Gaz dla Diesla

Kfz betrieb
13.3.2012

Zasilanie silników Diesla gazem LPG jest możliwe. Pozwala to znacznie zmniejszyć zużycie paliwa. A co najlepsze, instalacja LPG przeznaczona do zasilania Diesla nie jest tak droga, jak się może wydawać.

Szczególnie przy ciągle rosnących cenach oleju napędowego taka zmiana sposobu zasilania zaczyna odgrywać dużą rolę w kwestii oszczędności paliwie zasilającym samochody flotowe i firmy spedycyjne. Zmiana ta wymaga tylko modyfikację posiadanego przez nie parku samochodowego. Przykładem potwierdzającym poprawne działanie takiego systemu zasilania jest firma CHM Trucktec. Oferuje ona systemy zasilania typu Dual Fuel dla pojazdów użytkowych. Ich działanie polega na tym, że w cylindrze spalana jest mieszanka oleju napędowego i gazu LPG. Podczas badania silnika na hamowni okazuje się, że taki system zasilania pozwala znaczne obniżyć emisję substancji szkodliwych, w tym: dokładnie o 5% spada emisja związków azotu; o 3% zmniejsza się emisja dwutlenku węgla; a także obniża się emisja cząstek stałych o 50%.
Taka instalacja zasilająca składa się z podobnych elementów składowych jak ta w samochodach osobowych. Ze zbiornika gaz jest przetłaczany do parownika. Tam następnie z formy płynnej przechodzi w gazowy stan skupienia. Dalej jest dozowany do kolektora dolotowego za pośrednictwem dysz wlotowych. Według konstruktorów największym problemem adaptacji tego typu zasilania w ciężkich pojazdach z silnikiem Diesla było określenie prawidłowej geometrii, charakterystyki i położenia dyszy wtryskującej gaz do kolektora. Podstawowym problemem do pokonania w tej kwestii było zapewnienie dobrego mieszania się gazu z powietrzem zasysanym i tłoczonym do cylindrów. Wynikało to ze zmiennych warunków pracy silnika i różnej charakterystyki przepływu gazów w układzie dolotowym silnika. Charakterystyka przepływu gazów jest w dużej mierze uzależniona od chwilowych warunków pracy silnika, czyli od jego obciążenia. Niemożność stworzenia jednorodnej mieszanki gazowo-powietrznej w kolektorze ssącym skutkuje w tym przypadku znacznym obniżeniem sprawności silnika przez niejednorodny rozkład mieszanki paliwowo-gazowo-powietrznej w poszczególnych cylindrach. Wpływa to też na nierównomierne obciążenie elementów silnika. Nie jest to jednak wskazane, ponieważ prowadzi często do poważniejszych uszkodzeń.
W tym konkretnym systemie wtrysk gazu został wykonany w taki sposób, że gaz wtryskiwany jest „pod prąd" przemieszczającego się w kolektorze powietrza. Oznacza to, że gaz wtłaczany jest z dyszy w kierunku przeciwnym do ruchu zasysanego powietrza. Powstające przy tym silne zawirowanie gazu wpływa na jego dobre wymieszanie się z powietrzem. Rozwiązanie to - łamiące zasadę laminarności przepływu i zarazem dające bardzo zadowalające wyniki mieszania się gazów - zostało opatentowane.
Bez przeciążeń
Ponieważ w komorze spalania znajdują się dwa różne paliwa, wymaga się od sterowania wtryskiem oleju napędowego, aby jego ilości zostały zmniejszone podczas każdego wtrysku. Samozapłon rozpylonego oleju napędowego pozwala stworzyć warunki do spalania także wtryśniętego gazu LPG. Jednostka sterująca silnikiem w tym układzie pozostaje niezmodyfikowana. Jedyną informacją dla systemu zasilania gazem LPG jest pobranie przez sterownik instalacji gazowej sygnału na temat obrotów silnika z pokładowej sieci CAN. Na podstawie tej wartości sterownik LPG steruje ilością wtryskiwanego do kolektora paliwa. W tym czasie podczas wtrysku paliwa LPG komputer sterujący silnikiem zarejestruje wzrost obrotów wynikły ze zwiększenia energii spalania, odczyta położenie pedału przyspieszenia i w zależności od jego położenia zmniejszy dawkę wtryskiwanego oleju napędowego do takiego stopnia, aby obroty zaczęły odpowiadać położeniu pedału przyspieszenia. Regulacja ta odbywa się w zakresie wartości korekcyjnych komputera sterującego wtryskiwaczami, w związku z czym nie trzeba modyfikować oprogramowania. Także ten sposób zasilania gwarantuje, że elementy układu napędowego i samego silnika nie będą przeciążane, ponieważ rzeczywista moc silnika nie ulegnie zmianie. Stąd też wynika także oszczędność podczas tankowania.
Obniżona objętość wtryskiwanego oleju napędowego jest zastępowana znacznie tańszym gazem LPG. W związku z tym, że gaz LPG ma wyższą temperaturę spalania, silniki zasilane dwupaliwowo mogą pracować bez obaw w trybie Dual Fuel (dwa paliwa) do osiągnięcia 80% mocy maksymalnej. Po przekroczeniu tej wartości sterownik przełącza zasilanie na tryb jednopaliwowy - czyli na olej napędowy. Taki sposób wysterowania zasilania silnika zabezpiecza go przed przeciążeniami termicznymi. Sam układ zasilania dwupaliwowego jest wyposażony w wyświetlacz umieszczony na desce rozdzielczej i informujący o trybie jazdy, a także o aktualnym obciążeniu silnika. Aby możliwe było użytkowanie silnika w trybie dwupaliwowym w pełnym zakresie jego mocy bez ryzyka jego uszkodzenia, konieczna byłaby modyfikacja jednostki sterującej i zmiana parametrów wtrysku oleju napędowego, co nie jest dozwolone w normie Euro 5.
Zmniejszona objętość oleju napędowego wtryskiwanego do cylindra zastąpiona gazem LPG pozwala znacznie zaoszczędzić na kosztach paliwa. Podczas testów okazało się, że nawet 30% oleju napędowego może być zastąpione gazem LPG. Ważny jest też czynnik ludzki. Ze względu na charakterystykę sterowania wtryskiem gazu i odcięciu zasilania LPG oraz przejściu na całkowite zasilanie olejem napędowym po przekroczeniu 80% wartości mocy kierowca powinien pamiętać o tym, aby użytkować samochód w taki sposób, żeby silnik nie był zmuszony do pracy z maksymalnym obciążeniem.
Czy to się opłaca?
Według producenta instalacji LPG firma spedycyjna, która zainwestowała w montaż takiej instalacji dwupaliwowej, może liczyć na amortyzację kosztów po 12 miesiącach pracy samochodu w trybie jednozmianowym. W przypadku pracy dwuzmianowej samochodu amortyzacja następuje już po 6 miesiącach. Jeśli chodzi o bezusterkowość i wpływ instalacji LPG na silnik, to należy także podkreślić, że w 170 samochodach flotowych wyposażonych próbnie w tę instalację nie zauważono negatywnego jej wpływu na działanie pojazdu. A należy podkreślić, że kilka samochodów przejechało na niej już 800 000 km bez usterki. Firma spedycyjna, która zdecydowała się próbnie używać takiej instalacji, określa oszczędność całkowitych kosztów paliwa na poziomie 9%, a czas amortyzacji na 1,5 roku i przebieg 160 000 kilometrów.

Edgar Schmidt

Więcej interesujących artykułów znajdziecie Państwo w najnowszym "autoEXPERCIE" 3/2012. 

O Autorze

autoExpert 04 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę