Ocena użytkowników: 5 / 5

Gwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka aktywna
 

Prawidłowy Montaż instalacji Gazowych do silników o zapłonie iskrowym

     Maciej Dworaczyńsk

Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny,

Otwarte innowacje 1-2016

Abstrakt:

Silniki pojazdów samochodowych o zapłonie iskrowym eksploatowane są, w dużej mierze, z zastosowaniem instalacji zasilania gazem LPG. Prawidłowy montaż instalacji LPG jest bardzo ważny i ma znaczący wpływ na późniejszą eksploatację. W niniejszej pracy przedstawiono zasady prawidłowego montażu instalacji gazowych w pojazdach. Zwrócono uwagę na typowe błędy przy montażu oraz pokazano jak ich uniknąć. Dodatkowo w artykule tym dość szczegółowo opisano elementy , z których składają się instalacje gazowe.

 

Słowa kluczowe: silnik spalinowy, instalacje gazowe, LPG, montaż instalacji, propan-butan, pojazd

Wstęp do silników spalinowych o zapłonie iskrowym


Decydując się na montaż instalacji gazowej w pojeździe napędzanym silnikiem o zapłonie iskrowym, powinniśmy zorientować się, w jakim stanie jest jego jednostka napędowa. Silnik powinien być w dobrej kondycji tzn. nie mieć widocznych wycieków płynów eksploatacyjnych (takich jak olej czy płyn chłodniczy), oraz nie pobierać widocznych ilości oleju w czasie eksploatacji.
Pierwszą rzeczą jaką należy dokonać przed montażem instalacji, jest odpowiedni dobór komponentów takich jak:

  • Instalacja wraz z komputerem (czujniki, komputer, okablowanie)
  • Wtryskiwacze ( mikser w instalacjach I i II generacji)
  • Węże oraz przewody
  • Butla wraz z zaworem
  • Filtry, opaski

Dobór odpowiedniej generacji instalacji gazowej.

Do silników o układzie wtrysku typu gaźnik lub wtrysk jednopunktowy wystarczą instalacje I lub II generacji tzw. mikserowe. Do układów zaopatrzonych w wtrysk wielopunktowy stosuje się instalacje III generacji lub IV tzw. sekwencyjne, pozwalające na dokładniejsze i tym samym precyzyjniejsze wysterowanie układu zasilania gazem silnika. Podział na generacje LPG dzieli instalacje ze względu na sposób sterowania dawką paliwa.

Nie występuje tzw. piąta generacja.

Do starszych silników o zasilaniu np. poprzez gaźnikowe zasilanie paliwem nie ma sensu stosować sekwencyjnej instalacji. W niektórych przypadkach jest to wręcz niemożliwe



Profesjonalny montaż instalacji LPG w pojeździe z silnikiem o zapłonie iskrowym


Profesjonalny montaż oraz regulacja powinny odbywać się w zakładzie z odpowiednim zapleczem technicznym tj. stanowiskiem montażu, narzędziami oraz komputerem do wstępnej regulacji, regulacji podczas próby drogowej (wraz z interfejsem OBD lub RS232) oraz analizatorem spalin.

Montaż instalacji gazowej należy rozpocząć od odłączenia akumulatora i instalacji butli na paliwo LPG.

Dostępne są butle walcowe montowane w przestrzeni bagażowej pojazdu oraz zbiorniki montowane w miejscu koła zapasowego. Częstym błędem przy osadzaniu zbiornika jest nieodpowiednie umieszczenie zaworu, który prawidłowo powinien znajdować się w tylnej części tzn. zwrócony do tyłu pojazdu. Pojazdy o dużej mocy lub wyposażone w sprężarkę mogą odczuwać spadki ciśnienia gazu w przypadku jego niskiego poziomu w zbiorniku.

Kolejnym bardzo ważnym elementem jest dobór odpowiedniego zaworu oraz średnicy rurki doprowadzającej gaz do reduktora. Zbyt mała średnica może doprowadzić do nagłych spadków ciśnienia podczas przyśpieszania, co może doprowadzić do szarpnięć, wyłączenia instalacji , a co za tym idzie przełączenia na benzynę, lub nawet zatrzymania silnika. Rurka doprowadzająca gaz powinna być zamontowana do podłogi pojazdu od jej zewnętrznej strony w sposób bardzo staranny. Należy zwrócić uwagę na jej zabezpieczenie przed uszkodzeniami mechanicznymi (szczególnie w pojazdach typu SUV lub w autach terenowych) oraz wpływem nadmiernej ciepłoty od układu wydechowego. Rurkę montuje się zwykle wraz z przewodami elektrycznymi do zaworu butli. Przewody w tylnej części odpowiadają za podanie sygnału ilości gazu w butli oraz za napięcie powodujące otwarcie zaworu w butli. Zawór ten jest otwierany synchronicznie z drugim zaworem znajdującym się przy parowniku/reduktorze.

W komorze silnika należy w przemyślany sposób określić miejsce montażu parownika (starsze instalacje)/reduktora (Rysunek 1). Powinien znajdować się on w miejscu łatwo dostępnym , ze względu na późniejsze wymiany filtra fazy lotnej (Rysunek 7) (zwykle znajduje się on przy urządzeniu, kiedy elektrozawór jest przy reduktorze) oraz regulacje lub też jego późniejszą wymianę. Nie powinien znajdować się także powyżej węży od nagrzewnicy. Zwykle jest on ogrzewany poprzez płyn chłodniczy. Miejscem w którym zwykle przyłącza się węże do reduktora jest układ ogrzewania, wstawia się w niego specjalne trójniki. Jest to najlepsze rozwiązanie, ze względu na szybkie nagrzanie się płynu i późniejszą poprawną prace reduktora. W przypadku nieprawidłowego podłączenia węży lub
ustawienia za niskiej temperatury przy której instalacja gazowa zostanie uruchomiona, może nastąpić zamarznięcie reduktora oraz nieprawidłowa jego praca (zbyt mały wydatek). W skrajnych przypadkach może to doprowadzić do jego uszkodzenia, nieprawidłowej pracy lub dostania się gazu LPG do układu chłodzenia, co jest niedopuszczalne. Reduktor posiada obieg płynu chłodniczego tj. króciec wejściowy oraz wyjściowy płynu. Przepływ płynu powinien być oddzielony od części obiegu paliwa gazowego. W przypadku uszkodzenia, ciecz chłodząca może być podawana wraz z paliwem do komory spalania lub paliwo LPG w fazie lotnej do obiegu cieczy chłodzącej. Czujnik temperatury znajdujący się przy reduktorze, powinien zostać podłączony poprzez zlutowanie kabli lub odpowiednie wtyczki do instalacji połączonej z komputerem instalacji gazowej. Należy zwrócić szczególną uwagę na dokładny montaż oraz na ewentualne wycieki, które nie są dopuszczalne. Brak szczelności układu może prowadzić do jego zapowietrzenia ,w skrajnych przypadkach do uszkodzenia
jednostki napędowej.



Rys. 1. Reduktor LPG

 


Rys. 2. Dysza LPG



Montaż dysz wtryskiwaczy gazowych (Rysunek 2) ,( występują tylko w instalacjach sekwencyjnego wtrysku gazu) wymaga demontażu kolektora ssącego. Wiercenie otworów wymaga staranności, nie mogą pozostać opiłki, które podczas pracy silnika dostałyby się do komory spalania silnika. W przypadkach kiedy auto wyposażone jest w plastikowy kolektor ssący, a producent przewidział również wersje jednostki napędowej z metalowymfpodane kolektorem, można zmienić kolektor plastikowy na metalowy. Zabieg taki ma na celu zwiększenie bezpieczeństwa pracy jednostki. Zdarzały się przypadki wybuchu mieszanki w kolektorze. Taki wypadek w kolektorze wykonanym z tworzywa , doprowadza do jego trwałego uszkodzenia. Po „wybuchu” jednostka napędowa wymagać będzie ingerencji mechanika i wymiany kolektora.

 

 

Tabela: Moc przypadająca na jeden cylinder [KM] & Średnica dyszy LPG~[mm]




Podane wielkości dysz (Tabela 1.) są wartościami przybliżonymi zależnymi od typu silnika, wtryskiwaczy gazowych oraz innych czynników związanych z komponentami
instalacji LPG.

 


Rys. 3. Komplet dysz wtryskiwaczy

 


Rys. 4. Listwa wtryskowa wraz z wtryskiwaczami (4 cylindry)






Dysze zamontowane w kolektorze ssącym są połączone z dyszami wtryskiwaczy (Rys. 3) za pomocą gumowych węży. Węże te powinny być na końcach zespolone metalowymi opaskami zaciskowymi. Czas w jakim paliwo dotrze do kolektora ssącego zależy od szybkości podawania paliwa z wtryskiwaczy LPG oraz długości wyżej wspomnianych węży. Prawidłowy montaż przewiduje jak najkrótszą ich długość.

Listwa wtryskowa (Rys. 4) montowana jest zwykle w jak najkrótszej możliwej odległości od kolektora ssącego. Powinna być zamocowana w sposób stabilny. Każdy wtryskiwacz wyposażony jest w gniazdo elektryczne, do którego podłącza się wtyczkę, która doprowadza sygnał z jednostki sterującej. Na rynku występuje szeroka gama wtryskiwaczy różniących się ceną, wykonaniem, głośnością pracy a przede wszystkim szybkością reakcji. Do silników o konstrukcji widlastej stosuje się zwykle dwie listwy wtryskowe dla każdego rzędu cylindrów.


Rys. 5. Mikser-mieszalnik, występuje w instalacjach I i II generacji.

 


Rys. 6. Filtr fazy ciekłej




Starsze instalacje zamiast listwy wtryskowej były wyposażone w mikser. Element ten odpowiadał za rozpylenie paliwa do kolektora ssącego. Paliwo dostarczane było do niego za pomocą gumowego węża, łączącego go z parownikiem. Zwykle na wężu montowana była manualna regulacja dawki gazu lub urządzenie elektryczne, które w czasie pracy w zależności od obciążenia dawkowało przepływ gazu.

Instalacja gazowa wyposażona jest w odpowiednie okablowanie ,w zależności od stopnia rozbudowania. Okablowanie powinno być umiejscowione w komorze silnika w sposób staranny i stabilnie przymocowane. Wszelkie łączenia powinny być lutowane i w odpowiedni sposób izolowane zapewniając bezpieczną pracę.


Jednostka sterująca tzw. komputer instalacji gazowej powinien być umieszczony w miejscu, gdzie nie będzie narażony na wzmożone działanie warunków atmosferycznych oraz ciepłoty układu wydechowego. Zdarzały się przypadki mechanicznego uszkodzenia jednostki np. poprzez wyciek z akumulatora i stopienie komputera sterującego. Uszkodzenie komputera LPG może doprowadzić również do zaprzestania pracy jednostki a benzynie.


Instalacja LPG posiada również bezpieczniki, które powinny znajdować się w widocznym miejscu i ich wymiana nie powinna być trudna.


Instalacje gazowe wyposażone są w filtry gazu. Powinny być one wymieniane zgodnie z zaleceniami producenta. Zwykle wymiany przewiduje się co dziesięć lub piętnaście tysięcy kilometrów. Filtr fazy ciekłej (Rysunek 6) zazwyczaj znajduje się przy wężu poprowadzonym od butli gazu przy reduktorze, a filtr fazy lotnej na gumowym wężu , łączącym reduktor z listwą wtryskiwaczy.


Głównym powodem stosowania w pojazdach instalacji gazowych jest cena tego paliwa wynosząca ok. 50\%{} benzyny bezołowiowej. Biorąc pod uwagę przyrost spalania gazu
z benzyną dla danego silnika na poziomie ok. 10-15\%{} zastosowanie instalacji daje spore oszczędności finansowe.

Silnik o zapłonie iskrowym nie wymaga specjalnych ingerencji w jego budowę w przypadku montażu instalacji.




Rys. 7. Filtr fazy lotnej


Najważniejszą kwestią w instalacjach gazowych jest prawidłowe ich wysterowanie. Sterowanie całą instalacją w instalacjach II, III i IV generacji, odbywa się za pomocą jednostki sterującej tzn. komputera. Instalacje I generacji nie posiadały tego urządzenia i były ustawiane w sposób mechaniczny, za pomocą śrub regulacyjnych, mieszczących się w parowniku, oraz śruby na wężu dostarczania paliwa do miksera. Najnowsze generacje czyli generacje sekwencyjne, posiadają bardzo dużo parametrów, które można ustawić, dostosowując działanie instalacji do danego silnika. W panelu sterującym dobieramy takie parametry jak: ilość cylindrów, poszczególne ich dawkowanie, sygnał z czujnika temperatury, sąd lambda, obroty jednostki napędowej, typ jednostki (doładowana lub wolnossąca), rodzaje zamontowanych wtryskiwaczy gazowych oraz ich oporność, ciśnienie robocze gazu, ciśnienie przy jakim pojazd zostanie przełączony na benzynę (w czasie spadku). Program komputerowy dostosowany do danej instalacji gazowej posiada opcję adaptacji. Funkcja ta pozwala automatycznie dobrać wstępne parametry i ustawić instalację gazową dla danego pojazdu. W czasie przeprowadzania adaptacji, nie powinno się zmieniać parametrów silnika, chyba że program wyświetli komendę np. proszę zwiększyć obroty silnika do 2000 obr/min. Wszelkie układy mogące zwiększyć obciążenie typu klimatyzacja, radio, oświetlenie, powinny być wyłączone na czas przeprowadzenia adaptacji. Jeśli któryś z parametrów będzie odbiegał od przyjętej normy, system powiadomi o tym. Oprogramowanie posiada także funkcję mapy paliwa, gdzie na osiach występują: korekcja czasu wtrysku, czas wtrysku oraz wartość ciśnienia w kolektorze ssącym. Podczas pracy na paliwie gazowym system elektroniczny zapisuje punkty. Po zebraniu odpowiedniej liczby punktów, wykreśla linię tzw. krzywą gazową. System zapisuje również błędy jakie odnalazł podczas eksploatacji. Można zatem w łatwy sposób zdiagnozować nieprawidłowe działanie któregoś z komponentów instalacji. W panelu sterującym możliwe jest także ustawienie poziomu paliwa w butli. Do danej instalacji można zamontować butle o różnej pojemności, które trzeba skalibrować zgodnie z wskaźnikiem paliwa w butli. Ustawia się również czas przełączenia na LPG (zwłoka czasowa) oraz wartość temperatury reduktora przy jakiej system pozwoli na przełączenie na paliwo gazowe. Automatyczne przełączenie na gaz, nastąpi po osiągnięciu odpowiedniej temperatury oraz obrotów silnika. Programy do obsługi instalacji gazowych zwykle są w języku polskim. Istnieje również możliwość zmiany na wybrany język z grupy dostępnych.


Na rysunku 8 widoczne jest nieprawidłowe wysterowanie instalacji gazowej (silnik vw-audi, typ AGU 110kW) Zauważamy spadek mocy w zakresie od około 2000 [obr/min] do ok. 3500 [obr/min]. Krzywa mocy nie powinna mieć  widocznych w opisanym zakresie obrotów silnika spadków. Prawidłowe wysterowanie (benzyna ) widoczne na rysunku 9.



Rys. 8. Wykres z hamowni pojazdu zasilanego gazem LPG.

 

 


Rys. 9. Wykres z hamowni silnika zasilanego benzyna.

Wnioski

Każda instalacja powinna zostać zamontowana zgodnie ze schematem przewidzianym przez producenta. Błędne podpięcie kostek, kabli czy wysterowanie oraz złe dobranie wyżej wymienionych komponentów może doprowadzić do nieprawidłowego działania jednostki napędowej a nawet do jej uszkodzenia. Po zamontowaniu instalacji gazowej, pojazd powinien zostać poddany badaniu, przy użyciu analizatora spalin i spełniać wymagane normy określonych parametrów gazów absorbowanych przez pracującą jednostkę spalinową.

Nie należy montować instalacji na własną rękę. Każdy zakład na zamontowaną instalację musi wydać stosowną dokumentację, w której powinny być wyszczególnione komponenty oraz ich legalizacje i dopuszczenie do użytku. Wskazane jest , żeby całość została objęta minimum roczną gwarancją.

Literatura:


[1]. Niewiarowski K.: Tłokowe silniki spalinowe; WKiŁ, Warszawa 1968

[2]. Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych; Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej; Poznań 1998

[3]. Rychter T.: Teodorczyk A.: Pojazdy samochodowe. Teoria silników tłokowych; WKiŁ, Warszawa 2002

[4]. Piotrowski K. i inni: Podstawy Toksykologii; WNT, Warszawa 2006

Dodaj komentarz