Alternatives de prova de conducció: PART 2 - Cotxes
Si teniu l’oportunitat de sobrevolar Sibèria Occidental a la nit, a través de la finestra veureu una visió esperpèntica, que recorda el desert de Kuwait després de la retirada de les tropes de Sadam durant la primera guerra a l’Iraq. El paisatge està ple d’enormes "torxes" ardents, cosa que demostra clarament que molts productors russos de petroli encara consideren el gas natural un subproducte i un producte innecessari en el procés de trobar camps de petroli ...
Els experts creuen que aquests residus s’aturaran en un futur proper. Durant molts anys, el gas natural es va considerar un producte excedentari i es va cremar o simplement va ser alliberat a l’atmosfera. S'estima que fins ara només l'Aràbia Saudita ha abocat o cremat més de 450 milions de metres cúbics de gas natural durant la producció de petroli ...
Al mateix temps, el procés s'inverteix: la majoria de les petrolieres modernes consumeixen gas natural durant molt de temps, adonant-se del valor d'aquest producte i de la seva importància, que només pot augmentar en el futur. Aquesta visió de les coses és especialment característica dels Estats Units, on, a diferència de les ja esgotades reserves de petroli, encara hi ha grans jaciments de gas. Aquesta darrera circumstància es reflecteix automàticament en la infraestructura industrial d'un país enorme, la feina de la qual és impensable sense cotxes, i més encara sense grans camions i autobusos. Cada cop hi ha més empreses de transport a l'estranger que actualitzen els motors dièsel de les seves flotes de camions perquè funcionin tant amb sistemes combinats de gas-dièsel com només amb combustible blau. Cada cop hi ha més vaixells que passen al gas natural.
Amb el rerefons dels preus dels combustibles líquids, el preu del metà sona fantàstic, i molts comencen a dubtar que hi hagi cap problema aquí, i amb una bona raó. Tenint en compte que el contingut energètic d'un quilogram de metà és superior al d'un quilogram de gasolina i que un litre (és a dir, un decímetre cúbic) de gasolina pesa menys d'un quilogram, qualsevol pot concloure que un quilogram de metà conté molt més. energia que un litre de gasolina. Està clar que fins i tot sense aquest aparent revolt de números i disparitats vagues, fer funcionar un cotxe amb gas natural o metà us costarà molts menys diners que fer servir un cotxe amb gasolina.
Però aquí hi ha el clàssic "PERÒ"... Per què, com que la "estafa" és tan gran, gairebé ningú al nostre país utilitza gas natural com a combustible per a cotxes, i els cotxes adaptats per al seu ús a Bulgària són més rars. fenomen des del cangur fins al pi de la muntanya Ròdope? La resposta a aquesta pregunta perfectament normal no ve donada pel fet que la indústria del gas a tot el món s'està desenvolupant a un ritme frenètic i actualment es considera l'alternativa més segura als combustibles líquids de petroli. La tecnologia dels motors d'hidrogen encara té un futur incert, la gestió en cilindres dels motors d'hidrogen és extremadament difícil i encara no està clar quin és un mètode econòmic per extreure hidrogen pur. En aquest context, el futur del metà és, per dir-ho suaument, brillant, sobretot perquè hi ha enormes jaciments de gas natural en països políticament segurs, que les noves tecnologies (esmentades en el número anterior de liqüefacció criogènica i conversió química del gas natural en líquids) són cada cop més barats, mentre que el preu dels productes clàssics d'hidrocarburs creix. Sense oblidar el fet que el metà té totes les possibilitats de convertir-se en la principal font d'hidrogen per a les piles de combustible del futur.
El veritable motiu de l’abandonament dels gasos d’hidrocarburs com a combustible dels vehicles continua sent el baix preu del petroli durant dècades, que ha impulsat el desenvolupament de la tecnologia de l’automòbil i la infraestructura de transport per carretera associada cap al subministrament d’energia per als motors de gasolina i dièsel. En el context d’aquesta tendència general, els intents d’utilitzar combustible de gas són bastant esporàdics i insignificants.
Fins i tot després del final de la Segona Guerra Mundial, l’escassetat de combustibles líquids a Alemanya va provocar l’aparició de cotxes equipats amb els sistemes més senzills d’ús de gas natural, que, tot i ser molt més primitius, difereixen poc dels sistemes que fan servir els taxis búlgars actualment. de bombones i reductors de gas. Els combustibles de gas van guanyar més importància durant les dues crisis del petroli del 1973 i del 1979-80, però fins i tot només es pot parlar de llampades curtes que van passar gairebé desapercebudes i que no van suposar un desenvolupament significatiu en aquesta àrea. Des de fa més de dues dècades des de la crisi aguda més recent, els preus del combustible líquid s'han mantingut constantment baixos, arribant a preus absurdament baixos el 1986 i el 1998 a 10 dòlars el barril. És evident que una situació així no pot tenir un efecte estimulant sobre els tipus alternatius de combustibles gasosos ...
A principis del segle XI, la situació del mercat avança de manera gradual però segura en una direcció diferent. Després dels atacs terroristes de setembre de 11 de 2001, es va produir una tendència a l'alça gradual però constant dels preus del petroli, que va continuar augmentant com a conseqüència de l'augment del consum de la Xina i l'Índia i de les dificultats per trobar nous dipòsits. No obstant això, les empreses d'automòbils són molt més incòmodes en la direcció de la producció en massa d'automòbils adaptats a funcionar amb combustibles gasosos. Els motius d’aquesta molèstia es poden trobar tant en la inèrcia de pensar la majoria dels consumidors que estan acostumats al combustible líquid tradicional (per als europeus, per exemple, el gasoil continua sent l’alternativa més realista a la gasolina), com en la necessitat d’inversions enormes en infraestructures de canonades. i estacions de compressors. Quan això s’afegeix als complexos i costosos sistemes d’emmagatzematge de combustible (especialment gas natural comprimit) als propis cotxes, el panorama general comença a aclarir-se.
D'altra banda, les centrals elèctriques de combustible gasós s'estan diversificant més i segueixen la tecnologia dels seus homòlegs de gasolina. Els alimentadors de gas ja utilitzen els mateixos components electrònics sofisticats per injectar combustible a la fase líquida (encara rara) o gasosa. També hi ha cada cop més models de vehicles de producció establerts de fàbrica per al subministrament de gas monovalent o amb possibilitat de subministrament dual de gas/gasolina. Cada cop més, s'està realitzant un altre avantatge dels combustibles gasosos: a causa de la seva estructura química, els gasos s'oxiden més completament i el nivell d'emissions nocives en els gasos d'escapament dels cotxes que els utilitzen és molt més baix.
Un nou començament
No obstant això, un avenç al mercat requerirà incentius financers dirigits i directes per als usuaris finals de gas natural com a combustible dels vehicles. Per atraure clients, els venedors de metà a Alemanya ja ofereixen als compradors de vehicles de gas natural bonificacions especials, la naturalesa de les quals de vegades sembla simplement increïble; per exemple, la companyia de distribució de gas d'Hamburg reemborsa les persones per la compra de gas. vehicles de determinats concessionaris durant un període d'un any. L'única condició per a l'usuari és enganxar l'adhesiu publicitari del patrocinador al seu cotxe...
La raó per la qual el gas natural a Alemanya i Bulgària (en ambdós països la gran majoria del gas natural prové de Rússia per gasoducte) és molt més barat que altres combustibles, s'ha de buscar en una sèrie de premisses legals. El preu de mercat del gas està lògicament lligat al preu del petroli: a mesura que augmenta el preu del petroli, també augmenta el preu del gas natural, però la diferència de preus de la gasolina i del gas per al consumidor final es deu principalment a la reducció de la fiscalitat del gas natural. gas. A Alemanya, per exemple, el preu del gas es fixa legalment fins al 2020, i l'esquema d'aquesta "fixació" és el següent: durant aquest període, el preu del gas natural pot créixer juntament amb el preu del petroli, però el seu avantatge proporcional sobre altres fonts d'energia s'ha de mantenir a un nivell constant. És evident que amb un marc legal tan regulat, preus baixos i l'absència de problemes en la construcció de "motors de gas", l'únic problema per al creixement d'aquest mercat segueix sent una xarxa no desenvolupada de gasolineres, a l'enorme Alemanya, per Per exemple, només hi ha 300 punts, i a Bulgària n'hi ha molts, menys.
Les perspectives per cobrir aquest dèficit d'infraestructures semblen grans en aquests moments: a Alemanya, l'associació d'Erdgasmobil i el gegant petrolier francès TotalFinaElf té la intenció d'invertir molt en la construcció de diversos milers de noves gasolineres, i a Bulgària diverses empreses han assumit un objectiu similar. tasca. És possible que aviat tota Europa utilitzi la mateixa xarxa desenvolupada d'estacions de servei de gas natural i liquat de petroli que els consumidors a Itàlia i als Països Baixos, països del desenvolupament dels quals en aquest àmbit us vam parlar en el número anterior.
Honda Civic GX
Al Saló de l'Automòbil de Frankfurt de 1997, Honda va presentar el Civic GX, afirmant que era el cotxe més respectuós amb el medi ambient del món. Va resultar que l'ambiciosa declaració dels japonesos no és només una altra estratagema de màrqueting, sinó la pura veritat, que segueix sent rellevant fins als nostres dies, i que es pot veure a la pràctica en l'última edició del Civic GX. El cotxe està dissenyat per funcionar només amb gas natural i el motor està dissenyat per aprofitar al màxim l'alt octà del combustible gasós. No és d'estranyar que els vehicles d'aquest tipus avui en dia puguin oferir nivells d'emissions d'escapament inferiors als requerits en una futura economia europea Euro 5, o un 90% més baixos que els ULEV (Vehicles d'ultra baixes emissions) dels EUA. . El motor Honda funciona molt sense problemes i l'alta relació de compressió de 12,5:1 compensa el valor energètic volumètric més baix del gas natural en comparació amb la gasolina. El dipòsit de 120 litres està fet de material compost i el consum equivalent de gas és de 6,9 litres. El famós sistema de temporització de vàlvules VTEC d'Honda funciona bé amb les propietats especials del combustible i millora encara més la càrrega del motor. A causa de la menor taxa de combustió del gas natural i del fet que el combustible està "sec" i no té propietats lubricants, els seients de les vàlvules estan fets d'aliatges especials resistents a la calor. Els pistons també estan fets de materials més resistents, ja que el gas no pot refredar els cilindres quan s'evapora com la gasolina.
Les mànegues Honda GX en fase de gas s'injecten amb gas natural, que és 770 vegades més gran que la quantitat equivalent de gasolina. El repte tecnològic més gran per als enginyers d'Honda va ser crear els injectors adequats per treballar en aquestes condicions i requisits previs: per aconseguir una potència òptima, els injectors han de fer front a la difícil tasca de subministrar simultàniament la quantitat de gas necessària, per a la qual cosa, en principi, s'injecta gasolina líquida. Aquest és un problema per a tots els motors d'aquest tipus, ja que el gas ocupa un volum molt més gran, desplaça part de l'aire i requereix injecció directament a les cambres de combustió.
El mateix 1997, Fiat també va demostrar un model Honda GX similar. La versió "bivalent" de Marea pot utilitzar dos tipus de combustible: gasolina i gas natural, i el gas és bombat per un segon sistema de combustible completament independent. El motor sempre arrenca amb combustible líquid i després passa automàticament a gas. El motor d'1,6 litres té una potència de 93 CV. amb gasolina i 103 CV. Amb. quan s'utilitza gasolina. En principi, el motor funciona principalment amb gas, excepte quan aquest s'esgota o el conductor té clares ganes d'utilitzar gasolina. Malauradament, la "naturalesa dual" de l'energia bivalent no permet utilitzar plenament els avantatges del gas natural d'alt octanatge. Actualment Fiat està produint una versió Mulipla amb aquest tipus de PSU.
Amb el pas del temps, van aparèixer models similars a la gamma d'Opel (Astra i Zafira Bi Fuel per a versions de GLP i GNC), PSA (Peugeot 406 LPG i Citroen Xantia LPG) i VW (Golf Bifuel). Volvo és considerat un clàssic en aquesta àrea, produint variants dels S60, V70 i S80, capaços de funcionar tant amb gas natural com amb biogàs i GLP. Tots aquests vehicles estan equipats amb sistemes d’injecció de gas que utilitzen broquets especials, processos tecnològics controlats electrònicament i components mecànics compatibles amb el combustible, com ara vàlvules i pistons. Els dipòsits de combustible de GNC poden suportar una pressió de 700 bar, tot i que el propi gas s’emmagatzema en ells a una pressió no superior a 200 bar.
BMW
BMW és un conegut defensor dels combustibles sostenibles i fa molts anys que desenvolupa diversos sistemes de propulsió per a vehicles amb fonts alternatives. A principis dels anys 90, l'empresa bavaresa va crear models de les sèries 316g i 518g, que utilitzen gas natural com a combustible. En els seus últims desenvolupaments, l'empresa va decidir experimentar amb tecnologies fonamentalment noves i, juntament amb el grup alemany de refrigeració Linde, la petroliera Aral i la companyia energètica E.ON Energy, van desenvolupar un projecte per a l'ús de gasos liquats. El projecte es desenvolupa en dues direccions: la primera és el desenvolupament de subministraments d'hidrogen liquat, i la segona és l'ús de gas natural liquat. L'ús d'hidrogen liquat encara es considera una tecnologia prometedora, de la qual parlarem més endavant, però el sistema d'emmagatzematge i ús de gas natural liquat és força real i es pot posar en pràctica a la indústria de l'automòbil en els propers anys.
Al mateix temps, el gas natural es refreda a una temperatura de -161 graus i es condensa a una pressió de 6-10 bar, mentre passa a la fase líquida. El tanc és molt més compacte i lleuger en comparació amb les bombones de gas comprimit i és pràcticament un termo criogènic fet de materials super aïllants. Gràcies a la moderna tecnologia Linde, tot i les parets del tanc molt fines i lleugeres, el metà líquid es pot emmagatzemar en aquest estat durant dues setmanes sense cap problema, fins i tot en èpoques de calor i sense necessitat de refrigeració. La primera estació d’abastiment de GNL, en la construcció de la qual s’han invertit 400 €, ja funciona a Munic.
Processos de combustió en motors de combustible gasós
Com ja s'ha dit, el gas natural conté principalment metà i gas liquat de petroli -propà i butà en proporcions que depenen de l'estació. A mesura que augmenta el pes molecular, la resistència al cop dels compostos d'hidrocarburs parafínics (de cadena recta) com el metà, l'etan i el propà disminueix, les molècules es trenquen més fàcilment i s'acumulen més peròxids. Així, els motors dièsel utilitzen combustible dièsel en lloc de gasolina, ja que la temperatura d'autoignició és més baixa en el primer cas.
El metà té la proporció d’hidrogen / carboni més alta de tots els hidrocarburs, la qual cosa significa a la pràctica que per al mateix pes, el metà té el valor energètic més alt entre els hidrocarburs. L’explicació d’aquest fet és complexa i requereix un cert coneixement de la química i l’energia de les relacions, de manera que no ens ocuparem d’això. N’hi ha prou amb dir que la molècula de metà estable proporciona un nombre d’octans d’uns 130.
Per aquest motiu, la velocitat de combustió del metà és molt inferior a la de la gasolina, les molècules petites permeten que el metà es cremi més completament i el seu estat gasós condueix a una menor lixiviació de petroli de les parets dels cilindres en motors freds en comparació amb les mescles de gasolina. ... El propà, al seu torn, té un índex d’octanatge de 112, que encara és superior a la majoria de les benzines. Les mescles pobres de propà i aire cremen a una temperatura inferior a la gasolina, però les riques poden provocar una sobrecàrrega tèrmica del motor, ja que el propà no té les propietats de refrigeració de la gasolina a causa de la seva entrada als cilindres en forma gasosa.
Aquest problema ja s'ha resolt amb l'ús de sistemes amb injecció directa de propà líquid. Com que el propà es liqua fàcilment, és fàcil construir un sistema per emmagatzemar-lo en un cotxe i no cal escalfar els col·lectors d'admissió perquè el propà no es condensa com ho fa la gasolina. Això al seu torn millora l'eficiència termodinàmica del motor, on és segur utilitzar termòstats que mantenen una temperatura més baixa del refrigerant. L'únic inconvenient significatiu dels combustibles gasosos és el fet que ni el metà ni el propà tenen un efecte lubricant a les vàlvules d'escapament, per la qual cosa els experts diuen que és un "combustible sec" bo per als anells dels pistons però dolent per a les vàlvules. No podeu confiar en els gasos per lliurar la majoria dels additius als cilindres del motor, però els motors que funcionen amb aquests combustibles no necessiten tants additius com els motors de gasolina. El control de la mescla és un factor molt important en els motors de gas, ja que les mescles riques donen lloc a temperatures més elevades dels gasos d'escapament i a la sobrecàrrega de la vàlvula, mentre que les mescles pobres creen un problema en reduir la velocitat de combustió ja baixa, que de nou és un requisit previ per a la sobrecàrrega de la vàlvula tèrmica. La relació de compressió en els motors de propà es pot augmentar fàcilment en dues o tres unitats, i en metà, encara més. L'augment resultant dels òxids de nitrogen es compensa amb emissions més baixes en general. La barreja òptima de propà és lleugerament "més pobre": 15,5:1 (aire a combustible) enfront de 14,7:1 per a la gasolina, i això es té en compte a l'hora de dissenyar evaporadors, dispositius de mesura o sistemes d'injecció. Com que tant el propà com el metà són gasos, els motors no necessiten enriquir les mescles durant l'arrencada en fred o l'acceleració.
L'angle de superació de l'encesa es calcula en una corba diferent a la dels motors de gasolina: a baixes revolucions, l'avançament de l'encesa hauria de ser més alt a causa de la combustió més lenta del metà i el propà, però a velocitats altes, els motors de gasolina necessiten més augment. mescla (la velocitat de combustió de la gasolina es redueix a causa del curt temps de les reaccions pre-flames, és a dir, la formació de peròxids). És per això que els sistemes electrònics de control d'encesa dels motors de gas tenen un algorisme completament diferent.
El metà i el propà també augmenten els requisits per als elèctrodes de bugia d'alta tensió: una barreja "més seca" és "més difícil" de perforar que una espurna perquè és un electròlit menys conductor. Per tant, la distància entre els elèctrodes de les bugies adequats per a aquests motors sol ser diferent, la tensió és més alta i, en general, el problema de les bugies és més complex i subtil que per als motors de gasolina. Les sondes lambda s'utilitzen en els motors de gas més moderns per a una dosificació òptima de la mescla en termes de qualitat. Tenir sistemes d'encesa en dues corbes separades és especialment important per als vehicles equipats amb sistemes bivalents (per a gas natural i gasolina), ja que l'escassa xarxa de punts d'ompliment de gas natural requereix sovint l'ús forçat de gasolina.
La relació de compressió òptima del gas natural és d'aproximadament 16:1, i la relació ideal aire-combustible és de 16,5:1. Perdrà al voltant del 15% de la seva potència potencial. Quan s'utilitza gas natural, la quantitat de monòxid de carboni (CO) i hidrocarburs (HC) als gasos d'escapament es redueix en un 90% i els òxids de nitrogen (NOx) en un 70% en comparació amb les emissions de motors de gasolina convencionals. L'interval de canvi d'oli per als motors de gas se sol duplicar.
Gas-dièsel
En els darrers anys, els sistemes de subministrament de combustible de doble combustible han esdevingut cada vegada més populars. M’afanyo a assenyalar que no parlem de motors "bivalents" que funcionin alternativament amb gas o gasolina i que tinguin bugies, sinó de sistemes especials dièsel-gas, en què una part del combustible dièsel és substituïda per gas natural subministrat per un sistema d'alimentació separat. Aquesta tecnologia es basa en motors dièsel estàndard.
El principi de funcionament es basa en el fet que el metà té una temperatura d'autoignició superior als 600 graus, és a dir. per sobre d'una temperatura d'aproximadament 400-500 graus al final del cicle de compressió del motor dièsel. Això, al seu torn, significa que la mescla metà-aire no s'encén per si sola quan es comprimeix als cilindres, i el gasoil injectat, que s'encén a uns 350 graus, s'utilitza com una mena de bugia. El sistema podria funcionar totalment amb metà, però en aquest cas caldria instal·lar un sistema elèctric i una bugia. Normalment, el percentatge de metà augmenta amb la càrrega, al ralentí el cotxe funciona amb gasoil, i amb càrrega elevada la relació metà/dièsel arriba a 9/1. Aquestes proporcions també es poden canviar segons el programa preliminar.
Algunes empreses produeixen motors dièsel amb els anomenats. Sistemes de potència "Micropilot", en què el paper del sistema dièsel es limita a la injecció d'una petita quantitat de combustible necessària només per encendre metà. Per tant, aquests motors no poden funcionar de manera autònoma amb dièsel i solen utilitzar-se en vehicles industrials, cotxes, autobusos i vaixells, on es justifica econòmicament un costós reequipament: després del seu desgast, això comporta un estalvi significatiu de la vida útil del motor. augmenta significativament i les emissions de gasos nocius es redueixen significativament. Les màquines micropilot poden funcionar tant amb gas natural liquat com comprimit.
Tipus de sistemes utilitzats per a la instal·lació addicional
La varietat de sistemes de subministrament de gas per a combustibles gasosos creix constantment. En principi, les espècies es poden dividir en diversos tipus. Quan s’utilitza propà i metà, es tracta de sistemes de pressió atmosfèrica i barrejats, sistemes d’injecció en fase gasosa i sistemes d’injecció en fase líquida. Des del punt de vista tècnic, els sistemes d'injecció de propà-butà es poden dividir en diverses generacions:
La primera generació són sistemes sense control electrònic, en els quals el gas es barreja en un simple mesclador. Aquests solen estar equipats amb motors de carburador antics.
La segona generació és una injecció amb un broquet, una sonda lambda analògica i un catalitzador de tres vies.
La tercera generació és una injecció amb un o més broquets (un per cilindre), amb control per microprocessador i la presència tant d'un programa d'autoaprenentatge com d'una taula de codis d'autodiagnòstic.
La quarta generació és la injecció seqüencial (cilíndrica) en funció de la posició del pistó, amb el nombre de broquets igual al nombre de cilindres, i amb retroalimentació a través d'una sonda lambda.
Cinquena generació: injecció seqüencial multipunt amb retroalimentació i comunicació amb un microprocessador per controlar la injecció de gasolina.
En els sistemes més moderns, l'ordinador "gas" fa un ús total de les dades del microprocessador principal per controlar els paràmetres del motor de gasolina, inclòs el temps d'injecció. La transmissió i el control de dades també estan totalment vinculats al programa principal de gasolina, cosa que evita la necessitat de crear mapes sencers d'injecció de gas en XNUMXD per a cada model de cotxe: el dispositiu intel·ligent simplement llegeix els programes del processador de gasolina. i els adapta a la injecció de gas.
