gazeo.plnajnowsza zdobycz techniki LPG - Volkswagen Polo 1,2 TSI z zamontowaną instalacją LPdi na tle siedziby firmy Vialle w Eindhoven

System wtrysku gazu w fazie ciekłej Vialle LPi był rewolucją, gdy w połowie lat 90. XX w. pojawił się na rynku zdominowanym przez układy zasilania gazem odparowanym. Minęło 15 lat i okazało się, że pomysł nie chwycił aż tak bardzo, jak można by się spodziewać. Teraz może się to zmienić - za sprawą nowych odmian pierwotnego produktu.

LPi nigdy nie było i nie jest rozwiązaniem złym. W jego ekspansji przeszkodziły przede wszystkim dwa czynniki - cena i dedykowany charakter. O ile wyższy koszt jest jeszcze do zaakceptowania przez kierowców dużo jeżdżących i lubiących innowacje, niemożliwość zamontowania układu w dowolnym modelu jest barierą absolutnie nie do pokonania. Wprawdzie z czasem lista kodów silników, do których adaptacji można użyć LPi, rozrosła się do 600 pozycji (choć bywają to nieraz te same jednostki zamontowane pod maskami różnych aut), ale nawet to nie gwarantuje wypłynięcia na szerokie wody takiemu rozwiązaniu. Trzeba było uczynić system bardziej uniwersalnym, tak aby nadawał się do konwersji znacznie większej liczby samochodów. Ponadto należało dać montażystom więcej wolności w zakresie przebiegu procesu zmiany zasilania - wysyłanie kolektorów do centrali producenta w Eindhoven czy kupowanie dostosowanych dla tej instalacji zbiorników, które od producenta docierały do miejsca przeznaczenia przez Holandię, komplikowało proces instalacji systemu od strony logistycznej, niepotrzebnie podnosiło koszty i wydłużało czas montażu. Rozpoczęły się prace nad uproszczeniem systemu LPi, nastawione jednocześnie na maksymalnie wykorzystanie standardowych elementów. Efekt zadebiutował na rynku pod koniec 2009 r.

LPfi

VialleSchemat systemu sekwencyjnego wtrysku gazu ciekłego LPfi (Liquid Propane flex injection)

LPfi, czyli Liquid Propane flex injection (uniwersalny wtrysk gazu w fazie ciekłej), zachowuje wszystkie cechy pierwowzoru, czyli:
- precyzyjną, zaprogramowaną regulację;
- optymalne wykorzystanie fabrycznego układu zarządzania pracą silnika benzynowego;
- uniezależnienie działania instalacji LPG od składu mieszanki w zbiorniku (proporcji propanu i butanu);
- bardzo niski poziom emisji szkodliwych składników spalin;
- niezauważalną utratę osiągów po przełączeniu na gaz (lub wręcz wzrost parametrów);
- redukcję liczby komponentów do minimum;
- wysoką niezawodność;
- niezależność od układu chłodzenia silnika.
Do tego dochodzą dodatkowe zalety, nieosiągalne dla pierwowzoru:
- uniwersalność (także pod względem doboru komponentów - wcześniej kity montażowe zawierały wszystko, łącznie z najdrobniejszymi akcesoriami), ograniczona w zasadzie tylko maksymalną mocą konwertowanego silnika - 210 kW (286 KM) - i jego typem (sekwencyjny wtrysk wielopunktowy);
- możliwość przechowywania gotowych zestawów montażowych w magazynie i wysyłania konkretnej partii natychmiast po zamówieniu (ze względu właśnie na uniwersalność, czyli brak konieczności kompletowania dedykowanego zestawu do konkretnego kodu silnika);
- jeszcze większa łatwość montażu;
- niższa cena.

gazeo.plKońcówka wtryskiwacza stosowana w systemie LPfi (zwraca uwagę możliwość regulacji głebokości osadzenia końcówki w zależności od wielkości kanału dolotowego)

LPfi uproszczono nie tylko pod względem „filozoficznym”, ale także sprzętowym. Stosowaną niegdyś pompę membranową zastąpiono nowocześniejszą, łopatkową, którą następnie zminiaturyzowano tak, że w najnowszych odmianach systemu można używać konwencjonalnych zbiorników z otworem pod wielozawór o średnicy 48 mm. Regulator ciśnienia ustąpił zaś miejsca mniejszemu i prostszemu urządzeniu zwanemu Connection Unit PTS (jednostka łącząca), które w gruncie rzeczy jest tylko elektrozaworem otwierającym dopływ paliwa gazowego. Moduł wykonano z tworzywa sztucznego, a nie z metalu, co zapewnia lepszą izolację termiczną i zapobiega rozprężeniu paliwa przed jego dotarciem do silnika. Ponadto, zamiast matryc do wiercenia otworów w kolektorze ssącym jest tylko instrukcja z zaleceniem, jak należy to robić, by zapewnić jednostce napędowej optymalne zasilanie.

Tak jak w przypadku LPi, Vialle dostarcza wiele elementów układu LPfi w formie gotowej. Gniazda wtryskiwaczy czy przewody paliwowe (przycięte na odpowiednią długość, przetestowane pod względem szczelności oraz z zakutymi końcówkami) są w zestawie montażowym, co daje producentowi kontrolę nad jakością użytych części i eliminuje niesprawdzone komponenty. Widać, że firma niechętnie oddaje wszystko w ręce mechaników dokonujących adaptacji i woli upewnić się, że newralgiczne z punktu widzenia poprawnego działania systemu części pochodzą z pewnego źródła. Taka pozorna nieufność ma swoje uzasadnienie - technicy Vialle podkreślają, że nawet długość wężyka pomiędzy wtryskiwaczem a kolektorem może mieć wpływ na szybkość reakcji silnika na komendę wydaną prawą stopą kierowcy, a zatem w samochodach o dużych mocach, wyprodukowanych przez marki o sportowym zacięciu (np. BMW), ściśle określona długość takiego przewodu ma szczególne znaczenie. Z tego samego powodu do niektórych modeli dostępny jest specjalny element łączący, montowany pomiędzy kolektorem dolotowym a głowicą silnika, który zastępuje wężyki i jest wyposażony w gniazda dla wtryskiwaczy. Wszystko po to, by kierowca nie czuł w czasie jazdy, że jego samochód zasilany jest LPG - ma to czuć jedynie płacąc za paliwo na stacji.

gazeo.plwielozawór z pompą łopatkową PTS48, do montażu w standardowym zbiorniku LPG z otworem o średnicy 48 mm, przeznaczony do systemu LPfi

Czas przełączenia z benzyny na LPG w systemach LPi/LPfi zależy przede wszystkim od temperatury w komorze silnikowej, a także od sygnału z sondy lambda, o ile ten jest podłączony (co wcale nie jest oczywiste). Przy temperaturze -20° C czas wynosi 4 minuty, przy 0° C - 2 minuty, przy 20° C - 1 minutę, a przy 40° C - zaledwie 10 sekund. Okres oczekiwania na zmianę sposobu zasilania może zostać skrócony, jeżeli dane z sondy lambda wykażą gotowość jednostki napędowej, ale jest pewien „sztywny” limit, poniżej którego nie da się zejść - 5 sekund. Wynika on z konieczności „przepłukania” przewodów gazowych paliwem o niższej temperaturze, aby usunąć pozostały w nich, częściowo odparowany gaz. Jest to możliwe pomimo że pompa łopatkowa w zbiorniku (pomp membranowych już się nie używa) pracuje zawsze na takich samych obrotach. W razie spadku ciśnienia w układzie i konieczności zwiększenia dawki LPG, pompa może bowiem chwilowo zwiększyć obroty. Ponieważ jednak są samochody, w których ze względu na sposób montażu (np. wtryskiwacze montowane w kolektorze dolotowym od spodu) minimalny czas przełączenia musi być wydłużony do np. 20-30 s, w sterowniku układu LPfi zaprogramowano nieco dłuższy, „uniwersalny” minimalny czas przełączania. W sterownikach LPi można było programować różne czasy, ponieważ każdy egzemplarz był z góry przeznaczony do konkretnego modelu silnika i samochodu, jednak w LPfi ten parametr musiał zostać ujednolicony na zasadzie znalezienia najniższego wspólnego mianownika. Ważną cechą sterownika elektronicznego (zarówno w LPi, jak i LPfi) jest umiejętność rejestrowania i zapamiętywania czasu i charakteru pracy silnika, dzięki czemu elektronika „wie”, jak dawno jednostka została wyłączona i pod jakim działała wtedy obciążeniem.

gazeo.plnajmniejszy parownik świata

Na tej podstawie dobierany jest teoretyczny optymalny czas przełączenia po kolejnym uruchomieniu. Nie można więc mówić w przypadku LPi i LPfi o czymś takim jak jeden konkretny, uśredniony czas przełączenia, ponieważ za każdym razem potrafi on być inny. Ustala się tylko absolutne minimum dla zimnej jednostki napędowej, reszta to kwestia względna.

Na podsumowanie tematu uniwersalnego układu wtrysku gazu ciekłego - ciekawostka techniczna. Jak się okazuje, systemy LPi i LPfi używają parownika, przynajmniej w pewnym sensie. Tak przynajmniej technicy Vialle określają w sposób żartobliwy metalową końcówkę wtryskiwacza, na wyjściu z której dochodzi do odparowania ciekłego LPG w kolektorze dolotowym. Element ma mniej niż 1 cm wysokości i taką też średnicę i naturalnie jest całkowicie niezależny od układu chłodzenia, ponieważ nie potrzeba ogrzewać w nim gazu cieczą chłodzącą. Po prostu dochodzi w nim do zmiany stanu skupienia gazu z płynnego na lotny.

LPdi

Jeszcze wyższy poziom „wtajemniczenia” prezentuje system LPdi (Liquid Propane direct injection, czyli bezpośredni wtrysk gazu w fazie ciekłej), przeznaczony do jednostek napędowych z bezpośrednim wtryskiem benzyny. Na początek odrobina historii. Zaczęło się od prób zastąpienia benzyny gazem w silnikach FSI poprzez podanie nowego paliwa do oryginalnego układu zasilania. Szybko okazało się, że jest to podejście słuszne i nie powodujące komplikacji, dlatego rozważano nawet możliwość wprowadzenia systemu jednopaliwowego, całkowicie zastępującego oryginalny układ benzynowy. Okazało się to jednak niepraktyczne, ponieważ z przeprowadzonych badań wynika, że użytkownicy jednopaliwowych aut nie czuliby się pewnie jeżdżąc bez „rezerwowego” zapasu benzyny. Trochę jak w samochodzie elektrycznym, z którego po rozładowaniu akumulatorów nie można po prostu wysiąść i z małym pojemnikiem podreptać na pobliską stację po paliwo. Postanowiono zatem pozostawić fabryczne elementy, ale w zamian ograniczyć potrzebę używania ich do absolutnego minimum poprzez umożliwienie uruchamiania silnika od razu na LPG, bez dotrysków „bezołowiowej” w czasie pracy.

VialleSchemat systemu sekwencyjnego wtrysku gazu ciekłego LPdi (Liquid Propane direct injection)

Inaczej niż większość tego typu rozwiązań, system Vialle LPdi nie działa podczas pracy na gazie jak konwencjonalny układ wtrysku pośredniego, wtryskujący LPG osobnym wtryskiwaczem do kolektora ssącego przed cylindrem, lecz podaje paliwo wprost do komory spalania poprzez oryginalny wtryskiwacz benzynowy. Liczba dodatkowych elementów została ograniczona do absolutnego minimum - brak reduktora to rzecz oczywista w instalacji V generacji, ale „pozbyto się”, oprócz wtryskiwaczy, również regulatora ciśnienia. Jego rolę pełnią: fabryczna, choć zmodyfikowana pompa wysokociśnieniowa oraz tzw. Fuel Selector Unit (FSU), wyglądający z pozoru jak przerośnięta listwa wtryskowa. Urządzenie zarządza odcinaniem i otwieraniem dopływu obu rodzajów paliwa ze zbiorników do silnika. Zawiera ono pewien specyficzny „patent”, dzięki któremu możliwy jest powrót z zasilania gazowego do benzynowego. Chodzi mianowicie o regulowanie ciśnienia w układzie dostarczania paliwa z FSU do cylindrów poprzez pompę wysokociśnieniową. Fizyka sprawia, że paliwo podawane pod wyższym ciśnieniem wypiera to o niższym, które jeszcze znajduje się w przewodach. O ile nie jest to problemem podczas zmiany z benzyny na nierozprężony gaz, w drugą stronę nie jest już tak łatwe, ponieważ LPG wpycha benzynę do zbiornika. Dlatego też w FSU jest niewielki zasobnik, podający do wypełnionego gazem układu 15 cm³„bezołowiowej” w celu zbicia ciśnienia z ok. 15 do 2-3 barów, co dzieje się błyskawicznie. Rozwiązanie takie powoduje wprawdzie, że przewodem powrotnym mieszanka gazowo-benzynowa dostaje się do zbiornika LPG, ale zdaniem Vialle śladowe ilości oryginalnego paliwa nie stanowią żadnego kłopotu dla poprawnego funkcjonowania ani zbiornika, ani całej instalacji.

Rozruch silnika na gazie to nie tylko powód do radości z racji dodatkowych oszczędności, lecz i wyzwanie techniczne. W systemach wtrysku odparowanego LPG jest to niemożliwe z dwóch powodów. Po pierwsze, ciecz chłodząca ma za niską temperaturę, by dostarczyć gazowi niezbędną do jego rozprężenia ilość energii. Po drugie zaś, w pierwszej fazie pracy silnik pracuje na zwiększonej dawce benzyny (dawka rozruchowa - tzw. ssanie), ponieważ jej część kondensuje się na ściankach kolektora i gładziach cylindra i należy to zjawisko skompensować.

gazeo.plFuel Selector Unit

Wtryskiwanie zwiększonej „porcji” gazu zamiast benzyny w układzie IV generacji spowodowałoby nadmierne wzbogacenie mieszanki i niedobór tlenu, co doprowadziłoby do zadławienia silnika. Dopiero kiedy praca jednostki ustabilizuje się, sterownik gazowy konwencjonalnego systemu sekwencyjnego pobiera z benzynowego odpowiednika sygnał o dawce paliwa i uruchamia instalację gazową. Ten problem nie dotyczy układu LPdi, podającego gaz, który - rozprężając się - gwałtownie obniża temperaturę w komorze spalania. Daje to efekt podobny do działania chłodnicy powietrza doładowującego (intercoolera), zapewniając większą zawartość tlenu w mieszance. Dzięki ekstremalnie niskiej temperaturze (-42° C) nie ma ryzyka zdławienia, ponieważ zimne LPG zajmuje mniejszą objętość i pozostawia odpowiednią przestrzeń na powietrze. Prosto i skutecznie. Większą dawkę tuż po rozruchu, „narzuconą” przez fabryczne ECU, zapewniono zaś przez zwiększenie ciśnienia gazu.

Sam sterownik układu LPdi (określany przez Vialle skrótem LPE) jest programowalny, ale - ze względu na dedykowany charakter produktu (nie można stworzyć uniwersalnej instalacji do silników z wtryskiem bezpośrednim) - nie każdy ma dostęp do zmian oprogramowania. Możliwością modyfikowania software’u dysponuje wyłącznie producent, a cała operacja ogranicza się do wgrania nowego pliku z danymi. Montażyści i użytkownicy nie mogą ingerować w zawartość ECU, zmieniać nastaw ani dostrajać niczego według własnych upodobań, zresztą firma Vialle dopilnowała w procesie rozwoju instalacji, by absolutnie nie było takiej potrzeby. Kalibracja ogranicza się do wybrania kodu silnika z listy i zatwierdzenia go kliknięciem. Lubiący „dopieszczać” zamontowane systemy na własną rękę mogą być zawiedzeni takim ograniczeniem, ale w ten sposób producent upewnia się, że wszystko będzie działać poprawnie. Nawet, jeśli montaż będzie wykonywał mechanik, który z reguły ogranicza się do wykonania kalibracji automatycznej.

Viallebudowa modułu FSU (Fuel Selector Unit), jednego z podstawowych komponentów układu LPdi

LPdi praktycznie nie ma więc szans pracować niewłaściwie. Sterownik zaopatrzono w opcję komunikacji w standardzie CAN (systemy LPi i LPfi z tej możliwości nie korzystały), co pozwala odczytywać dane o pracy instalacji i silnika w nią wyposażonego.

Najbardziej uderzającą cechą układu LPdi, bardzo przecież zaawansowanego technicznie, jest jego prostota. Do obliczenia czasu wtrysku gazu potrzebne są tylko trzy parametry - czas wtrysku benzyny, wartość ciśnienia LPG i temperatura w komorze silnikowej, odczytywana przez czujnik umieszczony w obudowie sterownika oraz, opcjonalnie, sygnał z sondy lambda (jeżeli konieczna jest kontrola nad zawartością tlenków azotu w spalinach). Co ciekawe, inżynierowie bardzo dokładnie podeszli do zagadnienia czasu wtrysku paliwa bazowego. Odbierany przez LPdi sygnał jest traktowany tak jak w systemach IV generacji - algorytm uwzględnia zmiany napięcia w układzie oraz mechaniczne opóźnienie działania wtryskiwacza i odczytuje rzeczywisty moment otwarcia i zamknięcia oraz czas, jaki upływa pomiędzy nimi. W ten sposób dawka LPG na potrzeby LPdi jest obliczana niezwykle precyzyjnie i podawana do cylindra w najbardziej odpowiedniej chwili, co sprzyja wysokiej kulturze pracy jednostki napędowej i efektywnemu spalaniu. Oczywiście układ benzynowy ciągle otrzymuje sygnał mówiący o tym, że pracuje normalnie i zasila silnik. Wszystkie obwody elektryczne pozostają zamknięte (system gazowy jest w nie jedynie „wpięty”), tyle że wtryskiwacze otrzymują za małe napięcie, by się otworzyć. Właściwy sygnał sterujący przychodzi ze strony LPE.

gazeo.plwidok silnika 1,2 TSI z zamontowaną instalacją LPdi; widoczna pompa wysokociśnieniowa i Fuel Selector Unit

Samochód wyposażony w układ LPdi, a mieliśmy okazję pojeździć należącym do firmy Vialle testowym Volkswagenem Polo 1,2 TSI o mocy 105 KM, działa po przełączeniu na LPG (a właściwie po uruchomieniu na LPG!) identycznie jak na benzynie. Subiektywnie odczuwalna różnica jest żadna, w czym zasługa właśnie takiej, a nie innej strategii podawania paliwa - dostaje się ono do komór spalania dokładnie tą samą drogą co dotychczas, tylko jego rodzaj się zmienił. To gwarantuje wrażenia z jazdy i spontaniczność reakcji na dodanie gazu na poziomie porównywalnym z oryginalnym zasilaniem benzynowym, naturalnie przy wyraźnie zredukowanych kosztach. Samochód „ciągnie” bardzo dynamicznie już od 2. biegu, a więc po przekroczeniu ok. 2500 obr/min. Teoretycznie powinien zbierać się do jazdy w każdym zakresie prędkości obrotowej wału korbowego, ponieważ oznaczenie jednostki napędowej sugerowałoby podwójne doładowanie (mechaniczne - kompresorem - dla niskich zakresów oraz za pomocą turbo po wstępnym rozpędzeniu), jednak przedstawiciele Vialle zapewnili nas, że pod maską Polo pracuje jedynie sprężarka napędzana strumieniem spalin. Widocznie Volkswagen jest nie do końca konsekwentny w swojej nomenklaturze. A tak swoją drogą, niewielka sprężarka mechaniczna nie zaszkodziłaby, ponieważ jednostka 1,2 ma objawy niewielkiej turbodziury tuż po starcie - 1. biegu lepiej używać jak najkrócej i szybko zmieniać na „dwójkę”. Kiedy już to nastąpi, auto rwie się do jazdy i zadaje kłam utartym przekonaniom o ograniczonych możliwościach niewielkich jednostek. Egzamin z downsizingu silnik zdaje z wyróżnieniem, zaś dzięki instalacji gazowej uzyskuje dodatkowy dyplom w zakresie oszczędnej eksploatacji. Trzeba tylko pamiętać, żeby od czasu do czasu (Holendrzy zalecają przynajmniej raz na 3 miesiące) zużywać benzynę ze zbiornika, ponieważ jej starzenie może prowadzić m. in. do kondensacji wody na ściankach baku i w konsekwencji do nierównomiernej pracy jednostki napędowej. Poza sporadycznymi okazjami, właściciel auta z systemem LPdi może zapomnieć o „bezołowiowej” i śmiać się w twarz koncernom naftowym.

gazeo.plbenzynowo-gazowa pompa wysokociśnieniowa - element fabryczny, lecz zmodyfikowany pod kątem współpracy z nowym paliwem

Pozostaje jeszcze kwestia gwarancji na samochód po adaptowaniu go za pomocą systemu Vialle LPdi. Pierwsze samochody z silnikami FSI/TSI/TFSI pojawiły się wprawdzie na rynku 3-4 lata temu, a więc ich gwarancja mechaniczna dobiegła już końca i można by poddać je konwersji, ale trzeba najpierw znaleźć odpowiedni egzemplarz z drugiej ręki, co niekoniecznie okaże się łatwe. Holenderski producent proponuje inne rozwiązanie - zakup nowego, pachnącego auta prosto z salonu i natychmiastową jego przeróbkę, z przeniesieniem odpowiedzialności za części pracujące z LPG (tzn. pompę wysokociśnieniową i wtryskiwacze benzynowe) na Vialle. Reszta samochodu jest nadal objęta gwarancją producenta, a Vialle odpowiada tylko za to, na co VW odbiera opiekę serwisową po adaptacji. Tym sposobem można mieć oszczędny, praktycznie nie znający smaku benzyny pojazd z prawdopodobnie najnowocześniejszą instalacją gazową świata pod maską, a przy tym nie martwić się utratą fabrycznej gwarancji czy kwestią kupowania samochodu po kimś, z wybranym przez poprzedniego właściciela wyposażeniem i wzorem tapicerki. Jeżeli zaś trwające między Vialle a kilkoma producentami samochodów rozmowy okażą się owocne, niedługo kierowcy uzyskają możliwość wyjechania modelem z LPdi wprost od dealera. Mamy nadzieję, że taka opcja stanie się wkrótce dostępna także dla klientów w Polsce. O ile producent nie będzie groził odebraniem całej gwarancji po konwersji, łącznie z lakierem i perforacją nadwozia (co jest notabene nielegalne, przynajmniej w Holandii), nie widzimy przeciwwskazań. Oby decydenci w centralach koncernów samochodowych też nie widzieli.