Alternativas de test drive: PARTE 2 - Carros
Passeio de teste

Alternativas de test drive: PARTE 2 - Carros

Alternativas de test drive: PARTE 2 - Carros

Se você tiver a oportunidade de sobrevoar a Sibéria Ocidental à noite, pela janela verá uma visão grotesca, que lembra o deserto do Kuwait após a retirada das tropas de Saddam durante a primeira guerra no Iraque. A paisagem está repleta de enormes "tochas" em chamas, o que é uma prova viva de que muitos produtores de petróleo russos ainda consideram o gás natural um subproduto e produto desnecessário na busca por campos de petróleo ...

Os especialistas acreditam que esse desperdício será interrompido em um futuro próximo. Por muitos anos, o gás natural foi considerado um produto excedente e era queimado ou simplesmente lançado na atmosfera. Estima-se que até agora a Arábia Saudita sozinha tenha despejado ou queimado mais de 450 milhões de metros cúbicos de gás natural durante a produção de petróleo ...

Ao mesmo tempo, o processo é inverso - a maioria das empresas de petróleo modernas consome gás natural há muito tempo, percebendo o valor desse produto e sua importância, que só pode aumentar no futuro. Essa visão das coisas é especialmente característica dos Estados Unidos, onde, em contraste com as já esgotadas reservas de petróleo, ainda existem grandes depósitos de gás. Esta última circunstância se reflete automaticamente na infraestrutura industrial de um grande país, cujo trabalho é impensável sem carros, e ainda mais sem grandes caminhões e ônibus. Há cada vez mais empresas de transporte no exterior que estão atualizando os motores a diesel de suas frotas de caminhões para funcionar com sistemas combinados de gás-diesel e apenas com combustível azul. Mais e mais navios estão migrando para o gás natural.

No contexto dos preços dos combustíveis líquidos, o preço do metano parece fantástico, e muitos estão começando a duvidar de que haja um problema aqui - e com razão. Considerando que o conteúdo energético de um quilograma de metano é maior do que o de um quilograma de gasolina, e que um litro (isto é, um decímetro cúbico) de gasolina pesa menos que um quilograma, qualquer um pode concluir que um quilograma de metano contém muito mais energia do que um litro de gasolina. É claro que, mesmo sem essa aparente confusão de números e vagas disparidades, dirigir um carro movido a gás natural ou metano custará muito menos dinheiro do que dirigir um carro movido a gasolina.

Mas aqui está o clássico grande “MAS”… Ora, como o “golpe” é tão grande, quase ninguém em nosso país usa gás natural como combustível para carros, e os carros adaptados para seu uso na Bulgária são mais raros. fenômeno de canguru para a montanha de pinheiros Rhodope? A resposta a essa pergunta perfeitamente normal não é dada pelo fato de que a indústria do gás em todo o mundo está se desenvolvendo em um ritmo frenético e é considerada atualmente a alternativa mais segura aos combustíveis líquidos de petróleo. A tecnologia de motores a hidrogênio ainda tem um futuro incerto, o gerenciamento dentro do cilindro de motores a hidrogênio é extremamente difícil e ainda não está claro qual é um método econômico para extrair hidrogênio puro. Neste contexto, o futuro do metano é, para dizer o mínimo, brilhante - especialmente porque existem enormes depósitos de gás natural em países politicamente seguros, que as novas tecnologias (mencionadas na edição anterior de liquefação criogênica e conversão química de gás natural em líquidos) estão se tornando mais baratos, enquanto o preço dos produtos clássicos de hidrocarbonetos está crescendo. Sem contar que o metano tem todas as chances de se tornar a principal fonte de hidrogênio para as células a combustível do futuro.

A verdadeira razão para o abandono dos gases de hidrocarbonetos como combustível veicular ainda são os baixos preços do petróleo por décadas, que impulsionaram o desenvolvimento da tecnologia automotiva e da infraestrutura de transporte rodoviário associada para o fornecimento de energia para motores a gasolina e diesel. No contexto dessa tendência geral, as tentativas de usar gás combustível são esporádicas e insignificantes.

Mesmo após o fim da Segunda Guerra Mundial, a escassez de combustíveis líquidos na Alemanha levou ao surgimento de carros equipados com os sistemas mais simples de uso do gás natural, que, embora muito mais primitivos, pouco diferem dos sistemas usados ​​pelos táxis búlgaros hoje. de cilindros de gás e redutores. Os combustíveis gasosos ganharam mais importância durante as duas crises do petróleo em 1973 e 1979-80, mas mesmo assim só podemos falar de pequenas explosões que passaram quase despercebidas e não levaram a um desenvolvimento significativo nesta área. Por mais de duas décadas, desde a crise aguda mais recente, os preços dos combustíveis líquidos permaneceram consistentemente baixos, atingindo preços absurdamente baixos em 1986 e 1998, a US $ 10 o barril. É claro que tal situação não pode ter um efeito estimulante sobre tipos alternativos de combustíveis gasosos ...

No início do século XI, a situação do mercado está gradualmente, mas certamente, se movendo em uma direção diferente. Após os ataques terroristas 11 de setembro de 2001, houve uma tendência de aumento gradual, mas constante, dos preços do petróleo, que continuou a subir como resultado do aumento do consumo pela China e da Índia e das dificuldades em encontrar novos depósitos. No entanto, as montadoras são muito mais incômodas em relação à produção em massa de carros adaptados para funcionar com combustíveis gasosos. As razões para essa complexidade podem ser encontradas tanto na inércia de pensamento da maioria dos consumidores que estão acostumados com o combustível líquido tradicional (para europeus, por exemplo, o óleo diesel continua sendo a alternativa mais realista à gasolina) quanto na necessidade de grandes investimentos em infraestrutura de dutos. e estações de compressão. Quando isso é adicionado aos sistemas complexos e caros de armazenamento de combustível (especialmente gás natural comprimido) nos próprios carros, o quadro geral começa a se esclarecer.

Por outro lado, as usinas de combustível gasoso estão se tornando mais diversificadas e seguem a tecnologia de suas contrapartes a gasolina. Os alimentadores de gás já usam os mesmos componentes eletrônicos sofisticados para injetar combustível na fase líquida (ainda rara) ou gasosa. Também existem cada vez mais modelos de veículos de produção com configuração de fábrica para abastecimento de gás monovalente ou com a possibilidade de abastecimento duplo gás/gasolina. Cada vez mais, outra vantagem dos combustíveis gasosos está sendo percebida - devido à sua estrutura química, os gases são mais totalmente oxidados e o nível de emissões nocivas nos gases de escapamento dos carros que os utilizam é ​​muito menor.

Um novo começo

No entanto, um avanço no mercado exigirá incentivos financeiros direcionados e diretos para usuários finais de gás natural como combustível veicular. Para atrair clientes, os vendedores de metano na Alemanha já estão oferecendo aos compradores de veículos a gás natural bônus especiais, cuja natureza às vezes parece simplesmente inacreditável - por exemplo, a distribuidora de gás de Hamburgo reembolsa indivíduos pela compra de gás. carros de certos concessionários por um período de um ano. A única condição para o usuário é colar o adesivo publicitário do patrocinador em seu carro...

A razão pela qual o gás natural na Alemanha e na Bulgária (em ambos os países a grande maioria do gás natural vem da Rússia por gasoduto) é muito mais barato do que outros combustíveis deve ser buscada em uma série de premissas legais. O preço de mercado do gás está logicamente ligado ao preço do petróleo: à medida que o preço do petróleo aumenta, aumenta também o preço do gás natural, mas a diferença entre os preços da gasolina e do gás para o consumidor final deve-se sobretudo à menor tributação do gás natural gás. Na Alemanha, por exemplo, o preço do gás é fixado legalmente até 2020, sendo que o esquema desta “fixação” é o seguinte: durante este período, o preço do gás natural pode crescer juntamente com o preço do petróleo, mas a sua vantagem proporcional sobre outras fontes de energia deve ser mantida em nível constante. É claro que com um quadro jurídico tão regulamentado, preços baixos e ausência de problemas na construção de "motores a gás", o único problema para o crescimento deste mercado continua a ser uma rede subdesenvolvida de postos de gasolina - na enorme Alemanha, por Por exemplo, existem apenas 300 desses pontos, e na Bulgária existem muitos, menos.

As perspectivas para colmatar este défice de infra-estruturas parecem grandes neste momento - na Alemanha, a associação da Erdgasmobil e do gigante petrolífero francês TotalFinaElf pretende investir fortemente na construção de vários milhares de novos postos de gasolina, e na Bulgária várias empresas assumiram uma iniciativa semelhante tarefa. É possível que em breve toda a Europa use a mesma rede desenvolvida de postos de abastecimento de gás natural e liquefeito de petróleo como consumidores na Itália e na Holanda - países cujo desenvolvimento nessa área falamos na edição anterior.

Honda Civic GX

No Salão Automóvel de Frankfurt de 1997, a Honda apresentou o Civic GX, alegando que era o carro mais amigo do ambiente do mundo. Descobriu-se que a ambiciosa declaração dos japoneses não é apenas mais uma jogada de marketing, mas a pura verdade, que permanece relevante até hoje, e pode ser vista na prática na última edição do Civic GX. O carro foi projetado para funcionar apenas com gás natural e o motor foi projetado para aproveitar ao máximo a alta octanagem do combustível gasoso. Não é de surpreender que os veículos desse tipo hoje possam oferecer níveis de emissão de escapamento mais baixos do que os exigidos em uma futura economia europeia Euro 5, ou 90% mais baixos do que os ULEVs (Ultra Low Emission Vehicles) dos EUA. . O motor Honda funciona de forma extremamente suave e a alta taxa de compressão de 12,5:1 compensa o menor valor volumétrico de energia do gás natural em comparação com a gasolina. O tanque de 120 litros é feito de material compósito e o consumo de gás equivalente é de 6,9 ​​litros. O famoso sistema de distribuição variável de válvulas VTEC da Honda funciona bem com as propriedades especiais do combustível e melhora ainda mais a carga do motor. Devido à menor taxa de queima do gás natural e ao fato de o combustível ser "seco" e não possuir propriedades lubrificantes, as sedes das válvulas são feitas de ligas especiais resistentes ao calor. Os pistões também são feitos de materiais mais fortes, pois o gás não consegue resfriar os cilindros quando evapora como a gasolina.

As mangueiras do Honda GX na fase gás são injetadas com gás natural, que é 770 vezes maior que a quantidade equivalente de gasolina. O maior desafio tecnológico para os engenheiros da Honda foi criar os injetores certos para trabalhar nessas condições e pré-requisitos - para atingir a potência ideal, os injetores devem lidar com a difícil tarefa de fornecer simultaneamente a quantidade necessária de gás, para a qual, em princípio, gasolina líquida é injetada. Isso é um problema para todos os motores desse tipo, pois o gás ocupa um volume muito maior, desloca parte do ar e exige injeção direta nas câmaras de combustão.

No mesmo 1997, a Fiat também demonstrou um modelo semelhante ao Honda GX. A versão "bivalente" do Marea pode usar dois tipos de combustível - gasolina e gás natural, e o gás é bombeado por um segundo sistema de combustível totalmente independente. O motor sempre dá partida com combustível líquido e depois muda automaticamente para gás. O motor de 1,6 litro tem potência de 93 cv. com combustível a gás e 103 cv. Com. ao usar gasolina. Em princípio, o motor funciona maioritariamente a gasolina, excepto quando esta acaba ou o condutor tem uma clara vontade de usar gasolina. Infelizmente, a "natureza dual" da energia bivalente não permite o uso total das vantagens do gás natural de alta octanagem. A Fiat está produzindo atualmente uma versão Mulipla com este tipo de fonte de alimentação.

Com o tempo, surgiram modelos semelhantes na gama Opel (Astra e Zafira Bi Fuel para as versões GPL e GNV), PSA (Peugeot 406 LPG e Citroen Xantia LPG) e VW (Golf Bifuel). A Volvo é considerada um clássico nesta área, produzindo variantes do S60, V70 e S80, capazes de funcionar com gás natural, biogás e GLP. Todos esses veículos são equipados com sistemas de injeção de gás por bicos especiais, processos tecnológicos controlados eletronicamente e componentes mecânicos compatíveis com combustível, como válvulas e pistões. Os tanques de combustível CNG são projetados para resistir a uma pressão de 700 bar, embora o próprio gás seja armazenado a uma pressão de no máximo 200 bar.

BMW

A BMW é uma conhecida defensora dos combustíveis sustentáveis ​​e há muitos anos vem desenvolvendo vários powertrains para veículos com fontes alternativas. No início dos anos 90, a empresa bávara criou modelos das séries 316g e 518g, que usam gás natural como combustível. Em seus últimos desenvolvimentos, a empresa decidiu experimentar tecnologias fundamentalmente novas e, juntamente com o grupo de refrigeração alemão Linde, a empresa petrolífera Aral e a empresa de energia E.ON Energy, desenvolveu um projeto para o uso de gases liquefeitos. O projeto está se desenvolvendo em duas direções: a primeira é o desenvolvimento de suprimentos de hidrogênio liquefeito e a segunda é o uso de gás natural liquefeito. O uso do hidrogênio liquefeito ainda é considerado uma tecnologia promissora, da qual falaremos mais adiante, mas o sistema de armazenamento e utilização do gás natural liquefeito é bastante real e pode ser colocado em prática na indústria automotiva nos próximos anos.

Ao mesmo tempo, o gás natural é resfriado a uma temperatura de -161 graus e condensa a uma pressão de 6 a 10 bar, enquanto passa para a fase líquida. O tanque é muito mais compacto e leve em comparação com os cilindros de gás comprimido e é praticamente uma garrafa térmica criogênica feita de materiais superisolantes. Graças à moderna tecnologia Linde, apesar das paredes muito finas e leves do tanque, o metano líquido pode ser armazenado neste estado por duas semanas sem nenhum problema, mesmo em climas quentes e sem a necessidade de refrigeração. Já está em operação em Munique o primeiro posto de abastecimento de GNL, em cuja construção um investimento de € 400.

Processos de combustão em motores a combustível gasoso

Como já mencionado, o gás natural contém principalmente metano e gás liquefeito de petróleo - propano e butano em proporções que dependem da estação. À medida que o peso molecular aumenta, a resistência à detonação de compostos de hidrocarbonetos parafínicos (de cadeia linear), como metano, etano e propano, diminui, as moléculas se quebram mais facilmente e mais peróxidos se acumulam. Assim, os motores a diesel usam óleo diesel em vez de gasolina, pois a temperatura de autoignição é menor no primeiro caso.

O metano tem a maior razão hidrogênio / carbono de todos os hidrocarbonetos, o que na prática significa que, para o mesmo peso, o metano tem o maior valor de energia entre os hidrocarbonetos. Explicar esse fato é complexo e requer algum conhecimento da química e da energia dos relacionamentos, portanto, não trataremos disso. Basta dizer que a molécula de metano estável fornece um número de octanas de cerca de 130.

Por esse motivo, a taxa de combustão do metano é muito menor do que a da gasolina, pequenas moléculas permitem que o metano queime mais completamente e seu estado gasoso resulta em menos lixiviação de óleo das paredes dos cilindros em motores frios em comparação com as misturas de gasolina. ... O propano, por sua vez, tem uma octanagem de 112, que ainda é mais alta do que a maioria das gasolinas. Misturas pobres de propano-ar queimam a uma temperatura inferior à da gasolina, mas as ricas podem levar à sobrecarga térmica do motor, uma vez que o propano não possui as propriedades de resfriamento da gasolina devido à sua entrada nos cilindros na forma gasosa.

Este problema já foi resolvido com a utilização de sistemas com injeção direta de propano líquido. Como o propano se liquefaz facilmente, é fácil construir um sistema para armazená-lo em um carro e não há necessidade de aquecer os coletores de admissão porque o propano não condensa como a gasolina. Isso, por sua vez, melhora a eficiência termodinâmica do motor, onde é seguro usar termostatos que mantêm uma temperatura mais baixa do líquido de arrefecimento. A única desvantagem significativa dos combustíveis gasosos é o fato de que nem o metano nem o propano têm efeito lubrificante nas válvulas de escape, por isso os especialistas dizem que é um "combustível seco" que é bom para anéis de pistão, mas ruim para válvulas. Você não pode confiar nos gases para fornecer a maioria dos aditivos aos cilindros do motor, mas os motores que funcionam com esses combustíveis não precisam de tantos aditivos quanto os motores a gasolina. O controle da mistura é um fator muito importante nos motores a gás, pois misturas ricas resultam em temperaturas mais altas dos gases de escape e sobrecarga das válvulas, enquanto misturas ruins criam um problema ao diminuir a já baixa taxa de combustão, o que novamente é um pré-requisito para a sobrecarga térmica das válvulas. A taxa de compressão nos motores a propano pode ser facilmente aumentada em duas ou três unidades e em metano - ainda mais. O aumento resultante em óxidos de nitrogênio é compensado por emissões globais mais baixas. A mistura ideal de propano é ligeiramente "mais pobre" - 15,5:1 (ar para combustível) versus 14,7:1 para gasolina, e isso é levado em consideração ao projetar evaporadores, dispositivos de medição ou sistemas de injeção. Como tanto o propano quanto o metano são gases, os motores não precisam enriquecer as misturas durante as partidas ou acelerações a frio.

O ângulo de ultrapassagem de ignição é calculado em uma curva diferente dos motores a gasolina - em baixas rotações, a ultrapassagem de ignição deve ser maior devido à combustão mais lenta de metano e propano, mas em altas velocidades, os motores a gasolina precisam de mais aumento. mistura (a taxa de combustão da gasolina é reduzida devido ao curto tempo de reações de pré-chama - ou seja, a formação de peróxidos). É por isso que os sistemas eletrônicos de controle de ignição dos motores a gás têm um algoritmo completamente diferente.

Metano e propano também aumentam os requisitos para eletrodos de vela de ignição de alta tensão - uma mistura "mais seca" é "mais difícil" de perfurar do que uma faísca porque é um eletrólito menos condutor. Portanto, a distância entre os eletrodos das velas de ignição adequadas para esses motores geralmente é diferente, a tensão é maior e, em geral, a questão das velas de ignição é mais complexa e sutil do que nos motores a gasolina. As sondas lambda são utilizadas nos motores a gás mais modernos para uma ótima dosagem da mistura em termos de qualidade. Ter sistemas de ignição em duas curvas distintas é especialmente importante para veículos equipados com sistemas bivalentes (para gás natural e gasolina), uma vez que a escassa rede de postos de abastecimento de gás natural obriga muitas vezes ao uso forçado de gasolina.

A taxa de compressão ótima do gás natural é de cerca de 16:1, e a taxa ideal de ar-combustível é de 16,5:1, perderá cerca de 15% de sua potência potencial. Ao usar gás natural, a quantidade de monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos (HC) nos gases de escape é reduzida em 90% e óxidos de nitrogênio (NOx) em cerca de 70% em comparação com as emissões dos motores a gasolina convencionais. O intervalo de troca de óleo para motores a gás geralmente é dobrado.

Gasóleo

Nos últimos anos, os sistemas de fornecimento de combustível duplo tornaram-se cada vez mais populares. Apresso-me em observar que não estamos falando de motores "bivalentes" funcionando alternadamente com gás ou gasolina e com velas de ignição, mas de sistemas especiais de diesel-gás, nos quais parte do combustível diesel é substituído por gás natural fornecido por um sistema de energia separado. Esta tecnologia é baseada em motores diesel padrão.

O princípio de operação é baseado no fato de que o metano tem uma temperatura de autoignição acima de 600 graus - ou seja, acima de uma temperatura de aproximadamente 400-500 graus no final do ciclo de compressão do motor diesel. Isso, por sua vez, significa que a mistura metano-ar não inflama sozinha quando comprimida nos cilindros, e o óleo diesel injetado, que inflama a cerca de 350 graus, é usado como uma espécie de vela de ignição. O sistema poderia funcionar inteiramente com metano, mas neste caso seria necessário instalar um sistema elétrico e uma vela de ignição. Normalmente, a porcentagem de metano aumenta com a carga, em marcha lenta o carro funciona com diesel e em alta carga a relação metano/diesel atinge 9/1. Essas proporções também podem ser alteradas de acordo com o programa preliminar.

Algumas empresas produzem motores a diesel com os chamados. Sistemas de potência "micropiloto", nos quais o papel do sistema a diesel se limita à injeção de uma pequena quantidade de combustível necessária apenas para a ignição do metano. Portanto, esses motores não podem operar de forma autônoma com diesel e geralmente são usados ​​​​em veículos industriais, carros, ônibus e navios, onde o reequipamento dispendioso é economicamente justificado - após o desgaste, isso leva a uma economia significativa na vida útil do motor. aumenta significativamente e as emissões de gases nocivos são significativamente reduzidas. As máquinas micropiloto podem operar com gás natural liquefeito e comprimido.

Tipos de sistemas usados ​​para instalação adicional

A variedade de sistemas de fornecimento de gás para combustíveis gasosos está em constante crescimento. Em princípio, as espécies podem ser divididas em vários tipos. Quando propano e metano são usados, estes são sistemas mistos e de pressão atmosférica, sistemas de injeção de fase gasosa e sistemas de injeção de fase líquida. Do ponto de vista técnico, os sistemas de injeção de propano-butano podem ser divididos em várias gerações:

A primeira geração são sistemas sem controle eletrônico, nos quais o gás é misturado em um misturador simples. Estes são geralmente equipados com motores de carburador antigos.

A segunda geração é uma injeção com um bocal, uma sonda lambda analógica e um catalisador de três vias.

A terceira geração é uma injeção com um ou mais bicos (um por cilindro), com controle por microprocessador e presença de programa de autoaprendizagem e tabela de códigos de autodiagnóstico.

A quarta geração é a injeção sequencial (cilíndrica) dependendo da posição do pistão, com o número de bicos igual ao número de cilindros e com feedback através de uma sonda lambda.

Quinta geração - injeção sequencial multiponto com feedback e comunicação com um microprocessador para controlar a injeção de gasolina.

Nos sistemas mais modernos, o computador de "gás" faz pleno uso dos dados do microprocessador principal para controlar os parâmetros do motor a gasolina, inclusive o tempo de injeção. A transmissão e o controle de dados também estão totalmente vinculados ao programa principal de gasolina, o que evita a necessidade de criar mapas de injeção de gás XNUMXD completos para cada modelo de carro - o dispositivo inteligente simplesmente lê os programas do processador de gasolina. e os adapta à injeção de gás.

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