Alternative testne vožnje: 2. DEL - Avtomobili
Če imate priložnost ponoči preleteti Zahodno Sibirijo, boste skozi okno videli groteskni pogled, ki spominja na kuvajtsko puščavo po umiku Sadamovih čet med prvo vojno v Iraku. Pokrajina je polna ogromnih gorečih "bakel", kar je jasen dokaz, da mnogi ruski proizvajalci nafte še vedno menijo, da je zemeljski plin stranski proizvod in nepotreben proizvod v procesu iskanja naftnih polj ...
Strokovnjaki menijo, da bodo ti odpadki v bližnji prihodnosti ustavljeni. Dolga leta so zemeljski plin veljali za presežek in so ga zgoreli ali preprosto spustili v ozračje. Ocenjuje se, da je doslej samo Saudova Arabija med proizvodnjo nafte odvrgla ali požgala več kot 450 milijonov kubičnih metrov zemeljskega plina ...
Hkrati pa je proces obraten - večina sodobnih naftnih podjetij že dolgo časa porablja zemeljski plin, zavedajoč se vrednosti tega produkta in njegovega pomena, ki se lahko v prihodnosti samo še poveča. Takšen pogled na stvari je še posebej značilen za ZDA, kjer so v nasprotju z že izčrpanimi zalogami nafte še vedno velika nahajališča plina. Slednja okoliščina se samodejno odraža v industrijski infrastrukturi ogromne države, katere delo je nepredstavljivo brez avtomobilov, še bolj pa brez velikih tovornjakov in avtobusov. V tujini je vedno več prevoznikov, ki dizelske motorje svojih tovornih parkov nadgrajujejo tako, da delujejo tako s kombiniranimi plinsko-dizelskimi sistemi kot samo z modrim gorivom. Vse več ladij prehaja na zemeljski plin.
V ozadju cen tekočih goriv se cena metana sliši fantastično in mnogi začenjajo dvomiti, da je tukaj ulov - in to z dobrim razlogom. Glede na to, da je energijska vsebnost kilograma metana višja od energijske vsebnosti kilograma bencina in da en liter (tj. en kubični decimeter) bencina tehta manj kot kilogram, lahko vsak sklepa, da ga vsebuje kilogram metana veliko več. energije kot liter bencina. Jasno je, da vas bo uporaba avtomobila na zemeljski plin ali metan tudi brez te navidezne mešanice številk in nejasnih razlik stala veliko manj kot uporaba avtomobila na bencin.
A tukaj je klasičen veliki “AMPAK”… Zakaj, ker je “prevara” tako velika, pri nas skoraj nihče ne uporablja zemeljskega plina kot pogonskega goriva za avtomobile, avtomobili, prilagojeni za uporabo v Bolgariji, pa so redkejši. fenomen od kenguruja do bora Rodope? Odgovora na to povsem običajno vprašanje ne daje dejstvo, da se plinska industrija po svetu razvija z divjo hitrostjo in trenutno velja za najvarnejšo alternativo tekočim naftnim gorivom. Tehnologija vodikovih motorjev ima še vedno negotova prihodnost, upravljanje v valjih vodikovih motorjev je izredno težko in kakšna je ekonomična metoda pridobivanja čistega vodika, še ni jasno. Glede na to je prihodnost metana, milo rečeno, sijajna – še posebej, ker so v politično varnih državah ogromna nahajališča zemeljskega plina, da nove tehnologije (omenjene v prejšnji številki kriogenega utekočinjanja in kemične pretvorbe zemeljskega plina v tekočine) postajajo cenejše, cene klasičnih ogljikovodikov pa rastejo. Da ne omenjamo dejstva, da ima metan vse možnosti, da postane glavni vir vodika za gorivne celice prihodnosti.
Pravi razlog za opustitev ogljikovodikovih plinov kot avtomobilskih goriv so še vedno nizke cene nafte v desetletjih, ki so razvoj avtomobilske tehnologije in z njo povezane infrastrukture cestnega prometa potisnile k zagotavljanju energije za bencinske in dizelske motorje. Glede na ta splošni trend so poskusi uporabe plinskega goriva precej občasni in nepomembni.
Tudi po koncu druge svetovne vojne je pomanjkanje tekočih goriv v Nemčiji privedlo do pojava avtomobilov, opremljenih z najpreprostejšimi sistemi za uporabo zemeljskega plina, ki pa se sicer precej bolj primitivno razlikujejo od sistemov, ki jih danes uporabljajo bolgarski taksiji. iz plinskih jeklenk in reduktorjev. Plinska goriva so dobila večji pomen med obema naftnima krizama v letih 1973 in 1979-80, a tudi takrat lahko govorimo le o kratkih bliskih, ki so ostali skoraj neopaženi in na tem področju niso privedli do pomembnega razvoja. Cene tekočih goriv že več kot dve desetletji po zadnji akutni krizi ostajajo stalno nizke in v letih 1986 in 1998 dosegajo absurdno nizke cene pri 10 USD za sod. Jasno je, da takšno stanje ne more spodbudno vplivati na alternativne vrste plinskega goriva ...
V začetku 11. stoletja se razmere na trgu postopoma, a zanesljivo premikajo v drugo smer. Od terorističnih napadov 2001 septembra XNUMX je prišlo do postopnega, a stalnega naraščajočega trenda naraščanja cen nafte, ki je še naprej naraščal zaradi povečane potrošnje s strani Kitajske in Indije ter težav pri iskanju novih nahajališč. Vendar so avtomobilske družbe veliko bolj nerodne v smeri množične proizvodnje avtomobilov, prilagojenih za pogon na plinasta goriva. Razloge za to okornost lahko najdemo tako v vztrajnosti razmišljanja večine potrošnikov, ki so navajeni na tradicionalna tekoča goriva (za Evropejce na primer dizelsko gorivo ostaja najbolj realna alternativa bencinu), kot tudi v potrebi po velikih naložbah v cevovodno infrastrukturo. in kompresorske postaje. Ko se to doda zapletenim in dragim sistemom za shranjevanje goriva (zlasti stisnjenega zemeljskega plina) v samih avtomobilih, se velika slika začne razjasniti.
Po drugi strani postajajo elektrarne na plinsko gorivo vse bolj raznolike in sledijo tehnologiji svojih bencinskih analogov. Napajalniki plina že uporabljajo iste sofisticirane elektronske komponente za vbrizgavanje goriva v tekočo (še redko) ali plinasto fazo. Vse več je tudi serijskih modelov vozil, tovarniško nastavljenih na monovalentno oskrbo s plinom ali z možnostjo dvojne oskrbe plin/bencin. Vse bolj se uveljavlja še ena prednost plinastih goriv - plini so zaradi svoje kemične strukture bolj oksidirani, raven škodljivih emisij v izpušnih plinih avtomobilov, ki jih uporabljajo, pa je veliko nižja.
Nov začetek
Za preboj na trg pa bodo potrebne ciljne in neposredne finančne spodbude za končne uporabnike zemeljskega plina kot goriva za vozila. Da bi pritegnili kupce, prodajalci metana v Nemčiji kupcem vozil na zemeljski plin že zagotavljajo posebne bonuse, katerih narava se včasih zdi preprosto neverjetna – hamburško podjetje za distribucijo plina posameznikom povrne denar za nakup plina. avtomobile določenih trgovcev za obdobje enega leta. Edini pogoj za uporabnika je, da na svoj avto nalepi reklamno nalepko sponzorja...
Razlog, zakaj je zemeljski plin v Nemčiji in Bolgariji (v obeh državah velika večina zemeljskega plina prihaja iz Rusije po plinovodih) veliko cenejši od drugih goriv, je treba iskati v številnih pravnih izhodiščih. Tržna cena plina je logično povezana s ceno nafte: z višanjem cene nafte raste tudi cena zemeljskega plina, razlika v cenah bencina in plina za končnega potrošnika pa je predvsem posledica nižje obdavčitve zemeljskega plina. plin. V Nemčiji je na primer cena plina zakonsko določena do leta 2020, shema te "fiksacije" pa je naslednja: v tem obdobju lahko cena zemeljskega plina raste skupaj s ceno nafte, vendar je njegova sorazmerna prednost nad drugimi viri energije je treba vzdrževati na stalni ravni. Jasno je, da ob tako urejenem pravnem okviru, nizkih cenah in odsotnosti kakršnih koli težav pri izdelavi »plinskih motorjev« ostaja edina težava za rast tega trga nerazvita mreža bencinskih črpalk – v ogromni Nemčiji, za takih točk je na primer le 300, v Bolgariji pa jih je veliko manj.
Obeti za zapolnitev tega infrastrukturnega primanjkljaja so trenutno videti odlični - v Nemčiji nameravata združenje Erdgasmobil in francoski naftni velikan TotalFinaElf veliko vložiti v izgradnjo več tisoč novih bencinskih črpalk, v Bolgariji pa se je podobnega lotilo več podjetij. naloga. Možno je, da bo kmalu vsa Evropa uporabljala enako razvito mrežo bencinskih servisov za zemeljski in utekočinjeni naftni plin kot potrošniki v Italiji in na Nizozemskem - državah, o katerih razvoju na tem področju smo vam poročali v prejšnji številki.
Honda Civic GX
Na avtomobilskem salonu v Frankfurtu leta 1997 je Honda predstavila Civic GX in trdila, da je najbolj okolju prijazen avtomobil na svetu. Izkazalo se je, da ambiciozna izjava Japoncev ni le še en marketinški trik, ampak čista resnica, ki ostaja aktualna še danes, v praksi pa jo lahko vidimo v najnovejši različici Civica GX. Avtomobil je zasnovan za pogon samo na zemeljski plin, motor pa je zasnovan tako, da v celoti izkorišča visoko oktansko število plinastega goriva. Ni presenetljivo, da lahko vozila tega tipa danes nudijo nižje ravni emisij izpušnih plinov od tistih, ki jih zahteva prihodnje evropsko gospodarstvo Euro 5, ali 90 % nižje od ameriških ULEV (vozila z ultra nizkimi emisijami). . Hondin motor teče izjemno gladko, visoko kompresijsko razmerje 12,5:1 pa kompenzira nižjo volumetrično energijsko vrednost zemeljskega plina v primerjavi z bencinom. 120-litrski rezervoar je izdelan iz kompozitnega materiala, ekvivalentna poraba plina pa je 6,9 litra. Hondin slavni sistem spremenljivega krmiljenja ventilov VTEC dobro deluje s posebnimi lastnostmi goriva in dodatno izboljša polnjenje motorja. Zaradi manjše stopnje gorenja zemeljskega plina in dejstva, da je gorivo "suho" in nima mazalnih lastnosti, so sedeži ventilov izdelani iz posebnih toplotno odpornih zlitin. Tudi bati so izdelani iz močnejših materialov, saj plin pri izhlapevanju kot bencin ne more hladiti valjev.
Cevi Honda GX v plinski fazi so vbrizgane z zemeljskim plinom, ki je 770-krat večji od ekvivalentne količine bencina. Največji tehnološki izziv Hondinih inženirjev je bil ustvariti prave injektorje za delo v takšnih razmerah in predpogojih – za doseganje optimalne moči morajo injektorji biti kos težki nalogi hkratnega dovajanja zahtevane količine plina, za kar načeloma vbrizga se tekoči bencin. To je problem za vse tovrstne motorje, saj plin zasede veliko večjo prostornino, izpodriva del zraka in zahteva vbrizgavanje neposredno v zgorevalne komore.
Istega leta 1997 je Fiat pokazal tudi podoben model Honda GX. "Bivalentna" različica Marea lahko uporablja dve vrsti goriva - bencin in zemeljski plin, plin pa črpa drugi, popolnoma neodvisni sistem za gorivo. Motor vedno zažene na tekoče gorivo in nato samodejno preklopi na plin. 1,6-litrski motor ima moč 93 KM. s plinskim gorivom in 103 KM. z. pri uporabi bencina. Motor načeloma deluje predvsem na plin, razen ko slednjega zmanjka ali pa ima voznik izrazito željo po bencinu. Na žalost »dvojna narava« bivalentne energije ne omogoča popolnega izkoristka prednosti visokooktanskega zemeljskega plina. Fiat trenutno proizvaja različico Mulipla s tem tipom PSU.
Sčasoma so se podobni modeli pojavili v paleti Opel (Astra in Zafira Bi Fuel za različice LPG in CNG), PSA (Peugeot 406 LPG in Citroen Xantia LPG) in VW (Golf Bifuel). Volvo velja za klasiko na tem področju in proizvaja različice S60, V70 in S80, ki lahko delujejo na zemeljski plin ter bioplin in utekočinjeni naftni plin. Vsa ta vozila so opremljena s sistemi za vbrizgavanje plina s posebnimi šobami, elektronsko nadzorovanimi tehnološkimi postopki in mehanskimi sestavnimi deli, združljivimi z gorivom, kot so ventili in bati. Rezervoarji za gorivo na zemeljski plin lahko prenesejo tlak 700 barov, čeprav se plin sam v njih shranjuje pri tlaku največ 200 barov.
BMW
BMW je znan zagovornik trajnostnih goriv in že vrsto let razvija različne pogonske sklope za vozila z alternativnimi viri. Že v zgodnjih 90-ih je bavarsko podjetje ustvarilo modele serije 316g in 518g, ki kot gorivo uporabljajo zemeljski plin. V svojem najnovejšem razvoju se je podjetje odločilo eksperimentirati s popolnoma novimi tehnologijami in skupaj z nemško skupino za hlajenje Linde, naftno družbo Aral in energetsko družbo E.ON Energy razvilo projekt za uporabo utekočinjenih plinov. Projekt se razvija v dve smeri: prva je razvoj oskrbe z utekočinjenim vodikom, druga pa je uporaba utekočinjenega zemeljskega plina. Uporaba utekočinjenega vodika še vedno velja za obetavno tehnologijo, o kateri bomo govorili kasneje, vendar je sistem za shranjevanje in uporabo utekočinjenega zemeljskega plina povsem resničen in ga je mogoče uporabiti v avtomobilski industriji v naslednjih nekaj letih.
Hkrati se zemeljski plin ohladi na temperaturo -161 stopinj in kondenzira pri tlaku 6-10 barov, medtem ko prehaja v tekočo fazo. Rezervoar je veliko bolj kompakten in lažji v primerjavi z jeklenkami s stisnjenim plinom in je praktično kriogeni termos iz superizolacijskih materialov. Zahvaljujoč sodobni tehnologiji Linde lahko kljub zelo tankim in lahkim stenam rezervoarja tekoči metan v tem stanju brez težav hranimo dva tedna, tudi v vročem vremenu in brez potrebe po hladilu. V Münchnu že deluje prva polnilnica LNG, v gradnjo katere je bilo vloženih 400 EUR.
Postopki zgorevanja v motorjih s plinovitim gorivom
Kot že rečeno, zemeljski plin vsebuje predvsem metan, utekočinjen naftni plin pa propan in butan v razmerjih, ki so odvisna od letnega časa. Ko se molekulska masa poveča, se odpornost na udarce parafinskih (ravnoverižnih) ogljikovodikovih spojin, kot so metan, etan in propan, zmanjša, molekule lažje razpadejo in nabere se več peroksidov. Tako dizelski motorji uporabljajo dizelsko gorivo namesto bencina, saj je pri prvem nižja temperatura samovžiga.
Metan ima najvišje razmerje vodik / ogljik med vsemi ogljikovodiki, kar v praksi pomeni, da ima metan za enako težo med ogljikovodiki največjo energijsko vrednost. Razlaga tega dejstva je zapletena in zahteva določeno znanje o kemiji in energiji odnosov, zato se s tem ne bomo ukvarjali. Dovolj je reči, da stabilna molekula metana zagotavlja oktansko število približno 130.
Iz tega razloga je hitrost zgorevanja metana veliko nižja kot pri bencinu, majhne molekule omogočajo, da metan zgoreva bolj popolno, njegovo plinasto stanje pa v hladnih motorjih vodi do manjšega izpiranja olja iz sten jeklenk. ... Propan pa ima oktansko vrednost 112, kar je še vedno višje od večine bencinov. Slabe mešanice propan-zrak gorijo pri nižji temperaturi kot bencin, toda bogate lahko povzročijo toplotne preobremenitve motorja, saj propan zaradi vstopa v jeklenke v plinasti obliki nima hladilnih lastnosti bencina.
Ta problem je že rešen z uporabo sistemov z neposrednim vbrizgom tekočega propana. Ker se propan zlahka utekočini, je enostavno sestaviti sistem za shranjevanje v avtomobilu in ni potrebe po ogrevanju sesalnih kolektorjev, ker propan ne kondenzira kot bencin. To posledično izboljša termodinamično učinkovitost motorja, kjer je varna uporaba termostatov, ki vzdržujejo nižjo temperaturo hladilne tekočine. Edina bistvena pomanjkljivost plinastih goriv je dejstvo, da niti metan niti propan nimata mazalnega učinka na izpušne ventile, zato strokovnjaki pravijo, da gre za »suho gorivo«, ki je dobro za batne obročke, slabo pa za ventile. Ne morete se zanašati na pline, ki bodo dostavili večino aditivov v valje motorja, vendar motorji, ki delujejo na ta goriva, ne potrebujejo toliko aditivov kot bencinski motorji. Regulacija zmesi je pri plinskih motorjih zelo pomemben dejavnik, saj bogate zmesi povzročajo višje temperature izpušnih plinov in preobremenitev ventilov, slabe zmesi pa povzročajo težave z nižanjem že tako nizke stopnje zgorevanja, kar je spet predpogoj za termično preobremenitev ventilov. Kompresijsko razmerje v propanskih motorjih je mogoče enostavno povečati za dve ali tri enote, v metan pa še več. Posledično povečanje dušikovih oksidov se izravna z nižjimi skupnimi emisijami. Optimalna mešanica propana je nekoliko "revnejša" - 15,5:1 (zrak-gorivo) proti 14,7:1 pri bencinu, kar se upošteva pri načrtovanju uparjalnikov, merilnih naprav ali sistemov za vbrizgavanje. Ker sta tako propan kot metan plina, motorjem med hladnim zagonom ali pospeševanjem ni treba bogatiti zmesi.
Prehitevalni kot vžiga se izračuna na drugačni krivulji kot pri bencinskih motorjih - pri nizkih vrtljajih bi moral biti prehitevanje pri vžigu večji zaradi počasnejšega izgorevanja metana in propana, pri visokih vrtljajih pa bencinski motorji potrebujejo večjo povečavo. mešanica (hitrost zgorevanja bencina se zmanjša zaradi kratkega časa predplamenskih reakcij - to je tvorba peroksidov). Zato imajo elektronski sistemi za nadzor vžiga plinskih motorjev popolnoma drugačen algoritem.
Metan in propan prav tako povečata zahteve za visokonapetostne elektrode za svečke - "bolj suho" zmes je "težje" prebiti kot iskra, ker je manj prevoden elektrolit. Zato je razdalja med elektrodama svečk, primernih za takšne motorje, običajno drugačna, napetost je višja, na splošno pa je problematika svečk bolj kompleksna in subtilna kot pri bencinskih motorjih. Lambda sonde se uporabljajo v najsodobnejših plinskih motorjih za optimalno kakovostno doziranje zmesi. Vžigalni sistemi na dveh ločenih krivuljah so še posebej pomembni pri vozilih, opremljenih z bivalentnimi sistemi (za zemeljski plin in bencin), saj redka mreža točilnih mest za zemeljski plin pogosto zahteva prisilno uporabo bencina.
Optimalno kompresijsko razmerje zemeljskega plina je približno 16 : 1, idealno razmerje zrak-gorivo pa 16,5 : 1. bo izgubil približno 15 % svoje potencialne moči. Pri uporabi zemeljskega plina se količina ogljikovega monoksida (CO) in ogljikovodikov (HC) v izpušnih plinih zmanjša za 90 %, dušikovih oksidov (NOx) pa za približno 70 % v primerjavi z emisijami običajnih bencinskih motorjev. Interval menjave olja pri plinskih motorjih se običajno podvoji.
Plin-dizel
V zadnjih nekaj letih postajajo sistemi za dovajanje goriva z dvojnim gorivom vse bolj priljubljeni. Pohitim, da ne govorimo o "dvovalentnih" motorjih, ki izmenično delujejo na plin ali bencin in imajo vžigalne svečke, temveč o posebnih dizelsko-plinskih sistemih, pri katerih del dizelskega goriva nadomesti zemeljski plin, ki ga dobavlja ločen elektroenergetski sistem. Ta tehnologija temelji na standardnih dizelskih motorjih.
Princip delovanja temelji na dejstvu, da ima metan temperaturo samovžiga nad 600 stopinj – t.j. nad temperaturo približno 400-500 stopinj na koncu kompresijskega cikla dizelskega motorja. To pa pomeni, da se mešanica metana in zraka ob stiskanju v valjih ne vname sama od sebe, kot nekakšna svečka pa se uporablja vbrizgano dizelsko gorivo, ki se vname pri približno 350 stopinjah. Sistem bi lahko v celoti deloval na metan, vendar bi bilo v tem primeru treba vgraditi električni sistem in vžigalno svečko. Običajno odstotek metana narašča z obremenitvijo, v prostem teku avto vozi na dizel, pri visoki obremenitvi pa razmerje metan/dizel doseže 9/1. Ta razmerja se lahko po predhodnem programu tudi spremenijo.
Nekatera podjetja proizvajajo dizelske motorje s t.i. Napajalni sistemi "Micropilot", pri katerih je vloga dizelskega sistema omejena na vbrizgavanje majhne količine goriva, potrebnega samo za vžig metana. Zato ti motorji ne morejo delovati avtonomno na dizel in se običajno uporabljajo v industrijskih vozilih, avtomobilih, avtobusih in ladjah, kjer je draga ponovna oprema ekonomsko upravičena - po njeni obrabi to vodi do znatnih prihrankov, življenjske dobe motorja. močno poveča, emisije škodljivih plinov pa se občutno zmanjšajo. Mikropiloti lahko delujejo tako na utekočinjen kot na stisnjen zemeljski plin.
Vrste sistemov, ki se uporabljajo za dodatno namestitev
Raznolikost sistemov za oskrbo s plinom za plinasta goriva nenehno narašča. Načeloma lahko vrste razdelimo na več vrst. Ko se uporabljata propan in metan, gre za mešane sisteme atmosferskega tlaka, sisteme za vbrizgavanje plinaste faze in sisteme za vbrizgavanje tekoče faze. S tehničnega vidika lahko sisteme za vbrizgavanje propan-butana razdelimo na več generacij:
Prva generacija so sistemi brez elektronskega krmiljenja, pri katerih se plin meša v preprostem mešalniku. Ti so običajno opremljeni s starimi motorji z uplinjačem.
Druga generacija je vbrizg z eno šobo, analogno lambda sondo in tristeznim katalizatorjem.
Tretja generacija je vbrizgavanje z eno ali več šobami (ena na valj), z mikroprocesorskim krmiljenjem in prisotnostjo tako programa za samoučenje kot kodne tabele za samodiagnozo.
Četrta generacija je sekvenčni (cilindrični) vbrizg glede na položaj bata, s številom šob enakim številu valjev in s povratno povezavo preko lambda sonde.
Peta generacija - večtočkovni sekvenčni vbrizg s povratno informacijo in komunikacijo z mikroprocesorjem za nadzor vbrizga bencina.
V najsodobnejših sistemih "plinski" računalnik v celoti izkorišča podatke iz glavnega mikroprocesorja za nadzor parametrov bencinskega motorja, vključno s časom vbrizga. Prenos in nadzor podatkov sta tudi v celoti povezana z glavnim bencinskim programom, s čimer se izognemo izdelavi celotnih XNUMXD zemljevidov vbrizga plina za vsak model avtomobila – pametna naprava preprosto prebere programe iz bencinskega procesorja. in jih prilagodi vbrizgavanju plina.
