LPG – wszystkie generacje, od początków do teraz

LPG (Liquefied Petroleum Gas) jest popularnym obecnie alternatywnym źródłem napędu silników spalinowych. LPG został otrzymany po raz pierwszy w 1910 r. przez dr. Waltera Snellinga, a w handlu pojawił się w roku 1912 r. jako wygodne i w miarę bezpieczne paliwo do przenośnych kuchenek gazowych.

W Polsce LPG jest szczególnie popularne, ponieważ mamy stosunkowo niską akcyzę na propan-butan. W efekcie z każdym rokiem na polskich drogach pojawia się coraz więcej samochodów z instalacją gazową. LPG uzyskiwany jest jako produkt uboczny przy rafinacji ropy naftowej. Niewielkie jego ilości otrzymuje się także ze złóż gazu ziemnego, zwykle na początku uruchamiania nowego odwiertu.

LPG jest gazem, który w temperaturze pokojowej ulega skropleniu przy ciśnieniu od 2,2 do 4 atmosfer. Do butli jest pompowany przy ciśnieniu rzędu 6 atmosfer. Butle, w których się go przechowuje i transportuje, napełnia się zwykle do 85 proc. objętości, aby uniknąć rozerwania butli przez rozszerzającą się przy zmianie temperatury ciecz.

Na takiej samej zasadzie napełniane są zbiorniki na LPG montowane w pojazdach. Przeważnie zajmują one miejsce koła zapasowego bądź są osobnym zbiornikiem umieszczanym w bagażniku. Ta pierwsza możliwość jest częściej spotykana, ponieważ zbiornik nie zajmuje przestrzeni bagażowej.

Obecnie na rynku jest już piąta generacja instalacji LPG. W poniższym tekście postaram się pokazać różnice między kolejnymi generacjami.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

W poprzednich generacjach LPG gaz przemieszcza się ze zbiornika do reduktora pod ciśnieniem własnym panującym w zbiorniku. W okresie zimowym przy niskich temperaturach ciśnienie bywa tak niskie, że gaz nie dochodzi do silnika. Instalacja piątej generacji rozwiązuje ten problem.

Kolejną różnicą w stosunku do poprzednich generacji jest brak parownika. Nie ma konieczności stosowania urządzenia, w którym w innych instalacjach gaz w postaci cieczy zmienia się w gaz, ponieważ gaz trafia do silnika w postaci ciekłej.