Wartość opałowa mieszanki LPG - powietrze o składzie zbliżonym do stechiometrycznego w porównaniu z analogiczną mieszanką benzyna - powietrze w odniesieniu do jednostki masy jest nieomal taka sama. W stosunku zaś do jednostki objętości, co wydaje się bardziej zasadnym porównaniem, jest o około 3% mniejsza. Przy prawidłowo przebiegającym procesie spalania i podobnej sprawności przemiany energii cieplnej wydzielanej w jego trakcie na pracę mechaniczną dokonującej się w silniku spalinowym widać, że ilość wydzielającej się energii cieplnej jest również porównywalna.

Jak powstają mity
Skąd więc wzięło się często spotykane w środowisku motoryzacyjnym stwierdzenie o rzekomym szkodliwym wpływie zasilania gazowego silników spowodowanym wysoką temperatura spalania? Zarzuty związane ze wzrostem temperatury pracy silnika są częściowo prawdziwe, ale źródło tego wzrostu jest inne i nie wynika z własności fizykochemicznych gazu jako paliwa.
Przyczyną wyższego obciążenia termicznego niektórych elementów silnika w trakcie zasilania gazem jest postać, w jakiej paliwo to jest dostarczane do silnika. Mianowicie, za wyjątkiem układów zasilania gazowego w fazie ciekłej, wszystkie instalacje zasilania paliwami gazowymi dostarczają je do silnika już w postaci gazowej. Odmiennie niż w przypadku benzyny czy oleju napędowego, które podawane są do silnika w postaci płynnej.
Benzyna jest dostarczana do kolektora dolotowego w postaci niewielkich kropelek cieczy, a tam poddana działaniu podwyższonej temperatury odparowuje, odbierając dzięki temu znaczne ilości ciepła ze ścianek przewodów dolotowych. Chłodzi w ten sposób układ dolotowy, a co najważniejsze obniża temperaturę pracy obszaru głowicy silnika, szczególnie poddawanego wysokim obciążeniom termicznym. Zasilanie LPG w postaci gazowej odbiera ten składnik bilansu cieplnego pracy silnika, co może skutkować przegrzewaniem głowicy, uszkodzeniem zaworów wydechowych i ich gniazd, a nawet pęknięciami głowicy. Problem zwiększonej temperatury panującej w komorze spalania przy zasilaniu paliwem gazowym, był szczególnie istotny, gdy dotyczył układów zasilania LPG dwóch pierwszych generacji, o mieszalnikowym sposobie ich podawania.
Trudności z właściwym wyregulowaniem pracy tych układów powodowały, że często dozowały one mieszankę zbyt zubożoną, powodując wzrost temperatury wydzielanej w procesie spalania w cylindrach, z wszelakimi tego negatywnymi konsekwencjami. Znowu jednak nie było to spowodowane charakterystycznymi właściwościami paliwa gazowego, które miałyby rzekomo być niekorzystne dla pracy współczesnych silników spalinowych, lecz niewłaściwie pracującym układem zasilania silnika. Obecnie w przypadku nowoczesnych układów zasilania gazowego, sytuacja taka może zaistnieć w wypadku celowego ustawienia sterownika na podawanie mieszanki zubożonej. Takie bardzo krótkowzroczne praktyki są niekiedy stosowane przez właścicieli pojazdów w celu maksymalizacji ekonomicznego efektu zamontowania instalacji LPG. W efekcie zwiększenie temperatury spalania mieszanki o wysokim współczynniku nadmiaru powietrza, spotęgowane dodatkowo brakiem efektu chłodzenia przez parowanie paliwa, generuje jeszcze wyższe temperatury niż przy zubożonej mieszance benzynowej i większe zagrożenie dla silnika. Powszechnym efektem takich praktyk jest przyspieszone zużywanie powierzchni współpracujących zaworów i gniazd, zmniejszenie lub kasacja luzów zaworowych, co za tym idzie brak zdolności zaworu wydechowego do odprowadzania odpowiedniej ilości ciepła, a w efekcie jego przegrzewanie i niszczenie najczęściej w wyniku rozhartowania, pęknięcia głowicy, czyli szeroko rozumiane uszkodzenia głowicy silnika.
Dlatego właśnie tak ważną kwestią dla pojazdów zasilanych paliwami gazowymi jest dbanie o utrzymywanie odpowiednich wartości luzów zaworowych, szczególnie w przypadku braku hydraulicznych układów kompensacji, ich częstszą kontrolę i regulację w stosunku do silników zasilanych paliwem bazowym. Podwyższona temperatura gazów spalinowych może spowodować też uszkodzenie sondy lambda oraz reaktora katalitycznego, który może utracić drożność w wyniku uszkodzenia. Ubocznym, negatywnym efektem pracy na zasilania zubożoną mieszanką jest tez wzrost emisji substancji szkodliwych tlenków azotu. W związku z powszechnym przeświadczeniem o poważnym negatywnym wpływie stosowania instalacji zasilania gazowego w silnikach spalinowych, zaczęto opracowywać różne rozwiązania mające na celu zaradzenie temu problemowi.

Lubryfikacja i świadomość ekologiczna
Co ciekawe, geneza układów lubryfikacji, które dzisiaj powszechnie kojarzone są ze środkami zwiększającymi trwałość jednostek napędowych zasilanych paliwami gazowymi, związana jest ze wzrastająca świadomością ekologiczną branży motoryzacyjnej, której efektem było wprowadzenie benzyn bezołowiowych. Zauważono wówczas, że silniki zasilane paliwem prawie całkowicie pozbawionym związków ołowiu często podlegają przyspieszonemu zużywaniu gniazd i zaworów.
Okazało się, że właśnie związki ołowiu, szczególnie czteroetylek ołowiu, mają bardzo korzystny wpływ na zwiększenie żywotności i odporności elementów silnika pracujących w szczególnie ciężkich warunkach termicznych, takich jak głowica silnika. Jest to spowodowane ich zdolnością do osadzania się na zaworach i ich gniazdach, tworząc w miejscach współpracujących ze sobą powierzchni warstwę zabezpieczająca, która w pewnym stopniu amortyzuje uderzenia przylgni zaworowych o gniazda, dodatkowo zabezpieczając przed niekorzystnymi efektami wysokich temperatur. Ponieważ jednak regulacje podyktowane względami ekologicznymi uniemożliwiały powrót do stosowania ołowiu, pomyślano o dostarczeniu do komór spalania innych związków chemicznych będących substytutami związków ołowiu, które nie byłyby jednocześnie tak szkodliwe dla środowiska. Były to najczęściej związki potasu, sodu, magnezu czy fosforu, często dostarczane do cylindra z domieszkami alkoholu, mającymi na celu poprawienie sprawności procesu spalania mieszanki i detergentami odpowiedzialnymi za usuwanie wysokotemperaturowych produktów spalania, jak nagar i innych zanieczyszczeń. Sposób ich dostarczania był zaś początkowo całkowicie prymitywny i polegał na rozcieńczeniu mieszanki lubryfikujacej w odpowiednim stosunku w benzynie, poprzez wlanie zakupionego „eliksiru” do zatankowanego zbiornika paliwa (rozwiązanie to wciąż jest jeszcze niekiedy stosowane).
Z czasem producenci paliw zaczęli powszechnie stosować owe związki w procesie produkcji benzyn, tym samym likwidując konieczność wprowadzania dodatkowych substancji lubryfikujących. Inaczej rzecz miała się w odniesieniu do pojazdów zasilanych paliwami gazowymi. Zarówno LPG, jak i CNG pozbawione były podobnych domieszek związków ochronnych, a problem dodatkowo potęgowany był faktem niedoskonałości pierwszych, mieszalnikowych układów zasilania paliwem gazowym, praktycznie uniemożliwiających precyzyjne wysterowanie mieszanki stechiometrycznej i powodujących częstą pracę silników na mieszance zubożonej, a co za tym idzie narażających silnik na oddziaływanie niebezpiecznie wysokich temperatur.
Sięgnięto więc po gotowe rozwiązanie w postaci dodawania do paliwa gazowego domieszek znanych związków chemicznych potocznie określanych jako lubryfikatory. Jako że jednak aplikowanie ich do zbiornika paliwa gazowego poprzez zawór tankujący nie było do końca wygodnym i efektywnym rozwiązaniem, opracowano układy nakładkowe, montowane w przedziale silnika, które wprowadzały substancje lubryfikujące bezpośrednio do układu dolotowego silnika ze zbiorniczka. Od tego czasu systemy te przeszły prawdziwą ewolucję.
Wybór układów lubryfikacji dostępnych obecnie na rynku jest bardzo szeroki: począwszy od najprymitywniejszych, polegających na doprowadzaniu stałej ilości środka smarnego do układu dolotowego, niezależnie od warunków pracy silnika, przewodem ze zbiorniczka wyposażonego w zawór, poprzez układy podciśnieniowe, następnie dozujące substancje lubryfikującą za pomocą pompy kierowanej przez elektroniczny sterownik, w zależności od chwilowych parametrów pracy silnika aż po najbardziej wyszukane konstrukcje sekwencyjne, w których każdy cylinder jest zaopatrywany niezależnie przez oddzielny dozownik.
Czy warto je stosować i czy inwestycja w taki układ zaprocentuje? Nie da się jednoznacznie odpowiedzieć na to pytanie. Aby naukowo dowieść ich skuteczności, należałoby przeprowadzić badania porównawcze w idealnie powtarzalnych warunkach, eliminując wszystkie inne zmienne, mogące mieć wpływ na ich wyniki. Zdania specjalistów zajmujących się „gazową” stroną motoryzacji są zaś podzielone (często według interesu ekonomicznego) i można spotkać się ze skrajnymi opiniami. W każdym razie układy lubryfikacji nawet jeżeli nie pomogą zwiększyć żywotności jednostek napędowych zasilanych paliwami gazowymi, raczej im nie zaszkodzą.

Rozwiązywanie problemu, którego jeszcze nie ma
Inną szeroko dyskutowaną metodą zabezpieczania silników przed wpływem podwyższonych temperatur przy zasilaniu gazem ( i nie tylko ) jest podnoszenie odporności elementów głowicy, szczególnie gniazd zaworowych i samych zaworów na wysokie temperatury poprzez poddawanie ich specjalnym zabiegom technologicznym lub wymianę na zamienniki lepszej jakości. Idea polega na zabezpieczeniu tych elementów zanim ulegną uszkodzeniu. Oczywiście problem, dotyczy zaworów i gniazd wydechowych. Jak wiadomo, zawory ssące są ciągle chłodzone poprzez kontakt z zasysaną świeżą mieszanką, dzięki czemu ich temperatura robocza jest znacznie mniejsza niż zaworów wydechowych pozbawionych tego efektu, nie przekraczając w zasadzie 400^oC. To właśnie zawory wydechowe poddawane są szczególnie wysokim temperaturom roboczym rzędu 750-850^oC, dlatego musza być wykonane z odpowiednich materiałów. Zazwyczaj są to wysokostopowe stale austenityczne z dodatkami pierwiastków nadających stali własności żaroodporne, takich jak: chrom, nikiel, wolfram czy molibden, za to ze stosunkowo niewielką zawartością żelaza. Dodatkowo poddawane są one najczęściej zabiegom obróbki cieplnej, mającym za zadanie zwiększenie twardości i odporności na ścieranie ich powierzchni.
Tradycyjnie stosowanym od dawna zabiegiem technologicznym stosowanym w tym celu było i wciąż często jest chromowanie. Ostatnio jednak coraz większą popularnością cieszy się proces zwany azotowaniem. Polega on na wprowadzaniu do warstwy wierzchniej poddawanego procesowi przedmiotu azotu, który tworzy wraz ze składnikami stopowymi stali, takimi jak tytan, wanad, czy glin niezwykle twarde i odporne na ścieranie związki azotu, fenomenalnie zabezpieczające naazotowane powierzchnie przed zużywaniem w środowisku tak agresywnym jak komora spalania silnika spalinowego. Jak efektywny jest to proces, niech świadczy fakt, że twardości uzyskiwane dla naazotowanych powierzchni osiągają nawet 1200 HV.
Zawory wydechowe poddane zabiegowi azotowania są odporne na działanie bardzo wysokich temperatur, ścieranie, korozję, nie występują na nich duże naprężenia powierzchniowe, jednocześnie zachowana zostaje ciągliwość rdzenia, zapewniająca dostateczna rozszerzalność cieplną. Praktycznie jedyną wadą tego procesu jest wysoka cena. Czy operacja wymontowania zaworów w celu wymiany na nowe azotowane i/lub gniazd zaworowych w celu ich utwardzania ma sens? Z logicznego punktu widzenia tak, z ekonomicznego - zdecydowanie nie.

Archaiczne podejście
Warto mieć świadomość, że znaczna część opinii o szkodliwości stosowania paliwa gazowego w silnikach sięga czasów mieszalnikowych układów zasilania gazem, które faktycznie charakteryzowały się dużą niedoskonałością tworzenia mieszanki. Jej parametry często znacznie odbiegały od wartości stechiometrycznej, częstokroć właśnie w kierunku jej zubażania, co było powodem częstszych awarii silników pracujących na zasilaniu gazowym, istotnie z powodu podwyższonej temperatury panującej w komorze spalania.
We współczesnych sekwencyjnych instalacjach zasilania gazem, o bardzo wysokiej precyzji dawkowania paliwa nieodbiegającej od precyzji benzynowych układów zasilania, problem ten nie występuje. Co więcej, wszechobecny dzisiaj w konstruowaniu nowoczesnych jednostek napędowych trend downsizingu wymusza stosowanie w ich konstrukcji coraz doskonalszych i odporniejszych materiałów, które dodatkowo poddaje się wyspecjalizowanym zabiegom technologicznym, tak aby było one w stanie wytrzymać ekstremalne warunki pracy, spowodowane coraz większymi obciążeniami mechanicznymi i cieplnymi.
Dzięki temu w znakomitej większości wypadków współczesne silniki posiadają margines wytrzymałości, który jest całkowicie wystarczający do zniwelowania szkodliwego wpływu nieznacznie podwyższonych temperatur, spowodowanych brakiem efektu odparowywania ciekłego paliwa. Silniki, których elementy szczególnie wrażliwe na działanie wysokich temperatur, wykonane z kiepskiej jakości stopów są po prostu kiepskiej jakości silnikami, które będą podatne na uszkodzenia wynikłe nie tylko z zamontowania układu zasilania paliwem gazowym, ale na przykład nieprecyzyjnego dawkowania paliwa bazowego czy dynamiczniejszego stylu jazdy. Ale to już specyfika i problem tych silników, a nie układów zasilania paliwami gazowymi jako takich. Dla nieprzekonanych alternatywą mogą być układy zasilania gazem oparte na wtrysku fazy ciekłej, co jednak wiąże się z wyższymi kosztami ich montażu.

Maciej Rychły
Absolwent Politechniki Krakowskiej ze specjalizacją "Eksploatacja pojazdów samochodowych".