Alternatives: PARTIE 2 & # 8212; Voitures

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Si vous avez l'occasion de survoler la Sibérie occidentale la nuit, par la fenêtre vous verrez un spectacle grotesque, rappelant le désert koweïtien après le retrait des troupes de Saddam lors de la première guerre en Irak. Le paysage est jonché d'énormes «torches» allumées, ce qui est une preuve éclatante que de nombreux producteurs de pétrole russes considèrent toujours le gaz naturel comme un sous-produit et un produit inutile dans la recherche de gisements de pétrole ...

Les experts estiment que ces déchets seront stoppés dans un proche avenir. Pendant de nombreuses années, le gaz naturel était considéré comme un produit excédentaire et était brûlé ou simplement rejeté dans l'atmosphère. On estime que jusqu'à présent, l'Arabie saoudite à elle seule a jeté ou brûlé plus de 450 millions de mètres cubes de gaz naturel pendant la production de pétrole ...

Dans le même temps, le processus est inversé - la majorité des compagnies pétrolières modernes utilisent le gaz naturel depuis longtemps, réalisant la valeur de ce produit et son importance, qui ne feront qu'augmenter à l'avenir. Cette vision des choses est particulièrement caractéristique des États-Unis, où, contrairement aux réserves pétrolières déjà en voie d'épuisement, il existe encore de grands gisements de gaz. Cette dernière circonstance se reflète automatiquement dans l'infrastructure industrielle d'un immense pays, dont le travail est inconcevable sans voitures, et encore plus sans gros camions et bus. De plus en plus d'entreprises de transport à l'étranger modernisent les moteurs diesel de leur flotte de camions pour fonctionner à la fois avec des systèmes combinés gaz-diesel et uniquement avec du carburant bleu. De plus en plus de navires passent au gaz naturel.

Dans le contexte des prix des carburants liquides, le prix du méthane semble fantastique, et beaucoup commencent à douter qu'il y ait un piège - et non sans raison. Considérant que le contenu énergétique par kilogramme de méthane est plus élevé que par kilogramme d'essence, et un litre (c.-à-d. un décimètre cube) d'essence pèse moins d'un kilogramme, tout le monde peut conclure qu'un kilogramme de méthane contient beaucoup plus d'énergie qu'un litre d'essence. Naturellement, même sans ce fouillis évident de chiffres et d'inégalités indéfinies, conduire une voiture fonctionnant au gaz naturel ou au méthane vous coûtera beaucoup moins cher que de conduire une voiture à essence.

Mais voici le grand classique "MAIS" ... Pourquoi, puisque l '"arnaque" est si grande, presque personne dans notre pays n'utilise le gaz naturel comme carburant pour véhicule, et les voitures adaptées à son utilisation en Bulgarie sont moins courantes. un phénomène des kangourous à la montagne de pins des Rhodopes? La réponse à cette question parfaitement normale n'est pas donnée par le fait que l'industrie du gaz dans le monde se développe à un rythme effréné et est actuellement considérée comme l'alternative la plus sûre au mazout liquide. La technologie des moteurs à hydrogène a encore des prévisions peu claires pour l'avenir, le contrôle des processus dans les cylindres des moteurs à "hydrogène" est extrêmement difficile et la question de savoir quelle méthode économique d'extraction d'hydrogène pur n'est pas encore claire. Dans ce contexte, l'avenir du méthane, pour le dire légèrement, est brillant - d'autant plus qu'il existe d'énormes gisements de gaz naturel dans des pays politiquement sûrs, que les nouvelles technologies (mentionnées dans le numéro précédent de la liquéfaction cryogénique et de la transformation chimique du gaz naturel en liquide) deviennent moins chères, tandis que le prix de l'hydrocarbure classique les produits se développent. Sans parler du fait que le méthane a toutes les chances de devenir la principale source d'hydrogène des piles à combustible du futur.

La vraie raison de l'abandon des gaz d'hydrocarbures en tant que carburant pour véhicules reste les bas prix du pétrole depuis des décennies, qui ont poussé le développement de la technologie automobile et des infrastructures de transport routier associées vers la fourniture d'énergie pour les moteurs à essence et diesel. Dans le contexte de cette tendance générale, les tentatives d'utilisation du gaz combustible sont plutôt sporadiques et insignifiantes.

Même après la fin de la Seconde Guerre mondiale, la pénurie de carburants liquides en Allemagne a conduit à l'émergence de voitures équipées des systèmes les plus simples d'utilisation du gaz naturel, qui, bien que beaucoup plus primitifs, diffèrent peu des systèmes utilisés par les taxis bulgares aujourd'hui. à partir de bouteilles de gaz et de réducteurs. Les carburants gaziers ont gagné en importance lors des deux crises pétrolières de 1973 et 1979-80, mais même alors, on ne peut parler que de courtes rafales qui sont passées presque inaperçues et n'ont pas conduit à un développement significatif dans ce domaine. Depuis plus de deux décennies depuis cette crise aiguë la plus récente, les prix des carburants liquides sont restés obstinément bas, atteignant des prix absurdement bas en 1986 et 1998 à 10 dollars le baril. Il est clair qu'une telle situation ne peut avoir un effet stimulant sur les types alternatifs de combustibles gazeux ...

Au début du XIe siècle, la situation du marché évolue progressivement mais sûrement dans une direction différente. À la suite des attentats terroristes du 2001 de septembre XNUMX, il y a eu une tendance à la hausse graduelle mais constante des prix du pétrole, qui a continué d'augmenter en raison de la consommation accrue de la Chine et de l'Inde et des difficultés à trouver de nouveaux gisements. Cependant, les constructeurs automobiles sont beaucoup plus gênants dans le sens de la production de masse de voitures adaptées pour fonctionner aux carburants gazeux. Les raisons de cette lourdeur peuvent être trouvées à la fois dans l'inertie de la pensée de la majorité des consommateurs habitués au carburant liquide traditionnel (pour les Européens par exemple, le diesel reste l'alternative la plus réaliste à l'essence), et dans la nécessité d'investissements massifs dans les infrastructures de canalisations. et les stations de compression. Lorsque cela est ajouté aux systèmes de stockage complexes et coûteux du carburant (en particulier du gaz naturel comprimé) dans les voitures elles-mêmes, la vue d'ensemble commence à s'éclaircir.

En revanche, les systèmes de propulsion à carburant gazeux se diversifient et suivent la technologie de leurs homologues à essence. Les doseurs de gaz utilisent déjà les mêmes composants électroniques sophistiqués pour injecter du carburant dans la phase liquide (encore rare) ou gazeuse. De plus, de plus en plus de modèles de voitures de série avec un réglage d'usine pour une alimentation en gaz monovalent ou avec la possibilité d'une double alimentation en gaz / essence apparaissent. De plus en plus, un autre avantage des carburants gazeux se concrétise: en raison de sa structure chimique, les gaz sont plus complètement oxydés et le niveau d'émissions nocives dans les gaz d'échappement des voitures qui les utilisent est beaucoup plus faible.

Un nouveau départ

Cependant, pour pénétrer le marché, il sera nécessaire d'appliquer des incitations financières ciblées et directes aux utilisateurs finaux de gaz naturel comme carburant pour véhicules. Pour attirer les clients, les vendeurs de méthane en Allemagne offrent déjà aux acheteurs de voitures à essence des primes spéciales, dont la nature semble parfois tout simplement incroyable - par exemple, la société de distribution de gaz de Hambourg rembourse les particuliers pour leurs achats de gaz. les voitures des concessionnaires désignés pour une période d'un an. La seule condition pour l'utilisateur est de coller la vignette publicitaire du sponsor sur sa voiture ...

La raison pour laquelle le gaz naturel en Allemagne et en Bulgarie (dans les deux pays, la grande majorité du carburant bleu provient de la Russie) est beaucoup moins cher que les autres carburants se trouve dans un certain nombre de conditions juridiques. Le prix du marché du gaz est logiquement lié au prix du pétrole: à mesure que le prix du pétrole augmente, il en va de même pour le prix du carburant bleu, mais la différence de prix de l'essence et du gaz pour le consommateur final est principalement liée à la baisse de la taxation du gaz naturel. En Allemagne, par exemple, le prix du gaz est légalement fixé jusqu'en 2020, et le schéma de cette «fixation» est le suivant - pendant la période spécifiée, le prix du gaz naturel peut augmenter avec le prix du pétrole, mais son avantage proportionnel par rapport aux autres sources d'énergie doit être maintenu à niveau constant. Il est clair qu'avec un tel cadre juridique réglementé, des prix bas et l'absence de problèmes dans la construction de "moteurs à gaz", le seul problème pour la croissance de ce marché est le réseau sous-développé de stations-service - dans l'immense Allemagne, par exemple, il n'y a que 300 points de ce type, et en Bulgarie, il y en a beaucoup. plus petite.

Les perspectives d'élimination de ce déficit infrastructurel pour le moment semblent grandes - en Allemagne, l'association d'Erdgasmobil et du géant pétrolier français TotalFinaElf a l'intention d'investir d'énormes fonds dans la construction de plusieurs milliers de nouvelles stations-service et en Bulgarie, plusieurs entreprises ont entrepris une tâche similaire. Il est possible que toute l'Europe utilisera bientôt le même réseau développé de stations-service pour le gaz de pétrole naturel et liquéfié, que les consommateurs en Italie et aux Pays-Bas, pays dont nous vous avons dit le développement dans ce domaine dans le numéro précédent.

Honda Civic GX

Au Salon de l'automobile de Francfort en 1997, Honda a dévoilé la Civic GX, affirmant qu'il s'agissait de la voiture la plus écologique au monde. Il s'est avéré que la déclaration ambitieuse du Japon n'est pas simplement un autre gadget marketing, mais la vérité, qui reste d'actualité à ce jour, et peut être vue en pratique dans la dernière édition de la Civic GX. Le véhicule est conçu pour fonctionner uniquement au gaz naturel, et le moteur est conçu pour tirer pleinement parti de l'indice d'octane élevé du carburant gazeux. Sans surprise, les véhicules de ce type peuvent aujourd'hui offrir des niveaux d'émissions d'échappement inférieurs à ceux exigés dans la future économie européenne Euro 5, ou 90% inférieurs aux ULEV américains (véhicules à très faibles émissions). . Le moteur Honda fonctionne extrêmement bien et le taux de compression élevé de 12,5: 1 compense la valeur énergétique volumétrique inférieure du gaz naturel par rapport à l'essence. Le réservoir de 120 litres est en matériau composite et la consommation d'essence équivalente est de 6,9 ​​litres. Le célèbre système de distribution variable des soupapes Honda VTEC fonctionne parfaitement avec les propriétés spéciales du carburant et améliore encore la charge du moteur. En raison de la vitesse de combustion plus faible du gaz naturel et du fait que le carburant est «sec» et n'a pas de propriétés lubrifiantes, les sièges de soupape sont constitués d'alliages spéciaux résistant à la chaleur. Les pistons sont également faits de matériaux plus résistants, car le gaz ne peut pas refroidir les cylindres lorsqu'il s'évapore comme l'essence.

Les tuyaux du Honda GX sont injectés avec du gaz naturel en phase gazeuse, dont le volume est 770 fois celui de la quantité équivalente d'essence. Le plus grand défi technologique pour les ingénieurs Honda était de créer les bons injecteurs pour fonctionner dans ces conditions et conditions préalables - afin d'obtenir une puissance optimale, les injecteurs doivent faire face à la tâche difficile de fournir simultanément la quantité de gaz requise, pour laquelle, en principe, de l'essence liquide est injectée. C'est un problème pour tous les moteurs de ce type, car le gaz occupe un volume beaucoup plus important, déplace une partie de l'air et nécessite une injection directement dans les chambres de combustion.

Dans le même 1997 décret Un modèle similaire Honda GX a également été présenté. La version «bivalente» du Marea peut utiliser deux types de carburant - l'essence et le gaz naturel, et le gaz est pompé par un deuxième système d'alimentation complètement indépendant. Le moteur démarre toujours au carburant liquide, puis passe automatiquement au gaz. Le moteur 1,6 litre développe 93 ch. avec du gazole et 103 ch. de. lorsque vous utilisez de l'essence. En gros, le moteur fonctionne principalement au gaz, à moins que ce dernier ne s'épuise ou que le conducteur ait une volonté claire d'utiliser de l'essence. Malheureusement, la «double nature» de l'énergie bivalente ne nous permet pas de profiter pleinement des avantages du gaz naturel à indice d'octane élevé. Fiat produit actuellement une version Mulipla avec ce type de bloc d'alimentation.

Au fil du temps, des modèles similaires sont apparus dans la gamme Opel (Astra et Zafira Bi Fuel pour versions GPL et GNC), PSA (Peugeot 406 GPL et Citroën Xantia LPG) et VW (Golf Bifuel). Les classiques dans ce domaine sont considérés Volvoqui produisent les variantes S60, V70 et S80 capables de fonctionner à la fois au gaz naturel et au biogaz et au GPL. Tous ces véhicules sont équipés de systèmes d'injection de gaz utilisant des injecteurs spéciaux, des processus technologiques à commande électronique et des composants mécaniques compatibles avec le carburant tels que des soupapes et des pistons. Les réservoirs de carburant GNC sont conçus pour résister à une pression de 700 bars, bien que le gaz lui-même y soit stocké à une pression ne dépassant pas 200 bars.

BMW


BMW est un partisan renommé des carburants durables et développe depuis de nombreuses années divers groupes motopropulseurs pour véhicules avec des sources alternatives. Au début des années 90, la société bavaroise a créé des modèles des séries 316g et 518g, qui utilisent le gaz naturel comme carburant. Dans ses derniers développements, la société a décidé d'expérimenter des technologies fondamentalement nouvelles et, avec le groupe de réfrigération allemand Linde, la compagnie pétrolière Aral et la société d'énergie E.ON Energy, ont développé un projet d'utilisation de gaz liquéfiés. Le projet se développe dans deux directions: la première est le développement pour la fourniture d'hydrogène liquéfié, et la seconde est l'utilisation de gaz naturel liquéfié. L'utilisation de l'hydrogène liquéfié est toujours considérée comme une technologie prometteuse, dont nous parlerons plus tard, mais un système de stockage et d'utilisation du gaz naturel liquéfié est bien réel et peut être appliqué en pratique dans l'industrie automobile dans les prochaines années.

Dans le même temps, le gaz naturel est refroidi à une température de -161 degrés et se condense à une pression de 6 à 10 bars, en passant dans la phase liquide. Le réservoir est beaucoup plus compact et plus léger que les bouteilles de gaz comprimé et est pratiquement un thermos cryogénique fait de matériaux super-isolants. Grâce à la technologie Linde moderne, malgré les parois très fines et légères du réservoir, le méthane liquide peut être stocké dans cet état pendant deux semaines sans problème, même par temps chaud et sans besoin de réfrigération. La première station de remplissage de GNL, dans la construction de laquelle 400 XNUMX € ont été investis, est déjà opérationnelle à Munich.

Processus de combustion dans les moteurs à carburant gazeux

Comme déjà mentionné, le gaz naturel contient principalement du méthane, tandis que le GPL contient du propane et du butane dans des proportions en fonction de la saison. À mesure que le poids moléculaire augmente, la résistance à la détonation des composés d'hydrocarbures paraffiniques (non ramifiés) tels que le méthane, l'éthane et le propane diminue, les molécules se décomposent plus facilement et davantage de peroxydes s'accumulent. Ainsi, les moteurs diesel utilisent du carburant diesel plutôt que de l'essence, car dans le premier cas, la température d'auto-inflammation est plus basse.

Le méthane a le rapport hydrogène / carbone le plus élevé de tous les hydrocarbures, ce qui signifie en pratique que pour le même poids, le méthane a la valeur énergétique la plus élevée parmi les hydrocarbures. L'explication de ce fait est complexe et nécessite une certaine connaissance de la chimie et de l'énergie des relations, nous ne traiterons donc pas de cela. Il suffit de dire que la molécule de méthane stable fournit un indice d'octane d'environ 130.

Pour cette raison, le taux de combustion du méthane est bien inférieur à celui de l'essence, de petites molécules permettent au méthane de brûler plus complètement, et son état gazeux entraîne moins de lessivage d'huile des parois des cylindres dans les moteurs froids par rapport aux mélanges d'essence. . Le propane, à son tour, a un indice d'octane de 112, ce qui est encore plus élevé que la plupart des essences. De mauvais mélanges propane-air brûlent à une température plus basse que l'essence, mais les mélanges riches peuvent entraîner une surcharge thermique du moteur, car le propane n'a pas les propriétés de refroidissement de l'essence en raison de son entrée dans les cylindres sous forme gazeuse.

Ce problème a déjà été résolu avec l'utilisation de systèmes d'injection directe de propane liquide. Étant donné que le propane se liquéfie facilement, il n'est pas difficile de construire un système de stockage dans une voiture et le chauffage des collecteurs d'admission n'est tout simplement pas nécessaire, car le propane ne se condense pas comme l'essence. Ceci, à son tour, améliore l'efficacité thermodynamique du moteur, où il est sûr d'utiliser des thermostats qui maintiennent une température du liquide de refroidissement plus basse. Le seul inconvénient important des carburants gazeux est le fait que ni le méthane ni le propane ne lubrifient les soupapes d'échappement, donc les experts disent que c'est un "carburant sec" qui affecte favorablement les segments de piston mais nuit aux soupapes. Vous ne pouvez pas compter sur les gaz pour transférer la plupart des additifs dans les cylindres de moteur, mais les moteurs qui fonctionnent avec ces carburants n'ont pas besoin d'autant d'additifs que les moteurs à essence. Le contrôle de la qualité du mélange est un facteur très important dans les moteurs à gaz, car des mélanges riches entraînent des températures d'échappement plus élevées et une surcharge des soupapes, tandis que de mauvais mélanges créent un problème en raison d'une diminution du taux de combustion déjà faible, qui est encore une condition préalable à la surcharge thermique de la soupape. ... Le taux de compression dans les moteurs au propane peut facilement être augmenté de deux ou trois unités, et dans les moteurs au méthane encore plus. L'augmentation des oxydes d'azote qui en résulte est compensée par des émissions globales plus faibles. Le mélange optimal de propane est un peu plus «pauvre» - 15,5: 1 (air-carburant) contre 14,7: 1 pour l'essence, et cela est pris en compte lors de la conception des évaporateurs, des doseurs ou des systèmes d'injection. Puisque le propane et le méthane sont des gaz, les moteurs n'ont pas besoin de s'enrichir lors des démarrages à froid ou des accélérations.

L'angle de dépassement est calculé selon une courbe différente de celle des moteurs à essence - à bas régime, le dépassement à l'allumage devrait être plus élevé en raison d'une combustion plus lente du méthane et du propane, mais à haut régime, les moteurs à essence doivent augmenter davantage. mélange (le taux de combustion de l'essence est réduit en raison de la courte durée des réactions de pré-flamme - c'est-à-dire la formation de peroxydes). C'est pourquoi il existe un algorithme complètement différent dans les systèmes de commande d'allumage électronique pour les moteurs à gaz.

Le méthane et le propane augmentent également les exigences de haute tension des électrodes de bougie d'allumage - un mélange plus sec est «plus difficile» à percer qu'une étincelle parce que c'est un électrolyte moins conducteur. Par conséquent, la distance entre les électrodes des bougies d'allumage adaptées à de tels moteurs est généralement différente, la tension est plus élevée et, en général, la question des bougies d'allumage est plus complexe et subtile que pour les moteurs à essence. La plupart des moteurs à gaz modernes utilisent une sonde lambda pour un dosage optimal du mélange en termes de qualité. Avoir des systèmes d'allumage sur deux courbes distinctes est particulièrement important pour les véhicules équipés de systèmes doubles (pour le gaz naturel et l'essence), car le réseau épars de points de remplissage de gaz naturel nécessite souvent l'utilisation forcée de l'essence.

Le taux de compression optimal pour le gaz naturel est d'environ 16: 1 et le mélange air-carburant idéal est de 16,5: 1. Si le moteur à gaz n'est pas spécifiquement adapté pour atteindre un taux de compression aussi élevé, alors l'indice d'octane élevé du gaz naturel ne peut pas être utilisé au maximum et le moteur perdra environ 15% de sa puissance potentielle. Lors de l'utilisation du gaz naturel, la quantité de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbures (HC) dans les gaz d'échappement est réduite de 90%, et les oxydes d'azote (NOx) - d'environ 70%, par rapport aux émissions des moteurs à essence conventionnels. L'intervalle de vidange d'huile pour les moteurs à essence est généralement doublé.

Gaz-diesel

Ces dernières années, les systèmes de distribution de carburant bicarburant sont devenus de plus en plus populaires. Je m'empresse de noter que nous ne parlons pas de moteurs "bivalents" fonctionnant en alternance à l'essence ou à l'essence et équipés de bougies d'allumage, mais de systèmes spéciaux diesel-gaz, dans lesquels une partie du carburant diesel est remplacée par du gaz naturel fourni par un système d'alimentation séparé. Cette technologie est basée sur des moteurs diesel standards.

Le principe de fonctionnement est basé sur le fait que le méthane a une température d'auto-inflammation supérieure à 600 degrés - c.-à-d. au-dessus d'une température d'environ 400-500 degrés à la fin du cycle de compression d'un moteur diesel. Cela signifie à son tour que le mélange méthane-air ne s'enflamme pas par lui-même lorsqu'il est comprimé dans les cylindres, et le carburant diesel injecté, qui s'enflamme à environ 350 degrés, est utilisé comme une sorte de bougie d'allumage. Le système pourrait fonctionner entièrement au méthane, mais dans ce cas, il serait nécessaire d'installer un système électrique et une bougie d'allumage. En règle générale, le pourcentage de méthane augmente avec la charge, le véhicule fonctionne au diesel au ralenti et le rapport méthane / diesel atteint 9/1 sous forte charge. Ces proportions peuvent également être modifiées en fonction du programme préliminaire.

Certaines entreprises produisent des moteurs diesel avec ce qu'on appelle. Systèmes d'alimentation électrique Micropilot, dans lesquels le rôle du système diesel est limité à l'injection d'une petite quantité de carburant nécessaire uniquement pour enflammer le méthane. Par conséquent, ces moteurs ne peuvent pas fonctionner de manière autonome sur un moteur diesel et sont généralement utilisés dans les machines industrielles, les voitures, les bus et les navires, où un rééquipement coûteux est économiquement justifié - après son usure, cela entraîne des économies significatives, la durée de vie du moteur. augmente considérablement et les émissions de gaz nocifs sont considérablement réduites. Les machines Mikropilot peuvent fonctionner au gaz naturel liquéfié et comprimé.

Types de systèmes utilisés pour une installation supplémentaire

La variété des systèmes d'alimentation en gaz pour les combustibles gazeux ne cesse de croître. En principe, les espèces peuvent être divisées en plusieurs types. Lorsque le propane et le méthane sont utilisés, il s'agit de systèmes à pression atmosphérique mélangés, de systèmes d'injection en phase gazeuse et de systèmes d'injection en phase liquide. D'un point de vue technique, les systèmes d'injection de propane-butane peuvent être divisés en plusieurs générations:

La première génération est constituée de systèmes sans contrôle électronique dans lesquels le gaz est mélangé dans un simple mélangeur. Les anciens moteurs à carburateur en sont généralement équipés.

Deuxième génération - injection avec un injecteur, sonde lambda analogique et catalyseur à trois voies.

Troisième génération - injection avec un ou plusieurs injecteurs (un par cylindre), contrôlé par microprocesseur et avec à la fois un programme d'auto-apprentissage et une table de codes d'autodiagnostic.

Quatrième génération - injection séquentielle (cylindrique) en fonction de la position du piston, avec le nombre d'injecteurs égal au nombre de cylindres, et avec retour via une sonde lambda.

Cinquième génération - Injection séquentielle multipoint avec rétroaction et communication avec un microprocesseur pour contrôler l'injection d'essence.

Dans les systèmes les plus modernes, le calculateur "gaz" utilise pleinement les données du microprocesseur principal pour contrôler les paramètres du moteur à essence, y compris le temps d'injection. La transmission et le contrôle des données sont également entièrement liés au programme essence principal, ce qui évite d'avoir à créer des cartes d'injection de gaz en XNUMXD complètes pour chaque modèle de voiture - l'appareil intelligent lit simplement les programmes du processeur essence. et les adapte à l'injection de gaz.

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