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AUTOGAS & ERDGAS INFO

Was ist Autogas (LPG)
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Autogas- (LPG) & Erdgastechnik (CNG) leicht verständlich erklärt...

 

Da Autogas und Erdgas ähnlich wie Benzin verbrennt, sind nur benzinbetriebene Fahrzeuge auf diese Antriebstechniken aufrüstbar. Dieselmotoren können daher nicht auf Autogas oder Erdgas aufgerüstet werden. Ein auf Autogas oder Erdgas aufgerüstetes Fahrzeug, ist immer ein vollständig bivalentes Fahrzeug.

Bild 1.0: Autogasanlage (oben) und Erdgasanlage (unten)

 
Bivalent heißt, dass man mit zwei
Kraftstoffen (mit Benzin oder mit Autogas/ Erdgas) fahren kann. Der Benzintank und der Benzinbetrieb bleiben immer 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 wird ein zweiter Tank benötigt. Entweder ein Tank, der die Form eines Ersatzrades hat und in die Ersatzradmulde eingebaut wird (Im Bild 1.0 Nr. 2 oder Bild 1.5), oder ein Zylindertank  (Bild 1.6), der in den Kofferraum entweder quer hinter der Rücksitzbank oder längs auf die linke oder rechte Seite des Kofferraumes installiert wird. Ersatzradtanks gibt wegen den hohen Drücken für Erdgasanlagen nicht, sondern ausschließlich Zylindertanks. Die Tanksysteme sind bei Eingasungs-Autogas- und Erdgasanlagen komplett passive Bauteile und benötigen keine Förderpumpe, da das Autogas im Autogastank bei 8-15 bar Druck flüssig und das Erdgas  im Erdgastank bei ca. 200 bar gasförmig gespeichert und durch den eigenen Betriebsdruck zur Gasanlage im Motorraum gefördert wird. Die Autogasleitung ist eine stabile gummiummantelte Kupferleitung, die Erdgasleitung ist eine Edelstahlleitung. Beide Leitungsarten werden immer direkt neben der Benzinleitung zum Motorraum verlegt. Das nächste Bauteil der Autogasanlage nach dem Tank ist der Verdampfer (Im Bild 1.0 Nr. 3 und Bild 1.2), bei einer Erdgasanlage der Druckminderer. Der Verdampfer der Autogasanlage und der Druckminderer der Erdgasanlage werden im Motorraum installiert. Hier endet die Gasleitung vom Tank. Im Verdampfer der Autogasanlage 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).
 

Bild 1.1: Durch einen Schalter am Armaturenbrett ist ein Wechsel von dem Benzin- auf den Gas-betrieb (und umgekehrt) auch während der Fahrt möglich. Die Tankfüllstands-Anzeige ist in dem Schalter integriert.

 
Damit der Verdampfer in der entsprechenden kurzen Zeit genügend Autogas verdampfen 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. Ähnliches Prinzip bei der Erdgasanlage. Statt des Verdampfers bei einer Autogasanlage wird bei der Erdgasanlage ein Druckminderer verbaut, der die Aufgabe hat, das bereits gasförmige Erdgas von über 200bar auf ca. 2bar Druck herunter zu bringen. Da bei der Druckverminderung Wärmeenergie benötigt wird, ist auch der Druckminderer der Erdgasanlage, genauso wie der Verdampfer der Autogasanlage, mit dem kleinen Kühlwasserkreislauf vom Motor verbunden und wird durch das Motorkühlwasser gewärmt. Der Verdampfer bei der Autogasanlage oder der Druckminderer der Erdgasanlage ist also der Grund, warum ein auf Autogas oder Erdgas aufgerüstetes Fahrzeug mit kaltem Motor zuerst mit Benzin läuft. Erst wenn das Motorkühlwasser die Betriebstemperatur des Verdampfers/Druckminderers erreicht hat, schaltet die Gasanlage automatisch in den Gasbetrieb um. Je nach Anlagenhersteller  und Ausführung des Verdampfers/Druckminderers, sind die Einschalttemperaturen der Gasanlagen unterschiedlich einstellbar. In der Regel werden je nach Wasserdurchsatz zwischen 20°C und 50°C eingestellt. Man fährt also mit kaltem Motor je nach Außentemperatur zwischen 50-500 Metern mit Benzin, bevor die Gasanlage automatisch auf Autogas oder Erdgas umschaltet.
 

Bild 1.2: Gasanlage (Vollsequenzielle Prins VSI) im Motorraum (E61 525i) fertig installiert.

 
Wenn der Motor wärmer als die Einschalttemperatur ist
, startet das Fahrzeug sofort im Gasbetrieb. Nach dem Verdampfer/Druckminderer geht das gasförmige Autogas/Erdgas direkt in den Gasfilter (Im Bild 1.0 Nr. 4 und Bild 1.2). Dieser befindet sich zwischen Verdampfer/Druckminderer und den Gasungsdüsen. Der Gasfilter ist das einzige Bauteil an der Gasanlage, das einer Wartung bedarf. Erster Wartungsintervall bei 25.000 km, danach nur noch alle 75.000 km. Kosten des Filtertauschs: 75,- Euro. Der erste Wartungsintervall ist deutlich kürzer, da sich in einem neuen Gastank immer ein gewisser Anteil Schmutz von der Herstellung her befindet. 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.
 

Bild 1.3:
Links im Bild der Verdampfer einer Autogasanlage, rechts im Bild der Druckminderer einer Erdgasanlage. Das sind die einzigen Teile im Motorraum die sich bei den beiden Anlagentypen unterscheiden.

 
Diese Signalleitungen vom
Motorsteuergerät zu den Benzineinspritzdüsen werden getrennt und das Gassteuergerät (Im Bild 1.0 Nr. 7) wird dazwischen angeschlossen. Ist man im Benzinbetrieb, laufen die Signale für die Benzineinspritzdüsen jetzt nicht mehr direkt vom Motorsteuergerät  zu den Benzineinspritzdüsen, sondern laufen zusätzlich über das Gassteuergerät,  kommen aber unverändert zu den Benzineinspritzdüsen an. Ist man im Gasbetrieb, werden die Signale zu den Benzineinspritzdüsen vom Gassteuergerät unterbrochen, das Gassteuergerät benutzt die Einspritzsignale des Motorsteuergerätes für die  Benzineinspritzdüsen dann dazu, um eigene Steuersignale für die Gasdüsen zu generieren. Die vom Gassteuergerät generierten Steuersignale für die Gasdüsen
 

Bild 1.4:
Links Betankungsstutzen in der Fahrzeugseitenwand.
Rechts Minibetankungsstutzen in der Benzintankklappe.

 
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 werden die Gasdüsen montiert. Verdampfer/Gasdruckminderer, Gasfilter und Gassteuergerät werden im Motorraum an der Fahrzeugkarosse befestigt. 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.
 

Bild 1.5:
Flüssiggastanks verschwinden galant unter der Kofferraumabdeckung.

 
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. Über 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. Die Einstellung der Gasanlage ist eines der wichtigsten Merkmale die eine gute Autogas-/Erdgasanlage ausmacht. Viele Gasanlagen muss man über ein umständliches Kennfeld einstellen. Die Prins VSI ist eine der wenigen Gasanlagen, die das Einstellungsverfahren auf einen anderen Weg löst. Die Erstellung der Gasdüseneinspritzzeiten der Prins VSI erfolgt komplett drehzahlunabhängig, sondern nur lastabhängig. Dieses Einstellungskonzept in Kombination mit hochwertigen Gasdüsen ist der Grund, warum die Prins VSI so viel besser funktioniert, als viele andere Gasanlagen, die über ein Kennfeld eingestellt werden und/oder zudem trägere (preiswerte) Gasdüsen besitzen.
 

Bild 1.6:
Ist die Ersatzradmulde zu klein oder gar nicht  vorhanden, ist nur ein Zylindertank
im Kofferraum möglich.
Im Bild VW Touareg mit einem 90l Autogaszylindertank entspricht einem ca. 12 kg Erdgaszylindertank in Fahrtrichtung verbaut.

 
Die Folge einer nicht optimal eingestellten Gasanlage ist, dass viele verbaute Gasanlagen einen spürbaren Leistungsverlust aufweisen und/oder Motorsteuergerätefehler produzieren und/oder zu viel verbrauchen. 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 (Leistu
ngsverlust und zu hohe Verbrennungstemperaturen), oder die Anlagen laufen im Teil- und/oder im Vollastbereich zu fett (zu hoher Gasverbrauch). Die meisten Fehler sind sehr oft Fehler, die nicht sein müssten, da diese oft nur auf einen nicht optimalen Einbau der Gasdüsen und/oder Einstellung der Gasanlage zurückzuführen ist und die dem Kunden und der Kfz-Werkstatt Zeit, Nerven und Geld kosten.

Text & Bilder Copyright Autogas-Technik-Zentrum

 

 

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