Alternative probne vožnje: DIO 2 - Automobili

Ako imate priliku preletjeti zapadni Sibir noću, kroz prozor ćete vidjeti groteskni prizor koji podsjeća na kuvajtsku pustinju nakon povlačenja Saddamovih trupa tokom prvog rata u Iraku. Predeo je prepun ogromnih gorućih "baklji", što je jasan dokaz da mnogi ruski proizvođači nafte još uvijek smatraju prirodni plin nusproduktom i nepotrebnim proizvodom u procesu pronalaska naftnih polja ...

Stručnjaci vjeruju da će ovaj otpad biti zaustavljen u bliskoj budućnosti. Dugi niz godina prirodni plin se smatrao viškom proizvoda i izgarao se ili jednostavno puštao u atmosferu. Procjenjuje se da je do sada samo Saudijska Arabija bacila ili spalila više od 450 miliona kubnih metara prirodnog plina tokom proizvodnje nafte ...

Istovremeno, proces je obrnut - većina modernih naftnih kompanija već duže vrijeme troši prirodni plin, shvaćajući vrijednost ovog proizvoda i njegov značaj koji u budućnosti može samo rasti. Ovakav pogled na stvari posebno je karakterističan za Sjedinjene Države, gdje, za razliku od već iscrpljenih rezervi nafte, još uvijek postoje velika nalazišta plina. Potonja okolnost se automatski odražava na industrijsku infrastrukturu ogromne zemlje, čiji je rad nezamisliv bez automobila, a još više bez velikih kamiona i autobusa. Sve je više transportnih kompanija u inostranstvu koje unapređuju dizel motore svojih kamionskih parkova kako bi radili i sa kombinovanim gas-dizel sistemima i samo sa plavim gorivom. Sve više brodova prelazi na prirodni plin.

Na pozadini cijena tečnih goriva, cijena metana zvuči fantastično, a mnogi počinju sumnjati da tu postoji kvaka - i to s razlogom. S obzirom da je energetski sadržaj kilograma metana veći od kilograma benzina, te da je litar (tj. jedan kubni decimetar) benzina teži manji od kilograma, svako može zaključiti da kilogram metana sadrži mnogo više energije od litre benzina. Jasno je da će vas čak i bez ove očigledne zbrke brojeva i nejasnih dispariteta, vožnja automobila koji radi na prirodni plin ili metan koštati daleko manje novca od vožnje automobila na benzin.

Ali evo klasičnog velikog “ALI”... Zašto, pošto je “prevara” velika, kod nas gotovo niko ne koristi prirodni gas kao gorivo za automobile, a ređa su i automobili prilagođeni za njegovu upotrebu u Bugarskoj. fenomen od kengura do borove planine Rodope? Odgovor na ovo sasvim normalno pitanje ne daje činjenica da se plinska industrija širom svijeta razvija mahnitom tempom i trenutno se smatra najsigurnijom alternativom tekućim naftnim gorivima. Tehnologija hidrogenskih motora još uvijek ima neizvjesnu budućnost, upravljanje u cilindrima vodoničnih motora je izuzetno teško, a još nije jasno koja je ekonomična metoda za ekstrakciju čistog vodonika. Na ovoj pozadini, budućnost metana je, najblaže rečeno, blistava – pogotovo što postoje ogromna ležišta prirodnog gasa u politički sigurnim zemljama, da nove tehnologije (pominjane u prethodnom broju kriogenog ukapljivanja i hemijske konverzije prirodnog gasa u tečnosti) pojeftinjuju, dok cijene klasičnih ugljovodoničnih proizvoda rastu. Da ne spominjemo činjenicu da metan ima sve šanse da postane glavni izvor vodonika za gorive ćelije budućnosti.

Stvarni razlog napuštanja ugljikovodičnih plinova kao automobilskih goriva i dalje su niske cijene nafte tokom desetljeća, koje su gurnule razvoj automobilske tehnologije i srodne infrastrukture cestovnog transporta prema pružanju energije za benzinske i dizel motore. U pozadini ovog općeg trenda, pokušaji upotrebe plinskog goriva prilično su sporadični i beznačajni.

Čak i nakon završetka Drugog svjetskog rata, nestašica tečnih goriva u Njemačkoj dovela je do pojave automobila opremljenih najjednostavnijim sistemima za korištenje prirodnog plina, koji se, iako mnogo primitivniji, malo razlikuju od sistema koje danas koriste bugarski taksiji. iz plinskih boca i reduktora. Plinska goriva su dobila na značaju tokom dvije naftne krize 1973. i 1979-80. Godine, ali čak i tada možemo govoriti samo o kratkim bljeskovima koji su prošli gotovo nezapaženo i nisu doveli do značajnog razvoja na ovom području. Više od dvije decenije od ove najnovije akutne krize, cijene tečnih goriva ostaju konstantno niske, dostižući apsurdno niske cijene u 1986. i 1998. godini od 10 dolara za barel. Jasno je da takva situacija ne može imati stimulativni učinak na alternativne vrste plinskog goriva ...

Početkom 11. vijeka situacija na tržištu se postepeno, ali sigurno kreće u drugom smjeru. Od terorističkih napada u septembru 2001. godine, postojao je postupni, ali stalni trend rasta cijena nafte, koji je nastavio rasti kao rezultat povećane potrošnje u Kini i Indiji i poteškoća u pronalaženju novih naslaga. Međutim, automobilske kompanije su mnogo nezgodnije u smjeru masovne proizvodnje automobila prilagođenih pogonu na plinovita goriva. Razlozi za ovu glomaznost mogu se pronaći kako u inertnosti razmišljanja većine potrošača, naviknutih na tradicionalna tečna goriva (za Europljane, na primjer, dizel gorivo ostaje najrealnija alternativa benzinu), tako i u potrebi za velikim ulaganjima u cjevovodnu infrastrukturu. i kompresorske stanice. Kada se to doda složenim i skupim sistemima za skladištenje goriva (posebno komprimiranog prirodnog plina) u samim automobilima, velika slika počinje se razbistrivati.

S druge strane, elektrane na plinovito gorivo postaju sve raznovrsnije i slijede tehnologiju svojih benzinskih kolega. Dodaci plina već koriste iste sofisticirane elektronske komponente za ubrizgavanje goriva u tečnu (još uvijek rijetku) ili plinovitu fazu. Sve je više i serijskih modela vozila fabrički postavljenih za jednovalentno snabdevanje gasom ili sa mogućnošću dvostrukog snabdevanja gasom/benzinom. Sve više se ostvaruje još jedna prednost gasovitih goriva - zbog svoje hemijske strukture, gasovi se potpunije oksidiraju, a nivo štetnih emisija u izduvnim gasovima automobila koji ih koriste je znatno niži.

Novi pocetak

Međutim, proboj na tržište zahtijevat će ciljane i direktne finansijske poticaje za krajnje korisnike prirodnog plina kao goriva za vozila. Kako bi privukli kupce, prodavci metana u Njemačkoj već daju kupcima vozila na prirodni plin posebne bonuse, čija priroda ponekad izgleda jednostavno nevjerovatna - na primjer, kompanija za distribuciju plina iz Hamburga nadoknađuje pojedincima troškove za kupovinu plina. vozila određenih dilera na period od godinu dana. Jedini uslov za korisnika je da na automobil zalijepi reklamnu naljepnicu sponzora...

Razlog zašto je prirodni gas u Nemačkoj i Bugarskoj (u obe zemlje velika većina prirodnog gasa dolazi iz Rusije gasovodom) mnogo jeftiniji od ostalih goriva, treba tražiti u nizu pravnih prostorija. Tržišna cijena plina logično je povezana s cijenom nafte: kako cijena nafte raste, tako raste i cijena prirodnog plina, ali razlika u cijenama benzina i plina za krajnjeg potrošača je uglavnom zbog nižeg oporezivanja prirodnog plina. gas. U Njemačkoj je, na primjer, cijena plina zakonski fiksirana do 2020. godine, a shema tog „fiksiranja“ je sljedeća: u tom periodu cijena prirodnog plina može rasti zajedno sa cijenom nafte, ali njegova proporcionalna prednost u odnosu na druge izvore energije moraju se održavati na konstantnom nivou. Jasno je da sa ovako uređenim zakonskim okvirom, niskim cijenama i nepostojanjem bilo kakvih problema u izgradnji "plinskih motora", jedini problem za rast ovog tržišta ostaje nerazvijena mreža benzinskih pumpi - u ogromnoj Njemačkoj, tj. na primjer, ima samo 300 takvih tačaka, au Bugarskoj ih ima mnogo manje.

Izgledi za popunjavanje ovog infrastrukturnog deficita trenutno izgledaju sjajni - u Njemačkoj udruženje Erdgasmobila i francuskog naftnog giganta TotalFinaElf namjerava uložiti velika sredstva u izgradnju nekoliko hiljada novih benzinskih pumpi, a u Bugarskoj je nekoliko kompanija preuzelo sličnu zadatak. Moguće je da će uskoro cijela Evropa koristiti istu razvijenu mrežu punionica za prirodni i tečni naftni gas kao potrošači u Italiji i Holandiji - zemljama o čijem smo razvoju u ovoj oblasti govorili u prethodnom broju.

Honda Civic GX

Na sajmu automobila u Frankfurtu 1997. Honda je predstavila Civic GX, tvrdeći da je to ekološki najprihvatljiviji automobil na svijetu. Pokazalo se da ambiciozna izjava Japanaca nije samo još jedan marketinški trik, već čista istina, koja je i danas aktuelna, a u praksi se može vidjeti u najnovijem izdanju Civic GX-a. Automobil je dizajniran da radi samo na prirodni plin, a motor je dizajniran da u potpunosti iskoristi prednosti visokog oktana plinovitog goriva. Nije iznenađujuće da vozila ovog tipa danas mogu ponuditi nivoe izduvnih gasova niže od onih koji su potrebni u budućoj Euro 5 evropskoj ekonomiji, ili 90% niži od američkih ULEV (vozila sa ultra niskom emisijom). . Honda motor radi izuzetno glatko, a visoki omjer kompresije od 12,5:1 kompenzira nižu zapreminsku energetsku vrijednost prirodnog plina u odnosu na benzin. Rezervoar od 120 litara je napravljen od kompozitnog materijala, a ekvivalentna potrošnja gasa je 6,9 ​​litara. Hondin poznati VTEC sistem varijabilnog vremena ventila dobro funkcioniše sa posebnim svojstvima goriva i dodatno poboljšava punjenje motora. Zbog manje brzine sagorijevanja prirodnog plina i činjenice da je gorivo "suvo" i nema svojstva podmazivanja, sjedišta ventila su izrađena od specijalnih legura otpornih na toplinu. Klipovi su takođe napravljeni od jačih materijala, jer gas ne može da ohladi cilindre kada isparava kao benzin.

Honda GX crijeva u plinskoj fazi se ubrizgavaju prirodnim plinom, koji je 770 puta veći od ekvivalentne količine benzina. Najveći tehnološki izazov za Hondine inženjere bio je kreiranje pravih injektora za rad u ovakvim uslovima i preduvjetima – da bi se postigla optimalna snaga, brizgaljke se moraju nositi s teškim zadatkom istovremenog snabdijevanja potrebnom količinom gasa, za šta je, u principu, potrebno ubrizgava se tečni benzin. To je problem za sve motore ovog tipa, jer plin zauzima mnogo veći volumen, istiskuje dio zraka i zahtijeva ubrizgavanje direktno u komore za sagorijevanje.

Iste 1997. godine, Fiat je takođe demonstrirao sličan model Honde GX. "Bivalentna" verzija Maree može koristiti dvije vrste goriva - benzin i prirodni plin, a plin se pumpa drugim, potpuno nezavisnim sistemom goriva. Motor uvijek pali na tečno gorivo, a zatim automatski prelazi na plin. 1,6-litarski motor ima snagu od 93 KS. na plin i 103 ks. With. kada koristite benzin. U principu, motor radi uglavnom na gas, osim kada se potonji potroši ili vozač ima jasnu želju da koristi benzin. Nažalost, "dvostruka priroda" dvovalentne energije ne dozvoljava puno korištenje prednosti visokooktanskog prirodnog plina. Fiat trenutno proizvodi Mulipla verziju sa ovom vrstom napajanja.

S vremenom su se slični modeli pojavili u paleti Opela (Astra i Zafira Bi gorivo za LPG i CNG verzije), PSA (Peugeot 406 LPG i Citroen Xantia LPG) i VW (Golf Bifuel). Volvo se smatra klasikom na ovom području, proizvodeći varijante S60, V70 i S80, koji mogu raditi na prirodni plin, kao i na bioplin i UNP. Sva su ova vozila opremljena sistemima za ubrizgavanje plina koji koriste posebne mlaznice, elektronički kontroliranim tehnološkim procesima i mehaničkim komponentama kompatibilnim s gorivom, poput ventila i klipova. CNG spremnici za gorivo dizajnirani su da izdrže pritisak od 700 bara, iako se sam plin tamo skladišti pod pritiskom ne većim od 200 bara.

BMW

BMW je poznati zagovornik održivih goriva i već dugi niz godina razvija različite pogonske sklopove za vozila sa alternativnim izvorima. Početkom 90-ih, bavarska kompanija je kreirala modele serije 316g i 518g, koji koriste prirodni gas kao gorivo. U svom najnovijem razvoju, kompanija je odlučila da eksperimentiše sa fundamentalno novim tehnologijama i, zajedno sa nemačkom rashladnom grupom Linde, naftnom kompanijom Aral i energetskom kompanijom E.ON Energy, razvila je projekat za korišćenje tečnih gasova. Projekat se razvija u dva pravca: prvi je razvoj opskrbe ukapljenim vodonikom, a drugi korištenje ukapljenog prirodnog plina. Upotreba ukapljenog vodonika i dalje se smatra perspektivnom tehnologijom, o čemu ćemo kasnije, ali je sistem skladištenja i korišćenja tečnog prirodnog gasa sasvim realan i može se primeniti u automobilskoj industriji u narednih nekoliko godina.

Istovremeno, prirodni gas se hladi na temperaturu od -161 stepeni i kondenzuje se pod pritiskom od 6-10 bara, dok prelazi u tečnu fazu. Spremnik je mnogo kompaktniji i lakši u odnosu na boce sa komprimiranim plinom i praktično je kriogeni termos izrađen od superizolacionih materijala. Zahvaljujući modernoj Linde tehnologiji, uprkos vrlo tankim i laganim zidovima spremnika, tekući metan može se u ovom stanju čuvati dva tjedna bez problema, čak i po vrućem vremenu i bez potrebe za hlađenjem. Prva benzinska pumpa za LNG, u čiju izgradnju je uloženo 400 EUR, već radi u Minhenu.

Procesi sagorijevanja u motorima s plinovitim gorivom

Kao što je već spomenuto, prirodni plin sadrži uglavnom metan, a tečni naftni plin - propan i butan u omjerima koji zavise od godišnjeg doba. Kako se molekularna težina povećava, otpornost na udarce parafinskih (ravnih) ugljikovodičnih spojeva kao što su metan, etan i propan se smanjuje, molekuli se lakše raspadaju i više se akumulira peroksida. Dakle, dizel motori koriste dizel gorivo, a ne benzin, jer je temperatura samozapaljenja niža u prvom slučaju.

Metan ima najveći odnos vodonik / ugljenik od svih ugljovodonika, što u praksi znači da za istu težinu metan ima najveću energetsku vrednost među ugljovodonicima. Objašnjenje ove činjenice je složeno i zahtijeva određeno znanje o kemiji i energiji odnosa, pa se time nećemo baviti. Dovoljno je reći da stabilna molekula metana daje oktanski broj od oko 130.

Iz tog je razloga brzina sagorijevanja metana mnogo niža od brzine sagorijevanja benzina, male molekule omogućuju metanu da sagorijeva potpunije, a njegovo plinovito stanje dovodi do manjeg ispiranja ulja sa stijenki cilindra u hladnim motorima u odnosu na mješavine benzina. ... Zauzvrat, propan ima oktanski nivo od 112, što je i dalje više od većine benzina. Loše smjese propan-zrak sagorevaju na nižoj temperaturi od benzina, ali bogate mogu dovesti do toplotnog preopterećenja motora, jer propan nema svojstva hlađenja benzina zbog ulaska u cilindre u plinovitom obliku.

Ovaj problem je već rešen korišćenjem sistema sa direktnim ubrizgavanjem tečnog propana. Budući da se propan lako ukapljuje, lako je izgraditi sistem za njegovo skladištenje u automobilu, a nema potrebe za grijanjem usisne grane jer se propan ne kondenzira kao benzin. Ovo zauzvrat poboljšava termodinamičku efikasnost motora, gdje je bezbedno koristiti termostate koji održavaju nižu temperaturu rashladne tečnosti. Jedini značajniji nedostatak plinovitih goriva je činjenica da ni metan ni propan nemaju podmazujući učinak na izduvne ventile, pa stručnjaci kažu da je riječ o "suvom gorivu" koje je dobro za klipne prstenove, ali loše za ventile. Ne možete se osloniti na plinove da isporuče većinu aditiva u cilindre motora, ali motori koji rade na ova goriva ne trebaju toliko aditiva kao benzinski motori. Kontrola mješavine je vrlo važan faktor u plinskim motorima, jer bogate mješavine rezultiraju većom temperaturom izduvnih plinova i preopterećenjem ventila, dok loše mješavine stvaraju problem snižavanjem ionako niske brzine sagorijevanja, što je opet preduvjet za termičko preopterećenje ventila. Omjer kompresije u propan motorima može se lako povećati za dvije ili tri jedinice, au metanu - čak i više. Rezultirajuće povećanje dušikovih oksida je nadoknađeno nižim ukupnim emisijama. Optimalna smjesa propana je nešto "siromašnija" - 15,5:1 (vazduh prema gorivu) naspram 14,7:1 za benzin, i to se uzima u obzir pri projektovanju isparivača, mjernih uređaja ili sistema za ubrizgavanje. Pošto su i propan i metan gasovi, motori ne moraju da obogaćuju smešu tokom hladnog startovanja ili ubrzanja.

Ugao preticanja paljenja izračunava se na drugačijoj krivulji nego kod benzinskih motora - pri malim obrtajima, preticanje paljenja bi trebalo da bude veće zbog sporijeg sagorevanja metana i propana, ali pri velikim brzinama, benzinskim motorima je potrebno više povećanja. smjesa (brzina sagorijevanja benzina se smanjuje zbog kratkog vremena reakcija prije plamena - odnosno stvaranja peroksida). Zbog toga elektronski sistemi za kontrolu paljenja gasnih motora imaju potpuno drugačiji algoritam.

Metan i propan također povećavaju zahtjeve za visokonaponskim elektrodama svjećica - "suvlju" smjesu je "teže" probiti od varnice jer je manje provodljiv elektrolit. Stoga je razmak između elektroda svjećica pogodnih za takve motore obično drugačiji, napon je veći, a općenito je pitanje svjećica složenije i suptilnije nego kod benzinskih motora. Lambda sonde se koriste u najsavremenijim gasnim motorima za optimalno doziranje smjese u pogledu kvaliteta. Imati sisteme za paljenje na dve odvojene krivine posebno je važno za vozila opremljena bivalentnim sistemima (za prirodni gas i benzin), budući da retka mreža punjenja prirodnog gasa često zahteva prinudnu upotrebu benzina.

Optimalni odnos kompresije prirodnog gasa je oko 16:1, a idealan odnos vazduh-gorivo je 16,5:1, izgubiće oko 15% svoje potencijalne snage. Pri korištenju prirodnog plina, količina ugljičnog monoksida (CO) i ugljovodonika (HC) u izduvnim plinovima se smanjuje za 90%, a dušikovih oksida (NOx) za oko 70% u odnosu na emisije konvencionalnih benzinskih motora. Interval zamjene ulja kod plinskih motora se obično udvostručuje.

Plin-dizel

U posljednjih nekoliko godina sistemi za dovod goriva s dvostrukim gorivom postaju sve popularniji. Žurim da primijetim da ne govorimo o "dvovalentnim" motorima koji naizmjenično rade na plin ili benzin i imaju svjećice, već o posebnim dizelskim plinovitim sustavima u kojima se dio dizel goriva zamjenjuje prirodnim plinom koji se isporučuje odvojenim elektroenergetskim sustavom. Ova tehnologija temelji se na standardnim dizel motorima.

Princip rada se zasniva na činjenici da metan ima temperaturu samozapaljenja iznad 600 stepeni – tj. iznad temperature od približno 400-500 stepeni na kraju ciklusa kompresije dizel motora. To pak znači da se mješavina metan-vazduh ne pali sama od sebe kada se kompresuje u cilindrima, a ubrizgano dizel gorivo, koje se pali na oko 350 stepeni, koristi se kao neka vrsta svjećice. Sistem bi mogao u potpunosti da radi na metan, ali bi u tom slučaju bilo potrebno ugraditi električni sistem i svjećicu. Obično se procenat metana povećava sa opterećenjem, u praznom hodu automobil radi na dizel, a pri velikom opterećenju odnos metan/dizel dostiže 9/1. Ove proporcije se također mogu mijenjati prema preliminarnom programu.

Neke kompanije proizvode dizel motore sa tzv. "Micropilot" energetski sistemi, u kojima je uloga dizel sistema ograničena na ubrizgavanje male količine goriva potrebnog samo za paljenje metana. Stoga ovi motori ne mogu raditi autonomno na dizel i obično se koriste u industrijskim vozilima, automobilima, autobusima i brodovima, gdje je skupa preoprema ekonomski opravdana - nakon njegovog trošenja to dovodi do značajnih ušteda, vijeka trajanja motora. značajno raste, a emisije štetnih gasova su značajno smanjene. Mikropilot mašine mogu da rade i na tečni i komprimovani prirodni gas.

Vrste sistema koji se koriste za dodatnu ugradnju

Raznolikost sistema za opskrbu plinom za plinovita goriva neprestano raste. U principu, vrste se mogu podijeliti u nekoliko vrsta. Kada se koriste propan i metan, to su kombinirani sistemi atmosferskog pritiska, sistemi ubrizgavanja u plinsku fazu i sustavi ubrizgavanja u tečnoj fazi. Sa tehničke tačke gledišta, sistemi za ubrizgavanje propan-butana mogu se podijeliti u nekoliko generacija:

Prva generacija su sistemi bez elektronske kontrole, u kojima se gas meša u jednostavnoj mešalici. Oni su obično opremljeni starim karburatorskim motorima.

Druga generacija je ubrizgavanje s jednom mlaznicom, analognom lambda sondom i trosmjernim katalizatorom.

Treća generacija je ubrizgavanje s jednom ili više mlaznica (jedna po cilindru), s mikroprocesorskom kontrolom i prisustvom programa za samoučenje i tablice kodova za samodijagnostiku.

Četvrta generacija je sekvencijalno (cilindrično) ubrizgavanje u zavisnosti od položaja klipa, sa brojem mlaznica jednakim broju cilindara, i sa povratnom spregom preko lambda sonde.

Peta generacija - sekvencijalno ubrizgavanje u više tačaka sa povratnom spregom i komunikacijom sa mikroprocesorom za kontrolu ubrizgavanja benzina.

U najsavremenijim sistemima, "gasni" kompjuter u potpunosti koristi podatke glavnog mikroprocesora za kontrolu parametara benzinskog motora, uključujući vrijeme ubrizgavanja. Prijenos podataka i kontrola također je u potpunosti povezan s glavnim programom za benzin, čime se izbjegava potreba za kreiranjem cijelih XNUMXD mapa ubrizgavanja plina za svaki model automobila – pametni uređaj jednostavno čita programe iz benzinskog procesora. i prilagođava ih ubrizgavanju gasa.