Instalacja LPG do silników TSI? Ekspert mówi: dotrysk gazu jest coraz lepszym rozwiązaniem

Na początek trochę techniki.

W silniku z wtryskiem bezpośrednim wtryskiwacze benzyny umieszczone są w komorze spalania. Po montażu instalacji gazowej IV generacji, z tzw. dotryskiem, wciąż potrzebują benzyny by się nie przegrzewać i nie ulegać degeneracji. I tu cały kłopot: silnik z wtryskiem bezpośrednim zużywa jej więcej niż w przypadku instalacji przy wtrysku pośrednim. Nikt nie montuje gazu żeby jeździć na benzynie i oczekiwać w nieskończoność na zwrot inwestycji. Instalacja generacji szóstej wprowadzając do silnika gaz w fazie ciekłej likwiduje ten problem, ale jest bardzo droga. Sprawdziliśmy, jak z tej sytuacji wybrnąć i odnaleźć się wśród wielu rynkowych mitów takich jak, że

Poprawny montaż instalacji gazowej IV generacji sprawia przy wtrysku bezpośrednim więcej problemów niż przy pośrednim, ale jest możliwy i wciąż opłacalny. Przy wtrysku pośrednim strategie sterowania pracą silnika sterowników benzynowych są zwykle do siebie dość podobne i nie sprawiają większych kłopotów algorytmom sterowników - „komputerów” gazowych. W przypadku wtrysku bezpośredniego tak łatwo już nie jest, gdyż producenci samochodów do jednego rodzaju silnika potrafią wykorzystywać kilka modeli sterowników. Chcąc uniknąć problemów z instalacją gazową przy silniku z wtryskiem bezpośrednim nie wystarczy dopasować instalacji do konkretnego kodu silnika, czasem trzeba ją dobrać pod konkretny sterownik. Dopasować, czyli dostosować oprogramowanie do zastosowanych przez producenta sterownika algorytmów, ale

Jeśli producent samochodu w jednym roku, przy produkcji silnika o jednym kodzie, skorzysta ze sterowników trzech różnych firm, np. Bosch, Delco i Siemens), to jeden silnik wymaga opracowania trzech różnych instalacji. I to jest najpoważniejszy problem dla producentów instalacji gazowych. Gdy producent samochodu zbyt często zmienia do niego sterownik, opracowywanie instalacji przestaje być dla takiego modelu opłacalne. Jej przygotowanie i przetestowanie dla danego samochodu trwa długo. Po zmianie sterownika przez producenta samochodu, pracę trzeba zaczynać od nowa.

Ale takiej ciągle nie ma. Producenci instalacji nie ustają w staraniach w unifikacji, ale niestety wciąż nie osiągnęli ideału. W celu uzyskania najlepszego efektu do każdego samochodu trzeba podejść indywidualnie sprawdzając jego rocznik, kod silnika i sterownik. Ale czy rozwiązania dedykowane pod konkretny sterownik faktycznie się sprawdzają i użytkownicy mogą być z nich zadowoleni?

Tu przydałby się głos praktyka. Pojechaliśmy do KlinikiLPG.pl - zakładu montującego instalacje LPG. Starali się nas przekonać, że na rynku dokonał się postęp i są już instalacje z tzw. dotryskiem, które rozwiązują te problemy. Na nasze pytania odpowiedział Michał Milewski z klinikaLPG.pl.

Montaż instalacji LPG do silnika z wtryskiem pośrednim jest stosunkowo prosty. Paliwo jest podawane pod stałym ciśnieniem (dla czystości wywodu pomijamy pewne wyjątki) a jedynym naprawdę istotnym parametrem jest czas otwarcia wtryskiwacza benzynowego. We wtrysku pośrednim sterownik gazowy jest w uproszczeniu mnożnikiem wartości czasu otwarcia wtrysku benzynowego, ale we wtrysku bezpośrednim czas otwarcia już nie jest jedynym istotnym parametrem. Tu mamy zmienny parametr ciśnienia paliwa, którego regulacja, zależnie od zastosowanego układu i jego zaawansowania, jest różnie przez producentów aut rozwiązywana. We wtrysku pośrednim prawie nie występują dotryski. Upraszczając: jest jedno wtryśnięcie benzyny w danym cyklu, choć i tu są wyjątki. Natomiast w wtrysku bezpośrednim zdarza się, że jest więcej niż jedno wtryśnięcie paliwa w cyklu. Wtryskiwacze benzynowe są bardzo szybkie, a wtryskiwacze gazowe nie są w stanie zrealizować takiej samej strategii, muszą podać łączną dawkę. To musi opanować dobry sterownik, który ma dużo trudniejsze zadanie.

To jedyny problem w montażu instalacji gazowej z dotryskiem?

Sam odczyt czasu wtrysku jest technicznie dużo trudniejszy i sprawia to dodatkowy kłopot dla osoby montującej. We wtrysku pośrednim jest łatwo namierzyć sterowanie wtryskiwacza, wystarczy je rozciąć i tam się wpiąć ze sterownikiem gazowym. We wtrysku bezpośrednim sprawa nie jest tak oczywista, gdyż zasilanie wtryskiwacza bezpośredniego wtrysku jest potężne, musi on pokonać wysokie ciśnienie. W wielu takich układach ważną rolę odgrywa impuls, który ładuje cewkę wtryskiwacza do strzału. Podczas, gdy wtryskiwacz wtrysku pośredniego jest niskonapięciowy (12V), to we wtryskiwaczu bezpośrednim napięcia sięgają 50-60V i tak naprawdę na oscyloskopie nie jest prosto odróżnić sygnał otwarcia wtryskiwacza od zasilania, które ma przebieg zmienny. Nie każdy zakład potrafi poradzić sobie poprawnym z montażem instalacji z dotryskiem.

Dlatego wtrysk gazu w fazie ciekłej jest ciągle najlepszym rozwiązaniem?

Chyba wszystkim się w pewnym momencie wydawało, że jedynym sensownym rozwiązaniem do wtrysku bezpośredniego jest instalacja VI generacji – wtrysk gazu w stanie ciekłym przez wtryskiwacze benzynowe, czyli zastąpienie benzyny gazem. Najczystsze i najelegantsze rozwiązanie, zdominowane w zasadzie przez jednego producenta instalacji: holenderską firmę Prins, która była pionierem w ich wdrażaniu. Mało kto wie, że takie instalacje wciąż pracują z dodatkiem benzyny. Niestety w krajach o chłodnym klimacie, trzeba benzyną przesmarować pompę i wtryskiwacze. Bardzo niewielkie ilości benzyny dolewane są do zbiornika gazu na podstawie algorytmów i czujników temperatury oraz ciśnienia w zbiorniku gazu.

Większość montowanych instalacji to jednak rozwiązania z dotryskiem, a nie VI generacja?

Pierwszą instalację ciekłego wtrysku założyliśmy prawie 4 lata temu i wydawało nam się, że to jest przyszłość tego rynku. Instalację z dotryskiem nazywano wtedy „protezą”, jednak w tych instalacjach dokonał się jakościowy przełom. Są modele samochodów, do których można zaoferować instalację z gazem w fazie ciekłej przez wtryskiwacze benzynowe, ale są to rozwiązania bardzo drogie i klienci raczej się na nie nie decydują. Klienci nie montują gazu dla ekologii, tylko dla oszczędności. Cena jest decydująca, dlatego prostszych i tańszych instalacji z dotryskiem jest więcej.

To jakie są nowe rozwiązania, które mają się uporać z dużym zużyciem benzyny przez dotychczasowe instalacje z dotryskiem?

W naszych rozważaniach koncentrujemy się na polskich producentach, ale należy wspomnieć o istnieniu rozwiązań włoskich takich jak Landi Renzo Omegas Direct, Lovato Easy Fast Direct Injection, BRC SQ SDI 2.0, Zavoli Direct Alisei, AEB DI, a także dopracowane rozwiązanie holenderskie Prins VSI-2.0DI. Jeszcze do zeszłego roku mieliśmy dominującego na polskim rynku instalacji LPG producenta AC S.A. - marka STAG, z instalacją STAG 400 DPI oraz Zenit Direct od AG Centrum. Te instalacje oczywiście działają, ale zużycie benzyny jest określane na minimum 0,5 litra benzyny na cylinder na 100 km. W czterocylindrowym silniku wychodzi minimum 2 litry benzyny na sto kilometrów. Trzeba uczciwie przyznać, że są silniki, w których jest to bardziej minimum niż maksimum zużycia benzyny.

W tym roku pojawiły się dwa nowe rozwiązania, sterowniki IDEA firmy Alex oraz sterowniki KME Nevo-Sky Direct. Obydwu tym producentom udało się dokonać postępu i zużycia benzyny przy ich instalacjach dochodzą do kilku procent. To pokazało, że zużycia benzyny w instalacjach z dotryskiem mogą być niższe i że propozycja STAG, która zresztą też podlega rozwojowi, nie jest szczytem możliwości technicznych, choć jest to rozwiązanie najbardziej dojrzałe. Postęp dokonał się w oprogramowaniu, powstały nowe algorytmy dedykowane pod każdy sterownik.

Kto ostatecznie wygra, faza ciekła czy dotrysk?

Nic nie wskazuje aby Prins obniżył ceny swojego systemu wtrysku ciekłego, a na rynek weszło rodzime rozwiązanie nad którym od dawna pracuje Lpgtech. W mojej opinii nic innego nie ma szans na sukces, niż instalacja z dotryskiem benzyny. I to mimo że jest droższa od klasycznej instalacji IV generacji i zużywa więcej benzyny przez co dłużej się zwraca. Można przyjąć, że instalacja IV generacji przy wtrysku pośrednim zwraca się po 15-20 tys. km. Przy wtrysku bezpośrednim ten czas może się wydłużyć nawet dwukrotnie. Koszt zabudowy instalacji IV generacji do wtrysku bezpośredniego do silnika czterocylindrowego o standardowej mocy oscyluje w okolicach 5 tys. zł. Instalacja STAG, która zużywa więcej benzyny na pewno będzie tańsza. W przypadku silnika V6 będzie to więcej, średnio o 1000 zł na cylinder. Koszt instalacji gazu w fazie ciekłej dla tego silnika to ponad 10 tys. zł.

Jest szansa na kolejne rozwiązanie dla wtrysku bezpośredniego, poza dotryskiem czy fazą ciekłą?

Ostatnio zaprezentowano rozwiązanie STAG 500.4.DIS, które wyróżnia się kreatywnością w podejściu do tematu, gdyż jest połączeniem wtryskiwania ciekłego gazu przez wtryskiwacze benzynowe z podawaniem gazu w fazie lotnej. W torze gazu ciekłego są zamontowane szeregowo dwie pompy podwyższające ciśnienie do 20 bar i z pominięciem benzynowej pompy wysokiego ciśnienia po rozdzielaniu na trójniku jednym torem gaz jest podawany do wtryskiwaczy benzynowych, a drugim torem do reduktora-parownika. Tam jest odparowywany i podawany przez wtryskiwacze gazowe jak w instalacji IV generacji. W stosunku do dotychczasowych rozwiązań różnicą jest podawanie gazu w fazie ciekłej przez wtryskiwacze benzynowe pod ciśnieniem ok. 20 bar, czyli nie pod tak wysokim ciśnieniem jak podawana jest benzyna, które dochodzi nawet do 150 bar. Oczywiście w ten sposób nie można dostarczyć do cylindra odpowiedniej dawki energii. Reszta zatem jest uzupełniana gazem w fazie lotnej przez dodatkowe wtryskiwacze gazowe, a dotrysk benzyny nie występuje w ogóle. Pozwala to uniknąć problemów z pompami benzynowymi wysokiego ciśnienia, które mogą się pojawić przy instalacjach VI generacji, a w tej propozycji nie są wykorzystywane. Jest to rozwiązanie niekonwencjonalne i nie jest jeszcze dostępne na rynku. Poczekamy na jego rozwój.

Czy są jakieś silniki z bezpośrednim wtryskiem, do których nie zamontujemy gazu, bo jest to zbyt skomplikowane?

Wtryski bezpośrednie na zwykłych wtryskiwaczach zwykle nie sprawiają kłopotów, a przynajmniej nie takich, których nie da się rozwiązać. Chociaż jak na razie nie słyszałem o np. Lexusach z zabudowaną polską instalacją. Jeśli zastosowane wtryskiwacze są piezoelektryczne (najczęściej dotyczy to takich marek jak Mercedes czy BMW) to montaż instalacji jest niemożliwy. Na szczęście producenci samochodów raczej się z nich wycofują. Warsztat zapytany o możliwość montażu instalacji gazowej do konkretnego samochodu powinien zapytać o dane auta, aby móc określić jaki sterownik został w nim zastosowany. Każdy zakład powinien mieć listę aut modeli, roczników, kodów silników, które może zabudować instalacją gazową. Jeśli auto ma piezoelektryczne wtryskiwacze, to z całą pewnością nie znajduje się na takiej liście.

Poza tym każdy silnik z bezpośrednim wtryskiem dostępny na rynku można zabudować instalacją gazową?

Z całą pewnością samochody grupy VAG wyprodukowane do 2016 r. powinny znaleźć odpowiadającą im dedykowaną instalację gazową. Najnowsze rozwiązania grupy VAG nie są jeszcze opracowane przez firmy oferujące instalacje gazowe. Np. przy silnikach o niewielkich pojemnościach a wysokiej mocy stosowanych przez Audi, powstaje problem zasilenia listwy wtryskowej odpowiednią mocą. Dopiero po zapewnieniu odpowiedniej mocy można zająć się całą strategią zasilania. To, że producenci samochodów swoimi rozwiązaniami utrudniają życie producentom instalacji gazowych powoduje, że nowe instalacje na pewno nie będą tańsze. Wymagają większych nakładów pracy i zastosowania innych komponentów.

Czego powinniśmy się wystrzegać przy montażu i serwisowaniu instalacji?

Należy zwrócić uwagę na jakość montowanych elementów, ich zgodność ze świadectwem homologacji i czy zakład przy okresowych serwisach obok wymiany filtrów dokonuje sprawdzenia poprawności składu mieszanki poprzez kontrolę parametrów sterownika benzynowego oraz ustawień komputera gazowego. Przeglądy wykonujemy co około 10 tys. km ze względu na jakość paliwa. Auto z nieskorygowanym składem mieszanki, może pracować nawet na 20% odchyleniu od wartości podstawowych i użytkownik tego nie wie. Gdy wartości mieszczą się w przewidzianym zakresie tolerancji, nie zaświeci się check engine. Spowodować to może spalanie stukowe, szarpanie pojazdem, ale przede wszystkim wyższą temperaturę pracy, która może powodować wypalanie gniazd zaworowych. Jednak nie jest to wina gazu jako paliwa, a nieumiejętnej obsługi instalacji gazowej. Zakład, który nie ma bezpośredniej współpracy z producentem nie poradzi sobie z prawidłową instalacją przy wtrysku bezpośrednim, gdyż potrzebne jest wsparcie w postaci zaplecza konstrukcyjnego w postaci inżynierów i programistów.

Czy montowane obecnie do silników benzynowych filtry GPF utrudniają montaż instalacji gazowej?

Sam GPF przy montażu gazu w zasadzie mógłby być demontowany, gdyż samochód zasilany gazem emituje znacznie mniej cząsteczek stałych. Ale za to wydala więcej tlenków azotu.

To może się nie spodobać w Brukseli.