Co się dzieje w czasie kolizji samochodów z LPG?

Sprawdziliśmy to przeprowadzając w Przemysłowym Instytucie Motoryzacji próbę zderzeniową samochodów wyposażonych w instalacje gazowe. Charakter próby odzwierciedlał jedno z najczęstszych zdarzeń na polskich drogach, jakim jest najechanie na tył pojazdu.

fot. gazeo.plKomora silnikowa samochodu uderzającego (czerwony Opel Astra LPG w wersji 3-drzwiowej) z instalacją LPG marki STAG przed próbą zderzeniową

Oba samochody uczestniczące w próbie zostały wyposażone w zamontowane zgodnie z przepisami instalacje gazowe, których wszystkie wymagające tego elementy miały stosowne homologacje. Silniki samochodów w czasie zderzenia były uruchomione i pracowały na LPG.

Z pozoru ryzyko rozszczelnienia instalacji gazowych w obu pojazdach było bardzo wysokie, ponieważ zarówno w przednich, jak i tylnych częściach samochodów wyposażonych w gazowe układy zasilania znajdują się ważne ich elementy, w których paliwo gazowe znajduje się w fazie ciekłej (pod wysokim ciśnieniem).

W tylnych częściach obu pojazdów były to zbiorniki LPG. W samochodzie uderzanym (biały Opel Astra w wersji kombi) zastosowano zbiornik toroidalny firmy STAKO (średnica 630 mm, wysokość 204 mm), zamontowany we wnęce koła zapasowego, o pojemności geometrycznej 47 l. W samochodzie uderzającym (czerwony Opel Astra w wersji 3-drzwiowej) był zamontowany zbiornik walcowy o średnicy 270 mm i długości 792 mm. Zbiornik ten miał pojemność geometryczną 40 l.

fot. gazeo.plReduktor LPG STAG R02 wraz z elektrozaworem gazowym i filtrem fazy gazowej zamontowany tuż za przednim pasem samochodu uderzającego

W przedniej części pojazdów elementami, w których znajdowało się LPG w fazie ciekłej były elektrozawory gazowe, które połączone z reduktorami STAG R02 (firmy AC) znajdowały się w przedniej części komór silnikowych obu samochodów (tuż za przednim pasem). Wszystkie elementy części wysokociśnieniowej instalacji były połączone sztywnymi (miedzianymi) przewodami gazowymi wyposażonymi w odpowiednie złącza.

Rozszczelnienie tych elementów mogło stanowić potencjalnie najbardziej niebezpieczne zdarzenie, ponieważ byłoby związane z bardzo intensywnym wypływem LPG.

Samochód uderzający (czerwony Opel Astra LPG w wersji 3-drzwiowej)

fot. gazeo.plPrędkość, przy jakiej nastąpiło najechanie na białą Astrę, wynosiła 54 km/h

Jak w każdym tego typu zdarzeniu drogowym w samochodzie najeżdżającym na przeszkodę uszkodzeniu uległa przednia część pojazdu wraz z komorą silnikową, w której zamontowane były elementy gazowego układu zasilania, zarówno te, w których LPG w stanie gazowym znajduje się pod niskim ciśnieniem (listwa wtryskowa LPG, czujnik ciśnienia i temperatury gazu, część niskociśnieniowa reduktora LPG i przewody elastyczne firmy Parker Hannifin łączące te elementy) oraz te, w których gaz znajduje się pod wysokim ciśnieniem w fazie ciekłej (część wysokociśnieniowa reduktora-parownika, elektrozawór gazowy i sztywny przewód wysokociśnieniowy doprowadzający LPG w stanie ciekłym ze zbiornika).

fot. gazeo.plZdeformowana komora silnikowa czerwonej Astry po próbie zderzeniowej

W przedniej części komory silnikowej, tuż za przednim pasem czerwonej Astry zamontowano reduktor-parownik STAG R02 produkowany przez AC. Wraz z nim na krótkiej sztywnej złączce (nyplu) zamontowano elektrozawór gazowy, do którego dopływało LPG w stanie ciekłym wprost ze zbiornika umieszczonego w przestrzeni bagażowej. Z reduktora LPG, już w fazie gazowej, przepływało do czujnika ciśnienia i temperatury gazu oraz dalej poprzez listwę wtryskową było kierowane do kanałów dolotowych poszczególnych cylindrów. W efekcie zderzenia i deformacji komory silnikowej czerwonej Astry doszło do przemieszczenia reduktora-parownika, który był zamontowany najbliżej przedniej części pojazdu. Rozszczelnieniu uległa część wysokociśnieniowa instalacji gazowej, ponieważ uszkodzeniu uległa sztywna złączka (nypel), którą połączony był elektrozawór gazowy z reduktorem-parownikiem.

Dlaczego zatem wokół samochodu nie pojawiła się chmura gazu? Przecież uchodzące przez nieszczelność ciekłe LPG, przechodząc gwałtownie w stan gazowy zwiększa swoją objętość 270-krotnie.

Zabezpieczeniem przed tego typu sytuacją jest czujnik ciśnienia i temperatury gazu STAG PS02 Plus firmy AC S.A., mierzący te parametry w części niskociśnieniowej układu (za reduktorem). Na podstawie informacji z tego czujnika sterownik LPG wyznacza dawkę paliwa gazowego stosownie do warunków, w jakich pracuje silnik.

fot. gazeo.plZłamana w czasie próby zderzeniowej sztywna złączka elektrozaworu gazowego łącząca go z reduktorem

Czujnik ten odpowiada także za przełączenie jednostki napędowej na zasilanie benzynowe po zużyciu LPG zawartego w zbiorniku. W wyniku zużywania paliwa gazowego zmniejsza się ciśnienie LPG w zbiorniku, a tym samym następuje zmniejszanie ciśnienia za reduktorem LPG, w części niskociśnieniowej instalacji gazowej. Po wykryciu przez czujnik ciśnienia gazu o wartości 0,6 do 0,65 bara, co jest sygnałem braku gazu w zbiorniku, silnik jest automatycznie przełączany na benzynę.

fot. gazeo.plGłówny bohater próby zderzeniowej samochodów LPG - czujnik ciśnienia i temperatury gazu STAG PS02 Plus, którego działanie zapobiegło wyciekowi gazu

Taka sytuacja (spadek ciśnienia gazu w części niskociśnieniowej instalacji) miała miejsce właśnie w czasie próby zderzeniowej. Po rozszczelnieniu części wysokociśnieniowej instalacji gazowej (uszkodzenie sztywnej złączki łączącej elektrozawór gazowy z reduktorem) nastąpił gwałtowny zanik ciśnienia gazu w części niskociśnieniowej instalacji.

Zanik ciśnienia został wykryty przez czujnik ciśnienia i temperatury gazu STAG PS02 Plus, który zadziałał podobnie jak w przypadku zużycia zapasu LPG w zbiorniku. Sygnał o niskim ciśnieniu gazu został skierowany do sterownika LPG, który zamknął elektrozawory w zbiorniku i w komorze silnikowej (ten, który w wyniku zderzenia został odłączony od reduktora) oraz wtryskiwacze LPG, przełączając zasilanie jednostki napędowej na benzynę.

Czujnik ciśnienia i temperatury gazu, stosowany w każdej sekwencyjnej instalacji LPG IV generacji, oprócz funkcji regulacyjnych jest zaprojektowany, by pełnić także rolę zabezpieczenia (o czym często nie pamiętamy). Jak widać po wynikach próby, sprawdza się w tej roli bardzo dobrze.

Czas reakcji tego czujnika na zanik ciśnienia gazu jest bardzo krótki (0,3 s), co powoduje, że wyciek LPG w fazie ciekłej praktycznie nie występuje. Nie ma więc żadnego zagrożenia w czasie kolizji samochodów wyposażonych w instalacje LPG.