Alternativas de proba de condución: PARTE 2 - Coches

Se tes a oportunidade de sobrevoar a Siberia Occidental pola noite, pola ventá verás unha grotesca vista, que lembra o deserto kuwaití despois da retirada das tropas de Sadam durante a primeira guerra en Iraq. A paisaxe está chea de enormes "fachos" ardentes, o que é unha evidencia clara de que moitos produtores rusos de petróleo aínda consideran o gas natural un subproduto e un produto innecesario no proceso de atopar xacementos de petróleo ...

Os expertos cren que estes residuos serán detidos nun futuro próximo. Durante moitos anos, o gas natural foi considerado un produto excedente e foi queimado ou simplemente liberado á atmosfera. Estímase que ata o momento Arabia Saudita botou ou queimou máis de 450 millóns de metros cúbicos de gas natural durante a produción de petróleo ...

Ao mesmo tempo, o proceso invértese: a maioría das petroleiras modernas levan moito tempo consumindo gas natural, dándose conta do valor deste produto e da súa importancia, que só pode aumentar no futuro. Esta visión das cousas é especialmente característica dos Estados Unidos, onde, a diferenza das xa esgotadas reservas de petróleo, aínda hai grandes depósitos de gas. Esta última circunstancia reflíctese automaticamente na infraestrutura industrial dun país enorme, cuxo traballo é impensable sen coches, e máis aínda sen grandes camións e autobuses. Cada vez son máis as empresas de transporte no estranxeiro que están a actualizar os motores diésel das súas flotas de camións para que funcionen tanto con sistemas combinados gas-diésel como só con combustible azul. Cada vez son máis os barcos que pasan ao gas natural.

No contexto dos prezos dos combustibles líquidos, o prezo do metano soa fantástico, e moitos están empezando a dubidar de que haxa unha trampa aquí, e con razón. Tendo en conta que o contido enerxético dun quilo de metano é superior ao dun quilo de gasolina e que un litro (é dicir, un decímetro cúbico) de gasolina pesa menos dun quilo, calquera pode concluír que un quilo de metano contén moito máis. enerxía que un litro de gasolina. Está claro que aínda sen este aparente revoltijo de números e vagas disparidades, facer funcionar un coche que funciona con gas natural ou metano custará moito menos que facer funcionar un coche con gasolina.

Pero aquí está o clásico "PERO"... Por que, dado que a "estafa" é tan grande, case ninguén no noso país usa o gas natural como combustible para automóbiles, e os coches adaptados para o seu uso en Bulgaria son máis raros. fenómeno do canguro ao piñeiro da montaña Rhodope? A resposta a esta pregunta perfectamente normal non vén dada polo feito de que a industria do gas en todo o mundo se desenvolva a un ritmo frenético e actualmente considérase a alternativa máis segura aos combustibles líquidos de petróleo. A tecnoloxía dos motores de hidróxeno aínda ten un futuro incerto, a xestión dentro do cilindro dos motores de hidróxeno é extremadamente difícil e aínda non está claro cal é un método económico para extraer hidróxeno puro. Neste contexto, o futuro do metano é, por dicilo suavemente, brillante, sobre todo porque hai enormes depósitos de gas natural en países políticamente seguros, que as novas tecnoloxías (mencionadas no número anterior de licuefacción crioxénica e conversión química do gas natural en líquidos) son cada vez máis baratos, mentres que o prezo dos produtos clásicos de hidrocarburos crece. Sen esquecer o feito de que o metano ten todas as posibilidades de converterse na principal fonte de hidróxeno para as pilas de combustible do futuro.

O verdadeiro motivo do abandono dos gases de hidrocarburos como combustibles automotivos son os baixos prezos do petróleo ao longo das décadas, que impulsaron o desenvolvemento da tecnoloxía do automóbil e das infraestruturas de transporte por estrada relacionadas coa subministración de enerxía para motores de gasolina e diésel. No contexto desta tendencia xeral, os intentos de usar combustible a gas son bastante esporádicos e insignificantes.

Mesmo despois do final da Segunda Guerra Mundial, a escaseza de combustibles líquidos en Alemaña provocou a aparición de automóbiles equipados cos sistemas máis sinxelos de uso do gas natural, que, aínda que son moito máis primitivos, difiren pouco dos sistemas empregados polos taxis búlgaros na actualidade. de bombonas e redutores de gas. Os combustibles a gas gañaron máis importancia durante as dúas crises do petróleo en 1973 e 1979-80, pero aínda así só podemos falar de refachos curtos que pasaron case desapercibidos e non levaron a un desenvolvemento significativo nesta área. Durante máis de dúas décadas desde a crise aguda máis recente, os prezos dos combustibles líquidos mantivéronse constantemente baixos, alcanzando prezos absurdamente baixos en 1986 e 1998 a 10 dólares o barril. Está claro que tal situación non pode ter un efecto estimulante sobre tipos alternativos de combustibles a gas ...

A principios do século XI, a situación do mercado avanza gradualmente pero con seguridade nunha dirección diferente. Despois dos ataques terroristas de setembro de 11 de 2001, houbo unha tendencia ascendente paulatina pero constante dos prezos do petróleo, que continuou aumentando como consecuencia do aumento do consumo por parte de China e India e as dificultades para atopar novos depósitos. Non obstante, as compañías de automóbiles son moito máis incómodas na dirección da produción en masa de automóbiles adaptados a funcionar con combustibles gaseosos. As razóns desta molestia pódense atopar tanto na inercia de pensar na maioría dos consumidores que están afeitos ao combustible líquido tradicional (para os europeos, por exemplo, o gasóleo segue sendo a alternativa máis realista á gasolina), como na necesidade de enormes investimentos en infraestruturas de gasodutos. e estacións de compresores. Cando isto se engade aos complexos e custosos sistemas de almacenamento de combustible (especialmente o gas natural comprimido) nos propios coches, o panorama xeral comeza a aclararse.

Por outra banda, as centrais motoras de combustibles gasosos están cada vez máis diversificadas e seguen a tecnoloxía das súas contrapartes de gasolina. Os alimentadores de gas xa usan os mesmos compoñentes electrónicos sofisticados para inxectar combustible na fase líquida (aínda rara) ou gaseosa. Tamén hai cada vez máis modelos de vehículos de produción montados de fábrica para subministración de gas monovalente ou con posibilidade de subministración dual gas/gasolina. Cada vez máis, estase a realizar outra vantaxe dos combustibles gasosos: debido á súa estrutura química, os gases están máis completamente oxidados e o nivel de emisións nocivas nos gases de escape dos coches que os usan é moito menor.

Un novo comezo

Non obstante, un avance no mercado requirirá incentivos financeiros dirixidos e directos para os usuarios finais de gas natural como combustible para vehículos. Para atraer clientes, os vendedores de metano en Alemaña xa están a ofrecer aos compradores de vehículos de gas natural bonos especiais, cuxa natureza ás veces parece simplemente incrible; por exemplo, a empresa de distribución de gas de Hamburgo reembolsa aos individuos a compra de gas. coches de determinados concesionarios durante un período de un ano. A única condición para o usuario é pegar o adhesivo publicitario do patrocinador no seu coche...

A razón pola que o gas natural en Alemaña e Bulgaria (en ambos os dous países a gran maioría do gas natural procede de Rusia por gasoduto) é moito máis barato que outros combustibles, debe buscarse nunha serie de premisas legais. O prezo de mercado do gas está loxicamente ligado ao prezo do petróleo: a medida que aumenta o prezo do petróleo, tamén aumenta o prezo do gas natural, pero a diferenza de prezos da gasolina e do gas para o consumidor final débese principalmente á menor tributación do gas natural. gas. En Alemaña, por exemplo, o prezo do gas está fixado legalmente ata 2020, e o esquema desta "fixación" é o seguinte: durante este período, o prezo do gas natural pode crecer xunto co prezo do petróleo, pero a súa vantaxe proporcional. sobre outras fontes de enerxía debe manterse a un nivel constante. Está claro que cun marco legal tan regulado, prezos baixos e ausencia de problemas na construción de "motores de gasolina", o único problema para o crecemento deste mercado segue sendo unha rede sen desenvolver de gasolineiras - na enorme Alemaña, para exemplo, só hai 300 puntos deste tipo, e en Bulgaria hai moitos.menos.

As perspectivas para cubrir este déficit de infraestruturas parecen grandes neste momento: en Alemaña, a asociación de Erdgasmobil e o xigante petroleiro francés TotalFinaElf pretende investir moito na construción de varios miles de novas gasolineiras, e en Bulgaria varias empresas asumiron unha actividade similar. tarefa. É posible que en breve toda Europa utilice a mesma rede desenvolvida de estacións de recheo de gas natural e licuado de petróleo que os consumidores de Italia e Holanda, países dos que vos falamos do desenvolvemento nesta área no número anterior.

Honda Civic GX

No Salón do Automóbil de Frankfurt de 1997, Honda presentou o Civic GX, afirmando que era o coche máis respectuoso co medio ambiente do mundo. Resultou que a ambiciosa declaración dos xaponeses non é só outra estratagema de mercadotecnia, senón a pura verdade, que segue sendo relevante a día de hoxe, e que se pode ver na práctica na última edición do Civic GX. O coche está deseñado para funcionar só con gas natural e o motor está deseñado para aproveitar ao máximo o alto índice de octano do combustible gasoso. Non é de estrañar que os vehículos deste tipo poidan ofrecer hoxe niveis de emisión de escape inferiores aos requiridos nunha futura economía europea Euro 5, ou un 90 % máis baixos que os ULEV (Ultra Low Emission Vehicles) estadounidenses. . O motor Honda funciona moi suavemente e a alta relación de compresión de 12,5:1 compensa o menor valor enerxético volumétrico do gas natural en comparación coa gasolina. O depósito de 120 litros está feito de material composto e o consumo de gas equivalente é de 6,9 ​​litros. O famoso sistema de sincronización variable de válvulas VTEC de Honda funciona ben coas propiedades especiais do combustible e mellora aínda máis a carga do motor. Debido á menor taxa de combustión do gas natural e ao feito de que o combustible está "seco" e non ten propiedades lubricantes, os asentos das válvulas están feitos de aliaxes especiais resistentes á calor. Os pistóns tamén están feitos de materiais máis resistentes, xa que o gas non pode arrefriar os cilindros cando se evapora como a gasolina.

As mangueiras de Honda GX en fase de gas inxéctanse con gas natural, que é 770 veces maior que a cantidade equivalente de gasolina. O maior desafío tecnolóxico para os enxeñeiros de Honda foi crear os inxectores axeitados para traballar en tales condicións e requisitos previos: para acadar unha potencia óptima, os inxectores deben facer fronte á difícil tarefa de subministrar simultaneamente a cantidade necesaria de gas, para o que, en principio, inxéctase gasolina líquida. Este é un problema para todos os motores deste tipo, xa que o gas ocupa un volume moito maior, despraza parte do aire e require a inxección directamente nas cámaras de combustión.

No mesmo 1997, Fiat tamén demostrou un modelo Honda GX similar. A versión "bivalente" de Marea pode usar dous tipos de combustible: gasolina e gas natural, e o gas é bombeado por un segundo sistema de combustible completamente independente. O motor arranca sempre con combustible líquido e despois pasa automaticamente a gas. O motor de 1,6 litros ten unha potencia de 93 CV. con gasolina e 103 CV. Con. cando se usa gasolina. En principio, o motor funciona principalmente con gasolina, agás cando este último se esgota ou o condutor ten un desexo claro de usar gasolina. Desafortunadamente, a "dobre natureza" da enerxía bivalente non permite o pleno uso das vantaxes do gas natural de alto octanaje. Fiat está a producir actualmente unha versión Mulipla con este tipo de PSU.

Co paso do tempo, apareceron modelos similares na gama de Opel (Astra e Zafira Bi Fuel para versións de GLP e GNC), PSA (Peugeot 406 LPG e Citroen Xantia LPG) e VW (Golf Bifuel). Volvo é considerado un clásico nesta área, producindo variantes dos S60, V70 e S80, capaces de funcionar con gas natural, así como biogás e GLP. Todos estes vehículos están equipados con sistemas de inxección de gas que utilizan boquillas especiais, procesos tecnolóxicos controlados electrónicamente e compoñentes mecánicos compatibles co combustible como válvulas e pistóns. Os tanques de combustible de GNC están deseñados para soportar unha presión de 700 bar, aínda que o propio gas almacénase alí a unha presión non superior a 200 bar.

BMW

BMW é un coñecido defensor dos combustibles sostibles e leva moitos anos desenvolvendo varios sistemas de propulsión para vehículos con fontes alternativas. A principios dos 90, a compañía bávara creou modelos das series 316g e 518g, que usan gas natural como combustible. Nas súas últimas novidades, a compañía decidiu experimentar con tecnoloxías fundamentalmente novas e, xunto co grupo de refrixeración alemán Linde, a petroleira Aral e a enerxética E.ON Energy, desenvolveron un proxecto para o uso de gases licuados. O proxecto desenvólvese en dúas direccións: a primeira é o desenvolvemento de abastecementos de hidróxeno licuado, e a segunda é o uso de gas natural licuado. O uso do hidróxeno licuado aínda se considera unha tecnoloxía prometedora, da que falaremos máis adiante, pero o sistema de almacenamento e utilización de gas natural licuado é bastante real e pódese poñer en práctica na industria do automóbil nos próximos anos.

Ao mesmo tempo, o gas natural arrefríase a unha temperatura de -161 graos e condénsase a unha presión de 6-10 bar, ao pasar á fase líquida. O tanque é moito máis compacto e lixeiro en comparación coas bombonas de gas comprimido e é practicamente un termo crioxénico feito de materiais super illantes. Grazas á moderna tecnoloxía Linde, a pesar das paredes do tanque moi delgadas e lixeiras, o metano líquido pode almacenarse neste estado durante dúas semanas sen ningún problema, incluso cando fai calor e sen necesidade de refrixeración. A primeira estación de abastecemento de GNL, en cuxa construción se investiron 400 €, xa funciona en Múnic.

Procesos de combustión en motores de combustible gaseoso

Como xa se mencionou, o gas natural contén principalmente metano e gas licuado de petróleo -propano e butano en proporcións que dependen da estación. A medida que aumenta o peso molecular, a resistencia ao golpe dos compostos de hidrocarburos parafínicos (de cadea recta) como o metano, o etano e o propano diminúe, as moléculas se separan máis facilmente e acumúlanse máis peróxidos. Así, os motores diésel usan gasóleo en lugar de gasolina, xa que a temperatura de autoignición é menor no primeiro caso.

O metano ten a maior proporción de hidróxeno / carbono de todos os hidrocarburos, o que na práctica significa que para o mesmo peso, o metano ten o maior valor enerxético entre os hidrocarburos. A explicación deste feito é complexa e require un certo coñecemento da química e da enerxía das relacións, polo que non trataremos isto. Baste dicir que a molécula de metano estable proporciona un número de octanos de aproximadamente 130.

Por esta razón, a taxa de combustión do metano é moito menor que a da gasolina, as pequenas moléculas permiten que o metano se queime máis completamente e o seu estado gasoso leva a menos lixiviación do aceite das paredes dos cilindros nos motores fríos en comparación coas mesturas de gasolina. ... Pola súa banda, o propano ten un índice de octano de 112, que aínda é superior á maioría das gasolinas. As mesturas pobres de propano-aire arden a unha temperatura inferior á da gasolina, pero as ricas poden provocar unha sobrecarga térmica do motor, xa que o propano non ten as propiedades de refrixeración da gasolina debido á súa entrada nos cilindros en forma gasosa.

Este problema xa se solucionou coa utilización de sistemas con inxección directa de propano líquido. Debido a que o propano se licúa facilmente, é fácil construír un sistema para almacenalo nun coche e non hai necesidade de quentar os colectores de admisión porque o propano non se condensa como a gasolina. Isto á súa vez mellora a eficiencia termodinámica do motor, onde é seguro usar termostatos que manteñen unha temperatura máis baixa do refrixerante. A única desvantaxe significativa dos combustibles gasosos é o feito de que nin o metano nin o propano teñen un efecto lubricante nas válvulas de escape, polo que os expertos din que é un "combustible seco" bo para os aneis dos pistóns pero malo para as válvulas. Non se pode confiar nos gases para entregar a maioría dos aditivos aos cilindros do motor, pero os motores que funcionan con estes combustibles non necesitan tantos aditivos como os de gasolina. O control da mestura é un factor moi importante nos motores de gas, xa que as mesturas ricas dan lugar a temperaturas máis altas dos gases de escape e a sobrecarga das válvulas, mentres que as mesturas pobres crean un problema ao baixar a taxa de combustión xa baixa, que de novo é un requisito previo para a sobrecarga da válvula térmica. A relación de compresión nos motores de propano pódese aumentar facilmente en dúas ou tres unidades, e no metano, aínda máis. O aumento resultante dos óxidos de nitróxeno vese compensado cunhas emisións máis baixas en xeral. A mestura óptima de propano é lixeiramente "máis pobre": 15,5:1 (aire a combustible) fronte a 14,7:1 para a gasolina, e isto tense en conta ao deseñar evaporadores, dispositivos de medición ou sistemas de inxección. Dado que tanto o propano como o metano son gases, os motores non precisan enriquecer as mesturas durante os arranques en frío ou a aceleración.

O ángulo de ignición calcúlase nunha curva diferente á dos motores de gasolina: a baixas revolucións, o adelantamento de ignición debería ser maior debido á combustión máis lenta de metano e propano, pero a altas velocidades, os motores de gasolina necesitan máis aumento. mestura (a velocidade de combustión da gasolina redúcese debido ao curto tempo de reaccións previas á chama, é dicir, á formación de peróxidos). É por iso que os sistemas de control electrónico de ignición dos motores de gas teñen un algoritmo completamente diferente.

O metano e o propano tamén aumentan os requisitos para os electrodos de bujías de alta tensión: unha mestura "máis seca" é "máis difícil" de perforar que unha faísca porque é un electrólito menos condutor. Polo tanto, a distancia entre os electrodos das bujías adecuadas para tales motores adoita ser diferente, a tensión é maior e, en xeral, o problema das bujías é máis complexo e sutil que para os motores de gasolina. As sondas lambda utilízanse nos motores de gas máis modernos para unha dosificación óptima da mestura en termos de calidade. Ter sistemas de ignición en dúas curvas separadas é especialmente importante para os vehículos equipados con sistemas bivalentes (para gas natural e gasolina), xa que a escasa rede de puntos de recheo de gas natural require a miúdo o uso forzado da gasolina.

A relación de compresión óptima do gas natural é de aproximadamente 16:1, e a relación ideal aire-combustible é de 16,5:1. Perderá preto do 15% da súa potencia potencial. Cando se usa gas natural, a cantidade de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) nos gases de escape redúcese nun 90% e os óxidos de nitróxeno (NOx) nun 70% en comparación coas emisións dos motores de gasolina convencionais. O intervalo de cambio de aceite para motores de gas adoita duplicarse.

Gasóleo

Nos últimos anos, os sistemas de entrega de combustible de dobre combustible fixéronse cada vez máis populares. Apresúrome a notar que non falamos de motores "bivalentes" que funcionan alternativamente con gas ou gasolina e que teñan bujías, senón de sistemas especiais diésel-gas, nos que parte do combustible diésel é substituído por gas natural subministrado por un sistema de alimentación separado. Esta tecnoloxía está baseada en motores diésel estándar.

O principio de funcionamento baséase no feito de que o metano ten unha temperatura de autoignición superior a 600 graos, é dicir. por encima dunha temperatura de aproximadamente 400-500 graos ao final do ciclo de compresión do motor diésel. Isto, á súa vez, significa que a mestura de metano-aire non se acende por si mesma ao ser comprimida nos cilindros, e o gasóleo inxectado, que se acende a uns 350 graos, utilízase como unha especie de bujía. O sistema podería funcionar totalmente con metano, pero neste caso sería necesario instalar un sistema eléctrico e unha bujía. Normalmente a porcentaxe de metano aumenta coa carga, ao ralentí o coche funciona con gasóleo e a alta carga a relación metano/diésel chega a 9/1. Estas proporcións tamén se poden cambiar segundo o programa preliminar.

Algunhas empresas producen motores diésel co chamado. Sistemas de potencia "Micropilot", nos que o papel do sistema diésel se limita á inxección dunha pequena cantidade de combustible necesaria só para acender o metano. Polo tanto, estes motores non poden funcionar de forma autónoma con diésel e adoitan usarse en vehículos industriais, coches, autobuses e barcos, onde se xustifica economicamente un custoso reequipamento: despois do seu desgaste, isto leva a un importante aforro na vida útil do motor. aumenta significativamente e as emisións de gases nocivos redúcense significativamente. As máquinas micropiloto poden funcionar tanto con gas natural licuado como comprimido.

Tipos de sistemas utilizados para a instalación adicional

A variedade de sistemas de subministración de gas para combustibles gaseosos está en constante crecemento. En principio, as especies pódense dividir en varios tipos. Cando se emprega propano e metano, trátase de sistemas de presión atmosférica mesturados, sistemas de inxección en fase gaseosa e sistemas de inxección en fase líquida. Desde o punto de vista técnico, os sistemas de inxección de propano-butano pódense dividir en varias xeracións:

A primeira xeración son sistemas sen control electrónico, nos que o gas se mestura nun simple mesturador. Estes adoitan estar equipados con motores de carburador antigos.

A segunda xeración é unha inxección cunha boquilla, unha sonda lambda analóxica e un catalizador de tres vías.

A terceira xeración é unha inxección cunha ou varias boquillas (unha por cilindro), con control por microprocesador e presenza tanto dun programa de autoaprendizaxe como dunha táboa de códigos de autodiagnóstico.

A cuarta xeración é a inxección secuencial (cilíndrica) en función da posición do pistón, co número de boquillas igual ao número de cilindros, e con realimentación a través dunha sonda lambda.

Quinta xeración: inxección secuencial multipunto con retroalimentación e comunicación cun microprocesador para controlar a inxección de gasolina.

Nos sistemas máis modernos, a computadora "gas" fai un uso completo dos datos do microprocesador principal para controlar os parámetros do motor de gasolina, incluído o tempo de inxección. A transmisión e o control de datos tamén están totalmente vinculados ao programa principal de gasolina, o que evita a necesidade de crear mapas completos de inxección de gas en XNUMXD para cada modelo de coche: o dispositivo intelixente simplemente le os programas do procesador de gasolina. e adáptaos á inxección de gas.