LPG

Základ Technologie

U mnohých lidí přetrvává nedůvěra k pohonu aut na plyn. Je pravda, že v začátcích "plynového automobilismu" občas docházelo k nehodám podomácku přestavěných automobilů. Jenže to se tenkrát vzala klasická propan-butanová lahev od sporáku, která se umístila nejčastěji do kufru nebo za sedačky, a z ní se prostě vedl plyn do motoru gumovými hadičkami (tedy stejně, jako se vede plyn ke sporáku, který ale stojí v klidu v koutě své kuchyně, neklepe se, nenadskakuje na nerovných českých silnicích (nebo snad tankodromech?…) a vůbec zkrátka neklade takové nároky na provoz a zabezpečení, jako tomu zákonitě musí být u automobilu). Ale následující řádky by snad mohly přesvědčit i zatvrzelé skeptiky, že dnes není otázka bezpečnosti v žádném případě opomíjena či zanedbávána.

Nejdřív troška chemie...

Samotný propan-butan je směs dvou uhlovodíkových plynů, propanu C3H8 a butanu C4H10. Jejich poměr se v palivu mění pro letní a zimní období - v zimě se zvyšuje podíl propanu, který má nižší bod varu (-43 °C oproti -0,5 °C u butanu), a proto je schopen lépe se odpařovat i za nízkých teplot. Propan-butan není jedovatý, je pouze nedýchatelný, protože neobsahuje kyslík. Je neviditelný a sám o sobě bez zápachu, ale je těžší než vzduch, takže se drží u země. A při určitém poměru smísení se vzduchem (cca 2-10 % obj.) tvoří výbušnou směs.

...a teď, co s tím?

Aby bylo možno zjistit jeho přítomnost ve vzduchu při případném unikání, "parfémuje" se sloučeninami síry. A protože se, jak už bylo řečeno, drží u země a nelze ho tudíž snadno vyvětrat z níže položených míst, je třeba dodržovat některá důležitá základní pravidla - např. nelze s vozidlem se zabudovaným systémem pohonu na propan-butan parkovat v podzemních garážích a v garážích vybavených montážní jámou (a stejné omezení platí i pro autoservisy).

Dnešní systémy jsou ovšem na špičkové technické úrovni a před schválením musí projít přísnými zkouškami (a nejen z hlediska bezpečnostního). Pro vedení plynu používají ocelové nebo měděné trubičky, chráněné proti korozi, nádrž je tlaková a prochází mnohem tvrdšími testy než obyčejná nádrž benzínová. A mimo to (nebo spíš především) je vybavená pojistným přetlakovým ventilem. Ten při zvýšení tlaku uvnitř nádrže nad 2,5 MPa (rozpínáním plynu při zvýšené teplotě - tedy např. při požáru) zabrání výbuchu tím, že prostě nádrž otevře a odfoukne tolik plynu, aby se tlak snížil na běžnou hodnotu. Takže je vlastně plynová část pohonné jednotky bezpečnější než benzínová.

Princip klasického systému s centrálním směšovačem

Plynové zařízení v automobilu pro alternativní pohon LPG se skládá z těchto komponentů:

• Tlakové nádrže, která je pomocí držáku pevně uchycena ke karoserii vozidla. Nádrž slouží jako zásobník paliva při provozu na LPG. Příslušenství připojené k nádrži se skládá z víceúčelového ventilu, plynotěsné skříňky a přípojky dálkového plnění pro tankování nádrže.

• Víceúčelový ventil zabezpečuje provozní a bezpečnostní funkce:

  • provozní
  • - plnění nádrže do max. 80% obsahu

    - odebírání pohonné hmoty z nádrže

    - ukazatele stavu paliva v nádrži

    - uzavření nádrže prostřednictvím elektroventilu

  • bezpečnostní
  • - zastavení toku paliva při úniku nad 6 1/min. (přetržení potrubí)

    • Spojení motorové části vozu a nádrže zajišťuje oplastované měděné potrubí, vedené pod vozem. V motoru přichází k elektroventilu s filtrem, který uzavírá přívod a výdej LPG. Ventil je spojen s regulátorem a zplynovačem(reduktorem), kde dochází ke změně stavu paliva z kapalné fáze na plynnou. Reduktor je vyhříván chladicí kapalinou z okruhu chlazení motoru. Plynná fáze LPG postupuje do směšovače, který je vložen mezi vzduchovým filtrem a přívěrou vzduchu (škrticí klapkou). Zde dochází ke správnému míchání směsi vzduch - propan butan.

    • Ve spojení směšovače a zplynovače regulátoru je vsazen krokový motůrek, který je spojen s řídící jednotkou LPG. Ta ovládá celý systém provozu na LPG. Pro uživatele je uvnitř vozidla nainstalovaný přepínač paliva benzín - propan butan.

    Vstřikování LPG

    Vstřikování plynu je generačně odlišný systém řešení alternativního pohonu motorových vozidel využívající moderní technologie zvláště na poli elektronického řízení celého systému. U těchto systémů jsou v zásadě možná dvě odlišná řešení. Prvním je vstřikování plynné fáze do sacího potrubí těsně před sací ventil - tímto systémem a jeho variantami se budeme dále zabývat podrobněji. Druhou variantou je vstřik kapalného propan-butanu přímo k sacímu ventilu hlavy zážehového motoru. Tyto systémy jsou zatím u všech výrobců ve stádiu vývoje. Někteří výrobci je již začali zařazovat do nabídek svých montážních dílen, ale po krátké zkušenosti z prototypových zkoušek se projevily zásadní nedostatky v životnosti některých komponentů - zejména vstřikovacích ventilků - a tyto soupravy nedoznaly podstatného rozšíření.

    Vstřikování plynné fáze LPG do sacího potrubí těsně před sací ventil je dnes jediným možným řešením pro přestavbu současných vozidel na LPG. Ve své nabídce má tento systém již většina výrobců. Příprava plynu před jeho mísením do nasávaného vzduchu je v principu shodná jako u klasického podtlakového systému - zplynovač s redukcí tlaku. Dále plyn proudí z reduktoru do tzv. distributoru, event přímo do jednotlivých vstřikovacích trysek, umístěných v sacím potrubí u vstupu do hlavy válců. Množství dávkovaného LPG je řízeno samostatnou elektronickou řídící jednotkou.

    Systémy střikování plynné fáze LPG

    • 1. Kontinuální / digitální vstřik plynu

    Způsobem funkce má tento systém nejblíže k mechanickému kontinuálnímu vstřikování benzínu (nejběžnější BOSCH K-jetronic), pouze dávkování plynu je řízeno elektronicky. Plyn je zde rozváděn distributorem k jednotlivým tryskám, které pouze zajišťují vstřik plynu do sacího potrubí. Veškeré dávkovací a regulační funkce obstarává právě distributor. Trysky mohou být opatřeny beztlakými ventilky, které zlepšují přechodovou fázi z volnoběžného režimu do jízdního režimu. V ČR mají zastoupení např. firmy AG (zařízení DGi), LANDI RENZO, TARTARINI.

    • 2. Sekvenční vstřik plynu

    Jedná se o zatím nejmodernější a nejdokonalejší systém vstřikování plynné fáze paliva. Jako jediný ze systémů pro alternativní pohon plynem je schopen bez následných problémů pracovat ve vozech s řídícími systémy OBDII (USA, Kanada - všechny vozy od roku výroby 2000), či EOBD (Evropa - všechny vozy od roku výroby 2001). Jeho funkce je zdánlivě jednoduchá. Reduktor pracuje shodně jako u systému kontinuálního vstřiku. Vstřikovací trysky jsou zde opatřeny dávkovacími elektrickými ventilky, které přímo zajišťují přesné impulsní dávkování plynu do jednotlivých válců. Řídící jednotka plynového zařízení u většiny systémů řízena pouze impulsy snímanými přímo z benzínových vstřikovacích ventilků. Některé systémy po připojení dalších signálů (otáčky, údaj TPS, údaj kyslíkového čidla) umožňují dodatečnou úpravu parametrů např pro doladění volnoběhu, přechodových režimů, max. výkonu či úsporné jízdy. V ČR je k dispozici např. zařízení holandského výrobce AG, nebo systémy italských firem BRC a Tartarini.

    Působení LPG na motor a ostatní komponenty vozidel

    U vozidel přestavěných na LPG dochází ke změnám v namáhání určitých komponentů; u některých je namáhání a následné opotřebení vyšší, u jiných nižší.

    Více namáhané součásti:
  • Zapalovací soustava
  • – vysokonapěťový obvod (zejména zapalovací svíčky a kabely) musí byt ve 100% stavu, doporučujeme důslednou kontrolu, životnost svíček při provozu na LPG je max. 15.000 km.

  • Výfuková soustava
  • – výfukové plyny mají vyšší teplotu a neobsahují karbon, který obsahuje mastnoty a zanáší výfukový systém povlakem, který jej částečně chrání proti korozi. Při výlučném nebo převážném provozu na LPG výfuk dříve zrezne.

  • Chladicí soustava
  • – pokud není v dobrém stavu a již při provozu na benzin pracuje řekněme nadoraz, může vzhledem k již zmíněné vyšší teplotě spalování dojít k přehřívání motoru. Chlazení je však při provozu na LPG podporováno značným úbytkem tepla při zplynování kapalného PB v reduktoru, který je z tohoto důvodu začleněn do chladicí soustavy motoru a u vozidel v běžném technickém stavu zvýšenou teplotu spalování zcela eliminuje.

  • Zadní náprava
  • – u některých vozidel, zvláště při použití větší plynové nádrže (vzhledem k množství čerpacích stanic v České republice - téměř 1500 - dnes není potřeba používat extrémně velké nádrže na LPG), dochází ke změně rozložení hmotnosti a stabilně vyššímu zatížení zadní nápravy. Z toho vyplývá nižší světlá výška vozu v zadní části a tím snížená průchodnost při jízdě např. po polní cestě. Tento problém je možné řešit podložením zadních pružin, nebo lépe použitím přídavných pružin vyráběných právě k tomuto účelu.

    Méně namáhané součásti:
  • Celý klikový mechanismus motoru
  • – oktanové číslo směsi PB používané pro automobily je výrazně vyšší než u benzinu. Chod motoru je proto znatelně měkčí a tišší; z toho vyplývá výrazně nižší rázové namáhání všech mechanických dílů motoru.

  • Stěny válců, písty a pístní kroužky
  • – již bylo řečeno, že LPG na rozdíl od benzinu nerozpouští olej. Ten je na stěnách válců benzinem částečně smýván, a to nejvíce při studených startech, kdy musí být pro klidný běh motoru nasávaná směs obohacena benzinem např. sytičem, a také při režimu plného výkonu. Toto při provozu na LPG nenastává.

  • Další třecí plochy motoru
  • – motorový olej je méně znečišťován pevnými úsadami, např. karbony, které se při provozu na LPG netvoří, a tím se prodlužuje bezchybná mazací schopnost oleje během jeho životnosti. Nedoporučuje se však prodlužovat výměnný cyklus oleje, pro který je limitní údaj výrobce motoru. Jeho mazací schopnosti se snižují také časem, absorpcí vlhkosti. Proto by v žádném případě jakýkoliv olej neměl projít více než jedním zimním obdobím.

    Obecně lze říci, že při správném zacházení a dobrém stavu LPG soupravy se opotřebování motoru nezvyšuje, v některých případech např. u starších vozů (Favorit/Felicie atd.) se životnost i zvýší.