Ciągnik na gaz

Już niejednokrotnie technologie wykorzystywane w samochodach osobowych i ciężarówkach, przechodziły do zastosowań w maszynach rolniczych. Także w przypadku dwupaliwowego zasilania silników Diesla, czyli olejem napędowym i gazem (LPG), zdecydowanie wzrasta zainteresowanie nim wśród użytkowników ciągników rolniczych.

Pomysł na zasilanie silników maszyn i ciągników rolniczych paliwem gazowym nie jest wcale nowym. W 1986 próby zasilania gazem silników ciągników Deutz i Fiat – wykonywał szwajcarski instytut FAT-Tänikon (dzisiaj: Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon – ART), dostosowując je do pracy na biogazie i gazie ziemnym.

Również w Polsce wykonano kilka doświadczalnych adaptacji silników ciągników rolniczych, m.in. Ursusów 4512. Prowadził je IBMER wspólnie z ówczesnym Ośrodkiem Rozwoju Wyrobów ZPC Ursus.

Adaptację wykonano na dwóch egzemplarzach, w jednym do pracy na CNG; drugim na LPG. Modyfikacja silników tych traktorów została oparta o instalacje jednopaliwową, wyposażona w zapłon iskrowy, pochodzącą z firmy NGV Autogaz.

Modyfikacje do pracy na paliwie CNG, wykonano także na ciągnikach Ursus 2812, pracujących w fabryce Fiat Auto Poland i jednym pracującym w ZPC Ursus.

Główną przyczyną braku popularności zasilania gazem ciągników rolniczych, była w odróżnieniu od dzisiejszych trendów, konieczność przystosowywania silników do pracy w układach jednopaliwowych, co wymagało kosztownych przeróbek silnika o zapłonie samoczynnym, na silnik z zapłonem iskrowym.

Diesel z dodatkową instalacją LPG, pozwala obniżyć ogólne koszty paliwa. Oczywiście w silniku nadal spalany jest ON, ale do jego połączenia z propan-butanem zachodzi dopiero w cylindrach silnika.

Zgodnie z informacjami zawartymi na stronach internetowych firm zajmujących się montażem instalacji gazowych do pojazdów, jak również produkujących elementy takich instalacji, zazwyczaj do silnika trafia 70-80 proc. ON i ok. 20-30 proc. LPG.

Nie ma konieczności przebudowywania silnika i zakładania świec zapłonowych oraz obsługującej je elektrycznej instalacji wysokiego napięcia, bo w cylindrach samoczynnie dochodzi do zapłonu mieszanki paliwowo – powietrznej, wszak taka jest domena Diesli.

Jednak ograniczenie zużycia drogiego oleju napędowego nie jest jedynym i w wielu przypadkach – nie najważniejszym powodem stosowania obu paliw naraz. Jak się okazuje, współspalanie ON i LPG daje świetne rezultaty w postaci podniesienia mocy silnika.

Olej napędowy, w tradycyjnym zasilaniu Diesla, spala się w 75-85 proc. Jednak w obecności „niebieskiego paliwa”, jak informują na swoich stronach www firmy montujące oraz produkujące podzespoły instalacji gazowych LPG, spalanie ON zachodzi niemal całkowicie, czyli nawet w 95-98 proc.

Z racji zwiększonej efektywności tego procesu, daje to odczuwalny wzrost mocy (ok. 10%, przy silnikach wolnossących i ok. 30% przy silnikach z turbiną), powoduje spokojniejszą, cichszą pracę silnika oraz zmniejszenie emisji gazów spalinowych.

Poza wyższą mocą silnika, dzięki zastąpieniu paliwa ON w części paliwem gazowym, uzyskuje się także obniżenie zapotrzebowania na oba paliwa o ok. 10%.

Zaletą gazo-Diesla jest to, że nie ma konieczności wykonywania zaawansowanej modyfikacji silnika, jest to system mało inwazyjny i ogranicza się jedynie do montażu reduktora (takiego samego, jak w instalacjach IV generacji do jednostek benzynowych), wtryskiwacza lub wtryskiwaczy gazu, filtra, czujnika MAP (czujnik podciśnienia – z ang. Manifold Absolute Pressure) i sterownika oraz pobrania danych o prędkości obrotowej silnika (pobierane zwykle z alternatora lub pompy oleju silnika).

Dzięki dodaniu paliwa gazowego zwiększa się moc i moment obrotowy silnika. Wzrost mocy następuje poprzez pełne spalenie mieszanki ON+LPG. Zgodnie z informacją na stronach internetowych instalatorów instalacji LPG oraz firm produkujących instalacje gazowe: „Z zamontowaną instalacją aż 98% dostarczonego paliwa ulega dopaleniu, a udział składników toksycznych ulega znacznemu obniżeniu. Zostało to potwierdzone przez badania emisji spalin wykonane w certyfikowanej jednostce badawczej (Pracownia Badań Emisyjnych ITS Warszawa załącznik 1 Protokół 17/09).”

Pokuta za gaźnikowce

Często spotyka się opinie, że zastosowanie LPG w silnikach pierwotnie zasilanych benzyną lub olejem napędowym, prowadzi do ich uszkodzenia (np. wypalenia zaworów, tłoków itp.) pod wpływem zbyt wysokiej temperatury spalin.

Jak się okazuje – pokutują tutaj utarte opinie o starych instalacjach pierwszej generacji, stosowanych w silnikach gaźnikowych. W takich instalacjach często dochodziło do pracy silników przy zbyt ubogich mieszankach paliwa/powietrza, co powodowało ponadnormatywne temperatury spalin.

W instalacjach LPG IV generacji, stosowanych do gazo-Diesli zawsze znajduje się czujnik temperatury spalin. Jeśli z jakichkolwiek powodów przekroczy ona bezpieczną wartość – dawka gazu jest ograniczana albo wyłączana. Tak też dzieje się w przypadku zbyt niskich, jak i zbyt wysokich obrotów silnika.

Z uwagi na lepsze osiągi silnika zaleca się unikać pracy z jego maksymalnymi obrotami.

Na dwa paliwa

Zasilanie Diesli w systemach Dual-Fuel jest popularne w ciężarówkach. Natomiast jest to jeszcze rzadki widok w ciągnikach rolniczych. Jednym z zakładów, które zamontowały instalację LPG do ciągnika rolniczego jest Automax, firma Piotra Chojnackiego z Kwiatkówki koło Tomaszowa Mazowieckiego w woj. łódzkim.

Chojnacki, poza prowadzeniem warsztatu – posiada małe 5-hektarowe gospodarstwo rolne. Zamontował instalację LPG do swojego Zetora Proxima 85, bo chciał udwodnić, że ciągnik rolniczy też może pracować taniej na gazie. Jak się okazało, efekty pracy ciągnika przerosły najśmielsze oczekiwania.

Nie tylko koszty paliwa zmniejszyły się o min. 10%, to nieporównywalnie do zużycia paliwa wzrosła moc silnika. Ponadto zmieniła się na lepsze kultura pracy silnika, pracuje on ciszej i lżej, no i emituje czystsze spaliny.

– Ideą montażu instalacji gazowej do ciągnika rolniczego było pokazanie, że może on pracować taniej i że można to zrealizować w prosty sposób – na gazie. Poza tym uzyskuje się znaczne zwiększenie mocy silnika – mówi Piotr Chojnacki.
– Dzięki obecności gazu w komorze spalania olej napędowy spala się lepiej i z tej samej ilości paliwa – uzyskujemy więcej energii, silnik jest elastyczny, pracuje lżej i ciszej.

Aby uniemożliwić uszkodzenie silnika przez np. zbyt wysoką temperaturę gazów wylotowych, założona jest odpowiednia sonda i czujnik temperatury, który odetnie zasilanie gazem w przypadku jakiejkolwiek nieprawidłowości w pracy instalacji.

Instalacja gazowa zamontowana w ciągniku Proxima 85, posiada odpowiednią homologację. – Pierwszy raz pokazaliśmy ten ciągnik w tym roku na targach w Piotrkowie Trybunalskim. Wielu rolników było ciekawych jak to działa i wielu zarzuciło mi, że można uszkodzić silnik, m.in., przez uzyskiwanie zbyt wysokich temperatur na wylocie spalin – mówi Chojnacki. – Kiedy jednak podłączyłem komputer z programem diagnostycznym okazało się, że temperatura spalin jest niższa podczas pracy ciągnika na gazie, w porównaniu do pracy na samym oleju napędowym – podkreśla rolnik-hobbysta.

Kolosalna różnica

Wzrost mocy ciągnika jest efektem założenia instalacji gazowej do ciągnika Chojnackiego. Właściciel dwupaliwowej Proximy nie wykonywał pomiarów na hamowni. Jednak zdecydowanie widzi różnicę, np. podczas pracy ciągnika z broną talerzową, Proxima na wyższym biegu nie miała już siły do pracy, pomimo że pole było płaskie.

Jednak w momencie włączenia dopływu gazu do kolektora ssącego – silnik od razu robił się żwawy, nie wydając z tłumika „ani grama” sadzy. Zdaniem Chojnackiego silnik przy użyciu gazu ma moc wyższą o ok. 15-20%.

ON lepiej się spala w obecności gazu, a poza tym w przypadku ciężkiej pracy, proporcje obu paliw sięgają 1:1, co oznacza, że dozowane jest 50% ON i 50% LPG, co daje oszczędności. Z kolei podczas mniejszego obciążenia silnika – ilość gazu wynosi ok. 30% w stosunku do ilości spalanego ON.

– Oszczędności w takich układach generujemy w dwojaki sposób. Albo jedziemy dzięki instalacji gazowej szybciej, bo wzrastają obroty i moc silnika, albo mamy silniejszy traktor i zmniejszamy dla danej pracy wychylenie regulatora obrotów pompy wtryskowej, tak aby utrzymać zalecane obroty lub prędkość dla danej pracy. Warto też zauważyć, że w traktorze za 100 ty. zł, klient za 5 tys. zł może mieć założonego „gazowego” Power Boosta – dodaje Chojnacki.

Nie tylko na Zetorze

Piotr Chojnacki zamontował wysokiej klasy instalację do swojego Zetora, bo musi ona mieć system zabezpieczeń. Można jednak zamontować instalację gazową także do Diesla starej generacji. Taką ma w swoim Ursusie 1234 Mirosław Chojnacki z miejscowości Dębniak koło Ujazdu w woj. łódzkim.

– Mój traktor zdecydowanie zyskał na żwawości, szybciej wchodzi na obroty, lepiej się nim pracuje, a nawet mam wrażenie, że ciszej chodzi – mówi Mirosław Chojnacki. Szóstka”, w pracy z pługiem 5-korpusowym spalała ok. 12 l oleju napędowego na godzinę.

– Ciągnik spalał dużo paliwa, ale teraz myślę, że jest o ok. 2-3 litry na godzinę mniej – dodaje rolnik. Po założeniu instalacji silnik dużego Ursusa pozwala na pracę z np. pługiem o szerokości roboczej 2 m, z prędkością wyższą niż podczas pracy bez LPG.

– Oznacza to, że mogę szybciej wykonać pracę, a nawet i trochę taniej – przekonuje Mirosław Chojnacki z Dębniaka.- Instalacja gazowa zamontowana w tym ciągniku nie jest nowa, zamontowałem ją, aby mieć obiekt do doświadczeń. Jest to typowa instalacja II generacji, od silnika benzynowego. Nie jest to oczywiście instalacja oferowana dla potencjalnych klientów, traktuje ją wyłącznie doświadczalnie – wyjaśnia Piotr Chojnacki.

Na podobnych zasadach instalację LPG „otrzymał” ciągnik Ursus C-360 należący do Pawła Majdy z miejscowości Zawada w woj. łódzkim. Instalacja pracuje na 360-ce bez zarzutu już ok. 4 miesiące. Traktor wykorzystywany jest gównie do orki, pracuje na 5 ha. – Ciągnik na gazie sprawuje się bardzo dobrze, szczególnie zauważalny jest brak dymu, nawet przy dużym obciążeniu podczas orki – mówi Paweł Majda. – Po zmianie sposobu zasilania silnika traktora – przy orce w tych samych miejscach – pod górę, nie muszę już redukować biegu, no i oczywiście silnik pali mniej – przekonuje Majda.

Doświadczenia Pronaru

Firmą, która chce wprowadzać zasilanie LPG do ciągników na większą skalę, jest Pronar Narew. Obecnie polski producent ciągników testuje instalację gazową LPG w ciągniku Pronar 5236 z 97-konnym silnikiem Iveco.

Jest to instalacja firmy AC z Białegostoku. Ciągnik jest na razie w fazie testów. W odróżnieniu od podobnych instalacji – ta w Pronarze ma głównie ograniczać zużycie oleju napędowego. Dopiero niedawno udało się tak zgrać sterownik gazu z regulatorem pompy wtryskowej, aby powrócić do oryginalnej charakterystyki mocy silnika.

Wtrysk gazu jest dozowany wtryskiwaczami zamocowanymi w przewodzie kolektora ssącego, przed turbiną. Jest oczywiście cały czas monitorowany, m.in. czujnikiem temperatury spalin w kolektorze wydechowym. Zużycie gazu oscyluje w granicach 20-30%, jeśli jednak silnik pracuje pod dużym i równomiernym obciążeniem, dawka gazu dochodzi do 50%.

Podczas pracy w ciężkiej orce i spalaniu np. 16 ON, na godzinę, może zużyć 8 l ON i 8 l LPG. Oszczędności łatwo policzyć. Ponadto – gaz poprawia warunki spalania ON, co przekłada się na delikatne traktowanie silnika.