Autogas - savremene tendencije,primena i upotreba

 

EKSPANZIJA UPOTREBE TNG I U NAJRAZVIJENIJIM ZEMLJAMA SVETA

Evropski trend velikog rasta

Devet miliona vozila u vise od 38 zemalja danas koristi TNG kao osnovno ili jedno od dva pogonska goriva. Godisnja stopa rasta potrosnje TNG kao autogasa iznosi 12-15 odsto na svetskom nivou. Evropska asocijacija za TNG predvidela je stopu rasta od 47 odsto u potrosnji TNG kao pogonskog goriva za period 2000-2005. godine, a mnoge vlade svojom fiskalnom i poreskom politikom podsticu prelazenje na autogas

Zahvaljujuci svojim ekoloskim, ekonomskim i bezbednosnim prednostima, tecni naftni gas danas predstavlja jedno od vodecih alternativnih goriva danasnjice.
     Putevima sveta danas se krece flota od oko 9 miliona vozila, u vise od 38 zemalja sveta, koja koristi TNG kao pogonsko gorivo.
     Pored masovne post-prodajne ugradnje autogas uredjaja u motorna vozila sa benzinskim motorom, vodeci svetski proizvodjaci automobila - kao sto su Renault, FIAT, Vauxhall, Ford, Volvo, General Motors i drugi - isporucuju trzistu pojedine modele svojih vozila u takozvanoj "bi-fuel" verziji, odnosno u verziji sa dvojnim gorivom: benzin i TNG. Japanski proizvodjaci automobila za potrebe domace taksi sluzbe proizvode vozila sa mono-fuel TNG opcijom, a drugi po broju proizvedenih automobila u takvoj verziji su proizvodjaci iz Juzne Koreje.

EKONOMSKI I EKOLOSKI ARGUMENTI

     Proizvodnja TNG se uglavnom bazira na izdvajanju propana i butana iz prirodnog zemnog gasa i na taj nacin se dobija oko 60 odsto TNG, a ostalih 40 odsto se dobija u toku procesa prerade sirove nafte u rafinerijama. Izvori za dobijanje TNG-a ukazuju da se na tu vrstu goriva moze zasigurno racunati i u daljoj buducnosti. Podatak da je 60 odsto TNG poreklom iz zemnog gasa ukazuje na manju zavisnost potrosaca ovog goriva od izvoznika nafte, to jest clanica OPEC-a.
Svojom fiskalnom politikom, kao i drugim beneficijama, vlade mnogih zemalja cine napor da priblize TNG kao pogonsko gorivo prosecnom potrosacu, a zakljucci Evropskog parlamenta i Saveta Evrope insistiraju na tome da TNG mora biti integralni deo politike vezane za alternativno gorivo u EU.
     Na svetskom nivou automobili koji koriste TNG kao pogonsko gorivo potrose godisnje oko 16 miliona tona ovog goriva, sto cini oko 8 odsto njegove ukupne godisnje potrosnje. Godisnja stopa rasta potrosnje TNG kao autogasa iznosi 12-15 odsto na svetskom nivou.
U Evropi 2002. godine ukupna potrosnja TNG-a je bila 18 miliona tona, od cega je 81 odsto utroseno za potrebe domacinstava (grejanje i ostalo) i industrije, a 19 odsto kao automobilsko gorivo. Ocekuje se da ce 2005. godine cetvrtina ukupne potrosnje TNG-a u Evropi biti upravo za pogonsko gorivo u automobilima. Prema izvorima Evropske asocijacije za TNG, ocekuje se stopa rasta od 47 odsto u potrosnji TNG-a kao pogonskog goriva za period 2000-2005. godine.
     Sveprisutan problem aerozagadjenja, te uvodjenje taksi u pojedinim zemljama kojima se sankcionisu prekoracenja u emisiji stetnih gasova, kao sto je to vec slucaj u Nemackoj, obezbedjuju TNG-u sve veci primat i u odnosu na dizel gorivo, pre svega zbog velike emisije azotovih oksida prilikom sagorevanja dizela.
     U vezi sa navedenim je i razvoj TNG motora kod teskih vozila, prvenstveno autobusa za potrebe javnog gradskog prevoza. Na tom polju najdalje su otisle kompanije DAF iz Holandije i OAF iz Austrije (ova druga posluje u sastavu MAN-a). U Becu je trenutno 550 autobusa u javnom gradskom prevozu koji koriste gas kao ekolosko pogonsko gorivo. Njihovo pozitivno iskustvo na tom polju traje skoro 40 godina. Pored glavnog grada Austrije, i drugi gradovi uvode u gradski prevoz autobuse na TNG kao pogonsko gorivo, poput Kopenhagena, Valjadolida, Pariza, Utrehta, kao i pojedinih gradova u Ceskoj, Finskoj, Italiji i Poljskoj.

UZORI DRZAVNIH STRATEGIJA

     Italija je danas najveci potrosac TNG-a kao pogonskog goriva u Evropi. Italijanska potrosnja je oko 1.322.000 tona na godisnjem nivou. Flota od preko milion vozila koristi ovaj energent koji je moguce nabaviti na oko 1.800 mesta sirom Italije.

U Engleskoj trenutno na gas ide oko 100.000 automobila, a procenjuje se da ce, uz fiskalnu politiku koja TNG priblizava krajnjim korisnicima, broj automobila sa pogonom na TNG do 2005. godine dostici cifru od 250.000. Trebalo bi posebno istaci da je Vlada u ovoj zemlji osnovala svoju agenciju ENERGY SAVING TRAST, koja se bavi pitanjem alternativnog goriva i ima godisnji budzet od 16,3 miliona evra. Iz tog budzeta 87 odsto odlazi na refundiranje 75 odsto troskova onima koji su ugradili LPG (TNG) uredjaje u svoja vozila, jer na taj nacin doprinose zastiti zivotne sredine. Intenziviranje ugradnje TNG uredjaja u vozila prati i veoma gusta mreza gasnih stanica, kojih ima oko 1.200 sirom Engleske, uz zalaganje vlade da u svakom gradu bude bar po jedna stanica.
     Druga zemlja Evrope po broju konvertovanih vozila u odnosu na broj stanovnika jeste Holandija sa preko 400.000 vozila. I pored velike popularnosti TNG kao pogonskog goriva u Holandiji, drzava podsticajnim merama neprekidno zeli da omasovi koriscenje ovog goriva (odrzavanjem nivoa poreza na promet na veoma niskom nivou i snizenjem taksi prilikom registracije vozila ako koriste TNG).
     Trenutno je Poljska zemlja sa najdinamicnijim porastom broja vozila koja koriste TNG kao pogonsko gorivo. Osamdeset odsto taksista u Poljskoj je vec konvertovalo svoja vozila. Autogas je na raspolaganju vozacima na oko 2.900 mesta sirom Poljske. Pocetkom 2000. godine broj vozila sa pogonom na TNG u Poljskoj je bio 590.000, da bi se 2001. povecao za 140.000 vozila. Ovakav trend rasta se nastavlja i dalje.
     Podsticajne mere, u smislu promocije TNG-a kao ekololoskog goriva buducnosti, intenzivno se sprovode i u ostalim evropskim zemljama. Tako, Francuska je imala cak i izvesne olaksice za svoje poreske obveznike ako koriste TNG u svojim vozilima, uz istovremeno smanjivanje poreza na TNG. Takvu poresku politiku primenjuju i u Nemackoj, Belgiji, Spaniji, a glavni grad Grcke, Atina, probleme sa smogom resava tako sto vecina taksista koristi TNG (uostalom, kao 90 odsto taksista u Japanu). U Australiji TNG takodje predstavlja glavno alternativno gorivo za flotu od oko 300.000 automobila.

SRBIJA: NADOKNADITI KASNJENJA

     Mozemo sa zadovoljstvom konstatovati da je sve veci broj gradova sirom zemaljske kugle u kojima se preduzimaju direktne mere kako bi se TNG sto pre koristio kao pogonsko gorivo za putnicke automobile i laka dostavna vozila. Tako, sangajski Biro za zastitu zivotne sredine pocinje akciju izgradnje sto jedne stanice za autogas. Da bi uticala na smanjenje zagadjenosti u svojim milionskim gradovima, vlada Indije je smanjila dazbine na uvoz konverzionih uredjaja za TNG. Ovom prilikom trebalo bi posebno navesti cinjenicu da je i u SAD jos 1990, dokumentima CLEAN AIR ACT i ENERGY POLICY ACT iz 1992, autogas utemeljen kao dozvoljeno alternativno gorivo.
     U nasoj zemlji TNG takodje stice sve veci broj pristalica, a tome doprinosi i sve veci broj autogas pumpi sirom nase zemlje, kojih danas ima negde oko devedeset. Ugradnja autogas uredjaja u motorna vozila kod nas je, jos uvek, pracena izvesnim problemima i nejasnocama. Pre svega, pravilnici koji tretiraju problematiku ugradnje TNG uredjaja su ocigledno anahroni, jer poticu jos iz osamdesetih godina proslog veka. Uskladjivanje ovih pravilnika sa regulativom R6701 vazecom u Evropi, a takodje i sa regulativom R115, kao i zavodjenje reda na trzistu (suzbijanje "sivog", odnosno "crnog" trzista), uz licenciranje servisnih radionica gde se vrsi ugradnja autogas uredjaja, doprinelo bi postavljanju ove delatnosti u zakonski organizovane i kontrolisane okvire, sto je u svakom slucaju neophodno. Prakticno, nasa drzava bi samo trebalo da donese odgovarajuce regulative i tako pomogne privatnim preduzetnicima, koji skoro u potpunosti nose teret implementacije TNG-a, kako u smislu uvoza TNG uredjaja, tako i u smislu podizanja citave mreze autogasnih stanica. To jest, zadatak drzave je da stvori normalan ambijent za posao.
     Smatramo da to nije preveliki napor za jednu drzavu. Oni koji u drzavi odlucuju moraju biti svesni: regulisanje ove oblasti i prevazilazenje haosa koji trenutno vlada umnogome moze doprineti da i nasi gradjani mogu koristiti TNG, kao ekonomski i ekoloski prestizno gorivo, pod istim uslovima kao i zitelji ostalih zemalja gde je ova oblast odavno uredjena.

SAGOREVANJE U MOTORIMA SUSTINSKI VAZAN PROCES KOJI MORA BITI VALJANO KONTROLISAN

Kljuc snage i sigurnosti

Proces sagorevanja ne sme biti suvise brz, odnosno trenutan, jer to predstavlja detonaciju i moze dovesti do ozbiljnih ostecenja. A predugo sagorevanje, pak, termodinamicki je neekonomicno - znatno manji procenat toplote oslobodjene sagorevanjem goriva se pretvori u mehanicku energiju, odnosno efektivnu snagu motora

 Proces sagorevanja u radnom prostoru motora je kljucni proces kada dolazi do oslobadjanja toplotne energije sadrzane u gorivu koja se daljom energetskom transformacijom pretvara u mehanicki rad - obrtanje kolenastog vratila motora. U sustini, hemijski posmatrano, sagorevanje je proces sjedinjavanja atoma goriva sa kiseonikom (proces oksidacije), pri cemu su te hemijske reakcije egzotermne, odnosno odvijaju se uz oslobadjanje odredjene kolicine toplote. Toplota oslobodjena hemijskim reakcijama sagorevanja vrsi zagrevanje gasova u radnom prostoru motora, pri cemu dolazi do povisenja njihove temperature i pritiska, odnosno raste potencijalna energija gasova. Ova potencijalna energija se u toku procesa sirenja pretvara u mehanicku energiju - kretanje klipa, a posredstvom klipnog mehanizma dalje se pretvara u obrtanje kolenastog vratila. Zbog toga od nacina na koji se odvija sagorevanje bitno zavise karakteristike motora, kako u pogledu razvijene snage i ekonomicnosti (potrosnje goriva), tako i u pogledu njegovih ekoloskih karakteristika - toksicnosti izduvne emisije, buke i sl.

     Sustina je u tome da proces sagorevanja u motoru mora biti kontrolisan, posebno u smislu njegove dinamike, tj. kolicine toplote koja se oslobadja u jedinici vremena, ili kako se to posmatra kod motora - po uglu obrtanja kolenastog vratila. S jedne strane, proces sagorevanja ne sme biti suvise brz - trenutan jer to predstavlja eksploziju, tj. detonaciju. U takvim uslovima je porast pritiska i temperature u radnom prostoru motora tako brz da je rad motora previse "tvrd" i u ekstremnim uslovima moze doci i do ozbiljnih ostecenja, pa i razaranja motora. Do ovakvog eksplozivnog sagorevanja bi doslo ako bi sva goriva smesa, u celom radnom prostoru motora, bila spremna za sagorevanje i istovremeno upaljena tako da bi se sagorevanje istovremeno odvijalo po celoj zapremini. To bi bilo zapreminsko sagorevanje homogene smese.

     S druge strane, previse razvucen proces sagorevanja, koji vremenski traje suvise dugo, odnosno, kolenasto vratilo za to vreme predje prevelik ugao, je termodinamicki neekonomican. U tom slucaju se znatno manji procenat toplote oslobodjene sagorevanjem goriva pretvori u mehanicku energiju, odnosno, u krajnjoj liniji u efektivnu snagu motora. Sustina je, dakle, da dinamika odvijanja procesa sagorevanja, tj. dinamika oslobadjanja toplote, mora na odgovarajuci nacin biti kontrolisana, kako bi se obezbedilo da kolicina oslobodjene toplote po uglu kolenastog vratila bude optimalna, ili bar priblizno optimalna.

     Upravo u nacinu na koji se vrsi upaljenje goriva i kontrola odvijanja procesa sagorevanja je bitna razlika izmedju sagorevanja u oto motoru (benzinskom motoru) i dizel motoru, no da bi se ta razlika objasnila neophodno je najpre razmotriti obrazovanje gorive smese jer je taj proces u tesnoj vezi sa odvijanjem samog procesa sagorevanja.

PROCES OBRAZOVANJA SMESE I SAGOREVANJA KOD OTO I DIZEL MOTORA

     Tok sagorevanja u motoru bitno zavisi od nacina obrazovanja smese i usko je povezan sa njim. Od toga kako se odvijaju ova dva procesa zavisi da li se motor priblizava oto ili dizel principu rada. U svakom slucaju, bez obzira da li se radi o oto ili dizel motoru, proces sagorevanja je uslovljen formiranjem smese, koje, prakticno, pocinje vec doziranjem goriva u struju vazduha, nakon cega sledi mesanje ove dve komponente i isparavanje goriva (premda se ove dve, zadnje pomenute pojave, u stvari, dosta preplicu ili odvijaju istovremeno), da bi, na kraju, doslo do iniciranja upaljenja i sagorevanja stvorene smese.
Medutim, bez obzira sto se isti procesi javljaju i kod oto i kod dizel motora, bitna je razlika u nacinu, mestu i raspolozivom vremenu za odvijanje ovih faza obrazovanja smese i sagorevanja kod ove dva tipa motora.

     Kod oto motora, da bi se obavilo brzo sagorevanje i oslobadjanje toplote neophodno je obrazovati homogenu (dobro izmesanu) smesu pre sagorevanja. Posto kvalitet homogenizacije bitno zavisi od duzine vremena mesanja i isparavanja goriva, to proces obrazovanja smese mora otpoceti znatno pre sagorevanja, sto znaci: cak van cilindra, kako bi se obezbedilo dovoljno vreme i prostor za mesanje. Zato se kod oto motora doziranje goriva struji vazduha (bilo karburacijom, bilo ubrizgavanjem) obavlja skoro uvek van cilindra, da bi se taj proces, nakon usisavanja, nastavio u cilindru, tokom sabijanja, sve do upaljenja. Na kraju sabijanja, formirana homogena smesa ne sme biti u uslovima samopaljenja kako ne bi sva trenutno sagorela u celoj zapremini, odnosno kako ne bi doslo do nekontrolisanog detonativnog sagorevanja (koje je moguce s obzirom da se radi o homogenoj smesi). Zbog toga se upaljenje mora vrsiti dirigovano (stranom energijom) na taj nacin sto se prvo upaljenje inicira varnicom na elektrodama svecice, odakle se sagorevanje dalje nastavlja tako sto se sferni plamen prostire kroz komoru postepeno zahvatajuci sloj po sloj sveze smese i oslobadjajuci toplotu.

     Nasuprot tome, kod dizel motora ne sme se formirati homogena smesu, vec se mora raditi sa heterogenom (neizmesanom) smesom tako da se zakonom mesanja (odnosno obrazovanja smese) diktira zeljeni tok sagorevanja, koji treba da bude takav da obezbedi umerenu promenu pritiska u cilindru tokom oslobadjanja toplote. Sa druge strane, zeljeni zakon mesanja postize se ubrizgavanjem goriva po odredenom zakonu. Da se zakon ubrizgavanja i zakon sagorevanja ne bi bitnije razlikovali i da ne bi doslo do nezeljene homogenizacije, mora se obaviti ubrizgavanje goriva neposredno pre samog sagorevanja. Ubrizgano gorivo isparava, dolazi u dodir sa vazduhom i nakon stvaranja upaljive smese pali se spontano, pod dejstvom visoke temperature sabijenog vazduha (iznad temperature samopaljenja goriva). To prakticno znaci da, cim deo isparelog goriva dospe u kontakt sa vazduhom, on sagoreva oslobadjajuci toplotu. Takav vid sagorevanja, koji je diktiran obrazovanjem smese, naziva se difuzno sagorevanje.

     S obzirom da se ova publikacija bavi motorima na tecni naftni gas (TNG), ciji se rad u sustini odvija po oto principu: smesa se unapred priprema i homogenizuje, pali se elektricnom varnicom i sagoreva posredstvom fronta plamena, to ce u daljem tekstu biti detaljnije razmotren proces sagorevanja kod oto motora.

KARAKTERISTIKE GORIVE I RADNE SMESE

    Vec je u uvodnom delu receno da je sagorevanje u stvari proces oksidacije goriva (sjedinjavanja sa kiseonikom). Kako za sagorevanje u motoru nema raspolozivog cistog kiseonika, koristi se kiseonik iz vazduha koji predstavlja mesavinu azota, kiseonika i u vrlo maloj kolicini nekih drugih (inernih) gasova, ciji je uticaj beznacajan i u ovom slucaju ce biti zanemaren. Posmatrano zapreminski vazduh se sastoji od priblizno 79% azota (N₂) i 21% kiseonika (O₂). Zapreminski udeo azota u vazduhu, dakle, iznosi r_N2=0,79 a kiseseonika r_O2=0,21. Ako se sastav vazduha posmatra maseno onda je nesto drugaciji i iznosi g_N2=0,77 i g_O2=0,23.

    Goriva koja se koriste u motorima, a koja su mineralnog (naftnog) porekla, sastavljena su od razlicitih vrsta ugljovodonika. U opstem slucaju hemijska oznaka ugljovodonika sa "x" atoma ugljenika (C) i "y" atoma vodonika (H) moze se napisati kao C_xH_y. Pod pretpostavkom potpunog sagorevanja, ugljenik iz goriva sagorevajuci formira ugljendioksid (CO₂) a vodonik vodenu paru (H₂O). Za popuno sagorevanje ugljovodonicnog goriva potrebna je odredjena kolicina kiseonika koja se moze odrediti na osnovu tzv. "stehiometrijske" jednacine sagorevanja, balansiranjem materije pre i posle sagorevanja, odnosno leve i desne strane jednacine. Stehiometrijska jednacina sagorevanja ugljovodonicnog goriva ima oblik:

     S obzirom da se za sagorevanje koristi vazduh i imajuci u vidu sastav vazduha, stehiometrijska jednacina sagorevanja glasi:

     Na levoj strani jednacine je, dakle, smesa, sastavljena od goriva i odgovarajuce kolicine vazduha, a na desnoj strani produkti potpunog sagorevanja. Kolicina vazduha potrebna za potpuno sagorevanje goriva (kolicina vazduha koja sadrzi tacno onoliko kiseonika koliko je potrebno za potpuno sagorevanje) naziva se: stehiometrijska ili teorijska kolicina vazduha i obelezava se sa L₀. Na osnovu gornje jednacine i ako se izrazi u masenim jedinicama: kg vazduha potrebno za sagorevanje 1 kg goriva [kg vaz./kg gor.], stehiometrijska kolicina vazduha iznosi:

     gde je:
ľ_vaz - molarna masa vazduha koja priblizno iznosi
ľ_vaz 29 [kg vaz/mol vaz];
ľ_gor - molarna masa goriva koja s obzirom na sastav goriva priblizno iznosi ľ_gor (12x+y) [kg gor/mol gor].

     Ako je smesa formirana tako da na svaki kg goriva dolazi po L₀ kg vazduha, takvu smesu nazivamo teorijskom ili stehiometrijskom smesom, jer ona sadrzi tacno onoliko vazduha (odnosno kiseonika) koliko je potrebno za potpuno sagorevanje goriva. U praksi oto motor moze raditi sa stehiometrijskom smesom ali i sa smesom koja se po sastavu razlikuje od stehiometrijske, odnosno, po 1 kg goriva sadrzi vise ili manje vazduha od stehiometrijske kolicine L₀. Zbog toga se u praksi sastav gorive smese izrazava preko tzv. koeficijenta viska vazduha, koji se obelezava sa grckim slovom "" i definisan je kao odnos (kolicnik) stvarne kolicine vazduha koja se pri formiranju smese dovodi po 1 kg goriva, L_stv, i stehiometrijske kolicine L₀, tj.:

     S obzirom da L_stv i L₀ imaju iste dimenzije (kg vaz/kg gor) to je bezdimenzijski broj.
Iz definicije koeficijenta viska vazduha sledi sledeca veza izmedju njegove vrednosti i sastava smese:

• =1 - takvu smesu nazivamo teorijskom ili stehiometrijskom. Ona sadrzi tacno onoliko vazduha koliko je teorijski potrebno za sagorevanje goriva.
• <1 - takvu smesu nazivamo bogatom. Ona sadrzi manje vazduha (i kiseonika) nego sto je terijski potrebno za potpuno sagorevanje (odnosno, bogata je u pogledu goriva). Jasno je da se pri sagorevanju bogate smese u produktima sagorevanja moraju javiti i produkti nepotpunog sagorevanja, u prvom redu ugljenmonoksid (CO) i ostaci nesagorelog goriva, jer vazduha ni teorijski nema dovoljno za potpuno sagorevanje.
• >1 - takvu smesu nazivamo siromasnom. Ona sadrzi vise vazduha (i kiseonika) nego sto je teorijski potrebno za sagorevanje goriva (odnosno, siromasna je u pogledu goriva). Jasno je da se pri sagorevanju siromasne smese u produktima sagorevanja javlja i kiseonik.

     Od sastava smese zavisi njena toplotna moc, termodinamicke osobine (spec. toplotni kapacitet i sl.) i, sto je posebno vazno, brzina sagorevanja, odnosno brzina prostiranja plamena kroz nesagorelu smesu. Otuda sastav gorive smese ima velikog uticaja na tok procesa sagorevanja u motoru i time i na razvijenu snagu, ekonomicnost (potrosnju goriva) i sastav izduvnih gasova.

Sl.1- Brzina prostiranja plamena i granice osiromasenja

     Radi ilustracije, na sl. 1 prikazana je nacelna zavisnost brzine prostiranja plamena, v_p, kroz homogenu smesu u komori sagorevanja oto motora u funkciji sastava smese koji je izrazen koeficijentom viska vazduha . Dijagram se odnosi na benzin kao osnovno gorivo oto motora ali u nacelu vazi i za druga ugljovodonicna goriva. Vidi se da maksimum brzine sagorevanja lezi u oblasti blago bogate smese (0.85-0.95). Takodje su i uslovi paljenja i formiranja jezgra plamena najpovoljniji pri takvom sastavu smese.

     Ukoliko se smesa obogacuje povecanjem udela goriva u smesi, brzina sagorevanja opada, kod veceg obogacenja se javlja i crni dim u izduvnim gasovima, da bi se na kraju doslo do "granice obogacenja" kada paljenje i sagorevanje nije moguce. Obogacenje smese dovodi do smanjenja razvijene kolicine toplote jer je sagorevanje zbog nedostatka kiseonika nepotpuno, cime se smanjuje toplotna moc smese. Do izostanka sagorevanja dolazi zbog otezanog kontakta molekula goriva i kiseonika i smanjenja toplotne moci smese koja postaje nedovoljna za odrzanje hemijskih reakcija sagorevanja. Granica obogacenja smese je pri koeficijentu viska vazduha 0.4 - 0.6. Treba, takodje, reci da granica obogacenja sa aspekta kvaliteta rada motora nije interesantna (osim cinjenice da joj se sastav smese ne sme pribliziti) jer su svi parametri (snaga, ekonomicnost, izduvna emisija) u njenoj blizini vrlo nepovoljni.

     Stehiometrijska smesa (=1) ima najvecu toplotnu moc ali je brzina sagorevanja nesto manja nego sa blago bogatom smesom. Daljim osiromasenjem (smanjenjem udela goriva) toplotna moc smese i brzina sagorevanja opadaju, tako da i stabilnost procesa sagorevanja opada, najpre u delovima komore u blizini relativno hladnih zidova, a zatim i sire, da bi se na kraju doslo do "granice osiromasenja" kada paljenje i sagorevanje izostaju. Granica osiromasenja je vrlo interesantna jer je rad sa siromasnom smesom veoma ekonomican a i sastav izduvnih gasova povoljan. U proseku se javlja pri koeficijentu viska vazduha
1.2-1.3 ali ovu vrednost treba uzeti samo orijentaciono jer ona dosta zavisi od mnogih uslova koji se javljaju pri radu motora, kao sto su npr. temperatura smese, sadrzaj zaostalih inertnih gasova i sl. Granica osiromasenja, takodje, zavisi i od konstrukcije komore sagorevanja i strujnih uslova koji vladaju u njoj (turbulentno strujanje), polozaja svecice i snage elektricne varnice i sl. Vrse se intenzivna istrazivanja sa ciljem prosirenja granice osiromasenja.

     U svakom slucaju generalno se moze zakljuciti da su granice upaljivosti homogene smese veoma uske, a kada se uzmu u obzir realni uslovi eksploatacije i potrebna rezerva u sastavu smese, koja obezbedjuje bezbedno odstojanje od granica upaljivosti, realne granice su jos uze.

     Formiranu smesu goriva i vazduha koja se dovodi motoru, kako je vec receno, nazivamo gorivom smesom. Medjutim, u cilindru motora uvek ima produkata sagorevanja iz prethodnog radnog ciklusa koji ne mogu biti izduvani u spoljnu okolinu, jer zaostaju u komori sagorevanja (kompresionom prostoru). Prema tome, tzv. radnu smesu predstavlja mesavina gorive smese i zaostalih produkata sagorevanja koji su inertni i nepovoljno uticu na proces upaljenja i prostiranja plamena. Relativni udeo zaostalih gasova je pri punom opterecenju motora mali jer se motor napaja velikom kolicinom sveze gorive smese. Medjutim pri malom opterecenju (malom "gasu") udeo zaostalih gasova je znatan (i do 15%), zbog cega su i uslovi za odvijanje procesa sagorevanja nepovoljniji a granice upaljivosti uze.

     Moze se sada postaviti pitanje: zasto se kod oto motora koriste razliciti sastavi smese, a ne koristi uvek stehiometrijska smesa, sto bi na prvi pogled bilo sasvim logicno? Odgovor je delom sadrzan u gornjem dijagramu: blago bogata smesa ( 0,9) ima najvecu brzinu prostiranja plamena i zbog toga motor pri radu sa takvom smesom razvija najvecu snagu (videti i sl. 5). S druge strane, siromasna smesa ima najpovoljnije termodinamicke osobine zbog cega se sa blago siromasnom smesom ( 1,05-1.15) postize najveca moguca ekonomicnost rada motora, odnosno, najmanja potrosnja goriva po jedinici razvijene snage (sl. 5). Sada se postavlja pitanje: kako pomiriti ove zahteve i kakav sastav smese koristiti? Bogata smesa se koristi onda kada se zeli maksimalna snaga motora, dakle, pri punom "gasu", kada su svi drugi zahtevi podredjeni mogucnosti izvlacenja sto vece snage iz motora. Nasuprot tome, pri delimicnom opterecenju ("gasu") u prvom planu je ekonomicnost rada motora i tada se koristi blago siromasna smesa. U praksi su zatevi nesto kompleksniji, ali ostaje generalno pravilo: sistem za ostvarenje smese, bez obzira da li se radi o karburatoru ili ubrizgavanju goriva, regulisan je tako da pri delimicnim opterecenjima daje blago siromasnu smesu, a pri punom opterecenju ("gasu") blago bogatu smesu. U praksi se kod modernih motora donekle odstupa od ovog pravila ukoliko je motor opremljen tzv. katalizatorom, uredjajem za naknadnu neutralizaciju toksicnih komponenti izduvnih gasova, koji zahteva nesto drugaciji sastav smese, o cemu cce biti vise reci kod toksicnosti izduvnih gasova.

ODVIJANJE PROCESA SAGOREVANJA U OTO MOTORU

     Kao sto je receno, jedna od osnovnih karakteristika sagorevanja u oto motoru je da se oslobadjanje toplote, odnosno sagorevanje, vrsi prostiranjem tzv. fronta plamena kroz komoru. Front plamena se formira nakon skakanja varnice na elektrodama svecice u odredjenom trenutku, odnosno u polozaju kolenastog vratila definisanim tzv. "uglom pretpaljenja", tj. uglom pre spoljne mrtve tacke (SMT), kada dolazi do paljenja. Tada se, usled elektricnog praznjenja, stvori veoma visoka temperatura sto pali sloj smese koji se nalazi u blizini tih elektroda. Jedan deo razvijene toplote, nastale sagorevanjem upaljene smese, prenosi se na susedan sloj nesagorele smese, koji se zagreva, pali i sagoreva oslobadjajuci novu kolicinu toplote koja, opet, jednim delom pali sledeci sloj nesagorele smese itd. Tako, premestanjem fronta plamena od svecice do suprotnog kraja komore, sagori celokupna smesa u komori motora.

Sl.2 - Prostiranje plamena i temperaturski profil u komori sagorevanja oto motora.

      Prostiranje fronta plamena i temperaturni profil u komori prikazani su sematski na sl. 2. Front plamena je u stvari uska zona, priblizno sfernog oblika sa centrom izmedju elektroda svecice, koja razdvaja sagoreli gas (produkte sagorevanja) i nesagorelu smesu. U toj zoni se odvijaju hemijske reakcije oksidacije goriva tokom kojih se oslobadja toplota, tako da je ta uska zona okarakterisana velikom promenom temperature, koja je u svezoj smesi oko 800 K (500^oC), da bi, u oblasti sagorelog gasa, iznosila cak preko 2500 K (2200^oC). Priblizno front plamena moze se predstaviti kao sferna ljuska koja se siri zahvatajuci sve veci deo komore. Pozeljno je da to sirenje, odnosno brzina prostiranja plamena bude sto veca kako bi se oslobadjanje toplote obavilo pri maloj zapremini, u blizini spoljne mrtve tacke (SMT), kada su i uslovi, koji vladaju u komori sagorevanja, najpovoljniji za odvijanje hemijskih reakcija, cija brzina odvijanja eksponencijalno raste s porastom temperature.

a)

b)

Ugao kolenastog vratila mereno od tacke paljenja Sl.3-Snimci prostiranja plamena u
komori istrazivackog oto motora;
a) Bocni polozaja svecice
b) Centralni polozaj svecice.

Na sl. 3 prikazani su snimci procesa sagorevanja u komori oto motora dobijeni na specijalnom istrazivackom jednocilindricnom motoru sa optickim pristupom komori sagorevanja preko kvarcnog stakla. Polozaji fronta plamena su snimljeni pri ugaonim polozajima kolenastog vratila 10, 15, 20 i 25^o mereno od trenutka preskakanja varnice na elektrodama svecice. Serija snimaka a) se odnosi na bocni smestaj svecice, dok se b) odnosi na njen centralni polozaj. Vidi se da je nakon upaljenja varnicom potrebno izvesno vreme da bi se formiralo tzv. "jezgro plamena". Posle toga plamen se siri priblizno sfericno odredjenom brzinom kroz komoru zahvatajuci nove kolicine sveze smese, sve dok sva smesa ne sagori.

     Vec je receno da razvuceno sagorevanje, koje se odvija pri povecanoj zapremini, kada je klip vec znatno udaljen od SMT nije ekonomicno jer se tada manji deo razvijene toplote pretvara u mehanicki rad. Zbog toga je veoma vazno da se proces sagorevanja kompletira u blizini SMT, pri maloj zapremini. S obzirom da savremeni oto motor radi sa velikim brojem obrtaja (6000 o/min i vise) to je vreme koje stoji na raspolaganju za odvijanje procesa sagorevanja veoma kratko, reda velicine oko par hiljaditih delova sekunde.

     Da bi proces sagorevanja bio efikasan i ekonomican, neophodno je preduzeti sve mere kako bi se on ubrzao. Na sl. 3 se jasno vidi vazan uticaj konstrukcije komore sagorevanja i polozaja svecice. U slucaju bocnog polozaja svecice put fronta plamena koji on mora da predje kako bi celokupna smesa sagorela je dugacak (prakticno do suprotnog zida komore), zbog cega je proces sagorevanja razvucen i za 25^o kolenastog vratila posle upaljenja sagorelo je oko 2/3 smese. Nasuprot tome u slucaju centralnog polozaja svecice put fronta plamena je znatno kraci, tako da je za isto vreme (25^o posle paljenja) prakticno sagorela celokupna smesa. Dakle, dobra komora sagorevanja treba da bude kompaktnog oblika i sa svecicom sto je moguce blize centru.

     Drugi vazan faktor uticaja na brzinu prostiranja fronta plamena i odvijanja sagorevanja je strujanje smese u komori. Naime, ako u komori nema strujanja (mirna sredina) ili je strujanje laminarno (malom brzinom i bez vrtloga), govorimo o tzv. "brzini laminarnog plamena" koja je relativno mala i zavisno od vrste goriva iznosi 0,5-1 [m/s]. Ovako malom brzinom sagorevanje ne bi moglo blagovremeno da se obavi, odnosno, bilo bi vrlo razvuceno. Sasvim je druga situacija ako je u komori sagorevanja izazvano "turbulentno" strujanje smese (haoticno strujanje vecom brzinom uz postojanje vrtloga). U tom slucaju govorimo o tzv. "turbulentnom plamenu" koji se prostire kroz komoru visestruko vecom brzinom i time omogucava da i pri velikim brojevima obrtaja proces sagorevanja bude dovoljno brz, i zavrsi se bez veceg razvlacenja u taktu sirenja. Turbulentno strujanje se u komori sagorevanja motora izaziva vec tokom procesa usisavanja, u toku strujanja smese kroz usisne kanale i preko usisnog ventila (tzv. "usisna turbulencija") i, takodje, pogodnim oblikom komore i istiskivanjem smese iz perifernih zona prema centru komore u toku procesa sabijanja (tzv. "turbulencija izazvana istiskivanjem"). Takve komore sagorevanja koje proizvode izrazito turbulentno strujanje nazivamo "turbulentnim komorama" i one kod savremenih brzohodih motora omogucavaju brz i efikasan proces sagorevanja i pri vrlo velikim brojevima obrtaja motora.

     Od ostalih uticajnih cinioca na brzinu sagorevanja treba spomenuti sastav sveze smese, udeo zaostalih gasova i temperaturske uslove koji vladaju u komori. Sastav sveze smese ima velikog uticaja na brzinu sagorevanja, pri cemu najvecu brzinu prostiranja plamena, kao sto je vec receno, ima blago bogata smesa, sa koeficijentom viska vazduha 0,9. Povecani udeo zaostalih gasova, sto je takodje napomenuto, otezava uslove upaljenja, formiranja jezgra plamena i prostiranja plamena kroz komoru. Od velikog uticaja su i temperaturski uslovi koji vladaju u komori sagorevanja jer povisenje temperature ubrzava hemijske reakcije sagorevanja. Visoka temperatura se postize odgovarajucim sabijanjem smese pre paljenja, odnosno, odgovarajucim stepenom sabijanja motora. Pri tome treba imati u vidu cinjenicu da temperatura sveze smese ne sme biti previsoka, tj. ne sme preci granicu samopaljenja, jer bi u tom slucaju doslo do detonacije, o cemu ce kasnije biti vise reci. Temperatura smese pred kraj sabijanja je glavni ogranicavajuci faktor za stepen sabijanja kod oto motora, tako da on kod savremenih motora ne ide preko 10 - 11, iako bi, termodinamicki posmatrano, ekonomicnosti rada motora pogodovale vece vrednosti. Kod dizel motora, gde ne postoji opasnost od detonantnog sagorevanja, koriste se znatno veci stepeni sabijanja (15 - 20), sto je jedan od glavnih razloga vece ekonomicnosti dizel motora.

NEZELJENE POJAVE I EFEKTI TOKOM PROCESA SAGOREVANJA U OTO MOTORU

     Nazalost, osim prethodno objasnjenog normalnog odvijanja sagorevanja u oto motoru, ovaj proces mogu pratiti izvesne nezeljene pojave koje ili umanjuju efikasnost ili ugrozavaju konstrukciju (pojava nekontrolisanog paljenja i detonacija) ili radnu okolinu motora (pojava toksicnih komponenata u izduvnim gasovima motora). Ukratko ce se razmotriti nastanak ovih pojava, njihove efekte i mogucnosti otklanjanja.

Pojava detonacije

     Jedan od veoma negativnih nenormalnih vidova sagorevanja u oto motoru je pojava detonantnog sagorevanja. Detonantno sagorevanje je jedan vid eksplozivnog ili zapreminskog sagorevanja, tokom koga dolazi do trenutnog oslobadjanja toplote u vecem delu smese. Zapreminsko sagorevanje nastaje kada se, u manjem ili vecem delu zapremine radnog prostora, nadje homogena smesa podvrgnuta istim uslovima koji ispunjavaju kriterijume samopaljenja (pre svega, da je temperatura smese iznad temperature samopaljenja). Tada dolazi do upaljenja i trenutnog sagorevanja tog dela smese, sto stvara nagli porast pritiska i temperature u cilindru.

     Povoljni uslovi za zapreminsko ili eksplozivno sagorevanje javljaju se ispred fronta plamena jer je deo jos nesagorele smese podvrgnut porastu temperature iz sledecih razloga: sabijanja pod dejstvom kretanja klipa prema SMT; sabijanja pod dejstvom fronta plamena, odnosno, sirenja sagorelih gasova iza fronta na racun sveze smese; pod dejstvom prenosa toplote iz zone reakcije na smesu ispred fronta plamena, i, usled zagrevanja pod dejstvom toplih mesta u komori. Usled tog porasta temperature smese, mogu se javiti novi centri upaljenja, ispred fronta plamena, iz kojih se siri novi front plamena (sl. 4).

Sl.4- Pojava centara upaljenja u smesi ispred fronta plamena i promena pritiska u cilindru tokom
slabe (a) i jake (b) detonacije.

     Ukoliko se stvori vise novih centara u vecem delu jos nesagorele smese, doci ce do brzeg oslobadjanja toplote i do brzeg lokalnog porasta temperature i pritiska. S obzirom da se promena pritiska prenosi brzinom zvuka kroz komoru, stvoreni talasi pritiska se sire kroz komoru, odbijaju o zidove cilindra i superponiraju, tako da stvara talase pritiska u cilindru motora, sto se manifestuje visokofrekventnim oscilovanjem toka pritiska, prikazanim na sl. 4.

     Ovako ostvaren nagli porast pritiska u cilindru stvara jedno udarno dejstvo pritiska na klip motora i znatan porast sila u klipnom mehanizmu. Taj porast sila izaziva razbijanje uljnog (mazajuceg) sloja izmedju kliznih metalnih povrsina i njihovog udara jedna o drugu, sto je praceno karakteristicnim metalnim zvukom koji prati pojavu detonacije. Taj metalni zvuk ili zveckanje je manjeg ili veceg inteziteta, zavisno od inteziteta detonacije koji zavisi od kolicine nesagorele smese izlozene zapreminskom sagorevanju.

     Kratkotrajna detonacija ne mora da bude opasna, ali, ako se ona ponavlja sa pojacanim intezitetom, onda posledice detonacije mogu biti stetne po motor. Glavni problem pri detonaciji je porast mehanickih i termickih opterecenja. Iako porast mehanickih opterecenja delova klipnog mehanizma zbog udarnog sagorevanja predstavlja problem, obicno su kriticnija termicka opterecenja klipa jer, zbog naglog lokalnog oslobadjanja toplote, a time i naglog porasta temperature, ne uspeva da se ta toplota ravnomerno razvede, vec ona izaziva lokalnu koncentraciju toplotnog fluksa iznad dela klipa gde se javljaju centri upaljenja. Toplota koju lokalno prima klip, ne uspeva da se odvede na rashladni medijum, vec izaziva deformacije, topljenje metala klipa i slicno, sto dovodi do havarije motora. Dopunske pratece pojave jake detonacije su jos pad snage i gubitak ekonomicnosti.

     Zbog toga se pojava detonacije mora spreciti. Faktori koji uticu na pojavu detonacije mogu se svrstati u tri grupe: pripremni faktori, konstruktivni i radni faktori.

     Od pripremnih faktora najvaznije je samo gorivo, odnosno, bolje reci, njegov oktanski broj. Sto je oktanski broj goriva veci, mogucnost pojave detonacije je manja. Gorivo sa vecim oktanskim brojem poseduje veci indukcioni period pretplamenih reakcija, odnosno, period koji protekne od trenutka postizanja temperature upaljenja do oslobadjanja toplote (sagorevanja plamenom), sto omogucuje da glavni front plamena prodje kroz celu komoru. Oktanski broj goriva zavisi od vrste goriva, strukture molekula goriva i odnosa pojedinih grupa ugljovodonika (aromata, parafina itd.) u gorivu. Najjednostavniji nacin povecanja oktanske vrednosti je dodavanjem aditiva koji prekidaju pretplamene lancane reakcije. Nazalost, ti aditivi su najcesce na bazi jedinjenja olova (tetra-etil ili tetra-metil-olovo) koja, nakon sagorevanja, daju toksicne ostatke. Zato, tendencija je u svetu, da se oni sto manje koriste ili da se zamene drugim netoksicnim sastojcima.

     Konstruktivni faktori koji uticu na pojavu detonacije mogu biti razliciti:

• Stepen sabijanja bitno utice na mogucnost pojave detonacije jer, jednostavno, diktira i velicinu temperature smese ispred fronta plamena. S obzirom da ovaj faktor ima primaran uticaj na pojavu detonacije, to je on i ogranicavajuci faktor pri izboru konstrukcije motora, primene goriva i regulacionih parametara motora.
  
  
• Konstrukcija komore sagorevanja utice preko vise parametara. Svi ti parametri, pre svega, treba da ili ubrzaju prostiranje plamena ili skrate njegov put kako bi se sagorevanje zavrsilo pre isteka indukcionog perioda samopaljenja, odnosno pojave detonacije. Ti parametri su: kompaktnost komore, cime se skracuje put i vreme prostiranja plamena kroz komoru a time i smanjuje mogucnost pojave detonacije; polozaj svecice koji treba da bude sto vise u centru komore kako bi put plamena do najudaljenijeg dela komore bio sto kraci; komora intezivnije turbulencije ubrzava prostiranje plamena i skracuje vreme sagorevanja tako da smanjuje mogucnost pojave detonacije, jer plamen brzo zahvata delove smese podlozne detonaciji; pojava usijanih mesta u komori (uzareni talozi, vreli izduvni ventili, usijane elektrode svecice i dr.) pospesuje stvaranje centara upaljenja (u tom pogledu najpovoljnije je da svecica bude sto blize eventualnom usijanom mestu, npr. izduvnom ventilu, kako bi plamen sto pre prekrio sagorelim gasovima to mesto); veci broj svecica cime se skracuje put plamena i vreme sagorevanja i time smanjuje mogucnost pojave detonacije.

     Radni faktori koji uticu na mogucnost pojave detonacije su sledeci:

• Ugao pretpaljenja je vazan radni parametar koji moze izazvati ili spreciti detonaciju. U principu, pri ranijem pretpaljenju, veca je mogucnost pojave detonacije, jer su tada pritisci i temperature visoki, posto se sagorevanje odvija pri najmanjoj zapremini radnog prostora (sa klipom u SMT).
  
  
• Rezim rada bitno utice na mogucnost pojave detonacije. Velika opterecenja motora (pun "gas") znace i vise termicke nivoe, a time i vecu mogucnost pojave detonacije. Pri tome su kriticni manji brojevi obrtaja jer je tada brzina sagorevanja zbog nizeg intenziteta turbulencije manja, tako da je formiranje centara upaljenja verovatnije.
  
  
• Sastav smese utice na duzinu indukcionog perioda tako da blago bogatija smesa (koja se najbrze pali) najlakse detonira.
  
  
• Stvaranje taloga u komori utice na pojavu usijanih mesta i pospesuje pojavu detonacije.

Toksicnost izduvnih gasova oto motora

     Potpuno sagorevanje, prikazano ranije stehiometrijskim jednacinama, idealan je slucaj koji se tesko moze ostvariti u realnim uslovima u motoru. Osim produkata potpunog sagorevanja, tokom sagorevanja, u motoru se javljaju i izvesne toksicne komponente medju kojima sa najvaznije sledece:

1. Ugljenmonoksid (CO) vezuje hemoglobin u krvi sprecavajuci razvodjenje kiseonika po telu, sto dovodi do opasnog trovanja.
   
   
2. Nesagoreli ugljovodonici (HC) iritiraju sluzokozu disajnih organa i ociju, dok tezi ugljovodonici (pre svega aromatske osnove) mogu biti i kancerogeni. Uobicajena oznaka "HC" nije hemijska formula vec simbol i podrazumeva razlicite vrste nesagorelih ugljovodonika (ustvari ostataka nesagorelog goriva).
   
   
3. Azotovi oksidi (NO_x) - pre svega azotmonoksid NO (koji cini oko 95 % svih azotovih oksida), azotdioksid NO₂ i znatno manji udeo ostalih azotovih jedinjenja sa kiseonikom - veoma su toksicne komponente, jer osim iritacija i oboljenja disajnih puteva, ucestvuju (pod dejstvom suncevih zraka) na stvaranje tzv. foto-hemijskog smoga, stetnog po ljudsko zdravlje, i tzv. kiselih kisa stetnih po biljni svet. Oznaka "NO_x" je, dakle, simbol za razlicite okside azota.
   
   Stvaranje ovih komponenata potice iz raznih izvora. Ugljenmonoksid CO nastaje kao produkt nepotpunog sagorevanja, pri nedostatku vazduha, zbog cega njega najvise ima pri radu sa bogatom smesom. Nesagoreli ugljovodonici HC se javljaju kao produkt nezavrsenog sagorevanja zbog gasenja plamena u blizini zidova. Sto je komora razudjenija, sa vise relativno hladnih zidova, to je emisija HC veca. Azotovi oksidi nastaju kao produkt oksidacije azota iz vazduha pri ekstremno visokim temperaturama koje vladaju tokom sagorevanja (mahom iznad 2200 K). To znaci da se oni pretezno formiraju pri visokim opterecenjima motora, ali pri radu sa dovoljnim viskom vazduha, odnosno kiseonika.
   
   Jedan od najvaznijih parametara uticaja na formiranje stetnih produkata je sastav sveze smese. Nacelna promena koncentracija CO, HC i NO_x u funkciji sastava smese (izrazenog preko koeficijenta viska vazduha ) prikazana je na sl. 5. Na slici je, takodje u funkciji sastava smese, prikazana i promena specificnog efektivnog rada motora p_e (cemu je proporcionalna razvijena snaga) i specificne efektivne potrosnje goriva g_e, odnosno, potrosnje po jedinici razvijene snage.

Sl.5- Efekat sastava smese na emisiju toksicnih sastojaka u izduvnim gasovima, razvijenu snagu i potrosnju goriva
kod oto motora.
1 - oblast regulacije starijih motora
2 - oblast regulacije sadasnjih motora
3 - potencijalna oblast regulacije buducih motora
= 1 - oblast rada motora sa katalizatorom i
povratnom spregom

     Sadrzaj CO rapidno raste u bogatoj smesi zbog nepotpunog sagorevanja, da bi ga u siromasnoj smesi bilo samo u neznatnoj meri. Koncentracija HC takodje je minimalna u blago siromasnoj smesi da bi, sa obogacenjem, njegov udeo postepeno rastao zbog nedovoljne kolicine vazduha za oksidaciju HC. U siromasnoj smesi, sadrzaj nesagorelih HC pocinje opet naglo da raste zbog izostanka upaljenja pri isuvise siromasnoj smesi u blizini granice osiromasenja. Sadrzaj NO_x u bogatoj smesi je mali jer nema dovoljno kiseonika za oksidaciju azota, bez obzira sto je tu temperatura sagorevanja visoka. Zato, sa blagim osiromasenjem, koncentracija NO_x raste do izvesne maksimalne vrednosti jer, uz jos uvek visoku temperaturu sagorevanja, postoji visak kiseonika za oksidaciju azota. Daljim osiromasenjem opada temperatura sagorevanja tako da, uprkos dovoljnom visku kiseonika, sadrzaj NO_x opada.

     Nazalost, problem je sto tamo gde su koncentracije CO i HC niske (a to je oblast blago siromasne smese ( = 1.05 ÷ 1.1) tamo je i koncentracija NO_x najveca. Obicno je, kod starijih motora, sadrzaj CO bio najkriticniji jer su oni radili sa blago bogatom smesom sa kojom je vozivost vozila najpovoljnija, uprkos nesto vecoj potrosnji (oblast 1 - sl. 5). Zbog zakonskih propisa o aerozagadjenju, danas se bira regulacija motora sa blago siromasnom smesom (oblast 2 - sl. 5) kada je emisija CO i HC relativno niska, dok se udeo NO_x resava drugim zahvatima (smanjenje pretpaljenja, razredjenje sveze smese i dr.). Postoji tendencija da buduci oto motori rade sa ultra-siromasnom smesom (oblast 3 - sl. 5) kada su sve tri komponente niske. U toj oblasti moze doci do neregularnog rada motora zbog izostanka paljenja, tako da su ovi motori jos uvek u eksperimentalnoj fazi.

     Medjutim, veoma strogi sadasnji a narocito buduci zakonski propisi o toksicnosti izduvnih gasova, tesko se mogu zadovoljiti samo izborom regulacije i usavrsavanjem motora, tako da se mora primeniti dopunsko poboljsanje kvaliteta izduvnih gasova uz pomoc primene katalitickog konvertora - ili popularno receno katalizatora. Njegova uloga je da u izduvnom sistemu, u prisustvu katalizatora (obicno, nekog plemenitog metala), intenzivira oksidaciju CO i HC (ukoliko u izduvnom gasu ima kiseonika) ili redukciju NO_x (ukoliko u izduvnom gasu nema kiseonika) i njihovo pretvaranje u neskodljive produkte potpunog sagorevanja. Proces istovremene redukcije i oksidacije je jedino moguc ukoliko motor radi sa precizno odrzavanom teorijskom smesom ( = 1). Zbog toga je danas veoma aktuelna elektronska regulacija obrazovanja smese i odrzavanje stehiometrijske smese pomocu povratne sprege, merenjem sastava izduvnih gasova (pomocu tzv. " - sonde" ili "O₂-senzora") i korekcije ubrizgane kolicine goriva, u cilju odrzavanja = 1 u vrlo uskim granicama.

     Na kraju, pomenuce se jos jedna toksicna komponenta u izduvnim gasovima oto motora, iako ona ne potice od sagorevanja. To je olovo, odnosno, olovni oksidi, koji se javljaju kao posledica prisustva antidetonacionih aditiva u gorivu. S obzirom na njegovu veliku toksicnost, a, takodje, i zbog taloga koje stvara olovo u katalizatoru - neutralizatoru toksicnih sastojaka u izduvnom sistemu, cija efikasnost zbog taloga opada (moze doci i do potpune dezaktivacije), danas je primena bezolovnog benzina sve rasprostranjenija.

PRILIKOM UVODJENJA AUTOGASA TREBALO BI DA ZNATE I ONO STO BI MNOGI PRECUTALI

Ne zrtvovati vece za manje

Dobro se raspitajte sta tacno dobijate za svoj novac i nemojte zbog male "ustede" izgubiti vazan kvalitet ili potpunu sigurnost

Objasnimo najpre nacin rada instalacije za autogas i vrste uredaja

     Uredjaji se dele na vakuumske (venturi) i sekvencijalne. Kod nas su najvise zastupljeni vakuumski uredjaji. Da ne bude zabune, to vakuumski se odnosi i na karburatore i na indzeksn sisteme, jer je princip takav da se gas pod pritiskom uvlaci u motor preko usisne grane. Prednost ovog sistema je niza cena, uz nesto slabije performanse vozila u odnosu na sekvencijalni sistem ubrizgavanja. Mana je to sto moze doci do detonacije (zapaljenja) gasa u usisnoj grani, iz vise razloga, i tako biti naneta steta motoru. Ako je usisna grana metalna, steta moze nastati samo na plasticnim delovima, kao sto je kuciste filtera za vazduh, ili na gumenim cevima kojima je taj filter spojen na motor. Ako je usisna grana plasticna, onda steta moze biti daleko veca, uz dodatnu otezavajucu okolnost da auto ostaje nepokretan, jer bez usisne grane nema rada motora.
     Stoga su napravljeni sekvencijalni sistemi koji eliminisu takvu mogucnost. Detonacija je kod njih, jednostavno, nemoguca i nema stete. U nasim uslovima, mana ovog sistema je cena koja je dosta visa u odnosu na klasican sistem gasa.
     Kako sve to radi?
     Gas je u rezervoaru u tecnom stanju i pod odredjenim pritiskom, koji varira u zavisnosti od spoljnje temperature i od kolicine gasa u rezervoaru. Normalan pritisak je od 6 do 10 bara. Kroz bakarne cevi gas pod pritiskom dolazi do isparivaca koji je ujedno i reduktor. U isparivacu, prilikom isparavanja, gas oduzima toplotu iz okoline, pa se isparivac prikljucuje na rashladni sistem motora da bi bio stalno ugrejan, jer bi se u protivnom bukvalno smrzao. Za vakuumske sisteme vazi da odatle pa na dalje prema motoru nema vise pritiska. Kad motor radi, preko usisne grane se stvara potpritisak i pomeranjem membrane u isparivacu se dozira koliko ce gasa motor uvuci u usisnu granu. Mesanje gasa i vazduha se vrsi na samoj usisnoj grani, u mikseru ili mesacu ("ploci", kako ga neki zovu). Iz usisne grane mesavinu gasa i vazduha uvlaci svaki cilindar onoliko koliko mu treba tog trenutka.
     Kod sekvencijalnih sistema je situacija drugacija. Za svaki cilindar postoji brizgaljka, koja ubacuje gas na sam ulaz u cilindar, kao i benzinska dizna (i to samo kad bi i benzin bio ubrizgan). Tako je omoguceno da se svaki cilindar snabdeva gasom u pravo vreme, a da usisna grana nije puna mesavine gasa i vazduha. Iz tog razloga je nemoguce zapaljenje smese u usisnoj grani i nema stete po motor ako nesto postane neispravno. Takode, prati se stanje pritiska gasa prema motoru, pa u slucaju da je mali ili ga nema (prazan rezervoar) motor se automatski prebacuje na benzin.

UZROCI DETONACIJE I RESENJA

     Detonacija se najcesce desava iz dva razloga.
     Prvi razlog (ne po vaznosti) je struja u automobilu. Pod "strujom" podrazumevamo sve sto utice na paljenje varnice na svecici. U to spadaju sama svecica, razvodna kapa, rotor, kablovi, bobina, komutator... Od nabrojanog, najcesci uzrok detonacije su losi visokonaponski kablovi i razvodna kapa. Sve ima svoj vek trajanja i trebalo bi da bude blagovremeno menjano. U slucaju da je nesto od ovog neispravno, moze doci do nezeljene varnice na cilindru koji nije na redu paljenja. Preko otvorenih ventila, tako, zapali se smesa gasa u usisnoj grani i eto nevolje. Kod karburatorskih sistema ovo nije tako opasna pojava, jer su retki oni sa plasticnim kucistem filtera, pa nema neke stete sem lupanja srca vozaca. Prasak ume da bude glasan, ali je bezopasan. Kod indzeksn sistema je ovo vec druga prica, posto tu ima vise vitalnih delova koji mogu biti osteceni. Najrizicniji su Bosch L Jetronic sistemi, zbog osetljive konstrukcije protokomera vazduha.
     Drugi razlog je siromasna smesa gasa u usisnoj grani. Ako je pravilno izabrana TNG oprema za doticni motor, jedini razlog je nedostatak gasa u trenutku naglog stiskanja pedale gasa. Gasa moze da nedostaje, opet, iz dva razloga: niste na vreme promenili filter, pa kroz njega prolazi manje gasa nego sto treba, ili vozite na isparenja u rezervoaru. Naravoucenije: promenite filter, ili natocite gorivo. Siromasna smesa ce detonirati sama od sebe, bez ikakvog uticaja varnice ili nekog drugog faktora. Isto se dogadja i sa benzinom, kao i kod sekvencijalnog ubrizgavanja gasa, samo je onda detonacija mnogo manja, jer je kolicina smese mala (posto se brizga samo za taj cilindar) i nema stete.
     Ako nije pravilno izabran isparivac ili mikser za odredjenu snagu motora, onda ce neminovno doci do detonacije jer se motor nece snabdeti dovoljnom kolicinom gasa.

MAJSTORI I TRIKOVI

     Trenutno je velika ekspanzija ugradjivanja gasa, pa su se razni "strucnjaci" dosetili da je to dobar posao. Posto je konkurencija velika, zakon trzista je zavladao i trazi se sto jeftinija ugradnja u sto kracem roku.
     Da bi se postigla niska cena i privukle musterije, pribegava se raznim trikovima. Najcesca je kupovina delova na buvljaku od Bugara, koji prodaju osnovni uredjaj, a ostatak se sklepa od prirucnih sredstava. Drugi nacin je lazno predstavljanje marke uredjaja. Ako platite ugradnju uredjaja "Lovato", onda se upitajte zasto ste dobili "Kargasov" prekidac, BRC-ov multiventil, bakarne cevi na koje je naknadno navucen plasticni buzir, i slicno. Ako platite ugradnju BRC uredjaja, zapitajte se zasto je jeftiniji ili iste cene kao "Lovato" kad je u Italiji i na zapadu skuplji bar 40 odsto. Pravi uvoznici opreme "Lovato" uvoze multiventile za toroidne boce iskljucivo sa elektroventilom - otkud Vama jedan bez njega? Imate multi point, a nemate emulator dizni nego obican rele? Bas me cudi. Imate savremeni sistem ubrizgavanja sa katalizatorom, a nemate "Lambda" kontrolu gasa? Imate bocu "lutajucu" po prtljazniku? I tako redom. Razlog je prost: tako se na indzeksnima "ustedi" od 100 do 200 evra, a na karburatorima od 20 do 50. Nesto kao oni zlatni lancici, lepi i jeftini, samo sto imaju 8 karata umesto 14.
Bitno je da se dobro raspitate sta dobijate za svoje pare. Nadjite nacin da se prethodno uverite u znanje i postenje servisa kome poveravate ugradnju gasa. Nemojte ugradjivati gas u petak, posto u subotu idete na more. Ugradite ga mesec dana ranije.
Drzava vas nikako ne stiti. Nema valjanog zakonskog uredjenja oblasti koriscenja autogasa. Stari zakon, koji je jos na snazi, pisan je za neka druga vremena, davna, kad je bilo tri pumpe u celoj onoj drzavi. Na trzistu je, dakle, suvise haosa i anarhije. Uvoznici imaju nelojalnu konkurenciju od svercera opreme, a servisi koji zele da rade po zapadnim standardima imaju problem vise cene opreme i ugradnje. Znanje i kvalitet se svuda u svetu placaju. Kod nas se placa neznanje. Izbegnite da zrtva te nakaradne prakse budete bas vi.

Zlatno pravilo: ne biti skrtica      Sta je bitno za pravilan rad motora na gas? Ne biti stipsa. Pravilan izbor servisa (majstora) za gas, normalno odrzavanje motora, nista posebno, redovan odlazak na servis za gas (zamena filtera), svest o tome da ne postoji perpetum mobile (ne moze da ide "ni na sta"). Da malo vise pojasnim neke stvari iz mog iskustva. Svaki dan "popravljam" neku novu instalaciju koju je ugradio pekar, lekar, apotekar, geolog ili muzicar. Razlog: tamo je ugradnja bila jeftinija za 30 evra. Niko se nije zapitao: a zasto je jeftinija? Svi su unapred znali da je to zato sto onaj "puno uzima za ruke". Da budem posten, svaki petnaesti pita otkud ta razlika u ceni. Da bi se popravile posledice takve ugradnje, sve bude jos skuplje. Gas se u jedna kola ugradjuje samo jednom i treba da nadzivi taj auto, a ne obrnuto. Jabuke se kupuju mnogo cesce i tu cenkanje mozda smisleno. Gas je jedina investicija u kola koja se isplati, sve ostalo je bacanje para u bunar. Ako dajete 10.000 evra za auto, zasto pasti u nesvest za investiciju od 500 evra koja ce se relativno brzo vratiti, mozda otplatiti i sam auto. Auto koji trosi 10 litara benzina na 100 km "zaraduje" 330.000 dinara na 100.000 predjenih kilometa