Gazowa Cupra - wilk w owczej skórze

fot. gazeo.plSeat Leon Cupra z dwulitrowym silnikiem benzynowym o mocy 177 kW zaadaptowanym do zasilania gazem za pomocą systemu Stella 4DPI firmy Elpigaz

Zasilanie gazowe w potocznym rozumieniu wiąże się z pogorszeniem parametrów silnika, a tym samym obniżeniem dynamiki samochodu. Taka opinia była słuszna jedynie w przypadku mieszalnikowych systemów zasilania (dławiących przepływ w układzie dolotowym), które dziś odchodzą już do historii. Niestety stereotyp pozostał. Przedstawiony poniżej Seat Leon Cupra z gazowym układem zasilania przeczy tej tezie, która przynajmniej od upowszechnienia się instalacji IV generacji jest całkowicie nieprawdziwa.

Leon - trochę historii

fot. SeatPierwsza generacja Leona w odmianie Cupra R

Seat Leon Cupra jest najmocniejszą odmianą modelu oferowanego od 1999 r. Został on zaprojektowany jako bardziej usportowiona wersja Golfa IV (wykorzystano jego płytę podłogową). Pierwsza generacja Leona w odmianie Cupra była początkowo dostępna z turbodoładowanym silnikiem 1,8 l o mocy 180 KM, później w wersji Cupra R wprowadzono jednostkę napędową o mocy 210 KM, zastąpioną silnikiem 225-konnym. Głowice tych silników były wyposażone w finezyjny układ rozrządu z 5 zaworami w każdym cylindrze (3 dolotowe, 2 wylotowe). Obecnie oferowana generacja Leona, która zadebiutowała w 2005 r., bazuje na płycie podłogowej Golfa V. Najmocniejszymi odmianami są modele Cupra i Cupra R. Oba są wyposażone w dwulitrowe, turbodoładowane, benzynowe silniki z bezpośrednim wtryskiem benzyny o mocach odpowiednio 240 i 265 KM. W ostatnim czasie do naszej redakcji trafił Seat Leon Cupra z 2007 r., czyli w wersji sprzed liftingu, który przeprowadzono w 2009 r.

fot. gazeo.plKomora silnikowa Cupry. Z prawej strony widoczny sterownik elektroniczny gazowego układu zasilania

Opis pojazdu testowego

Silnik

W układzie napędowym pojazdu zastosowano wspomniany silnik z bezpośrednim wtryskiem benzyny i turbodoładowaniem z chłodzeniem powietrza doładowującego. Jest to czterocylindrowa jednostka napędowa o pojemności skokowej 1984 cm³ z układem rozrządu, w którym pracują po 4 zawory w każdym cylindrze. Przy stopniu sprężania 9,8 i turbodoładowaniu (0,8 bara) silnik osiąga moc 177 kW (241 KM) w zakresie prędkości obrotowych 5700-6300 obr/min. Maksymalny moment obrotowy o imponującej wartości 300 Nm jest dostępny już od 2200 obr/min i utrzymuje się aż do 5500 obr/min. Z uwagi na zwiększone obciążenia w silniku, zastosowano bardziej wytrzymałe tłoki i korbowody z nowymi łożyskami, zdolnymi do przenoszenia na wał korbowy znacznie wyższych sił. Modyfikacjom poddano również kadłub silnika, a głowicę wykonano z bardziej odpornego na wysokie obciążenia cieplne stopu aluminium oraz zmieniono fazy rozrządu zaworów wylotowych.

fot. SeatTestowy pojazd był wyposażony w sterowaną ręcznie skrzynię wyposażoną w 6 przełożeń

Układ przeniesienia napędu

W prezentowanym modelu moment obrotowy trafia z silnika do ręcznie sterowanej skrzyni biegów wyposażonej w 6 przełożeń, z ostatnim przełożeniem 0,911. Przełożenie przekładni głównej wynosi 4,235. Z przekładni głównej skrzyni biegów moment obrotowy jest kierowany na przednią oś, wyposażoną w niskoprofilowe opony osadzone na wykonanych ze stopu aluminium obręczach o średnicy 18 cali.
Tak skonfigurowany układ napędowy umożliwia osiągnięcie przyspieszenia do 100 km/h w czasie 6,4 s oraz prędkości maksymalnej 247 km/h. Równie imponująco wygląda elastyczność - od 80 do 120 km/h samochód o masie własnej 1445 kg przyspiesza na 5. biegu w 8,2 s.

fot. gazeo.plTylne zawieszenie wielowahaczowe jest dość skomplikowane, lecz zapewnia znakomite prowadzenie kół w każdych warunkach

Układ hamulcowy

Układ hamulcowy wyposażono w mechanizmy tarczowe. Zastosowano je we wszystkich kołach, których duża średnica (18 cali) pozwoliła na zastosowanie wentylowanych tarcz o średnicy 345 mm na przedniej osi oraz 286 mm z tyłu. Doładowanie silnika (brak podciśnienia w układzie dolotowym) wymusiło zastosowanie pompy do wytwarzania podciśnienia w celu zasilania serwomechanizmu wspomagającego działanie hamulców.

Zawieszenie

Zawieszenie przednie obejmuje kolumny prowadzące McPherson ze sprężynami śrubowymi. Zastosowano wiele elementów wykonanych ze stopów aluminium, co zmniejszyło masę nieresorowaną przedniej osi o 7,5 kg w stosunku do rozwiązania „cywilnego”. W tylnym zawieszeniu zastosowano układ wielodrążkowy, zapewniający precyzyjne prowadzenie kół. Zawieszenie jest zestrojone dość sztywno, co jest wynikiem zastosowania innych sprężyn i amortyzatorów oraz twardszych tulei metalowo-gumowych łączących elementy prowadzące koła z nadwoziem. Zawieszenie jest obniżone, prześwit pod samochodem zmniejszył się o 14 mm w porównaniu z podstawowym modelem Leona. Nie przeszkadza to w „normalnym” użytkowaniu samochodu, możliwe jest bezproblemowe pokonywanie spowalniaczy na osiedlowych uliczkach czy krawężników.

Układ kierowniczy

W układzie kierowniczym zastosowano elektryczny układ wspomagania, działający z odpowiednią w stosunku do prędkości jazdy progresją. Dzięki tym rozwiązaniom oraz zastosowaniu niskoprofilowego ogumienia 225/40 R18 o znacznie niższych kątach znoszenia bocznego, samochód prowadzi się znakomicie w każdych warunkach.

fot. gazeo.plPo zdjęciu osłony silnika ukazują się elementy gazowego układu zasilania Stella 4DPI: 1- wtryskiwacze gazu I-Plus, 2- filtr gazu Filgaz, 3- reduktor-parownik Cometa-i, 4- sterownik elektroniczny

Gazowy układ zasilania

Zastosowany w tym samochodzie silnik z bezpośrednim wtryskiem benzyny wymaga zastosowania układu zasilania gazowego zapewniającego okresowe uruchamianie wtryskiwaczy benzyny (aby nie uległy uszkodzeniu), ponieważ są one umieszczone w komorach spalania, a przepływające przez nie paliwo chłodzi je i smaruje. Jedyny dostępny na rynku tego typu system, Stella 4DPI, oferuje firma Elpigaz. Tam właśnie, pod nadzorem działu rozwoju firmy, wykonano montaż instalacji.

fot. gazeo.plSterownik elektroniczny systemu gazowego umieszczono w aluminiowej obudowie

Sterownik elektroniczny

fot. gazeo.plW napędzanym gazem Leonie Cupra zastosowano niewielki reduktor-parownik Cometa-i. Zamontowano go dość głęboko w komorze silnikowej, zachowując jednak łatwy dostęp do śruby mocującej okrywę filtra fazy ciekłej

System zasilania gazowego Stella 4DPI jest instalacją dedykowaną do konkretnego silnika. Sterownik elektroniczny, który odpowiada za strategię działania instalacji gazowej, dobiera się w oparciu o dane samochodu (kod silnika i sterownika układu benzynowego). Nastawy sterownika gazowego zapewniające określony sposób działania instalacji są dobrane pod kątem danej jednostki napędowej. W przypadku silnika stosowanego w Seacie, sterownik zapewnia pracę wyłącznie na benzynie w zakresie prędkości obrotowych biegu jałowego (zasilanie silnika mieszanką uwarstwioną) oraz przy dużych obciążeniach. Potwierdzają to nasze pomiary na hamowni. W graniach około 5000 obr/min silnik pracuje ze znacznie podwyższonym udziałem benzyny (duży wzrost mocy i momentu obrotowego). W zakresie obciążeń częściowych system gazowy tak steruje uruchamianiem wtryskiwaczy benzynowych, aby pracowały one z niewielkim dotryskiem paliwa, zapewniającym ich smarowanie i chłodzenie, nie powodując jednocześnie znacznego podwyższenia zużycia benzyny przy zasilaniu gazem.

Reduktor-parownik

Za odparowanie i przygotowanie paliwa do spalenia w silniku odpowiada produkowany przez Elpigaz reduktor-parownik Cometa-i. Jest to reduktor membranowy, jednostopniowy, zintegrowany z elektrozaworem gazowym wyposażony w filtr gazu ciekłego. Reduktor jest przeznaczony do silników o pojemności skokowej do 2 l, rozwijających moce do 150 KM. Jego wydajność jest dostosowana do silników o takiej wartości mocy, zasilanych z wykorzystaniem wielopunktowego, sekwencyjnego wtrysku benzyny do kanałów dolotowych w pobliżu zaworów. Jak jednak wspomniano, przy zasilaniu gazem silnika z bezpośrednim wtryskiem występuje dotrysk benzyny. Ilość dotryskiwanej benzyny zwiększa się proporcjonalnie do obciążenia jednostki napędowej, zatem do uzyskania mocy znamionowej można zastosować reduktor o nieco mniejszej wydajności. Resztę zapotrzebowania silnika na paliwo pokrywa dotrysk benzyny.

Reduktor Cometa-i charakteryzuje się dużą stabilnością parametrów ciśnienia nawet przy gwałtownych zmianach obciążenia, co w przypadku zastosowania w samochodzie o sportowych parametrach jest niezwykle istotne. Małe wymiary i możliwość montażu w każdym położeniu znacznie ułatwiają pracę montażystom. Reduktor Cometa-i jest również przyjazny w zakresie obsługi. Zintegrowany z nim elektrozawór gazowy nie wymaga demontażu złącz wysokiego ciśnienia przy wymianie wkładu filtra.

fot. gazeo.plFiltr fazy gazowej zabezpiecza listwę wtryskiwaczy przed zanieczyszczeniami, głównie frakcjami oleistymi, tzw. mazutem

Przemyślane zamontowanie gwarantuje również łatwy dostęp do śruby regulacyjnej ciśnienia gazu.
Dodatkową zaletą reduktora zintegrowanego jest zastosowanie w nim tylko jednej cewki elektromagnetycznej (elektrozawór gazowy), która pracuje synchronicznie z cewką elektrozaworu osprzętu zbiornika (w sumie w całej instalacji są 2 cewki). Zmniejsza to obciążenie instalacji elektrycznej - instalacja gazowa pracująca ze „zwykłym” reduktorem, współpracującym z elektrozaworem gazowym ma 3 cewki (elektrozawór zbiornika, elektrozawór przed
reduktorem oraz elektrozawór odcinający wypływ gazu z reduktora).

fot. gazeo.plTrwałość wtryskiwaczy I-Plus jest oceniana na 90 tys. km przebiegu

Listwa wtryskiwaczy

Po odparowaniu paliwo gazowe jest kierowane do listwy wtryskiwaczy I-Plus produkcji AEB, której pracę charakteryzuje precyzyjnie ustawiona i równomierna na poszczególnych sekcjach wydajność, co jest warunkiem poprawnej pracy systemu gazowego oraz spełnienia norm emisji szkodliwych składników spalin. Wtryskiwacze te są odporne na zanieczyszczenia zawarte w paliwie gazowym i gwarantują łatwy serwis, który polega na wymianie dwóch O-ringów na każdej z sekcji (co 60 tys. km). Co najważniejsze, czynność ta nie wymaga ponownej kalibracji wtryskiwaczy.

fot. ElpigazWnętrze pojedynczej sekcji listwy wtryskowej I-Plus

Trwałość elementów wtryskiwaczy I-Plus jest określana na 90 tys. km, co jest zasługą ich konstrukcji. Cewki elektromagnetyczne mają specjalnie ułożone rdzenie (na obwodzie koła), co zapewnia właściwe ustawienie talerzyka, dzięki czemu pracuje on praktycznie bez tarcia. Dzięki temu charakterystyka poszczególnych sekcji jest stała w całym okresie eksploatacji.

fot. gazeo.plUmieszczony pionowo zbiornik toroidalny zapewnia najmniejsze ograniczenie przestrzeni bagażowej, nie ma potrzeby przewożenia koła zapasowego w bagażniku (znajduje się ono na swoim miejscu, we wnęce pod wykładziną)

fot. gazeo.plArmatura rozdzielona zbiornika toroidalnego jest połączona z innymi elementami systemu gazowego za pomocą przewodów elastycznych. Z ich wykorzystaniem podłączenie zbiornika wykonuje się znacznie szybciej. W miejscu tradycyjnego wskaźnika zamontowano elektroniczny układ pomiaru poziomu gazu-Sentronic

Zbiornik gazu

Seat Leon Cupra został wyposażony w toroidalny zbiornik paliwa gazowego. Nie jest to jednak klasyczny „torus” zamontowany we wnęce koła zapasowego (płytka wnęka z kołem dojazdowym ogranicza nieco możliwość zastosowania takiego rozwiązania), lecz zbiornik toroidalny umieszczony pionowo z prawej strony przestrzeni bagażowej. Takie rozwiązanie gwarantuje odpowiednią pojemność zbiornika LPG bez ograniczenia funkcjonalności bagażnika. Koło zapasowe jest na swoim miejscu pod podłogą bagażnika.

Zastosowany zbiornik MoreMo jest także produktem Elpigaz, pochodzącym z mieszczącego się w Gorlicach zakładu produkcyjnego PolmoCon. Zbiornik dysponuje 43 l pojemności geometrycznej, pozwalającej na zatankowanie blisko 35 l gazu. Jest on mocowany do stelaża za pomocą specjalnej nakrętki, którą wkręca się na tuleję centralną, służącą do przeprowadzenia przewodów oraz wentylacji przestrzeni, w której umieszczono armaturę. Zastosowano armaturę rozdzieloną (typu holenderskiego) z czujnikiem poziomu gazu Sentronic. Jest to czujnik pozbawiony ruchomych części, którego zastosowanie w pionowym zbiorniku toroidalnym jest bardzo wygodne - rozwiązania z pływakami sprawdzają się w nim niezbyt dobrze z uwagi na zbyt mały zakres jego ruchu. Obudowa gazoszczelna jest taka sama jak w klasycznym „torusie”, zamknięta uszczelnioną pokrywą. Przestrzeń ta jest połączona z atmosferą przez tuleję centralną, która łączy się z dodatkowym kanałem wykonanym z kształtek PCV o średnicy 50 mm (typowe rury odpływowe stosowane w instalacjach kanalizacyjnych). Umożliwia to centralna nakrętka, która ma właśnie 50 mm średnicy, co zapewnia szczelne zamocowanie kształtek.

fot. gazeo.plPomiar mocy samochodu o tak wysokich osiągach odbywa się po wykonaniu kilku prób rozpędzania

Rozwiązanie wentylacji w zbiornikach MoreMo to przemyślany „patent”. Kształtki PCV, w przeciwieństwie do stosowanych np. w zbiornikach walcowych rur elastycznych (peszel), są znacznie bardziej wytrzymałe, a stosowane w nich uszczelnienia wargowe zapewniają całkowitą szczelność połączeń. Ich mechaniczne uszkodzenie jest praktycznie niemożliwe, a pamiętajmy, że efektywna wentylacja przestrzeni, w której umieszczono armaturę, jest warunkiem bezpiecznego użytkowania pojazdu (w razie wystąpienia nieszczelności gaz jest usuwany na zewnątrz samochodu). Jest to bardzo istotne, dlatego skuteczność działania wentylacji (szczelność) powinna być sprawdzana w ramach każdego badania technicznego. Obok wysokiej wytrzymałości i szczelności, zastosowanie typowych elementów dostępnych w handlu znacznie poprawia ich dostępność, można je kupić nawet w najbliższym markecie remontowo-budowlanym.

Pomiary na hamowni

Mieliśmy okazję zweryfikować wartości parametrów silnika podane przez producenta. Pomiar z wykorzystaniem hamowni podwoziowej wykonaliśmy z pomocą jednej z łódzkich firm. Wyniki uzyskane w zakresie mocy okazały się zbieżne z danymi producenta. Uzyskaliśmy wynik 242 KM (na samej benzynie) przy 6500 obr/min, natomiast maksymalny moment obrotowy występujący przy prędkości obrotowej prawie 3200 obr/min przewyższał wartość podawaną przez producenta o 31 Nm (331 Nm). Deklarowane w materiałach Seata maksimum momentu obrotowego dostępne od 2200 obr/min nie znalazło potwierdzenia w pomiarach, przy tej prędkości obrotowej moment obrotowy wynosi około 250 Nm.

fot. gazeo.plCharakterystyka zewnętrzna silnika przy zasilaniu benzyną

Krzywe mocy i momentu obrotowego uzyskane przy zasilaniu silnika paliwem gazowym są równoległe do krzywych wykreślonych na benzynie.

fot. gazeo.plCharakterystyka zewnętrzna silnika przy zasilaniu LPG z nałożonymi dla porównania przebiegami uzyskanymi na benzynie. Wyraźnie widać przecięcie krzywych mocy i momentu obrotowego w graniach 5000 obr.

W zakresie prędkości obrotowych, do 5000 obr/min parametry silnika są jednak nieco niższe niż na benzynie. Przecięcie krzywych następuje dopiero po przekroczeniu 5000 obr/min, co świadczy o znacznym zwiększeniu ilości dotryskiwanej benzyny. W ten sposób udało się uzyskać parametr mocy na poziomie 255 KM (na mieszance gazowo-benzynowej) przy 6000 obr/min (13 KM więcej niż na samej benzynie). Niestety wartość momentu obrotowego jest niższa i wynosi 322 Nm przy dużo wyższej prędkości obrotowej w stosunku do zasilania benzyną (4800 obr/min). W tym przypadku wartość momentu przy 2200 obr/min jest znacznie niższa od deklarowanej przez producenta i wynosi około 230 Nm.

fot. gazeo.plJeździć taniej samochodem o takich parametrach to prawdziwa przyjemność. Oszczędności nie są może tak spektakularne jak w przypadku zwykłych silników benzynowych, ponieważ jednostki napędowe z wtryskiem bezpośrednim muszą zużywać niewielkie ilości benzyny w celu zapewnienia smarowania i chłodzenia wtryskiwaczy

Biorąc pod uwagę niższe parametry silnika przy zasilaniu gazem, rodzi się pytanie, czy zastosowany reduktor, pokrywający zakres mocy do 150 KM, nie ma zbyt małej wydajności. Nie, ponieważ niższe wartości mocy oraz momentu obrotowego przy zasilaniu gazowym wynikają wyłącznie ze stanu skupienia paliwa. Zastosowanie „większego” reduktora nic nie zmieni. Dawka gazu odpowiadająca energetycznie dawce benzyny ma znacznie większą objętość. „Wtłoczenie” gazu w takiej ilości do komór spalania silnika jest po prostu niemożliwe. Wyeliminowanie tego zjawiska (niewielkiego spadku parametrów) jest możliwe jedynie z wykorzystaniem wtrysku gazu w fazie ciekłej (znaczne zwiększającego gęstość energii paliwa).

Koszty eksploatacji

W czasie trwania jazd testowych pokusiliśmy się o pomiar zużycia paliwa, a w zasadzie obu paliw (specyfika zasilania gazem silników z bezpośrednim wtryskiem benzyny). Średnie zużycie paliwa zmierzone w warunkach dynamicznej jazdy poza miastem wyniosło 9,9 l/100 km (LPG) i 3,26 l/100km (benzyna). Koszty eksploatacji wynoszą zatem 21,09 zł/100 km (LPG) plus 14,77 zł/100 km (benzyna), czyli łącznie niecałe 36 zł/100 km (benzyna 4,53 zł/l, LPG 2,13 zł/l - takie ceny obowiązywały w czasie trwania testu). Przejechanie 100 km na benzynie (dynamiczna jazda pozamiejska), zakładając zużycie paliwa na poziomie deklarowanym przez producenta w mieście, około 11 l/100 km (wariant bardzo optymistyczny), kosztuje blisko 50 zł. Różnica w kosztach eksploatacji wynosi zatem minimum 14 zł na każdych 100 km.

Podsumowanie

Seat Leon Cupra to rasowy samochód o mocno sportowym zacięciu, a jego prowadzenie przy takich parametrach układu napędowego to czysta przyjemność. Firma Elpigaz, która dokonała adaptacji na zasilanie gazowe pokazała, że takie pojazdy mogą być z powodzeniem zasilane LPG, co najważniejsze przy zachowaniu tych samych parametrów emisyjnych. Samochód zarówno przy zasilaniu benzyną jak i gazem spełnia wymagania Euro 4, a rodzina produktów Stela 4DPI jest homologowana na zgodność z regulaminem 115.