Prøvekjøringsalternativer: DEL 2 - Biler

Hvis du har muligheten til å fly over Vest-Sibir om natten, vil du gjennom vinduet se et grotesk syn, som minner om Kuwaiti-ørkenen etter tilbaketrekningen av Saddams tropper under den første krigen i Irak. Landskapet er fulle av enormt brennende "fakler", noe som er et tydelig bevis på at mange russiske oljeprodusenter fremdeles anser naturgass som et biprodukt og unødvendig produkt i ferd med å finne oljefelt ...

Eksperter mener at dette avfallet vil bli stoppet i nær fremtid. I mange år ble naturgass ansett som et overskuddsprodukt og ble brent eller bare sluppet ut i atmosfæren. Det er anslått at så langt har Saudi-Arabia alene dumpet eller brent mer enn 450 millioner kubikkmeter naturgass under oljeproduksjon ...

Samtidig er prosessen reversert - de fleste moderne oljeselskaper har konsumert naturgass i lang tid, og innsett verdien av dette produktet og dets betydning, som bare kan øke i fremtiden. Dette synet på tingene er spesielt karakteristisk for USA, hvor det i motsetning til de allerede uttømte oljereservene fortsatt er store gassforekomster. Sistnevnte omstendighet gjenspeiles automatisk i den industrielle infrastrukturen til et stort land, hvis arbeid er utenkelig uten biler, og enda mer uten store lastebiler og busser. Det er flere og flere transportselskaper i utlandet som oppgraderer dieselmotorene til lastebilflåtene sine til å fungere med både kombinerte gass-dieselsystemer og kun blått drivstoff. Stadig flere skip går over til naturgass.

På bakgrunn av flytende drivstoffpriser høres prisen på metan fantastisk ut, og mange begynner å tvile på at det er en hake her – og det med god grunn. Tatt i betraktning at energiinnholdet i et kilogram metan er høyere enn et kilogram bensin, og at én liter (dvs. én kubikkdesimeter) bensin veier mindre enn én kilogram, kan enhver konkludere med at et kilogram metan inneholder mye mer energi enn en liter bensin. Det er klart at selv uten dette tilsynelatende virvar av tall og vage forskjeller, vil det å kjøre en bil som kjører på naturgass eller metan koste deg langt mindre penger enn å kjøre en bil som kjører på bensin.

Men her er det klassiske store "MEN"... Siden "svindel" er så stor, bruker nesten ingen i vårt land naturgass som drivstoff for biler, og biler tilpasset for bruk i Bulgaria er sjeldnere. fenomen fra kenguru til furu Rhodope-fjellet? Svaret på dette helt normale spørsmålet er ikke gitt av det faktum at gassindustrien rundt om i verden utvikler seg i et rasende tempo og regnes for tiden som det sikreste alternativet til flytende petroleumsdrivstoff. Hydrogenmotorteknologi har fortsatt en usikker fremtid, in-sylinderstyringen av hydrogenmotorer er ekstremt vanskelig, og hva som er en økonomisk metode for å utvinne rent hydrogen er ennå ikke klart. På denne bakgrunn er fremtiden til metan mildt sagt strålende - spesielt siden det er enorme forekomster av naturgass i politisk trygge land, at nye teknologier (nevnt i forrige utgave av kryogen flytendegjøring og kjemisk omdannelse av naturgass til væsker) blir billigere, mens prisen på klassiske hydrokarbonprodukter øker. For ikke å snakke om det faktum at metan har alle muligheter til å bli hovedkilden til hydrogen for fremtidens brenselceller.

Den virkelige årsaken til at hydrokarbongasser ble forlatt som bilbrensel er fremdeles lave oljepriser i flere tiår, noe som bidro til å utvikle bilteknologi og tilhørende infrastruktur for transport av landeveier mot energiforsyning til bensin- og dieselmotorer. På bakgrunn av denne generelle trenden er forsøk på å bruke gassdrivstoff ganske sporadisk og ubetydelig.

Selv etter slutten av andre verdenskrig førte mangelen på flytende drivstoff i Tyskland til fremveksten av biler utstyrt med de enkleste systemene for bruk av naturgass, som, selv om de er mye mer primitive, skiller seg lite fra systemene som brukes av bulgarske drosjer i dag. fra gassflasker og reduksjonsgir. Gassdrivstoff fikk større betydning under de to oljekrisene i 1973 og 1979-80, men selv da kan vi bare snakke om korte utbrudd som gikk nesten upåaktet hen og ikke førte til betydelig utvikling på dette området. I mer enn to tiår siden denne siste akutte krisen har prisene på flytende drivstoff holdt seg hardnakket lave og nådde absurd lave priser i 1986 og 1998 til 10 dollar per fat. Det er klart at en slik situasjon ikke kan ha en stimulerende effekt på alternative typer gassdrivstoff ...

På begynnelsen av 11-tallet beveger markedssituasjonen seg gradvis men sikkert i en annen retning. Siden terrorangrepene i september 2001 september XNUMX har det vært en gradvis, men jevn oppadgående trend i oljeprisen, som har fortsatt å øke som et resultat av økt forbruk i Kina og India og vanskeligheter med å finne nye innskudd. Imidlertid er bilfirmaene mye vanskeligere i retning av masseproduksjon av biler tilpasset for å kjøre på gassformet brensel. Årsakene til denne omstendigheten kan bli funnet både i tregheten for å tenke på de fleste forbrukere som er vant til tradisjonelt flytende drivstoff (for europeere er for eksempel diesel drivstoff det mest realistiske alternativet til bensin), og i behovet for store investeringer i rørinfrastruktur. og kompressorstasjoner. Når dette legges til de komplekse og dyre lagringssystemene for drivstoff (spesielt komprimert naturgass) i selve bilene, begynner det store bildet å bli klar.

På den annen side blir kraftverk i gassformig drivstoff mer diversifisert og følger teknologien til bensinmotpartene. Gassmatere bruker allerede de samme sofistikerte elektroniske komponentene for å injisere drivstoff i væsken (fortsatt sjelden) eller gassfasen. Det er også flere og flere produksjonsbilmodeller fabrikkinnstilt for monovalent gassforsyning eller med mulighet for dobbel gass/bensinforsyning. I økende grad blir en annen fordel med gassformig drivstoff realisert - på grunn av dens kjemiske struktur blir gasser mer fullstendig oksidert, og nivået av skadelige utslipp i eksosgassene til biler som bruker dem er mye lavere.

En ny begynnelse

Et gjennombrudd til markedet vil imidlertid kreve målrettede og direkte økonomiske insentiver for sluttbrukere av naturgass som kjøretøydrivstoff. For å tiltrekke seg kunder gir metanselgere i Tyskland allerede spesielle bonuser til kjøpere av naturgassbiler, hvis natur noen ganger virker helt utrolig - for eksempel refunderer gassdistribusjonsselskapet i Hamburg enkeltpersoner for kjøp av gass. biler fra enkelte forhandlere for en periode på ett år. Den eneste betingelsen for brukeren er å klistre sponsorens reklameklistremerke på bilen sin...

Årsaken til at naturgass i Tyskland og Bulgaria (i begge land kommer det store flertallet av naturgass fra Russland i rørledning) er mye billigere enn annet drivstoff, bør søkes i en rekke lovlige lokaler. Markedsprisen på gass er logisk knyttet til prisen på olje: ettersom prisen på olje øker, øker prisen på naturgass også, men forskjellen i prisene på bensin og gass for sluttforbrukeren skyldes i hovedsak lavere beskatning av naturgass. gass. I Tyskland, for eksempel, er prisen på gass lovlig fast til 2020, og ordningen med denne "fikseringen" er som følger: i løpet av denne perioden kan prisen på naturgass vokse sammen med prisen på olje, men dens proporsjonale fordel over andre energikilder må holdes på konstant nivå. Det er klart at med et slikt regulert juridisk rammeverk, lave priser og fravær av problemer i konstruksjonen av "gassmotorer", er det eneste problemet for veksten av dette markedet fortsatt et uutviklet nettverk av bensinstasjoner - i det enorme Tyskland, for for eksempel er det bare 300 slike punkter, og i Bulgaria er det mange færre.

Utsiktene for å fylle dette infrastrukturelle underskuddet ser store ut for øyeblikket - i Tyskland har foreningen til Erdgasmobil og den franske oljegiganten TotalFinaElf til hensikt å investere tungt i byggingen av flere tusen nye bensinstasjoner, og i Bulgaria har flere selskaper tatt på seg en lignende oppgave. Det er mulig at hele Europa snart vil bruke det samme utviklede nettverket av fyllestasjoner for naturgass og flytende petroleumsgass som forbrukere i Italia og Nederland - land hvis utvikling på dette området vi fortalte om i forrige utgave.

Honda Civic GX

På Frankfurt Motor Show i 1997 introduserte Honda Civic GX, og hevdet at den var den mest miljøvennlige bilen i verden. Det viste seg at den ambisiøse uttalelsen til japaneren ikke bare er et annet markedsføringsknep, men den rene sannheten, som fortsatt er relevant den dag i dag, og som kan sees i praksis i den siste utgaven av Civic GX. Bilen er designet for kun å kjøre på naturgass, og motoren er designet for å dra full nytte av det høye oktantallet til gassformig drivstoff. Ikke overraskende kan kjøretøy av denne typen i dag tilby eksosutslippsnivåer lavere enn de som kreves i en fremtidig Euro 5-europeisk økonomi, eller 90 % lavere enn amerikanske ULEV-biler (Ultra Low Emission Vehicles). . Honda-motoren går ekstremt jevnt, og det høye kompresjonsforholdet på 12,5:1 kompenserer for den lavere volumetriske energiverdien til naturgass sammenlignet med bensin. Tanken på 120 liter er laget av komposittmateriale, og tilsvarende gassforbruk er 6,9 liter. Hondas berømte VTEC variable ventiltimingssystem fungerer godt med de spesielle egenskapene til drivstoffet og forbedrer motorladingen ytterligere. På grunn av den lavere forbrenningshastigheten til naturgass og det faktum at drivstoffet er "tørt" og ikke har smøreegenskaper, er ventilsetene laget av spesielle varmebestandige legeringer. Stemplene er også laget av sterkere materialer, da gassen ikke kan avkjøle sylindrene når den fordamper som bensin.

Honda GX-slangene i gassfasen injiseres med naturgass, som er 770 ganger større enn tilsvarende mengde bensin. Den største teknologiske utfordringen for Hondas ingeniører var å lage de riktige injektorene for å fungere under slike forhold og forutsetninger - for å oppnå optimal kraft, må injektorer takle den vanskelige oppgaven med å samtidig tilføre den nødvendige mengden gass, som i prinsippet flytende bensin injiseres. Dette er et problem for alle motorer av denne typen, siden gassen opptar et mye større volum, fortrenger noe av luften og krever injeksjon direkte inn i forbrenningskamrene.

I samme 1997 demonstrerte Fiat også en lignende Honda GX-modell. Den "bivalente" versjonen av Marea kan bruke to typer drivstoff - bensin og naturgass, og gassen pumpes av et andre, helt uavhengig drivstoffsystem. Motoren starter alltid på flytende drivstoff og går deretter automatisk over til gass. 1,6-liters motoren har en effekt på 93 hk. med gass og 103 hk. Med. når du bruker bensin. I prinsippet går motoren hovedsakelig på gass, bortsett fra når sistnevnte går tom eller føreren har et klart ønske om å bruke bensin. Dessverre tillater ikke "dobbel natur" av bivalent energi full utnyttelse av fordelene med høyoktan naturgass. Fiat produserer for tiden en Mulipla-versjon med denne typen PSU.

Over tid dukket lignende modeller opp i serien Opel (Astra og Zafira Bi Fuel for LPG- og CNG -versjoner), PSA (Peugeot 406 LPG og Citroen Xantia LPG) og VW (Golf Bifuel). Volvo regnes som en klassiker på dette området, og produserer varianter av S60, V70 og S80, som kan kjøres på naturgass, så vel som biogass og LPG. Alle disse kjøretøyene er utstyrt med gassinnsprøytningssystemer ved bruk av spesielle dyser, elektronisk kontrollerte teknologiske prosesser og drivstoffkompatible mekaniske komponenter som ventiler og stempler. CNG -drivstofftanker er designet for å tåle et trykk på 700 bar, selv om selve gassen lagres der ved et trykk på ikke mer enn 200 bar.

BMW

BMW er en velkjent forkjemper for bærekraftig drivstoff og har utviklet ulike drivlinjer for kjøretøy med alternative kilder i mange år. Tilbake på begynnelsen av 90-tallet skapte det bayerske selskapet modeller av 316g- og 518g-seriene, som bruker naturgass som drivstoff. I sin siste utvikling bestemte selskapet seg for å eksperimentere med fundamentalt nye teknologier og utviklet sammen med det tyske kjølekonsernet Linde, oljeselskapet Aral og energiselskapet E.ON Energy et prosjekt for bruk av flytende gasser. Prosjektet utvikler seg i to retninger: den første er utviklingen av flytende hydrogenforsyninger, og den andre er bruken av flytende naturgass. Bruken av flytende hydrogen anses fortsatt som en lovende teknologi, som vi skal snakke om senere, men systemet for lagring og bruk av flytende naturgass er ganske reelt og kan implementeres i bilindustrien i løpet av de neste årene.

Samtidig avkjøles naturgass til en temperatur på -161 grader og kondenseres ved et trykk på 6-10 bar, mens den går over i væskefasen. Tanken er mye mer kompakt og lettere sammenlignet med komprimerte gassflasker og er praktisk talt en kryogen termos laget av superisolerende materialer. Til tross for moderne Linde-teknologi, til tross for de veldig tynne og lette tankveggene, kan flytende metan lagres i denne tilstanden i to uker uten problemer, selv i varmt vær og uten behov for kjøling. Den første LNG-fyllestasjonen, i byggingen av hvor 400 XNUMX euro ble investert, opererer allerede i München.

Forbrenningsprosesser i gassformede drivstoffmotorer

Som allerede nevnt inneholder naturgass hovedsakelig metan, og flytende petroleumsgass - propan og butan i proporsjoner som avhenger av årstid. Når molekylvekten øker, reduseres slagmotstanden til parafiniske (rettkjedede) hydrokarbonforbindelser som metan, etan og propan, molekylene brytes lettere fra hverandre, og flere peroksider akkumuleres. Dermed bruker dieselmotorer diesel i stedet for bensin, siden selvtenningstemperaturen er lavere i det førstnevnte tilfellet.

Metan har det høyeste hydrogen / karbonforholdet av alle hydrokarboner, noe som i praksis betyr at for samme vekt har metan den høyeste energiværdien blant hydrokarboner. Forklaringen på dette faktum er kompleks og krever en viss kunnskap om relasjonenes kjemi og energi, så vi vil ikke takle dette. Det er nok å si at det stabile metanmolekylet gir et oktantall på omtrent 130.

Av denne grunn er forbrenningshastigheten til metan mye lavere enn bensin, små molekyler lar metan brenne mer fullstendig, og den gassformede tilstanden fører til mindre utvasking av olje fra sylinderveggene i kalde motorer sammenlignet med bensinblandinger. ... Propan har i sin tur en oktanklassifisering på 112, som fortsatt er høyere enn de fleste bensiner. Dårlige propan-luftblandinger brenner ved en lavere temperatur enn bensin, men rike kan føre til termisk overbelastning av motoren, siden propan ikke har kjøleegenskapene til bensin på grunn av inntreden i sylindrene i gassform.

Dette problemet er allerede løst ved bruk av systemer med direkte injeksjon av flytende propan. Fordi propan flyter lett, er det lett å bygge et system for å lagre det i en bil, og det er ikke nødvendig å varme innsugsmanifoldene fordi propan ikke kondenserer slik bensin gjør. Dette forbedrer igjen den termodynamiske effektiviteten til motoren, hvor det er trygt å bruke termostater som holder en lavere kjølevæsketemperatur. Den eneste betydelige ulempen med gassformig drivstoff er det faktum at verken metan eller propan har en smørende effekt på eksosventiler, så eksperter sier at det er et "tørt drivstoff" som er bra for stempelringer, men dårlig for ventiler. Du kan ikke stole på gasser for å levere mesteparten av tilsetningsstoffene til motorens sylindere, men motorer som kjører på disse drivstoffene trenger ikke like mange tilsetningsstoffer som bensinmotorer. Blandingskontroll er en svært viktig faktor i gassmotorer, da rike blandinger resulterer i høyere eksostemperaturer og ventiloverbelastning, mens dårlige blandinger skaper et problem ved å senke den allerede lave forbrenningshastigheten, som igjen er en forutsetning for termisk ventiloverbelastning. Kompresjonsforholdet i propanmotorer kan enkelt økes med to eller tre enheter, og i metan - enda mer. Den resulterende økningen i nitrogenoksider oppveies av lavere utslipp totalt sett. Den optimale propanblandingen er litt "dårligere" - 15,5:1 (luft til drivstoff) mot 14,7:1 for bensin, og dette tas i betraktning ved utforming av fordampere, måleapparater eller injeksjonssystemer. Fordi både propan og metan er gasser, trenger ikke motorer å rike blandinger under kaldstart eller akselerasjon.

Overgangsvinkelen for tenningen beregnes på en annen kurve enn bensinmotorer - ved lavt turtall bør tenningsovertakelsen være høyere på grunn av langsommere forbrenning av metan og propan, men ved høye hastigheter trenger bensinmotorer mer økning. blanding (forbrenningshastigheten til bensin reduseres på grunn av den korte tiden med pre-flammereaksjoner - det vil si dannelsen av peroksider). Det er derfor de elektroniske tenningskontrollsystemene til gassmotorer har en helt annen algoritme.

Metan og propan øker også kravene til høyspennings-tennpluggelektroder – en «tørrere» blanding er «vanskeligere» å stikke hull på enn en gnist fordi den er en mindre ledende elektrolytt. Derfor er avstanden mellom elektrodene til tennplugger som er egnet for slike motorer, vanligvis forskjellig, spenningen er høyere, og generelt er spørsmålet om tennplugger mer komplekst og subtilt enn for bensinmotorer. Lambdasonder brukes i de mest moderne gassmotorene for optimal blandingsdosering med tanke på kvalitet. Å ha tenningssystemer på to separate kurver er spesielt viktig for kjøretøy utstyrt med bivalente systemer (for naturgass og bensin), siden det sparsomme nettverket av naturgassfyllingspunkter ofte krever tvungen bruk av bensin.

Det optimale kompresjonsforholdet for naturgass er omtrent 16:1, og det ideelle luft-drivstoffforholdet er 16,5:1, vil miste omtrent 15 % av sin potensielle kraft. Ved bruk av naturgass reduseres mengden karbonmonoksid (CO) og hydrokarboner (HC) i eksosgassen med 90 %, og nitrogenoksider (NOx) med ca. 70 % sammenlignet med utslipp fra konvensjonelle bensinmotorer. Oljeskiftintervallet for gassmotorer dobles vanligvis.

Bensin-diesel

I løpet av de siste årene har systemer med tilførsel av drivstoff med dobbelt drivstoff blitt stadig mer populære. Jeg skynder meg å bemerke at vi ikke snakker om "bivalente" motorer som veksler vekselvis på bensin eller bensin og har tennplugger, men om spesielle diesel-gassanlegg der en del av diesel er erstattet av naturgass levert av et separat kraftsystem. Denne teknologien er basert på standard dieselmotorer.

Driftsprinsippet er basert på at metan har en selvantennelsestemperatur over 600 grader - d.v.s. over en temperatur på ca. 400-500 grader ved slutten av dieselmotorens kompresjonssyklus. Dette fører igjen til at metan-luftblandingen ikke antennes av seg selv når den komprimeres i sylindrene, og den injiserte dieselen, som antennes ved cirka 350 grader, brukes som en slags tennplugg. Systemet kan kjøre helt på metan, men i dette tilfellet vil det være nødvendig å installere et elektrisk system og en tennplugg. Vanligvis øker prosentandelen metan med belastning, ved tomgang går bilen på diesel, og ved høy belastning når metan/diesel-forholdet 9/1. Disse proporsjonene kan også endres i henhold til det foreløpige programmet.

Noen selskaper produserer dieselmotorer med den såkalte. "Micropilot" kraftsystemer, der rollen til dieselsystemet er begrenset til injeksjon av en liten mengde drivstoff som bare trengs for å antenne metan. Derfor kan disse motorene ikke operere autonomt på diesel og brukes vanligvis i industrikjøretøyer, biler, busser og skip, hvor kostbar omutstyr er økonomisk forsvarlig - etter slitasje fører dette til betydelige besparelser, motorlevetid. øker betydelig, og utslippene av skadelige gasser reduseres betydelig. Mikropilotmaskiner kan operere på både flytende og komprimert naturgass.

Typer systemer som brukes for ekstra installasjon

Utvalget av gassforsyningssystemer for gassformige drivstoff vokser stadig. I prinsippet kan arter deles inn i flere typer. Når propan og metan brukes, er dette blandede atmosfæriske trykksystemer, gassfaseinjeksjonssystemer og væskefaseinjeksjonssystemer. Fra et teknisk synspunkt kan propan-butaninjeksjonssystemer deles inn i flere generasjoner:

Første generasjon er systemer uten elektronisk styring, hvor gassen blandes i en enkel blander. Disse er vanligvis utstyrt med gamle forgassermotorer.

Andre generasjon er en injeksjon med én dyse, en analog lambdasonde og en treveis katalysator.

Tredje generasjon er en injeksjon med en eller flere dyser (en per sylinder), med mikroprosessorkontroll og tilstedeværelsen av både et selvlærende program og en selvdiagnosekodetabell.

Fjerde generasjon er sekvensiell (sylindrisk) injeksjon avhengig av posisjonen til stempelet, med antall dyser lik antall sylindre, og med tilbakemelding gjennom en lambdasonde.

Femte generasjon - flerpunkts sekvensiell injeksjon med tilbakemelding og kommunikasjon med en mikroprosessor for å kontrollere bensininjeksjon.

I de mest moderne systemene gjør "gass"-datamaskinen full bruk av dataene fra hovedmikroprosessoren for å kontrollere parametrene til bensinmotoren, inkludert injeksjonstid. Dataoverføring og kontroll er også fullt koblet til hovedbensinprogrammet, som unngår behovet for å lage hele XNUMXD gassinjeksjonskart for hver bilmodell – smartenheten leser ganske enkelt programmene fra bensinprosessoren. og tilpasser dem til gassinjeksjon.