Nowe technologie: Diesel na gazie

Udostępnij artykuł

W 2008 roku po Polsce jeździło nieco ponad 2 mln samochodów przystosowanych do zasilania gazem – 13,7 proc. wszystkich pojazdów poruszających się po naszych drogach. Jednak czy wszystkie z nich to klasyczne „benzyniaki” zaadoptowane na gaz czy może część z nich stanowiły samochody z silnikiem diesla przystosowane do zasilania LPG lub CNG? Otóż aktualnie w Polsce jeździ tylko kilka, być może kilkanaście „ropniaków” zasilanych gazem i są to instalacje zamontowane eksperymentalnie. Jednak krajowi producenci systemów zasilania LPG i CNG przygotowują się powoli do "zagazowania" diesli.

Technicznie możliwe

Jak wyjaśnia dr inż. Jacek Czarnigowski z Katedry Podstaw Konstrukcji Maszyn Wydziału Mechanicznego Politechniki Lubelskiej, zastosowanie układu zasilania gazem LPG lub CNG do silników o zapłonie samoczynnym (tzw. diesli) jest w większości przypadków bardzo podobne do układów zasilania silników o zapłonie iskrowym (czyli w silnikach benzynowych). Układy muszą posiadać zbiornik, elektrozawory, reduktor ciśnienia (parownik w przypadku LPG), filtr paliwa, szynę paliwową, wtryskiwacze oraz jednostkę sterującą wraz z centralką i okablowaniem. Główna różnica polega na interakcji z układem podstawowym.
W przypadku silników benzynowych układ odcina w całości zasilanie benzyną (sterowanie wtryskiem benzyny), wykorzystując jedynie informację w postaci sygnału sterującego od jednostki podstawowej, o czasie wtrysku do własnego sterowania. Natomiast w przypadku układów do silników diesla konieczne jest sterowanie równoczesne wtryskiem gazu oraz wtryskiem oleju napędowego. Wynika to z faktu, że konieczne jest wywołanie zapłonu. Silnik benzynowy ma układ zapłonowy – świece, natomiast silnik diesla wymaga inicjacji spalania poprzez wtrysk oleju napędowego. System zatem musi sterować podawaniem paliwa gazowego oraz ilością oleju napędowego jako inicjatora zapłonu. W takim wypadku silnik pracuje na dwóch paliwach jednocześnie, a udział konkretnego paliwa w mieszance zależy od aktualnego obciążenia silnika.

CNG czy LPG?

Według dr. Czarnigowskiego lepszym rozwiązaniem w silnikach wysokoprężnych jest zastosowanie zasilania CNG. Wynika to z wyższej liczby oktanowej gazu ziemnego, a co za tym idzie lepszego spalania się tego paliwa i większej odporności na spalanie detonacyjne. Jednak, jak podkreśla specjalista, systemy badawcze tworzone przez inżynierów pracują zarówno na LPG jak i CNG. W przyszłości, zdaniem dr. Czarnigowskiego, decydująca będzie kwestia ceny paliwa i jego dostępności na poszczególnych rynkach, a nie właściwości fizykochemiczne gazu.

Są jeszcze niewiadome

Według specjalistów przed wprowadzeniem instalacji gazowych dla silników diesla do powszechnego użytku należy rozwiązać jeszcze kilka problemów technicznych.
Jedną z kwestii – jak wyjaśnia badacz z Politechniki Lubelskiej – jest ograniczony zakres pracy dwupaliwowej w silnikach wysokoprężnych. Na biegu jałowym mieszanka jest zbyt uboga, aby można było spalać gaz, a na pełnym obciążeniu występują zbyt duże temperatury w komorze spalania. Prowadzić to może do tzw. spalania detonacyjnego, czyli samozapłonu gazu, który jest bardzo niebezpieczny dla elementów silnika. Dlatego też diesle mogą pracować na dwóch paliwach jedynie na małych i średnich obciążeniach.

Droga instalacja

Budowa tego typu systemów zasilania gazem do silników wysokoprężnych jest o wiele trudniejsza niż systemów do silników benzynowych. Wynika to z konieczności sterowania skomplikowanym procesem wtrysku oleju napędowego.
– Należy tu zwrócić uwagę, że silniki benzynowe są w większości identyczne co do zasady działania i sterowania, natomiast silniki diesla różnią się znacząco. Możemy wyróżnić common rail, pompowtryskiwacze, pompy rzędowe, pompy rotacyjne, itp. – zauważa dr Jacek Czarnigowski. Jak dodaje, każdy z tych układów wymaga innego sterowania dawkowaniem oleju napędowego, a jednocześnie każdy z modeli diesla musi mieć inne sterowanie procentowym udziałem paliwa w zależności od obciążenia silnika. Zatem układ musi być specyfikowany dla konkretnego silnika – nie ma mowy o układach uniwersalnych! – podsumowuje.
Wynika z tego, że przerobienia diesla na gaz będzie rozwiązaniem droższym niż podobny zabieg u klasycznego silnika benzynowego.
Z tezą tą zgadza się Grzegorz Jarzyński, prezes Elpigazu – jednej z największych firm zajmujących się produkcją instalacji gazowych w Polsce. Jego zdaniem adaptacja silnika wysokoprężnego na zasilanie gazem jest droższa niż silnika benzynowego, jednak – jak podkreśla – każde auto to indywidualny rachunek, zależny nie tylko od typu silnika, ale również od typu eksploatacji. Dlatego właśnie, zdaniem Grzegorza Jarzyńskiego, zyski z zaadoptowania diesla na gaz mogą być różne, ale jak przekonuje przedsiębiorca, bez wątpienia taka instalacja się opłaca.

Droga eksploatacja

Zdaniem dr. Czarnigowskiego opłacalność adaptacji diesla na gaz jest dużo mniejsza niż w przypadku instalacji do silników benzynowych. Wynika to z faktu, że zastąpienie paliwa nie jest całkowite, a jedynie 50 proc. (szacowane przy normalnych warunkach użytkowania silnika) i maksymalnie 70 proc. przy ruchu miejskim. Łącząc to z niskim zużyciem paliwa i większymi kosztami instalacji oszczędności są około 2 do 3 krotnie mniejsze – szacuje ekspert z Politechniki Lubelskiej.
– Z drugiej strony duże przebiegi średnie pojazdów zasilanych silnikami diesla powodują, że ich użytkownicy mogą liczyć na oszczędności i opłacalność całego przedsięwzięcia. Ze wstępnych ocen wynika, że oszczędności będą średnio wynosić ok. 20 proc. kosztów eksploatacji (szacowane na podstawie średniego zużycia paliwa oraz obecnych cen) – twierdzi lubelski inżynier.

Wątpliwa ekologia

Zdania ekspertów co do zbawiennego wpływu na środowisko naturalne instalacji gazowych w silnikach diesla są dość mocno podzielone.
Dr. Jacek Czarnigowski twierdzi, że duże przekrycie zaworów w silnikach diesla prowadzi do przepłukiwania komory spalania świeżym ładunkiem, co w przypadku zasilania tylko olejem napędowym nie stwarza problemu, bo przepływa czyste powietrze z kolektora dolotowego do kolektora wylotowego. Jednak podczas zasilania LPG lub CNG uciekać będzie gaz – zatem albo będzie duża emisja węglowodorów, albo konieczne będzie odpowiednie dawkowanie paliwa i stworzenie specjalnych bardzo wydajnych wtryskiwaczy.
Natomiast zdaniem Grzegorza Jarzyńskiego z wykorzystania podwójnego systemu zasilania w silnikach wysokoprężnych pojawią się korzyści dla środowiska naturalnego. Jak twierdzi prezes Elpigazu przy zaadoptowaniu diesla na gaz ograniczy się znacznie emisja szkodliwych związków oraz zniknie zjawisko zadymiania, niezwykle często spotykane w silnikach wysokoprężnych. Problem ten jednak z pewnością rozwiąże Instytut Transportu Samochodowego, który będzie musiał wykonać badania homologacyjne przed dopuszczeniem instalacji do montażu w pojazdach.

Legalna instalacja

Część specjalistów twierdzi, że problemem może okazać się brak uwarunkowań prawnych dla homologacji instalacji do diesli. Ich zdaniem przepisy regulujące od strony technicznej budowę instalacji nie przewidują zasilania gazem silników wysokoprężnych. Jednak jak zapewnia Jerzy Kownacki, kierownik Zakładu Homologacji i Badań Pojazdów w Instytucie Transportu Samochodowego nie ma żadnych przeciwwskazań prawnych, aby instalacje gazowe były montowane w samochodach z silnikiem diesla.

Zagranica przykładem

Na świecie przeróbki diesli na zasilanie gazem, czy to LPG czy CNG, wykonuje tylko kilka, być może kilkanaście firm. Z pewnością postęp techniczny w dziedzinie zasilania silników oraz coraz większe zainteresowanie wykorzystaniem paliw ekologicznych będą kierować rynek w kierunku pojazdów z podwójnym systemem zasilania. Dowodem na to, że w tego typu rozwiązaniach może być szansa na rozwój branży jest duże zainteresowanie jakie wykorzystaniu gazu w dieslach poświęcają zarówno koncerny motoryzacyjne jak i firmy specjalizujące się w konstrukcji instalacji. Uwagę na możliwość wykorzystania gazu w tradycyjnych silnikach wysokoprężnych zwrócili również rodzimi konstruktorzy.
– Firma Elpigaz prowadzi prace nad wprowadzeniem układów zasilania gazem do silników wysokoprężnych – poinformował prezes firmy, Grzegorz Jarzyński. Jak podkreślił pierwsze, testowe auta z instalacjami gdańskiej firmy poruszają się już po naszych drogach, a kompletne systemy zasilania gazem dla silników diesla trafią na rynek już w przyszłym roku.