SKRÓTY I OZNACZENIA
3. ANALIZA SYSTEMÓW NAPĘDOWYCH ZASILANYCH
3.2. Rozwiązania przeznaczone dla pojazdów kategorii PC i HDV
Dla przeciętnego użytkownika najbardziej reprezentatywną grupą pojazdów, są samochody osobowe. Niestety ze względu na ograniczone wymiary, a także charakterystyczne cechy konstrukcyjne dla tej kategorii pojazdów istotnym problemem jest zapewnienie przestrzeni do montażu dodatkowych elementów instalacji gazowej.
Kluczowy jest montaż zbiorników do magazynowania CNG lub LNG, gdyż wygospodarowanie niezbędnej powierzchni ma wpływ na dalszą funkcjonalność użyteczną samochodu. Jednym z najlepiej przystosowanych pojazdów osobowych do implementacji alternatywnych źródeł energii był Mercedes klasy A, ponieważ został zaprojektowany z myślą o wersji wykorzystującej ogniwa paliwowe, dzięki zastosowaniu innowacyjnych rozwiązań. Możliwe to jest dzięki korzystnemu wykorzystaniu przestrzeni pojazdu oraz konstrukcji pojazdu uwzględniającej możliwość montażu takiego układu napędowego. Niemniej istotne jest obniżenie masy pojazdu, zastępowanie butli stalowych kompozytowymi oraz opracowywanie coraz bardziej wydajnych silników, dzięki czemu możliwe jest zapewnienie wystarczającego zasięgu pojazdu napędzanego paliwem gazowym.
Jednym z mniejszych pojazdów napędzanych CNG jest Fiat Panda Natural Power (rys. 3.9). Samochód ten został wyposażony w zbiorniki CNG o łącznej objętości 80 dm3, co pozwala na zatankowanie 12 kg CNG. W teście niemieckiego czasopisma Auto Motor und Sport, zmierzone zużycie gazu wynosiło 3,8 kg/100 km, a więc zasięg pojazdu na samym CNG wynosi ponad 300 km. W przeciwieństwie do innych tego typu pojazdów, nie zmniejszono zbiornika na benzynę (35 dm3), dzięki czemu łączny zasięg na obu paliwach wynosi prawie 900 km (przyjęto średnie zużycie benzyny 6,2 dm3/100 km). Do napędu omawianego pojazdu wykorzystano dwucylindrowy, turbodoładowany silnik ZI z hydraulicznym sterowaniem zaworami dolotowymi (technologia Twinair).
Dane techniczne tego pojazdu przedstawiono w tabeli 3.1.
Rys. 3.9. Rozmieszczenie elementów układu napędowego w samochodzie Fiat Panda Natural Power [31]
Tabela 3.1. Dane techniczne samochodu Fiat Panda Natural Power [31]
Silnik spalinowy ZI, turbodoładowany, Fiat
Objętość skokowa [dm3] 0,875
Liczba cylindrów/układ 2/rzędowy
Moc maksymalna [kW] 59 przy 5500 obr/min
Maksymalny moment obrotowy [Nm] 140 przy 2500 obr/min (CNG) 145 przy 1900 obr/min (benzyna) Układ oczyszczania spalin trójfunkcyjny reaktor katalityczny
Norma emisji spalin Euro 5
Skrzynia biegów manualna, 5-stopniowa
Zbiorniki paliwa [dm3] zbiornik CNG: ok. 80
zbiornik benzyny: 35
Najnowszym rozwiązaniem mercedesa jest model B200 NGD, w którym zbiorniki CNG umieszczono pod przednimi i tylnymi fotelami, dzięki czemu nie zmniejszono funkcjonalności pojazdu (rys. 3.10). Dane techniczne Mercedesa klasy B w wersji napędzanej CNG, przedstawiono w tab. 3.2.
Rys. 3.10. Rozmieszczenie elementów układu napędowego w samochodzie Mercedes-Benz B200 NGD [63]
Jednym z mniejszych samochodów dostawczych wyposażonych w napęd CNG, jest Fiat Doblo Natural Power (rys. 3.11). Dane techniczne pojazdu zamieszczono w tab.
3.3. Jako jednostkę napędową wykorzystano turbodoładowany silnik ZI o objętości skokowej 1,4 dm3. Dzięki wykorzystaniu silnika turbodoładowanego, samochód wykorzystujący do napędu CNG cechują osiągi porównywalne z pojazdami napędzanymi jednostkami typu ZS. Objętość zbiorników CNG jest zależna od długości nadwozia i wynosi od ok. 105–145 dm3, dzięki czemu można zatankować ok. 16–22 m3 gazu ziemnego. Ponadto pozostawiono zbiornik na benzynę o objętości 22 dm3. Przy zasilaniu CNG, pojazd wyposażony w większe zbiorniki może przejechać w warunkach miejskich ok. 300 km.
Tabela 3.2. Dane techniczne samochodu Mercedes-Benz B200 NGD [63]
Silnik spalinowy ZI, turbodoładowany, Mercedes
Objętość skokowa [dm3] 1991
Liczba cylindrów/układ 4/rzędowy
Moc maksymalna [kW] 115 przy 5000 obr/min
Maksymalny moment obrotowy [Nm] 270 przy 1250–4000 obr/min Układ oczyszczania spalin trójfunkcyjny reaktor katalityczny
Norma emisji spalin Euro 6
Skrzynia biegów* manualna, 6-stopniowa
(automatyczna, dwusprzęgłowa, 7-stopniowa) Zbiorniki paliwa [dm3] zbiornik CNG: ok. 140
zbiornik benzyny: 12
* wartości w nawiasie – opcjonalne
Rys. 3.11. Samochód Fiat Doblo Natural Power [31]
Tabela 3.3. Dane techniczne samochodu Fiat Doblo Natural Power [64]
Silnik spalinowy ZI, turbodoładowany, Fiat
Objętość skokowa [dm3] 1,368
Liczba cylindrów/układ 4/rzędowy
Moc maksymalna [kW] 88 przy 5000 obr/min
Maksymalny moment obrotowy [Nm] 206 przy 2000 obr/min Układ oczyszczania spalin trójfunkcyjny reaktor katalityczny
Norma emisji spalin Euro 5
Skrzynia biegów manualna, 6-stopniowa
Zbiorniki paliwa [dm3] zbiornik CNG: ok. 105–145; zbiornik benzyny: 22
Kolejnym co do wielkości pojazdem użytkowym z koncernu Fiata, napędzanym sprężonym gazem ziemnym jest Iveco Daily Natural Power. Widok jednej z odmian nadwoziowych tego pojazdu przedstawiono na rys. 3.12, natomiast dane techniczne
zostały zawarte w tab. 3.4. W opisywanym pojeździe zastosowano silnik spalinowy Iveco o objętości skokowej 3,0 dm3. Silnik ten został przystosowany do wymogów normy emisji spalin EEV. Zbiorniki CNG o objętości ok. 250 dm3 pomieszczą ok. 50 m3, dzięki czemu dystans możliwy do przejechania na paliwie gazowym wynosi ok. 330 km [34].
Rys. 3.12. Samochód Iveco Daily Natural Power [32]
Tabela 3.4. Dane techniczne samochodu Iveco Daily Natural Power [32]
Silnik spalinowy ZI, turbodoładowany, Iveco
Objętość skokowa [dm3] 3,0
Liczba cylindrów/układ 4/rzędowy
Moc maksymalna [kW] 100 przy 1750 obr/min
Maksymalny moment obrotowy [Nm] 350 przy 1500–2730 obr/min Układ oczyszczania spalin trójfunkcyjny reaktor katalityczny
Norma emisji spalin EEV
Skrzynia biegów manualna, 5-stopniowa
Zbiorniki paliwa [dm3] zbiornik CNG: ok. 250 zbiornik benzyny: 14
Dopuszczalna masa całkowita [kg] 3500–7000
Do napędu przedstawionego na rys. 3.13 ciągnika siodłowego Iveco Stralis Natural Power, wykorzystano układ napędowy zasilany skroplonym gazem ziemnym LNG.
Przechowywanie paliwa gazowego w fazie ciekłej wymaga specjalnych zbiorników (rys. 3.14), jednak pozwala uzyskać dużo większą gęstość energetyczną, dzięki czemu pojazd wykorzystujący do napędu takie paliwo cechuje większy zasięg, który według zapewnień producenta wynosi 750 km. W pojeździe zastosowano silnik Cursor Natural Power Euro 6, opracowany i wyprodukowany przez Fiat Powertrain Technologies. Moc maksymalna jednostki napędowej pojazdu Iveco Stralis Natural Poower wynosi 243 kW, natomiast wartość maksymalnego momentu obrotowego – 1300 Nm. Dane techniczne charakteryzujące pojazd zawarto w tab. 3.5.
Rys. 3.13. Samochód Iveco Stralis Natural Power [32]
Rys. 3.14. Zbiornik LNG oraz zbiorniki CNG pojazdu Iveco Stralis Natural Power [32]
Tabela 3.5. Dane techniczne samochodu Iveco Stralis Natural Power [32]
Silnik spalinowy ZI, turbodoładowany, Iveco Cursor 8
Objętość skokowa [dm3] 8,9
Liczba cylindrów/układ 6/rzędowy
Moc maksymalna [kW] 243 przy 1750 obr/min
Maksymalny moment obrotowy [Nm] 1300 przy 1200 obr/min Układ oczyszczania spalin trójfunkcyjny reaktor katalityczny
Norma emisji spalin Euro VI
Skrzynia biegów manualna, 16-stopniowa
Zbiorniki gazu [dm3] zbiornik LNG: 525
zbiornik CNG: 4 x 70
Dopuszczalna masa całkowita* [kg] 40000
* masa pojazdu z naczepą
Mercedes-Benz jako jeden z czołowych producentów pojazdów użytkowych w Europie ukierunkowany jest na nowoczesne podejście do produkcji pojazdów
dystrybucyjnych. W modelu Econic zastosowano szereg rozwiązań przyczyniających się do zwiększenia bezpieczeństwa oraz elementów konstrukcyjnych zwiększających potencjał użytkowy pojazdu. Występuje on w wielu odmianach nadwoziowych, jak np.:
pojazd z zabudową skrzyniową, śmieciarka, itp. Również bardzo rozbudowany jest wybór układów napędowych, który obejmuje odmiany zasilane tradycyjnymi paliwami ciekłymi, oraz zasilanie paliwami alternatywnymi, jak gaz ziemny w postaci CNG .
Pojazd zasilany paliwem LNG przedstawiono na rys. 3.15. Do napędu wykorzystano silnik ZI o objętości skokowej 6,9 dm3 i mocy 205 kW, spełniającym normę emisji spalin Euro VI. Do przechowywania paliwa w stanie ciekłym, zastosowano zbiorniki kriogeniczne, w których paliwo magazynowane jest w temp. ‒163°C. Dzięki zastosowaniu paliwa w fazie ciekłej, według zapewnień producenta, paliwo potrzebne do przejechania 1000 km, można zatankować do zbiorników w 5 minut. Oznacza to, że pojazd ten charakteryzuje zasięg zbliżony do uzyskiwanego przez pojazdy zasilane tradycyjnymi paliwami płynnymi. Ponadto w porównaniu do napędu konwencjonalnego, zasilanie paliwem gazowym przyczynia się do zmniejszenia ilości hałasu emitowanego przez silnik spalinowy. Podstawowe dane techniczne pojazdu Mercedes-Benz Econic LNG zebrano w tab. 3.6.
Rys. 3.15. Samochód Mercedes-Benz Econic LNG [33]
Tabela 3.6. Dane techniczne samochodu Mercedes-Benz Econic LNG [69]
Silnik spalinowy ZI, turbodoładowany, Mercedes M 906 LAG
Objętość skokowa [dm3] 6,9
Liczba cylindrów/układ 6/rzędowy
Moc maksymalna [kW] 205 przy 2500 obr/min
Maksymalny moment obrotowy [Nm] 1000 przy 1400 obr/min Układ oczyszczania spalin trójfunkcyjny reaktor katalityczny
Norma emisji spalin Euro VI
Skrzynia biegów automatyczna, Allison
Kolejnym przykładem pojazdów producenta Mercedes-Benz jest Econic, który jako paliwo wykorzystuje CNG, oznaczony symbolem NGT (Natural Gas Technology).
Pojazd ten został zaprezentowany we wrześniu 2014 na wystawie pojazdów użytkowych w Hanowerze (rys. 3.16–3.17). Dzięki wdrożeniu do produkcji innowacyjnej konstrukcji, zbiorniki umieszczone są w przestrzeni wokół pojazdu, zapewniając zwiększenie możliwości magazynowania do objętość sięgającej 700 dm3. Silnik opisywanego pojazdu jest produkcji firmy Mercedes-Benz oraz spełnia normę emisji spalin Euro VI (rys. 3.18). Zastosowanie doładowania, poprawia parametry użytkowe tej jednostki napędowej i one są porównywalne z parametrami silników ZS (tab. 3.7), jednak według zapewnień producenta poziom emisji CO2 ma być niższy o ok.
20% w stosunku do silników zasilanych konwencjonalnymi paliwami.
Rys. 3.16. Samochód Mercedes-Benz Econic NGT [63]
Rys. 3.17. Zbiorniki CNG pojazdu Mercedes-Benz Econic NGT [63]
Tabela 3.7. Dane techniczne samochodu Mercedes-Benz Econic NGT [69]
Silnik spalinowy ZI, turbodoładowany, Mercedes M 936 G
Objętość skokowa [dm3] 7,7
Liczba cylindrów/układ 6/rzędowy
Moc maksymalna [kW] 222 przy 2000 obr/min
Maksymalny moment obrotowy [Nm] 1200 przy 1200–1600 obr/min Układ oczyszczania spalin trójfunkcyjny reaktor katalityczny
Norma emisji spalin Euro VI
Skrzynia biegów automatyczna, 6-stopniowa: Allison
Zbiorniki gazu [dm3] 600–700
Dopuszczalna masa całkowita [kg] 18000–26000
Rys. 3.18. Silnik M 936 G zastosowany w pojeździe Mercedes-Benz Econic NGT [69]
Firma Renault również posiada w swojej ofercie pojazd zasilany CNG, jest to model D Wide CNG (rys. 3.19). Opisywany pojazd jest typowym samochodem dystrybucyjnym, który dostępny jest w różnych konfiguracjach długości (rozstaw osi od 3,5 do 4,5 m) oraz układu jezdnego (4 x 2 lub 6 x 2). Podstawowe dane techniczne przedstawiono w tab. 3.8. Zastosowano w nim jednopaliwowy silnik ZI o objętości skokowej 9,0 dm3, którego maksymalna moc wynosi 235 kW. W zależności wymagań nabywcy, pojazd może być wyposażony w 6 lub 8 zbiorników przystosowanych do magazynowania CNG o objętości do 100 dm3, które można zatankować odpowiednio do 90 lub do 120 kg CNG. Trwałość użytkowania tych zbiorników określana jest na okres sięgający 20 lat ciągłej eksploatacji. W przypadku zastosowania większej liczby zbiorników, zasięg pojazdu może zwiększyć się do dystansu 400 km w warunkach użytkowania na terenach aglomeracji miejskich, co sprawia, że wszystkie parametry funkcjonalne tej kategorii użytkowej pojazdów nie odbiegają znacząco do pojazdów wykorzystujących do zasilania paliwo konwencjonalne.
Rys. 3.19. Samochód Renault D Wide CNG [34]
Tabela 3.8. Dane techniczne samochodu Renault D Wide CNG [34]
Silnik spalinowy ZI, turbodoładowany, Renault NGT9
Objętość skokowa [dm3] 9,0
Liczba cylindrów/układ 6/rzędowy
Moc maksymalna [kW] 235 przy obr/min
Maksymalny moment obrotowy [Nm] 1356 przy obr/min Układ oczyszczania spalin trójfunkcyjny reaktor katalityczny
Norma emisji spalin Euro VI
Skrzynia biegów automatyczna: Allison 3200
Zbiorniki gazu* 6 x 100 dm3 (8 x 100 dm3)
Dopuszczalna masa całkowita [kg] 19000–26000
* wartości w nawiasie - opcjonalne