試乗の選択肢: パート 2 - 車
試乗

試乗の選択肢: パート 2 - 車

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夜に西シベリア上空を飛行する機会があれば、窓越しに、イラクでの最初の戦争中にサダムの軍隊が撤退した後のクウェート砂漠を彷彿とさせるグロテスクな光景を見ることができます。 風景には巨大な燃える「トーチ」が散らばっています。これは、多くのロシアの石油生産者が油田を探す際に天然ガスを副産物および不要な産物と見なしていることの鮮明な証拠です...

専門家は、この無駄は近い将来に止められると信じています。 長年、天然ガスは余剰製品と見なされ、燃やされたり、単に大気中に放出されたりしていました。 これまでのところ、サウジアラビアだけでも、石油生産中に450億XNUMX万立方メートル以上の天然ガスを投棄または燃焼させたと推定されています...

同時に、プロセスは逆になります。ほとんどの現代の石油会社は長い間天然ガスを消費しており、この製品の価値とその重要性を認識しており、将来的には増加する可能性があります. この物事の見方は、すでに枯渇した石油埋蔵量とは対照的に、まだ大きなガス鉱床がある米国に特に特徴的です。 後者の状況は、巨大な国の産業インフラに自動的に反映されます。その仕事は車なしでは考えられず、大型トラックやバスなしではなおさらです。 海外では、トラックのディーゼル エンジンをアップグレードして、ガスとディーゼルを組み合わせたシステムとブルー フューエルのみで動作する輸送会社がますます増えています。 天然ガスに切り替える船舶がますます増えています。

液体燃料の価格を背景に、メタンの価格は素晴らしいと思われ、多くの人がここに落とし穴があることを疑い始めています。それには正当な理由があります。 XNUMX キログラムのメタンのエネルギー含有量は XNUMX キログラムのガソリンのエネルギー含有量よりも高く、XNUMX リットル (つまり、XNUMX 立方デシメートル) のガソリンの重量は XNUMX キログラム未満であることを考慮すると、XNUMX キログラムのメタンにははるかに多くのメタンが含まれていると誰でも結論付けることができます。ガソリンXNUMXリットル以上のエネルギー。 この明らかな数値の乱れや漠然とした不一致がなくても、天然ガスやメタンで走る車を走らせると、ガソリンで走る車を走らせるよりもはるかに費用がかからないことは明らかです。

しかし、ここに古典的な大きな「BUT」があります…「詐欺」が非常に大きいため、我が国では天然ガスを自動車燃料として使用する人はほとんどおらず、ブルガリアでの使用に適合した自動車はまれです. カンガルーから松ロドピ山への現象? この完全に正常な質問に対する答えは、世界中のガス産業が猛烈なペースで発展しており、現在液体石油燃料の最も安全な代替物と考えられているという事実によって与えられるものではありません. 水素エンジン技術の未来はまだ不透明であり、水素エンジンの筒内管理は非常に難しく、純粋な水素を取り出すための経済的な方法はまだ明らかではありません。 このような背景に対して、控えめに言っても、メタンの未来は輝かしいものです。特に、政治的に安全な国には膨大な量の天然ガスが埋蔵されているため、新しい技術 (前号の極低温液化と天然ガスの化学変換で言及)従来の炭化水素製品の価格が上昇している一方で、より安価になっています。 メタンが将来の燃料電池の主要な水素源になる可能性が十分にあるという事実は言うまでもありません。

炭化水素ガスを自動車燃料として放棄した本当の理由は、何十年にもわたってまだ原油の低価格であり、それが自動車技術と関連する道路輸送インフラの開発をガソリンとディーゼルエンジンへのエネルギー供給に向かわせてきました。 この一般的な傾向を背景に、ガス燃料を使用する試みは、散発的で取るに足らないものです。

第二次世界大戦後もドイツでは液体燃料が不足していたため、天然ガスを使用するための最も単純なシステムを搭載した自動車が登場しました。これは、原始的ですが、今日のブルガリアのタクシーで使用されているシステムとほとんど変わりません。 ガスボンベと減速機から。 1973年と1979-80年の1986つの石油危機の間、ガス燃料の重要性が増しましたが、それでも、ほとんど気づかれずにこの分野での重要な発展につながらなかった短いフラッシュについてのみ話すことができます。 この最近の深刻な危機から1998年以上の間、液体燃料の価格は一貫して低く維持されており、10年とXNUMX年にはXNUMXバレルXNUMXドルという驚くほど低い価格に達しています。 そのような状況が代替タイプのガス燃料に刺激効果を及ぼすことができないことは明らかです...

11世紀の初め、市場の状況は徐々にではあるが確実に別の方向に進んでいます。 2001年XNUMX月のXNUMXテロ攻撃以降、中国とインドによる消費の増加と新しい預金の発見の困難さの結果として上昇し続けている原油価格は、徐々にではあるが着実に上昇傾向にあります。 しかしながら、自動車会社は、ガス燃料で走るように適合された自動車の大量生産の方向にはるかに厄介です。 この煩雑さの理由は、従来の液体燃料に慣れている大多数の消費者の考え方の慣性(たとえば、ヨーロッパ人にとっては、ディーゼル燃料がガソリンに代わる最も現実的な代替物である)と、パイプラインインフラストラクチャへの莫大な投資の必要性の両方に見られます。 そして圧縮機の場所。 これが自動車自体の燃料(特に圧縮天然ガス)の複雑で高価な貯蔵システムに追加されると、全体像が明らかになり始めます。

一方、ガス燃料発電所はますます多様化しており、ガソリンの対応する技術を踏襲しています。 ガス供給装置は、すでに同じ洗練された電子部品を使用して、液体 (まだまれ) または気相に燃料を注入しています。 工場で一価ガス供給用に設定されている、またはガス/ガソリンのデュアル供給の可能性がある生産車両モデルもますます増えています。 ガス燃料のもうXNUMXつの利点がますます実現されています。その化学構造により、ガスはより完全に酸化され、それらを使用する自動車の排気ガス中の有害な排出レベルははるかに低くなります。

新しい始まり

ただし、市場へのブレークスルーには、車両燃料としての天然ガスのエンドユーザーに的を絞った直接的な金銭的インセンティブが必要です。 顧客を引き付けるために、ドイツのメタン販売業者はすでに天然ガス車の購入者に特別なボーナスを提供していますが、その性質は時には信じられないほどに思えます。 特定のディーラーの車をXNUMX年間。 ユーザーの唯一の条件は、スポンサーの広告ステッカーを自分の車に貼ることです...

ドイツとブルガリアの天然ガス (どちらの国でも天然ガスの大部分はロシアからパイプラインで供給されている) が他の燃料よりもはるかに安い理由は、多くの法的前提で探る必要があります。 ガスの市場価格は、論理的に石油の価格に関連しています。石油の価格が上昇すると、天然ガスの価格も上昇しますが、最終消費者向けのガソリンとガスの価格の違いは、主に天然ガスへの課税が低いためです。ガス。 たとえば、ドイツでは、ガスの価格は 2020 年まで法的に固定されており、この「固定」のスキームは次のとおりです。他のエネルギー源よりも一定のレベルに維持する必要があります。 このような規制された法的枠組み、低価格、および「ガスエンジン」の建設に問題がないことにより、この市場の成長に対する唯一の問題は、巨大なドイツでの未開発のガソリンスタンドのネットワークであることは明らかです。たとえば、そのようなポイントは 300 しかなく、ブルガリアにはたくさんあります。

現時点では、このインフラ不足を埋める見込みは非常に高いと思われます。ドイツでは、Erdgasmobil 協会とフランスの石油大手 TotalFinaElf が、数千の新しいガソリン スタンドの建設に多額の投資を予定しており、ブルガリアでは、いくつかの企業が同様の事業を行っています。タスク。 近いうちに、ヨーロッパ全体が、イタリアとオランダの消費者と同じように、天然および液化石油ガスの充填ステーションの開発されたネットワークを使用する可能性があります。

ホンダシビックGX

1997 年のフランクフルト モーター ショーで、ホンダはシビック GX を発表し、世界で最も環境に優しい車であると主張しました。 日本人の野心的な声明は、単なるマーケティング戦略ではなく、今日でも関連性があり、シビックGXの最新版で実際に見ることができる純粋な真実であることが判明しました。 車は天然ガスのみで走行するように設計されており、エンジンはガス燃料の高オクタン価を最大限に活用するように設計されています。 当然のことながら、今日のこのタイプの車両は、将来のユーロ 5 の欧州経済で必要とされるレベルよりも低い排出ガス レベル、または米国の ULEV (超低排出ガス車) よりも 90% 低い排出ガス レベルを提供できます。 . ホンダのエンジンは非常にスムーズに作動し、12,5:1 の高い圧縮比が、ガソリンに比べて体積エネルギーの低い天然ガスを補っています。 120リットルのタンクは複合素材でできており、換算ガス消費量は6,9リットル。 ホンダの有名なVTEC可変バルブタイミングシステムは、燃料の特殊な特性とうまく機能し、エンジンチャージをさらに改善します。 天然ガスの燃焼率が低く、燃料が「乾燥」していて潤滑特性がないため、バルブシートは特殊な耐熱合金で作られています。 ピストンは、ガソリンのように蒸発するときにガスがシリンダーを冷却できないため、より強力な材料で作られています。

気相のHonda GXホースには、同等量のガソリンの770倍の天然ガスが注入されています。 ホンダのエンジニアにとっての最大の技術的課題は、そのような条件と前提条件で機能する適切なインジェクターを作成することでした.最適なパワーを達成するために、インジェクターは必要な量のガスを同時に供給するという困難なタスクに対処する必要があります。液体ガソリンを投入。 これは、このタイプのすべてのエンジンにとって問題です。ガスがはるかに大きな体積を占め、空気の一部を置換し、燃焼室に直接噴射する必要があるためです。

同じ 1997 年に、フィアットも同様のホンダ GX モデルを実演しました。 マレアの「バイバレント」バージョンは、ガソリンと天然ガスの 1,6 種類の燃料を使用でき、ガスは完全に独立した 93 番目の燃料システムによってポンプでくみ上げられます。 エンジンは常に液体燃料で始動し、その後自動的にガスに切り替わります。 103リッターエンジンはXNUMX馬力。 ガス燃料とXNUMX馬力。 と。 ガソリン使用時。 原則として、エンジンは主にガソリンで作動しますが、ガソリンがなくなった場合やドライバーがガソリンを使用したいという明確な希望がある場合を除きます。 残念ながら、二価エネルギーの「二重の性質」により、ハイオク天然ガスの利点を十分に活用することはできません。 Fiat は現在、このタイプの PSU を搭載した Mulipla バージョンを生産しています。

時間の経過とともに、同様のモデルがOpel(LPGおよびCNGバージョンのAstraおよびZafira Bi Fuel)、PSA(Peugeot 406LPGおよびCitroenXantia LPG)、およびVW(Golf Bifuel)の範囲で登場しました。 ボルボはこの分野でクラシックと見なされており、S60、V70、S80のバリエーションを生産しており、天然ガス、バイオガス、LPGで稼働できます。 これらの車両はすべて、特殊なノズルを使用したガス噴射システム、電子制御の技術プロセス、およびバルブやピストンなどの燃料互換性のある機械部品を備えています。 CNG燃料タンクは、700バールの圧力に耐えるように設計されていますが、ガス自体は200バール以下の圧力で貯蔵されます。

BMW

BMW は持続可能な燃料の支持者としてよく知られており、長年にわたって代替燃料を使用する車両用のさまざまなパワートレインを開発してきました。 90 年代初頭、バイエルン州の会社は、天然ガスを燃料として使用する 316g および 518g シリーズのモデルを作成しました。 最新の開発では、同社は根本的に新しい技術を試すことを決定し、ドイツの冷凍グループLinde、Aral石油会社、エネルギー会社E.ON Energyと協力して、液化ガスを使用するプロジェクトを開発しました。 このプロジェクトは XNUMX つの方向に発展しています。XNUMX つ目は液化水素供給の開発であり、XNUMX つ目は液化天然ガスの使用です。 液化水素の使用はまだ有望な技術と考えられており、これについては後で説明しますが、液化天然ガスを貯蔵および使用するシステムは非常に現実的であり、今後数年で自動車業界で実用化される可能性があります。

同時に、天然ガスは-161度の温度まで冷却され、6〜10 barの圧力で凝縮し、液相に入ります。 タンクは圧縮ガスボンベに比べてはるかにコンパクトで軽量であり、実際には超断熱材で作られた極低温サーモです。 最新のリンデ技術のおかげで、非常に薄くて軽いタンク壁にもかかわらず、液体メタンはこの状態で400週間問題なく保管でき、暑い日でも冷蔵の必要はありません。 建設にXNUMX万ユーロが投資された最初のLNG充填ステーションは、すでにミュンヘンで稼働しています。

ガス燃料エンジンの燃焼プロセス

すでに述べたように、天然ガスには主にメタンと液化石油ガス (プロパンとブタン) が季節に応じた比率で含まれています。 分子量が増加すると、メタン、エタン、プロパンなどのパラフィン系 (直鎖) 炭化水素化合物の耐ノック性が低下し、分子がバラバラになりやすくなり、より多くの過酸化物が蓄積します。 したがって、ディーゼル エンジンはガソリンではなくディーゼル燃料を使用します。前者の場合、自然発火温度が低いからです。

メタンは、すべての炭化水素の中で最も高い水素/炭素比を持っています。つまり、実際には、同じ重量に対して、メタンは炭化水素の中で最も高いエネルギー値を持っています。 この事実の説明は複雑であり、関係の化学とエネルギーについてある程度の知識が必要であるため、これについては扱いません。 安定したメタン分子は約130のオクタン価を提供すると言うには十分です。

このため、メタンの燃焼率はガソリンの燃焼率よりもはるかに低く、小さな分子はメタンをより完全に燃焼させることができ、そのガス状態は、ガソリン混合物と比較して低温エンジンのシリンダー壁からのオイルの浸出を少なくします。 ... 同様に、プロパンのオクタン価は112で、ほとんどのガソリンよりもまだ高くなっています。 プロパンと空気の混合気はガソリンより低い温度で燃焼しますが、プロパンはガスの形でシリンダーに入るので、プロパンはガソリンの冷却特性を持たないため、リッチな混合気はエンジンの熱過負荷を引き起こす可能性があります。

この問題は、液体プロパンを直接注入するシステムを使用することですでに解決されています。 プロパンは簡単に液化するため、車に保管するシステムを構築するのは簡単です。プロパンはガソリンのように凝縮しないため、インテークマニホールドを加熱する必要はありません。 これにより、エンジンの熱力学的効率が向上し、より低いクーラント温度を維持するサーモスタットを安全に使用できます。 気体燃料の唯一の重大な欠点は、メタンもプロパンも排気バルブに潤滑効果がないという事実です。専門家は、ピストンリングには良いがバルブには悪い「乾燥燃料」であると言います。 ほとんどの添加剤をエンジンのシリンダーに供給するためにガスに頼ることはできませんが、これらの燃料で作動するエンジンは、ガソリン エンジンほど多くの添加剤を必要としません。 ガスエンジンでは、混合気の制御は非常に重要な要素です。混合気の濃度が高いと、排気ガスの温度が高くなり、バルブの過負荷が発生します。一方、混合気が不十分な場合、すでに低い燃焼率が低下することで問題が発生します。 プロパン エンジンの圧縮比は、15,5 ~ 1 単位、メタンの場合はそれ以上に簡単に上げることができます。 結果として生じる窒素酸化物の増加は、全体的な排出量の減少によって相殺されます。 最適なプロパン混合物は、ガソリンの 14,7:1 に対して XNUMX:XNUMX (空気対燃料) とわずかに「貧弱」であり、これは、蒸発器、計量装置、または噴射システムを設計する際に考慮されます。 プロパンとメタンはどちらもガスであるため、エンジンは冷間始動または加速中に混合気を濃くする必要はありません。

点火オーバーテイク角度は、ガソリン エンジンとは異なる曲線で計算されます。低 rpm では、メタンとプロパンの燃焼が遅いため、点火オーバーテイクはより高くなるはずですが、高速では、ガソリン エンジンはより多くの増加を必要とします。 混合物(ガソリンの燃焼速度は、火炎前反応の時間が短いため、つまり過酸化物の形成により減少します)。 そのため、ガスエンジンの電子点火制御システムのアルゴリズムはまったく異なります。

メタンとプロパンも、高電圧スパーク プラグ電極の要件を高めます。「より乾燥した」混合物は、導電性の低い電解質であるため、火花よりも突き刺すのが「困難」です。 したがって、そのようなエンジンに適したスパークプラグの電極間の距離は通常異なり、電圧は高くなり、一般にスパークプラグの問題はガソリンエンジンよりも複雑で微妙です。 ラムダ プローブは、最新のガス エンジンで使用されており、品質面で最適な混合投与が行われています。 天然ガス充填ポイントのまばらなネットワークではしばしばガソリンを強制的に使用する必要があるため、XNUMX 価システム (天然ガスとガソリン用) を装備した車両では、点火システムを XNUMX つの別々の曲線上に配置することが特に重要です。

天然ガスの最適な圧縮比は約 16:1 であり、理想的な空燃比は 16,5:1 であり、潜在的なパワーの約 15% を失います。 天然ガスを使用すると、従来のガソリンエンジンの排出物と比較して、排気ガス中の一酸化炭素 (CO) と炭化水素 (HC) の量が 90% 削減され、窒素酸化物 (NOx) が約 70% 削減されます。 ガスエンジンのオイル交換間隔は通常XNUMX倍です。

ガスディーゼル

過去数年で、デュアル燃料燃料供給システムがますます人気が高まっています。 私は、ガスまたはガソリンで交互に動作し、点火プラグを備えた「バイバレント」エンジンについて話しているのではなく、ディーゼル燃料の一部が別の電源システムによって供給される天然ガスで置き換えられる特別なディーゼルガスシステムについて話していることに注意しなければなりません。 この技術は、標準的なディーゼルエンジンに基づいています。

動作原理は、メタンの自己発火温度が 600 度を超えるという事実に基づいています。 ディーゼルエンジンの圧縮サイクルの終わりには、約 400 ~ 500 度の温度を超えています。 つまり、メタンと空気の混合気はシリンダー内で圧縮されても自然には着火せず、噴射されたディーゼル燃料は約 350 度で着火し、一種のスパーク プラグとして使用されます。 システムは完全にメタンで動作する可能性がありますが、この場合、電気システムとスパーク プラグを取り付ける必要があります。 通常、メタンのパーセンテージは負荷とともに増加し、アイドリング時には車はディーゼルで走行し、高負荷時にはメタン/ディーゼルの比率は 9/1 に達します。 これらの比率は、予備プログラムに従って変更することもできます。

一部の企業は、いわゆるディーゼルエンジンを製造しています。 ディーゼルシステムの役割が、メタンを点火するためだけに必要な少量の燃料の噴射に限定される「マイクロパイロット」パワーシステム。 したがって、これらのエンジンはディーゼルで自律的に動作することはできず、通常、コストのかかる再装備が経済的に正当化される産業用車両、自動車、バス、船舶で使用されます。摩耗後、これは大幅な節約とエンジン寿命につながります。 が大幅に増加し、有害ガスの排出が大幅に削減されます。 マイクロパイロット マシンは、液化天然ガスと圧縮天然ガスの両方で動作します。

追加インストールに使用されるシステムのタイプ

気体燃料用のガス供給システムの多様性は絶えず成長しています。 原則として、種はいくつかのタイプに分けることができます。 プロパンとメタンを使用する場合、これらは混合大気圧システム、気相注入システム、および液相注入システムです。 技術的な観点から、プロパン-ブタン噴射システムはいくつかの世代に分けることができます:

第一世代は電子制御のないシステムで、ガスは単純なミキサーで混合されます。 これらには通常、古いキャブレターエンジンが装備されています。

第 XNUMX 世代は、XNUMX つのノズル、アナログ ラムダ プローブ、および三元触媒による噴射です。

第 XNUMX 世代は、XNUMX つまたは複数のノズル (シリンダーごとに XNUMX つ) による噴射であり、マイクロプロセッサ制御と、自己学習プログラムと自己診断コード テーブルの両方が存在します。

第 XNUMX 世代は、ピストンの位置に応じたシーケンシャル (シリンダー) 噴射で、ノズルの数はシリンダーの数と同じで、ラムダ プローブを介したフィードバックがあります。

第 XNUMX 世代 - ガソリン噴射を制御するためのフィードバックとマイクロプロセッサとの通信を備えたマルチポイント シーケンシャル噴射。

最新のシステムでは、「ガス」コンピュータがメイン マイクロプロセッサからのデータをフルに活用して、噴射時間を含むガソリン エンジンのパラメータを制御します。 データの送信と制御もメインのガソリン プログラムに完全にリンクされているため、各車種の XNUMXD ガス噴射マップ全体を作成する必要がありません。スマート デバイスはガソリン プロセッサからプログラムを読み取るだけです。 それらをガス注入に適合させます。

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