Vialle LPi - od tego się zaczęło

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 elektronicznego, wiązki elektryczne i przewody gazowe o odpowiedniej długości są przygotowywane 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.

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

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

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

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.

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.

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

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.

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.