Holenderska firma Vialle istnieje od 1967 r. Początkowo zajmowała się importem włoskich systemów zasilania gazowego. Na fali kryzysu naftowego z lat 70. Vialle stało się dostawcą numer 1 samochodowych instalacji gazowych w Holandii. Od końca lat 80. firma oferowała systemy zasilania gazem odparowanym własnej konstrukcji. Od 15 lat firma jest producentem instalacji gazowych, w których wykorzystuje koncepcję wtrysku gazu w fazie ciekłej. Systemy te są cały czas rozwijane pojawiają się ich nowe odmiany, łącznie z przeznaczonymi do silników z bezpośrednim wtryskiem benzyny. Pierwszym oferowanym systemem wtrysku gazu w fazie ciekłej była instalacja LPi (Liquid Propane injection), oferowana do chwili obecnej.

gazeo.plReduktory do układów zasilania gazem odparowanym są nadal produkowane i znajdują odbiorców na rynkach południowoazjatyckich

Wtrysk gazu ciekłego jest najdoskonalszym systemem zasilania gazowego. Koncepcja takiego systemu jest bardzo prosta, jednak kłopoty w opracowaniu skutecznej technologii wtrysku gazu ciekłego stanowiły przez długi czas przeszkodę w jego wprowadzeniu na rynek. Jako pierwsza tego rodzaju system zasilania wdrożyła do produkcji firma Vialle. Instalacja stała się przełomowym rozwiązaniem pozwalającym na dostarczenie do komór spalania odpowiedniej dawki paliwa gazowego, odpowiadającej energetycznie dawce benzyny.

Instalacja o handlowym oznaczeniu LPi (Liquid Propane injection) zrewolucjonizowała rynek, tworząc nową, V generację samochodowych systemów zasilania gazowego. System był przez długi czas jedynym dostępnym na rynku tego typu rozwiązaniem. Obecnie jest jednym z kilku, z pewnością najbardziej dopracowanym, wykorzystującym wiele lat doświadczeń w eksploatacji takich instalacji.

LPi jest systemem dedykowanym, kompletacja i oprogramowanie sterownika elektrycznego, wiązki elektryczne i przewody gazowe o odpowiedniej długości są kompletowane pod kątem konkretnego modelu samochodu. Gama oferowanych w LPi aplikacji obejmuje ponad 600 różnych silników, które są oczywiście używane w znacznie większej liczbie samochodów.

Zasada działania systemu LPi

Działanie systemu LPi wykorzystuje wtrysk gazu w fazie ciekłej do kanałów dolotowych, w pobliżu zaworów. Jest to najbardziej efektywna metoda zasilania silnika gazem płynnym eliminująca niedostatki klasycznych systemów zasilania gazowego z wykorzystaniem odparowanego LPG.

Dlaczego wtrysk gazu ciekłego?

Zasilanie silników gazem odparowanym, choć powszechnie i z powodzeniem stosowane mają kilka istotnych z punktu widzenia zasilania silnika mankamentów, wynikających właśnie z gazowego stanu skupienia paliwa. Jednym z nich jest zmniejszenie osiągów silnika. W przypadku nowoczesnych systemów sekwencyjnego wtrysku LPG w fazie gazowej różnica pomiędzy osiągami na benzynie i gazie jest minimalna (nieodczuwalna dla kierowcy). Większe różnice występowały w instalacjach najprostszych (I i II generacja).

VialleSchemat systemu sekwencyjnego wtrysku gazu ciekłego LPi (Liquid Propane injection)

Powodem takiego stanu jest zmniejszenie współczynnika napełniania. W systemach I i II generacji był on dodatkowo ograniczany przez stosowane w układach dolotowych mieszalniki, zwiększające opory przepływu. Efekt ten jest potęgowany także przez podgrzewanie układów dolotowych. Ładunek zwiększa swoją objętość, co wiąże się zmniejszeniem gęstości, a tym samym współczynnika napełniania cylindrów.

Gazowy stan skupienia nie pozwala na dostarczenie wymaganej dla silnika ilości paliwa, ponieważ objętość gazu odparowanego, odpowiadającego energetycznie dawce benzyny jest bardzo duża. Mówiąc obrazowo taka dawka paliwa w postaci gazowej nie jest w stanie zmieścić się nawet w objętości układu dolotowego. Z kolei wtłoczenie takiej ilości gazu do komór spalania powoduje, że bardzo niewielka objętość pozostaje na powietrze niezbędne do prawidłowego jego spalania.

Ponadto na ilość odparowanego gazu duży wpływ mają warunki atmosferyczne. W zależności od temperatury i ciśnienia zmienia się ilość odparowanego w reduktorze LPG, co z pewnością odbija się na jakości procesu spalania.

Receptą eliminującą te wszystkie niedogodności jest zastosowanie wtrysku gazu w fazie ciekłej. Działające sekwencyjnie wtryskiwacze podają ciekły gaz wprost do kanałów dolotowych w pobliże zaworów. Odparowanie paliwa odbywa się w przepływającym przez kolektor dolotowy powietrzu. Wtryskiwany w fazie ciekłej gaz pobiera od powietrza ciepło, powodując jego schłodzenie (temperatura w pobliżu wtryskiwacza gazu wynosi około -42^oC). Dzięki temu gęstość mieszanki gazowo-powietrznej rośnie, a tym samym współczynnik napełniania cylindrów jest porównywalny lub czasami nawet wyższy do uzyskiwanego przy zasilaniu benzyną.

Budowa i działanie systemu Vialle LPi

Budowa i zasada działania systemu gazowego Vialle LPi jest bardzo zbliżona do wielopunktowego, sekwencyjnego układu wtrysku benzyny. Bardzo proste rozwiązania w nim zastosowane powodują, że układ jest niezawodny.

ViallePrzekrój membranowej pompy ciekłego gazu stosowanej pierwotnie w systemie LPi. Od góry: niewymienny filtr gazu, silnik napędowy prądu zmiennego, zespół pomp. Zastosowano 5 umieszczonych na obwodzie pomp membranowych

Pompa membranowa (PTC)

Zasilanie silnika z wykorzystaniem gazu w stanie ciekłym wymaga wytworzenia odpowiedniego ciśnienia, co wymusza zastosowanie pompy. Stosowane w układzie LPi pompy wymagają zastosowania innych zbiorników. Mają one nieco inną konstrukcję, większy kołnierz, umożliwiający zamocowanie pompy, która pracuje zanurzona w ciekłym gazie. W instalacji LPi początkowo stosowano pompę membranową (PTC). Do jej napędu używany jest bezszczotkowy silnik prądu przemiennego, zapewniający przy niewielkich wymiarach zewnętrznych duży moment obrotowy. Zasilanie pompy wymaga napięcia zmiennego zapewniającego łatwą regulację prędkości obrotowej, a tym samym wydajności pompy. Do zamiany napięcia stałego występującego w instalacji samochodu na napięcie zmienne służy elektroniczna przetwornica, która jest elementem montowanym w gazoszczelnej pokrywie armatury zbiornika. Jest ona zintegrowana ze kontrolerem, który poprzez zmianę amplitudy napięcia zapewnia zmienną prędkość obrotową silnika napędzającego pompę. Może on pracować z pięcioma różnymi prędkościami (500, 1000, 1500, 2000 i 2800 obr./min.). W 2008 r. wprowadzono inny, prostszy rodzaj sterownika pompy, w którym zastosowano regulację poprzez zmianę częstotliwości. Oba kontrolery są wymienne.

ViallePompa membranowa (PTC): 1- króciec tankujący, 2- króciec wyjściowy gazu, 3- króciec powrotny, 4- elektrozawór zbiornika, 5- czujnik poziomu gazu w zbiorniku, 6- złącze do elektronicznego układu sterującego prędkością obrotową silnika pompy. 7- zawór bezpieczeństwa, 8- zespół pompy membranowej, 9- wanna otaczająca pompę, 10- pływak

Z uwagi na sposób smarowania pompy membranowej (PTC) zbiornik jest montowany w ściśle określonym położeniu i tak musi być również transportowany. W kołnierzu pompy znajdują się również elementy wymagane w armaturze każdego zbiornika LPG (zawór 80%, zawór bezpieczeństwa, zawór nadmiernego wypływu, elektrozawór). W pompie PTC znajduje się również niewymienny filtr paliwa, który wystarcza na cały okres eksploatacji systemu LPi.

VialleRegulator ciśnienia stosowany w systemie LPi: 1- króciec zasilający (ze zbiornika), 2- króciec powrotny (do zbiornika), 3- króciec zasilający wtryskiwacze, 4- powrót paliwa gazowego z wtryskiwaczy, 5- czujnik ciśnienia ciekłego gazu, 6- regulator ciśnienia, 7- cewka elektrozaworu odcinającego

Regulator ciśnienia

Pompa tłoczy gaz do regulatora ciśnienia, który montowany jest w komorze silnikowej. Zawiera on elektrozawór otwierający przepływ gazu do dalszej części instalacji. Pracuje on równocześnie z elektrozaworem zamontowanym na zbiorniku. Głównym zadaniem regulatora jest utrzymanie w układzie odpowiedniej wartości ciśnienia o około 0,5 MPa większego od panującego w zbiorniku (w zależności od warunków otoczenia wynosi ono od 0,7 do 1,7 MPa). Wartość ciśnienia w układzie waha się w granicach 0,7-2 MPa. Powyżej górnej wartości, ze względów bezpieczeństwa, silnik przełącza się na zasilanie benzyną.

ViallePrzekrój membranowego regulatora ciśnienia stosowanego w systemie LPi: 1- ciśnienie z wtryskiwaczy, 2- ciśnienie w zbiorniku, 3- membrana, 4- sprężyna

Ciśnienie gazu jest monitorowane przez czujnik w regulatorze i stanowi jeden z podstawowych parametrów, obok temperatury otoczenia, służących do wyznaczenia dawki paliwa gazowego.

Utrzymywanie stosunkowo wysokiego ciśnienia gazu oraz stałej cyrkulacji gazu w instalacji zapobiega możliwości odparowywania paliwa w przewodach. Często przebiegają one w strefach, w których panują wysokie temperatury. Tworzące się w tych warunkach korki odparowanego gazu mogą być przyczyną nieprawidłowości w pracy układu zasilania gazowego.

Regulator ciśnienia ma bardzo małe wymiary pozwalające na montaż w ciasnych komorach silnikowych. Z regulatora ciekły gaz przepływa do wtryskiwaczy, a stamtąd do komór spalania silnika. Niewykorzystane paliwo jest kierowane przewodem powrotnym do zbiornika gazu podobnie jak w klasycznym benzynowym układzie zasilania.

VialleW odróżnieniu od pompy membranowej (PTC), pompa łopatkowa zawiera wymienny wkład filtrujący na króćcu tankowania

Pompa łopatkowa (PTS)

W 2008 r. wprowadzono do systemu LPi nową pompę łopatkową (PTS). Jest ona zasilana napięciem stałym występującym w instalacji elektrycznej samochodu. Podobnie jak pompy łopatkowe stosowane w benzynowych układach paliwowych musi ona pracować w ciekłym gazie, który zapewnia jej chłodzenie i smarowanie. Z tego względu pompa jest umieszczona w specjalnej wannie, która zapewnia poziom paliwa pozwalający na jej prawidłową pracę, nawet jeśli w zbiorniku pozostała niewielka ilość LPG. Wanna ma zawsze kontakt z dnem zbiornika, dzięki sprężynom dociskającym. Zapewnia to umieszczenie części ssącej pompy w najniższym punkcie zbiornika. Ruch ciekłego gazu, wynikający z jego bezwładności powoduje, że przedostaje się on do wanny przez umieszczony w jej dnie zawór jednokierunkowy. Dzięki temu poziom LPG w wannie jest zawsze wyższy niż w zbiorniku, zapewniając prawidłową pracę pompy.

Paliwo dostarczane do pompy PTS jest filtrowane przez niewymienny filtr w części ssącej. W pokrywie wielozaworu pompy oprócz wszystkich wymaganych przepisami zaworów zastosowano także wymienny wkład filtrujący, który oczyszcza paliwo gazowe dostarczane do zbiornika podczas tankowania. Zapewnia on dokładność filtracji zanieczyszczeń na poziomie 10 µm. Sygnałem do jego wymiany jest zwiększenie czasu tankowania LPG.

gazeo.plW kolejnym wcieleniu układu LPi - LPfi w miejscu regulatora ciśnienia zastosowano jednostkę łączącę PTS

Jednostka łącząca (PTS)

W systemach LPi wyposażonych w pompy łopatkowe w miejscu regulatora ciśnienia stosowana jest jednostka łącząca PTS. Jest to elektrozawór otwierający przepływ gazu do wtryskiwaczy oraz jego powrót do zbiornika. Odpowiednie ciśnienie w układzie paliwowym (0,5 MPa powyżej ciśnienia w zbiorniku gazu) zapewnia umieszczona w wielozaworze na króćcu powrotnym gazu kalibrowana dysza. Pompy PTS występują w dwóch wersjach wydajności. W zależności od tego parametru stosowane są dysze o różnych średnicach otworu, aby zapewnić wymagane ciśnienie w układzie.

VialleOpracowany przez Siemensa wtryskiwacz ciekłego gazu stosowany w układach ciekłego wtrysku gazu firmy Vialle: 1- złącze elektryczne, 2- śruba, 3- o-ring, 4- zacisk przewodów gazowych, 5- o-ring, 6- końcówka wtryskiwacza uszczelniona dwoma o-ringami, 7- o-ring, 8- gniazdo wtryskiwacza osadzane w kolektorze dolotowym, 9- sprężyna mocująca wtryskiwacz w gnieździe, 10- tulejka dystansowa, 11- o-ring

Wtryskiwacze gazu

Z regulatora ciśnienia ciekły gaz przepływa do wtryskiwaczy, które muszą być osadzone w ściśle określonym miejscu kolektora dolotowego. Położenie tych miejsc jest wyznaczane w procesie badań na hamowni przez dział badań i rozwoju firmy Vialle. Po wyznaczeniu optymalnego położenia wtryskiwaczy wykonuje się matrycę do wiercenia otworów w kolektorze tak, aby zachować powtarzalność montażu tych elementów.

Organizacja wysyłki i dostaw „uzbrojonych we wtryskiwacze kolektorów jest organizowana na dwa sposoby w zależności od wielkości zamówienia. Na poziomie importera samochodów, kiedy ilości montowanych instalacji są duże Vialle dostarcza systemy gazowe wraz z uzbrojonymi w gniazda i wtryskiwacze kolektorami, a importer odsyłała kolektory wymontowane z nowych samochodów. Służą one później do kompletowania zestawów montażowych w kolejnych pojazdach.

gazeo.plOsadzenie końcowki wtryskiwacza w przekroju kanału dolotowego ma zasadnicze znaczenie dla poprawności działania systemów wykorzystujących sekwencyjny układ wtrysku gazu ciekłego

W przypadku pojedynczych montaży wykonywanych w warsztatach kolektor jest wysyłany do centrali Vialle w Holandii. Jeśli dotrze on do firmy przed południem, gotowy, uzbrojony we wtryskiwacze jest odsyłany tego samego dnia po południu. W szczytowym okresie nasilenia montaży systemu LPi w Vialle został wydzielony specjalny dział montujący w nadsyłanych kolektorach wtryskiwacze. Pracowały w nim 2 osoby, które zajmowały się wyłącznie osadzaniem wtryskiwaczy w kolektorach.

Centralizacja wiercenia otworów w kolektorach ma na celu zapewnienie powtarzalności montażu i poprawności osadzenia wtryskiwaczy gazowych w systemie LPi, co jest najważniejszą czynnością, mającą bardzo duży wpływ na późniejsze działanie instalacji gazowej.

gazeo.plJeśli nie ma możliwości montażu wtryskiwacza bezpośrednio w kolektorze można zastosować przewód przedłużający

Niewłaściwe osadzenie gniazd w kolektorze wiąże się z niedokładnym ustawieniem końcówki wtryskiwacza względem kanału dolotowego. Powoduje to, że gaz będzie wtryskiwany w kierunku ścianki kanału dolotowego. Może to doprowadzić do oblodzenia kanału (temperatura rozprężającego się gazu wynosi -42^oC) i zakłóceń w pracy silnika.

Przed osadzeniem gniazd, po wykonaniu otworów należy wokół nich wykonać równą płaszczyznę, szczególnie jeśli znajdują się one na krzywiźnie kolektora dolotowego.

gazeo.plCzasami, jeśli występują kłopoty w osadzeniu wtryskiwaczy w kolektorze dolotowym stosuje się specjalnie ukształtowane (pod konkretny model silnika) przekładki pomiędzy kolektor i głowicę. Dopiero w nich mocowane są wtryskiwacze gazu

Jest to konieczne w celu uzyskania szczelności gniazd w kolektorze. Są one montowane za pomocą specjalnej praski, na podobnej zasadzie jak nity zrywalne. Materiał gniazda jest spęczany wewnątrz kolektora, a szczelność zapewnia zastosowanie odpowiedniego szczeliwa.

W tak zamontowanych gniazdach osadza się wtryskiwacze gazowe. Jest to kolejna bardzo istotna dla późniejszego działania systemu czynność. Otwór w końcówce wtryskiwacza, którym wtryskiwany jest gaz musi znaleźć się dokładnie w osi kanału dolotowego wylotem w kierunku do silnika. Tylko wtedy wtrysk paliwa nie powoduje oblodzenia kanałów dolotowych. Prawidłowo osadzony wtryskiwacz zabezpiecza się przed wysunięciem z gniazda za pomocą specjalnie ukształtowanego zabezpieczenia.

Aby zapobiec oblodzeniu końcówek wtryskiwaczy wykonuje się je z opatentowanego stopu na bazie miedzi. Charakteryzuje się on bardzo dobrym przewodnictwem cieplnym. W ten sposób końcówki stosunkowo szybko nagrzewają się od kolektora dolotowego.

Wtryskiwacze stosowane w systemie LPi są produkowane przez Siemensa w 5 wersjach wydajności oznaczonych kolorami. Najczęściej stosowane są wtryskiwacze fioletowe. Pozwalają one na zasilanie większości używanych na rynku silników. Jego wydajność umożliwia zasilanie silników o mocy do około 32 KM na cylinder. „Największy” wtryskiwacz pozwala na zasilanie silników o mocy do 50 KM na cylinder.

Osadzone w kolektorze dolotowym wtryskiwacze łączy się ze sobą i resztą instalacji za pomocą przewodów o odpowiedniej długości, które wchodzą w skład zestawu montażowego.

gazeo.plSterownik elektroniczny systemu LPi ma wbudowany wewnątrz czujnik temperatury, którego sygnał jest wykorzystywany do wyznaczania odpowiedniej do warunków atmosferycznych dawki paliwa gazowego. Służy również do wyznaczania czasu niezbędnego do przełączenia silnika na zasilanie paliwem gazowym

Sterownik elektroniczny

Vialle LPi jest jednym z pierwszych systemów zasilania gazowego, który do sterowania czasami otwarcia wtryskiwaczy gazowych używa sygnałów sterujących wtryskiwaczami benzynowymi. Dzięki takiej strategii działania to właściwie sterownik benzynowy steruje wtryskiwaczami gazowymi, zachowując przy tym oryginalne oprogramowanie i wszelkie funkcje diagnostyczne. Sterownik systemu gazowego (LPE) przetwarza tylko sygnały wtryskiwaczy benzynowych, dobierając odpowiednio czas wtrysku dla paliwa gazowego. Aby odpowiednio obliczyć dawkę gazu niezbędny jest również sygnał ciśnienia gazu (z czujnika w regulatorze), temperatury (czujnik umieszczony w sterowniku elektronicznym - LPE) i napięcia w instalacji elektrycznej pojazdu. Dodatkowo sterownik korzysta z sygnału sondy lambda (wyznaczenie czasu, po którym kończy się dawka rozruchowa na benzynie). W zależności od tego sygnału jak również temperatury w komorze silnikowej (czujnik w sterowniku - LPE) i temperatury silnika czas przełączenia systemu LPi na zasilanie gazem waha się w granicach od 5 do 240 s.

Firma Vialle dostarcza systemy LPi przede wszystkim na poziomie firm importujących nowe samochody. Taki system dystrybucji systemu umożliwia panowanie nad jakością montażu, a ta w przypadku systemu LPi jest bardzo istotna.

Opracowany 15 lat temu system LPi cały czas jest oferowany. Jest to instalacja dedykowana, co jest pewną jej słabością, choć z pozycji producenta jest to rozwiązanie pozwalające unikać błędów montażowych i dowolności w umiejscawianiu poszczególnych elementów, szczególnie wtryskiwaczy. Instrukcje montażu w poszczególnych modelach samochodów są bardzo czytelne, pokazując na fotografiach poszczególne czynności.

LPi stał się podstawą do opracowania kolejnych jego generacji (nie mylić z generacjami instalacji). W ten sposób powstała instalacja LPfi (Liquid Propane flex injection), która jest w zasadzie systemem LPi, który można montować w każdym samochodzie oraz LPdi (Liquid Propane direct injection), dedykowana instalacja do silników z bezpośrednim wtryskiem benzyny.