Seat Leon 1,4 TSI - ma talent, cz. III

Gazowy układ zasilania - BRC Sequent Direct Injection

Specyfika konstrukcji silników z bezpośrednim wtryskiem benzyny, w których wtryskiwacze są umieszczone w komorach spalania, powoduje, że silnik w pewnych sytuacjach nie może być zasilany wyłącznie z wykorzystaniem LPG. Dzieje się tak z uwagi na konieczność zapewnienia smarowania i chłodzenia wtryskiwaczy benzynowych, których końcówki mają kontakt z gorącymi gazami spalinowymi. Aby to umożliwić, wtryskiwacze benzynowe muszą czasami zostać uruchomione, innymi słowy silnik pracujący na gazie i tak zużywa pewną ilość benzyny, która oprócz chłodzenia i smarowania wtryskiwaczy zapewnia również usuwanie produktów spalania odkładających się na ich końcówkach.

fot. gazeo.plGazowy układ zasilania silnika 1,4 TSI. Widoczny reduktor-parownik, filtr fazy gazowej, listwa wtryskiwaczy i sterownik

Prezentowany Seat Leon 1,4 TSI został wyposażony w instalację gazową BRC Sequent Direct Injection (SDI), która realizując taką właśnie strategię działania umożliwia zasilanie silników z bezpośrednim wtryskiem benzyny. System współpracuje z jednostkami 4- i 6-cylindrowymi, zarówno wolnossącymi, jak i doładowanymi, o maksymalnej mocy do 200 kW (reduktor-parownik Genius Max). Z mniejszym reduktorem Genius MB (taki zastosowano w pojeździe testowym) maksymalna moc zasilanego silnika wynosi 160 kW.

fot. gazeo.plToroidalny zbiornik paliwa firmy STAKO mieści ponad 37 l gazu

Instalacja Sequent Direct Injection jest systemem typu szeregowego (master & slave), w którym dawka gazu kierowana do poszczególnych cylindrów jest obliczana na podstawie czasów wtrysku benzyny wyznaczanych przez sterownik benzynowy. Algorytm sterownika gazowego przekształca czasy wtrysku benzyny na czasy wtrysku paliwa gazowego.

Monitorowane parametry gazu, czyli jego ciśnienie i temperatura, pozwalają na precyzyjne wyliczenie dawki LPG.

System wywodzi się ze znanej rodziny instalacji BRC Sequent, zachowując te same komponenty (reduktor-parownik, wtryskiwacze).

Zgodnie ze specyfiką zasilania gazowego silników z bezpośrednim wtryskiem benzyny, sterownik systemu BRC SDI łączy w sobie funkcję emulatora wtryskiwaczy benzynowych (kiedy są one wyłączone) z możliwością ich okresowego włączania w celu chłodzenia i oczyszczania ich końcówek umieszczonych w komorach spalania.

Algorytm zasilania silników z bezpośrednim wtryskiem benzyny musi zapewniać prawidłowy odczyt składu mieszanki wymagany przez sterownik benzynowy w każdych warunkach pracy oraz odpowiednią odpowiedź systemu zasilania gazowego, by spełnić wymagania systemu diagnostyki pokładowej.

fot. BRCPrzekrój reduktora-parownika Genius MB. Kolor zielony - ciśnienie w układzie dolotowym, kolor czerwony - ciekły gaz, kolor niebieski - gaz odparowany

W skład systemu zasilania gazowego BRC Sequent Direct Injection wchodzą następujące elementy:

W bagażniku

Zbiornik gazu z wielozaworem

Średnica kół zastosowanych w Leonie (15 cali) i duża w związku z tym średnica wnęki koła zapasowego pozwoliła na zastosowanie sporego jak na tę wielkość samochodu zbiornika paliwa gazowego. Zamontowano toroidalny zbiornik firmy STAKO o średnicy 630 mm, który przy wysokości 204 mm zapewnia pojemność geometryczną 47 l i może pomieścić ponad 37 l ciekłego paliwa gazowego. Zbiornik był jednak nieco wyższy niż głębokość wnęki koła zapasowego, co wymusiło wyrównanie powierzchni podłogi bagażnika około 5-centymetrową warstwą twardego styropianu.

fot. BRCPrzekrój reduktora-parownika Genius MB. Widoczny parownik (kolor czerwony) oraz układ ogrzewania (kolor żółty)

Zastosowany w zbiorniku wielozawór M.T.M. spełnia wymagania regulaminu 67 R01 i jest wyposażony w wymagane przez ten dokument elementy (zawór 80% współpracujący ze wskaźnikiem napełnienia, elektromagnetyczny zawór roboczy, ręczny zawór roboczy, zawór bezpieczeństwa, zawór nadmiernego wypływu, zawór ogniowy). Wszystkie zawory (oprócz ręcznego zaworu roboczego, używanego w czasie prac serwisowych) działają samoczynnie, zapewniając pełne bezpieczeństwo użytkowania zbiornika gazu.

W komorze silnikowej

Elektrozawór gazowy BRC ET98

Elektrozawór BRC ET98 zamontowany po lewej stronie komory silnikowej jest zintegrowany z filtrem gazu ciekłego o dużej powierzchni, który zamontowano w sporym odstojniku. Zoptymalizowano jego parametry, szczególnie pod kątem filtracji, poprawiając zdolność do separacji cząstek ferromagnetycznych.

Reduktor-parownik Genius MB

fot. BRCZasilany od dołu wtryskiwacz gazu BRC IN03: 1- dysza wylotowa gazu, 2B- płytka zaworu, 2C- iglica, 2D- gniazdo zaworu, 3- korpus wtryskiwacza, 4- wlot gazu z listwy, 5- cewka elektromagnetyczna, 8- O-ring, 9- O-ring, 11- O-ring, 12- sprężyna

W instalacji zastosowano jednostopniowy reduktor-parownik Genius MB, który utrzymuje stałą różnicę ciśnienia gazu na wyjściu (1,2 bara) w stosunku do wartości ciśnienia w kolektorze dolotowym. Wydajny układ wymiany ciepła zapewnia wymaganą wydajność nawet przy pełnym obciążeniu silnika.

Filtr fazy gazowej BRC FJ1

Zapewnia odpowiednią czystość odparowanego paliwa gazowego dostarczanego do listwy wtryskowej, co jest bardzo istotne z uwagi na konstrukcję wtryskiwaczy BRC, zbliżoną do benzynowych.

Wtryskiwacze BRC IN03

Wtryskiwacze są zamontowane we wspólnej listwie (kolektorze zasilającym), w której znajduje się również czujnik temperatury gazu. Wtryskiwacze BRC są zasilane od dołu (gaz dopływa przez listwę), a gdy elektromagnes uniesie iglicę, następuje wtrysk gazu do kolektora dolotowego. Zwulkanizowana w gnieździe iglicy guma zapewnia szczelność i amortyzuje jej uderzenia, co zmniejsza głośność pracy wtryskiwaczy, które mimo wszystko i tak nie należą do najcichszych.

Czujnik ciśnienia gazu BRC P1

Jest to niezwykle istotny element gazowego układu zasilania, który wespół z czujnikiem temperatury gazu pozwala na wyznaczenie odpowiedniej dla obciążenia silnika dawki paliwa.

fot. gazeo.plPrzełącznik rodzaju zasilania umieszczono na tunelu pomiędzy fotelami

Sterownik elektroniczny i przełącznik rodzaju zasilania

Pracą wszystkich elementów zawiaduje sterownik elektroniczny BRC Fly SF - SDI, umieszczony w komorze silnikowej obok akumulatora pojazdu. Kierowca jest informowany o stanie pracy instalacji gazowej za pośrednictwem przełącznika rodzaju zasilania, który tradycyjnie, oprócz diod wskazujących rodzaj używanego paliwa, integruje także orientacyjny wskaźnik poziomu LPG w zbiorniku. Przełącznik umieszczono na konsoli pomiędzy fotelami kierowcy i pasażera.

Strategia zasilania LPG

fot. gazeo.plZarówno na benzynie jak i na gazie parametry silnika przewyższały dane katalogowe, w przypadku benzyny o 10 KM i 17 Nm, na gazie o 6 KM i 13 Nm

fot. gazeo.plZamontowanie zaworu tankowania w tym miejscu nie jest zbyt szczęśliwym pomysłem. Poprawne wkręcenie korka zabezpieczającego zawór tankowania jest utrudnione, czego skutkiem, jak widać, może być jego zgubienie

Specyfika pracy silnika z bezpośrednim wtryskiem benzyny zasilanego gazem powoduje, że przełącznik rodzaju zasilania ustawiony w pozycji „gaz” nie zawsze oznacza, że silnik jest zasilany wyłącznie z wykorzystaniem LPG. Czasami, np. na biegu jałowym, jest wręcz przeciwnie, tzn. silnik pracuje wyłącznie na benzynie. W innych zakresach pracy, oprócz gazu do komór spalania jest wtryskiwana jeszcze benzyna tak, aby zapewnić chłodzenie i oczyszczanie końcówek wtryskiwaczy. Z tego powodu trudno jednoznacznie określić ilość benzyny, która jest zużywana w czasie pracy na gazie, ponieważ jest ona ściśle związana z charakterem użytkowania samochodu. Z pewnością zwiększone zużycie benzyny będzie występować w czasie eksploatacji miejskiej, kiedy silnik będzie pracował z dużym udziałem prędkości obrotowej biegu jałowego. Również w przypadku rozwijania prędkości autostradowych udział benzyny będzie się zwiększał, ponieważ zwiększone obciążenie silnika i związane z tym wyższe temperatury będą wymagały bardziej intensywnego chłodzenia wtryskiwaczy benzynowych.

Pomiary na hamowni

Tradycyjnie już, samochód poddaliśmy badaniom na hamowni podwoziowej, sprawdzając jego parametry na obu paliwach. Jak się okazało, przewyższają one dane podawane przez producenta. Na benzynie silnik osiągnął moc blisko 135 KM przy prawie 5300 obr/min oraz moment obrotowy o maksymalnej wartości blisko 217 Nm przy 3240 obr/min. Na gazie silnik dysponował mocą 131 KM przy 5335 obr/min oraz momentem blisko 213 Nm przy 3310 obr/min. Na benzynie parametry przekraczały deklaracje producenta o 10 KM (moc) i 17 Nm (moment), na gazie było to odpowiednio 6 KM i 13 Nm.

Podsumowanie

Koncepcja silnika 1,4 TSI wyznacza nowe trendy w technologiach zasilania jednostek napędowych o zapłonie iskrowym, a zastosowane rozwiązania świadczą o potencjale firmy w zakresie opracowywania nowych technologii, które oprócz nadążania za wymaganiami emisyjnymi podnoszą również walory użytkowe tej jednostki napędowej. Znakomite parametry uzyskiwane z niewielkiej pojemności skokowej, duża wartość momentu obrotowego oraz jego przebieg rodem z silników Diesla powodują, że prowadzenie samochodu z silnikiem 1,4 TSI jest bardzo przyjemne. Jest on bardzo elastyczny, kierowca nie musi zbyt często sięgać do dźwigni zmiany biegów, co docenią szczególnie kierowcy poruszający się w warunkach ruchu wielkomiejskiego. Z drugiej strony ponadprzeciętne (jak na tę pojemność skokową) parametry pozwalają na sprawne poruszanie się Leonem w każdych warunkach drogowych.