S pohonem na zemní plyn se dnes setkáváme u vozů osobních i užitkových, včetně autobusů, kde je velice oblíben. Pohon CNG znamená pro výrobce součástí i kompletního vozidla řadu nároků, kterým musí vyhovět, aby tato technologie fungovala bezpečně a spolehlivě. Zkoušení plynov ých komponent má dlouholetou tradici Pohon na plyn obecně má v Evropě dlouholetou tradici, širšího rozšíření doznal pohon na svítiplyn už ve 30. letech minulého století. Postupem doby se měnila paliva (svítiplyn byl nahrazován zemním plynem, resp. CNG), zvyšovaly se požadavky na bezpečnost i ekologii a zaváděly se různé zkušební metody. Testy, které systém CNG musí podstoupit, se pochopitelně odvíjí od současných požadavků kladených na silniční vozidla. Patří k nim: » ekologie, zejména produkce emisních složek ve výfukových plynech » bezpečnost, a to v běžných i nestandardních provozních podmínkách (včetně parkování) » přívětivost pro uživatele a samozřejmě ekonomický přínos při provozu » určitá prestiž vyplývající z využívání moderní a perspektivní technologie. Je jasné, že pro zachování těchto přínosů je nutné zajistit správné funkce jednotlivých skupin a systémů i celého vozidla po dobu jeho životnosti. Soudobá technologie CNG je na vysoké úrovni, ale již před mnoha lety byly zaváděny přísné zkušební postupy a kritéria – nejdříve na úrovni státních institucí, nověji pak díky harmonizovaným požadavkům stanovených v legislativě Evropské unie, resp. předpisové základně EHK OSN (na jejichž tvorbě i uplatňování se aktivně podílí také společnost TÜV SÜD Czech, jako mezinárodně notifikovaná homologační zkušebna). Pokud se na tyto požadavky včetně bezpečnosti podíváme bližším pohledem, zjistíme, že nedílnou součástí jsou schvalovací, resp. homologační zkoušky, které lze rozčlenit do dvou oblastí: testy samostatných součástí (popř. jejich sestavy), a zkoušky správné funkce kompletního systému v konkrétním modelu automobilu. Srovnáme-li technologii CNG s vozidly provozovanými na „běžná“ paliva (benzín či naftu), největší rozdíl je samozřejmě v konstrukci plynové – palivové soustavy. Ta je dnes ošetřena zejména předpisem EHK č. 110 (eventuálně souvisejícími normami ISO či ASTM) a klade oproti pohonu s kapalnými palivy přísnější nároky z hlediska bezpečnosti. Palivov á soustava s předepsan ými ochrann ými prvky Současné osobní automobily továrně vybavené CNG mohou být konstruovány jako tzv. dvoupalivové (kromě CNG bývají vyzbrojeny druhou palivovou soustavou na benzín), nebo jen jako jednopalivové (tj. pouze na CNG, obvykle u autobusů). V prvém či druhém případě však plynová palivová soustava CNG má, resp. ze zákona musí, obsahovat alespoň tyto základní komponenty: » plnicí přípojka s jednocestným ventilem » tlaková nádrž s víceúčelovým ventilem (tzv. multiventilem) » vysokotlaké potrubí s indikátorem tlaku » regulátor tlaku plynu s elektromagneticky uzavíraným ventilem » nízkotlaké potrubí s filtrem plynu » vstřikovací ventily (popř. centrální směšovač) na spalovacím motoru. CNG proudí z nádrže (či nádrží) vysokotlakým potrubím přes elektromagnetický ventil do regulátoru (standardně vyhřívaného chladicí kapalinou motoru). Z tohoto regulátoru, kde je jeho tlak snížen a udržován na konstantní hodnotě, pak CNG proudí nízkotlakým potrubím do vstřikovačů, kterými je regulováno množství CNG proudícího do sání motoru, kde nastává jeho smíšení s nasávaným vzduchem pro spálení v motoru. Homologace komponent nez bytností Podíváme-li se blíže na jednotlivé součásti plynové palivové soustavy, zjistíme, že její dílčí prvky samy o sobě podléhají přísným zkušebním procesům. Ty musí být pochopitelně zvládnuty ještě před tím, než jsou tyto komponenty použity k zabudování do vozidla. Certifikaci tak podléhají prakticky všechny součásti: plnicí přípojka, jednocestný ventil, nádrž, tavná pojistka (iniciovaná teplotou), automatický (elektromagnetický) ventil, manuální ventil, nadprůtoková pojistka, plynotěsná skříň, ukazatel tlaku (manometr), regulátor tlaku, přetlakový ventil (iniciovaný tlakem), ohebné palivové vedení (hadice), vstřikovač (dávkovač) plynu, elektronická řídicí jednotka, tlakové a teplotní snímače. Pro každou z těchto součástí platí řada přísných zkušebních postupů, které – pokud bychom se je pokusili zobecnit – požadují testy z hlediska tlaku, teploty, použitého materiálu, vnějších vlivů (např. ohně), vibrací a celkové mechanické odolnosti. Specifickou záležitostí je testování nádrží – tlakových lahví na CNG, které musejí podléhat opět mnoha zkušebním postupům. Ověřovací zkoušky konstrukce těchto láhví uvádí tabulka. Instalace do vozidla s náročn ými po žadavky Předpokladem správné instalace plynového systému do vozidla je znalost bezpečnostního konceptu vzhledem ke konstrukci vozidla, kvůli eliminaci rizik při různých provozních stavech. Nezbytností je samozřejmě použití homologovaných komponent při zástavbě do vozu a i zde je třeba provést řadu zkoušek. Jedná se o kontrolu rozmístění jednotlivých součástí, jejich spojení mezi sebou navzájem a upevnění na vozidle, a to tak, aby byla minimalizována rizika daná např. působením sálavého tepla, elektrického zkratu nebo mechanického poškození při provozu automobilu (včetně zachování bezpečnosti při kolizi vozidla). Předmětem zkoumání je způsob a dimenzování upevnění nádrže ve vozidle, kde jsou homologačními předpisy kladeny určité pevnostní požadavky: ty lze zkontrolovat fyzickou zkouškou nebo též simulačně, tj. výpočtem (lze provádět mj. díky znalostní databázi společnosti TÜV SÜD Czech). Závěrečnou etapou kontroly zástavby CNG systému je vždy provedení zkoušky těsnosti; to probíhá na všech spojích celé palivové soustavy, při zapnutém motoru (tj. při „natlakovaném“ systému). Dalším je pak funkční test, kde se kontroluje např. funkce automatického uzavření palivových zásobníků po vypnutí motoru, ověření funkce uzavíracích ventilů apod. Specifickou záležitostí jsou zkoušky deformační (crash-test), kdy se zjišťuje, zda je nádrž vozidla a její příslušenství schopna odolat nárazu a zachovat bezpečnostní funkce tak, aby nedošlo k nekontrolovatelnému úniku plynu nebo výbuchu. Při běžném užívání automobilu nelze samozřejmě opomenout ani pravidelné prohlídky vozidel v provozu (prováděné v rámci STK), kdy se také kontroluje těsnost palivové plynové soustavy, celkový stav nádrží, potrubí a souvisejícího příslušenství. Ochranné funkce multiventilu na nádr ži Z hlediska bezpečnosti jsou asi nejsledovanějšími charakteristické vlastnosti samotné vysokotlaké nádrže se svým příslušenstvím. Pro uskladnění stlačeného CNG se v současnosti vyrábějí nádrže válcového tvaru určené na provozní tlak 25 MPa (nicméně konstrukční pevnost je navýšena nejméně 1,5násobně), při požadavku minimálně 15 000 tlakových cyklů (tzn. naplnění a vyprázdnění zásobníku). Nedílnou součástí konkrétního typu CNG nádrže je víceúčelový multiventil, který v sobě sdružuje několik funkcí. Tyto bezpečnostně-provozní funkce zastává několik samostatných prvků: » automatický ventil, uzavírá přívod paliva (po cíleném vypnutí motoru nebo při přerušení napájecího elektrického okruhu v případě závady) » nadprůtoková pojistka, zastavuje odtok plynu z nádrže při průtoku vyšším než nutným pro chod motoru (např. při protržení potrubí v případě havárie) » tavná pojistka, umožňuje řízené odpouštění (popř. odhořívání) plynu v případě působení déletrvajícího požáru v těsném okolí nádrže, a tím zamezuje její explozi; nádrž může mít dle její velikosti několik takových pojistek (na vstupu, na opačném konci a uprostřed) » manuální ventil, slouží jako bezpečnostní prvek pro úplné uzavření nádrže (např. při servisních nebo diagnostických úkonech). U těch vozidel, kde je plynová láhev s multiventilem uvnitř, musí být multiventil hermeticky zakryt speciální schránkou (plynotěsnou skříní), která je spojena v jejím nejvyšším místě s atmosférou a může tak případně odpuštěný plyn odvést bezpečně do atmosféry, mimo vozidlo. Jednotlivé tlakové láhve jsou také prostřednictvím multiventilů napojeny na vysokotlaké sběrné potrubí vedoucí plyn k motoru. Vzhledem ke specifickým parametrům nádrže (objem, tlak) a daných ochranných prvků (průřez pojistek v případě otevření) je zřejmé, že je nutné mj. řádně odzkoušet spárování nádrže a těchto prvků (což je také předmětem zkoušek uvedených v tabulce). Luboš Trnka, TÜV SÜD Czech