. године, а шема ове „фиксације“ је следећа: током овог периода цена природног гаса може да расте заједно са ценом нафте, али његова пропорционална предност над осталим изворима енергије морају се одржавати на константном нивоу. Јасно је да уз овако уређен законски оквир, ниске цене и одсуство било каквих проблема у изградњи „гасних мотора“, једини проблем за раст овог тржишта остаје неразвијена мрежа бензинских пумпи – у огромној Немачкој, тј. на пример, има само 300 таквих тачака, ау Бугарској их има много мање.
Изгледи за попуњавање овог инфраструктурног дефицита у овом тренутку изгледају сјајни – у Немачкој удружење Ердгасмобила и француског нафтног гиганта ТоталФинаЕлф намеравају да уложе велика средства у изградњу неколико хиљада нових бензинских пумпи, а у Бугарској је неколико компанија преузело слично задатак. Могуће је да ће ускоро цела Европа користити исту развијену мрежу бензинских станица за природни и течни нафтни гас као потрошачи у Италији и Холандији – земљама о чијем развоју у овој области смо вам говорили у претходном броју.
Хонда Цивиц ГКС
На сајму аутомобила у Франкфурту 1997. Хонда је представила Цивиц ГКС, тврдећи да је то еколошки најприхватљивији аутомобил на свету. Испоставило се да амбициозна изјава Јапанаца није само још један маркетиншки трик, већ чиста истина, која је и данас актуелна, а у пракси се може видети у најновијем издању Цивиц ГКС-а. Аутомобил је дизајниран да ради само на природни гас, а мотор је дизајниран да у потпуности искористи предности високог октана гасовитог горива. Није изненађујуће да возила овог типа данас могу понудити нивое издувних гасова ниже од оних који су потребни у будућој Еуро 5 европској економији, или 90% нижи од америчких УЛЕВ (возила са ултра ниском емисијом). . Хонда мотор ради изузетно глатко, а висок степен компресије од 12,5:1 компензује нижу запреминску енергетску вредност природног гаса у поређењу са бензином. Резервоар од 120 литара је направљен од композитног материјала, а еквивалентна потрошња гаса је 6,9 литара. Хондин познати ВТЕЦ систем променљивог времена вентила добро функционише са посебним својствима горива и додатно побољшава пуњење мотора. Због мање брзине сагоревања природног гаса и чињенице да је гориво "суво" и нема својства подмазивања, седишта вентила су направљена од специјалних легура отпорних на топлоту. Клипови су такође направљени од јачих материјала, пошто гас не може да охлади цилиндре када испарава као бензин.
Хонда ГКС црева у гасној фази се убризгавају природним гасом, који је 770 пута већи од еквивалентне количине бензина. Највећи технолошки изазов за инжењере Хонде био је да створе праве бризгаљке за рад у таквим условима и предусловима – да би се постигла оптимална снага, бризгаљке морају да се носе са тешким задатком истовременог снабдевања потребном количином гаса, за шта је, у принципу, потребно убризгава се течни бензин. Ово је проблем за све моторе овог типа, јер гас заузима много већу запремину, истискује део ваздуха и захтева убризгавање директно у коморе за сагоревање.
Исте 1997. године, Фиат је такође демонстрирао сличан модел Хонда ГКС. „Бивалентна” верзија Марее може да користи две врсте горива – бензин и природни гас, а гас се пумпа другим, потпуно независним системом горива. Мотор увек пали на течно гориво, а затим аутоматски прелази на гас. Мотор од 1,6 литара има снагу од 93 КС. са гасним горивом и 103 кс. Витх. када се користи бензин. У принципу, мотор ради првенствено на гас, осим ако овај други не понестане или возач има јасну жељу да користи бензин. Нажалост, „двострука природа“ двовалентне енергије не дозвољава пуно коришћење предности високооктанског природног гаса. Фиат тренутно производи верзију Мулипла са овом врстом напајања.
Временом су се слични модели појавили у асортиману Опела (Астра и Зафира Би гориво за ЛПГ и ЦНГ верзије), ПСА (Пеугеот 406 ЛПГ и Цитроен Ксантиа ЛПГ) и ВВ (Голф Бифуел). Волво се сматра класиком у овој области, производећи варијанте С60, В70 и С80, способне да раде на природни гас, као и на биогас и ТНГ. Сва ова возила су опремљена системима за убризгавање гаса који користе посебне млазнице, електронски контролисаним технолошким процесима и механичким компонентама компатибилним са горивом, попут вентила и клипова. ЦНГ резервоари за гориво могу издржати притисак од 700 бара, иако се сам гас у њима складишти под притиском од највише 200 бара.
БМВ
БМВ је познати заговорник одрживих горива и већ дуги низ година развија различите погоне за возила са алтернативним изворима. Почетком 90-их, баварска компанија је креирала моделе серије 316г и 518г, који користе природни гас као гориво. У свом најновијем развоју, компанија је одлучила да експериментише са фундаментално новим технологијама и, заједно са немачком расхладном групом Линде, нафтном компанијом Арал и енергетском компанијом Е.ОН Енерги, развила је пројекат за коришћење течних гасова. Пројекат се развија у два правца: први је развој снабдевања течним водоником, а други коришћење течног природног гаса. Употреба течног водоника се и даље сматра перспективном технологијом, о чему ћемо касније, али је систем складиштења и коришћења течног природног гаса сасвим реалан и може се применити у аутомобилској индустрији у наредних неколико година.
Истовремено, природни гас се хлади на температуру од -161 степен и кондензује се под притиском од 6-10 бара, док прелази у течну фазу. Резервоар је много компактнији и лакши у поређењу са боцама са компримованим гасом и практично је криогени термос направљен од суперизолационих материјала. Захваљујући модерној Линде технологији, упркос врло танким и лаганим зидовима резервоара, течни метан се у овом стању може без проблема чувати две недеље, чак и по врућем времену и без потребе за хлађењем. Прва бензинска пумпа за ЛНГ, у чију изградњу је уложено 400 евра, већ ради у Минхену.
Процеси сагоревања у моторима са гасовитим горивом
Као што је већ поменуто, природни гас садржи углавном метан, а течни нафтни гас - пропан и бутан у пропорцијама које зависе од годишњег доба. Како се молекулска тежина повећава, отпорност на ударце парафинских (равних) угљоводоничних једињења као што су метан, етан и пропан се смањује, молекули се лакше распадају и више пероксида се акумулира. Дакле, дизел мотори користе дизел гориво, а не бензин, пошто је температура самозапаљења нижа у првом случају.
Метан има највећи однос водоник / угљеник од свих угљоводоника, што у пракси значи да за исту тежину метан има највећу енергетску вредност међу угљоводоницима. Објашњење ове чињенице је сложено и захтева одређено знање о хемији и енергији односа, па се тиме нећемо бавити. Довољно је рећи да стабилни молекул метана даје октански број од око 130.
Из тог разлога, брзина сагоревања метана је много нижа од брзине бензина, мали молекули омогућавају метану да сагорева потпуније, а његово гасовито стање доводи до мање испирања уља из зидова цилиндра у хладним моторима у поређењу са мешавинама бензина. ... Заузврат, пропан има октанску вредност од 112, што је и даље више од већине бензина. Лоше смеше пропан-ваздух сагоревају на нижој температури од бензина, али богате могу довести до топлотног преоптерећења мотора, јер пропан нема својства хлађења бензина због уласка у боце у гасовитом облику.
Овај проблем је већ решен коришћењем система са директним убризгавањем течног пропана. Пошто се пропан лако претвара у течност, лако је изградити систем за његово складиштење у аутомобилу, а нема потребе за загревањем усисних гранова јер се пропан не кондензује као бензин. Ово заузврат побољшава термодинамичку ефикасност мотора, где је безбедно користити термостате који одржавају нижу температуру расхладне течности. Једини значајан недостатак гасовитих горива је чињеница да ни метан ни пропан немају подмазивање издувних вентила, па стручњаци кажу да је то „суво гориво“ које је добро за клипне прстенове, али лоше за вентиле. Не можете се ослонити на гасове да испоруче већину адитива у цилиндре мотора, али моторима који раде на ова горива није потребно толико адитива као бензинским моторима. Контрола смеше је веома важан фактор у гасним моторима, јер богате смеше доводе до виших температура издувних гасова и преоптерећења вентила, док лоше смеше стварају проблем снижавањем ионако ниске брзине сагоревања, што је опет предуслов за термичко преоптерећење вентила. Однос компресије у пропан моторима се лако може повећати за две или три јединице, ау метану - још више. Настало повећање азотних оксида је надокнађено нижим укупним емисијама. Оптимална смеша пропана је нешто „сиромашнија“ – 15,5:1 (ваздух према гориву) наспрам 14,7:1 за бензин, и то се узима у обзир при пројектовању испаривача, уређаја за мерење или система за убризгавање. Пошто су и пропан и метан гасови, мотори не морају да обогаћују смешу током хладног стартовања или убрзања.
Угао претицања при паљењу се израчунава на другачијој кривој него код бензинских мотора – при малим обртајима, претицање паљења би требало да буде веће због споријег сагоревања метана и пропана, али при великим брзинама, бензинским моторима је потребно више повећања. смеша (брзина сагоревања бензина је смањена због кратког времена реакција пре пламена - односно формирања пероксида). Због тога електронски системи за контролу паљења гасних мотора имају потпуно другачији алгоритам.
Метан и пропан такође повећавају захтеве за високонапонским електродама свећица – „сувљу“ смешу је „теже“ пробити од варнице јер је мање проводљив електролит. Због тога је растојање између електрода свећица погодних за такве моторе обично другачије, напон је већи, а уопштено питање свећица је сложеније и суптилније него код бензинских мотора. Ламбда сонде се користе у најсавременијим гасним моторима за оптимално дозирање смеше у погледу квалитета. Постављање система паљења на две одвојене кривине посебно је важно за возила опремљена бивалентним системима (за природни гас и бензин), пошто ретка мрежа пуњења природног гаса често захтева принудну употребу бензина.
Оптимални однос компресије природног гаса је око 16:1, а идеалан однос ваздух-гориво је 16,5:1, изгубиће око 15% своје потенцијалне снаге. Када се користи природни гас, количина угљен моноксида (ЦО) и угљоводоника (ХЦ) у издувним гасовима се смањује за 90%, а азотних оксида (НОк) за око 70% у поређењу са емисијама конвенционалних бензинских мотора. Интервал замене уља за гасне моторе се обично удвостручује.
Гас-дизел
У последњих неколико година системи за довод горива са двоструким горивом постају све популарнији. Журим да приметим да не говоримо о „двовалентним“ моторима који раде наизменично на гас или бензин и имају свеће, већ о специјалним дизел-гасним системима, у којима се део дизел горива замењује природним гасом који се испоручује одвојеним електроенергетским системом. Ова технологија се заснива на стандардним дизел моторима.
Принцип рада се заснива на чињеници да метан има температуру самопаљења изнад 600 степени – тј. изнад температуре од приближно 400-500 степени на крају циклуса компресије дизел мотора. То, пак, значи да се мешавина метан-ваздух не запали сама када се сабије у цилиндрима, а убризгано дизел гориво, које се пали на око 350 степени, користи се као нека врста свећице. Систем би могао да ради у потпуности на метан, али би у овом случају било неопходно уградити електрични систем и свећицу. Обично се проценат метана повећава са оптерећењем, у празном ходу аутомобил ради на дизел, а при великом оптерећењу однос метан/дизел достиже 9/1. Ове пропорције се такође могу мењати према прелиминарном програму.
Неке компаније производе дизел моторе са тзв. Електроенергетски системи „микропилот“, у којима је улога дизел система ограничена на убризгавање мале количине горива потребног само за паљење метана. Због тога ови мотори не могу да раде аутономно на дизел и обично се користе у индустријским возилима, аутомобилима, аутобусима и бродовима, где је скупа преопрема економски оправдана - након његовог хабања то доводи до значајних уштеда, животног века мотора. значајно повећава, а емисије штетних гасова су значајно смањене. Микропилот машине могу да раде и на течни и на компримовани природни гас.
Врсте система који се користе за додатну уградњу
Разноликост система за снабдевање гасом гасовитих горива непрестано расте. У принципу, врсте се могу поделити на неколико врста. Када се користе пропан и метан, то су мешани системи и системи атмосферског притиска, системи убризгавања у гасну фазу и системи убризгавања у течној фази. Са техничке тачке гледишта, системи за убризгавање пропан-бутана могу се поделити у неколико генерација:
Прва генерација су системи без електронске контроле, у којима се гас меша у једноставном миксеру. Они су обично опремљени старим карбураторским моторима.
Друга генерација је убризгавање са једном млазницом, аналогном ламбда сондом и тросмерним катализатором.
Трећа генерација је убризгавање са једном или више млазница (једна по цилиндру), са микропроцесорском контролом и присуством и програма за самоучење и таблице кодова за самодијагнозу.
Четврта генерација је секвенцијално (цилиндрично) убризгавање у зависности од положаја клипа, са бројем млазница једнаким броју цилиндара, и са повратном спрегом преко ламбда сонде.
Пета генерација - секвенцијално убризгавање у више тачака са повратном спрегом и комуникацијом са микропроцесором за контролу убризгавања бензина.
У најсавременијим системима „гасни” компјутер у потпуности користи податке главног микропроцесора за контролу параметара бензинског мотора, укључујући време убризгавања. Пренос и контрола података је такође у потпуности повезан са главним бензинским програмом, чиме се избегава потреба за креирањем целих XNUMXД мапа убризгавања гаса за сваки модел аутомобила – паметни уређај једноставно чита програме са бензинског процесора. и прилагођава их убризгавању гаса.
