Тест драйв альтернативи: ЧАСТИНА 2 – Авто

Якщо вам трапиться нагода пролетіти вночі над Західним Сибіром, через ілюмінатор ви побачите гротескну картину, що нагадує кувейтський пустелю після виведення військ Саддама під час першої війни в Іраку. Пейзаж усіяний величезними палаючими «факелами», що є яскравим доказом того, що багато російських виробники нафти до сих пір вважають природний газ побічним і непотрібним продуктом в процесі пошуку нафтових родовищ ...

Експерти вважають, що найближчим часом цей розтрат буде зупинений. Протягом багатьох років природний газ вважався надлишковим продуктом і спалювався або просто викидався в атмосферу. За оцінками, поки тільки Саудівська Аравія скинула або спалила більше 450 мільйонів кубометрів природного газу при видобутку нафти ...

Водночас процес зворотний – більшість сучасних нафтових компаній давно витрачають природний газ, усвідомлюючи цінність цього продукту та його важливість, яка в майбутньому може лише зрости. Такий погляд на речі особливо характерний для США, де, на відміну від запасів нафти, що вже виснажуються, ще є великі родовища газу. Остання обставина автоматично відбивається на виробничій інфраструктурі величезної країни, робота якої немислима без автомобілів, а тим більше великих вантажівок і автобусів. За кордоном стає все більше транспортних компаній, які модернізують дизельні двигуни своїх вантажних автопарків для роботи як з комбінованими газодизельними системами, так і тільки з блакитним паливом. Дедалі більше суден переходять на природний газ.

На тлі цін на рідке паливо ціна на метан звучить фантастично, і багато хто починає сумніватися в тому, що тут є підступ - і не без підстав. Враховуючи, що вміст енергії на кілограм метану вищий, ніж на кілограм бензину, а один літр (тобто один кубічний дециметр) бензину важить менше ніж кілограм, будь-який може зробити висновок, що кілограм метану містить набагато більше енергії, ніж літр бензину. Зрозуміло, що навіть без цього очевидного безладдя цифр і невизначеної нерівності експлуатація автомобіля, що працює на природному газі або метані, коштуватиме вам набагато менше грошей, ніж експлуатація автомобіля, що працює на бензині.

Але ось класичне велике "АЛЕ"... Чому, оскільки "афера" настільки велика, майже ніхто в нашій країні не використовує природний газ як автомобільне паливо, а автомобілі, адаптовані для його використання в Болгарії, зустрічаються рідше. феномен від кенгуру до соснової гори Родопи? Відповідь на це цілком нормальне питання не дає той факт, що газова промисловість у всьому світі розвивається шаленими темпами і нині вважається найбезпечнішою альтернативою рідкому нафтовому паливу. Технології водневих двигунів все ще мають незрозумілі прогнози на майбутнє, управління процесами в циліндрах «водневих» двигунів надзвичайно складно, і питання про те, який економічний метод вилучення чистого водню ще не зрозумілий. На цьому тлі майбутнє метану, м'яко кажучи, блискуче – тим більше, що в політично безпечних країнах існують величезні поклади природного газу, що нові технології (згадані в попередньому випуску кріогенного зрідження та хімічного перетворення природного газу в рідини) дешевшають, при цьому ціна на класичні вуглеводні продукти зростають. Не кажучи вже про те, що метан має всі шанси стати основним джерелом водню для паливних елементів майбутнього.

Справжньою причиною відмови від вуглеводневих газів в якості автомобільного палива досі є низькі ціни на нафту протягом десятиліть, які сприяли розвитку автомобільних технологій і супутньої дорожньо-транспортної інфраструктури в напрямку забезпечення енергією бензинових і дизельних двигунів. На тлі цієї загальної тенденції спроби використання газового палива досить поодинокі і незначні.

Навіть після закінчення Другої світової війни брак рідкого палива в Німеччині призвела до появи автомобілів, оснащених найпростішими системами для використання природного газу, які, хоча і набагато більш примітивні, але мало чим відрізняються від систем, що використовуються сьогодні болгарськими таксі. від газобалонних балонів і редукторів. Газове паливо набуло більшого значення під час двох нафтових криз в 1973 і 1979-80 роках, але навіть тоді ми можемо говорити тільки про коротких спалахах, які залишилися майже непоміченими і не привели до значного розвитку в цій галузі. Понад два десятиліття після цього останнього гострої кризи ціни на рідке паливо залишалися стабільно низькими, досягнувши абсурдно низьких цін в 1986 і 1998 роках на рівні 10 доларів США за барель. Зрозуміло, що така ситуація не може надати стимулюючого впливу на альтернативні види газового палива ...

На початку 11 століття ринкова ситуація поступово, але впевнено рухається в іншому напрямку. Після терактів 2001 Вересень XNUMX року спостерігалася поступова, але стійка тенденція до підвищення цін на нафту, яка продовжувала зростати в результаті збільшення споживання Китаєм і Індією і труднощів з пошуком нових родовищ. Однак автомобільні компанії набагато більш незграбно йдуть в напрямку масового виробництва автомобілів, адаптованих для роботи на газоподібному паливі. Причини такої громіздкість можна знайти як в інерції мислення більшості споживачів, які звикли до традиційного рідкого палива (для європейців, наприклад, дизельне паливо залишається найбільш реальною альтернативою бензину), так і в необхідності величезних інвестицій в інфраструктуру трубопроводів. і компресорні станції. Коли до цього додаються складні і дорогі системи зберігання палива (особливо стисненого природного газу) в самих автомобілях, загальна картина починає прояснюватися.

З іншого боку, силові установки для газоподібного палива стають все більш різноманітними і дотримуються технологій своїх бензинових аналогів. У живильниках газу вже використовуються такі ж складні електронні компоненти для впорскування палива в рідку (поки що рідко) або газову фазу. Також все частіше з'являються моделі серійних автомобілів із заводським настроюванням на моновалентну подачу газу або з можливістю подвійного подавання газу/бензину. Все частіше реалізується ще одна перевага газоподібного палива – завдяки його хімічній структурі гази повніше окислюються, а рівень шкідливих викидів у вихлопних газах автомобілів, які їх використовують, значно нижчі.

Новий початок

Однак для прориву на ринок необхідно буде застосувати цільові та прямі фінансові стимули для кінцевих користувачів природного газу як автомобільне паливо. Щоб залучити клієнтів, продавці метану в Німеччині вже надають покупцям, які купили газові автомобілі, спеціальні бонуси, характер яких іноді здається просто неймовірним – наприклад, ГАМБ відшкодовує фізичним особам витрати на купівлю газу. автомобілі від певних дилерів терміном на рік. Єдина умова для користувача – наклеїти рекламний стікер спонсора на свою машину.

Причину, через яку природний газ у Німеччині та Болгарії (в обох країнах переважна більшість блакитного палива надходить трубопроводом з Росії) набагато дешевше, ніж інші види палива, слід шукати у низці юридичних передумов. Ринкова ціна на газ логічно пов'язана з ціною на нафту: з підвищенням ціни на нафту зростає і ціна блакитного палива, але різниця в цінах на бензин і газ для кінцевого споживача переважно пов'язана з нижчим оподаткуванням природного газу. У Німеччині, наприклад, ціна на газ законодавчо зафіксована до 2020 р., і схема цієї «фіксації» наступна – протягом зазначеного періоду ціна на природний газ може зростати разом із ціною на нафту, але його пропорційна перевага перед іншими джерелами енергії має підтримуватись на постійному рівні. Зрозуміло, що за такої регульованої правової бази, низьких цін та відсутності будь-яких проблем при будівництві «газових двигунів» єдиною проблемою для зростання цього ринку залишається нерозвинена мережа АЗС – у величезній Німеччині, наприклад, лише 300 таких очок, а в Болгарії їх набагато менше.

Перспективи усунення цього інфраструктурного дефіциту на даний момент виглядають чудово – у Німеччині асоціація Erdgasmobil та французького нафтового гіганта TotalFinaElf має намір вкласти величезні кошти у будівництво кількох тисяч нових АЗС, а у Болгарії кілька компаній взяли на себе аналогічне завдання. Не виключено, що незабаром вся Європа користуватиметься такою самою розвиненою мережею АЗС для природного та зрідженого нафтового газу, як і споживачі в Італії та Нідерландах – країнах, про розвиток яких у цій сфері ми розповідали вам у попередньому випуску.

Honda Civic GX

На автосалоні у Франкфурті в 1997 році Honda представила Civic GX, заявивши, що це найекологічніший автомобіль у світі. Виявилося, що амбітна заява японців – це не черговий маркетинговий прийом, а чиста правда, яка залишається актуальною і до сьогодні, і її можна побачити на практиці в останній редакції Civic GX. Автомобіль спроектований для роботи тільки на природному газі, а двигун спроектований таким чином, щоб повною мірою використати високе октанове число газоподібного палива. Не дивно, що сьогодні автомобілі цього типу можуть пропонувати рівні викидів вихлопних газів нижчі, ніж ті, які потрібні в майбутній європейській економіці Euro 5, або на 90% нижчі, ніж американські ULEV (автомобілі з наднизьким рівнем викидів). . Двигун Honda працює надзвичайно плавно, а високий ступінь стиснення 12,5:1 компенсує меншу об'ємну енергетичну цінність газу порівняно з бензином. 120-літровий бак виготовлений із композитного матеріалу, а еквівалент витрати бензину становить 6,9 літра. Знаменита система зміни фаз газорозподілу Honda VTEC відмінно працює з особливими властивостями палива та додатково покращує заряд двигуна. Через меншу швидкість горіння природного газу і те, що паливо «сухе» і не має змащувальних властивостей, сідла клапанів виконані зі спеціальних жароміцних сплавів. Поршні також виготовлені з більш міцних матеріалів, оскільки газ не може охолоджувати циліндри, коли він випаровується, як бензин.

У шланги Honda GX у газовій фазі впорскується природний газ, обсяг якого в 770 разів більший, ніж у еквівалентної кількості бензину. Найбільшою технологічною складністю для інженерів Honda було створення відповідних форсунок для роботи в таких умовах і передумовах - для досягнення оптимальної потужності форсунки повинні справлятися зі складним завданням одночасної подачі необхідної кількості газу, для чого рідкий бензин впорскується. Це проблема для всіх двигунів цього типу, оскільки газ займає значно більший об'єм, витісняє частину повітря і вимагає упорскування безпосередньо в камери згоряння.

У тому ж 1997 р. також була продемонстрована аналогічна модель Honda GX. "Двухвалентна" версія Marea може використовувати два типи палива - бензин і природний газ, причому перекачування газу здійснюється другою, повністю незалежною паливною системою. Двигун завжди запускається на рідкому паливі, а потім автоматично перемикається на газ. Двигун об'ємом 1,6 літра має потужність 93 л. з газовим паливом та 103 к.с. с. під час використання бензину. В принципі двигун працює в основному на газі, за винятком тих випадків, коли останній закінчується або у водія є явне бажання використовувати бензин. На жаль, «двійна природа» двовалентної енергії не дозволяє повною мірою використати переваги високооктанового природного газу. Fiat в даний час виготовляє версію Mulipla з цим типом блоку живлення.

Згодом схожі моделі з'явилися в асортименті Opel (Astra і Zafira Bi Fuel для версій LPG і CNG), PSA (Peugeot 406 LPG і Citroen Xantia LPG) і VW (Golf Bifuel). Класикою в цій області вважаються Volvo, які виробляють варіанти S60, V70 і S80, здатні працювати як на природному газі, так і на біогазі та зрідженому нафтовому газі LPG. Всі ці автомобілі оснащені системами упорскування газу за допомогою спеціальних форсунок, з електронним управлінням технологічними процесами і сумісними з паливом механічними компонентами, такими як клапани і поршні. Паливні баки для стисненого природного газу витримують тиск 700 бар, хоча сам газ зберігається в них під тиском не більше 200 бар.

BMW

BMW є відомим прихильником екологічно безпечних видів палива та протягом багатьох років розробляє різні силові установки для автомобілів з альтернативними джерелами. Ще на початку 90-х років баварська компанія створила моделі серій 316g та 518g, у яких як паливо використовується природний газ. У своїх останніх розробках компанія вирішила поекспериментувати з принципово новими технологіями та разом із німецькою холодильною групою Linde, нафтовою компанією Aral та енергетичною компанією E.ON Energy розробила проект з використання зріджених газів. Проект розвивається за двома напрямками: перший – це розробки з постачання зрідженого водню, а друге – використання зрідженого газу. Використання зрідженого водню, як і раніше, вважається перспективною технологією, про яку ми розповімо пізніше, але система зберігання та використання зрідженого природного газу цілком реальна і може бути застосована на практиці в автомобільній промисловості в найближчі кілька років.

При цьому природний газ охолоджується до температури -161 градус і конденсується під тиском 6-10 бар, при цьому переходить в рідку фазу. Резервуар набагато компактніше і легше в порівнянні з балонами зі стисненим газом і практично являє собою вакуумний термос з суперізолірующіх матеріалів. Завдяки сучасній технології Linde, незважаючи на дуже тонкі і легкі стінки резервуара, рідкий метан може без проблем зберігатися в цьому стані протягом двох тижнів, навіть в жарку погоду і без необхідності охолодження. Першу заправну станцію СПГ, в будівництво якої вкладено 400 тисяч євро, вже працює в Мюнхені.

Процеси горіння в двигунах на газоподібному паливі

Як було зазначено, природний газ містить переважно метан, а скраплений вуглеводневий газ – пропан і бутан у пропорціях, які від сезону. У міру збільшення молекулярної маси стійкість до детонації парафінових (нерозгалужених) вуглеводневих сполук, таких як метан, етан та пропан, знижується, молекули легше розпадаються та накопичується більше пероксидів. Таким чином, у дизельних двигунах використовується дизельне паливо, а не бензин, оскільки в першому випадку температура самозаймання нижча.

У метану найвище співвідношення водню / вуглецю з усіх вуглеводнів, що на практиці означає, що при однаковій вазі метан має найвищу енергетичну цінність серед вуглеводнів. Пояснення цього факту складне і вимагає певних знань про хімію і енергії відносин, тому ми не будемо цим займатися. Досить сказати, що стабільна молекула метану забезпечує октанове число близько 130.

З цієї причини швидкість горіння метану набагато нижче, ніж у бензину, невеликі молекули дозволяють метану згоряти більш повно, а його газоподібний стан призводить до меншого вимивання масла зі стінок циліндрів в холодних двигунах в порівнянні з бензиновими сумішами. . Пропан, в свою чергу, має октанове число 112, що як і раніше вище, ніж у більшості бензинів. Погані пропанового-повітряні суміші горять при більш низькій температурі, ніж бензинові, але багаті можуть привести до теплового перевантаження двигуна, оскільки пропан не володіє охолоджуючими властивостями бензину через його надходження в циліндри в газоподібному вигляді.

Ця проблема вже вирішена з використанням систем із безпосереднім упорскуванням рідкого пропану. Оскільки пропан легко зріджується, побудувати систему для зберігання в автомобілі нескладно, а нагрівання впускних колекторів просто не потрібен, оскільки пропан не конденсується, як бензин. Це, у свою чергу, покращує термодинамічний ККД двигуна, де безпечно використовувати термостати, що підтримують нижчу температуру рідини, що охолоджує. Єдиним істотним недоліком газоподібного палива є той факт, що ні метан, ні пропан не надають змащувальної дії на випускні клапани, тому експерти кажуть, що це «сухе паливо», яке сприятливо впливає на поршневі кільця, але шкодить клапанам. Не можна покладатися на гази для передачі більшої частини присадок у циліндри двигуна, але двигуни, що працюють на такому паливі, не потребують такої кількості присадок, як бензинові двигуни. Регулювання якості суміші є дуже важливим фактором у газових двигунах, оскільки багаті суміші призводять до підвищення температури вихлопних газів і перевантаження клапанів, а погані суміші створюють проблему через зниження і так низької швидкості згоряння, що знову ж таки є передумовою для теплового перевантаження клапана . Ступінь стиску в пропанових двигунах легко можна збільшити на дві-три одиниці, а в метанових – навіть більше. Збільшення кількості оксидів азоту, що виникає в результаті, компенсується нижчим рівнем шкідливих викидів в цілому. Оптимальна суміш пропана трохи "бідніша" - 15,5: 1 (повітря до палива) проти 14,7: 1 для бензину, і це враховується при проектуванні випарників, дозуючих пристроїв або систем упорскування. Оскільки пропан і метан є газами, двигунам не потрібно збагачувати суміші при холодному запуску або прискоренні.

Кут обгону запалення розрахований по іншій кривій, ніж у бензинових двигунів – на низьких оборотах обгін при запаленні має бути вищим через повільніше згоряння метану і пропану, але на високих оборотах бензинові двигуни потребують більшого збільшення. суміші (швидкість згоряння бензину знижується через короткий час передполум'яних реакцій - тобто утворення пероксидів). Саме тому в електронних системах керування запаленням газових двигунів зовсім інший алгоритм.

Метан і пропан також підвищують вимоги до високої напруги електродів свічки запалювання – більш «суху» суміш «важче» пробити, ніж іскру, оскільки це електроліт, що менш проводить. Тому відстань між електродами свічок запалювання, придатних для таких двигунів, зазвичай інше, напруга вища, і в цілому питання свічок запалювання більш складне і тонке, ніж для бензинових двигунів. У найсучасніших газових двигунах використовується лямбда-зонд для оптимального дозування суміші з погляду якості. Наявність систем запалення на двох окремих кривих особливо важлива для автомобілів, обладнаних бівалентними системами (для природного газу та бензину), оскільки розріджена мережа точок заправки природним газом часто потребує примусового використання бензину.

Оптимальний ступінь стиснення природного газу – близько 16: 1, а ідеальної паливоповітряної суміші – 16,5: 1. Якщо газовий двигун не пристосований спеціально для досягнення такого високого ступеня стиснення, то високооктанове число природного газу не може бути використане максимально, і двигун буде втрачати близько 15% своєї потенційної потужності. При використанні природного газу кількість оксиду вуглецю (CO) та вуглеводнів (HC) у вихлопних газах знижується на 90%, а оксидів азоту (NOx) – приблизно на 70% порівняно з викидами звичайних бензинових двигунів. Інтервал заміни олії для газових двигунів зазвичай збільшується вдвічі.

Газ-дизель

В останні кілька років все більшої популярності набувають двопаливними системи подачі палива. Поспішаю відзначити, що мова йде не про «двовалентних» двигунах, що працюють поперемінно на газі або бензині і мають свічки запалювання, а про спеціальні дизель-газових системах, в яких частина дизельного палива замінюється природним газом, що поставляється роздільна система харчування. В основі цієї техніки лежать стандартні дизельні двигуни.

Принцип дії полягає в тому, що метан має температуру самозаймання вище 600 градусів – тобто. вище температури приблизно 400-500 градусів наприкінці циклу стиснення дизельного двигуна. Це, у свою чергу, означає, що метаноповітряна суміш не запалюється сама по собі при стисканні в циліндрах, а дизельне паливо, що впорскується, займається приблизно при 350 градусах, використовується як свого роду свічка запалювання. Система могла б працювати повністю на метані, але в цьому випадку необхідно встановити електричну систему та свічку запалювання. Зазвичай відсотковий вміст метану збільшується з навантаженням, на холостому ході автомобіль працює на дизельному паливі, а при високому навантаженні співвідношення метан/дизельне паливо сягає 9/1. Ці пропорції також можна змінити за попередньою програмою.

Деякі компанії випускають дизельні двигуни з т.зв. Системи електроживлення «мікропілот», у яких роль дизельної системи обмежується упорскуванням невеликої кількості палива, необхідного лише для займання метану. Тому ці двигуни не можуть працювати автономно на дизелі і зазвичай використовуються в промислових машинах, автомобілях, автобусах і кораблях, де дороге переобладнання економічно виправдане – після його зносу це призводить до значної економії, терміну служби двигуна. значно збільшується, а викиди шкідливих газів значно скорочуються. Машини "Мікропілот" можуть працювати як на зрідженому, так і на стиснутому природному газі.

Типи систем, використовуваних для додаткової установки

Різноманітність систем газопостачання газоподібного палива постійно зростає. В принципі, види можна розділити на кілька типів. При користуванні зрідженим газом і метану це системи із змішувачем і атмосферним тиском, системи з уприскуванням газової фази і системи з уприскуванням рідкої фази. З технічної точки зору системи упорскування пропан-бутану можна розділити на кілька поколінь:

Перше покоління – системи без електронного керування, в яких газ поєднується в простому змішувачі. Такими зазвичай комплектуються старі карбюраторні двигуни.

Друге покоління – упорскування з однією форсункою, аналоговим лямбда-зондом та трикомпонентним каталізатором.

Третє покоління – упорскування з однією або декількома форсунками (по одній на циліндр), з мікропроцесорним управлінням та наявністю як програми самонавчання, так і кодової таблиці самодіагностики.

Четверте покоління – послідовне (циліндричне) упорскування залежно від положення поршня, з кількістю форсунок, що дорівнює кількості циліндрів, та зі зворотним зв'язком через лямбда-зонд.

П'яте покоління – багатоточкове послідовне упорскування зі зворотним зв'язком і зв'язком з мікропроцесором для управління упорскуванням бензину.

У найсучасніших системах «газовий» комп'ютер повністю використовує дані головного мікропроцесора для керування параметрами бензинового двигуна, зокрема часом упорскування. «Передача» даних та управління також повністю пов'язані з основною бензиновою програмою, що дозволяє уникнути необхідності створювати цілі тривимірні карти впорскування газу для кожної моделі автомобіля – «розумний» пристрій просто зчитує програми з «бензинового» процесора. та адаптує їх до упорскування газу.