Fot. Janmor, Archiwum

Angielska nazwa tego zjawiska znaczy w dosłownym tłumaczeniu "wsteczny ogień". Brzmi tak groźnie, bo dotyczy niekontrolowanych wybuchów mieszanki paliwowopowietrznej w kolektorze dolotowym silnika.

Wybuch taki może spowodować pęknięcie lub całkowite rozerwanie kolektora, uszkodzenie przepływomierza powietrza, czujnika MAP, a w skrajnym przypadku nawet pożar samochodu. Użytkownicy pojazdów (a także wielu monterów instalacji LPG) winią za to zjawisko układ zapłonowy, a w szczególności przewody wysokiego napięcia. Jednak w większości wypadków przyczyny "wstecznego ognia" są inne.

Szybkość spalania

Spróbujmy się bliżej przyjrzeć, jaki jest mechanizm powstawania tego zjawiska i dlaczego najczęściej występuje ono w pojazdach zasilanych paliwem LPG. Otóż z punktu widzenia sprawności silnika najlepiej byłoby, gdyby proces spalania ładunku w cylindrze zakończył się na krótko przed otwarciem zaworu wydechowego. Jednak nie zawsze tak to przebiega. Zdarza się bowiem, że w pewnych warunkach jakaś część węglowodorów dopala się już w kolektorze wydechowym. Jeśli spalanie kończy się poza objętością cylindra, to w czasie tzw. przekrycia zaworów, czyli jednoczesnego otwarcia zaworu ssącego i wydechowego, płonące wciąż spaliny mają bezpośredni kontakt z mieszanką palną znajdującą się w kolektorze ssącym i powodują jej zapłon. To jest właśnie ten "wsteczny ogień". Przy spalaniu LPG dochodzi do niego łatwiej, gdyż prędkość rozprzestrzeniania się czoła płomienia jest wówczas mniejsza o ok. 30% niż w przypadku benzyn. Mieszanka gazowo-powietrzna spala się więc wolniej od benzynowo-powietrznej.

Drugim czynnikiem wpływającym na szybkość spalania jest skład mieszanki. Im jest uboższa, tym wolniej się spala. Przy zasilaniu LPG nadmierne zubożenie mieszanki zdarza się znacznie częściej niż przy zasilaniu benzynowym. Dzieje się tak zwłaszcza w starszych instalacjach gazowych typu mieszalnikowego, gdzie czynnikiem decydującym o składzie mieszanki jest podciśnienie w kolektorze ssącym. Gwałtowne otwarcie przepustnicy powoduje spadek tego podciśnienia i w konsekwencji znaczne zubożenie mieszanki. Rośnie więc prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska backfire.

Dlatego wraz z instalacjami LPG montuje się czasem dodatkowe elementy, minimalizujące skutki wybuchu w kolektorze. Są to różnego rodzaju klapy i zawory zwrotne, chroniące przepływomierz lub wypuszczające zapalone gazy z układu dolotowego.

Niebezpieczny zapas

Istotne znaczenie ma tu również miejsce tworzenia mieszanki palnej. Wielopunktowe systemy wtrysku benzyny podają jej dawki bezpośrednio przed zaworem ssącym. Po jego otwarciu krople paliwa dostają się do gorącej komory spalania, odparowują i, mieszając się z powietrzem, tworzą mieszankę palną. W mieszalnikowych układach LPG płynne paliwo w parowniku przechodzi w fazę lotną, a następnie w mieszalniku jest mieszane z powietrzem, czyli już za mieszalnikiem znajduje się mieszanka zdolna do zapłonu. Mieszalnik jest zwykle montowany stosunkowo daleko od głowicy. Zatem objętość mieszanki palnej znajdującej się między mieszalnikiem a komorą spalania jest na tyle duża, iż powoduje silne wybuchy. Dlatego do silników z wielopunktowym wtryskiem benzyny należy montować układy wtrysku gazu, które z racji miejsca i sposobu tworzenia mieszanki nie powodują zjawiska backfire.

Skuteczność zapłonu

Odmienne problemy wiążą się z zapłonem mieszanki w silnikach zasilanych gazem. Potrzebne jest tutaj wyższe niż dla benzyny (o kilka kV) napięcie przebicia iskry. Może się więc zdarzyć, że układ zapłonowy poprawnie pracujący przy zasilaniu benzyną, po przełączeniu na LPG będzie wykazywał różne niedomagania, np. "wypadanie" zapłonów odczuwane przez kierowcę jako szarpanie. Przyczynia się do tego także wspomniane wcześniej niekontrolowane zubożenie mieszanki paliwowo-powietrznej. Również i ono powoduje wzrost napięcia przebicia iskry, a po przekroczeniu pewnej granicy nawet całkowity brak możliwości zapłonu. Podobne objawy występują również przy nieszczelności zaworów albo osadach zgromadzonych na elektrodach świecy o niewłaściwej wartości cieplnej.

Możliwość "wypadania" zapłonów oznacza jednak konieczność szczególnej dbałości o układ zapłonowy silników zasilanych LPG. Szczególnie dotyczy to cewki zapłonowej, lecz także ma związek ze stanem przewodów wysokiego napięcia i świec, gdyż oba te elementy podlegają eksploatacyjnemu zużyciu. W świecach wypalają się elektrody, a izolacja przewodów traci stopniowo odporność na przebicia, a terminale przyłączeniowe korodują. Do utraty własności izolacyjnych przewodów przyczynia się: starzenie materiału, wilgoć, sól, olej, paliwo i uszkodzenia mechaniczne. Prowadzi to do przebicia izolacji przewodu i jego nieodwracalnego zniszczenia, a prawdopodobieństwo przebicia rośnie też przy zasilaniu LPG. Samo z kolei może stać się przyczyną zjawiska backfire, jeśli nastąpi ono nie do masy silnika, a między przewodami różnych cylindrów i spowoduje przeskok iskry w cylindrze, w którym odbywa się suw ssania.

Przebicie izolacji przewodów zapłonowych jest często mylone ze zjawiskiem wyładowań niezupełnych, czyli tzw. ulotu ładunków elektrycznych do warstwy zjonizowanego powietrza wokół przewodu. Tak dzieje się wówczas, gdy wysokie napięcie pokonuje oporność dielektryczną powietrza. Zjawisko to objawia się w postaci bladofioletowego zabarwienia wokół przewodu i słyszalnego szelestu, a uzależnione jest od średnicy kabla (im mniejsza, tym większa tendencja do wystąpienia ulotu), stopnia zawilgocenia i zabrudzenia (zakurzenia) izolacji oraz starzenia jej materiału. Nie należy utożsamiać zjawiska ulotu z łukiem czy wyładowaniem iskrowym, choć degradacja izolacji z powodu zaniedbań serwisowych może w końcu do tego doprowadzić.

Prosta profilaktyka

Opisane wcześniej niekorzystne zjawiska (backfire, wypadanie zapłonów) można wyeliminować poprzez właściwy dobór instalacji LPG, odpowiednie wyregulowanie składu mieszanki i dbałość o stan techniczny silnika. W odniesieniu do układu zapłonowego oznacza to okresową wymianę przewodów zapłonowych i świec. Przy okazji wymiany przewodów zapłonowych należy też wyeliminować czynniki powodujące ich przyspieszone zużycie, np. nieodpowiednie zamocowanie, wycieki z silnika itp.

Utrzymywane w dobrej kondycji technicznej układy zapłonowe z łatwością znoszą podwyższone wymagania związane z zasilaniem LPG. Na przykład oferowane przez firmę Janmor przewody zapłonowe posiadają silikonową izolację o odporności na przebicia sięgającej 70 kV, co oznacza spory zapas bezpieczeństwa, skoro maksymalne napięcia współczesnych układów zapłonowych nie przekraczają 40 kV.

Tweet

Tomasz Chromiński
dyr. handlowy Janmor