’Przegląd wykorzystania instalacji autogaz w nowoczesnych rozwiązaniach rynku automotive – LPG w hybrydzie i w silnikach z bezpośrednim wtryskiem benzyny’

Producenci samochodów wciąż szukają sposobów na podniesienie efektywności montowanych w nich jednostek napędowych w celu zmniejszenia zużycia paliwa oraz ograniczenia ilości emitowanych zanieczyszczeń. Wprowadzane na poziomie europejskim regulacje prawne wymagają coraz drastyczniejszego redukowania zawartości szkodliwych związków chemicznych w opuszczających układ wydechowy spalinach. Większość konstruktorów widzi rozwiązanie tego problemu w korzystaniu z dwóch potencjalnie łączących się ze sobą technologii. Z jednej strony będzie to zmniejszanie pojemności silników przy jednoczesnym podnoszeniu ciśnienia dostarczanego do nich powietrza prowadzące do podniesienia efektywności spalania nazywanego downsizingiem. Z drugiej projektanci stawiają na stosowanie napędów hybrydowych, czyli instalacji składającej się z silnika elektrycznego wspomagającego jednostkę benzynową zwłaszcza przy mniejszych obciążeniach oraz układu odzyskującego energię podczas zwalniania i hamowania wyposażonego w wydajny alternator, a także akumulatory pozwalające na magazynowanie energii. Co ciekawe w obu przypadkach – zarówno przy silnikach wykorzystujących downsizing, jak i przy korzystaniu z hybryd – producenci instalacji gazowych dotrzymują kroku najnowszym trendom, proponując rozwiązania, które z powodzeniem mogą podnosić efektywność użytkowania i zmniejszać koszty paliwa przez montaż instalacji gazowej w autach z silnikami o obniżonej pojemności oraz w hybrydach. Przyjrzyjmy się bliżej temu, jak działają wykorzystywane technologie, zobaczmy, w jaki sposób pracują przeznaczone dla nich instalacje autogazu i przekonajmy się, jakie korzyści przynosi ich montaż.

Specyfika silników z bezpośrednim wtryskiem paliwa

Technologia downsizingu stosowana w zdecydowanej większości nowoczesnych jednostek napędowych wykorzystuje dwa podstawowe rozwiązania – zmniejszenie pojemności silnika oraz podnoszenie efektywności spalania przez używanie sprężarek zwiększających ciśnienie powietrza trafiającego do komory spalania, a zatem umożliwiających tworzenie bogatszej mieszanki mimo mniejszej objętości, którą zajmuje. Najważniejszym elementem silnika o zmniejszonej pojemności poza sprężarką staje się również układ podawania paliwa. W tradycyjnych konstrukcjach wyposażonych we wtryskiwacze paliwo było podawane do kolektorów dolotowych, gdzie wraz z powietrzem tworzyło mieszankę wtłaczaną do cylindra. W starszych konstrukcjach używano wtrysku jednopunktowego, w nowszych wprowadzono wtryski wielopunktowe, co daje możliwość precyzyjnego dawkowania paliwa do poszczególnych cylindrów i podnosi zarówno efektywność pracy silnika, jak i oznacza pełniejsze, a zatem czystsze spalanie. Wprowadzenie silników z bezpośrednim wtryskiem paliwa otworzyło jednak możliwości dalszej poprawy uzyskiwanych efektów – ograniczenia spalania oraz jeszcze większego zmniejszania emisji.

W silnikach z wtryskiem bezpośrednim paliwo jest dozowane przez wtryskiwacz umieszczony bezpośrednio w głowicy cylindra, jego dawka trafia więc wprost do komory spalania. Pozwala to na rozwiązanie wielu kłopotów występujących przy spalaniu bardzo ubogich mieszanek, które muszą być dostarczane przy jeździe na niewielkich obrotach i małym obciążeniu silnika. Specyfika pracy wymagająca używania ubogich mieszanek wynika z zasady działania silnika benzynowego, w którym za dostarczaną moc odpowiada wielkość dawki paliwa rozprowadzanego w takiej objętości powietrza, która pozwoli na jego swobodne spalenie. Niezbędna przy małym obciążeniu uboga mieszanka powoduje jednak potencjalne kłopoty z dokładnym spalaniem, zarówno jeśli chodzi o sam zapłon, jak i o powstające spore ilości tlenków azotu. Rozwiązaniem tego problemu okazało się stosowanie odpowiednich systemów ukierunkowujących strumień paliwa, tak, by znalazł się on w pobliżu świecy zapłonowej, a także zastosowanie turbiny skutecznie zwiększającej ciśnienie w komorze spalania.

Silniki z wtryskiem bezpośrednim stały się dziś właściwie obowiązkowym wyposażeniem auta zasilanego benzyną. Ich głównymi zaletami jest możliwość znacznego ograniczenia ilości niebezpiecznych substancji powstających podczas pracy – w tym także tlenków azotu – ale również zapewnienie dobrych osiągów przy obniżonej masie własnej silnika wynikającej z niższej pojemności. Montowanie turbin pozwoliło natomiast na zapewnienie dynamicznych przyspieszeń oraz dało możliwość uzyskiwania podobnych prędkości jak w znacznie większych i cięższych silnikach wolnossących. O ile silniki z bezpośrednim wtryskiem przyczyniły się do redukcji emisji spalin przy jednoczesnym utrzymaniu, a w wielu zakresach poprawie charakterystyki pracy, o tyle pod względem redukcji zużycia paliwa nie osiągnęły aż tak spektakularnego sukcesu; skomplikowanie techniczne oraz wyższe ceny dały skromne rezultaty – mimo oficjalnych katalogowych deklaracji producentów pojazdów. Na szczęście również w silnikach tego rodzaju istnieje w większości przypadków możliwość montażu nowoczesnej instalacji gazowej.

Samochody z napędem hybrydowym

Kolejną próbą poprawy efektywności działania samochodów pod względem ekologii oraz zużycia paliwa, a także zachowania na niezmienionym poziomie możliwych osiągów jest coraz szersze stosowanie przez konstruktorów napędów hybrydowych. Są one alternatywą dla aut całkowicie elektrycznych, które wciąż są kosztowne, a ich zasięg jest na tyle mały, że trudno je uważać za poważną alternatywę dla tradycyjnych aut. Intensywnie promowane samochody elektryczne wymagają także stosowania odpowiedniej infrastruktury w postaci ogólnodostępnych stacji szybkiego ładowania wyposażonych w drogie wydajne instalacje. Wiele pytań rodzi też bezpieczeństwo eksploatacji aut całkowicie elektrycznych – np. sposób gaszenia w razie pożaru. Pamiętajmy także, że energia wytwarzana z węgla nie wypływa pozytywnie na środowisko.

W samochodach hybrydowych układ elektryczny uzupełnia działanie tradycyjnego silnika spalinowego. Konstruktorzy stosują tu kilka różnych rozwiązań, w których udział napędu elektrycznego podczas korzystania z pojazdu może być na różnym poziomie. W najprostszych rozwiązaniach stosowany jest specjalny wzmocniony alternator połączony z silnikiem elektrycznym. Jest on używany do uruchamiania pojazdu oraz często wspomaga jazdę z niewielkimi prędkościami, a przez większość czasu jego rola ogranicza się do pozyskiwania energii dla ładowania akumulatora. Bardziej złożone jest działanie pojazdów tzw. mild hybrid, co bywa tłumaczone jako miękka lub łagodna hybryda. W tym przypadku, poza wspomaganiem rozruchu, silnik elektryczny wspiera jednostkę napędową przy gwałtownym przyspieszaniu, zwykle odzyskuje także energię podczas hamowania i wykorzystuje ją do zasilania akumulatorów.

Pełne hybrydy to pojazdy, które są wyposażone zarówno w silnik spalinowy, jak i wydajny silnik elektryczny. Podobnie jak w przypadku aut typu mild hybrid system elektryczny wspomaga rozruch oraz jazdę, ma także zaawansowane możliwości odzyskiwania energii w czasie zwalniania i hamowania. Różnicą jest jednak to, że pełna hybryda może także poruszać się wyłącznie dzięki napędowi elektrycznemu. Jest to szczególnie użyteczne na krótszych dystansach np. przy częstej jeździe po mieście. Coraz częściej oferowane są także rozwiązania, w których silnik spalinowy nie jest podłączony do układu napędowego pojazdu, a pełni jedynie rolę generatora prądu, który dba o pełne naładowanie baterii.

Technologia łączenia różnych silników daje znaczne oszczędności, jeśli chodzi o koszt przejechania jednego kilometra, głównie za sprawą efektywnego odzyskiwania energii. Specyfika hybryd, a więc konieczna obecność silnika spalinowego sprawia jednak, że ich działanie może być dodatkowo usprawnione. Silnik spalinowy hybrydy, zamiast benzyną może być bowiem z powodzeniem zasilany znacznie tańszym autogazem, a producenci instalacji LPG oferują rozwiązania, które można montować w najpopularniejszych autach tego rodzaju np. Toyocie Prius.

Instalacje gazowe do nowoczesnych silników

Mimo dużego postępu w dziedzinie stosowanych we współczesnych autach technologii napędów i wprowadzania coraz to nowych rozwiązań, mających spełniać zaostrzane normy środowiskowe, nadal trudno liczyć na rzeczywiste ograniczenie zużycia paliwa i widoczne zmniejszenie kosztu przejechania jednego kilometra. Odpowiedzią na zapotrzebowanie rynku wynikające z wysokich cen paliwa, jest opracowanie instalacji LPG, które mogą być wykorzystywane w niemal każdej, nawet najbardziej zaawansowanej jednostce napędowej.

Instalacje gazowe przeznaczone do aut z wtryskiem bezpośrednim mogą wykorzystywać dwa sposoby zasilania – z wykorzystaniem gazu w fazie ciekłej i użyciem systemu paliwowego auta albo z tradycyjnym pośrednim wtryskiem gazu oraz stosowaniem tzw. dotrysku paliwa przez oryginalne wtryskiwacze. System wtrysku gazu w fazie ciekłej oznacza instalację, która składa się z mniejszej ilości elementów – zbędny staje się tu reduktor czy oddzielne wtryskiwacze. Korzyścią będzie praktyczne wyeliminowanie konieczności używania benzyny, natomiast mankamentem jest wysoki koszt montażu instalacji, w większości przypadków będący na krawędzi opłacalności (sugerujemy samodzielne sprawdzenie opłacalności i podjęcie decyzji). W przypadku instalacji z dotryskiem paliwa wymagany będzie montaż całego tradycyjnego układu gazowego, a także zużywania niewielkiej ilości benzyny, mimo tego instalacja będzie znacząco tańsza.

Instalacje z dotryskiem benzyny wydają się znacznie bardziej ekonomiczne, ponieważ mogą znacznie szybciej się zamortyzować. Zaletą jest tu także pełna ochrona wtryskiwaczy, które dzięki systematycznemu podawaniu niezwykle małych dawek paliwa są odpowiednio smarowane i chłodzone. W systemach z dotryskiem wymagana jest dobra współpraca sterownika instalacji gazowej z komputerem samochodu, który musi otrzymywać emulowane dane na temat zużycia i ciśnienia podawanego paliwa. Konieczne jest więc dokładne dopasowanie sterownika do konkretnej jednostki napędowej. Renomowani producenci instalacji gazowych, takich jak choćby system Zenit DIRECT, dostarczają urządzenia, które poza wysokiej jakości elementami mechanicznymi i zaawansowaną elektroniką dysponują oprogramowaniem ściśle dostosowanym do konkretnego silnika. Dzięki takiemu połączeniu nie ma problemów z efektywnych działaniem instalacji LPG, a jej eksploatacja w żaden sposób nie wpływa na żywotność silnika czy jego poszczególnych podzespołów.

Mimo ciągłego rozwoju jednostek napędowych w nowoczesnych silnikach autogaz pozostaje atrakcyjną alternatywą dla kierowców szukających możliwości zmniejszenia kosztów eksploatacji pojazdów. Najlepszym przykładem możliwości, jakie dają instalacje LPG, jest ich powszechny montaż w hybrydach wykorzystywanych przez przedsiębiorstwa taksówkarskie. Połączenie zaawansowanego systemu odzyskiwania energii z używaniem gazu sprawia, że cena paliwa znacząco się zmniejsza, a auto nic nie traci ani na swoich osiągach, ani na żywotności poszczególnych podzespołów.

W poniższym filmiku można zobaczyć, jak działa samochód hybrydowy z naszą instalacją ZENIT Blue Box. Testował go dla Państwa Zachar, filmik dostępny jest pod tym linkiem: https://www.youtube.com/watch?v=9Ipqpf1FFCc&ab_channel=ZacharOFF