Proovisõidu alternatiivid: OSA 2 – Autod

Kui teil on võimalus öösel üle Lääne-Siberi lennata, näete läbi akna groteskset vaatepilti, mis meenutab Kuveidi kõrbe pärast Saddami vägede väljaviimist esimese Iraagi sõja ajal. Maastik on täis tohutuid põlevaid "tõrvikuid", mis on ilmekas tõestus selle kohta, et paljud Venemaa naftatootjad peavad naftamaardlate otsimisel maagaasi endiselt kõrvalsaaduseks ja tarbetuks tooteks ...

Eksperdid usuvad, et see raiskamine peatatakse lähitulevikus. Aastaid peeti maagaasi üleliigseks tooteks ja see põletati või lihtsalt eraldati atmosfääri. Hinnanguliselt on ainuüksi Saudi Araabia nafta tootmise käigus ainuüksi üle 450 miljoni kuupmeetri maagaasi ladestanud või põletanud ...

Samal ajal on protsess vastupidine - enamik kaasaegseid naftaettevõtteid on maagaasi tarbinud juba pikka aega, mõistes selle toote väärtust ja tähtsust, mis võib tulevikus ainult kasvada. Selline vaade asjadele on eriti iseloomulik USA-le, kus vastupidiselt juba ammendunud naftavarudele on endiselt suured gaasimaardlad. Viimane asjaolu peegeldub automaatselt tohutu riigi tööstustaristus, mille töö on mõeldamatu ilma autodeta, veelgi enam ilma suurte veoautode ja bussideta. Välismaal on üha rohkem transpordiettevõtteid, kes uuendavad oma veoautoparkide diiselmootoreid, et need töötaksid nii kombineeritud gaas-diiselsüsteemidega kui ka ainult sinise kütusega. Üha enam laevu läheb üle maagaasile.

Vedelkütuse hindade taustal kõlab metaani hind fantastiliselt ja paljud hakkavad kahtlema, et siin on konks – ja seda põhjusega. Arvestades, et kilogrammi metaani energiasisaldus on suurem kui kilogrammi bensiini oma ja et üks liiter (s.o üks kuupdetsimeeter) bensiini kaalub alla kilogrammi, võib igaüks järeldada, et kilogramm metaani sisaldab palju rohkem. energiat kui liiter bensiini. On selge, et isegi ilma selle näilise arvude segaduse ja ebamääraste erinevusteta maksab maagaasil või metaanil töötava auto juhtimine teile palju vähem raha kui bensiiniga töötava auto juhtimine.

Aga siin on klassikaline suur “AGA”… Miks, kuna “petu” on nii suur, ei kasuta meie riigis peaaegu keegi autokütusena maagaasi ja Bulgaarias selle kasutamiseks kohandatud autod on haruldasemad. nähtus kängurust männi Rodope mäeni? Sellele täiesti normaalsele küsimusele ei anna vastust tõsiasi, et gaasitööstus areneb üle maailma meeletu tempoga ja seda peetakse praegu vedelatele naftakütustele ohutuimaks alternatiiviks. Vesinikmootorite tehnoloogial on veel ebakindel tulevik, vesinikmootorite silindrisisene juhtimine on äärmiselt keeruline ja veel pole selge, milline on ökonoomne meetod puhta vesiniku eraldamiseks. Selle taustal on metaani tulevik pehmelt öeldes hiilgav – seda enam, et poliitiliselt turvalistes riikides on tohutult maagaasi lademeid, et uued tehnoloogiad (mainitud eelmises numbris maagaasi krüogeensest veeldamisest ja keemiliseks muundamiseks). vedelikud) muutuvad odavamaks, samas kui klassikaliste süsivesiniktoodete hind kasvab. Rääkimata sellest, et metaanil on kõik võimalused saada tuleviku kütuseelementide peamiseks vesinikuallikaks.

Autokütustena süsivesinikgaaside hülgamise tegelik põhjus on aastakümnete jooksul endiselt madalad naftahinnad, mis on lükanud autotehnika ja sellega seotud maanteetranspordi infrastruktuuri arendamise bensiini- ja diiselmootorite energia pakkumise poole. Selle üldise trendi taustal on gaasikütuse kasutamise katsed pigem juhuslikud ja tähtsusetud.

Isegi pärast Teise maailmasõja lõppu põhjustas vedelkütuste nappus Saksamaal kõige lihtsamate maagaasi kasutamise süsteemidega varustatud autode tekkimist, mis on küll palju primitiivsemad, kuid erinevad vähe Bulgaaria taksode tänapäeval kasutatavatest süsteemidest. gaasiballoonidest ja reduktoritest. Gaasikütused omandasid suurema tähtsuse kahe naftakriisi ajal aastatel 1973 ja 1979-80, kuid ka siis saab rääkida vaid lühikestest sähvatustest, mis jäid peaaegu märkamatuks ega viinud selles valdkonnas märkimisväärse arenguni. Sellest viimasest ägedast kriisist alates on vedelkütuse hinnad olnud enam kui kaks aastakümmet püsinud püsivalt madalad, ulatudes 1986. ja 1998. aastal absurdselt madalate hindadeni 10 dollarini barrelist. On selge, et selline olukord ei saa stimuleerivalt mõjutada alternatiivseid gaasikütuseid ...

11. sajandi alguses on turuolukord järk-järgult, kuid kindlalt teises suunas liikumas. Pärast 2001. aasta septembri XNUMX-i terrorirünnakuid oli naftahindades järk-järguline, kuid püsiv tõusutrend, mis Hiina ja India suurenenud tarbimise ning uute hoiuste leidmise raskuste tõttu jätkas tõusu. Autofirmad on aga palju ebamugavamad gaaskütustel töötavate autode masstootmise suunas. Selle kohmakuse põhjused võivad olla nii suurema osa traditsioonilise vedelkütusega harjunud tarbijate mõtlemise inertsist (näiteks eurooplaste jaoks jääb diislikütus kõige realistlikumaks alternatiiviks bensiinile) kui ka vajaduses tohutute investeeringute järele torujuhtme infrastruktuuri. ja kompressorjaamad. Kui see lisada autode endi keerukatele ja kallitele kütuse (eriti surugaasi) ladustamissüsteemidele, hakkab suur pilt selginema.

Teisest küljest muutuvad gaaskütusel töötavad jõujaamad mitmekesisemaks ja järgivad oma bensiinimootorite tehnoloogiat. Gaasi etteandjad kasutavad juba samu keerukaid elektroonilisi komponente kütuse süstimiseks vedelasse (veel harva) või gaasifaasi. Üha rohkem on ka seeriaautode mudeleid, mis on tehases seadistatud monovalentsele gaasivarustusele või gaasi/bensiini kahevarustuse võimalusega. Üha enam realiseerub veel üks gaaskütuste eelis - tänu oma keemilisele struktuurile on gaasid täielikumalt oksüdeerunud ning neid kasutavate autode heitgaaside kahjulike heitmete tase on palju madalam.

Uus algus

Läbimurre turule nõuab aga sihipäraseid ja otseseid rahalisi stiimuleid maagaasi kui sõidukikütuse lõppkasutajatele. Metaanimüüjad pakuvad Saksamaal klientide meelitamiseks maagaasiautode ostjatele juba eriboonuseid, mille iseloom tundub kohati lihtsalt uskumatu - näiteks Hamburgi gaasijaotusfirma hüvitab eraisikutele gaasi ostu. autosid teatud edasimüüjatelt üheks aastaks. Ainus tingimus kasutajale on sponsori reklaamkleebis oma autole kleepida...

Põhjust, miks Saksamaal ja Bulgaarias (mõlemas riigis tuleb valdav osa maagaasist torujuhtme kaudu Venemaalt) on maagaas teistest kütustest tunduvalt odavam, tuleks otsida mitmest legaalsest ruumist. Gaasi turuhind on loogiliselt seotud nafta hinnaga: nafta hinna tõustes tõuseb ka maagaasi hind, kuid bensiini ja gaasi hinnavahe lõpptarbija jaoks on peamiselt tingitud maagaasi madalamast maksustamisest. gaas. Näiteks Saksamaal on gaasi hind seaduslikult fikseeritud aastani 2020 ja selle “fikseerimise” skeem on järgmine: sel perioodil võib maagaasi hind kasvada koos nafta hinnaga, kuid selle proportsionaalne eelis võrreldes teiste energiaallikatega tuleb hoida konstantsel tasemel. On selge, et sellise reguleeritud õigusraamistiku, madalate hindade ja probleemide puudumisel "gaasimootorite" ehitamisel on selle turu kasvu ainsaks probleemiks endiselt arendamata bensiinijaamade võrk - tohutul Saksamaal, Näiteks selliseid punkte on ainult 300 ja Bulgaarias palju vähem.

Väljavaated selle infrastruktuuri puudujäägi täitmiseks paistavad praegu suurepärased – Saksamaal kavatseb Erdgasmobili ja Prantsuse naftahiiglase TotalFinaElfi ühendus investeerida suuri investeeringuid mitme tuhande uue tankla ehitusse ning Bulgaarias on mitu ettevõtet samalaadse ette võtnud. ülesanne. Võimalik, et peagi hakkab kogu Euroopa kasutama sama arenenud maa- ja vedelgaasi tanklate võrku nagu tarbijad Itaalias ja Hollandis – riikides, mille arengust selles valdkonnas rääkisime teile eelmises numbris.

Honda Civic GX

1997. aasta Frankfurdi autonäitusel tutvustas Honda Civic GX-i, väites, et see on maailma kõige keskkonnasõbralikum auto. Selgus, et jaapanlaste ambitsioonikas väljaütlemine pole lihtsalt järjekordne turundustrikk, vaid puhas tõde, mis on aktuaalne tänaseni ja mida on praktikas näha ka Civic GX viimases väljaandes. Auto on loodud töötama ainult maagaasil ja mootor on loodud gaaskütuse kõrge oktaanarvu täielikuks ärakasutamiseks. Pole üllatav, et seda tüüpi sõidukid suudavad praegu pakkuda madalamat heitgaasi taset, kui tulevase Euro 5 Euroopa majanduse jaoks nõutakse, või 90% madalamaid kui USA ULEV-d (ülimadala heitgaasiga sõidukid). . Honda mootor töötab ülimalt sujuvalt ning kõrge surveaste 12,5:1 kompenseerib maagaasi väiksemat mahulist energiaväärtust võrreldes bensiiniga. 120-liitrine paak on valmistatud komposiitmaterjalist ja ekvivalentne gaasikulu on 6,9 liitrit. Honda kuulus muutuva klapiajastussüsteem VTEC töötab hästi kütuse eriomadustega ja parandab veelgi mootori laetust. Maagaasi väiksema põlemiskiiruse ja asjaolu tõttu, et kütus on "kuiv" ja sellel ei ole määrdeomadusi, on klapipesad valmistatud spetsiaalsetest kuumakindlatest sulamitest. Kolvid on valmistatud ka tugevamatest materjalidest, kuna gaas ei suuda bensiini aurustudes silindreid jahutada.

Gaasifaasis olevatesse Honda GX voolikutesse süstitakse maagaasi, mis on 770 korda suurem kui samaväärne kogus bensiini. Honda inseneride suurimaks tehnoloogiliseks väljakutseks oli sellistes tingimustes ja eeldustes töötamiseks õigete pihustite loomine – optimaalse võimsuse saavutamiseks peavad pihustid hakkama saama keerulise ülesandega varustada samaaegselt vajalik kogus gaasi, milleks põhimõtteliselt süstitakse vedelat bensiini. See on probleem kõigi seda tüüpi mootorite puhul, kuna gaas hõivab palju suurema mahu, tõrjub osa õhust välja ja nõuab otse põlemiskambritesse süstimist.

Samal 1997. aastal demonstreeris Fiat ka sarnast Honda GX mudelit. Marea "kahevalentses" versioonis saab kasutada kahte tüüpi kütust – bensiini ja maagaasi ning gaasi pumpab teine, täiesti sõltumatu kütusesüsteem. Mootor käivitub alati vedelkütusel ja lülitub seejärel automaatselt gaasile. 1,6-liitrise mootori võimsus on 93 hj. gaasikütusega ja 103 hj. Koos. bensiini kasutamisel. Põhimõtteliselt töötab mootor peamiselt gaasiga, välja arvatud juhul, kui viimane saab otsa või juhil on selge soov bensiini kasutada. Kahjuks ei võimalda kahevalentse energia "kahekordne olemus" kõrge oktaanarvuga maagaasi eeliseid täiel määral ära kasutada. Fiat toodab praegu seda tüüpi toiteallikaga Mulipla versiooni.

Aja jooksul ilmusid sarnased mudelid Opeli (Astra ja Zafira Bi Fuel LPG ja CNG versioonidele), PSA (Peugeot 406 LPG ja Citroen Xantia LPG) ja VW (Golf Bifuel) valikusse. Volvot peetakse selles valdkonnas klassikaks, tootes S60, V70 ja S80 variante, mis on võimelised töötama nii maagaasil kui ka biogaasil ja LPG -l. Kõik need sõidukid on varustatud gaasi sissepritsesüsteemidega, mis kasutavad spetsiaalseid pihusteid, elektrooniliselt juhitavaid tehnoloogilisi protsesse ja kütusega ühilduvaid mehaanilisi komponente, nagu ventiilid ja kolvid. CNG kütusepaagid on kavandatud taluma survet 700 baari, kuigi gaasi ennast hoitakse seal rõhul mitte üle 200 baari.

BMW

BMW on tuntud säästvate kütuste eestkõneleja ja on aastaid arendanud erinevaid jõuallikaid alternatiivsete allikatega sõidukitele. 90ndate alguses lõi Baieri ettevõte 316g ja 518g seeria mudeleid, mis kasutavad kütusena maagaasi. Oma viimastes arendustes otsustas ettevõte katsetada põhimõtteliselt uusi tehnoloogiaid ning koos Saksa külmutuskontserni Linde, naftafirma Aral ja energiaettevõttega E.ON Energy töötasid välja veeldatud gaaside kasutamise projekti. Projekt areneb kahes suunas: esimene on veeldatud vesiniku tarnete arendamine ja teine ​​veeldatud maagaasi kasutamine. Veeldatud vesiniku kasutamist peetakse endiselt paljulubavaks tehnoloogiaks, millest räägime hiljem, kuid veeldatud maagaasi ladustamise ja kasutamise süsteem on üsna reaalne ja seda saab autotööstuses rakendada lähiaastatel.

Samal ajal jahutatakse maagaas temperatuurini -161 kraadi ja kondenseerub rõhul 6-10 baari, liikudes samal ajal vedelasse faasi. Mahuti on surugaasiballoonidega võrreldes palju kompaktsem ja kergem ning praktiliselt ülisolatsioonimaterjalidest valmistatud krüogeenne termos. Tänu kaasaegsele Linde tehnoloogiale saab vedelat metaani hoolimata väga õhukestest ja kergetest paagi seintest selles olekus kaks nädalat ilma probleemideta säilitada isegi kuuma ilmaga ja ilma külmutuseta. Münchenis töötab juba esimene veeldatud maagaasi tankla, mille ehitamisse investeeritakse 400 XNUMX eurot.

Põlemisprotsessid gaaskütusel töötavates mootorites

Nagu juba mainitud, sisaldab maagaas peamiselt metaani ja veeldatud naftagaas - propaani ja butaani aastaajast sõltuvates vahekordades. Molekulmassi suurenedes väheneb parafiinsete (sirgeahelaliste) süsivesinike ühendite, nagu metaan, etaan ja propaan, löögikindlus, molekulid lagunevad kergemini ja koguneb rohkem peroksiide. Seega kasutavad diiselmootorid pigem diislikütust kui bensiini, kuna esimesel juhul on isesüttimistemperatuur madalam.

Metaanil on kõigist süsivesinikest kõige suurem vesiniku / süsiniku suhe, mis praktikas tähendab, et sama kaalu korral on metaanil süsivesinike seas kõrgeim energeetiline väärtus. Selle fakti seletus on keeruline ja nõuab teatud teadmisi suhete keemiast ja energiast, nii et me ei hakka sellega tegelema. Piisab öelda, et stabiilne metaani molekul annab oktaanarvuks umbes 130.

Sel põhjusel on metaani põlemiskiirus bensiini omast palju madalam, väikesed molekulid võimaldavad metaanil täielikumalt põleda ning selle gaasiline olek viib külmades mootorites silindri seintelt vähem õli leostuma kui bensiinisegud. ... Propaani oktaanarv on omakorda 112, mis on endiselt suurem kui enamikul bensiinidel. Halvad propaani-õhu segud põlevad madalamal temperatuuril kui bensiin, kuid rikkad segud võivad põhjustada mootori termilist ülekoormust, kuna propaanil pole gaasi kujul silindritesse sisenemise tõttu bensiini jahutavaid omadusi.

See probleem on juba lahendatud vedela propaani otsepritsega süsteemide kasutamisega. Kuna propaan vedeldub kergesti, on lihtne ehitada süsteemi selle hoidmiseks autos ja sisselaskekollektoreid pole vaja soojendada, sest propaan ei kondenseeru nagu bensiin. See omakorda parandab mootori termodünaamilist efektiivsust, kus on ohutu kasutada termostaate, mis hoiavad jahutusvedeliku madalamat temperatuuri. Gaaskütuste ainsaks oluliseks miinuseks on asjaolu, et metaanil ega propaanil ei ole väljalaskeklappide määrivat toimet, mistõttu on ekspertide sõnul tegemist "kuiva kütusega", mis sobib hästi kolvirõngastele, aga halb klappidele. Suurema osa lisaainetest mootori silindritesse viimisel ei saa loota gaasidele, kuid nendel kütustel töötavad mootorid ei vaja nii palju lisaaineid kui bensiinimootorid. Segu reguleerimine on gaasimootorites väga oluline tegur, kuna rikaste segude tulemuseks on kõrgem heitgaasi temperatuur ja klapi ülekoormus, kehvad segud aga tekitavad probleemi, vähendades niigi madalat põlemiskiirust, mis on jällegi termilise ventiili ülekoormuse eelduseks. Propaanmootorite surveastet saab hõlpsasti suurendada kahe või kolme ühiku võrra ja metaanis - veelgi rohkem. Sellest tuleneva lämmastikoksiidide sisalduse suurenemise kompenseerib üldised heitkogused. Optimaalne propaanisegu on veidi "vaesem" - 15,5:1 (õhk-kütus) versus 14,7:1 bensiini puhul ja seda võetakse arvesse aurustite, mõõteseadmete või sissepritsesüsteemide projekteerimisel. Kuna nii propaan kui metaan on gaasid, ei pea mootorid külmkäivituse või kiirendamise ajal segusid rikastama.

Süüte möödasõidunurka arvutatakse teistsugusel kõveral kui bensiinimootoritel - madalatel pööretel peaks süüte möödalask olema suurem metaani ja propaani aeglasema põlemise tõttu, kuid suurel kiirusel vajavad bensiinimootorid rohkem tõstmist. segu (bensiini põlemiskiirus väheneb leegieelsete reaktsioonide lühikese aja tõttu - see tähendab peroksiidide moodustumist). Seetõttu on gaasimootorite elektroonilistel süütejuhtimissüsteemidel täiesti erinev algoritm.

Metaan ja propaan suurendavad ka nõudeid kõrgepinge süüteküünla elektroodidele – "kuivemat" segu on "raskem" läbistada kui sädet, kuna see on vähem juhtiv elektrolüüt. Seetõttu on sellistele mootoritele sobivate küünalde elektroodide vaheline kaugus tavaliselt erinev, pinge on kõrgem ja üldiselt on süüteküünalde küsimus keerulisem ja peenem kui bensiinimootorite puhul. Lambda-sonde kasutatakse kõige kaasaegsemates gaasimootorites, et tagada segu kvaliteedi optimaalne doseerimine. Süütesüsteemide omamine kahel erineval kõveral on eriti oluline kahevalentsete süsteemidega (maagaasi ja bensiini jaoks) varustatud sõidukite puhul, kuna maagaasi tankimispunktide hõre võrk nõuab sageli bensiini sundkasutamist.

Maagaasi optimaalne surveaste on umbes 16:1 ja ideaalne õhu-kütuse suhe on 16,5:1. kaotab umbes 15% oma potentsiaalsest võimsusest. Maagaasi kasutamisel väheneb süsinikmonooksiidi (CO) ja süsivesinike (HC) kogus heitgaasides 90% ning lämmastikoksiidide (NOx) kogus võrreldes tavaliste bensiinimootorite heitgaasidega umbes 70%. Gaasimootorite õlivahetuse intervall on tavaliselt kahekordne.

Gaas-diisel

Viimastel aastatel on kahekütuselise kütuse kohaletoimetamise süsteemid muutunud üha populaarsemaks. Kiirustan märkima, et me ei räägi mitte "kahevalentsetest" mootoritest, mis töötavad vaheldumisi bensiinil või bensiinil ja millel on süüteküünlad, vaid spetsiaalsetest diisel-gaasisüsteemidest, kus osa diislikütusest asendatakse eraldi elektrisüsteemi tarnitava maagaasiga. See tehnoloogia põhineb tavalistel diiselmootoritel.

Toimimispõhimõte põhineb sellel, et metaani isesüttimistemperatuur on üle 600 kraadi – s.t. diiselmootori kompressioonitsükli lõpus üle 400–500 kraadi. See omakorda tähendab, et metaani-õhu segu ei sütti silindrites kokkusurumisel iseenesest ning sissepritsitud diislikütust, mis süttib umbes 350 kraadi juures, kasutatakse omamoodi süüteküünlana. Süsteem võiks töötada täielikult metaanil, kuid sel juhul oleks vaja paigaldada elektrisüsteem ja süüteküünal. Tavaliselt suureneb metaani protsent koormusega, tühikäigul sõidab auto diisliga ja suurel koormusel ulatub metaani/diisli suhe 9/1-ni. Neid proportsioone saab ka vastavalt eelprogrammile muuta.

Mõned ettevõtted toodavad diiselmootoreid nn. "Mikropiloodi" jõusüsteemid, milles diiselsüsteemi roll piirdub väikese koguse kütuse sissepritsega, mis on vajalik ainult metaani süütamiseks. Seetõttu ei saa need mootorid diislikütusel autonoomselt töötada ja neid kasutatakse tavaliselt tööstussõidukites, autodes, bussides ja laevades, kus kulukas ümbervarustus on majanduslikult põhjendatud – pärast kulumist toob see kaasa märkimisväärse kokkuhoiu, mootori tööea. suureneb oluliselt ja kahjulike gaaside heitkogused vähenevad oluliselt. Mikropilootmasinad võivad töötada nii veeldatud kui ka surumaagaasil.

Täiendavaks paigaldamiseks kasutatavate süsteemide tüübid

Gaaskütuste gaasivarustussüsteemide mitmekesisus kasvab pidevalt. Põhimõtteliselt võib liike jagada mitut tüüpi. Propaani ja metaani kasutamisel on need segatud ja atmosfäärirõhusüsteemid, gaasifaasi sissepritsesüsteemid ja vedelfaasi sissepritsesüsteemid. Tehnilisest vaatepunktist võib propaan-butaani sissepritsesüsteemid jagada mitmeks põlvkonnaks:

Esimene põlvkond on ilma elektroonilise juhtimiseta süsteemid, milles gaas segatakse lihtsas segistis. Need on tavaliselt varustatud vanade karburaatormootoritega.

Teine põlvkond on ühe otsiku, analoog lambda-sondi ja kolmekäigulise katalüsaatoriga sissepritse.

Kolmas põlvkond on süstimine ühe või mitme düüsiga (üks silindri kohta), mikroprotsessori juhtimisega ja nii iseõppiva programmi kui ka enesediagnostika kooditabeli olemasoluga.

Neljas põlvkond on järjestikune (silindriline) sissepritse sõltuvalt kolvi asendist, düüside arv on võrdne silindrite arvuga ja tagasisidega lambda-sondi kaudu.

Viies põlvkond - mitmepunktiline järjestikune sissepritse tagasisidega ja side mikroprotsessoriga bensiini sissepritse juhtimiseks.

Kõige kaasaegsemates süsteemides kasutab "gaasi" arvuti täielikult peamise mikroprotsessori andmeid, et juhtida bensiinimootori parameetreid, sealhulgas sissepritse aega. Andmeedastus ja juhtimine on samuti täielikult seotud bensiini põhiprogrammiga, mis välistab vajaduse luua iga automudeli jaoks terveid XNUMXD gaasi sissepritsekaarte – nutiseade loeb programme lihtsalt bensiiniprotsessorilt. ja kohandab need gaasi sissepritsega.