Elektromos a jövő? – IV. rész: Az LPG

Ha valakinek még ismeretlen az autógáz, annak esetleg meglepő lehet, hogy az LPG-s autók ugyanazzal a gázzal működnek, mint ami abban a gázpalackban van, amivel kempingezéskor főzünk, vagy amivel Józsi bácsi félrészegen a biciGlivel támolyog hazafelé a gázcsereteleppel egybeépített presszó műintézményéből.

Walter O'Snelling
A PB gáz feltalálója

Az LPG-s járművek hajtóanyaga valójában nem más, mint a PB, azaz a Propán-Bután gáz. Ezt (illetve valójában a propángázt) Walter O. Snelling fedezte fel 1910-ben. Ő ekkor még „vad benzinnek” (wild gasoline) nevezte, a gyors párolgása miatt.

Az LPG rendszerek felépítése

Az LPG rendszerek rengeteget fejlődtek az elmúlt évtizedek során, a kezdeti „zuhanyrózsás” keverő helyett ma már hengerenkénti gázinjektorok, sőt, a közvetlen benzinbefecskendezéses motorokban az eredeti, gyári benzin befecskendezőt gázra is használó rendszerek jelentek meg, ám egyvalami alig változott, ez pedig a tartály.

A tartály

A hazai szabályozás szerint a tartály a motortéren kívül bárhol lehet az autóban, ha teljesülnek az alábbi feltételek:

  • nem érintkezhet közvetlenül kipufogógázzal
  • a kipufogógáztól vagy a motor hőtermelésétől nem melegedhet fel.
  • ha a tartály bármely pontja a kipufogótól 10 cm-nél kisebb távolságban van, akkor ott hővédő lemezt kell alkalmazni
  • LPG tartályok
    Felül a hagyományos, alul a pótkerék, avagy toroid tartály

    közvetlen napsugárzástól, vagy más, nem a járműből származó hőforrástól nem melegedhet fel

  • a jármű első tengelyének vonalánál nem lehet előrébb a tartály szimmetriatengelye
  • a tartály, a rögzítése és a vele összekötött szerelvények az utasok és a rakomány (vagy a rakodás) miatt nem sérülhet
  • a beépítéskor érvényes műbizonylattal kell rendelkeznie
  • nem lehet sérült sehol, még a festékréteg sem
  • csak a multiszelepen feltüntetett szögérték betartásával szerelhető be (ez csak hengeres tartály esetében értelmezhető, hiszen a toroid tartályt értelemszerűen vízszintesen kell beépíteni)
  • 20 mm2 keresztmetszetű acélszalagokkal, úgy kell rögzíteni, úgy, hogy balesetnél sem fordulhasson elő az, hogy a tartály leszakad vagy elszabadul
  • az acélszalagok és a tartály közé pedig „korróziógátló közbetétet”, azaz a gyakorlatban műanyag vagy gumiszalagot kell elhelyezni
  • a kocsiszekrény vagy az alváz csavarodása nem hathat károsan a tartályra
  • kívülről korrozióvédő bevonattal kell ellátni (ez általában a gyakorlatban a sima fekete festéket jelenti)

[Forrás: Antal-Bognár-Németh-Pordán: Gázüzemű járművek (Jaurinum Bt., Győr, 1993. p46-48)]

A külső pótkerék helyére felszerelt toroid tartályok esetében nem követelmény a tartályt védő „páncél”, ami pedig véleményem szerint balesetvédelmi szempontból fontosabb lenne, mint a tartályt fedő festékrétegen lévő karcok.

LPG pótkerék tartály
Toroid LPG tartály beépítve

Be a pótkerék helyére!

Manapság sokkal elterjedtebbek a toroid, avagy köznapi nevükön a pótkerék tartályok. Ezek a pótkerék üregben kerülnek elhelyezésre. Előnyeik, a hagyományos hengeres társaikhoz képest:

  • a csomagtartó teljes területe továbbra is igénybe vehető
  • a hátsó ülések ledönthetők maradnak, ami – főleg kombi és három- ill. ötajtós karosszériaváltozatoknál – jelentős előny
  • a tartály eleve a csomagtartó legmélyebb pontján van, így jobb és biztonságosabb a szellőzése
  • a benzinbetöltő mellé elhelyezett töltőcsonk kivitelezéséhez általában kevesebb karosszériafúrásra van szükség
  • egy, a pótkeréküreg alján fúrt nyílással megoldható az összes cső- és elektromos vezeték ki- és bevezetése, valamint a szellőzés

A toroid tartályoknál a multiszelep általában a toroid forma belső nyílásában van, de igény szerint lehet külső szelepes változatot is vásárolni.

Nyomáspróba és szabályok

A multiszeleppel ellátott tartályokat 30 barral nyomáspróbázzák, 1 percig teszik ki ennek a nyomásnak, ez idő alatt nem jöhet létre puffadás, áteresztés, szivárgás, repedés vagy elhúzódás. Ezen kívül a gyártónak (vagy adott esetben a forgalmazónak) kötelessége minden 100 tartályból egyet robbanási próbának alávetnie, ami azt jelenti, hogy megmérik, mi az a nyomás, amelyet még maximálisan elvisel a kinyílása előtt. [Forrás: Antal-Bognár-Németh-Pordán: Gázüzemű járművek (Jaurinum Bt., Győr, 1993. p46-48)]

Bármely tartály csak annak 80 %-áig tölthető, mivel így marad annyi összenyomható, gázfázisú tér, mely biztosítja, hogy egy teletankolt tartály nyomása akkor is bőven az említett 30 bar alatt maradjon, ha az autó mondjuk nyáron, a tűző napon parkol hosszú órákig.

Az autógáz tartályok szivárgásvizsgálatát minden műszaki vizsga előtt, a gázbiztonsági szemle alkalmával el kell végezni, ez azonban nem jelent nyomáspróbát, csak műszeres szivárgásvizsgálatot. A nyomáspróbát autógáz tartályoknál 10 évente kell elvégezni, a tartályok maximális élettartama pedig vagy az, amit a tartály gyártója megad, vagy pedig 20 év, amelyik rövidebb. Erre a nyomáspróbára a gyakorlatban az LPG tartályoknál azért nem szokott sor kerülni, mert a gyártók eleve csak 10 évet szoktak megadni a tartály élettartamaként.

A multiszelep

A multiszelep – ahogy az a nevéből is következik – egyszerre több feladatot lát el: a tartály tölthetőségének 80 %-ra való korlátozása, a töltöttségi szint kijelzése, túlnyomás esetén a túlnyomás elengedése lefúvatással, a gáz betöltésének és kivételének biztosítása. Az újabb modellek egy plusz biztonsági mágnesszelepet is tartalmaznak, ez a gyújtás levételekor, ill. benzinüzemben zárja a gáz kiáramlásának útját. Egyébiránt ez utóbbi szelepnek a megléte szükséges a mélygarázsokban való parkoláshoz. Szintén újabb biztonsági összetevő az ún. olvadó szelep, mely tűz esetén elolvad, és folyamatosan engedi ki a gázt, így a tartály a nagyon magas hőmérséklet miatt nem tud felrobbanni. Erre a célra a hatályos szabályozás szerint maximum 250 Celsius fokos olvadáspontú fém használható. [Forrás]

A betöltés a korai változatokban még egy kézi szelep kinyitásával volt lehetséges, ez mára már idejétmúlt megoldássá vált, ma ez a működés most már automatikus, egy visszacsapó szelep valósítja meg, melyet 6 db csavar rögzít a tartályba. [Forrás]

A tartályból varratmentes réz csövön vezetik előre a folyékony LPG-t a reduktorig, és bár a korrózióvédelemmel ellátott acélcső is megengedett, ennek alkalmazása marginális. A csövek szakítószilárdságának 250 és 350 N/mm2 közöttinek kell lenni, falvastagságuknak pedig 8 mm átmérőig 1 mm-nek, 8-12 mm átmérőig pedig 1,5 mm-nek. 12 mm-nél nagyobb átmérőjű cső nem alkalmazható. Számos egyéb biztonsági előírás is van, pl. a minimális hajlítási sugárra, a csőkötésekre, a felfogatásokra vonatkozóan, de ezekre most nem térünk ki. [Forrás: Antal-Bognár-Németh-Pordán: Gázüzemű járművek (Jaurinum Bt., Győr, 1993. p46-48)]

Ezen a ponton véget is ért még az érintőleges hasonlóság is a karburátoros autók, és a modern autók gázrendszerei között, így ezeket innentől külön tárgyaljuk.

A karburátoros autók „keverős” gázrendszere

Az előremenő cső motortér felőli végén egy gáz-elzáró szelep, hivatalos nevén „gázleválasztó szelep” van, mely lehet vákuumvezérelt vagy elektromos működtetésű is, feladata, hogy a gáz beáramlását megakadályozza a reduktorba akkor, ha nem, vagy ha benzinüzemben megy a motor. A legrégebbi rendszerekben ez volt az egyetlen biztonsági elem, mely megakadályozta a leállított autókból a gáz kiszivárgását, és – főleg a vákuumos megoldások – nem voltak kielégítően biztonságosak, ezért kellett később, a modernebb rendszerekben elhelyezni a multiszelepbe épített biztonsági mágnesszelepet is.

Folyékony gázszűrő
Folyékony gázszűrő

Előfordul, hogy gázleválasztó szelep házában, az elzárószerelvény előtt helyezik el folyékony gázszűrőt is.

 

A benzin elzárószelep az üzemanyagszivattyú és a karburátor között helyezkedik el, és feladata, hogy megakadályozza a benzin motorba áramlását gázüzemben.

Az üzemmódváltás művészete

Az üzemmód váltás ezeknél a rendszereknél igen bonyolult és nehézkes volt a maiakhoz képest. A modern üzemmódváltó kapcsolók csak egy mikrokapcsolóval rendelkeznek, mely csak a gáz ECU-nak ad jelet, amely intézi ezután a gázszelepek nyitását, a benzininjektorok kikapcsolását, és így tovább (részletesen lentebb).

A karburátoros üzemnél azonban nem lehet egyből átkapcsolni, mert ha ez történne, akkor az úszóházban lévő benzin és a bekevert gáz annyira túldúsítaná a keveréket, hogy a motor leállna. Ezért a kapcsolón van egy köztes állás, amely mindkét szelepet egyszerre tartja zárva. A vezetőnek figyelnie kell, hogy mikor kezd el elfogyni a benzin az úszóházból, és még mielőtt ez megtörténne, átkapcsolni gázra. De persze arra is kell időt hagyni, hogy a gáz a reduktorban elpárologjon, és megérkezzen a keverőszelephez. Éppen ezért a korai rendszerek használói általában csak egy üzemállapotban (többnyire meleg alapjáraton) tudtak biztonságosan üzemmódot váltani, úgy, hogy kitapasztalták, hogy hányig kell elszámolni a kapcsoló a köztes állásában, mielőtt gázra váltanának.

Gondoljunk bele mennyire lenne ez manapság biztonságos, mondjuk egy autópálya belső sávjában nagy sebességgel előzve, számolgatva, és figyelembe véve azt is, hogy az éppen adott motorfordulaton mennyivel hamarabb fogy ki az úszóház, mint mondjuk alapjáraton. Gázról benzinre váltva a folyamat fordított, ekkor mindkét szelep nyitva van, hiszen addig még gázzal kell mennie a motornak, amíg az úszóház meg nem telik.

Az ilyen rendszerrel felszerelt autókat mindig benzinüzemben kellett leállítani, hiszen a gáz hideg motornál nem párolog el a reduktorban, így azzal indítani nem lehet, és benzinnel sem, mert ha gázüzemben állítottuk le az autót, akkor az úszóház teljesen üres. Ekkor csak hosszas indítózás után volt képes feltölteni a mechanikus üzemanyagpumpa a karburátort, és csak így indult be a motor. Ez utóbbi eset alól természetesen kivételt képeznek azok az igen ritka autótípusok, ahol a karburátort elektromos tápszivattyú látta el benzinnel.

A reduktor

Vákuumos autógáz reduktor
Autógáz reduktor karburátoros rendszerhez

A reduktor nevével ellentétben nem csak a gáznyomás csökkentését végzi, sőt, tulajdonképpen ez a keverős rendszerek legfontosabb alkatrésze. Az első fázisban a folyékony gáz elpárologtatása történik meg, ill. maga a nyomáscsökkentés, a bevezetett 6-8 (sőt nagyon meleg időben akár 15-20 bar) nyomásból itt lesz csupán 0,6-0,8 bar. A párolgás jelentős mennyiségű hőt von el, ezért a szelep(ek) elfagyásának megakadályozása érdekében a reduktort a hűtővízzel fűtik.

A második lépésben történik meg a motor aktuális üzemállapotának megfelelő gázadagolás. A reduktor mindössze három bemenő jel alapján dolgozik, az első a motorhőmérséklet (ezt a bevezetett hűtővíz alapján tudja érzékelni), a második és harmadik pedig a szívócső és a keverőcső nyomásviszonyai. Mivel a szabályozás a szívócsővákuum és a keverőcső nyomásának különbségét érzékelő membránok segítségével történik, fontos, hogy ezek a membránok párhuzamosak legyenek az autó hossztengelyével, hogy a jármű hosszirányú gyorsulása (mely jellemzően hosszabb időtartamú, mint a csak kanyarokban fellépő keresztirányúak) ne befolyásolja a keverékképzést. A motorhőmérséklet alacsony értéke esetén a reduktor némileg dúsítja a keveréket, általában egy elektromágneses szelep segítségével.

A keverőfejek

Zuhanyrózsás LPG keverő
Ebből jól látszik, hogy mitől is nevezik ezt „zuhanyrózsásnak”

A reduktorból kisnyomású gázcsövek futnak a keverőhöz. Ezeknek két alapvető típusát különböztetjük meg.

Az első típusba az ún. valódi keverők tartoznak, ame­lyek a karburátor Ven­turi csövei előtt helyezkednek el. Ezek hazánkban vi­szonylag gyakoriak vol­tak, innen is kapta a becenevét a keve­rős rendszer: zuhanyrózsás. A keverő itt valóban kör alakú és valóban kis nyílások vannak rajta, mint a zuhany­rózsán, de ezek a nyílások a kör belseje felé néznek. A valódi keverők előnye, hogy – bár nem túl hatékonyak, hiszen a karburátortól aránylag messze vannak – viszonylag stabil működésűek és a többi megol­dáshoz képest aránylag kis átalakítással beépíthetők.

Lemezes keverő
Lemezes keverő Bosch K-Jetronic rendszerhez

A Venturi csövek után el­helyezett keverőknek több altípusa van, az első az ún. lemezes keverő, ezt a szívócső és a karbu­rátortalp közé kell sze­relni. Ez esetben nem a szívócső vákuumot kell a reduktorba vezetni (hi­szen ilyenkor a keverő­cső nyomása egyenlő a szívócső nyomá­sával), hanem a fojtószelep feletti nyo­mást. Központi injektoros rendszerekhez is ez alkalmazható, ebben az esetben a MAF szenzor elé kell beépíteni.

A máso­dik altípus az együttes keverő, mely tulaj­donképpen egy 45 fokban levágott rézcső, befúrva a karburátorba. A legkedvezőbb helyzete akkor van, ha sikerül a Venturi cső legszűkebb keresztmetszete alatt 2-3 mm-rel elhelyezni. Léteznek még ún. villás keverők, melyek – bár jó hatásfokúak, mivel a gáz belépési pontja a legnagyobb depresszió pontjával esik egybe – nem igazán terjedtek el, mert a karburátor jelentős átalakítását kívánják meg.

Szekvenciális gázrendszerek

A hengerenkénti befecskendezős motorokban manapság általában ún. szekvenciális gázrendszereket alkalmaznak, melyek alapvető különbségeket mutatnak az eddig megismert „keverős” rendszerekhez képest. A legfontosabb előnyük, hogy a PB gáz benzinnél nagyjából 30 százalékkal alacsonyabb fűtőértéke ellenére is csak 10-15 %-os fogyasztástöbbletet produkálnak, ami a gáz pontosabb adagolásának köszönhető. A szekvenciális rendszerek a jobb fogyasztás miatt a keverős LPG-hez képest kisebb CO2 kibocsátással bírnak, miközben a jobb hatékonyság miatt még alacsonyabb a HC koncentráció.

A különbségek a reduktornál kezdődnek, a betöltőcsonk, a tartály, a multiszelep gyakorlatilag azzal azonos, amit az előző pontban már tárgyaltam.

A reduktor egyszerűbb lett

A reduktor szerepe a leegyszerűsödött, hiszen az üzemanyag a motor üzemállapotaihoz igazított adagolása már nem tartozik a feladatai közé, csak a nyomáscsökkentés, párologtatás, és ami talán a legfontosabb, a kimeneti nyomás állandó értéken tartása.[Forrás] Mivel itt már nincsenek a gyorsulásokra érzékeny membránok, a reduktor a jármű hossztengelyére merőlegesen vagy azzal párhuzamosan is beépíthető. A szekvenciális rendszerek lényegesen magasabb (1,2-1,5 bar körüli) nyomást igényelnek az alacsony nyomású oldalon, ráadásul ennek állandóságára nagyon kényesek. Ezekben a modern reduktorokban is találhatunk folyékony gázszűrő betétet, melynek csereperiódusa általában 1 év vagy 15 000 kilométer. A szűrő cseréjekor hasznos, ha ellenőrizzük, szükség esetén beállítjuk a reduktor utáni alacsony nyomást.

A kisnyomású gázszűrőn (amelyet légfázisú, vagy légnemű szűrőnek is neveznek) áthaladva a gázinjektorokhoz alacsony nyomású gázcsöveken jut el az LPG. A reduktorból induló cső egy rail csőbe (hivatalos nevén gázelosztó cső) torkollik, amelyből mindegyik injektor felé megy egy leágazás. A szívócsőbe speciális csőelemek vannak befúrva, lehetőség szerint minél közelebb a szívótorokhoz, és ezeket egy-egy, a lehető legrövidebbre méretezett cső köti össze a gázinjektorokkal. Fontos, hogy ez utóbbi rövid cső minden hengernél azonos hosszúságú kell hogy legyen az egyenletes keverékképzés érdekében.

A rendszer lelke: a gázinjektor

Az LPG befecskendező metszete
Egy LPG befecskendező metszeti képe

A gázinjektorok még a szekvenciális rendszereken belül is eltérést mutatnak, vannak ún. harmadik és negyedik generá­ciós szekvenciális rendszerek. A harma­dik generációsok injektorai nagyobb kés­leltetéssel működnek, cserébe ellenállá­suk is nagyobb (10-15 Ohm), így nem terhelik annyira a gáz ECU végfokait. A negyedik generációsok injekto­rai kisebb, mindössze 2-4 Ohmos ellenállással rendelkeznek, így jobban terhelik a végfokokat, cserébe nyitási késleltetésük mindössze pár tizedmásodperc. Az előbbiek a régebbi, EURO II-es és EURO III-as motorokhoz ajánlottak, az ennél újabbak már a negyedik generációsokat igénylik. Az injektorok belső, mozgó alkatrészeit leragadást, illetve elfagyást megelőző bevonattal kezelik, ezzel is növelve az üzembiztosságot. Felépítése és működése nagyon hasonló a hagyományos benzininjektorokhoz, itt is egy szolenoid mozgatja a befecskendező zárótüskéjét, egy arra ráhúzott állandó mágnes segítségével. A különbség a felhasznált anyagok terén van, mivel a gázinjektoroknál értelemszerűen nem lehet számítani a benzin kenőképességére, éppen emiatt van a már említett bevonat is.

A rendszer agya: a gáz-ECU

A rendszer legfontosabb alkotórésze a gáz-ECU, avagy a gázkomputer. Elsődleges feladata a gázinjektorok nyitási idejének meghatározása, és azok vezérlése. Ehhez alapvetően elegendő lenne a benzin injektorok vezérlése kimenő jelének korrigálása is, ám a modern gázvezérlők ennél jóval több információt dolgoznak fel a minél pontosabb adagolás megvalósítása érdekében. OBD-n keresztül csatlakoznak a motorvezérlőhöz, ahonnan kiolvassák a lambda (avagy oxigén-), a MAP, és a MAF szenzorok jeleit, a beszívott levegő hőmérsékletét, a fordulatszámot és a motorhőmérsékletet. [Forrás] (Természetesen nem minden motortípus esetén szükséges vagy lehetséges az összes fenti bemenő jel olvasása.) Beépített gyújtástérképet már eleve tartalmaznak, melyet azonban a motor különböző üzemállapotaiban érvényes, a motorvezérlő által meghatározott előgyújtások függvényében korrigálni is tudnak, ez az ún. öntanuló funkció. A gázkomputer számára legalapvetőbb jelet, a benzin injektorok nyitási időpontjait és időtartamát közvetlenül az injektorok vezérlő jeleiből állapítják meg, hiszen ezeket a vezetékeket keresztül kell vinni a gázvezérlőn, mivel gázüzemben a benzin injektorok tiltásra kerülnek, így ekkor nem a benzin injektorokon, hanem egy, a gázvezérlőbe épített emulátoron keresztül folyik át a vezérlő áram. Ez utóbbi azért van, hogy a motorvezérlőt „becsapják”, és az gázüzemben se írjon be vezetékszakadásos hibakódot a benzin injektorokra vonatkozóan. Még egy pár bemenő jelet kell megemlíteni: a reduktorból érkező magasnyomású oldal nyomása és a gázhőmérséklet, a légnemű szűrő utáni nyomásérték, illetve az utastérben elhelyezett üzemmódváltó kapcsoló állapota.

A gázkomputer a következő aktuátorokat működteti: gázinjektorok, a reduktoron elhelyezett és a tartályon elhelyezett gázszelepek, benzininjektor-emulátorok. Ezek mellett az utastéri üzemmódváltó kapcsoló üzemmód-visszajelző LED-jét, és a tartály telítettség jelzőjét is.

De mitől jobb a szekvenciális?

A szekvenciális rendszerek lényegesen felhasználóbarátabbak, mint a keverősök, hiszen működésük teljesen automatikus. A hidegindítás benzinnel történik, majd két paraméternek kell megfelelni a gázüzemre való váltáshoz: a motorhőmérsékletnek el kell érnie az előre megadott értéket (általában 60-90 Celsius fok között), illetve a motorfordulatszámnak el kell érnie legalább egyszer egy szintén előre definiált értéket (általában 1500 /min körüli érték).

Amíg ezek nem teljesülnek, az üzemmód-váltó kapcsolón lévő LED zöld színnel villog (vagy ha két LED van rajta, egy a gázüzemnek, egy a benzinnek, akkor a gázüzemet jelző villog), amikor pedig megtörténik a váltás, akkor a LED világítani kezd. Ha a felhasználó benzinüzemre, vagy onnan visszavált, az azonnal, gyakorlatilag rángatásmentesen történik meg, hiszen a benzininjektorok ki- és a gázinjektorok bekapcsolása késedelem nélkül meg tud történni, nincs semmilyen úszóház, vagy egyéb puffer, amit előbb le kell üríteni. A gázvezérlő képes arra, hogy ha hosszabb benzinüzemben a légnemű szűrő mögötti alacsony gáznyomás lecsökken, akkor kis időre benzinüzemben is megnyissa a gázszelepeket, hogy a nyomás helyreálljon, és a benzinről gázüzemre történő váltás ne szenvedjen késedelmet.

A szekvenciális gázrendszerek egy egyelőre kevésbé elterjedt altípusa a folyékony gázbefecskendező, amelyre a közvetlen befecskendezéses benzinmotorokhoz tartozó gázrendszereknél térünk ki, azzal a megjegyzéssel, ezek akár hengerenkénti, szívócső-befecskendezésű motorokban is alkalmazhatóak.

Kihívások közvetlen benzinbefecskendezéses motorok esetén

A közvetlen benzinbefecskendezéses motorok esetében a legnagyobb kihívás az, hogy a közvetlenül az égéstérbe benyúló benzinbefecskendezőket ne tegyük tönkre. Azokat ugyanis a rajtuk keresztülhaladó, és az általuk beporlasztott benzin hűti, ami különösen magas motorterhelés mellett fontos, ha pedig ez a hűtés teljesen kiiktatásra kerül, akkor az injektorok súlyosan károsodhatnak. Ugyanakkor egy nem feltétlenül várt előnye is van a gáznak: a benzinből koromrészecskék is keletkeznek az égés során, melyek a szelepösszenyitás időtartama alatt a szívócsőbe visszaáramlanak, és a szívószelepeken lerakódásokat képeznek. Ezeket több módszerrel, például dióhéj-őrleménnyel való részecskeszórással lehet, és kell is tisztítani. A gáz elégetésekor azonban gyakorlatilag nem keletkezik korom, ezért ez a tisztítás a gázzal üzemelő közvetlen befecskendezéses motoroknál nem szükséges.

A direktbefecskendezéses motorok LPG átalakítására két megoldás kínálkozik, az egyik a folyékony LPG, avagy Liquid LPG rendszer, a másik pedig a szívócső befecskendezés, kis mennyiségű benzin adagolással.

A szívócső befecskendezéses megoldás

A CNG-s VW motor üzemanyag-ellátó rendszerének robbantott ábrája
A VW CDGA motor üzemanyagellátó rendszere. 1 – benzin rail cső; 2 – közvetlen benzinbefecskendező; 13 – CNG rail cső; 14 – szívócső gázinjektor; 21 – reduktor (Forrás: 7zap.com)

Ennek bemutatásánál a Volkswagen CDGA motorkódú motorját vesszük ala­pul, amely egy 1,4-es TSI, és földgáz­üzemű, de – mivel a földgá­zos és LPG-s rendszerekben lényeges különb­ségek csak a reduktor előtti magas nyomású ol­dalon vannak – ez most a mi szempontunkból nem lényeges.

Ez a motor kifejezetten erre a kettős üzemre lett kifejlesztve, számos alkatrész tekintetében tér el a „sima” benzines 1.4 TSI-től. Mivel gyári megoldás, így nem je­lentett gondot az, hogy csak egy motorve­zérlő ECU van, amely a gázvezérlési funk­ciókat is el­látja. Ez utóbbi azért fontos, mert a gáz- és benzinüzem átváltása nem kőbevésett, amennyiben a motorvezérlő a hengerfej melegedését érzékeli, vagy a megemelkedő terhelésből ennek rövid időn belül történő bekövetkezését valószínűsíti, kis mennyi­ségű benzint fecskendez be az égéstérbe a gáz mellé, így megoldva a hűtés problémá­ját. Ekkor azonban a befecsken­dezett gáz mennyiségét arányosan csök­kenteni kell, hogy a keverékképzés egyen­súlya ne borul­jon fel. Erre alapvetően egy utólagosan be­épített rendszer is képes, de egy gyári, lé­nyegesen nagyobb költségrá­fordítással, több teszttel és adott motorra specifikusan kifejlesztett rendszer a feladatot üzembiztosabban és kisebb benzinfogyasztás mellett tudja megoldani.

A Liquid LPG

Az, hogy az égéstérbe közvetlenül juttassunk be PB gázt, kiváló ötletnek tűnik, mivel

  • nincs szükség reduktorra;
  • a folyékony halmazállapotban befecskendezett gáz a hengertérben párolog el, így hőt von el, ami így több levegőt és tökéletes égést, nagyobb teljesítményt jelenthet;
  • nem károsodnak a benzinbefecskendezők, hiszen a párolgó LPG még jobban hűti őket, mint amennyire a benzin tenné;
  • nincs hozzáadott benzin, így a benzinfogyasztás gázüzemben nulla,

és még sorolhatnánk.

Ez eddig az elv, a gyakorlatban azonban számos probléma merül fel. Az első és legfontosabb az ár: addig, amíg napjainkban egy négyhengeres, szívócső befecskendezéses rendszer beépítése nagyjából 200 és 300 ezer forint közötti áron valósítható meg jó minőségű alkatrészekkel, addig egy Liquid LPG költsége minimum félmillió forint.

A következő probléma a tankba épített tápszivattyú, mely az LPG nyomását növeli, és a szállításért is felel. Ennek is gyakori a meghibásodása, mint ahogyan az injektoroknak is, amelyek lefagynak vagy elkoszolódnak LPG üzemben.

 

Jellemző meghibásodások

Fentebb a folyékony LPG injektorok problémáiról írtam, de korántsem hibamentes a többi LPG rendszer sem. Alább csak a legjellemzőbb problémákat említem meg, természetesen ezen kívül bármi más összetevő vagy körülmény okozhat meghibásodást.

A magasnyomású rendszerben aránylag alacsony a meghibásodások aránya, itt esetenként a multiszelep okozhat gondot, illetve töltést lehetővé tevő visszacsapó szelep, előbbi esetben ritkán ugyan de előfordulhat, hogy a tartály 80 %-nál magasabb arányban is megtölthető, a melegben, a nyomásnövekedést pedig a biztonsági lefújószelep tudja csak megakadályozni. Az utóbbi esetben csak a tankolás nem, vagy csak nagyon lassan lehetséges, ez kevésbé veszélyes, mint inkább bosszantó gond.

A keverőfejes megoldásoknál általában a gáz rossz minősége miatt alakultak ki dugulások, leggyakrabban a folyékony-gázszűrőben. A reduktorok a gáznyomás-szabályzó funkciójuk miatt bonyolultabbak, mint a modern szekvenciális rendszerekben, így rendszeres, általában nagyjából 60 000 kilométerenkénti, vagy 5-8 évenkénti felújítást igényelnek.

A szekvenciális rendszereknél a gázvezérlő okozza a legtöbb problémát, vagy a nem megfelelő gyártási minőség, vagy pedig a nem megfelelő beépítés és programozás miatt. Ilyenkor a legváltozatosabb tünetek jelentkezhetnek: gyenge az autó, átváltáskor lefullad, vagy egyáltalán nem is vált át gázüzemre. Kisebb arányban, de még mindig elég gyakran jelentkezik gond a gázinjektoroknál, ezek vagy zárt állapotban is áteresztenek, ekkor benzinüzemben felborul a keverékképzés, vagy leragadnak ekkor pedig az adott hengerben égéskimaradás jelentkezik gázüzemben.

A gázinjektorok működését oszcilloszkóppal is ellenőrizhetjük, ha az áramfelvételüket és a feszültségviszonyokat vizsgáljuk. Az alábbi ábrán egy tökéletesen működő gázinjektor képét láthatjuk:

Gázinjektor oszcillogramja
Gázinjektor vezérlés oszcilloszkópos képe (kékkel a feszültség, pirossal az áramerősség jelölve)

Amennyiben elektromos hiba áll fenn, a következőket láthatnánk:

  • testzárlat: a feszültség alig változik, az áram a kivezérlés pillanatában kiugróan magas, majd a gázvezérlő a testzárlatot érzékelve kikapcsolja az adott injektort, így az áram is visszaesik nullára.
  • szakadás: a feszültség és az áramerősség is folyamatosan nulla

Szakadással azonos képet látunk akkor is, ha a gázvezérlő végfoka „égett ki”, ez a kisebb ellenállású, gyorsabb gázinjektorok alkalmazásakor fordulhat elő gyakrabban.

Amennyiben az injektor leragadt, a feszültség a kivezérlés pillanatától a zárásig az ábrához hasonlóan alakul. Ám az ábrán a 0 ms után látható önindukciós „tüske” nem jelenik meg, mivel azt a visszafelé mozgó állandó mágnes gerjesztené a tekercsben. Ha viszont a mágnes (és vele együtt az injektor tűje sem) mozog, akkor nincs minek gerjesztenie a tekercset.

A szekvenciális rendszerek reduktorai egyszerűbbek, így meghibásodásuk sem igazán jellemző.

 

A következő részben még mindig a gáznemű üzemanyagoknál maradunk, de akkor majd egy igazi, és mindig légnemű üzemanyag következik: a metán.

 

<— III. rész: A gázüzemről általánosságban

V. rész: CNG –>

 

, , , , ,

2 thoughts on “Elektromos a jövő? – IV. rész: Az LPG

Vélemény, hozzászólás?