Алтернативи за тест возење: ДЕЛ 2 - Автомобили

Ако имате можност да прелетате преку Западен Сибир ноќе, низ прозорецот ќе видите гротескна глетка, која потсетува на пустината Кувајт по повлекувањето на трупите на Садам за време на првата војна во Ирак. Пејзажот е преполн со огромни запалени „факели“, што е жив доказ дека многу руски производители на нафта сè уште го сметаат природниот гас за нуспроизвод и непотребен производ во потрагата по нафтените полиња ...

Експертите сметаат дека овој отпад ќе биде запрен во блиска иднина. Долги години, природниот гас се сметаше за вишок производ и гореше или едноставно се испушташе во атмосферата. Се проценува дека досега само Саудиска Арабија исфрлила или изгорела повеќе од 450 милиони кубни метри природен гас за време на производството на нафта ...

Во исто време, процесот е обратен - повеќето модерни нафтени компании веќе долго време трошат природен гас, сфаќајќи ја вредноста на овој производ и неговата важност, која може само да се зголеми во иднина. Ваквото гледање на работите е особено карактеристично за САД, каде што, за разлика од веќе исцрпените нафтени резерви, се уште има големи наоѓалишта на гас. Последната околност автоматски се рефлектира во индустриската инфраструктура на огромна земја, чија работа е незамислива без автомобили, а уште повеќе без големи камиони и автобуси. Има се повеќе транспортни компании во странство кои ги надградуваат дизел-моторите на нивните камиони за да работат и со комбинирани системи за гас-дизел и само со сино гориво. Се повеќе бродови се префрлаат на природен гас.

Наспроти позадината на цените на течните горива, цената на метанот звучи фантастично, а многумина почнуваат да се сомневаат дека тука има улов - и тоа со добра причина. Имајќи предвид дека енергетската содржина на килограм метан е поголема од онаа на килограм бензин и дека еден литар (т.е. еден кубен дециметар) бензин тежи помалку од килограм, секој може да заклучи дека килограм метан содржи многу повеќе енергија од литар бензин. Јасно е дека дури и без оваа очигледна збрка на бројки и нејасни разлики, управувањето со автомобил што работи на природен гас или метан ќе ве чини многу помалку пари од возењето автомобил на бензин.

Но, еве го класичното големо „НО“... Зошто, бидејќи „измамата“ е толку голема, кај нас речиси никој не користи природен гас како гориво за автомобили, а автомобилите приспособени за негова употреба во Бугарија се поретки. феномен од кенгур до борова планина Родопи? Одговорот на ова сосема нормално прашање не го дава фактот што гасната индустрија ширум светот се развива со избезумено темпо и моментално се смета за најбезбедна алтернатива на течните нафтени горива. Технологијата на водородните мотори сè уште има неизвесна иднина, управувањето со водородните мотори во цилиндар е исклучително тешко, а кој е економичен метод за екстракција на чист водород сè уште не е јасно. Наспроти ова, иднината на метанот е, благо речено, брилијантна - особено затоа што има огромни наоѓалишта на природен гас во политички безбедните земји, новите технологии (спомнати во претходниот број на криогена втечнување и хемиска конверзија на природниот гас во течности) стануваат поевтини, додека цената на класичните јаглеводородни производи расте. Да не зборуваме за фактот дека метанот ги има сите шанси да стане главен извор на водород за горивни ќелии во иднината.

Вистинската причина за напуштање на јаглеводородните гасови како гориво на возилото се уште се ниски цени на нафтата со децении, што го турка развојот на автомобилската технологија и придружната патна транспортна инфраструктура кон обезбедување енергија за бензински и дизел мотори. Наспроти позадината на овој општ тренд, обидите да се користи гориво за гас се прилично спорадични и незначителни.

И по завршувањето на Втората светска војна, недостигот на течни горива во Германија доведе до појава на автомобили опремени со наједноставни системи за користење природен гас, кои иако се многу попримитивни, малку се разликуваат од системите што ги користат бугарските такси денес. од плински боци и редуктори. Гасните горива добија поголемо значење за време на двете нафтени кризи во 1973 и 1979-80, но дури и тогаш можеме да зборуваме само за кратки рафали што поминаа речиси незабележани и не доведоа до значителен развој во оваа област. Повеќе од две децении од оваа најнова акутна криза, цените на течните горива останаа постојано ниски, достигнувајќи апсурдно ниски цени во 1986 и 1998 година, на 10 долари за барел. Јасно е дека таквата состојба не може да има стимулирачки ефект врз алтернативните видови на горивни гасови ...

На почетокот на 11 век, состојбата на пазарот постепено, но сигурно се движи во друга насока. Од терористичките напади во септември 2001 во XNUMX година, се забележува постепен, но стабилен нагорен тренд на цените на нафтата, кој продолжува да расте како резултат на зголемената потрошувачка од Кина и Индија и потешкотиите во наоѓањето нови депозити. Сепак, автомобилските компании се многу понезгодни во насока на масовно производство на автомобили прилагодени да работат со гасни горива. Причините за оваа тромавост можат да се најдат и во инерцијата на размислување на повеќето потрошувачи, навикнати на традиционалното течно гориво (за Европејците, на пример, дизел горивото останува најреална алтернатива на бензинот), и во потребата од огромни инвестиции во инфраструктурата на гасоводот. и компресорски станици. Кога ова ќе се додаде на сложените и скапи системи за складирање на гориво (особено компресиран природен гас) во самите автомобили, големата слика почнува да се расчистува.

Од друга страна, електраните со гасовити горива стануваат се повеќе диверзифицирани и ја следат технологијата на нивните колеги со бензин. Внесувачите на гас веќе ги користат истите софистицирани електронски компоненти за вбризгување гориво во течната (сè уште ретка) или гасната фаза. Исто така, има се повеќе модели на сериски возила фабрички комплет за едновалентно снабдување со гас или со можност за двојно снабдување со гас/бензин. Сè повеќе се реализира уште една предност на гасните горива - поради неговата хемиска структура, гасовите потполно се оксидираат, а нивото на штетни емисии во издувните гасови на автомобилите што ги користат е многу помало.

Нов почеток

Сепак, пробивот на пазарот ќе бара насочени и директни финансиски стимулации за крајните корисници на природниот гас како гориво за возилата. За да привлечат клиенти, продавачите на метан во Германија веќе им обезбедуваат на купувачите возила на природен гас специјални бонуси, чија природа понекогаш изгледа едноставно неверојатна - на пример, компанијата за дистрибуција на гас во Хамбург им надоместува на поединци за купување гас. автомобили од одредени дилери за период од една година. Единствен услов за корисникот е да ја залепи рекламната налепница на спонзорот на својот автомобил...

Причината зошто природниот гас во Германија и Бугарија (во двете земји огромното мнозинство на природниот гас доаѓа од Русија преку гасоводот) е многу поевтин од другите горива, треба да се бара во голем број правни простории. Пазарната цена на гасот е логично поврзана со цената на нафтата: како што се зголемува цената на нафтата, расте и цената на природниот гас, но разликата во цените на бензинот и гасот за крајниот потрошувач главно се должи на пониското оданочување на природниот гас. Во Германија, на пример, цената на гасот е законски фиксирана до 2020 година, а шемата на оваа „фиксација“ е следна: во овој период, цената на природниот гас може да расте заедно со цената на нафтата, но неговата пропорционална предност над другите извори на енергија мора да се одржува на константно ниво. Јасно е дека со ваква регулирана законска рамка, ниски цени и отсуство на какви било проблеми во изградбата на „гасните мотори“, единствен проблем за растот на овој пазар останува неразвиената мрежа на бензински пумпи - во огромна Германија, за на пример такви точки има само 300, а во Бугарија многу.помалку.

Изгледите за пополнување на овој инфраструктурен дефицит изгледаат одлично во моментов - во Германија здружението на Ердгасмобил и францускиот нафтен гигант TotalFinaElf има намера да инвестира многу во изградба на неколку илјади нови бензински пумпи, а во Бугарија неколку компании преземаа слично задача. Можно е наскоро цела Европа да ја користи истата развиена мрежа на бензински станици за природен и течен нафтен гас како потрошувачите во Италија и Холандија - земји за чиј развој во оваа област ви кажавме во претходниот број.

Хонда Цивик ГХ

На Саемот за автомобили во Франкфурт во 1997 година, Honda го претстави Civic GX, тврдејќи дека е најеколошки автомобил во светот. Се покажа дека амбициозната изјава на Јапонците не е само уште еден маркетиншки трик, туку чиста вистина, која останува актуелна до ден-денес, а во пракса може да се види во најновото издание на Civic GX. Автомобилот е дизајниран да работи само на природен гас, а моторот е дизајниран за целосно искористување на високиот октански рејтинг на гасното гориво. Не е изненадувачки што возилата од овој тип денес можат да понудат нивоа на емисија на издувни гасови пониски од оние што се потребни во идната европска економија со Euro 5, или 90% пониски од американските ULEV (Возила со ултра ниска емисија). . Моторот на Honda работи исклучително непречено, а високиот сооднос на компресија од 12,5:1 компензира за помалата волуметриска енергетска вредност на природниот гас во споредба со бензинот. Резервоарот од 120 литри е направен од композитен материјал, а еквивалентната потрошувачка на гас е 6,9 литри. Познатиот VTEC систем за мерење на променливи вентили на Honda добро функционира со посебните својства на горивото и дополнително го подобрува полнењето на моторот. Поради помалата стапка на согорување на природниот гас и фактот дека горивото е „суво“ и нема својства за подмачкување, седиштата на вентилите се направени од специјални легури отпорни на топлина. И клиповите се направени од поцврсти материјали, бидејќи гасот не може да ги излади цилиндрите кога испарува како бензин.

Цревата Honda GX во гасната фаза се вбризгуваат со природен гас, кој е 770 пати поголем од еквивалентно количество бензин. Најголемиот технолошки предизвик за инженерите на Хонда беше да создадат вистински инјектори за работа во такви услови и предуслови - за да се постигне оптимална моќност, инјекторите мора да се справат со тешката задача истовремено да ја снабдуваат потребната количина на гас, за што, во принцип, се вбризгува течен бензин. Ова е проблем за сите мотори од овој тип, бидејќи гасот зафаќа многу поголем волумен, поместува дел од воздухот и бара вбризгување директно во коморите за согорување.

Во истата 1997 година, Fiat демонстрираше сличен модел на Honda GX. „Бивалентната“ верзија на Marea може да користи два вида гориво - бензин и природен гас, а гасот се пумпа со втор, целосно независен систем за гориво. Моторот секогаш се вклучува на течно гориво, а потоа автоматски се префрла на гас. Моторот од 1,6 литри има моќност од 93 КС. со плинско гориво и 103 КС. Со. кога користите бензин. Во принцип, моторот работи главно на плин, освен кога вториот снемува или возачот има јасна желба да користи бензин. За жал, „двојната природа“ на бивалентната енергија не дозволува целосно искористување на предностите на високиот октански природен гас. Во моментов Fiat произведува верзија на Mulipla со овој тип на PSU.

Со текот на времето, слични модели се појавија во опсегот на Opel (Astra и Zafira Bi Fuel за LPG и CNG верзии), PSA (Peugeot 406 LPG и Citroen Xantia LPG) и VW (Golf Bifuel). Volvo се смета за класичен во оваа област, произведува варијанти на S60, V70 и S80, способни да работат на природен гас, како и биогас и ТНГ. Сите овие возила се опремени со системи за вбризгување гас кои користат специјални млазници, електронски контролирани технолошки процеси и механички компоненти компатибилни со горивото, како што се вентили и клипови. Резервоарите за гориво ЦНГ се дизајнирани да издржат притисок од 700 бари, иако самиот гас се чува таму под притисок не повеќе од 200 бари.

BMW

BMW е добро познат поборник за одржливи горива и веќе многу години развива различни погонски единици за возила со алтернативни извори. Назад во раните 90-ти, баварската компанија создаде модели од сериите 316g и 518g, кои користат природен гас како гориво. Во својот најнов развој, компанијата одлучи да експериментира со фундаментално нови технологии и заедно со германската групација за ладење Линде, нафтената компанија Арал и енергетската компанија E.ON Energy, развија проект за употреба на течни гасови. Проектот се развива во две насоки: првата е развој на залихи со течен водород, а втората е употребата на течен природен гас. Употребата на течен водород сè уште се смета за ветувачка технологија, за која ќе зборуваме подоцна, но системот за складирање и користење на течен природен гас е сосема реален и може да се примени во автомобилската индустрија во следните неколку години.

Во исто време, природниот гас се лади на температура од -161 степени и се кондензира на притисок од 6-10 бари, додека поминува во течна фаза. Резервоарот е многу покомпактен и полесен во споредба со цилиндрите со компримиран гас и е практично криоген термос направен од суперизолациски материјали. Благодарение на модерната технологија Linde, и покрај многу тенки и лесни wallsидови на резервоарот, течниот метан може да се чува во оваа состојба две недели без никаков проблем, дури и во топло време и без потреба од ладење. Првата станица за полнење LNG, во чија изградба е инвестиција од 400 евра, веќе работи во Минхен.

Процеси на согорување во моторите со гасно гориво

Како што веќе споменавме, природниот гас содржи главно метан, а течен нафтен гас - пропан и бутан во пропорции кои зависат од сезоната. Како што се зголемува молекуларната тежина, се намалува отпорноста на удар на парафинските (правен синџир) јаглеводородни соединенија како што се метан, етан и пропан, молекулите полесно се распаѓаат и се акумулираат повеќе пероксиди. Така, дизел моторите користат дизел гориво наместо бензин, бидејќи температурата на самозапалување е пониска во првиот случај.

Метанот има најголем однос водород / јаглерод од сите јаглеводороди, што во пракса значи дека за иста тежина, метанот има најголема енергетска вредност меѓу јаглеводородите. Објаснувањето на овој факт е комплексно и бара извесно познавање на хемијата и енергијата на односите, така што нема да се справиме со ова. Доволно е да се каже дека стабилната молекула на метан обезбедува октански број од околу 130.

Поради оваа причина, стапката на согорување на метан е многу пониска од онаа на бензинот, малите молекули овозможуваат метанот да гори поцелосно, а неговата гасовита состојба доведува до помалку истекување на маслото од wallsидовите на цилиндерот во ладните мотори во споредба со мешавините на бензин. ... Пропанот, пак, има октански рејтинг 112, што е сè уште поголем од повеќето бензини. Лошите мешавини на пропан и воздух горат на пониска температура од бензинот, но богатите може да доведат до термичко преоптоварување на моторот, бидејќи пропанот нема својства на ладење на бензинот поради неговото влегување во цилиндрите во гасовита форма.

Овој проблем е веќе решен со употреба на системи со директно вбризгување на течен пропан. Бидејќи пропанот лесно се втечнува, лесно е да се изгради систем за складирање во автомобил и нема потреба да се загреваат доводните колектори бидејќи пропанот не се кондензира како бензинот. Ова за возврат ја подобрува термодинамичката ефикасност на моторот, каде што е безбедно да се користат термостати кои одржуваат пониска температура на течноста за ладење. Единствениот значаен недостаток на гасните горива е фактот што ниту метанот ниту пропанот немаат подмачкувачки ефект врз издувните вентили, па експертите велат дека тоа е „суво гориво“ кое е добро за прстените на клипот, но лошо за вентилите. Не можете да се потпрете на гасови за да ги испорачате повеќето адитиви во цилиндрите на моторот, но на моторите што работат на овие горива не им требаат толку многу адитиви како на бензинските мотори. Контролата на смесата е многу важен фактор кај моторите на гас, бидејќи богатите мешавини резултираат со повисоки температури на издувните гасови и преоптоварување на вентилите, додека лошите мешавини создаваат проблем со намалување на и онака ниската стапка на согорување, што повторно е предуслов за термичко преоптоварување на вентилите. Односот на компресија кај моторите на пропан лесно може да се зголеми за две или три единици, а во метан - уште повеќе. Резултирачкото зголемување на азотни оксиди се компензира со пониски емисии во целина. Оптималната пропанска смеса е малку „посиромашна“ - 15,5:1 (воздух до гориво) наспроти 14,7:1 за бензин, а тоа се зема предвид при дизајнирање на испарувачи, мерни уреди или системи за вбризгување. Бидејќи и пропанот и метанот се гасови, моторите не треба да ги збогатуваат смесите при ладно палење или забрзување.

Аголот на претекнување на палењето се пресметува на различна крива од бензинските мотори - при ниски вртежи во минута, претекнувањето на палењето треба да биде поголемо поради побавното согорување на метан и пропан, но при големи брзини, на бензинските мотори им треба повеќе зголемување. мешавина (стапката на согорување на бензинот се намалува поради краткото време на реакции пред пламен - односно формирање на пероксиди). Затоа електронските системи за контрола на палењето на бензинските мотори имаат сосема поинаков алгоритам.

Метанот и пропанот, исто така, ги зголемуваат барањата за високонапонски електроди од свеќичката - „посува“ смеса е „потешка“ за пробивање од искра бидејќи е помалку спроводлив електролит. Затоа, растојанието помеѓу електродите на свеќичките погодни за такви мотори е обично различно, напонот е поголем, а генерално прашањето за свеќичките е посложено и посуптилно отколку кај бензинските мотори. Ламбда сонди се користат во најсовремените гасни мотори за оптимално дозирање на смесата во однос на квалитетот. Имањето системи за палење на две посебни кривини е особено важно за возилата опремени со бивалентни системи (за природен гас и бензин), бидејќи ретката мрежа на точки за полнење природен гас често бара присилна употреба на бензин.

Оптималниот сооднос на компресија на природниот гас е околу 16:1, а идеалниот сооднос воздух-гориво е 16,5:1. ќе изгуби околу 15% од својата потенцијална моќност. Кога се користи природен гас, количината на јаглерод моноксид (CO) и јаглеводороди (HC) во издувните гасови се намалува за 90%, а азотни оксиди (NOx) за околу 70% во споредба со емисиите на конвенционалните бензински мотори. Интервалот за промена на маслото кај моторите на гас обично се удвојува.

Гас-дизел

Во последните неколку години, системите за испорака на гориво со двојно гориво станаа сè попопуларни. Побрзам да забележам дека не зборуваме за „бивалентни“ мотори кои работат наизменично на бензин или бензин и имаат свеќички, туку за специјални системи на дизел-гас, во кои дел од дизел горивото се заменува со природен гас испорачан од посебен електроенергетски систем. Оваа технологија се базира на стандардни дизел мотори.

Принципот на работа се заснова на фактот дека метанот има температура на самозапалување над 600 степени - т.е. над температура од приближно 400-500 степени на крајот од циклусот на компресија на дизел моторот. Тоа, пак, значи дека смесата метан-воздух не се запали сама по себе кога ќе се компресира во цилиндрите, а вбризгуваното дизел гориво, кое се запали на околу 350 степени, се користи како еден вид свеќичка. Системот би можел целосно да работи на метан, но во овој случај би било неопходно да се инсталира електричен систем и свеќичка. Вообичаено, процентот на метан се зголемува со оптоварување, во мирување автомобилот работи на дизел, а при големо оптоварување односот метан/дизел достигнува 9/1. Овие пропорции може да се менуваат и според прелиминарната програма.

Некои компании произведуваат дизел мотори со т.н. Енергетски системи „микропилот“, во кои улогата на дизелскиот систем е ограничена на вбризгување на мала количина на гориво потребно само за запалување на метан. Затоа, овие мотори не можат да работат автономно на дизел и обично се користат во индустриски возила, автомобили, автобуси и бродови, каде што скапата реопрема е економски оправдана - по неговото абење, ова води до значителни заштеди, век на моторот. значително се зголемува, а емисиите на штетни гасови значително се намалуваат. Микропилот машините можат да работат и на течен и на компримиран природен гас.

Видови системи што се користат за дополнителна инсталација

Разновидноста на системите за снабдување со гас за гасовити горива постојано расте. Во принцип, видовите можат да се поделат на неколку видови. Кога се користат пропан и метан, тоа се мешани системи и атмосферски притисок, системи за вбризгување на гасна фаза и системи за инјектирање во течна фаза. Од техничка гледна точка, системите за вбризгување на пропан-бутан може да се поделат на неколку генерации:

Првата генерација се системи без електронска контрола, во кои гасот се меша во едноставен миксер. Овие обично се опремени со стари мотори со карбуратор.

Втората генерација е инјекција со една млазница, аналогна ламбда сонда и тринасочен катализатор.

Третата генерација е инјектирање со една или повеќе млазници (по една по цилиндар), со микропроцесорска контрола и присуство и на програма за самостојно учење и на табела со кодови за самодијагностика.

Четвртата генерација е секвенцијално (цилиндрично) вбризгување во зависност од положбата на клипот, со број на млазници еднаков на бројот на цилиндрите и со повратна информација преку ламбда сонда.

Петта генерација - секвенцијално вбризгување со повеќе точки со повратни информации и комуникација со микропроцесор за контрола на вбризгување на бензин.

Во најсовремените системи, компјутерот „гас“ целосно ги користи податоците од главниот микропроцесор за да ги контролира параметрите на бензинскиот мотор, вклучувајќи го и времето на вбризгување. Преносот и контролата на податоците се исто така целосно поврзани со главната програма за бензин, со што се избегнува потребата да се креираат цели XNUMXD мапи за вбризгување на гас за секој модел на автомобил - паметниот уред едноставно ги чита програмите од бензинскиот процесор. и ги прилагодува на вбризгување на гас.