Alternative probne vožnje: DIO 2 - Automobili
Ako imate priliku preletjeti zapadni Sibir noću, kroz prozor ćete vidjeti groteskni prizor koji podsjeća na kuvajtsku pustinju nakon povlačenja Saddamovih trupa tijekom prvog rata u Iraku. Krajolik je prepun ogromnih gorućih "baklji", što je jasan dokaz da mnogi ruski proizvođači nafte i dalje smatraju prirodni plin nusproduktom i nepotrebnim proizvodom u potrazi za naftnim poljima ...
Stručnjaci vjeruju da će ovaj otpad biti zaustavljen u bliskoj budućnosti. Dugi niz godina prirodni se plin smatrao viškom proizvoda i izgarao se ili jednostavno puštao u atmosferu. Procjenjuje se da je do sada samo Saudijska Arabija bacila ili spalila više od 450 milijuna kubnih metara prirodnog plina tijekom proizvodnje nafte ...
Istovremeno, proces je obrnut - većina modernih naftnih kompanija već dugo troši prirodni plin, shvaćajući vrijednost ovog proizvoda i njegovu važnost koja u budućnosti može samo rasti. Ovakav pogled na stvari posebno je karakterističan za SAD, gdje, za razliku od već iscrpljenih rezervi nafte, još uvijek postoje velika nalazišta plina. Potonja se okolnost automatski odražava na industrijsku infrastrukturu goleme zemlje čiji je rad nezamisliv bez automobila, a još više bez velikih kamiona i autobusa. Sve je više prijevozničkih tvrtki u inozemstvu koje nadograđuju dizelske motore svojih voznih parkova za rad s kombiniranim plinsko-dizelskim sustavima i samo s plavim gorivom. Sve više brodova prelazi na prirodni plin.
Na pozadini cijena tekućih goriva, cijena metana zvuči fantastično, a mnogi počinju sumnjati da tu postoji caka – i to s razlogom. S obzirom da je energetski sadržaj kilograma metana veći od kilograma benzina, te da jedna litra (tj. jedan kubični decimetar) benzina teži manje od kilograma, svatko može zaključiti da kilogram metana sadrži mnogo više energije od litre benzina. Jasno je da će vas čak i bez ove prividne zbrke brojeva i nejasnih razlika, vožnja automobila na prirodni plin ili metan koštati daleko manje nego vožnja automobila na benzin.
No, evo klasičnog velikog „ALI“… Zašto, budući da je „prevara“ tolika, gotovo nitko u našoj zemlji ne koristi prirodni plin kao gorivo za automobile, a automobili prilagođeni za njegovu upotrebu u Bugarskoj su sve rjeđi. fenomen od klokana do bora Rodopi? Odgovor na ovo sasvim normalno pitanje ne daje činjenica da se plinska industrija diljem svijeta razvija bjesomučnim tempom i trenutno se smatra najsigurnijom alternativom tekućim naftnim gorivima. Tehnologija vodikovih motora još uvijek ima neizvjesnu budućnost, upravljanje u cilindrima vodikovih motora je izuzetno teško, a koja je ekonomična metoda za izdvajanje čistog vodika još nije jasno. U tom kontekstu, budućnost metana je, blago rečeno, briljantna - pogotovo jer postoje golema nalazišta prirodnog plina u politički sigurnim zemljama, te nove tehnologije (spomenute u prethodnom broju o kriogenom ukapljivanju i kemijskoj pretvorbi prirodnog plina u tekućine) postaju jeftinije, dok cijene klasičnih ugljikovodičnih proizvoda rastu. Da ne spominjemo činjenicu da metan ima sve izglede da postane glavni izvor vodika za gorive ćelije budućnosti.
Pravi razlog napuštanja ugljikovodičnih plinova kao pogonskog goriva i dalje su desetljećima niske cijene nafte, koje su poticale razvoj automobilske tehnologije i povezane infrastrukture cestovnog prometa prema opskrbi energijom benzinskih i dizelskih motora. U pozadini ovog općeg trenda, pokušaji upotrebe plinskog goriva prilično su sporadični i beznačajni.
Čak i nakon završetka Drugog svjetskog rata, nedostatak tekućih goriva u Njemačkoj doveo je do pojave automobila opremljenih najjednostavnijim sustavima za korištenje prirodnog plina, koji se, iako puno primitivniji, malo razlikuju od sustava koje danas koriste bugarski taksiji. iz plinskih boca i reduktora. Plinska goriva dobivaju sve veći značaj tijekom dviju naftnih kriza 1973. i 1979. - 80., ali čak i tada možemo govoriti samo o kratkim naletima koji su prošli gotovo nezapaženo i nisu doveli do značajnijeg razvoja na ovom području. Više od dva desetljeća od ove najnovije akutne krize, cijene tekućih goriva ostale su tvrdoglavo niske, dosegnuvši apsurdno niske cijene 1986. i 1998. od 10 dolara po barelu. Jasno je da takva situacija ne može imati stimulativni učinak na alternativne vrste plinskih goriva ...
Početkom 11. stoljeća tržišna se situacija postupno, ali sigurno kreće u drugom smjeru. Nakon terorističkih napada u septembru 2001. godine, postojao je postupni, ali postojani trend rasta cijena nafte, koji je nastavio rasti kao rezultat povećane potrošnje u Kini i Indiji i poteškoća u pronalaženju novih naslaga. Međutim, automobilske tvrtke puno su neugodnije u smjeru masovne proizvodnje automobila prilagođenih pogonu na plinovita goriva. Razlozi za ovu glomaznost mogu se pronaći kako u inertnosti razmišljanja većine potrošača koji su navikli na tradicionalno tekuće gorivo (za Europljane, na primjer, dizel gorivo ostaje najrealnija alternativa benzinu), tako i u potrebi za velikim ulaganjima u infrastrukturu cjevovoda. i kompresorske stanice. Kad se to doda složenim i skupim sustavima za skladištenje goriva (posebno komprimiranog prirodnog plina) u samim automobilima, velika slika počinje se razbistrivati.
S druge strane, elektrane na plinovito gorivo postaju sve raznolikije i slijede tehnologiju svojih benzinskih analoga. Dovodnici plina već koriste iste sofisticirane elektroničke komponente za ubrizgavanje goriva u tekuću (još rijetko) ili plinovitu fazu. Sve je više i više serijskih modela vozila tvornički podešenih za monovalentno napajanje plinom ili s mogućnošću dvostrukog napajanja plinom/benzinom. Sve više se uviđa još jedna prednost plinovitih goriva - zbog svoje kemijske strukture plinovi se potpunije oksidiraju, a razina štetnih emisija u ispušnim plinovima automobila koji ih koriste znatno je niža.
Novi početak
No, proboj na tržište zahtijevat će ciljane i izravne financijske poticaje za krajnje korisnike prirodnog plina kao goriva za vozila. Kako bi privukli kupce, prodavači metana u Njemačkoj kupcima vozila na prirodni plin već daju posebne bonuse, čija se priroda ponekad čini jednostavno nevjerojatnom - primjerice, tvrtka za distribuciju plina iz Hamburga pojedincima nadoknađuje troškove za kupnju plina. automobila od određenih trgovaca na razdoblje od godinu dana. Jedini uvjet za korisnika je da na svoj automobil zalijepi reklamnu naljepnicu sponzora...
Razlog zašto je prirodni plin u Njemačkoj i Bugarskoj (u obje zemlje velika većina prirodnog plina dolazi iz Rusije cjevovodima) znatno jeftiniji od ostalih goriva, treba tražiti u nizu zakonskih premisa. Tržišna cijena plina logično je povezana s cijenom nafte: kako cijena nafte raste, tako raste i cijena prirodnog plina, no razlika u cijenama benzina i plina za krajnjeg potrošača uglavnom je posljedica nižeg oporezivanja prirodnog plina. plin. U Njemačkoj je, primjerice, cijena plina zakonski fiksna do 2020. godine, a shema tog “fiksiranja” je sljedeća: u tom razdoblju cijena prirodnog plina može rasti zajedno s cijenom nafte, ali njegova proporcionalna prednost nad ostalim izvorima energije mora se održavati na konstantnoj razini. Jasno je da uz ovako uređen zakonski okvir, niske cijene i nepostojanje ikakvih problema u izradi "plinskih motora", jedini problem za rast ovog tržišta ostaje nerazvijena mreža benzinskih postaja - u ogromnoj Njemačkoj, za na primjer, postoji samo 300 takvih točaka, au Bugarskoj ih je mnogo manje.
Izgledi za popunjavanje ovog infrastrukturnog deficita u ovom trenutku izgledaju sjajno - u Njemačkoj udruženje Erdgasmobila i francuskog naftnog diva TotalFinaElf namjeravaju uložiti velika sredstva u izgradnju nekoliko tisuća novih benzinskih crpki, au Bugarskoj je nekoliko kompanija krenulo u sličan posao. zadatak. Moguće je da će uskoro cijela Europa koristiti istu razvijenu mrežu punionica za prirodni i ukapljeni naftni plin kao potrošači u Italiji i Nizozemskoj – zemljama o čijem smo razvoju na ovom području pričali u prošlom broju.
Honda Civic GX
Na sajmu automobila u Frankfurtu 1997. Honda je predstavila Civic GX, tvrdeći da je to najekološkiji automobil na svijetu. Pokazalo se da ambiciozna izjava Japanaca nije samo još jedan marketinški trik, već čista istina, koja je i dan danas aktualna, a što se u praksi može vidjeti u najnovijem izdanju Civica GX. Automobil je dizajniran da radi samo na prirodni plin, a motor je dizajniran da u potpunosti iskoristi prednosti visokog oktanskog broja plinovitog goriva. Nije iznenađujuće da vozila ove vrste danas mogu ponuditi razine ispušnih plinova niže od onih koje zahtijeva buduće Euro 5 europsko gospodarstvo, ili 90% niže od američkih ULEV (vozila s ultra niskom emisijom). . Hondin motor radi iznimno glatko, a visok omjer kompresije od 12,5:1 kompenzira nižu volumetrijsku energetsku vrijednost prirodnog plina u usporedbi s benzinom. Spremnik od 120 litara izrađen je od kompozitnog materijala, a ekvivalentna potrošnja plina je 6,9 litara. Hondin poznati VTEC sustav promjenjivog vremena ventila dobro funkcionira s posebnim svojstvima goriva i dodatno poboljšava punjenje motora. Zbog manjeg izgaranja prirodnog plina i činjenice da je gorivo "suho" i nema svojstva podmazivanja, sjedišta ventila izrađena su od posebnih legura otpornih na toplinu. Klipovi su također izrađeni od jačih materijala, jer plin ne može hladiti cilindre kada isparava poput benzina.
U Honda GX crijeva u plinskoj fazi ubrizgava se prirodni plin koji je 770 puta veći od ekvivalentne količine benzina. Najveći tehnološki izazov za Hondine inženjere bio je stvoriti prave brizgaljke za rad u takvim uvjetima i preduvjetima – da bi se postigla optimalna snaga, brizgaljke se moraju nositi s teškim zadatkom istovremenog dobave potrebne količine plina, za što je u načelu potrebno ubrizgava se tekući benzin. To je problem za sve motore ove vrste, budući da plin zauzima puno veći volumen, istiskuje dio zraka i zahtijeva ubrizgavanje izravno u komore za izgaranje.
Iste 1997. Fiat je također demonstrirao sličan model Honda GX. "Bivalentna" verzija Marea može koristiti dvije vrste goriva - benzin i prirodni plin, a plin pumpa drugi, potpuno neovisni sustav goriva. Motor uvijek pali na tekuće gorivo, a zatim automatski prelazi na plin. 1,6-litreni motor ima snagu od 93 KS. s plinskim gorivom i 103 KS. S. pri korištenju benzina. U principu, motor radi uglavnom na plin, osim kada potonjeg ponestane ili vozač ima jasnu želju koristiti benzin. Nažalost, "dvostruka priroda" bivalentne energije ne dopušta potpuno korištenje prednosti visokooktanskog prirodnog plina. Fiat trenutno proizvodi verziju Mulipla s ovim tipom napajanja.
S vremenom su se slični modeli pojavili u asortimanu Opela (Astra i Zafira Bi Fuel za LPG i CNG verzije), PSA (Peugeot 406 LPG i Citroen Xantia LPG) i VW (Golf Bifuel). Volvo se smatra klasikom na ovom području, proizvodeći varijante S60, V70 i S80, sposobne raditi na prirodni plin, kao i na bioplin i UNP. Sva su ova vozila opremljena sustavima ubrizgavanja plina pomoću posebnih mlaznica, elektronički kontroliranim tehnološkim procesima i mehaničkim komponentama kompatibilnim s gorivom, poput ventila i klipova. CNG spremnici za gorivo dizajnirani su da izdrže pritisak od 700 bara, iako se sam plin tamo skladišti pod tlakom od najviše 200 bara.
BMW
BMW je dobro poznati zagovornik održivih goriva i već dugi niz godina razvija različite pogonske sklopove za vozila s alternativnim izvorima. Početkom 90-ih, bavarska tvrtka stvorila je modele serije 316g i 518g, koji kao gorivo koriste prirodni plin. U svom najnovijem razvoju tvrtka je odlučila eksperimentirati s fundamentalno novim tehnologijama i zajedno s njemačkom rashladnom grupom Linde, naftnom tvrtkom Aral i energetskom tvrtkom E.ON Energy razvila projekt za korištenje ukapljenih plinova. Projekt se razvija u dva smjera: prvi je razvoj zaliha ukapljenog vodika, a drugi je korištenje ukapljenog prirodnog plina. Korištenje ukapljenog vodika još uvijek se smatra obećavajućom tehnologijom, o čemu ćemo kasnije govoriti, ali sustav za skladištenje i korištenje ukapljenog prirodnog plina sasvim je stvaran i može se primijeniti u automobilskoj industriji u sljedećih nekoliko godina.
Istodobno se prirodni plin hladi na temperaturu od -161 stupnja i kondenzira se pod tlakom od 6-10 bara, dok prelazi u tekuću fazu. Spremnik je puno kompaktniji i lakši u usporedbi s bocama sa stlačenim plinom i praktički je kriogeni termos izrađen od superizolacijskih materijala. Zahvaljujući modernoj Linde tehnologiji, usprkos vrlo tankim i laganim stijenkama spremnika, tekući se metan može bez problema u ovom stanju čuvati dva tjedna, čak i po vrućem vremenu i bez potrebe za hlađenjem. Prva benzinska postaja za LNG, u čiju izgradnju je uloženo 400 XNUMX eura, već radi u Münchenu.
Procesi izgaranja u motorima s plinovitim gorivom
Kao što je već spomenuto, prirodni plin sadrži uglavnom metan, a ukapljeni naftni plin - propan i butan u omjerima koji ovise o godišnjem dobu. Kako se molekularna težina povećava, otpornost na udarac parafinskih (ravnolančanih) ugljikovodičnih spojeva kao što su metan, etan i propan opada, molekule se lakše raspadaju i više se peroksida nakuplja. Dakle, dizel motori koriste dizelsko gorivo, a ne benzin, budući da je u prvom slučaju temperatura samozapaljenja niža.
Metan ima najveći omjer vodik / ugljik od svih ugljikovodika, što u praksi znači da za istu težinu metan ima najveću energetsku vrijednost među ugljikovodicima. Objašnjenje ove činjenice je složeno i zahtijeva određeno znanje o kemiji i energiji odnosa, pa se time nećemo baviti. Dovoljno je reći da stabilna molekula metana daje oktanski broj od oko 130.
Iz tog je razloga brzina izgaranja metana mnogo niža od brzine benzina, male molekule omogućuju potpunije sagorijevanje metana, a njegovo plinovito stanje dovodi do manje ispiranja ulja sa stijenki cilindra u hladnim motorima u usporedbi s mješavinama benzina. ... Propan pak ima oktansku vrijednost od 112, što je i dalje više od većine benzina. Loše smjese propan-zrak gori na nižoj temperaturi od benzina, ali bogate mogu dovesti do toplinskog preopterećenja motora, jer propan nema svojstva hlađenja benzina zbog ulaska u cilindre u plinovitom obliku.
Ovaj problem je već riješen primjenom sustava s izravnim ubrizgavanjem tekućeg propana. Budući da se propan lako pretvara u tekućinu, lako je izgraditi sustav za njegovo pohranjivanje u automobilu i nema potrebe za zagrijavanjem usisnih grana jer se propan ne kondenzira kao što je slučaj s benzinom. To zauzvrat poboljšava termodinamičku učinkovitost motora, gdje je sigurno koristiti termostate koji održavaju nižu temperaturu rashladnog sredstva. Jedina bitna mana plinovitih goriva je činjenica da ni metan ni propan nemaju podmazivački učinak na ispušne ventile, pa stručnjaci kažu da se radi o "suhom gorivu" koje je dobro za klipne karike, ali loše za ventile. Ne možete se pouzdati u plinove koji će isporučiti većinu aditiva u cilindre motora, ali motori koji rade na ta goriva ne trebaju toliko aditiva kao benzinski motori. Kontrola smjese je vrlo bitan čimbenik kod plinskih motora, jer bogate smjese rezultiraju višim temperaturama ispušnih plinova i preopterećenjem ventila, dok siromašne smjese stvaraju problem snižavanjem ionako niskog izgaranja, što je opet preduvjet za toplinsko preopterećenje ventila. Omjer kompresije u motorima na propan može se lako povećati za dvije ili tri jedinice, au metan - čak i više. Rezultirajuće povećanje dušikovih oksida nadoknađuje se ukupnim manjim emisijama. Optimalna smjesa propana nešto je "siromašnija" - 15,5:1 (zrak-gorivo) naspram 14,7:1 kod benzina, a to se uzima u obzir pri projektiranju isparivača, mjernih uređaja ili sustava ubrizgavanja. Budući da su i propan i metan plinovi, motori ne moraju obogaćivati smjesu tijekom hladnog pokretanja ili ubrzavanja.
Kut pretjecanja paljenja izračunava se na drugačijoj krivulji nego kod benzinskih motora - kod niskih okretaja u minuti paljenje bi trebalo biti veće zbog sporijeg izgaranja metana i propana, ali pri velikim brzinama benzinskim motorima treba više povećanja. smjesa (brzina izgaranja benzina je smanjena zbog kratkog vremena predplamenskih reakcija - tj. stvaranja peroksida). Zbog toga elektronički sustavi upravljanja paljenjem plinskih motora imaju potpuno drugačiji algoritam.
Metan i propan također povećavaju zahtjeve za visokonaponskim elektrodama svjećica - "sušu" smjesu je "teže" probiti od iskre jer je manje vodljivi elektrolit. Stoga je razmak između elektroda svjećica prikladnih za takve motore obično drugačiji, napon je veći, a općenito je pitanje svjećica složenije i suptilnije nego kod benzinskih motora. Lambda sonde se koriste u najsuvremenijim plinskim motorima za optimalno kvalitetno doziranje smjese. Imati sustave paljenja na dvije odvojene krivulje posebno je važno za vozila opremljena bivalentnim sustavima (za prirodni plin i benzin), budući da rijetka mreža punionica prirodnog plina često zahtijeva prisilno korištenje benzina.
Optimalni omjer kompresije prirodnog plina je oko 16 : 1, a idealan omjer zraka i goriva je 16,5 : 1. izgubit će oko 15% svoje potencijalne snage. Pri korištenju prirodnog plina količina ugljičnog monoksida (CO) i ugljikovodika (HC) u ispušnim plinovima smanjena je za 90%, a dušikovih oksida (NOx) za oko 70% u usporedbi s emisijama konvencionalnih benzinskih motora. Interval izmjene ulja kod plinskih motora obično je udvostručen.
Plin-dizel
U posljednjih nekoliko godina sustavi za dovod goriva s dvostrukim gorivom postaju sve popularniji. Žurim napomenuti da ne govorimo o "dvovalentnim" motorima koji naizmjenično rade na plin ili benzin i imaju svjećice, već o posebnim dizelskim plinovitim sustavima, u kojima se dio dizelskog goriva zamjenjuje prirodnim plinom koji se isporučuje zasebnim elektroenergetskim sustavom. Ova se tehnologija temelji na standardnim dizelskim motorima.
Princip rada temelji se na činjenici da metan ima temperaturu samozapaljenja iznad 600 stupnjeva - tj. iznad temperature od približno 400-500 stupnjeva na kraju ciklusa kompresije dizelskog motora. To pak znači da se smjesa metana i zraka ne zapali sama od sebe kada se komprimira u cilindrima, a kao svojevrsna svjećica koristi se ubrizgano dizelsko gorivo koje se zapali na oko 350 stupnjeva. Sustav bi mogao u potpunosti raditi na metan, no u tom bi slučaju bilo potrebno ugraditi električni sustav i svjećicu. Obično se postotak metana povećava s opterećenjem, u praznom hodu automobil radi na dizel, a pri velikom opterećenju omjer metan/dizel doseže 9/1. Ovi se omjeri također mogu mijenjati prema preliminarnom programu.
Neke tvrtke proizvode dizelske motore s tzv. "Micropilot" energetski sustavi, u kojima je uloga dizelskog sustava ograničena na ubrizgavanje male količine goriva potrebnog samo za paljenje metana. Stoga ovi motori ne mogu raditi autonomno na dizel i obično se koriste u industrijskim vozilima, automobilima, autobusima i brodovima, gdje je skupa ponovna oprema ekonomski opravdana - nakon njenog trošenja to dovodi do značajnih ušteda, životnog vijeka motora. značajno povećava, a emisija štetnih plinova značajno se smanjuje. Mikropilot strojevi mogu raditi i na ukapljeni i na komprimirani prirodni plin.
Vrste sustava koji se koriste za dodatnu ugradnju
Raznolikost sustava opskrbe plinom za plinovita goriva neprestano raste. U principu se vrste mogu podijeliti u nekoliko vrsta. Kada se koriste propan i metan, to su mješoviti sustavi i sustavi atmosferskog tlaka, sustavi ubrizgavanja u plinsku fazu i sustavi ubrizgavanja u tekućoj fazi. S tehničkog gledišta, sustavi za ubrizgavanje propan-butana mogu se podijeliti u nekoliko generacija:
Prva generacija su sustavi bez elektroničke kontrole, u kojima se plin miješa u običnoj miješalici. Oni su obično opremljeni starim motorima s rasplinjačem.
Druga generacija je ubrizgavanje s jednom mlaznicom, analognom lambda sondom i trosmjernim katalizatorom.
Treća generacija je ubrizgavanje s jednom ili više mlaznica (jedna po cilindru), s mikroprocesorskom kontrolom i prisutnošću programa za samoučenje i tablice kodova za samodijagnostiku.
Četvrta generacija je sekvencijalno (cilindrično) ubrizgavanje ovisno o položaju klipa, s brojem mlaznica jednakim broju cilindara i povratnom spregom preko lambda sonde.
Peta generacija - sekvencijalno ubrizgavanje u više točaka s povratnom spregom i komunikacijom s mikroprocesorom za upravljanje ubrizgavanjem benzina.
U najsuvremenijim sustavima "plinsko" računalo u potpunosti koristi podatke glavnog mikroprocesora za upravljanje parametrima benzinskog motora, uključujući i vrijeme ubrizgavanja. Prijenos podataka i kontrola također su u potpunosti povezani s glavnim benzinskim programom, čime se izbjegava potreba za izradom cijelih XNUMXD mapa ubrizgavanja plina za svaki model automobila - pametni uređaj jednostavno čita programe iz benzinskog procesora. te ih prilagođava ubrizgavanju plina.
