Toetsrit-alternatiewe: DEEL 2 - Motors
As u die geleentheid het om snags oor Wes-Siberië te vlieg, sal u deur die venster 'n groteske gesig sien, wat herinner aan die Koeweitse woestyn na die onttrekking van Saddam se troepe tydens die eerste oorlog in Irak. Die landskap is besaai met groot brandende "fakkels", wat 'n duidelike bewys is dat baie Russiese olieprodusente steeds aardgas as 'n neweproduk en onnodige produk beskou in die soeke na olievelde ...
Kenners glo dat hierdie afval in die nabye toekoms gestaak sal word. Aardgas is jare lank as 'n oorskotproduk beskou en is verbrand of bloot in die atmosfeer vrygelaat. Daar word beraam dat tot dusver alleen Saoedi-Arabië meer as 450 miljoen kubieke meter natuurlike gas tydens olieproduksie gestort of verbrand het ...
Terselfdertyd word die proses omgekeer – die meeste moderne oliemaatskappye verbruik al lank aardgas en besef die waarde van hierdie produk en die belangrikheid daarvan, wat in die toekoms net kan toeneem. Hierdie siening van sake is veral kenmerkend van die Verenigde State, waar daar, in teenstelling met die reeds uitgeputte oliereserwes, steeds groot gasneerslae is. Laasgenoemde omstandigheid word outomaties weerspieël in die industriële infrastruktuur van 'n reusagtige land, waarvan die werk ondenkbaar is sonder motors, en meer nog sonder groot vragmotors en busse. Daar is al hoe meer vervoermaatskappye in die buiteland wat die dieselenjins van hul vragmotorvloot opgradeer om met beide gekombineerde gas-dieselstelsels en net bloubrandstof te werk. Al hoe meer skepe skakel oor na aardgas.
Teen die agtergrond van vloeibare brandstofpryse klink die prys van metaan fantasties, en baie begin twyfel dat hier ’n vangplek is – en met goeie rede. As in ag geneem word dat die energie-inhoud van 'n kilogram metaan hoër is as dié van 'n kilogram petrol, en dat een liter (d.w.s. een kubieke desimeter) petrol minder as 'n kilogram weeg, kan enigeen tot die gevolgtrekking kom dat 'n kilogram metaan baie meer bevat energie as 'n liter petrol. Dit is duidelik dat selfs sonder hierdie oënskynlike mengelmoes van getalle en vae ongelykhede, 'n motor wat op aardgas of metaan loop, jou baie minder geld sal kos as om 'n motor te bestuur wat op petrol loop.
Maar hier is die klassieke groot "MAAR" ... Waarom, aangesien die "bedrogspul" so groot is, gebruik byna niemand in ons land aardgas as 'n motorbrandstof nie, en motors wat aangepas is vir die gebruik daarvan in Bulgarye is skaarser. verskynsel van kangaroe tot die denne Rhodopeberg? Die antwoord op hierdie heeltemal normale vraag word nie gegee deur die feit dat die gasbedryf regoor die wêreld teen 'n woes tempo ontwikkel nie en tans beskou word as die veiligste alternatief vir vloeibare petroleumbrandstowwe. Waterstofenjintegnologie het steeds ’n onsekere toekoms, die binnesilinderbestuur van waterstofenjins is uiters moeilik, en wat ’n ekonomiese metode is om suiwer waterstof te onttrek, is nog nie duidelik nie. Teen hierdie agtergrond is die toekoms van metaan, om dit sagkens te stel, briljant - veral aangesien daar groot aardgasneerslae in polities veilige lande is, wat nuwe tegnologieë (wat in die vorige uitgawe genoem is van kriogene vloeibaarmaking en chemiese omskakeling van aardgas in vloeistowwe) word goedkoper, terwyl die prys van klassieke koolwaterstofprodukte groei. Om nie te praat van die feit dat metaan alle kans het om die hoofbron van waterstof vir brandstofselle van die toekoms te word nie.
Die werklike rede vir die versuim van koolwaterstofgasse as brandstof vir voertuie is steeds lae oliepryse vir dekades, wat die ontwikkeling van motortegnologie en gepaardgaande infrastruktuur vir padvervoer na die voorsiening van energie vir petrol- en dieselenjins gedryf het. Teen die agtergrond van hierdie algemene neiging is pogings om gasbrandstof te gebruik nogal sporadies en onbeduidend.
Selfs na die einde van die Tweede Wêreldoorlog het die tekort aan vloeibare brandstof in Duitsland gelei tot die ontstaan van motors wat toegerus is met die eenvoudigste stelsels vir die gebruik van aardgas, wat, hoewel dit baie primitiewer is, min verskil van die stelsels wat tans deur Bulgaarse taxi's gebruik word. van gassilinders en reducers. Gasbrandstowwe het tydens die twee oliekrisisse in 1973 en 1979-80 meer belang gekry, maar selfs dan kan ons net praat oor kort sarsies wat byna ongesiens verbygegaan het en nie tot 'n beduidende ontwikkeling in hierdie gebied gelei het nie. Sedert hierdie mees onlangse akute krisis het die pryse van vloeibare brandstof vir meer as twee dekades konstant laag gebly en in 1986 en 1998 absurd lae pryse op $ 10 per vat behaal. Dit is duidelik dat so 'n situasie nie 'n stimulerende effek op alternatiewe soorte gasbrandstowwe kan hê nie ...
Aan die begin van die 11de eeu beweeg die marksituasie geleidelik maar seker in 'n ander rigting. Na die terreuraanvalle in September 2001 in XNUMX, was daar 'n geleidelike, maar bestendige opwaartse neiging in oliepryse, wat bly styg het as gevolg van die verhoogde verbruik deur China en Indië en probleme om nuwe deposito's te vind. Motormaatskappye is egter baie ongemakliker in die rigting van massaproduksie van motors wat aangepas is om op gasbrandstowwe te werk. Die redes vir hierdie omslagtigheid kan gevind word in die traagheid van die denke van die meerderheid verbruikers, wat gewoond is aan tradisionele vloeibare brandstowwe (byvoorbeeld vir die Europeërs bly diesel die mees realistiese alternatief vir petrol), en die behoefte aan groot beleggings in pypleidinginfrastruktuur. en kompressorstasies. Wanneer dit by die ingewikkelde en duur stoorstelsels vir brandstof (veral saamgeperste aardgas) in die motors self gevoeg word, begin die geheelbeeld opklaar.
Aan die ander kant word gasvormige brandstofkragaanlegte meer gediversifiseerd en volg die tegnologie van hul petrol-eweknieë. Gastoevoerders gebruik reeds dieselfde gesofistikeerde elektroniese komponente om brandstof in die vloeistof (nog skaars) of gasfase in te spuit. Daar is ook meer en meer produksievoertuigmodelle wat fabrieksgestel is vir monovalente gastoevoer of met die moontlikheid van dubbele gas/petroltoevoer. In toenemende mate word 'n ander voordeel van gasvormige brandstof gerealiseer - as gevolg van die chemiese struktuur daarvan word gasse meer volledig geoksideer, en die vlak van skadelike emissies in die uitlaatgasse van motors wat dit gebruik, is baie laer.
N nuwe begin
’n Deurbraak na die mark sal egter geteikende en direkte finansiële aansporings vir eindgebruikers van aardgas as voertuigbrandstof vereis. Om klante te lok, verskaf metaanverkopers in Duitsland reeds aan kopers van aardgasvoertuie spesiale bonusse, waarvan die aard soms eenvoudig ongelooflik lyk – byvoorbeeld, die Hamburg-gasverspreidingsmaatskappy vergoed individue vir die aankoop van gas. motors van sekere handelaars vir 'n tydperk van een jaar. Die enigste voorwaarde vir die gebruiker is om die borg se advertensieplakker op hul motor te plak...
Die rede waarom aardgas in Duitsland en Bulgarye (in albei lande kom die oorgrote meerderheid aardgas per pyplyn van Rusland af) baie goedkoper is as ander brandstowwe, moet in 'n aantal wettige persele gesoek word. Die markprys van gas is logies gekoppel aan die prys van olie: soos die prys van olie styg, neem die prys van aardgas ook toe, maar die verskil in pryse vir petrol en gas vir die eindverbruiker is hoofsaaklik te wyte aan laer belasting op natuurlike gas. In Duitsland, byvoorbeeld, is die prys van gas wetlik vasgestel tot 2020, en die skema van hierdie "vasstelling" is soos volg: gedurende hierdie tydperk kan die prys van aardgas saam met die prys van olie groei, maar die proporsionele voordeel daarvan oor ander energiebronne moet op konstante vlak gehandhaaf word. Dit is duidelik dat met so 'n gereguleerde wetlike raamwerk, lae pryse en die afwesigheid van enige probleme in die konstruksie van "gas-enjins", die enigste probleem vir die groei van hierdie mark 'n onontwikkelde netwerk van vulstasies bly - in groot Duitsland, vir byvoorbeeld, daar is net 300 sulke punte, en in Bulgarye is daar baie minder.
Die vooruitsigte om hierdie infrastruktuurtekort aan te vul lyk op die oomblik goed - in Duitsland beoog die vereniging van Erdgasmobil en die Franse oliereus TotalFinaElf om swaar te belê in die bou van 'n paar duisend nuwe vulstasies, en in Bulgarye het verskeie maatskappye 'n soortgelyke taak. Dit is moontlik dat die hele Europa binnekort dieselfde ontwikkelde netwerk van vulstasies vir natuurlike en vloeibare petroleumgas sal gebruik as verbruikers in Italië en Nederland – lande van wie se ontwikkeling op hierdie gebied ons in die vorige uitgawe vertel het.
Honda Civic GX
By die 1997 Frankfurt-motorskou het Honda die Civic GX bekend gestel en beweer dit was die mees omgewingsvriendelike motor ter wêreld. Dit het geblyk dat die ambisieuse stelling van die Japannese nie net nog 'n bemarkingsfoefie is nie, maar die suiwer waarheid, wat tot vandag toe relevant bly en in die praktyk in die jongste uitgawe van die Civic GX gesien kan word. Die motor is ontwerp om slegs op aardgas te loop, en die enjin is ontwerp om die hoë oktaantelling van gasvormige brandstof ten volle te benut. Dit is nie verbasend nie dat voertuie van hierdie tipe vandag uitlaatgasvlakke laer kan bied as wat in 'n toekomstige Euro 5 Europese ekonomie vereis word, of 90% laer as Amerikaanse ULEV's (Ultra Low Emission Vehicles). . Die Honda-enjin loop uiters glad, en die hoë kompressieverhouding van 12,5:1 vergoed vir die laer volumetriese energiewaarde van aardgas in vergelyking met petrol. Die 120 liter-tenk is van saamgestelde materiaal gemaak, en die ekwivalente gasverbruik is 6,9 liter. Honda se bekende VTEC veranderlike kleptydreëlstelsel werk goed saam met die spesiale eienskappe van die brandstof en verbeter enjinlading verder. As gevolg van die laer verbrandingstempo van aardgas en die feit dat die brandstof "droog" is en nie smeer-eienskappe het nie, is die klepsitplekke van spesiale hittebestande legerings gemaak. Die suiers word ook van sterker materiale gemaak, aangesien die gas nie die silinders kan afkoel wanneer dit soos petrol verdamp nie.
Die Honda GX-slange in die gasfase word met aardgas ingespuit, wat 770 keer groter is as die ekwivalente hoeveelheid petrol. Die grootste tegnologiese uitdaging vir Honda-ingenieurs was om die regte inspuiters te skep om in sulke toestande en voorvereistes te werk - om optimale krag te behaal, moet inspuiters die moeilike taak hanteer om gelyktydig die vereiste hoeveelheid gas te verskaf, waarvoor in beginsel, vloeibare petrol ingespuit word. Dit is 'n probleem vir alle enjins van hierdie tipe, aangesien die gas 'n baie groter volume beslaan, van die lug verplaas en direk in die verbrandingskamers ingespuit moet word.
In dieselfde 1997 het Fiat ook 'n soortgelyke Honda GX-model gedemonstreer. Die "bivalente" weergawe van Marea kan twee tipes brandstof gebruik - petrol en aardgas, en die gas word deur 'n tweede, heeltemal onafhanklike brandstofstelsel gepomp. Die enjin begin altyd op vloeibare brandstof en skakel dan outomaties oor na gas. Die 1,6-liter-enjin het 'n krag van 93 pk. met gasbrandstof en 103 pk. Met. wanneer petrol gebruik word. In beginsel loop die enjin hoofsaaklik op gas, behalwe wanneer laasgenoemde opraak of die bestuurder 'n duidelike begeerte het om petrol te gebruik. Ongelukkig laat die "dubbele aard" van tweewaardige energie nie die volle gebruik van die voordele van hoë-oktaan aardgas toe nie. Fiat vervaardig tans 'n Mulipla-weergawe met hierdie tipe PSU.
Mettertyd verskyn soortgelyke modelle in die reeks Opel (Astra en Zafira Bi Fuel vir LPG- en CNG -weergawes), PSA (Peugeot 406 LPG en Citroen Xantia LPG) en VW (Golf Bifuel). Volvo word op hierdie gebied as 'n klassieke beskou en vervaardig variante van die S60, V70 en S80, wat op aardgas sowel as biogas en LPG kan werk. Al hierdie voertuie is toegerus met gasinspuitingstelsels met spesiale spuitpunte, elektronies beheerde tegnologiese prosesse en brandstofversoenbare meganiese komponente soos kleppe en suiers. Die brandstoftenk van CNG is ontwerp om 'n druk van 700 bar te weerstaan, alhoewel die gas self daar gestoor word teen 'n druk van nie meer as 200 bar nie.
BMW
BMW is 'n bekende voorstander van volhoubare brandstof en ontwikkel al vir baie jare verskeie kraglyne vir voertuie met alternatiewe bronne. Terug in die vroeë 90's het die Beierse maatskappy modelle van die 316g- en 518g-reekse geskep, wat aardgas as brandstof gebruik. In sy jongste ontwikkelings het die maatskappy besluit om met fundamenteel nuwe tegnologieë te eksperimenteer en saam met die Duitse verkoelingsgroep Linde, die Aral-oliemaatskappy en die energiemaatskappy E.ON Energy 'n projek vir die gebruik van vloeibare gasse ontwikkel. Die projek ontwikkel in twee rigtings: die eerste is die ontwikkeling van vloeibare waterstofvoorrade, en die tweede is die gebruik van vloeibare aardgas. Die gebruik van vloeibare waterstof word steeds as 'n belowende tegnologie beskou, waaroor ons later sal praat, maar die stelsel vir die berging en gebruik van vloeibare aardgas is redelik werklik en kan in die volgende paar jaar in die motorbedryf toegepas word.
Terselfdertyd word aardgas afgekoel tot 'n temperatuur van -161 grade en kondenseer dit onder 'n druk van 6-10 bar, terwyl dit in die vloeibare fase oorgaan. Die tenk is baie kompakter en ligter in vergelyking met persgassilinders en is feitlik 'n kriogiese termosfles wat van superisolerende materiale gemaak is. Danksy moderne Linde-tegnologie kan vloeibare metaan ondanks die baie dun en ligte tenkwande twee weke sonder probleme in hierdie toestand geberg word, selfs in warm weer en sonder dat dit verkoel moet word. Die eerste LNG-vulstasie, waarvan die konstruksie 'n belegging van € 400 is, is reeds in München in werking.
Verbrandingsprosesse in gasbrandstofenjins
Soos reeds genoem, bevat aardgas hoofsaaklik metaan, en vloeibare petroleumgas - propaan en butaan in verhoudings wat afhang van die seisoen. Soos molekulêre gewig toeneem, verminder die klopweerstand van paraffien (reguit-ketting) koolwaterstofverbindings soos metaan, etaan en propaan, die molekules breek makliker uitmekaar en meer peroksiede versamel. Dieselenjins gebruik dus dieselbrandstof eerder as petrol, aangesien die selfontbrandingstemperatuur in eersgenoemde geval laer is.
Metaan het die hoogste verhouding waterstof / koolstof van alle koolwaterstowwe, wat in die praktyk beteken dat metaan vir dieselfde gewig die hoogste energiewaarde onder koolwaterstowwe het. Om hierdie feit te verklaar, is ingewikkeld en vereis 'n mate van kennis van die chemie en energie van verhoudings, dus sal ons dit nie hanteer nie. Dit is voldoende om te sê dat die stabiele metaanmolekule 'n oktaangetal van ongeveer 130 lewer.
Om hierdie rede is die verbrandingstempo van metaan baie laer as dié van petrol, met klein molekules kan metaan meer volledig verbrand, en die gasvormige toestand lei tot minder olieloog uit die silinderwande in koue enjins in vergelyking met petrolmengsels. ... Propaan het op sy beurt 'n oktaangradering van 112, wat steeds hoër is as die meeste petrol. Swak propaan-lugmengsels verbrand by 'n laer temperatuur as petrol, maar rykes kan tot 'n termiese oorbelasting van die enjin lei, aangesien propaan nie die verkoelingseienskappe van petrol het nie, omdat dit gasvormig in die silinders kom.
Hierdie probleem is reeds opgelos met die gebruik van stelsels met direkte inspuiting van vloeibare propaan. Omdat propaan maklik vloeibaar word, is dit maklik om 'n stelsel te bou om dit in 'n motor te stoor, en dit is nie nodig om die inlaatspruitstukke te verhit nie, want propaan kondenseer nie soos petrol nie. Dit verbeter op sy beurt die termodinamiese doeltreffendheid van die enjin, waar dit veilig is om termostate te gebruik wat 'n laer koelmiddeltemperatuur handhaaf. Die enigste noemenswaardige nadeel van gasvormige brandstof is die feit dat nóg metaan nóg propaan ’n smeer-effek op uitlaatkleppe het, so kenners sê dit is ’n “droë brandstof” wat goed is vir suierringe maar sleg vir kleppe. Jy kan nie op gasse staatmaak om die meeste van die bymiddels na die enjin se silinders te lewer nie, maar enjins wat op hierdie brandstowwe werk, het nie soveel bymiddels as petrolenjins nodig nie. Mengselbeheer is 'n baie belangrike faktor in gasenjins, aangesien ryk mengsels hoër uitlaatgastemperature en klepoorlading tot gevolg het, terwyl swak mengsels 'n probleem skep deur die reeds lae verbrandingstempo te verlaag, wat weer 'n voorvereiste vir termiese klepoorlading is. Die kompressieverhouding in propaanenjins kan maklik met twee of drie eenhede verhoog word, en in metaan - selfs meer. Die gevolglike toename in stikstofoksiede word geneutraliseer deur laer emissies in die algemeen. Die optimale propaanmengsel is effens "armer" - 15,5:1 (lug na brandstof) teenoor 14,7:1 vir petrol, en dit word in ag geneem wanneer verdampers, meettoestelle of inspuitstelsels ontwerp word. Omdat beide propaan en metaan gasse is, hoef enjins nie mengsels te verryk tydens kouestart of versnelling nie.
Ontsteking se inhaalhoek word op 'n ander kurwe as petrolenjins bereken - teen lae rpm behoort ontstekingsinhaal hoër te wees as gevolg van stadiger verbranding van metaan en propaan, maar by hoë spoed moet petrolenjins meer verhoging wees. mengsel (die verbrandingstempo van petrol word verminder as gevolg van die kort tyd van voorvlamreaksies - dit wil sê die vorming van peroksiede). Daarom het die elektroniese ontstekingsbeheerstelsels van gasenjins 'n heeltemal ander algoritme.
Metaan en propaan verhoog ook die vereistes vir hoëspanning vonkpropelektrodes – 'n "droër" mengsel is "moeiliker" om deur te steek as 'n vonk omdat dit 'n minder geleidende elektroliet is. Daarom is die afstand tussen die elektrodes van vonkproppe wat geskik is vir sulke enjins gewoonlik anders, die spanning is hoër, en oor die algemeen is die kwessie van vonkproppe meer kompleks en subtiel as vir petrolenjins. Lambda-sondes word in die mees moderne gasenjins gebruik vir optimale mengseldosering in terme van kwaliteit. Om ontstekingstelsels op twee afsonderlike kurwes te hê, is veral belangrik vir voertuie wat toegerus is met tweewaardige stelsels (vir aardgas en petrol), aangesien die yl netwerk van aardgasvulpunte dikwels die gedwonge gebruik van petrol vereis.
Die optimum kompressieverhouding van aardgas is ongeveer 16:1, en die ideale lug-brandstofverhouding is 16,5:1, sal ongeveer 15% van sy potensiële krag verloor. Wanneer aardgas gebruik word, word die hoeveelheid koolstofmonoksied (CO) en koolwaterstowwe (HC) in die uitlaatgasse verminder met 90%, en stikstofoksiede (NOx) met ongeveer 70% in vergelyking met konvensionele petrolenjin-emissies. Die oliewisselinterval vir gasenjins word gewoonlik verdubbel.
Gas-diesel
Die afgelope paar jaar het brandstofafleweringstelsels met dubbele brandstof al hoe gewilder geword. Ek wil my gou daarop let dat ons nie praat van 'tweewaardige' enjins wat afwisselend op gas of petrol loop en vonkproppe het nie, maar oor spesiale dieselgasstelsels, waarin 'n deel van die diesel vervang word deur natuurlike gas wat deur 'n aparte kragstelsel voorsien word. Hierdie tegnologie is gebaseer op standaard dieselenjins.
Die beginsel van werking is gebaseer op die feit dat metaan 'n selfontbrandingstemperatuur bo 600 grade het - d.w.s. bo 'n temperatuur van ongeveer 400-500 grade aan die einde van die dieselenjin kompressiesiklus. Dit beteken op sy beurt dat die metaan-lugmengsel nie vanself ontbrand wanneer dit in die silinders saamgepers word nie, en die ingespuite dieselbrandstof, wat teen ongeveer 350 grade ontbrand, word as 'n soort vonkprop gebruik. Die stelsel kan heeltemal op metaan werk, maar in hierdie geval sal dit nodig wees om 'n elektriese stelsel en 'n vonkprop te installeer. Tipies neem die persentasie metaan toe met vrag, by luier loop die motor op diesel, en by hoë vrag bereik die metaan/diesel-verhouding 9/1. Hierdie verhoudings kan ook verander word volgens die voorlopige program.
Sommige maatskappye vervaardig dieselenjins met die sg. "Micropilot" kragstelsels, waarin die rol van die dieselstelsel beperk is tot die inspuiting van 'n klein hoeveelheid brandstof wat net nodig is om metaan aan die brand te steek. Daarom kan hierdie enjins nie outonoom op diesel werk nie en word gewoonlik in industriële voertuie, motors, busse en skepe gebruik, waar duur hertoerusting ekonomies geregverdig is - na die dra daarvan lei dit tot aansienlike besparings, enjinleeftyd. neem aansienlik toe, en die uitstoot van skadelike gasse word aansienlik verminder. Mikrovlieëniermasjiene kan op beide vloeibare en saamgeperste aardgas werk.
Tipes stelsels wat gebruik word vir bykomende installasie
Die verskeidenheid gastoevoerstelsels vir gasbrandstowwe neem voortdurend toe. In beginsel kan spesies in verskillende soorte verdeel word. Wanneer propaan en metaan gebruik word, word dit gemengde en atmosferiese drukstelsels, gasfase-inspuitingstelsels en vloeistoffase-inspuitingstelsels. Uit 'n tegniese oogpunt kan propaan-butaan-inspuitingstelsels in verskeie generasies verdeel word:
Die eerste generasie is stelsels sonder elektroniese beheer, waarin die gas in 'n eenvoudige menger gemeng word. Hierdie is gewoonlik toegerus met ou vergasser-enjins.
Die tweede generasie is 'n inspuiting met een mondstuk, 'n analoog lambda-sonde en 'n drierigting katalisator.
Die derde generasie is 'n inspuiting met een of meer spuitpunte (een per silinder), met mikroverwerkerbeheer en die teenwoordigheid van beide 'n selfleerprogram en 'n selfdiagnosekodetabel.
Die vierde generasie is opeenvolgende (silindriese) inspuiting afhangende van die posisie van die suier, met die aantal spuitpunte gelyk aan die aantal silinders, en met terugvoer deur 'n lambda-sonde.
Vyfde generasie - meerpunt-opeenvolgende inspuiting met terugvoer en kommunikasie met 'n mikroverwerker om petrolinspuiting te beheer.
In die mees moderne stelsels maak die "gas"-rekenaar ten volle gebruik van die data van die hoofmikroverwerker om die parameters van die petrolenjin te beheer, insluitend inspuittyd. Data-oordrag en beheer is ook ten volle gekoppel aan die hoofpetrolprogram, wat die behoefte vermy om hele XNUMXD-gasinspuitingskaarte vir elke motormodel te skep – die slimtoestel lees eenvoudig die programme van die petrolverwerker af. en pas hulle aan by gasinspuiting.
