Onderwerpen:
- Algemeen
- Geregelde en ongeregelde autogassystemen
- Autogas en gastank
- Vulaansluiting
- Gasafsluiter
- Benzineafsluiter
- Overschakelen van benzine naar gas
- Werking van de verdamper
- Systeem met stappenmotor met drooggasslang (AMS)
- Dampgas-injectie (VSI/EGI)
- Werking van de EGI-verdamper
- Vloeibaar-gasinjectie (LPi)
- Koppelblok (LPi)
- Injectoren (LPi)
Algemeen:
Autogas wordt wereldwijd op kleine schaal toegepast als brandstof voor de motoren van personenauto’s. Er rijden (anno 2013) ca. 700.000 voertuigen op deze brandstof. Dit aantal kan dalen, omdat het wegenbelastingvoordeel van oldtimers jonger dan 40 jaar geschrapt is. Het belastingstarief voor deze oudere auto’s is gelijk aan het tarief van een jongere auto. Wanneer het autogas systeem eruit wordt gehaald (en natuurlijk omgekeurd wordt), dan zal men, als het voertuig tussen de 26 en de 40 jaar oud is, weer van het belastingsvoordeel gebruik kunnen maken.
Autogas is beter voor het milieu dan bijv. benzine- of dieselbrandstoffen. De uitlaatgassen zijn schoner. Ook de brandstof zelf is goedkoper per liter dan benzine. Het verbruik ligt met autogas vaak iets hoger, maar het omslagpunt ligt laag. Het motorvermogen daalt met autogas wel iets t.o.v. benzine, met uitzondering van het LPi-systeem. Onderaan op deze pagina wordt daar meer over uitgelegd.
Er zijn 3 verschillende soorten autogassystemen. Deze systemen worden op deze pagina uitgebreid uitgelegd:
- Systeem met een stappenmotor in de drooggasslang (AMS) (Singlepoint inspuiting vóór de gasklep)
- Dampgas-injectie (VSI/EGI) (Multipoint inspuiting op de inlaatklep)
- Vloeibaar-gasinjectie (LPi) (Multipoint inspuiting op de inlaatklep)
Vaak wordt de term G2 of G3 gebruikt:
G2 installaties maken gebruik van een gas venturi systeem of een dampgas injectie. Er kan een katalysator met een lambdasonde op de auto aanwezig zijn en qua apparatuur gelijk zijn aan een G3-installatie. Ondanks dat kan het zijn dat ze niet onder het fiscale voordeel van een G3 installatie vallen, omdat het voertuig niet voldoet aan de ECE94-12 emissienormen, of omdat het voertuig niet getest is bij een erkende keuringsinstantie. G3 installaties gebruiken de aanstuurtijden van de benzine-injectoren die worden berekend door het motormanagementsysteem. Deze tijden worden omgerekend naar stuurtijden voor de gasinjectoren.
Geregelde en ongeregelde autogassystemen:
Bij oude auto’s (oldtimers) zonder motormanagementsysteem, dus zonder katalysator en lambdaregeling, wordt er gebruik gemaakt van een ongeregeld autogassysteem. Dit conventionele systeem werd tot 1990 toegepast, omdat in die tijd de milieueisen strenger werden. Ook waren er met het ongeregelde systeem meer problemen met backfires (terugslag). Een geregeld systeem, zoals het tegenwoordig nog wordt toegepast, is voorzien van een elektronische regeleenheid. Met behulp de lambdasensor kan er een meer nauwkeurige hoeveelheid gas ingespoten worden. De katalysator zet schadelijke uitlaatgassen om naar minder schadelijk.
Autogas en gastank:
De samenstelling van autogas varieert in de zomer tussen de 30% propaan en de 70% butaan, en in de winter tot 70% propaan en 30% butaan. Butaan komt bij een temperatuur van -10 graden de tank niet meer uit omdat de dampdruk dan te laag is, dus moet het percentage in de winter lager zijn als in de zomer. Dit wordt automatisch gedaan bij de tankstations. Als er heel weinig met de auto gereden wordt, bestaat de kans dat er brandstofproblemen ontstaan doordat de samenstelling die in de tank zit nog van een warmere periode was.
Het vloeibare autogas wordt opgeslagen in de tank. Het gas staat onder een werkdruk van maximaal 2500 kPa (25 bar).
Een tank met vloeibaar autogas mag nooit tot 100% gevuld worden, omdat er anders onvoldoende ruimte is voor het gas om uit te zetten bij opwarming. De gastank is zo ontworpen, dat deze maar voor 80% gevuld kan worden. Het vloeibare autogas verlaat de tank via de elektromagnetische afnamekraan, welke opent als de motor gestart wordt. Het vloeibare autogas stroomt in dat geval via de leiding naar de gasafsluiter. Later op deze pagina meer hierover.
Na fabricage van de tank wordt de fabricagedatum in de tank geslagen. De tank wordt de komende 10 jaar in orde bevonden. Gastanks worden om te testen afgeperst op een druk van 3000kPa (30 bar). De barstdruk van een gastank is 10.000kPa (100 bar). Rondom de appendages is een gasdichte kast aangebracht dat de appendagekast wordt genoemd. De appendagekast is d.m.v. een ontluchtingsslang met de buitenlucht verbonden. Het doel van de appendagekast is in geval van lekkage, de aanwezige lekgassen afvoeren naar de buitenlucht. Deze lekgassen mogen absoluut niet in het interieur terecht komen.
Gastanks worden met trekbanden op een stalen onderframe bevestigd. Dit stalen onderframe zit aan de carrosserie van de auto geschroefd. Tussen de tank en de trekbanden zijn kunststof strips aangebracht ter bescherming. De gastank mag niet op een andere manier aan de carrosserie verbonden worden!
Vulaansluiting:
In de vulaansluiting is schroefdraad aangebracht. Hierin kan een verloopstuk (adapter) worden geschroefd. Dat kan noodzaak zijn wanneer er in het buitenland getankt wordt. De buitenvulklep is uitgevoerd met een terugslagklep, die voorkomt dat er na het vullen weer gas terugstroomt. De pomp bij het tankstation zal het gas onder druk door deze vulaansluiting persen. Via de vulaansluiting stroomt het gas via de vulslang naar de gastank.
Gasafsluiter:
De gasafsluiter is zo dicht mogelijk bij de verdamper gemonteerd. De gasafsluiter wordt bekrachtigd als het contact wordt ingeschakeld en de brandstofkeuzeschakelaar op gas geselecteerd staat. De regeleenheid zorgt voor de aansturing van deze gasafsluiter. De aansturing wordt gestopt wanneer de motor afslaat.Het autogas dat vanaf de gastank de gasafsluiter binnenkomt, stroomt door het filter heen. Als de spoel niet bekrachtigd is, sluit de klep de doorlaat naar de verdamper af. Het autogas komt dan via boring “A” in de ruimte rondom en boven de klep. Doordat het autogas op de klep drukt, wordt de doorlaat naar de verdamper stevig dichtgedrukt. Zodra de spoel wordt bekrachtigd, wordt de weekijzeren kern magnetisch. Door de magnetisme wordt de klep hierdoor naar boven getrokken. De doorlaat naar de verdamper is nu geopend, zodat er autogas naar de verdamper kan stromen. Zodra er op de motor afgeremd wordt, sluit de gasafsluiter de gastoevoer tijdelijk af totdat de bestuurder weer gas geeft.
Benzineafsluiter:
Als er op gas wordt gereden wordt de benzinetoevoer afgesloten. Op dat moment wordt de spoel niet bekrachtigd en sluit de klep de doorlaat af. Op het moment dat er van gas weer wordt overgeschakeld naar benzine, wordt de spoel bekrachtigd en wordt daardoor de weekijzeren kern magnetisch. Daardoor wordt de klep naar boven getrokken, zodat de benzine wordt doorgelaten.
Overschakelen van benzine naar gas:
Als er op benzine gestart is en er wordt naar gas overgeschakeld, vindt deze overschakeling niet direct plaats. De motor draait tijdelijk op beide brandstoffen. Dit zorgt voor een soepele overgang van benzine naar gas. Deze situatie wordt de “dubbellooptijd” genoemd.
De regeleenheid bepaald hoe lang de motor op beide brandstoffen tegelijk draait. Bij koude motor zal dat langer zijn dan bij warme motor, doordat de verdamping van een brandstof bij koude buitenlucht slechter is. Na een paar minuten (afhankelijk van systeem en de temperaturen) wordt de benzinetoevoer volledig uitgeschakeld via de benzineafsluiter.
Werking van de verdamper:
Om de werking van de verdamper zo duidelijk mogelijk te maken, is de verdamper in de afbeelding zo simpel mogelijk getekend. Later op deze pagina zal er uitleg gegeven worden over een echte (EGI) verdamper, wat toch wel een stuk lastiger is. Daarom wordt eerst de simpele verdamper uitgelegd om de basis duidelijk te maken.
De verdamper heeft als taak het vloeibare autogas in de tank gasvormig te maken. Het vloeibare gas moet verdampt worden (vandaar de naam verdamper). Om het vloeibare gas te kunnen verdampen is er warmte nodig. Deze warmte wordt onttrokken aan de koelvloeistof. Deze wordt door de motor opgewarmd en is dus rond de 90 graden als de motor op bedrijfstemperatuur is. Het is belangrijk dat de verdamper zo snel mogelijk opwarmt, dus daarom wordt de koelvloeistof vóór de thermostaat afgetapt. Dit kan ook bij het koelcircuit van de kachel, want deze toevoerleiding zit namelijk ook voor de thermostaat aangesloten.
Omdat de verdamper pure warmte nodig heeft, is het logisch dat de motor eerst opgewarmd moet zijn voordat het verdampingsproces kan beginnen. Dat is dus ook de rede waarom er niet direct op gas gestart kan worden. Bij de koude start zal de motor de eerste paar minuten op benzine draaien, voordat het systeem over gaat op gas.
Theoretische werking van de verdamper:
Ruimte A is van de eerste trap, ruimte C is de ruimte van de tweede trap.
In de ruimtes B en D heerst de referentiedruk, dat in dit geval de buitenluchtdruk is.
Gasafsluiter geopend, motor draait niet:
Het vloeibare autogas stroomt vanuit de gastank langs de klep van de 1e trap naar ruimte A. Hierbij gaat het autogas over van de vloeibare vorm naar gasvormige toestand.
Het autogas bouwt een druk op in ruimte A. Door deze druk wordt het membraan van de 1e trap naar links geduwd. Hierbij wordt veer 1 samengedrukt, terwijl veer 2 zich ontspant. Als de druk in ruimte A ca. 135kPa bedraagt, is het membraan van de 1e trap zo ver naar links verplaatst dat de klep van de 1e trap sluit. Er stroomt nu geen autogas meer naar ruimte A. Veer 3 zorgt ervoor dat in deze toestand de klep van de 2e trap gesloten blijft.
Gasafsluiter geopend, motor draait:
Als de motor draait, veroorzaakt de inlaatlucht een onderdruk aan de uitstroomopening van de gas/luchtmenger. Deze onderdruk verplaatst zich via de drooggasslang voort tot in ruimte C (de 2e trap) van de verdamper/drukregelaar. De referentiedruk in ruimte D zorgt er nu voor dat het membraan van de tweede trap naar links beweegt. Hierbij wordt veer 3 samengedrukt en de klep van de tweede trap opent. Er stroomt nu autogas van ruimte A naar ruimte C, en van daaruit naar de motor. Doordat er autogas van ruimte A naar ruimte C stroomt, daalt de druk in ruimte A. De klep van de eerste trap zal hierdoor openen, zodat er opnieuw autogas vanuit de tank naar ruimte A stroomt. Het autogas dat langs de klep van de tweede trap naar ruimte C stroomt, bouwt in ruimte C een druk op. Afhankelijk van de brandstofbehoefte van de motor zal hierdoor het membraan van de tweede trap een bepaalde positie innemen, zodat de doorlaat van de klep van de tweede trap groter of kleiner wordt. Hoe groter de onderdruk aan de uitstroomopeningen van de gas/luchtmenger is, des te meer autogas er naar de motor kan stromen. Er ontstaat een evenwichtssituatie, waarbij afhankelijk van de onderdruk aan de uitstroomopeningen van de gas/luchtmenger er meer of minder gas langs de kleppen van de eerste en de tweede trap stroomt.
Systeem met stappenmotor met drooggasslang (AMS):
Dit is het AMS systeem van Vialle. In de tank zit vloeibaar autogas. De verdamper/drukregelaar zorgt dat het gas verdampt als het uit de tank komt en dat de druk verlaagd wordt. De hoeveelheid van het gas dat de verdamper verlaat, wordt geregeld door de venturi in het bij de gas/luchtmenger, welke een onderdruk veroorzaakt. Hoe groter de onderdruk is, des te meer autogas er wordt aangezogen. De onderdruk hangt af van het toerental en de belasting van de motor (door de luchtsnelheid). Dus als er meer toeren gemaakt worden, is de hoeveelheid aangezogen gas steeds groter. Echter, dit is niet echt nauwkeurig. Om precies de gashoeveelheid te leveren die de motor nodig heeft, is fijnregeling nodig. Met behulp van de meting van de lambdasonde de juiste mengverhouding berekend.
Als er te weinig gas is ingespoten, is het mengsel arm (lambda > 1). Bij te veel gas is het mengsel te rijk (lambda < 1). (Het teken > betekent groter dan, en < betekent kleiner dan). De lambdasonde zal dit in de uitlaatgassen meten. Het motormanagement zal dus het te rijke, of te arme mengsel herkennen en de stappenmotor aansturen. De stappenmotor maakt de gasdoorlaat dan groter of kleiner. Deze stappenmotor wordt meestal op de verdamper geplaatst. Bij een koude start zal deze stappenmotor in een neutrale positie staan en nog niet werken. De motor draait nog in een “open loop” situatie. Dat betekent dat het lambdasonde signaal nog niet wordt gebruikt omdat de koudstartverrijking nog actief is. Het nadeel van het AMS-systeem is dat het singlepointe injectie is. Het gas wordt voor de gasklep ingespoten en verdeelt zich met de lucht over de verschillende cilinders. Door de grote hoeveelheid aan gas in de inlaatbuis is de kans op een backfire sterk aanwezig.
Dampgas-injectie (VSI/EGI):
Dit is het Vapour Sequential Injection (VSI) of Elektronische dampGas Injectie (EGI). Voor het gemak wordt het nu alleen EGI genoemd. Het dampgas-injectiesysteem is een multipoint injectiesysteem wat met behulp van een regeleenheid aangestuurd wordt. Er kan nu per cilinder ingespoten worden in plaats van centraal voor de gasklep. Dat kan bij een 4 cilinder motor zijn, maar ook makkelijk bij een 6 of 8 cilinder. Het gas wordt vlak voor de inlaatklep ingespoten. De kans op een backfire is nu een stuk kleiner vergeleken met het AMS-systeem. Bij dit type gasinstallatie moet er altijd op benzine gestart worden. Na korte tijd zal automatisch het gassysteem ingeschakeld worden.
Werking:
Het autogas komt uit gasvormige toestand uit de verdamper. De druk is door de drukregelaar ín de verdamper verlaagd. Vervolgens stroomt het gas naar het verdeelhuis. Het verdeelhuis doseert de hoeveelheid gas en verdeelt het met behulp van de regelsleuven over de injectoren. De injectoren spuiten het dampvormige gas in het inlaatspruitstuk, vlak voor de inlaatklep.
Werking van de EGI-verdamper:
De volgende tekst heeft betrekking tot de onderstaande afbeelding.
- Werking eerste trap:
In drukloze toestand zal veer 6 tegen membraan 7 de hevel tegen veer 8 naar beneden duwen, waardoor de klep van de 1e trap 3 geopend is.
Wanneer het gas bij invoertule 1 naar binnen komt, zal het gas het membraan 7 tegen veer 6 omhoog duwen. De hevel 4 komt nu vrij, en veer 8 duwt de hevel omhoog. Daardoor sluit de klep van 1e trap 3.Aan de bovenzijde van membraan 7 heerst de onderdruk van de motor, waardoor de druk in de 1e trap ook afhankelijk wordt van de motoronderdruk. De druk in de 1e trap kan worden afgesteld door instelbout 5. Druk 1e trap= Afgeregelde druk 1e trap – motoronderdruk.
- Werking tweede trap:
Het gas in de eerste trap kan in eerste instantie langs de vrijgegeven opening door de klep van 2e trap 13. Het gas drukt dan tegen veer 11 en membraan 10, waardoor de 2e trapklep 13 door veer 14 sluit.
Aan de onderzijde van membraan 10 heerst de onderdruk van de motor, waardoor de druk in de 2e trap afhankelijk is van de motoronderdruk. De druk in de 2e trap kan worden afgesteld door instelbout 12.
Druk 2e trap= Afgeregelde druk 2e trap – motoronderdruk.
- Overdrukbeveiliging 1e trap:
Wanneer de druk in de 1e trap te hoog wordt, zal membraan 7 samen met membraanplaat 19 omhoog bewegen.
Wanneer de membraan-as 18 tegen instelbout 17 komt te liggen, kan de membraan-as 18 niet meer verder omhoog.
Membraan 7 beweegt met membraanplaat 19 wel verder omhoog, waardoor membraanplaat 19 bij het smallere gedeelte van membraan-as 18 komt te liggen. Hier komt een opening vrij, waardoor het gas vanuit de 1e trap via ruimte 16, kanaal 20 en spruitstukdruktule 15 naar het inlaatspruitstuk van de motor kan gaan.
- Terugkoppeling:
De gasdruk uit de 1e trap kan via kanaal 22 onder plunjer 23 komen.
Deze gasdruk werkt dus aan de onderzijde op plunjer 23, tegengesteld aan de gasdruk uit de 1e trap op de 2e trapklep 21.
Nu zal de gasdruk van de 1e trap op de 2e trapklep 21 niet meer van invloed zijn op het openen van de 2e trapklep 21, omdat de gasdruk van de 1e trap onder plunjer 23 tegengesteld gericht is.
Vloeibaar-gasinjectie (LPi)
LPi betekent: Liquid Propane injection). Bij vloeibaar-gasinjectie wordt autogas als vloeistof ingespoten. Er is dus geen verdamper aanwezig in dit systeem.
Omdat het vloeibare gas ook niet verdampt hoeft te worden, kan er gewoon op gas gestart worden. Het benzine-inspuitsysteem wordt dus eigenlijk buiten werking gesteld. Dit heeft wel het nadeel dat het benzine-inspuitsysteem door het weinige gebruik kan gaan vervuilen. Het is daarom wel aan te raden om af en toe een stuk op benzine te rijden. Het LPi-systeem probeert het benzine-inspuitsysteem zoveel mogelijk te benaderen. Het vloeibare autogas wordt door de injectoren op de inlaatklep ingespoten (precies zoals indirect ingespoten benzinemotoren).
De verdamper en de gas/luchtmenger zijn vervangen door het koppelblok en de injectoren. In de tank is een pomp aangebracht om het vloeibare autogas rond te pompen. De vloeistofinjectie wordt gestuurd vanuit het bestaande motormanagementsysteem dat volledig zijn zelflerende eigenschappen behoud en benut. Het LPi-systeem gebruikt alleen het signaal van de openingstijd van de benzine-injector en vertaald dit naar autogas. Vloeibaar autogas is zeer nauwkeurig te doseren. Beter dan gas in dampvorm.
Het LPi-systeem volgt de injectiestrategie van de benzineregeleenheid. Alle opties zoals brandstofuitschakeling bij decelereren, toerentalbegrenzing, vollastverrijking en de lambadaregeling worden ook op autogas uitgevoerd. Met LPi heeft de motor geen vermogensverlies. Dit komt door het ontbreken van het luchtverdringingseffect, dat met dampdosering wel blijft bestaan. Door het luchtverdringingseffect neemt de vullingsgraad van de motor met ongeveer 6% af. Ook zorgt de vloeibare injectie voor een koelende werking voor het verdampen van het gas in de cilinder. Er ontstaat dan een betere vullingsgraad. Daarmee worden er ook betere motorprestaties behaald. Het brandstofverbruik ligt hierbij nog wel hoger dan wanneer er met de zelfde motor op benzine gereden wordt, omdat er per kg gas minder verbrandingsenergie zit dan in een kg benzine.
Er is een hoge systeemdruk nodig om het autogas in vloeibare vorm te injecteren. De systeemdruk wordt geleverd door de membraanpomp in de tank. Deze pompt het autogas via het koppelblok naar de autogasinjectoren. De systeemdruk wordt door de drukregelaar afgeregeld op 5 bar boven de tankdruk.
Door opwarming zouden er dampbellen in de leidingen kunnen ontstaan. Damp is samendrukbaar en dus niet nauwkeurig te injecteren. Door het vloeibare autogas onder druk rond te pompen wordt opwarmen en dus eventuele damp in de leiding voorkomen. Ook zijn de leidingen van kunststof, en geïsoleerd tegen de warmte.
Op de retourleiding zit ook een filter gemonteerd, die eventuele verontreinigingen en metaaldeeltjes tegen moet houden.
Koppelblok (LPi):
Het koppelblok vormt de verbinding tussen de tank en de injectoren (zie onderstaande afbeelding). In het koppelblok is een elektromagnetische afsluiter opgenomen, die tegelijk opent en sluit met de afnamekraan op de tank. In het koppelblok zijn ook de drukregelaar (die normaal bij de verdamper zat) en de drukopnemer gemonteerd. Op het koppelblok zitten 4 aansluitingen. De flexibele hogedrukleidingen worden aan het koppelblok bevestigd met een banjobout. De aansluitingen mogen niet verwisseld worden i.v.m. de doorstroming van het autogas. Bij een defect moet het koppelblok compleet vervangen worden, omdat deze beslist niet uit elkaar gehaald mag worden.
Injectoren (LPi):
Om het vloeibare autogas te injecteren, worden “bottom-feed-injectoren” gebruikt. Dit type injector heeft als voordeel (in tegenstelling tot top-feed-injectoren) dat de warmte van de injectorspoel geen opwarming van het autogas veroorzaakt. Ook blijft er bijna geen voorraadje autogas in de injector staan. De injectorspoel heeft een weerstand van 1,8 Ohm. Voor de gas-ingang van de bottom-feed-injector zit nog een filter gemonteerd om te voorkomen dat grof montagevuil in de injector terecht kan komen.
De injectoren worden in een universele injectorhouder geplaatst. De afdichtingen worden verzorgd door O-ringen. De injector wordt op zijn plaats gehouden door een geschroefde ring. Afhankelijk van de plaatsing op het spruitstuk wordt het gas door de uitstroompijpjes geleid (zie onderdeel 9 in de afbeelding).
