Diesel na gaz? Czemu nie?

Powoduje to jednak, że względnie prosty silnik o zapłonie samoczynnym stał się w ostatnich latach skomplikowanym agregatem otoczonym różnymi dodatkowymi urządzeniami pozwalającymi osiągnąć obecnie obowiązujące wymagania emisyjne. Alternatywą może być jednoczesne zasilanie silnika olejem napędowym i gazem ziemnym lub płynnym.

Diesel + LPG

ElpigazPorównanie charakterystyki silnika zasilanego wyłącznie olejem napędowym oraz jednocześnie olejem napędowym i LPG

Jedną z prostszych metod jest dodanie do układu dolotowego silnika Diesla niewielkiej ilości gazu (do 30%). Pozwala to na skuteczne usunięcie cząstek stałych ze spalin. Jest to szczególnie istotne w pojazdach eksploatowanych w miastach (autobusy miejskie, pojazdy komunalne). Dodatkową korzyścią, szczególnie istotną dla użytkowników, jest obniżenie kosztów eksploatacji, co jest związane z zastąpieniem części dawki oleju napędowego gazem. W ten sposób zasilany silnik ma również wyższe parametry trakcyjne (moc i moment obrotowy). Sumaryczne zużycie paliwa (olej napędowy + gaz) jest około 5% mniejsze w stosunku do pracy silnika z wykorzystaniem wyłącznie ON.

Systemy tego typu nie wymagają żadnych zmian konstrukcyjnych w jednostce napędowej. Dodany do układu dolotowego gaz, zwiększający parametry silnika powoduje, że kierowca w mniejszym stopniu naciska pedał przyspiesznika. Z tego faktu oraz z niższej ceny gazu, który zastępuje część dawki oleju napędowego wynika oszczędność z zastosowania takiej instalacji.

Instalacje takie nie są nowością, nawet na naszym rynku. W latach 80. tego rodzaju układ zasilania (wykorzystujący co prawda CNG) opracowano i przetestowano z powodzeniem na Politechnice Śląskiej w Katowicach. Obecnie na polskim rynku oferowane są trzy tego typy układy zasilania, które z uwagi na dostępność paliwa wykorzystują LPG.

ElpigazSchemat pokazujący zasadę działania systemu jednoczesnego zasilania olejem napędowym i autogazem DEGAMix

Jako pierwszy taką instalację wprowadził gdański Elpigaz. System o handlowym oznaczeniu DEGAMix jest z powodzeniem montowany w pojazdach ciężarowych, autobusach od początku tego roku.

Instalacja DEGAMix jest w kompletacji bardzo podobna do klasycznego systemu IV generacji i składa się z reduktora-parownika Fiore Forte, jednego (silniki do 300 KM) lub dwóch (silnik powyżej 300 KM) wtryskiwaczy Verde, montowanego pomiędzy nimi filtra fazy gazowej, elektronicznego sterownika zarządzającego pracą gazowego układu zasilania oraz termopary, która montowana w układzie wylotowym wyłącza zasilanie gazem po przekroczeniu przez spaliny temperatury 750° C. Instalacja, w zależności od zastosowania jest dostępna w wersji zasilanej napięciem 12 V (samochody dostawcze) lub 24 V (pojazdy ciężarowe). Wtryskiwacze montuje się w układzie dolotowym powietrza przed turbosprężarką.

EuropegasZestaw montażowy systemu Oscar-N Diesel

Kolejnym oferowanym na polskim rynku systemem do zasilania gazem silników Diesla jest Oscar-N Diesel firmy Europegas. Jak podaje producent silnik o zapłonie samoczynnym pracujący na mieszance oleju napędowego i gazu pozwala na zredukowanie kosztów eksploatacji oraz zmniejszenie emisji dwutlenku węgla. Doprowadzany do rury dolotowej za pośrednictwem wtryskiwaczy gaz stanowi swego rodzaju katalizator procesu spalania. Zapewnia to spalenie praktycznie całej dawki oleju napędowego dostarczanego do silnika (95-98%), co skutkuje zmniejszeniem jego zużycia.

Oprócz wtryskiwaczy w skład systemu Oscar N Diesel wchodzą: reduktor-parownik, elektrozawór gazowy z filtrem fazy ciekłej, czujnik spalania stukowego, czujnik temperatury spalin i powietrza w układzie dolotowym, czujnik temperatury cieczy i filtr fazy gazowej. Praca systemu jest nadzorowana przez elektroniczny sterownik.

CAR-GAZSolaris Diesel

System zasilania gazowego silników Diesla oferuje również firma Car-Gaz. Instalacja o handlowym oznaczeniu Solaris Diesel podobnie jak wyżej opisane nie ingeruje w oryginalny system zasilania olejem napędowym.

Jak podaje producent sterownik systemu Solaris Diesel uruchamia wtryskiwacze na podstawie sygnału obciążenia silnika, prędkości obrotowej wału korbowego, temperatury w układzie wylotu spalin. Dzięki temu system nadaje się do zasilania gazem każdego silnika o zapłonie samoczynnym, bez względu na generację czy normę emisji spalin.

Według deklaracji producenta instalacja pozwala na redukcję kosztów eksploatacji związanych z paliwem o 10 do 25% przy jednoczesnym zwiększeniu parametrów (mocy i momentu obrotowego) o 20-30%. Dzięki temu silnik staje się znacznie bardziej elastyczny.

Oferta instalacji gazowych do diesli będzie się z pewnością się rozwijać ponieważ nad tego typu systemami pracują również inne firmy, zarówno polskie (KME, AC) oraz zagraniczne, które są reprezentowane w Polsce (Vialle, Prins).

WestportSchemat działania układu zasilania silnika Westport GX. Skroplony gaz ziemny jest odparowywany i kierowany do dalszej części układu. Temperatura odparowanego gazu wynosi 40oC a ciśnienie 30 MPa. Później poprzez akumulator ciśnienia gaz trafia do urządzenia regulującego jego wartość do poziomu odpowiedniego dla zasilania wtryskiwaczy

CNG + Diesel
Inną koncepcją zasilania silników o zapłonie samoczynnym z wykorzystaniem gazu jest zastąpienie znacznie większej dawki paliwa (do 95%) CNG. Pięcioprocentowy udział paliwa dieslowskiego służy jedynie do zainicjowania procesu spalania. Silnik podobnie jak we wcześniej opisanych rozwiązaniach cały czas pozostaje jednostką napędową o zapłonie samoczynnym, charakteryzującą się wysoką sprawnością. Nad tego typu rozwiązaniami pracują najwięksi producenci silników, układów zasilania i samochodów użytkowych. Można tutaj wymienić firmy: Cummins Westport, która opracowała system zasilania wtryskowego HPDI (High Pressure Direct Injection), w którym olej napędowy i gaz ziemny są podawane za pomocą jednego dwufunkcyjnego wtryskiwacza, Bosch, który w Ameryce Południowej oferuje system DG-Flex, czy ostatnio firmę Volvo rozwijającą silnik zasilany olejem napędowym i gazem ziemnym w modelu FM MethaneDiesel (paliwo gazowe dla zwiększenia gęstości magazynowanej energii jest przechowywane w postaci ciekłej - LNG.

Prace nad zastosowaniem silników zasilanych jednocześnie paliwem dieslowskim i gazem (LPG, CNG) są prowadzone także w przemyśle okrętowym, który proponuje tego typu gazowe, dwupaliwowe jednostki napędowe.

Podsumowanie
Przy obecnym stanie rynku autogazu, który od kilku lat określamy mianem stabilnego znalezienie nowej grupy klientów dla tego paliwa (np. użytkownicy pojazdów użytkowych) może być kolejnym bodźcem dla zwiększonej dynamiki rozwoju branży gazu płynnego w Polsce.