Prøvekørselsalternativer: DEL 2 - Biler

Hvis du har mulighed for at flyve over det vestlige Sibirien om natten, vil du gennem vinduet se et grotesk billede, der minder om den kuwaitiske ørken efter tilbagetrækningen af ​​Saddams tropper under den første Irak-krig. Landskabet er fyldt med enorme brændende "fakler", hvilket er et klart bevis på, at mange russiske olieproducenter stadig betragter naturgas som et biprodukt og et unødvendigt produkt i færd med at finde olieforekomster ...

Eksperter mener, at dette affald i den nærmeste fremtid vil blive stoppet. I mange år blev naturgas betragtet som et overskudsprodukt og brændt eller blot udluftet til atmosfæren. Indtil videre skønnes Saudi-Arabien alene at have dumpet eller brændt mere end 450 millioner kubikmeter naturgas, mens de udvinder olie...

Samtidig er processen vendt om - de fleste moderne olieselskaber har forbrugt naturgas i lang tid og indset værdien af ​​dette produkt og dets betydning, som kun kan stige i fremtiden. Dette syn på tingene er især karakteristisk for USA, hvor der i modsætning til de allerede udtømte oliereserver stadig er store gasforekomster. Sidstnævnte omstændighed afspejles automatisk i den industrielle infrastruktur i et enormt land, hvis arbejde er utænkeligt uden biler, og endnu mere uden store lastbiler og busser. Der er flere og flere transportvirksomheder i udlandet, der opgraderer dieselmotorerne i deres lastbilflåder til at arbejde med både kombinerede gas-diesel-systemer og kun blåt brændstof. Flere og flere skibe går over til naturgas.

På baggrund af priserne på flydende brændstof lyder prisen på metan fantastisk, og mange begynder at tvivle på, at der er en fangst her – og det med god grund. I betragtning af at energiindholdet i et kilogram metan er højere end et kilogram benzin, og at én liter (dvs. én kubikdecimeter) benzin vejer mindre end et kilogram, kan enhver konkludere, at et kilogram metan indeholder meget mere energi end en liter benzin. Det er klart, at selv uden dette tilsyneladende virvar af tal og vage forskelle, vil det at køre en bil, der kører på naturgas eller metan, koste dig langt færre penge end at køre en bil, der kører på benzin.

Men her er det klassiske store "MEN"... Hvorfor, da "fidusen" er så stor, bruger næsten ingen i vores land naturgas som brændstof til biler, og biler, der er tilpasset til dets brug i Bulgarien, er sjældnere. fænomen fra kænguru til fyrretræet Rhodope-bjerget? Svaret på dette helt normale spørgsmål er ikke givet af det faktum, at gasindustrien rundt om i verden udvikler sig i et hektisk tempo og i øjeblikket betragtes som det sikreste alternativ til flydende oliebrændstoffer. Brintmotorteknologi har stadig en usikker fremtid, styringen af ​​brintmotorer i cylinderen er ekstremt vanskelig, og hvad der er en økonomisk metode til at udvinde rent brint er endnu ikke klart. På den baggrund er fremtiden for metan mildt sagt strålende - især da der er enorme forekomster af naturgas i politisk sikre lande, at nye teknologier (omtalt i forrige nummer af kryogen fortætning og kemisk omdannelse af naturgas til væsker) bliver billigere, mens prisen på klassiske kulbrinteprodukter vokser. For ikke at nævne det faktum, at metan har alle muligheder for at blive den vigtigste brintkilde til fremtidens brændselsceller.

Den egentlige grund til at udfase kulbrintegasser som brændstof til køretøjer er stadig årtier med lave oliepriser, som har drevet bilteknologi og tilhørende vejinfrastruktur til at drive benzin- og dieselmotorer. På baggrund af denne generelle tendens er forsøg på at bruge gasformige brændstoffer ret isolerede og ubetydelige.

Selv efter afslutningen af ​​Anden Verdenskrig førte manglen på flydende brændstof i Tyskland til biler udstyret med de enkleste systemer til at bruge naturgas, som, selv om de er meget mere primitive, ikke adskiller sig meget fra de systemer, der bruges af bulgarske taxaer i dag. fra gasflasker og reduktionsgear. Gasbrændstoffer fik større betydning under de to oliekriser i 1973 og 1979-80, men selv dengang kan vi kun tale om korte udbrud, der gik næsten ubemærket hen og ikke førte til væsentlig udvikling på dette område. I mere end to årtier siden denne sidste akutte krise har priserne på flydende brændstof været stædigt lave og nåede absurd lave priser i 1986 og 1998 til 10 USD pr. tønde. Det er klart, at en sådan situation ikke kan have en stimulerende effekt på alternative typer gasbrændstoffer ...

I begyndelsen af ​​det 11. århundrede bevæger markedssituationen sig gradvist, men sikkert i en anden retning. Efter angrebene i september 2001 i XNUMX var der en gradvis, men støt stigende tendens i oliepriserne, som fortsatte med at stige som følge af øget forbrug i Kina og Indien og vanskeligheder med at finde nye forekomster. Bilfirmaer er dog meget mere klodsede i retning af masseproduktion af biler tilpasset til at køre på gasformigt brændstof. Årsagerne til denne besværlighed kan findes både i trægheden i tankegangen hos de fleste forbrugere, der er vant til traditionelle flydende brændstoffer (for europæere er dieselbrændstof for eksempel fortsat det mest levedygtige alternativ til benzin), og i behovet for enorme investeringer i rørledningsinfrastruktur. og kompressorstationer. Når komplekse og dyre brændstoflagringssystemer (især komprimeret naturgas) i selve bilerne føjes til dette, begynder det overordnede billede at klare sig.

På den anden side bliver kraftværker til gasformigt brændstof mere diversificerede og følger teknologien fra deres benzinmodparter. Gasfødere bruger allerede de samme sofistikerede elektroniske komponenter til at sprøjte brændstof ind i væsken (stadig sjælden) eller gasfasen. Der er også flere og flere produktionsbilmodeller fabriksindstillet til monovalent gasforsyning eller med mulighed for dobbelt gas/benzinforsyning. I stigende grad realiseres en anden fordel ved gasformige brændstoffer - på grund af dens kemiske struktur oxideres gasser mere fuldstændigt, og niveauet af skadelige emissioner i udstødningsgasserne fra biler, der bruger dem, er meget lavere.

En ny begyndelse

Et gennembrud på markedet vil dog kræve målrettede og direkte økonomiske incitamenter til slutbrugere af naturgas som brændstof til køretøjer. For at tiltrække kunder giver methansælgere i Tyskland allerede særlige bonusser til købere af naturgaskøretøjer, hvis karakter nogle gange virker ganske utroligt - for eksempel refunderer gasdistributionsselskabet i Hamburg enkeltpersoner for køb af gas. biler fra visse forhandlere i en periode på et år. Den eneste betingelse for brugeren er at klæbe sponsorens reklamemærkat på deres bil...

Grunden til, at naturgas i Tyskland og Bulgarien (i begge lande kommer langt størstedelen af ​​naturgassen fra Rusland via rørledning) er meget billigere end andre brændstoffer, bør søges i en række lovlige lokaler. Markedsprisen på gas er logisk forbundet med prisen på olie: i takt med at prisen på olie stiger, stiger prisen på naturgas også, men forskellen i priserne på benzin og gas til slutforbrugeren skyldes primært lavere beskatning af naturgas. gas. I Tyskland, for eksempel, er prisen på gas lovligt fastsat indtil 2020, og ordningen for denne "fiksering" er som følger: I denne periode kan prisen på naturgas vokse sammen med prisen på olie, men dens proportionelle fordel over andre energikilder skal holdes på konstant niveau. Det er klart, at med en sådan reguleret juridisk ramme, lave priser og fraværet af problemer i konstruktionen af ​​"gasmotorer", er det eneste problem for væksten af ​​dette marked fortsat et uudviklet netværk af tankstationer - i det enorme Tyskland, for for eksempel er der kun 300 sådanne punkter, og i Bulgarien er der mange færre.

Udsigterne for at udfylde dette infrastrukturelle underskud ser store ud i øjeblikket - i Tyskland har sammenslutningen af ​​Erdgasmobil og den franske oliegigant TotalFinaElf tænkt sig at investere kraftigt i opførelsen af ​​flere tusinde nye tankstationer, og i Bulgarien har flere virksomheder taget en lignende aktion. opgave. Det er muligt, at hele Europa snart vil bruge det samme udviklede netværk af tankstationer til naturgas og flydende gas som forbrugere i Italien og Holland - lande, hvis udvikling på dette område vi fortalte dig om i forrige nummer.

Honda Civic GX

På Frankfurt Motor Show i 1997 introducerede Honda Civic GX og hævdede, at det var den mest miljøvenlige bil i verden. Det viste sig, at japanerens ambitiøse udsagn ikke blot er endnu et marketingtrick, men den rene sandhed, som stadig er relevant den dag i dag, og som kan ses i praksis i den seneste udgave af Civic GX. Bilen er designet til kun at køre på naturgas, og motoren er designet til at drage fuld fordel af gasformigt brændstofs høje oktantal. Ikke overraskende kan køretøjer af denne type i dag tilbyde udstødningsemissionsniveauer, der er lavere end dem, der kræves i en fremtidig Euro 5-europæisk økonomi, eller 90 % lavere end amerikanske ULEV'er (Ultra Low Emission Vehicles). . Honda-motoren kører ekstremt jævnt, og det høje kompressionsforhold på 12,5:1 kompenserer for den lavere volumetriske energiværdi af naturgas sammenlignet med benzin. Tanken på 120 liter er lavet af kompositmateriale, og det tilsvarende gasforbrug er 6,9 liter. Hondas berømte VTEC variable ventiltimingssystem fungerer godt sammen med brændstoffets særlige egenskaber og forbedrer motorens ladning yderligere. På grund af den lavere forbrændingshastighed af naturgas og det faktum, at brændstoffet er "tørt" og ikke har smørende egenskaber, er ventilsæderne lavet af specielle varmebestandige legeringer. Stemplerne er også lavet af stærkere materialer, da gassen ikke kan køle cylindrene, når den fordamper som benzin.

Honda GX-slangerne i gasfasen indsprøjtes med naturgas, som er 770 gange større end den tilsvarende mængde benzin. Den største teknologiske udfordring for Hondas ingeniører var at skabe de rigtige injektorer til at fungere under sådanne forhold og forudsætninger - for at opnå optimal effekt skal injektorerne klare den svære opgave at samtidig levere den nødvendige mængde gas, hvortil i princippet bl.a. flydende benzin sprøjtes ind. Dette er et problem for alle motorer af denne type, da gassen optager et meget større volumen, fortrænger noget af luften og kræver indsprøjtning direkte ind i forbrændingskamrene.

I samme 1997 demonstrerede Fiat også en lignende Honda GX-model. Den "bivalente" version af Marea kan bruge to typer brændstof - benzin og naturgas, og gassen pumpes af et andet, fuldstændig uafhængigt brændstofsystem. Motoren starter altid på flydende brændstof og skifter derefter automatisk til gas. 1,6-liters motoren har en effekt på 93 hk. med gasbrændstof og 103 hk. Med. ved brug af benzin. I princippet kører motoren hovedsageligt på gas, undtagen når sidstnævnte løber tør, eller føreren har et klart ønske om at bruge benzin. Desværre tillader den "dobbelte natur" af bivalent energi ikke fuld udnyttelse af fordelene ved højoktan naturgas. Fiat producerer i øjeblikket en Mulipla-version med denne type PSU.

Over tid dukkede lignende modeller op i rækken af ​​Opel (Astra og Zafira Bi Fuel til LPG- og CNG-versioner), PSA (Peugeot 406 LPG og Citroen Xantia LPG) og VW (Golf Bifuel). Volvo betragtes som en klassiker på dette område og producerer varianter af S60, V70 og S80, der kan køre på både naturgas og biogas og LPG. Alle disse køretøjer er udstyret med gasindsprøjtningssystemer ved hjælp af specielle injektorer, med elektronisk processtyring og brændstofkompatible mekaniske komponenter såsom ventiler og stempler. Brændstoftanke til komprimeret naturgas kan modstå et tryk på 700 bar, selvom selve gassen opbevares i dem ved et tryk på højst 200 bar.

BMW

BMW er en velkendt fortaler for bæredygtige brændstoffer og har i mange år udviklet forskellige drivlinjer til køretøjer med alternative kilder. Tilbage i begyndelsen af ​​90'erne skabte det bayerske firma modeller af 316g- og 518g-serien, som bruger naturgas som brændstof. I sin seneste udvikling besluttede virksomheden at eksperimentere med fundamentalt nye teknologier og udviklede sammen med den tyske kølekoncern Linde, Aral-olieselskabet og energiselskabet E.ON Energy et projekt for anvendelse af flydende gasser. Projektet udvikler sig i to retninger: den første er udviklingen af ​​forsyninger af flydende brint, og den anden er brugen af ​​flydende naturgas. Brugen af ​​flydende brint betragtes stadig som en lovende teknologi, som vi vil tale om senere, men systemet til opbevaring og brug af flydende naturgas er ret reelt og kan omsættes i praksis i bilindustrien i de næste par år.

Samtidig afkøles naturgassen til en temperatur på -161 grader og kondenserer under et tryk på 6-10 bar, mens den går over i væskefasen. Tanken er meget mere kompakt og lettere end komprimerede gasflasker og er praktisk talt en kryogen termokande lavet af superisolerende materialer. Takket være moderne Linde-teknologi kan flydende metan på trods af de meget tynde og lette tankvægge uden problemer opbevares i denne tilstand i op til to uger, selv i varmt vejr og uden behov for køling. Den første LNG-tankstation med en investering på 400 € er allerede i drift i München.

Forbrændingsprocesser i gasformige brændstofmotorer

Som allerede nævnt indeholder naturgas hovedsageligt metan og flydende petroleumsgas - propan og butan i forhold, der afhænger af årstiden. Efterhånden som molekylvægten stiger, falder modstandsdygtigheden over for stød af paraffiniske (ligekædede) carbonhydridforbindelser såsom methan, ethan og propan, molekylerne bryder lettere fra hinanden, og flere peroxider akkumuleres. Dieselmotorer bruger således dieselbrændstof frem for benzin, da selvantændelsestemperaturen er lavere i det førstnævnte tilfælde.

Metan har det højeste forhold mellem brint og kulstof af enhver kulbrinte, hvilket i praksis betyder, at metan for samme vægt har den højeste energiværdi af ethvert kulbrinte. Forklaringen på denne kendsgerning er kompleks og kræver en vis viden om relationers kemi og energi, så vi vil ikke beskæftige os med det. Det er tilstrækkeligt at sige, at et stabilt metanmolekyle giver et oktantal på omkring 130.

Af denne grund er forbrændingshastigheden af ​​metan meget langsommere end for benzin, de små molekyler tillader metan at brænde mere fuldstændigt, og dens gasformige tilstand resulterer i mindre olieudvaskning fra cylindervæggene i kolde motorer sammenlignet med benzinblandinger. . Propan har på den anden side et oktantal på 112, hvilket stadig er højere end de fleste benziner. Dårlige propan-luftblandinger brænder ved en lavere temperatur end benzin, men rige kan føre til termisk overbelastning af motoren, da propan ikke har benzinens køleegenskaber på grund af dets indtræden i cylindrene i gasform.

Dette problem er allerede løst ved brug af systemer med direkte indsprøjtning af flydende propan. Fordi propan let bliver flydende, er det nemt at bygge et system til at opbevare det i en bil, og der er ingen grund til at opvarme indsugningsmanifoldene, fordi propan ikke kondenserer, som benzin gør. Dette forbedrer igen den termodynamiske effektivitet af motoren, hvor det er sikkert at bruge termostater, der holder en lavere kølevæsketemperatur. Den eneste væsentlige ulempe ved gasformige brændstoffer er, at hverken metan eller propan har en smørende effekt på udstødningsventiler, så eksperter siger, at det er et "tørt brændstof", der er godt for stempelringe, men dårligt for ventiler. Du kan ikke stole på gasser til at levere de fleste additiver til motorens cylindre, men motorer, der kører på disse brændstoffer, behøver ikke så mange additiver som benzinmotorer. Blandingskontrol er en meget vigtig faktor i gasmotorer, da rige blandinger resulterer i højere udstødningsgastemperaturer og ventiloverbelastning, mens dårlige blandinger skaber et problem ved at sænke den i forvejen lave forbrændingshastighed, hvilket igen er en forudsætning for termisk ventiloverbelastning. . Kompressionsforholdet i propanmotorer kan nemt øges med to eller tre enheder, og i metan - endnu mere. Den resulterende stigning i nitrogenoxider opvejes af lavere emissioner samlet set. Den optimale propanblanding er lidt "fattigere" - 15,5:1 (luft til brændstof) versus 14,7:1 for benzin, og dette tages i betragtning ved design af fordampere, måleanordninger eller indsprøjtningssystemer. Fordi både propan og metan er gasser, behøver motorer ikke at berige blandinger under koldstart eller acceleration.

Overhalingsvinklen for tændingen beregnes på en anden kurve end benzinmotorer - ved lave omdrejninger bør tændingsoverhalingen være højere på grund af langsommere forbrænding af metan og propan, men ved høje hastigheder skal benzinmotorer øges mere. blanding (forbrændingshastigheden af ​​benzin reduceres på grund af den korte tid af forflammereaktioner - det vil sige dannelsen af ​​peroxider). Derfor har gasmotorers elektroniske tændingskontrolsystemer en helt anden algoritme.

Metan og propan øger også kravene til højspændings tændrørselektroder - en "tørrere" blanding er "sværere" at gennembore end en gnist, fordi den er en mindre ledende elektrolyt. Derfor er afstanden mellem elektroderne på tændrør, der er egnet til sådanne motorer, normalt anderledes, spændingen er højere, og generelt er spørgsmålet om tændrør mere komplekst og subtilt end for benzinmotorer. Lambdasonder anvendes i de mest moderne gasmotorer for at opnå en kvalitetsmæssig optimal blandingsdosering. At have tændingssystemer på to separate kurver er især vigtigt for køretøjer udstyret med bivalente systemer (til naturgas og benzin), da det sparsomme netværk af naturgaspåfyldningspunkter ofte kræver tvungen brug af benzin.

Det optimale kompressionsforhold for naturgas er omkring 16:1, og det ideelle luft-brændstofforhold er 16,5:1, vil miste omkring 15% af sin potentielle effekt. Ved anvendelse af naturgas reduceres mængden af ​​kulilte (CO) og kulbrinter (HC) i udstødningsgasserne med 90 % og nitrogenoxider (NOx) med omkring 70 % sammenlignet med emissioner fra konventionelle benzinmotorer. Olieskiftintervallet for gasmotorer er normalt fordoblet.

gas-diesel

I de seneste par år er dual-fuel brændstofforsyningssystemer blevet stadig mere populære. Jeg skynder mig at bemærke, at vi ikke taler om "bivalente" motorer, der kører skiftevis på gas eller benzin og har tændrør, men om specielle dieselgassystemer, hvor en del af dieselbrændstoffet erstattes af naturgas, der leveres af et separat strømsystem. Denne teknik er baseret på standard dieselmotorer.

Driftsprincippet bygger på, at metan har en selvantændelsestemperatur over 600 grader – dvs. over en temperatur på ca. 400-500 grader ved afslutningen af ​​dieselmotorens kompressionscyklus. Det betyder til gengæld, at metan-luftblandingen ikke antændes af sig selv, når den komprimeres i cylindrene, og det indsprøjtede dieselbrændstof, der antændes ved omkring 350 grader, bruges som en slags tændrør. Systemet kunne køre udelukkende på metan, men i dette tilfælde ville det være nødvendigt at installere et elektrisk system og et tændrør. Typisk stiger procentdelen af ​​metan med belastning, i tomgang kører bilen på diesel, og ved høj belastning når metan/diesel-forholdet 9/1. Disse proportioner kan også ændres i henhold til det foreløbige program.

Nogle virksomheder producerer dieselmotorer med den såkaldte. "Micropilot" kraftsystemer, hvor dieselsystemets rolle er begrænset til indsprøjtning af en lille mængde brændstof, der kun er nødvendig for at antænde metan. Derfor kan disse motorer ikke fungere autonomt på diesel og bruges normalt i industrikøretøjer, biler, busser og skibe, hvor dyrt omudstyr er økonomisk berettiget - efter dets slid fører dette til betydelige besparelser, motorens levetid. stiger markant, og udledningen af ​​skadelige gasser reduceres markant. Mikropilotmaskiner kan fungere på både flydende og komprimeret naturgas.

Systemtyper, der anvendes til valgfri installation

Udvalget af gasformige brændstofforsyningssystemer vokser konstant. I princippet kan arter opdeles i flere typer. For propan og metan er disse atmosfæriske omrørte systemer, gasfase-injektionssystemer og væskefase-injektionssystemer. Fra et teknisk synspunkt kan propan-butan injektionssystemer opdeles i flere generationer:

Første generation er systemer uden elektronisk styring, hvor gassen blandes i en simpel blander. Disse er normalt udstyret med gamle karburatormotorer.

Anden generation er en injektion med én dyse, en analog lambdasonde og en trevejskatalysator.

Tredje generation er en indsprøjtning med en eller flere dyser (én pr. cylinder), med mikroprocessorstyring og tilstedeværelsen af ​​både et selvlærende program og en selvdiagnosekodetabel.

Fjerde generation er sekventiel (cylindrisk) indsprøjtning afhængig af stemplets position, med antallet af dyser svarende til antallet af cylindre og med feedback gennem en lambdasonde.

Femte generation - flerpunkts sekventiel indsprøjtning med feedback og kommunikation med en mikroprocessor til styring af benzinindsprøjtning.

I de mest moderne systemer gør "gas"-computeren fuld brug af dataene fra hovedmikroprocessoren til at styre benzinmotorens parametre, inklusive indsprøjtningstid. Datatransmission og -styring er også fuldt koblet til benzin-hovedprogrammet, hvilket undgår behovet for at oprette hele XNUMXD-gasindsprøjtningskort for hver bilmodel – den smarte enhed læser blot programmerne fra benzinprocessoren. og tilpasser dem til gasindsprøjtning.