Diesel na gaz – w czym problem?

Silniki diesla osiągają samozapłon, gdy mieszanka powietrzno-paliwowa ma 200-300 stopni C. Na przykład metan, aby się sam zapalić musi mieć temperaturę 550-600 st. C. Wytworzenie tak wysokiego ciśnienia, umożliwiającego pojawienie się tej temperatury jest bardzo trudne. Coś więc gaz w cylindrach musi zapalić.

Do zainicjowania procesu spalania gazu w silniku diesla na gaz potrzebna jest niewielka porcja oleju napędowego wtryskiwana do mieszanki metanu z powietrzem sprężanej we wnętrzu cylindrów. Najpierw zapala się „ropa” która podwyższa temperaturę w cylindrze i powoduje wybuch gazu.

Wszystkim steruje oczywiście niezależny (choć bywają już zintegrowane) komputery sterujące włączone do układu paliwowego silnika. Taki sterownik oddzielnie oblicza dawki gazu i oleju, w zależności od stopnia wciśnięcia pedału gazu i obciążenia silnika.

Nie ma znaczących różnic w instalacjach przeznaczonych do silników wysokoprężnych i z zapłonem iskrowym. W skład zestawu wchodzą między innymi: zbiornik, reduktor parownika, wtryskiwacze gazu, przełącznik LPG, elektroniczna jednostka sterująca ECU oraz czujniki monitorujące prędkość obrotową silnika, jego obciążenie, temperaturę i inne ważne parametry pracy jednostki napędowej. Sterownik silnika pełni funkcję monitorująco-kontrolną. W razie awarii któregoś z podzespołów bądź niepoprawnych parametrów pracy następuje wyłączenie systemu. Gaz nie jest wówczas dostarczany do komory spalania, a samochód pracuje jako jednopaliwowy.

W dobie pogoni za niższą emisją substancji szkodliwych rozwiązanie łączące zasilanie olejem napędowym i gazem LPG wydaje się wręcz idealne. Silniki Diesla bez systemu Common Rail uzyskiwały jedynie do 80% spalania mieszanki paliwowo-powietrznej, a dla turbodoładowanych, nowoczesnych jednostek napędowych z układem Common Rail ta wartość jest mniej więcej o 5–7% wyższa. Składnikami reakcji niepełnego spalania są substancje szkodliwe, takie jak tlenek węgla, węglowodory czy na przykład cząstki stałe. Dodanie LPG do mieszanki powoduje, że dopalane jest 95% paliwa. To zdecydowanie lepszy wynik, a co za tym idzie — mniej emitowanych substancji szkodliwych.

Kolejną zaletą tego układu są nieco lepsze osiągi pojazdu. Według grupy specjalistów zastosowanie LPG do diesla spowoduje wzrost maksymalnego momentu obrotowego i mocy jednostki napędowej nawet o 30%. Biorąc pod uwagę również płynące z tego oszczędności, które mogą wynieść nawet 20%, można stwierdzić, że jest to bardzo dobre rozwiązanie.

Silniki Diesla można zasilać w (LPG, CNG) w różny sposób.

Jednym z nich jest przeróbka jednostki wysokoprężnej na silnik z zapłonem iskrowym, czyli działający tak, jak jednostka benzynowa. To system mono fuel (jedno paliwo) - pracujący tylko na autogazie. Konwersja silnika o zapłonie samoczynnym na zasilanie (CNG, LPG) obejmuje obniżenie stopnia sprężania, zmianę faz rozrządu i wydajności cieplnej układu chłodzenia oraz zbudowanie układu zapłonowego wyposażonego w świece zapłonowe. Konieczny jest demontaż silnika z samochodu, rozebranie go i wykonanie wielu indywidualnych przeróbek. Trzeba zmienić kształt komory spalania. Wykonuje się to najczęściej poprzez nacięcia na denku tłoka. Wtryskiwacze ON należy usunąć i na ich miejscu zabudować świece zapłonowe. Często jest to skomplikowane, gdyż stosowane są coraz cieńsze wtryskiwacze i brakuje miejsca na zastąpienie ich świecami zapłonowymi. Konieczna jest wymiana głowicy. Zwiększenie temperatury spalania paliwa powoduje większe nagrzewanie się silnika oraz układu wydechowego. Można zamienić wentylator na mocniejszy, jeżeli jest miejsce w komorze silnika oraz zmienić rodzaj cieczy chłodzącej, co może powodować zmianę kanałów chłodzących, ich przekrojów i materiałów, z których są wykonane. Rury wydechowe mogą pękać, więc może wystąpić konieczność ich wymiany na większe i wytrzymalsze lub montażu dodatkowej rury wydechowej. Należy stworzyć nową mapę dla silnika, co komplikują zabezpieczenia programów sterujących pracą silnika, wprowadzane po to, aby taka ingerencja była dokonywana przez autoryzowane warsztaty producenta silnika. Silnik po przekonstruowaniu należy poddać testom na hamowni, co jest długotrwałe, i wykonać proces homologacyjny wykonanych modyfikacji. Każdy silnik ZS (o zapłonie samoczynnym) będzie wymagał indywidualnego podejścia, inaczej niż to jest przy silnikach ZI (z zapłonem iskrowym), których poddanie konwersji do zasilania gazem ziemnym jest prostsze i mniej kosztowne. To rozwiązanie jest bardzo drogie i wiąże się z całkowitą przebudową silnika. Dlatego stosowane jest tylko w przypadku maszyn roboczych.

Drugim systemem jest dual fuel (podwójne paliwo), zwany też gazo diesel. Zasilanie silnika następuje poprzez ograniczenie wtryskiwania oleju napędowego i zastąpienie go LPG. Olej napędowy podawany jest w ilości umożliwiającej inicjację samozapłonu w cylindrze (5 do 30 proc.), resztę stanowi gaz. Takie rozwiązanie, choć tańsze od mono fuel, jest również związane ze sporymi kosztami. Oprócz montażu instalacji gazowej wymaga też systemu ograniczającego dawkę oleju napędowego.

Trzecim i najczęściej spotykanym systemem jest diesel gaz. W tym rozwiązaniu LPG jest tylko dodatkiem do oleju napędowego - zwykle w proporcji: 70-80 proc. oleju napędowego, 20-30 proc. autogazu. System jest oparty na instalacji gazowej podobnej do tych, jakie stosuje się w przypadku silników benzynowych. W skład zestawu montażowego wchodzą zatem reduktor-parownik, wtryskiwacz lub wtryskiwacze gazu (w zależności od mocy silnika) oraz elektroniczne urządzenie sterujące z okablowaniem.

Podstawowa dawka oleju napędowego jest wtryskiwana do komór spalania silnika, zaś dodatkowa porcja gazu - do układu dolotowego. Jej zapłon inicjuje ulegająca samozapłonowi dawka oleju. Dzięki dodatkowi paliwa gazowego spada zużycie oleju napędowego, co pozwala zmniejszyć koszty paliwa do około 20 procent. Dzieje się tak, ponieważ dodatek gazu pozwala na lepsze spalenie oleju napędowego. W zwykłym dieslu, w wyniku wysokiej lepkości ON oraz nadmiaru powietrza całkowite spalenie paliwa jest praktycznie niemożliwe. Np. w jednostkach z systemem CR tylko 85 proc. mieszanki oleju napędowego i powietrza ulega całkowitemu spaleniu. Reszta zamieniona zostaje na spaliny (tlenek węgla, węglowodory i cząstki stałe). Ponieważ proces spalania w systemie diesel gaz jest wydajnieszy, rośnie również moc silnika i moment obrotowy. Kierowca może regulować intensywność wtryskiwania gazu do silnika poprzez nacisk pedału przyspieszenia. Jeśli naciśnie go mocniej do komory spalania trafi więcej gazu i samochód będzie lepiej przyspieszać. W niektórych silnikach turbodoładowanych udaje się zyskać moc nawet o 30 proc. większą od mocy znamionowej. Jednocześnie poprawa parametrów pracy silnika nie wpływa negatywnie na jego żywotność, gdyż są one wynikiem prawie całkowitego spalenia paliwa. Rezultatem lepszego spalania są wolne od nagaru cylindry i pierścienie tłokowe. Dodatkowo czyste są zawory wydechowe, turbosprężarka i znacznie przedłuża się żywotność katalizatorów i filtrów cząstek stałych.

Zasilanie silnika olejem napędowym i gazem to bardzo wydajny system. Przynosi nie tylko oszczędność w kosztach eksploatacji, ale również jest czystszy dla środowiska. Niebagatelne znaczenie ma też większa sprawność silnika (wzrost mocy i momentu obrotowego). Jednocześnie trwałość oraz niezawodność działania jednostki napędowej jest wyższa, bo instalacja nie ingeruje w sterowniki silnika. Jednak montaż instalacji LPG do diesla jest opłacalny tylko wtedy, kiedy pojazd ma duże roczne przebiegi i najlepiej, aby przemierzał je na trasach poza miastem. Specyfika działania tych systemów jest taka, że najbardziej wydajnie działają one wtedy, gdy silnik pracuje z jednakowym obciążeniem. Z tego też względu instalacje LPG do diesli znajdują zastosowanie w transporcie drogowym.

image1


Przykładowy schemat zasilania gazem silnika diesla[8]:

1-      pompa wtryskowa,

2-      wtryskiwacze,

3-      czujnik temperatury spalin,

4-      czujnik RPM,

5-      przełącznik,

6-      czujnik ciśnienia,

7-      filtr gazu,

8-      wtryskiwacz gazu,

9-      czujnik temperatury,

10-  reduktor gazowy,

11-  pedał gazu,