Υγραέριο κίνησης

Υγραέριο κίνησης (Autogas) είναι το συνηθισμένο όνομα για το υγραέριο (LPG) όταν χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε μηχανές εσωτερικής καύσης σε οχήματα καθώς και σε στατικές εφαρμογές όπως σε γεννήτριες. Είναι μείγμα προπανίου και βουτανίου.

Πρατήριο καυσίμων υγραερίου κίνησης της Shell.

Το υγραέριο κίνησης χρησιμοποιείται πλατιά ως "πράσινο" καύσιμο, επειδή η χρήση του μειώνει τις εκπομπές καυσαερίων του διοξειδίου του άνθρακα κατά περίπου 15% συγκρινόμενο με τη βενζίνη. Ένα λίτρο βενζίνης παράγει 2,3 kg CO₂ όταν καίγεται, ενώ η ισοδύναμη ποσότητα υγραερίου κίνησης (1,33 λίτρα λόγω της πιο χαμηλής πυκνότητας του υγραερίου κίνησης) παράγει 1,5 * 1,33 = 2 kg of CO₂ όταν καεί. Έχει αριθμό οκτανίου (MON/RON) που είναι μεταξύ 90 και 110 και περιεκτικότητα ενέργειας υψηλότερης θερμαντικής αξίας (higher heating value—HHV) που είναι μεταξύ 25,5 MJ ανά λίτρο (για καθαρό προπάνιο) και 28,7 MJ/L (για καθαρό βουτάνιο) ανάλογα με την ενεργή σύσταση του καυσίμου.

Το υγραέριο κίνησης είναι το τρίτο πιο δημοφιλές καύσιμο αυτοκινήτων στον κόσμο, με περίπου 16 εκατομμύρια από τα συνολικά 600 εκατομμύρια επιβατικά αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν καύσιμο και αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 3% του συνολικού μεριδίου της αγοράς. Περίπου τα μισά από όλα τα επιβατικά οχήματα με καύσιμο υγραερίου κίνησης βρίσκονται στις πέντε μεγαλύτερες αγορές (με φθίνουσα σειρά): Τουρκία, Νότια Κορέα, Πολωνία, Ιταλία και Αυστραλία.

Κατασκευαστές οχημάτων

Η Toyota κατασκεύασε έναν αριθμό μηχανών μόνο με LPG τη δεκαετία του 1970 στις οικογένειες μηχανών Toyota M engine, Toyota R engine και Toyota Y engine.

Ένας αριθμός κατασκευαστών οχημάτων —Citroën, Fiat, Ford, Hyundai, General Motors (συμπεριλαμβάνοντας τις Daewoo, Holden, Opel/Vauxhall Motors, SAAB Automobile), Suzuki, Peugeot, Renault (συμπεριλαμβανομένων των Dacia), Skoda, Tata Motors, Toyota, Volvo και πιο πρόσφατα Volkswagen —έχουν μοντέλα OEM διπλού καυσίμου που κινούνται εξίσου καλά και με υγραέριο κίνησης και με βενζίνη. Η Holden Special Vehicles (HSV) προσφέρει επίσης μοντέλα οχημάτων διπλού καυσίμου (Bi-fuel vehicle)· όμως, τα οχήματα χρησιμοποιούν διαφορετικό σύστημα από αυτό των δοτικών οχημάτων τους από την Holden, χρησιμοποιώντας τεχνολογία HSV από την Orbital Autogas Systems, που εγχέει το υγραέριο κίνησης στη μηχανή ως υγρό αντί για αέριο για να έχει αυξημένη αποτελεσματικότητα. Από το 2011, η σειρά Commodore της Holden προσφέρει επίσης οχήματα LPG, με δεξαμενή καυσίμου από αργίλιο (αλουμίνιο) αντί για τη δεξαμενή βενζίνης.

Τα οχήματα με βενζίνη που δεν έχουν ενσωματωμένα συστήματα LPG/υγραερίου κίνησης από τους κατασκευαστές μπορούν συνήθως να αποδεχθούν συστήματα τρίτων για να ενεργοποιήσουν τη χρήση είτε υγραερίου κίνησης είτε βενζίνης.

• 
  4λιτρη εξακύλινδρη μηχανή (straight-six engine) E-Gas ενός Ford AU Falcon του 2001.
• 
  Μηχανή V6 3,6 λίτρων Alloytec διπλού καυσίμου (βενζίνη και LPG) ενός Holden VE Commodore του 2006–2008.

Χώρες

Γράφημα της παγκόσμιας κατανάλωσης υγραερίου κίνησης το 2008.

Το υγραέριο κίνησης έχει υψηλή δημοτικότητα σε αρκετές χώρες συμπεριλαμβανομένων των: Αυστραλίας, Ευρωπαϊκής Ένωσης, Χόνγκ Κόνγκ, Ινδίας, Φιλιππίνες, FYROM, Νότια Κορέα, Σερβία, Σρι Λάνκα και Τουρκία. Είναι επίσης διαθέσιμο στα μεγαλύτερα πρατήρια καυσίμων σε πολλές χώρες. Στη Δημοκρατία της Αρμενίας, π.χ. το υπουργείο μεταφορών υπολογίζει ότι το 20 έως 30% των οχημάτων χρησιμοποιούν υγραέριο κίνησης, επειδή προσφέρει μια πολύ φτηνή εναλλακτική λύση και στο ντίζελ και στη βενζίνη, έχοντας λιγότερο από τη μισή τιμή της βενζίνης και περίπου το 60% του ντίζελ.

Ελλάδα

Το υγραέριο κίνησης παρά το ότι υπάρχει για πάνω από τριάντα χρόνια στην Ελλάδα (αρχικά χρησιμοποιήθηκε μόνο σε ταξί και το 1999 νομιμοποιήθηκε για όλα τα οχήματα), έχει γίνει δημοφιλές τα τελευταία χρόνια, κυρίως λόγω της αύξησης των τιμών της βενζίνης και του ντίζελ. Ο αριθμός των σημείων ανεφοδιασμού καθώς και τα εργαστήρια μετατροπής αυξάνονται ταχύτητα. Το 2012 υπήρχαν περίπου 404 πρατήρια ανεφοδιασμού. Μερικές εταιρείες (π.χ., Fiat, Toyota, Subaru, Opel, Chevrolet) προσφέρουν κάποια μοντέλα με δυνατότητα διπλού καυσίμου. Η τιμή του στο τέλος του 2012 ήταν περίπου το 55% της τιμής της βενζίνης.

Τύποι συστημάτων

Υγρή έγχυση LPI της Vialle σε ένα Lexus IS 300 της Toyota του 2003.

Τα διάφορα συστήματα υγραερίου κίνησης χρησιμοποιούν, γενικά, τον ίδιο τύπο πληρωτών, δεξαμενών, γραμμών και εξαρτημάτων, αλλά χρησιμοποιούν διαφορετικά συστατικά στον χώρο της μηχανής. Τα συστήματα υγρής έγχυσης χρησιμοποιούν ειδικές δεξαμενές με αντλίες κυκλοφορίας και επιστρέφουν τις γραμμές παρόμοια με τα συστήματα έγχυσης καυσίμου βενζίνης.

Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι συστημάτων υγραερίου κίνησης. Ο πιο παλιός τύπος είναι το συμβατικό σύστημα μετατροπέα και μείκτη (converter-and-mixer), που υπάρχει από τη δεκαετία του 1940 και χρησιμοποιείται ακόμα πλατιά. Οι άλλοι δύο τύποι είναι γνωστοί ως συστήματα έγχυσης, αλλά υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ τους.

Ένα σύστημα μετατροπέα-μείκτη χρησιμοποιεί έναν μετατροπέα για να αλλάξει το υγρό καύσιμο από τη δεξαμενή σε ατμό και έπειτα τροφοδοτεί αυτόν τον ατμό στον μείκτη όπου αναμειγνύεται με τον εισερχόμενο αέρα. Αυτό είναι επίσης γνωστό ως σύστημα βεντούρι ή "απλού σημείου".

Τα συστήματα έγχυσης φάσης ατμών χρησιμοποιούν επίσης έναν μετατροπέα, αλλά αντίθετα με το σύστημα μείκτη, το αέριο φεύγει από τον μετατροπέα σε ρυθμισμένη πίεση. Το αέρια εγχέεται έπειτα στον πολλαπλό σωλήνα εισόδου αέρα μέσω μιας σειράς ηλεκτρικά ελεγχόμενων εγχυτήρων. Οι φορές που ανοίγει ο εγχυτήρας ελέγχονται από τη μονάδα ελέγχου του υγραερίου κίνησης. Αυτή η μονάδα δουλεύει περίπου με τον ίδιο τρόπο όπως μια μονάδα ελέγχου έγχυσης βενζίνης. Αυτό επιτρέπει πολύ πιο ακριβή μέτρηση του καυσίμου προς τη μηχανή από ότι είναι δυνατό με μείκτες, βελτιώνοντας την οικονομία και/ή την ισχύ, ενώ μειώνονται οι εκπομπές.

Τα συστήματα έγχυσης υγρής φάσης δεν χρησιμοποιούν μετατροπέα, αλλά παρέχουν το υγρό καύσιμο στη γραμμή καυσίμου (fuel rail) με περίπου τον ίδιο τρόπο όπως τα συστήματα έγχυσης βενζίνης. Αυτά τα συστήματα είναι ακόμα κατά πολύ στα αρχικά τους στάδια. Επειδή το καύσιμο εξατμίζεται στην είσοδο, ο αέρας γύρω του ψύχεται σημαντικά. Αυτό αυξάνει την πυκνότητα του αέρα εισαγωγής και μπορεί δυνητικά να οδηγήσει σε σημαντικές αυξήσεις στην έξοδο ισχύος της μηχανής, σε τέτοια έκταση που σε τέτοια συστήματα συνήθως μειώνεται η απόδοση για να αποφευχθεί βλάβη άλλων τμημάτων της μηχανής. Η έγχυση υγρής φάσης έχει τη δυνατότητα να πετύχει πολύ καλύτερη οικονομία και ισχύ και επιπλέον χαμηλότερα επίπεδα εκπομπών από τους μείκτες και τους εγχυτήρες φάσης ατμών.

Συστατικά του συστήματος

Πληρωτής καυσίμου σε E-Gas Ford Falcon

Πληρωτής με αφαιρεμένη τη βάση και το κάλυμμα

Πληρωτής

Το καύσιμο μεταφέρεται σε δεξαμενή οχήματος ως υγρό συνδέοντας τη δεξαμενή (bowser) στο πρατήριο καυσίμων με τη σύνδεση του πληρωτή στο όχημα

Ο τύπος του χρησιμοποιούμενου πληρωτή ποικίλει από χώρα σε χώρα και σε κάποιες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι και στην ίδια χώρα.

Οι τρεις τύποι είναι:

• Τραπεζοειδές σπείρωμα (ACME thread). Αυτός ο τύπος έχει σύνδεση με σπείρωμα (threaded fitting) στο οποίο βιδώνεται το ακροφύσιο της δεξαμενής πριν τραβηχτεί το έναυσμα για να στεγανοποιήσει τη μεταφορά καυσίμου. Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται στην Αυστραλία, τις ΗΠΑ, τη Γερμανία, Την Αυστρία, το Βέλγιο και την Ιρλανδία.
• 'Ολλανδική' λόγχη. Αυτός ο τύπος πραγματοποιεί μια αεροστεγή στεγανοποίηση με ώθηση και συστροφή. Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται στο Ενωμένο Βασίλειο, τις Κάτω Χώρες και την Ελβετία.
• 'Ιταλικό' πιάτο. Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται στην Ιταλία, τη Γαλλία, την Πολωνία, τη Σκανδιναβία και την Πορτογαλία.

Υπάρχουν διαθέσιμοι προσαρμογείς που επιτρέπουν σε όχημα που είναι εφοδιασμένο με συγκεκριμένο σύστημα να ανεφοδιαστεί σε πρατήριο με άλλο σύστημα.

Η βαλβίδα πλήρωσης περιέχει βαλβίδα ελέγχου έτσι ώστε το υγρό στη γραμμή μεταξύ του πληρωτή και της δεξαμενής να μην διαφεύγει όταν αποσυνδέεται το ακροφύσιο της αντλίας.

Σε εγκαταστάσεις όπου προσαρμόζεται περισσότερες από μια δεξαμενές, μπορεί να χρησιμοποιηθούν σύνδεσμοι Τ για να συνδεθούν οι δεξαμενές με έναν πληρωτή έτσι ώστε οι δεξαμενές να γεμίζουν ταυτόχρονα. Σε κάποιες εφαρμογές, μπορεί να προσαρμοστούν περισσότεροι από ένας πληρωτές, όπως στην απέναντι πλευρές του οχήματος. Αυτοί μπορεί να συνδεθούν με ξεχωριστές δεξαμενές, ή μπορεί να συνδεθούν με τις ίδιες δεξαμενές χρησιμοποιώντας συνδέσμους Τ κατά τον ίδιο τρόπο όπως στη σύνδεση πολλαπλών δεξαμενών σε έναν πληρωτή.

Οι πληρωτές κατασκευάζονται συνήθως από ορείχαλκο για να αποφευχθεί η πιθανότητα σπιθών κατά την προσάρτηση ή αφαίρεση της δεξαμενής που μπορεί να συμβεί εάν χρησιμοποιηθούν χαλύβδινοι σύνδεσμοι.

Λάστιχα, σωλήνες και προσαρμογείς

Γραμμές αερίου και προσαρμογείς. Σωλήνας συγκράτησης, σωλήνας υγρών, σωλήνας χαλκού με φαρδύ άκρο συν ορειχάλκινους αγκώνες και προσαρμογέα Τ

Ο σωλήνας μεταξύ του πληρωτή και της δεξαμενής λέγεται σωλήνας πλήρωσης (fill hose) ή γραμμή πλήρωσης (fill line). Ο σωλήνας ή λάστιχο μεταξύ της δεξαμενής και του μετατροπέα λέγεται γραμμή υπηρεσίας (service line). Και τα δυο μεταφέρουν υγρό υπό πίεση.

Ο εύκαμπτος σωλήνας μεταξύ του μετατροπέα και του μείκτη σωλήνας ατμών (vapour hose) ή γραμμή ατμών (vapour line). Αυτή η γραμμή μεταφέρει ατμό σε χαμηλή πίεση και έχει πολύ μεγαλύτερη διάμετρο προσαρμογής.

Όπου οι βαλβίδες δεξαμενής είναι τοποθετημένες μέσα σε κλειστό χώρο όπως στη σκευοφόρο (πορτ-μπαγκάζ) οχήματος τύπου σεντάν, χρησιμοποιείται ένας πλαστικός σωλήνας συγκράτησης για να δώσει ένα αεροστεγές παρέμβυσμα μεταξύ των συστατικών του αερίου και του εσωτερικού του οχήματος.

Οι σωλήνες υγρών για LPG είναι ειδικά σχεδιασμένοι και βαθμονομημένοι για τις πιέσεις που υπάρχουν σε συστήματα LPG, ενώ κατασκευάζονται από υλικά σχεδιασμένα να είναι συμβατά με το καύσιμο. Κάποιοι σωλήνες κατασκευάζονται με πτυχωτούς συνδέσμους, ενώ άλλοι κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας τους επαναχρησιμοποιήσιμους συνδέσμους που πιέζονται ή βιδώνονται στο τέλος του σωλήνα.

Τα δύσκαμπτα τμήματα της γραμμής του υγρού κατασκευάζονται συνήθως χρησιμοποιώντας χάλκινη σωλήνωση, αν και σε κάποιες εφαρμογές, χρησιμοποιούνται χαλύβδινοι σωλήνες. Τα άκρα των σωλήνων είναι πάντοτε διπλά και συνδεμένα με παξιμάδια εκχείλωσης (flare nuts) για να ασφαλίζουν στις συνδέσεις.

Οι συνδέσεις γραμμής υγρού κατασκευάζονται συνήθως από ορείχαλκο. Οι σύνδεσμοι συνήθως προσαρμόζονται από ένα σπείρωμα σε ένα συστατικό, όπως κοχλιωτές οπές τύπου BSP ή NPT σε δεξαμενές, σε ένα σύνδεσμο SAE για να ταιριάζει με τα άκρα των σωλήνων ή των λάστιχων.

Δεξαμενή

Δεξαμενή υγραερίου κίνησης σε σκευοφόρο (πορτμπαγκάζ) ενός Volvo sedan

Βαλβίδες δεξαμενών. Από αριστερά, βαλβίδα εκτόνωσης (με κόκκινο καπάκι), βαλβίδα υπηρεσίας, βαλβίδα μέτρησης και βαλβίδα πλήρωσης

Δεξαμενή υγραερίου κίνησης μέσα στην εσοχή του εφεδρικού τροχού

Τα οχήματα συνδέονται συνήθως με μια δεξαμενή, αλλά χρησιμοποιούνται πολλαπλές δεξαμενές σε κάποιες εφαρμογές. Σε εφαρμογές επιβατικών οχημάτων, η δεξαμενή είναι συνήθως είτε κυλινδρική, κατασκευασμένη από χάλυβα, προσαρτημένη στη σκευοφόρο (πορτμπαγκάζ) του οχήματος ή μια δακτυλιοειδής δεξαμενή (επίσης χαλύβδινη) ή ένα σύνολο από μόνιμα διασυνδεμένους κυλίνδρους τοποθετημένους στο φρεάτιο του εφεδρικού τροχού. Στις εφαρμογές εμπορικών οχημάτων, οι δεξαμενές είναι γενικά κυλινδρικές δεξαμενές προσαρτημένες είτε στον χώρο φορτίου ή στο αμάξωμα κάτω από το δάπεδο. Με αυξανόμενους ρυθμούς, η δεξαμενή γίνεται από συμβατό αλουμίνιο, που είναι πιο ελαφρύ, έχει περισσότερη χωρητικότητα και δεν σκουριάζει.

Οι δεξαμενές έχουν συνδέσμους για πλήρωση, έξοδο υγρού, επείγουσα εκτόνωση της πλεονάζουσας πίεσης, μέτρηση επιπέδου καυσίμου και μερικές φορές έξοδο ατμού. Αυτοί μπορεί να είναι ξεχωριστές βαλβίδες προσαρτημένες σε σειρά από 3 έως 5 οπές σε συγκολλημένη πλάκα στο κέλυφος της δεξαμενής, ή μπορεί να είναι συναρμολογημένη σε μια μονάδα πολυβαλβίδας (multi-valve) που είναι βιδωμένη σε μια μεγάλη οπή σε συγκολλημένη πλήμνη, ή στην περίπτωση αλουμινένιας δεξαμενής, εξηλασμένη ως τμήμα του κελύφους της δεξαμενής.

Βαλβίδα πλήρωσης και AFL

Οι σύγχρονες βαλβίδες (δικλείδες) πλήρωσης προσαρμόζονται συνήθως με έναν αυτόματο περιοριστή πλήρωσης automatic fill limiter ή (AFL) για να αποτρέψει την υπερπλήρωση. Ο AFL έχει έναν βραχίονα πλωτήρα που περιορίζει σημαντικά τη ροή αλλά δεν τον κλείνει ολότελα. Αυτό αποσκοπεί στη σημαντική ανύψωση της πίεσης στη γραμμή για να σταματήσει η αντλία την άντληση, αλλά χωρίς να προκαλέσει επικίνδυνα υψηλές πιέσεις. Πριν την εισαγωγή των AFLs, ήταν συνηθισμένο ο πληρωτής (με ενσωματωμένη βαλβίδα ελέγχου) να βιδώνεται απευθείας στη δεξαμενή, καθώς ο χειριστής έπρεπε να ανοίξει μια βαλβίδα διάκενου (ullage) στη δεξαμενή κατά την πλήρωση, επιτρέποντας την έξοδο του ατμού από την κορυφή της δεξαμενής και σταματώντας την πλήρωση όταν το υγρό αρχίσει να βγαίνει από τη βαλβίδα διακένου ώστε να δείξει ότι η δεξαμενή είναι γεμάτη. Αυτό δεν συμβαίνει στις σύγχρονες δεξαμενές

Η έξοδος του υγρού χρησιμοποιείται συνήθως για να εφοδιάσει καύσιμα στη μηχανή και αναφέρεται συνήθως ως βαλβίδα υπηρεσίας. Οι σύγχρονες βαλβίδες υπηρεσίας ενσωματώνουν ένα ηλεκτρικό σωληνοειδές διακοπής. Σε εφαρμογές που χρησιμοποιούν πολύ μικρές μηχανές όπως μικρές γεννήτριες, ατμός μπορεί να ληφθεί από την κορυφή της δεξαμενής αντί για υγρό από τον πυθμένα της δεξαμενής.

Βαλβίδα (δικλείδα) επείγουσας εκτόνωσης πίεσης στη δεξαμενή λέγεται μια βαλβίδα ανακούφισης υδροστατικής πίεσης. Είναι σχεδιασμένη να ανοίγει εάν η πίεση στη δεξαμενή είναι επικίνδυνα υψηλή, ελευθερώνοντας κάποιον ατμό στην ατμόσφαιρα για να μειωθεί η πίεση στη δεξαμενή. Η απελευθέρωση μικρών ποσοτήτων ατμού μειώνει την πίεση στη δεξαμενή, που προκαλεί την εξάτμιση κάποιας ποσότητας υγρού στη δεξαμενή για να επαναποκατασταθεί η ισορροπία μεταξύ υγρού και ατμών. Η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης (latent heat of vaporisation) προκαλεί την ψύξη της δεξαμενής, που μειώνει παραπέρα την πίεση.

Ο μετρητής κατανάλωσης (gauge sender) είναι συνήθως μια μαγνητικά συζευγμένη διάταξη, με βραχίονα πλωτήρα μέσα στη δεξαμενή που περιστρέφει έναν μαγνήτη, ο οποίος περιστρέφει έναν εξωτερικό μετρητή. Ο εξωτερικός μετρητής είναι συνήθως αναγνώσιμος άμεσα και οι περισσότεροι ενσωματώνουν επίσης ένα ηλεκτρονικό σήμα για να λειτουργεί ένας μετρητής καυσίμου στον πίνακα οργάνων.

Δικλείδες (βαλβίδες)

Υπάρχει ένας αριθμός τύπων βαλβίδων που χρησιμοποιούνται στα συστήματα υγραερίου κίνησης. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι βαλβίδων είναι οι διακοπής (shut-off) και οι κλειδώματος φίλτρου (filter-lock), που χρησιμοποιούνται για να διακόψουν τη ροή στη γραμμή υπηρεσίας. Αυτές μπορούν να λειτουργούν με κενό ή ηλεκτρισμό. Σε συστήματα διπλού καυσίμου με εξαερωτήρα βενζίνης, μια παρόμοια βαλβίδα διακοπής προσαρμόζεται συνήθως στη γραμμή βενζίνης μεταξύ της αντλίας και του εξαερωτήρα.

Οι ρυθμιστικές βαλβίδες (Check valves) προσαρμόζονται στον πληρωτή και στην εισαγωγή πλήρωσης της δεξαμενής καυσίμου για να αποτρέψουν την εσφαλμένη οπισθορροή.

Οι βαλβίδες υπηρεσίας προσαρμόζονται στην έξοδο από τη δεξαμενή προς τη γραμμή υπηρεσίας. Αυτές έχουν μια στρόφιγγα για να ενεργοποιεί και να απενεργοποιεί το καύσιμο. Η στρόφιγγα είναι συνήθως κλειστή μόνο όταν επισκευάζεται. Σε μερικές χώρες, υπάρχει μια ηλεκτρική βαλβίδα διακοπής στη γραμμή υπηρεσίας.

Δύο βαλβίδες Sherwood. 1995 στα αριστερά, 1989 στα δεξιά

Όταν προσαρμόζονται πολλαπλές δεξαμενές, εγκαθίσταται συνήθως ένας συνδυασμός βαλβίδων ελέγχου και υδροστατικών βαλβίδων εκτόνωσης για να αποτρέψει τη ροή του καυσίμου από τη μια δεξαμενή σε άλλη. Στην Αυστραλία, υπάρχει μια κοινή διάταξη σχεδιασμένη για αυτόν τον σκοπό. Είναι μια συνδυαστική διάταξη δίδυμης βαλβίδας ελέγχου και υδροστατικής εκτόνωσης ενσωματωμένη με τη μορφή συνδέσμου Τ, έτσι ώστε οι γραμμές από τις δεξαμενές να έρχονται στις πλευρές της βαλβίδας και η εξαγωγή στον μετατροπέα βγαίνει στο τέλος. Επειδή υπάρχει μόνο μια κοινή μάρκα από αυτές τις βαλβίδες, είναι γνωστές κοινώς ως βαλβίδες Sherwood.

Μετατροπέας

Ο μετατροπέας (γνωστός και ως εξατμιστής (vaporiser) ή μειωτής (reducer)) είναι μια διάταξη σχεδιασμένη να αλλάζει το καύσιμο από πεπιεσμένο υγρό σε ατμό γύρω στην ατμοσφαιρική πίεση για διανομή στον μείκτη ή στους εγχυτές της φάσης του ατμού. Λόγω των ψυκτικών χαρακτηριστικών του καυσίμου, θα πρέπει να προστεθεί θερμότητα στο καύσιμο από τον μετατροπέα. Αυτό συνήθως επιτυγχάνεται έχοντας ψυκτικό μηχανής να κυκλοφορεί μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας που μεταφέρει θερμότητα από αυτό το ψυκτικό στο LPG.

Υπάρχουν δύο διακριτοί διαφορετικοί βασικοί τύποι μετατροπέα για χρήση με συστήματα τύπου μείκτη. Η ευρωπαϊκή τεχνοτροπία είναι μια πιο σύνθετη συσκευή που ενσωματώνει ένα αδρανές κύκλωμα και είναι σχεδιασμένο να χρησιμοποιηθεί με ένα απλό σταθερό μείκτη βεντούρι. Η αμερικάνικη τεχνοτροπία μετατροπέα έχει μια πιο απλή σχεδίαση που σκοπεύει να χρησιμοποιηθεί με έναν μεταβλητό μείκτη βεντούρι που ενσωματώνει ένα αδρανές κύκλωμα.

Οι μηχανές με χαμηλή έξοδο ισχύος όπως: βέσπες, τετράτροχες μοτοσυκλέτες και γεννήτριες μπορούν να χρησιμοποιήσουν έναν πιο απλό τύπο μετατροπέα (γνωστός και ως ρυθμιστής (governor ή regulator)). Αυτοί οι μετατροπείς τροφοδοτούνται με καύσιμο σε μορφή ατμού. Η εξάτμιση λαμβάνει χώρα στη δεξαμενή όπου συμβαίνει ψύξη καθώς το υγρό καύσιμο βράζει. Οι δεξαμενές με μεγάλο εμβαδόν επιφάνειας που εκτίθενται σε θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα σε συνδυασμό με χαμηλή έξοδο ισχύος (χαμηλή απαίτηση καυσίμου) της μηχανής καθιστούν αυτόν τον τύπο συστήματος βιώσιμο. Η ψύξη της δεξαμενής καυσίμου είναι ανάλογη με την απαίτηση καυσίμου και συνεπώς αυτή η διάταξη χρησιμοποιείται μόνο σε μικρότερες μηχανές. Αυτός ο τύπος μετατροπέα μπορεί να τροφοδοτηθεί είτε με ατμό σε πίεση δεξαμενής (που λέγεται ρυθμιστής δύο σταδίων (2-stage regulator)) είτε να τροφοδοτηθεί μέσω ενός ρυθμιστή προσαρτημένου στη δεξαμενή σε σταθερή μειωμένη πίεση (που λέγεται ρυθμιστής ενός σταδίου (single stage regulator).

Μείκτης OHG X-450 που εμφανίζει ανοικτή βαλβίδα αέρα σε θέση πλήρους φορτίου

Μείκτης

Μείκτης είναι η συσκευή που αναμειγνύει το καύσιμο στη ροή του αέρα προς τη μηχανή. Ο μείκτης ενσωματώνει μια αντλία βεντούρι σχεδιασμένη να αντλεί το καύσιμο στη ροή του αέρα λόγω της κίνησης του αέρα.

Τα συστήματα τύπου μείκτη υπάρχουν από τη δεκαετία του 1940 και κάποια σχέδια έχουν αλλάξει λίγο με το πέρασμα του χρόνου. Οι μείκτες καταργούνται τώρα με αυξανόμενους ρυθμούς από τους εγχυτές.

Εγχυτές φάσης ατμού

Τα περισσότερα συστήματα έγχυσης φάσης ατμού προσαρτούν τα σωληνοειδή σε μια πολλαπλή ομάδα ή γραμμή έγχυσης (manifold block ή injector rail), έπειτα χρησιμοποιούν λάστιχα σε ακροφύσια, που βιδώνονται σε οπές τρυπημένες και βιδωμένες στους δρομείς της πολλαπλής εισόδου. Υπάρχει συνήθως ένα ακροφύσιο για κάθε κύλινδρο. Κάποια συστήματα έγχυσης ατμού μοιάζουν με έγχυση βενζίνης, έχοντας ξεχωριστούς εγχυτές που ταιριάζουν στην πολλαπλή ή την κεφαλή με τον ίδιο τρόπο όπως οι εγχυτές βενζίνης και τροφοδοτούνται μέσω γραμμής καυσίμου.

Εγχυτές υγρής φάσης

Οι εγχυτές υγρής φάσης προσαρτώνται στη μηχανή με τρόπο παρόμοιο με τους εγχυτές βενζίνης, προσαρτώμενοι απευθείας στην είσοδο της πολλαπλής και τροφοδοτούνται με υγρό καύσιμο από τη γραμμή καυσίμου.

Ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά στοιχεία ελέγχου

Υπάρχουν τέσσερα διακριτά ηλεκτρικά συστήματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συστήματα υγραερίου κίνησης - μετρητής κατανάλωσης καυσίμου (fuel gauge sender), διακόπτης παροχής καυσίμου (fuel shut-off), ελέγχου μείγματος ανατροφοδότησης κλειστού βρόχου (closed loop feedback mixture control) και ελέγχου έγχυσης (injection control).

Σε κάποιες εγκαταστάσεις, ο μετρητής καυσίμου προσαρμοσμένος σε δεξαμενή υγραερίου κίνησης προσαρμόζεται στον αρχικό μετρητή καυσίμου στο όχημα. Σε άλλες εγκαταστάσεις, προστίθεται ένας επιπλέον μετρητής για να εμφανίζει το επίπεδο του καυσίμου στη δεξαμενή του υγραερίου κίνησης ξεχωριστά από τον υφιστάμενο μετρητή καυσίμου.

Στις περισσότερες σύγχρονες εγκαταστάσεις, μια ηλεκτρονική συσκευή που λέγεται ταχομετρικός ηλεκτρονόμος (tachometric relay) ή διακόπτης ασφαλείας (safety switch) χρησιμοποιείται για τη λειτουργία ηλεκτρικών σωληνοειδών διακοπής. Αυτοί δουλεύουν αισθανόμενοι ότι η μηχανή κινείται ανιχνεύοντας παλμούς ανάφλεξης. Κάποια συστήματα χρησιμοποιούν έναν αισθητήρα πίεσης λαδιού της μηχανής. Σε όλες τις εγκαταστάσεις, υπάρχει κλείδωμα φίλτρου (που αποτελείται από διάταξη φίλτρου και σωληνοειδές κενού ή ηλεκτρικό που λειτουργεί με βαλβίδα διακοπής) τοποθετημένο στην είσοδο του μετατροπέα. Στους ευρωπαϊκούς μετατροπείς, υπάρχει επίσης ένα σωληνοειδές στον μετατροπέα για να κλείνει το ανενεργό κύκλωμα. Αυτές οι βαλβίδες είναι συνήθως συνδεμένες και οι δυο στην έξοδο του ταχομετρικού ηλεκτρονόμου ή του διακόπτη πίεσης λαδιού. Όπου τα σωληνοειδή προσαρμόζονται στις εξόδους των δεξαμενών καυσίμου, αυτά συνδέονται επίσης με τις εξόδους του ταχομετρικού ηλεκτρονόμου ή με τον διακόπτη πίεσης λαδιού. Σε εγκαταστάσεις με πολλαπλές δεξαμενές, ένας διακόπτης ή ηλεκτρονόμος μετατροπής μπορεί να προσαρμοστεί για να επιτρέπει στον οδηγό να επιλέξει από ποια δεξαμενή θα πάρει καύσιμο. Σε οχήματα διπλού καυσίμου (Bi-fuel vehicle), ο διακόπτης που χρησιμοποιείται για να αλλάξει μεταξύ των καυσίμων χρησιμοποιείται και για να κλείσει τον ταχομετρικό ηλεκτρονόμο.

Τα συστήματα ανάδρασης κλειστού βρόχου χρησιμοποιούν έναν ηλεκτρονικό ελεγκτή που λειτουργεί περίπου με τον ίδιο τρόπο όπως στα συστήματα βενζίνης με έγχυση καυσίμου, χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα οξυγόνου για να μετρά αποτελεσματικά το μείγμα αέρα/καυσίμου μετρώντας το περιεχόμενο του οξυγόνου της εξόδου και της βαλβίδας ελέγχου στον μετατροπέα ή στη γραμμή ατμού για να ρυθμίσει το μείγμα. Τα συστήματα τύπου μείκτη που δεν έχουν προσαρμοσμένη ανάδραση κλειστού βρόχου αναφέρονται μερικές φορές ως συστήματα ανοικτού βρόχου.

Τα συστήματα έγχυσης χρησιμοποιούν ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου που είναι πολύ παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται στα συστήματα έγχυσης βενζίνης. Σε όλα σχεδόν τα συστήματα, το σύστημα ελέγχου έγχυσης ενσωματώνει τον ταχομετρικό ηλεκτρονόμο και τις λειτουργίες ανάδρασης κλειστού βρόχου.

Προαιρετική προστασία βαλβίδας

Ηλεκτρονικό σύστημα προστασίας βαλβίδας INTEC

Πολλοί εγκαταστάτες εξοπλισμού LPG συνιστούν την εγκατάσταση των αποκαλούμενων συστημάτων προστασίας βαλβίδας. Αυτά μπορούν να αποτελούνται στην πιο απλή περίπτωση από μια φιάλη που περιέχει υγρό προστασίας της βαλβίδας. Το υγρό αντλείται στο σύστημα εισόδου του αέρα και διανέμεται στους κυλίνδρους των μηχανών μαζί με το καύσιμο και τον αέρα.

Πιο σύνθετα συστήματα μπορεί να αποτελούνται από συνδεμένη μονάδα ελέγχου κινητήρα που είναι συγχρονισμένη με τη μονάδα ελέγχου εγχυτή LPG. Αυτό καταλήγει σε μια πιο ακριβή έγχυση του υγρού προστασίας της βαλβίδας.

Λειτουργία συστήματος μετατροπέα και μείκτη

Τα σχέδια των μετατροπέων και των μεικτών ταιριάζουν μεταξύ τους με προσαρμόζοντας μεγέθη και σχήματα των δύο συστατικών.

Αντί για μετατροπέας χρησιμοποιούνται επίσης οι όροι ρυθμιστής ή μειωτής ή εξατμιστής, επειδή έχει τρεις κύριες λειτουργίες:

1. Μειωτής: μειώνει την υψηλή πίεση της εισερχόμενης υγρής φάσης LPG στην ατμοσφαιρική πίεση.
2. Ρυθμιστής: ρυθμίζει τη ροή του αερίου σύμφωνα με τις απαιτήσεις της μηχανής.
3. Εξατμιστής: εξατμίζει την υγρή μορφή LPG σε αέρια χρησιμοποιώντας τη θερμή κυκλοφορία του ψυκτικού της μηχανής.

Στα ευρωπαϊκά συστήματα, το μέγεθος και το σχήμα του σωλήνα Βεντούρι του εξαερωτήρα σχεδιάζεται ώστε να ταιριάζει με τον μετατροπέα. Στα συστήματα στις ΗΠΑ, η βαλβίδα αέρα και οι ακροδέκτες μέτρησης στον μείκτη παίρνουν τέτοιο μέγεθος που να ταιριάζει με το μέγεθος του διαφράγματος και τη σκληρότητα του ελατηρίου στον μετατροπέα. Και στις δύο περιπτώσεις, τα συστατικά ταιριάζονται από τους κατασκευαστές και μόνο βασικές ρυθμίσεις απαιτούνται κατά την εγκατάσταση και τη ρύθμιση.

Εξαερωτήρας υγραερίου κίνησης που αποτελείται από μείκτη OHG X-450, προσαρμογέα και στραγγαλιστή Rochester

Ένας εξαερωτήρας (καρμπιρατέρ) υγραερίου κίνησης μπορεί να αποτελείται απλά από στραγγαλιστικό και μείκτη, μερικές φορές προσαρμοσμένα μαζί με προσαρμογέα, ενώ ο σωλήνας βεντούρι δεν χρειάζεται.

Ο εμπλουτισμός της κρύας εκκίνησης επιτυγχάνεται από το γεγονός ότι το ψυκτικό της μηχανής είναι κρύο όταν η μηχανή είναι κρύα. Αυτό προκαλεί στον πιο πυκνό ατμό να παραδίνεται στον μείκτη. Καθώς η μηχανή θερμαίνεται, η θερμοκρασία του ψυκτικού ανεβαίνει μέχρι η θερμοκρασία της μηχανής να πάει στη θερμοκρασία λειτουργίας και το μείγμα στην κανονική σύνθεση λειτουργίας του μείγματος. Ανάλογα με το σύστημα, το στραγγαλιστικό μπορεί να χρειάζεται να κρατηθεί ανοικτό παραπέρα, όταν η μηχανή είναι κρύα κατά τον ίδιο τρόπο όπως με τον εξαερωτήρα βενζίνης. Σε άλλα συστήματα, το κανονικό μείγμα αποσκοπεί να είναι κάπως φτωχό και δεν απαιτείται αύξηση του στραγγαλιστικού σε κρύα εκκίνηση. Λόγω του τρόπου επίτευξης του εμπλουτισμού, δεν απαιτείται επιπρόσθετη πεταλούδα εμφράκτη (choke) για κρύα εκκίνηση με LPG. Κάποιοι εξατμιστές έχουν μια ηλεκτρική βαλβίδα εμφράκτη, που ενεργοποιεί αυτήν τη βαλβίδα, πριν να ξεκινήσει η μηχανή και ψεκάζει κάποιον ατμό LPG στον εξαερωτήρα για να βοηθήσει την κρύα εκκίνηση.

Η θερμοκρασία της μηχανής είναι κρίσιμη για τη ρύθμιση του συστήματος υγραερίου κίνησης. Ο θερμοστάτης της μηχανής ουσιαστικά ελέγχει τη θερμοκρασία του μετατροπέα, επηρεάζοντας συνεπώς άμεσα το μείγμα. Ένας εσφαλμένος θερμοστάτης, ή ένας θερμοστάτης με εσφαλμένη περιοχή θερμοκρασιών για τη σχεδίαση του συστήματος μπορεί να μην λειτουργεί σωστά.

Η ικανότητα παραγόμενης ισχύος ενός συστήματος περιορίζεται από τη δυνατότητα του μετατροπέα να παραδίνει σταθερή ροή ατμού. Μια θερμοκρασία ψυκτικού χαμηλότερη από τη σκοπούμενη θα μειώσει τη μέγιστη δυνατή παραγόμενη ισχύ, όπως θα κάνει μια φυσαλίδα αέρα παγιδευμένη στο κύκλωμα ψύξης, ή θα προκαλέσει πλήρη απώλεια του ψυκτικού. Όλοι οι μετατροπείς έχουν ένα όριο, πέρα από το οποίο τα μείγματα γίνονται ασταθή. Τα ασταθή μείγματα περιέχουν συνήθως μικρά σταγονίδια υγρού καυσίμου που δεν θερμάνθηκαν αρκετά στον μετατροπέα και θα εξατμιστούν στον μείκτη ή στην είσοδο για να σχηματίσουν ένα υπερβολικά πλούσιο μείγμα. Όταν συμβεί αυτό, το μείγμα θα γίνει τόσο πλούσιο που η μηχανή θα υπερχειλίσει και θα κολλήσει. Επειδή το εξωτερικό του μετατροπέα θα είναι στους 0 °C ή κάτω από αυτούς όταν αυτό θα συμβεί, ο ατμός του νερού από τον αέρα θα παγώσει στο εξωτερικό του μετατροπέα, σχηματίζοντας μια παγωμένη λευκή στοιβάδα. Μερικοί μετατροπείς είναι πολύ ευπαθείς σε θραύση όταν συμβαίνει αυτό.

Έγχυση LPG για οχήματα ντίζελ

Το LPG μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συμπληρωματικό καύσιμο για ντίζελ όλων των μεγεθών. Το ντίζελ περιέχει 128.700 BTU ανά γαλόνι ΗΠΑ, ενώ το προπάνιο περιέχει 91.690 BTU ανά γαλόνι ΗΠΑ. Εάν το LPG είναι 30-40% πιο φτηνό, μπορεί να υπάρχει μια σημαντική εξοικονόμηση. Οποιαδήποτε πραγματική εξοικονόμηση εξαρτάται από το σχετικό κόστος του ντίζελ ως προς το LPG.

Τα παραπάνω συστήματα προσθέτουν μικρές ποσότητες LPG με κύριο σκοπό τη βελτίωση της οικονομίας, αλλά πολύ μεγαλύτερες ποσότητες από LPG μπορεί να εγχυθούν για να αυξηθεί η ισχύς. Ακόμα και σε πλήρη ισχύ μια μηχανή ντίζελ κινείται με περίπου 50% φτωχό στοιχειομετρική μείγμα για να αποφύγει την παραγωγή μαύρου καπνού, έτσι υπάρχει σημαντική ποσότητα οξυγόνου στο φορτίο εισαγωγής που δεν καταναλώνεται από τη διεργασία καύσης. Αυτό το οξυγόνο είναι συνεπώς διαθέσιμο για την καύση σημαντικής ποσότητας LPG με αποτέλεσμα μεγάλη αύξηση στην παραγόμενη ισχύ.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• European LPG Association
  • LPG Information Αρχειοθετήθηκε 2008-07-04 στο Wayback Machine.
• World LP Gas Association