Akademia Techniczno Humanistyczna Bielsko Biała

Wydział: Budowy maszyn i Informatyki

Kierunek: Mechaniki i Budowy Maszyn

Specjalność: Samochody i silniki

Sprawozdanie z Seminarium Dyplomowego

Temat: Silniki wielopaliwowe i paliwa alternatywne

Wykonał:

Drzewiecki Michał

Źródłem energii silników spalinowych jest ciepło powstające z przemiany energii chemicznej paliwa na energię cieplną. Do napędu silników spalinowych stosowane są paliwa ciekłe oraz gazowe. Najbardziej popularne paliwa ciekłe to olej napędowy, benzyna oraz biopaliwa, a gazowe to gaz ziemny oraz propan butan.

Przydatność paliw silnikowych do napędu silników określa się na podstawie wielu parametrów jak:

• Wartość opałowa paliwa Wu – ilość ciepła wydzielającego się podczas całkowitego spalania jednostki masy paliwa w atmosferze tlenu, przy czym produktami spalania są :

• Dwutlenek węgla,

• Dwutlenek siarki,

• Azot w stanie gazowym,

• Woda w stanie pary.

• Odporność na spalanie stukowe – zdolność paliwa do prawidłowego spalania się w cylindrach silnika ZI mimo działania czynników sprzyjających spalaniu stukowemu. Jej miarą jest liczba oktanowa paliwa LO.

• Liczba cetanowa – umowny wskaźnik zdolności paliwa do samozapłonu w silnikach o ZS, wyrażamy liczbą od 0 do 100.

• Lotność paliwa – określa jaki procent paliwa odparowuje w danych warunkach. Głównie zależy od wzrostu temperatury ( w przedziale 70-120°C).

• Lepkość paliwa – własność paliwa określająca jej opory przepływu w układzie zasilania, rozpylenie i tworzenie mieszanki paliwowo powietrznej.

• Ciepło parowania – jest to ilość ciepła niezbędnego do tego, aby jednostkę masy paliwa zmienić w parę o temperaturze wrzenia.

• Temperatura krzepnięcia – temperatura w której ciecz całkowicie traci płynność.

• Temperatura zapłonu – jest to dana temperatura w której z paliwa oddziela się ilość pary, wystarczająca do wytworzenia z powietrzem mieszanki palnej zdolnej do zapłonu.

• Zanieczyszczenia – szkodliwymi składnikami paliwa są:

• Woda,

• Siarka,

• Żywice i drobne zanieczyszczenia.

Wpływają one niekorzystnie na sprawność układu zasilania, przebieg spalania w silniku oraz wywołują one korozję metalowych części silnika.

• Gęstość – masa właściwa – stosunek masy substancji do jej objętości, wyrażany w $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

Ponadto aby mogły być dopuszczone do produkcji oraz użytkowania muszą spełniać szereg wymagań określanych przy pomocy wyżej wymienionych parametrów. Wymaganiami tymi są:

• łatwość tworzenia jednorodnej mieszanki paliwowo – powietrznej

• prawidłowy przebieg spalania w różnych warunkach eksploatacyjnych

• duża wartość opałowa jako miara energii zawartej w jednostce masy lub objętości paliwa

• trwałość w różnych warunkach eksploatacji pojazdu

• brak lub niewielkie tworzenie się smolistych lub trwałych osadów

• brak własności korozyjnych

• dostateczna niska temperatura krzepnięcia lub zamarzania

• brak zanieczyszczeń chemicznych, mechanicznych lub wody

Do paliw alternatywnych zalicza się zwykle następujące paliwa:

• Gaz naturalny (ziemny);

• Gaz fermentacyjny (biologiczny);

• Alkohole;

• Oleje roślinne (przetworzone lub nieprzetworzone);

• Wodór.

Paliwa dzieli się na paliwa ropopochodne i paliwa alternatywne, które z kolei można podzielić na:

Podział najczęściej stosowanych paliw do silników spalinowych

WODÓR

Paliwo, którego użycie nie wiązało by się z emisją szkodliwych substancji, powinno być składnikiem ziemskiej atmosfery. Jest nim niewątpliwie woda, której głównym składnikiem jest wodór. Wodór ze względu na swoją mała masę cząsteczkową oraz dużą wartość ciepła spalania ma największy stosunek energii do masy, siła eksplozji wodoru jest 2.5 razy większa niż konwencjonalnych paliw węglowodorowych. Na skalę przemysłową wodór otrzymuje się z ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla, wykorzystując głównie metodę reformingu z parą wodną, poprzez częściowe utlenienie ciężkich węglowodorów lub zgazowanie węgla.

Znane są próby na prototypach samochodów osobowych napędzanych wodorem, takie badania prowadzi między innymi firma Mercedes - Benz. Przy tworzeniu silnika napędzanego wodorem należy wziąć pod uwagę że jest to paliwo bardzo wybuchowe, a to, czy mieszanka w cylindrze silnika zapali się w dużej mierze nie zależy od udziału wodoru, lecz od  odpowiedniej jakości mieszanki. Do zapłonu potrzeba jest wyraźnie mniej energii  jak w silnikach zasilanych tradycyjnym paliwem, ale istnieje też druga strona medalu, gorący wydech lub gorące spaliny mogą być przyczyną przedwczesnego lub zbyt późnego zapłonu, co w konsekwencji prowadzi do obniżenia mocy oraz obciążenia cieplnego elementów silnika. Zjawisko to może narastać przy dużym obciążeniu np. przy przyspieszaniu. W prototypach do walki z tym niekorzystnym zjawiskiem stosowano chłodzenie przez natryskiwanie chłodnej wody. Zdolność do spalania stukowego jest w większym stopniu niż przy silnikach zasilanych benzyną uzależniona od składu mieszanki. Z powodu większej gęstości wodór wypiera przy tworzeniu mieszanki więcej powietrza jak ropo-pochodne paliwa. Konsekwencją jest uwzględnienie przy ustalaniu stosunku stechiometrycznego mieszanki  około 30% strat przy napełnieniu. Większość instalacji przemysłowych produkujących wodór jest od razu połączona z instalacjami do wykorzystania wodoru, ponieważ istnieje duży problem z jego przechowywaniem i transportem. Problem ten gra kluczową rolę w zastosowaniu wodoru jako paliwa samochodowego.

ALKOHOLE

Metanol i etanol to dwa najprostsze alkohole. Alkohol etylowy można uzyskać w drodze fermentacji z przeróżnych materiałów biomasowych tj. buraki, ziemniaki, trzcina cukrowa itp.ale również może być pozyskiwany z odpadów biologicznych, które zawierają produkty uboczne obróbki drewna. Alkohol metylowy można otrzymywać przez pirolizę drewna. Alkohole produkowane z biomasy są drogie, bo kłopotliwe w produkcji. Zazwyczaj ich wyprodukowanie wymaga zużycia energii w ilości większej, niż ta, którą uzyska się przy ich spaleniu. Można je też produkować z innych surowców, przede wszystkim z gazu syntezowego (drogą syntezy Fischera-Tropscha). Zatem nie każdy alkohol jest biopaliwem, bo nie zawsze produkuje się go z odnawialnych surowców.Alkohol etylowy (etanol) nie dostarcza tak dużo energii jak benzyna, czy olej napędowy, a co za tym idzie zużycie paliwa jest większe w porównaniu do Diesla, czy silników benzynowych. Jedną  z prób masowego wykorzystania etanolu do napędu samochodów, która miedzy innymi  podyktowana była  kryzysem gospodarczym, podjęto w Brazylii. Program zakładał uruchomienie plantacji trzciny cukrowej i pozyskiwania z jednego hektara uprawy ok. 5000 litrów paliwa. Niestety niewiele krajów może pozwolić sobie na tego typu  produkcje paliw, gdyż nie dysponują odpowiednia powierzchnią, która jest niezbędna przy tego typu uprawach.

Szerzej spotykanym rozwiązaniem było   zastosowanie  etanolu jako dodatku do benzyn, który zastępował czteroetylek ołowiu, ponieważ dodanie 10% alkoholu podnosi liczbę oktanowa benzyny o 8 - 12 jednostek. Alkohol metylowy znalazł zastosowanie w silnikach niektórych pojazdów wyczynowych, dzięki wysokiej liczbie oktanowej wynoszącej 110 jednostek. Takie paliwo można bez problemu zastosować do wszystkich pojazdów napędzanych benzyną. Natomiast po zainstalowaniu konwertera stosować można dowolną mieszankę etanolu i benzyny od 0% do 100%.

W 1872 gdy Otto opracował pierwszy silnik spalinowy. Rafinacja ropy naftowej nie była jeszcze bardzo powszechna. Dlatego paliwem dla jego silnika był właśnie 90-95% spirytus. Silnik Forda T przewidziany był do pracy na benzynie, spirytusie lub ich mieszance.

Dużą ciekawostką jest fakt, iż producent autobusów Scania jest jedynym na świecie dostawcą pojazdów tych napędzanych alkoholem etylowym. Dużym atutem alkoholu etylowego jest jego płynny stan skupienia, który sprawia, że jest bardzo łatwy w obsłudze. Dawniej jedynym źródłem alkoholu etylowego był proces fermentacji skrobi (zawartej w kukurydzy, ziemniakach, życie itp.) lub cukru (zawartego w melasie). Poddając destylacji produkty fermentacji otrzymuje się mieszaninę, która zawiera 95,57 % alkoholu etylowego i 4,43 % wody (mieszanina azeotropowa), zwany rektyfikatem. Alkohol etylowy w temperaturze pokojowej – jest to bezbarwna, łatwo palna ciecz o bardzo ostrym, piekącym smaku i charakterystycznym zapachu. Obecnie alkohol etylowy otrzymuje się syntetycznie, przeważnie przez uwodnienie etylenu lub uwodornienie aldehydu octowego.

Przy silnikach zasilanych alkoholem występuje kilka problemów, które przyczyniają się do tego, że alkohol nie znajduje powszechnego zastosowania jako paliwo:

• Trudności z rozruchem zimnego silnika, powodowane niższym ciśnieniem niż w przypadku mieszanki benzynowo - powietrznej. Silniki zasilane alkoholem wymagają  użycia benzyny przy rozruchu zimnego silnika, lub ogrzewania paliwa wtryskiwanego do komory spalania (na przykład we wtryskiwaczu).

• Lekkie metale mające kontakt z metanolem szybciej korodują. Można temu zapobiegać poprzez stosowanie niklowania, chromowania, fosforowania.

• Pogorszenie warunków smarowania poprzez wypłukiwanie oleju, któremu można zapobiegać stosując odpowiednie oleje syntetyczne.

• Tak jak w przypadku benzyn do atmosfery wydalane są szkodliwe produkty spalania (CO₂).

BIOGAZ

Biogaz zwany takżegazem wysypiskowym to gaz palny, produktfermentacji związków pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego, biomasa) a częściowo także ich rozpadu gnilnego, powstający w biogazowni.

Nieoczyszczony biogaz składa się w ok. 65% (w granicach 50-75%) z metanu i w 35% z dwutlenku węgla oraz domieszki innych gazów (np. siarkowodoru, tlenku węgla), jego wartość opałowa waha się w granicach 17-27 MJ/m³ (Megadżuli na metr sześcienny biogazu, w warunkach normalnych) i zależy głównie od zawartości metanu.

BIODIESEL

Biodiesel to biopaliwo (przetworzony chemicznie olej roślinny, np. rzepakowy) do silników wysokoprężnych (Diesla).Biodieslem nazywamy zarówno estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME - czysty biodiesel) jak i mieszanki paliwowe z olejem napędowym w celu otrzymania paliwa zapewniającego lepsze warunki pracy silnika.

Argumenty proekologiczne:

• brak zanieczyszczeń powietrza związkami siarki,

• część wyemitowanego w trakcie spalania dwutlenku węgla została wcześniej wchłonięta przez rośliny, a w przypadku ON pochodzi on z ropy naftowej; w związku z tym wprowadza się mniejsze ilości dodatkowego CO₂ do atmosfery.

Argumenty gospodarcze przemawiające za stosowaniem biodiesla:

• produkcja biodiesla z oleju rzepakowego pozwala na aktywizację terenów wiejskich i zagospodarowanie nieużytków rolnych,

• wykorzystanie produkowanych w kraju domieszek do paliw płynnych pozwala na częściowe uniezależnienie energetyczne kraju od dostaw ropy oraz zmniejszenie zależności cen paliwa od zmian ceny ropy naftowej i kursów walut,

• jest łatwiej katabolizowany co jest korzystne dla ochrony środowiska,

• nie zwiększa stężenia CO₂ w atmosferze z powodu spalania surowców kopalnych (jeśli nie uwzględniać emisji dwutlenku węgla w procesie produkcji biodiesla metanolu).

Niestety występują różnorakie problemy jak:

• uzyskiwane liczby cetanowe estrów kwasów tłuszczowych nie są wyższe niż w przypadku oleju napędowego co jest spowodowane tlenem w wiązaniu estrowym,

• biodiesel może rozpuszczać uszczelki i przewody wykonane z gumy (naturalnego kauczuku) i niektórych tworzyw sztucznych,

• niektóre właściwości fizyczne (np. lepkość) estrów kwasów tłuszczowych zmieniają się wyraźnie podczas wzrostu temperatury i cecha ta wymagać może dodatkowych chłodnic dla biodiesla - aby faktyczna dawka paliwa podawana przez aparaturę wtryskową była zgodna z dawką założoną (optymalną). (W przypadku oleju napędowego zmiana cech fizycznych podczas pracy silnika nie jest istotna).

• żeluje przy temperaturze -10 °C

GAZ LPG

LPG (ang.Liquefied Petroleum Gas) znany jako propan butan, mieszaninapropanu i butanu. Używany jako gaz, ale przechowywany w pojemnikach pod ciśnieniem jest cieczą. Należy do najbardziej wszechstronnych źródeł energii. Stosowany jakopaliwo silnikowe – autogaz.

Uzyskiwany jest jako produkt uboczny przy rafinacjiropy naftowej. Niewielkie jego ilości otrzymuje się także ze złóżgazu ziemnego, zwykle na początku uruchamiania nowego odwiertu. W skali światowej szacuje się, że prawie 60% globalnej produkcji LPG pochodzi z wydobycia naturalnego, zaś pozostała część z procesów rafineryjnych.W temperaturze pokojowej przy normalnym ciśnieniu ma postać gazu. Ulega on skropleniu w temperaturze pokojowej, gdy ciśnienie wynosi od 2.2 do 4 atm. Do butli jest pompowany przy ciśnieniu rzędu 6 atm. Butle, w których się go przechowuje i transportuje, napełnia się zwykle do 80% lub 85% objętości, aby uniknąć rozerwania butli przez rozszerzającą się przy zmianie temperatury ciecz.

Liczba oktanowa LPG wynosi 90-120, choć do oceny właściwości antystukowych tego paliwa stosuje się częściej liczbę metanową, która dla LPG stosowanego do napędu samochodów mieści się w granicach 60-80.

GAZ CNG

CNG (ang. compressed natural gas)Taki sam gaz ziemny jaki zasila domowe kuchenki gazowe, kotły centralnego ogrzewania i inne urządzenia. Podstawowym składnikiem jest metan, najprostszy węglowodór, jest go ponad 90%. Paliwo to nie jest produkowane z ropy naftowej, jest to naturalne paliwo wydobywane ze złóż znajdujących się w skorupie ziemskiej. Stanowi mieszaninę gazów - Podstawowym składnikiem jest metan( najprostszy węglowodór, jest go ponad 90%), który zmieszany jest z innymi gazami palnymi oraz związkami niepalnymi.

Skład gazu zależy od miejsca jego wydobywania oraz istotnie zależy od technologii zgazowania. Zawartość metanu powoduje, iż w procesie spalania nie tworzą się pyły i nie powstają stałe odpady. W wyniku różnorodnych procesów chemicznych skład gazu ulega zmianom i końcowym produktem jest gaz ziemny przystosowany do transportu siecią gazociągów i użytkowania go w coraz większej liczbie urządzeń opartych na technologii gazowej. Spalanie sprężonego gazu ziemnego w silniku benzynowym nie jest kłopotliwe. To paliwo ma wysoką liczbę oktanową, zatem jest odporne na spalanie stukowe.

SILNIK DWUPALIWOWY to potoczna nazwa silnika spalinowego, tłokowego, przystosowanego do zasilania przez dowolnie długie okresy czasu wybranym z dwóch rodzajów paliwa o zasadniczo różnych własnościach. Najbardziej rozpowszechnione są silniki dwupaliwowe nadające się do zasilania albo benzyną, albo gazem palnym, skroplonym lub wysokosprężonym. Taki silnik dwupaliwowy jest z reguły wersją seryjnego silnika benzynowego bez istotnych modyfikacji konstrukcyjnych, różniącą się głównie zastosowaniem specjalnego gaźnika (spełniającego zarazem zadania mieszalnika) i odpowiednio skompletowanej instalacji paliwowej. Nazwa "silnik dwupaliwowy" jest niekiedy używana także w odniesieniu do niektórych silników wysokoprężnych, które zadowalająco pracują na różnych gatunkach paliwa ciekłego, tj. w razie potrzeby mogą być zasilane zamiast olejem napędowym np. naftą lub nawet benzyną niskooktanową.

SILNIK DWUPALIWOWY ON+CNG

Zasilanie dwupaliwowe gazem ziemnym i olejem napędowym silnika ZS stawia nowe wymagania dotyczące zarówno sposobu realizacji samego dostarczania paliwa gazowego i oleju napędowego, jak również parametrów regulacyjnych nowego układu zasilania, w skład którego wchodzą układ zasilania olejem napędowym i układ dostarczający gaz ziemny do silnika. W szczególności modyfikacji ulec muszą parametry wtrysku i wielkość dawki oleju napędowego, tak aby w sposób najbardziej efektywny realizowany był zapłon gazu dostarczonego do cylindra silnika. Problem doboru dawki oleju napędowego wtryskiwanego na jeden cykl pracy silnika oraz wzajemnych proporcji gazu ziemnego i oleju napędowego ma wpływ na osiągi silnika oraz stężenie składników spalin. Istotnym aspektem jest również możliwość zapewnienia trwałości przez ograniczenie obciążenia układu tłokowo-korbowego silnika, które powstaje w wyniku „twardego” spalania. Z punktu widzenia adaptacji silnika ZS ważny jest zakres koniecznych modyfikacji zarówno samego konwencjonalnego układu wtryskowego, jak również układu sterowania silnika.

 

Szczególne możliwości kształtowania procesu spalania wynikają z podziału dawki oleju napędowego. Podział dawki paliwa ciekłego w czasie trwania jednego cyklu – w połączeniu z wysokim ciśnieniem wtrysku pozwalającym na uzyskanie małych średnic kropel oraz pełną kontrolę czasu i kąta wtrysku – zapewniają układy typu commonrail. Zastosowanie takiego układu w silniku zasilanym dwupaliwowo, który wymaga zaawansowanej kontroli procesu spalania, daje nowe możliwości. Pozwala on w szczególności w znacznie większym stopniu kształtować przebieg ciśnienia w komorze spalania. W konsekwencji układ ten umożliwia oddziaływanie na osiągi silnika, emisję składników toksycznych spalin, a przede wszystkim na jego sprawność.

 

Obecnie rozróżnia się wyróżnić następujące rozwiązania:

• monofuel– polega na przerobieniu silników wysokoprężnych na niskoprężne

• dual fuel – olej napędowy podawany jest w ilości umożliwiającej inicjację samozapłonu w cylindrze (5-30%), a resztę energii podaje się w paliwie gazowym. Takie rozwiązanie oprócz montażu instalacji zasilania CNG wymaga systemu ograniczającego dawkę oleju napędowego

• diesel gaz – wzbogacenie zasysanego powietrza.

SCHEMAT UKŁADU STEROWANIA SILNIKA DWUPALIWOWEGO

SILNIK DWUPALIWOWY BENZYNA+LPG

Korzystanie z LPG wymaga zainstalowania specjalnej instalacji. Samochody zaopatrzone w tę instalację muszą też częściowo korzystać z benzyny, gdyż ze względów technicznych rozruch i rozgrzanie silnika powinno odbywać się przy zasilaniu benzyną. Zaawansowane technologicznie instalacje LPG posiadają zdolność automatycznej zmiany aktualnie wykorzystywanego paliwa(np. z benzyny na gaz) w momencie uzyskania przez silnik odpowiedniej temperatury i prędkości obrotowej, w przeciwieństwie do starszych typów takich instalacji gdzie zachodzi konieczność ręcznego przełączania zasilania z benzyny na LPG. Instalację LPG można również zastosować w samochodach z silnikiem dwusuwowym oraz z silnikiem Diesla.

Instalacje gazowe dzieli się na tzw. generacje. W styczniu 2006 r. istniało 5 typów instalacji zasilanych LPG:

I – instalacja mieszalnikowa (podciśnieniowa lub nadciśnieniowa) bez regulacji składu.

II – instalacja mieszalnikowa (podciśnieniowa lub nadciśnieniowa) z elektroniczną regulacją składu mieszanki.

III – instalacja wielopunktowa, o ciągłym zasilaniu gazem w fazie lotnej.

IV – instalacja wielopunktowa zasilania gazem w fazie lotnej, poprzez elektronicznie sterowane zawory (pot. wtryskiwacze).

V – instalacja wtrysku sekwencyjnego gazu w fazie ciekłej.

Zalety instalacji gazowej w samochodzie

• głównym powodem stosowania LPG jako paliwa silnikowego jest jego cena jest tańsze od benzyny ponieważ obciążone jest niższym podatkiem akcyzowym

• instalacja LPG jest niskociśnieniowa, a więc zbiornik jest lekki

• sam silnik iskrowy, czterosuwowy nie wymaga specjalnych zabiegów aby przystosować się do pracy na LPG

• w związku z tym, że transport samochodowy w Europie jest odpowiedzialny za emisję 17% gazów cieplarnianych, wykorzystanie LPG jako paliwa ma znaczący wpływ na ochronę środowiska. LPG zawierając węglowodory o krótszym łańcuchu, których spalanie powoduje wydzielenie się mniejszej ilości gazów cieplarnianych niż w przypadku benzyny (24% tlenku azotu i 60% mniej dwutlenku węgla)

Wady instalacji gazowej w samochodzie

• zalecane jest (szczególnie zimą) uruchomienie silnika na benzynie z uwagi na konieczność ogrzewania parownika płynem chłodniczym

• butla z gazem ogranicza funkcjonalność samochodu

• większe są koszty przeglądów i serwisowania

• zbyt rzadkie korzystanie z układu zasilania benzyną albo jego poziom poniżej rezerwy może spowodować zepsucie się pompy paliwa

• w instalacjach gazowych starszych (podciśnieniowych – I i II generacji) istniało ryzyko fali wstecznej (eksplozji gazu) w kanale ssącym, stąd konieczny metalowy kolektor dolotowy i układ zapobiegający uszkodzeniu obudowy filtru powietrza

• źle skonfigurowana instalacja gazowa może powodować uszkodzenia rury wydechowej albo katalizatora

• spadek na mocy silnika po przejściu na zasilanie gazem (zależnie od rodzaju instalacji gazowej)

• brak zezwolenia na parkowanie w niektórych garażach podziemnych

INSTALACJA LPG I GENERACJI

Instalacja LPG pierwszej generacji stosowana jest w samochodach z zasilaniem gaźnikowym. Brak sterownika elektronicznego czyni ją tanim, ale też najmniej precyzyjnym i ekonomicznym rozwiązaniem. Jest to najprostsza instalacja niewymagająca instalowania prawie żadnych sterowników elektronicznych.

Zasada działania

W tych systemach LPG w fazie ciekłej przechodzi ze zbiornika gazu poprzez wielozawór do reduktora-parownika, gdzie przechodzi z fazy płynnej w fazę lotną i jest gotowy do zmieszania się z powietrzem. Dalej gaz dostaje się poprzez ręczny stałowartościowy regulator dawki gazu do miksera. Powstała w mikserze mieszanka powietrzno-gazowa trafia do kolektora dolotowego, a następnie przez zawory ssące do cylindra. W układach pierwszej generacji nie ma możliwości dostosowania układu zasilania do aktualnego sposobu pracy silnika, np. wzbogacenie mieszanki przy przyspieszaniu, odcinanie dopływu gazu przy hamowaniu.

Elementy układu pierwszej generacji instalacji LPG:

• wlew gazu,

• zbiornik gazu wraz z osprzętem,

• przełącznik benzyna-gaz,

• mikser (mieszalnik),

• elektrozawór gazu,

• reduktor (parownik).

INSTALACJA LPG II GENERACJI

Drugą generację instalacji LPG stosuje się przede wszystkim w samochodach wyposażonych w jedno- i wielopunktowy wtrysk benzyny z katalizatorem i sondą lambda. W pojazdach tych nie wolno używać systemów pierwszej generacji, ponieważ grozi to uszkodzeniem katalizatora.

Zasada działania

Po odparowaniu, przejściu do fazy lotnej gaz dostaje się poprzez regulator dawki gazu do miksera, gdzie jest mieszany z powietrzem. Attuator stanowi element wykonawczy układu sterującego. Jego zadanie polega na sterowaniu ilością gazu zasysanego przez silnik poprzez mikser. Ilością podawanego gazu zarządza sterujący układ elektroniczny, który dostarcza mieszankę powietrzno-gazową o odpowiednich proporcjach. Dokonuje się to na podstawie odczytów z oryginalnych czujników znajdujących się w silniku.

Tak powstaje mieszanka paliwowo-powietrzna, która trafia do kolektora dolotowego, skąd przez zawory ssące dostaje się do cylindrów w silniku. System ma moduł regulujący skład mieszanki gazowo-powietrznej oraz emulator blokujący wtryskiwacze gazowe. Sterowanie instalacją LPG drugiej generacji (włączanie, wyłączanie, przełączanie) odbywa się bezpośrednio z wnętrza kabiny samochodu.

Elementy instalacji gazowej LPG drugiej generacji:

• wlew gazu,

• zbiornik gazu wraz z osprzętem,

• przełącznik benzyna-gaz,

• elektrozawór gazu,

• mikser (mieszalnik),

• reduktor (parownik),

• katalizator z sondą lambda,

• układ sterujący,

• attuator (regulator przepływu).

INSTALACJA LPG III GENERACJI

Trzecia generacja LPG – wielopunktowa, o ciągłym zasilaniu gazem w fazie lotnej. Instalacje tej klasy przeznaczone są do samochodów z wielopunktowym wtryskiem paliwa. W rozwiązaniu tym mieszanka paliwowo-powietrzna powstaje tuż przed zaworem ssącym. W zależności od ilości powietrza napływającego do cylindra w okolice zaworu dolotowego podawana jest przez wtryskiwacz benzyny ściśle określona ilość paliwa. Podstawowym wyznacznikiem instalacji gazowych do wtrysku wielopunktowego jest zachowanie zbliżonego do oryginalnego miejsca powstawania mieszanki gazowo-powietrznej. Ponadto gaz powinien być podawany przez wtryskiwacz o charakterystyce podobnej do wtryskiwacza benzyny.

Zasada działania

Za pomocą silnika krokowego następuje bezpośredni wtrysk gazu do kolektora dolotowego. W instalacji takiej zostaje wyeliminowany mieszalnik. Można to porównać do benzynowego silnika o wtrysku jednopunktowym. System charakteryzuje się dużą szybkością pracy, ale jego wadą jest to, że wszystkie cylindry mają takie samo sterowanie. Problem ten został wyeliminowany w kolejnej generacji.

Elementy instalacji gazowej trzeciej generacji:

• wlew gazu,

• zbiornik gazu wraz z osprzętem,

• przełącznik benzyna-gaz,

• rozdzielacz gazu,

• refulator składu mieszanki,

• reduktor wraz z elektrozaworem,

• sonda lambda,

• sterownik

INSTALACJA LPG IV GENERACJI

Czwarta generacja LPG to instalacja wielopunktowa zasilania gazem w fazie lotnej za pośrednictwem elektronicznie sterowanych wtryskiwaczy. Wtrysk sekwencyjny stosowany jest w samochodach wyposażonych w wielopunktowy wtrysk benzyny z katalizatorem i sondą lambda oraz system diagnostyki pokładowej – EOBD lub OBDII. Jest to bardzo nowoczesna konstrukcja, w której wyeliminowane zostały różnice w dynamice i mocy silnika zasilanego gazem i zasilanego benzyną. W układzie tego typu wtryskiwacz gazu działa bardzo podobnie do wtryskiwacza benzyny.

Zasada działania

W instalacji gazowej czwartej generacji gaz płynny LPG w celu zmiany w fazę lotną doprowadzany jest do reduktora za pośrednictwem zintegrowanego z nim elektrozaworu gazowego. Po zredukowaniu ciśnienia gazu do około 2 barów i przejściu w fazę lotną gaz trafia do modułu filtrującego. Moduł ten odpowiedzialny jest za dokładne oczyszczenie gazu z cząstek stałych. Wstępne oczyszczanie gazu odbyło się w elektrozaworze. Dodatkowo moduł ten wyposażony jest w czujnik ciśnienia gazu i czujnik temperatury gazu.

Po wyjściu z modułu sterującego pod stałym nadciśnieniem 2 barów gaz dostaje się do listwy wtryskowej z osadzonymi wtryskiwaczami, zamontowanymi na dolocie kolektora dolotowego każdego cylindra. Dawkę LPG kontroluje komputer silnika. Oblicza on moment otwarcia wtryskiwacza i czas trwania wtrysku dla każdego cylindra osobno, dzięki czemu do cylindrów trafia odpowiadająca rzeczywistemu zapotrzebowaniu ilość gazu. Z wtryskiwaczy gaz doprowadzany jest w pobliże zaworów dolotowych. Warto podkreślić, że dawka gazu dla każdego cylindra determinowana jest przez kontroler wtrysku benzynowego.

Z tego powodu nie ma konieczności stosowania emulatorów systemu OBD, a parametry pracy silnika są bardzo zbliżone do zasilania benzynowego w całym zakresie obrotowym. Dzięki temu niemal całkowicie wyeliminowana zostaje różnica w osiągach i dynamice silnika po przełączeniu zasilania na gaz. Obsługa systemu odbywa się poprzez centralkę wewnątrz kabiny, która automatycznie przełącza silnik na zasilanie gazem po jego rozgrzaniu (jest też możliwość przełączania ręcznego). Na życzenie klienta centralka może podawać poziom gazu w zbiorniku lub tylko rezerwę. Jest to instalacja bardziej ekonomiczna, bezpieczniejsza i oczywiście droższa od poprzednich generacji instalacji gazowych.

INSTALACJA LPG V GENERACJI

Piąta generacja instalacji LPG to instalacja wtrysku sekwencyjnego gazu w fazie ciekłej. Instalacje piątej generacji wyznaczają zupełnie nowy standard w dziedzinie LPG. Największa różnica w stosunku do poprzednich generacji to sposób dostarczania gazu do zaworów ssących silnika. W instalacji piątej generacji gaz wtryskiwany jest w postaci ciekłej, a nie lotnej.

Zasada działania

Tłoczona pompą mieszanka propan-butan w stanie ciekłym płynie przewodami do regulatora ciśnienia (ciśnienie 10-12 barów), skąd trafia do wtryskiwaczy w kolektorze dolotowym. Wtryskiwacze wykorzystują do działania, po przetworzeniu, sygnały pochodzące z wtryskiwaczy benzynowych, co zapewnia pracę w takich samych sekwencjach. Gaz wtryskiwany jest do cylindrów w fazie ciekłej. Niewykorzystana ilość powraca przewodem powrotnym do zbiornika, tak jak w przypadku benzyny.

LITERATURA:

• „Tłokowe silniki spalinowe”, Niewiarowski K.WKŁ, Warszawa 1963

• „Adaptacja silnika wysokoprężnego do zasilania gazem naturalnym”,A. Kowalewicz

• „Alternatywne paliwa i układy napędowe pojazdów”, J. Merkisz, I.Pielecha

• „Alkohole i etery jako paliwa dla silników o zapłonie samoczynnym”, K. Górski, W. Olszewski, W. Lotko

• www.silniki.co.pl

• www.autokult.pl

• www.auto-wiedza.pl

• www.autowiedza.republika.pl