Autogas-Technik einfach erklärt
Da Autogas (auch Flüssiggas oder LPG genannt) ähnlich wie Benzin verbrennt, sind nur benzinbetriebene
Fahrzeuge auf Autogas umrüstbar. Benzindirekteinspritzer sind nur bei bestimmte Motoren und Hersteller umrüstbar, da Benzindirekteinspritzer mit sehr hohen Drücken direkt in den Brennraum einspritzen. Nur konventionelle Saugmotoren deren Benzineinspritzdüsen das Benzin vor die Brennraumeinlassventile einspritzen, sind auf Autogas umrüstbar.
Eine zunehmende Anzahl moderner Fahrzeuge ist inzwischen mit einem Motor mit Benzin-Direkteinspritzung ausgestattet. Diese Technik soll Sprit sparen und die Motoren noch leistungsfähiger machen. Allerdings konnte es beim Einsatz herkömmlicher vollsequenzieller Autogas-Anlagen in Motoren mit Direkteinspritzung im Gasbetrieb zu Problemen kommen. Doch vor dem Hintergrund eines ständig wachsenden Marktes an Fahrzeugen mit Benzin-Direkteinspritzung gibt es inzwischen neue, zuverlässige Anlagen, die eine Umrüstung von Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung überhaupt erst möglich machen. Dabei sollten Sie darauf achten, dass die im Folgenden aufgeführten Anlagen vom Gasanlagen-Hersteller für Ihr Fahrzeug und Modell (!) schon freigegeben sind.
Ein auf Autogas umgerüstetes Fahrzeug, ist immer ein vollständig bivalentes Fahrzeug. Bivalent heißt, dass man mit zwei Kraftstoffen (Benzin oder Autogas) fahren kann. Der Benzintank und der Benzinbetrieb bleiben vollständig erhalten.
Es wird also zusätzlich ein komplett zweites Kraftstoffsystem in das Fahrzeug installiert. Für die Umschaltung vom Benzin in den Gasbetrieb (und umgekehrt) wird ein zusätzlicher Schalter im Fahrzeuginnenraum (Im Bild 1.0 Nr. 6) installiert.
Der Benzinbetrieb bleibt also vollständig erhalten, zusätzlich kommt in die Ersatzradmulde ein Autogas-Ersatzradtank (Bild 1.0 Nr. 2 oder Bild 1.4). Wenn die Ersatzradmulde zu klein ist, wird in den Kofferraum ein Zylindertank (Bild 1.5) verbaut.
Der Tank ist ein komplett passives Bauteil und benötigt keine Förderpumpe, da das Autogas im Autogastank bei 8-15 bar Druck gespeichert und durch den eigenen Betriebsdruck zur Gasanlage im Motorraum gefördert wird. Die Gasleitung ist eine stabile gummiummantelte Kupferleitung und wird immer direkt neben der Benzinleitung zum Motorraum verlegt.
- Bild 1.1: Durch einen Schalter am Armaturenbrett ist ein Wechsel vom Benzin- auf Gasbetrieb (und umgekehrt) auch während der Fahrt möglich. Die Tankfüllstandsanzeige ist in dem Schalter integriert.
Das nächste Bauteil der Gasanlage nach dem Tank ist der Verdampfer (Bild 1.0 Nr. 3 und Bild 1.2), der im Motorraum installiert wird. Hier endet die Kupferleitung. Im Verdampfer wird das flüssige Autogas in die Gasform gebracht. Es ändert sein Aggregatzustand von der flüssigen in die gasförmige Form. Bei der Kondensation (Verdampfen) von Flüssigkeiten wird Energie benötigt (entsteht also Verdunstungskälte). Damit der Verdampfer nicht einfrieren kann, ist er immer mit dem kleinen Kühlwasserkreislauf vom Motor verbunden und wird durch das Motorkühlwasser gewärmt. In der Regel wird der Verdampfer in Reihe oder parallel zu dem Wärmetauscher vom Innenraum an das Kühlwassersystem des Motors angeschlossen. Der Verdampfer ist auch der Grund, warum ein auf Autogas umgerüstetes Fahrzeug mit kaltem Motor zuerst mit Benzin läuft. Erst wenn die Betriebstemperatur des Verdampfers erreicht ist, schaltet die Gasanlage automatisch in den Gasbetrieb um. Je nach Anlagenhersteller und Ausführung des Verdampfers, sind die Einschalttemperaturen der Gasanlagen unterschiedlich. Die Prins-VSI Gasanlage ist mit die Anlage, mit der niedrigsten Betriebstemperatur = 15-30°C. Je nach Wasserdurchsatz am Verdampfer stellen wir die Einschalttemperatur entweder auf 15°C, 20°C, 25°C oder auf 30°C.
Man fährt also mit kaltem Motor je nach Außentemperatur zwischen 50-500 Metern mit Benzin, bevor die Gasanlage automatisch auf Autogas umschaltet. Wenn der Motor mindestens 15°C, 20°C, 25°C oder 30°C Kühlwassertemperatur hat, startet das Fahrzeug sofort im Autogasbetrieb. Nach dem Verdampfer geht das gasförmige Autogas direkt in den Gasfilter (Bild 1.0 Nr. 4 und Bild 1.2). Dieser befindet sich zwischen Verdampfer und den Eingasungsdüsen Bild 1.2). Der Gasfilter ist das einzige Bauteil an der Gasanlage, das einer Wartung bedarf. Erster Wartungsintervall bei 1.000 km, danach nur noch alle 25.000 km. Der erste Wartungsintervall ist deutlich kürzer, da sich in einem neuen Gastank beim Hersteller Staubanteile der Luft während der Lagerung in den Tank abgesetzt haben. Das Funktionsprinzip einer Autogasanlage ist relativ einfach. Die Benzineinspritzdüsen sind über elektrische Signalleitungen (Kabel) mit dem Motorsteuergerät verbunden.
Das Motorsteuergerät sagt also über elektrische Impulse den Benzineinspritzdüsen wann und wie lange diese Benzin einspritzen sollen. Diese Signalleitungen vom Motorsteuergerät zu den Benzineinspritzdüsen werden getrennt und das Gassteuergerät (Bild 1.0 Nr. 7) wird dazwischen angeschlossen. Das heißt, dass die elektrischen Impulse für die Benzineinspritzdüsen nicht mehr direkt vom Motorsteuergerät zu den Benzineinspritzdüsen gehen, sondern vom Motorsteuergerät über das Gassteuergerät geschliffen werden und dann zu den Benzineinspritzdüsen laufen.
- Bild 1.2: Gasanlage (Vollsequenzielle Prins VSI) im Motorraum (Audi S8 4,2 Liter) fertig installiert.
Vom Gassteuergerät verlaufen zusätzliche Signalleitungen zu den Gasdüsen. Ist man im Benzinbetrieb, verlaufen die Signale für die Benzineinspritzdüsen jetzt nicht mehr vom Motorsteuergerät direkt zu den Benzineinspritzdüsen, sondern werden einfach über das Gassteuergerät geschliffen und kommen unverändert zu den Benzineinspritzdüsen an.
- Bild 1.3: Betankungsstutzen in der Fahrzeugseitenwand. Links im Bild eine Mercedes B-Klasse, rechts im Bild ein Mercedes ML 320. (Für 100,- Euro Aufpreis gibt es den Tankdeckel auf Wunsch auch in Wagenfarbe und für 150,- Euro Aufpreis auch verriegelbar über die Zentralverriegelung)
Ist man im Gasbetrieb, werden die Signale zu den Benzineinspritzdüsen vom Gassteuergerät unterbrochen, das Gassteuergerät benutzt die Eingangssignale vom Motorsteuergerät zu den Benzineinspritzdüsen dann dazu, um eigene Steuersignale für die Gasdüsen zu generieren. Die vom Gassteuergerät generierten Steuersignale für die Gasdüsen werden dann mit dem Laptop so angepasst, dass die eingegaste Energiemenge in jedem Drehzahl und Lastbereich mit der eingespritzten Benzinenergiemenge übereinstimmt. An der Fahrzeugregelung Motorseitig und am Motorsteuergerät wird überhaupt nichts verändert. Einzig und allein am Ansaugkrümmer wird unsere "Inline-Eingasungstechnik" verbaut, am Motor werden über einen Halter die Gasdüsen montiert, Verdampfer, Filter und Gassteuergerät werden im Motorraum an der Fahrzeugkarosse befestigt.
- Bild 1.4: Flüssiggastanks verschwinden galant unter der Kofferraumabdeckung.
Das Motorsteuergerät merkt also gar nicht, dass der Motor statt mit Benzin mit Autogas läuft. Das Motorsteuergerät übernimmt im Gasbetrieb auch automatisch die Regelung der Einspritzzeiten (eigentlich Eingasungszeiten) für die Gasdüsen im Gasbetrieb, genauso wie im Benzinbetrieb die Regelung der Einspritzzeiten der Benzineinspritzdüsen. Geregelt werden die Einspritzzeiten über eine Sauerstoffmessung in dem Auspuff. Genau das macht die Lambdasonde bei jedem Fahrzeug-Sauerstoff messen. Misst die Lambdasonde Sauerstoff in den Abgasen, geht das Motorsteuergerät davon aus, dass der Motor zu mager läuft und es hebt automatisch die Einspritzzeiten (also damit auch die Einspritzmenge) so lange an, bis die Lambdasonde gar keinen Sauerstoff mehr in den Abgasen misst. Misst die Lambdasonde gar keinen Sauerstoff in den Auspuffabgasen, geht das Motorsteuergerät davon aus, dass der Motor zu fett läuft und es senkt die Einspritzzeiten wieder so lange bis die Lambdasonde wieder Restsauerstoffgehalt misst. Die Lambdasondenregelung ist also nur eine reine Regelung der Einspritzmengen über eine Sauerstoffmessung im Auspuff und ist immer eine Annäherung an den 0% Sauerstoffgehalt in den Auspuffabgasen. Diese Einspitzzeitenregelung funktioniert dann genauso im Gasbetrieb für die Gasdüsen, ohne dass das Motorsteuergerät merkt, dass es statt den Benzineinspritzdüsen die Gasdüsen regelt. Übrigens wird bei den meisten Fahrzeugen ca. 10x pro Sekunde der Sauerstoff über die Lambdasonde gemessen und die Einspritzzeiten nachgeregelt. Ãœber die Lambdasonde wird dann auch die Gasanlage mit dem Laptop eingestellt. Man schaltet in jedem Drehzahl und Lastbereich vom Benzin- in den Gasbetrieb um und vergleicht die Messwerte der Lambdasonde. Nur wenn in jedem Drehzahl- und Lastbereich beim Umschalten von Benzin- in den Gasbetrieb (und umgekehrt) der Sauerstoffgehalt sich in den Auspuffabgasen nicht ändert, ist die Anlage optimal eingestellt. Da man je nach Gasanlage bis zu 40 änderbare Werte am Laptop zur Verfügung hat, muss man genau wissen, welche Werte welche genauen Veränderungen am Eingasungsverhalten der Gasdüsen bewirken. Schon viele Einstellungslehrgänge habe ich unter anderem auch bei sehr erfahrenen Umrüster getätigt. Ich musste immer wieder verwundert feststellen, dass viele Umrüster sogar wichtige Parameter des Einstellungsprogramms am Laptop nicht genau erklären könnten, obwohl viele Umrüster schon seit längerem Autogasanlagen verbauen!
- Bild 1.5: Ist die Ersatzradmulde zu klein oder gar nicht vorhanden, ist nur ein Zylindertank im Kofferraum möglich.(Im Bild 90l Zylindertank bei einem BMW 740I)
Die Folge ist, dass viele verbaute Gasanlagen einen spürbaren Leistungsverlust aufweisen und/oder zu viel Autogas verbrauchen und sogar in einigen Fahrsituationen Motorsteuergerätefehler produzieren. Fehlerursache ist immer, dass die Gasdüsenkennlinie nicht ausreichend deckungsgleich zu der Benzineinspritzdüsenkennlinie verläuft. Entweder laufen die Anlagen im Teil- und/oder im Vollastbereich zu mager (Leistungsverlust), oder die Anlagen laufen im Teil- und/oder im Vollastbereich zu fett (zu hoher Gasverbrauch). Motorsteuergerätefehler treten dann auf, wenn die Regelung des Motors genauer ist, als die Einstellung der Gasanlage. Also sehr oft Fehler, die nicht sein müssen, da diese oft nur auf eine nicht optimale Einstellung der Gasanlage zurückzuführen ist und die dem Kunden und dem Umrüster Zeit, Nerven und letzten Endes unnötiges Geld kosten.
Wird konventionell umgerüstet (Eingasung am Ansaugkrümmer und nicht direkt vor die Einlassventile), bekommt man in der Regel, egal was man am Laptop einstellt, die Kennlinie der Eingasungsdüsen nie exakt deckungsgleich mit der Kennlinie der Benzineinspitzdüsen.