Problemy w eksploatacji zmodernizowanych autobusów Jelcz 120M CNG w komunikacji miejskiej w Wałbrzychu

Jeden z 25 autobusów z autobusów Jelcz 120M w Wałbrzychu, w którym została dokonana modernizacja
Fot 1. Jeden z 25 autobusów z autobusów Jelcz 120M w Wałbrzychu, w którym została dokonana modernizacja Źródło: Gazownia Wałbrzyska

Szanowni Państwo! Zamieszamy na naszych łamach artykuł poświęcony wadliwej konwersji do zasilania CNG w autobusach miejskich Jelcz 120 M z Wałbrzycha. Autorami publikacji są dr Ryszard Michałowski oraz Wojciech Tymiak z Gazowni Wałbrzyskiej.

Na łamach niniejszego artykułu chcielibyśmy przedstawić Państwu problemy jakie zaistniały w zmodernizowanych autobusach  Jelcz 120 M eksploatowanych przez Przedsiębiorstwo Komunikacji Miejskiej w Wałbrzychu, w których wadliwie została dokonana zabudowa silników TEDOM przystosowanych do zasilania CNG. Celem niniejszego artykułu jest zwrócenie uwagi na problem jaki wystąpił z powodu nieprawidłowej zabudowy silników na gaz ziemny w tych autobusach i jakie to ma negatywne konsekwencje dla rynku CNG oraz jak pogarsza wizerunek segmentu CNG skutkiem czego technologia CNG jest postrzegana jako technologia kłopotliwa i kosztowna w eksploatacji. Powyższe ma również negatywny wpływ na wizerunek producenta silników.

Modernizację autobusów Jelcz 120M przystosowującą do spalania CNG wykonała firma „Mielec – Diesel” Gaz Sp. z o.o.  w Mielcu. Zgodnie ze specyfikacją modernizacja obejmowała:

– dostosowanie konstrukcji autobusu do montażu fabrycznie nowego silnika zasilanego sprężonym gazem ziemnym (CNG);

– dostosowanie konstrukcji autobusu (kratownicy podwozia) do montażu zbiorników gazowych w ilości 12 szt./ autobus, o łącznej pojemności 900 litrów;

– montaż silnika TEDOM, zasilanego sprężonym gazem ziemnym (CNG)
i instalacji silnikowych;

– wykonanie rozszerzonego badania technicznego pojazdu;

– wydanie wyciągu ze świadectwa homologacji sposobu montażu instalacji przystosowującej pojazd do zasilania gazem;

– pomiar emisji czynników szkodliwych (CO, CO2, HC, NOx) w spalinach.

Modernizację 25 autobusów marki Jelcz 120M rozpoczęto w marcu 2008 r.  i zakończono w październiku 2008 r.

Jeden z 25 autobusów z autobusów Jelcz 120M w Wałbrzychu, w którym została dokonana modernizacja
Zdjęcie. Jeden z 25 autobusów z autobusów Jelcz 120M w Wałbrzychu, w którym została dokonana modernizacja Źródło: Gazownia Wałbrzyska

Po niedługim okresie eksploatacji pojazdów po modernizacji i przy wykonanych przebiegach na poziomie 60-70 tysięcy kilometrów zaczęły pojawiać się liczne usterki m.in.:

– wyższe zużycie oleju,

– ponadnormatywna temperatura pracy silników (szczególnie w okresie letnim),

– znaczne zanieczyszczenie pyłem filtrów powietrza,

– uszkodzenia panewek oraz czopów wałów.

– znaczna ilość cząstek pyłu zgromadzona na powierzchni przepływomierza MAF.

W wyniku pojawiających się problemów eksploatacyjnych wykonano badania i analizy wyniku czego stwierdzono, że:

– przyczyną uszkodzenia silników była obecność w oleju silnikowym stałych cząstek o właściwościach ściernych;

– niewydolność układu filtracji powietrza,

– na podstawie analizy dokumentacji w konfrontacji z wynikami badań silników stwierdzono, że przyczyną uszkodzeń silników w autobusach były również wady konstrukcyjne przedmiotowej modernizacji, w tym niewydolność układu filtracji powietrza dolotowego oraz wadliwa konstrukcja układu smarowania w zakresie umiejscowienia filtra oleju;
Stwierdzono, że przedmiotowe modernizacje miały również zasadnicze wady konstrukcyjne:

– wadliwą konstrukcję układu wydechowego;

– wadliwe  umiejscowienie filtra oleju w najniższym punkcie silnika względem podłoża i brak jakiegokolwiek zabezpieczenia;

– wadliwe umiejscowienie wlotu powietrza do układu dolotowego silnika;

– niewydolność układu filtracji powietrza dolotowego silnika.

Ekspertyzy dokonali biegli z Instytutu Techniki Motoryzacyjnej z Wałbrzycha.
Poniższe  zdjęcia  przedstawiają kilka głównych zdiagnozowanych usterek.

Zdjęcie nr 2
Wlot powietrza do układu dolotowego silnika – umieszczony jest z tyłu nadwozia, w odległości 1850 mm od tylnego koła na wysokości 1112 mm od podłoża. Pobór powietrza w tym miejscu skutkuje zasysaniem do układu dolotowego całego pyłu unoszonego z nawierzchni jezdni.

Jest to ewidentny błąd konstrukcyjny, gdyż fabryczna zabudowa układu dolotowego powietrza jest wyprowadzona ponad dach pojazdu.

Jelcz 120 M CNG - wadlwiie umieszczony wlot powietrza   Jelcz 120 M CNG - wadlwiie umieszczony wlot powietrza

Zdjęcie nr 3
Duża ilość pyłu na wszystkich elementach znajdujących się wewnątrz komory silnika.

Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu w komorze silnika       Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu w komorze silnika

Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu w komorze silnika       Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu w komorze silnika

Zdjęcie nr 4
Stwierdzona bardzo duża ilość pyłu we wnętrzu filtra powietrza oraz po wewnętrznej stronie wkładu.

Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu we wnętrzu filtra      Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu we wnętrzu filtra

Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu we wnętrzu filtra      Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu we wnętrzu filtra

Jelcz 120 M CNG - duża ilość pyłu we wnętrzu filtra

Zdjęcie nr 5
Zatarte panewki czopów wału korbowego- widoczne głębokie rysy i żłobienia w warstwie łożyskowej, ewidentne miejscowe wytarcia stopu łożyskowego

Jelcz 120 M CNG - zatarte panewki czopów wału korbowego

Jelcz 120 M CNG - zatarte panewki czopów wału korbowego

Zdjęcie nr 6
Na płaszczu tłoków stwierdzono głębokie wzdłużne rysy i żłobienia z częściowym nadtopieniem i fragmentarycznymi wydarciami materiału tłoka, charakterystyczne dla zatarcia paszcza tłoka w cylindrze.

Jelcz 120 M CNG - zniszczone tłoki     Jelcz 120 M CNG - zniszczone tłoki

Jelcz 120 M CNG - zniszczone tłoki

Przyczyną stwierdzonych uszkodzeń była obecność w oleju silnikowym stałych cząstek o właściwościach ściernych. Fakt, że uszkodzenia układów TPC stwierdzono jedynie w cylindrach piątym i szóstym wskazuje, że przyczyną ich powstania nie były wtrącenia znajdujące się w oleju silnikowym, ponieważ wszystkie cylindry smarowane są tym samym olejem. Zatem cząstki stałe dostały się do oleju poprzez cylindry, a nie odwrotnie.

Ustalono, że ścierne oddziaływanie w cylindrach nasilało się w każdym kolejnym cylindrze, w kolejności rzędowej. Na gładziach tulei cylindrów pierwszego i drugiego były wyraźnie widoczne ślady honowania (krzyżujące się rysy mające na celu utrzymanie filmu olejowego).
Na gładzi tulei cylindra trzeciego były one słabo widoczne, a w cylindrze czwartym już zupełnie niewidoczne. Zupełnie było ich już także w cylindrze piątym, w którym stwierdzono natomiast ślady zacierania się tłoka. A w cylindrze szóstym stwierdzono już jedynie bardzo wyraziste ślady znacznego zatarcia tłoka. Wynika z tego, że w każdym kolejnym cylindrze (licząc od pierwszego) koncentracja czynników oddziałujących ściernie była większa. W cylindrze szóstym była ona znacznie większa niż w pozostałych.

Na tej podstawie wykluczono możliwość przedostania się zanieczyszczeń o właściwościach ściernych wraz z gazem wtryskiwanym do silnika. Gaz znajduje się bowiem w listwie zasilającej i taki sam gaz jest wtryskiwany bezpośrednio do każdego z cylindrów. Gdyby więc źródłem cząstek stałych był gaz, to taka sam ich ilość trafiałaby do każdego cylindra. Zróżnicowanie uszkodzeń wskazuje jednak, że tak nie było. Jedyną drogą, jaką cząstki stałe mogły trafić do cylindrów jest układ dolotowy silnika.

W silnikach tych powietrze doprowadzane jest do cylindrów poprzez metalowy kolektor ssący. Zassane przez otwór wlotowy (czerpnię umieszczoną w tylnej części lewej ściany bocznej autobusu) powietrze jest oczyszczane przez filtr powietrza po czym jest sprężane przez turbosprężarkę i po ochłodzeniu wtłaczane do silnika pod ciśnieniem. Cząsteczki powietrza wtłaczanego do kolektora ssącego uzyskują dużą prędkość. Nie ulega wątpliwości, że każda cząstka stała znajdująca się w powietrzu posiada masę większą od cząsteczek czystego powietrza. Zatem rozpędzone cząstki stałe zawarte w powietrzu posiadają większą energię kinetyczną od energii cząstek czystego powietrza. Z tego względu przemieszczają się w głąb kolektora ssącego a na jego końcu uderzają w tylną ściankę. Największa koncentracja cząstek stałych występuje więc bezpośrednio przy kanale dolotowym szóstego cylindra. Poglądowo przedstawiono to na powyższych ilustracjach.

Wyjaśnia to przyczynę koncentracji cząstek o właściwościach ściernych w szóstym cylindrze. Do cylindrów poprzedzających ten ostatni szósty cylinder mogła dostawać się jedynie nieznaczna cześć cząstek stałych, zwiększająca się odwrotnie proporcjonalnie do umiejscowienia kanału dolotowego względem tylnej ścianki kolektora.

Jedyną możliwą przyczyną przedostawania się do kolektora ssącego zanieczyszczeń w postaci cząstek stałych jest niewydolność układu filtracji powietrza dolotowego.

Rodzaj uszkodzeń wskazuje na stopniowy charakter pogłębiającego się przyspieszonego zużycia elementów układów tłok-pierścienie-cylinder, aż do wystąpienia w szóstym cylindrze skrajnego zużycia skutkującego zatarciem tłoka. W czasie eksploatacji w miarę pogłębiania się zniszczenia (w miarę wycierania się pierścieni i tulei cylindra) stopniowo wzrastało zużycie oleju przez silnik oraz malała moc silnika.

Powyższe problemy w eksploatacji zmodernizowanych autobusów Jelcz 120M spowodowały znaczne utrudnienia w funkcjonowaniu komunikacji miejskiej w Wałbrzychu. Przedsiębiorstwo komunikacyjne poniosło wymierne straty finansowe z tytułu przestoju uszkodzonych autobusów, wyższych kosztów eksploatacyjnych – częstszej  wymiana oleju i filtrów, kosztów dodatkowych napraw, ekspertyz etc.  Nie bez znaczenie  jest fakt, iż firma, która dokonał modernizacji t.j. MDG „Mielec-Diesel” Gaz Sp. z o.o. nie uwzględniła zgłaszanych usterek i nie dokonała ich nieodpłatnego usunięcia w ramach gwarancji, co w konsekwencji spowodowało w dłuższym horyzoncie czasowym konieczność ponoszenia w/w dodatkowych kosztów przez Miejskie Przedsiębiorstwo Komunikacji w Wałbrzychu.

Identyczne problemy występują w Miejskim Przedsiębiorstwie Komunikacyjnym w Zamościu, gdzie firma MDG  „Mielec-Diesel” Gaz Sp. z o.o. dokonała analogicznej modernizacji  8 szt. autobusów.

Należy tu podkreślić, że podobne  problemy eksploatacyjne nie mają miejsca w przypadku autobusów z fabrycznie zabudowaną instalacją CNG, które również są eksploatowane w komunikacji miejskiej w Wałbrzychu. Są to autobusy Irisbus Citelis  firmy IVECO.  Również z dobrym skutkiem są eksploatowane autobusy MAN w Przedsiębiorstwie Komunikacji Miejskiej w Gdyni. SA to również autobusy z fabrycznie zabudowaną instalacją CNG.

Reasumując,  powyższe doświadczenia wskazują, że przy wdrażaniu floty autobusów na sprężony gaz ziemny CNG zdecydowanie lepszym rozwiązaniem jest zakup fabrycznie nowych pojazdów, które w późniejszej eksploatacji sprawdzają się znakomicie. Na  etapie wdrożenia warto również z pewnością skonsultować się z przedsiębiorstwami, które wdrożyły tą technologię z dobrym skutkiem. W dzisiejszej dobie wysokich cen paliw sprężony gaz ziemny  CNG z pewnością jest interesującą alternatywą na tańsze i ekologiczne paliwo dla przedsiębiorstw komunikacyjnych w Polsce.

Jednak w I etapie rozwoju rynku CNG niezbędnym i nieodzownym jest wsparcie tych przedsiębiorstw, być może przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska.

Główną barierą w rozwoju CNG jest wysoki koszt wdrożenia z uwagi na wyższe koszt o ok. 15% zakupu autobusu na CNG w stosunku do autobusu na olej napędowy.

Liczymy, że w przypadku wsparcia tego segmentu w I etapie rozwoju technologia stanie się bardzie j rozpowszechniona przez co koszty pojazdów będą niższe. Wdrażanie przez kolejne przedsiębiorstwa komunikacyjne w Polsce floty na CNG spowoduje rozwój sieci stacji CNG dedykowanych dla tych przedsiębiorstw, jednak z  nieodzowną możliwością ich ogólnej dostępności dla innych użytkowników . Zbyt mała sieć stacji CNG postrzegana jest aktualnie jako jedna z głównych barier rozwoju CNG w naszym kraju.
Z pewnością warto poddać dogłębnej analizie rozwój rynku CNG w Polsce, tym bardziej, że mamy już duże doświadczenia w tym obszarze, w tym te negatywne które Państwu przybliżyliśmy, a które mogą posłużyć do uniknięcia podobnych problemów w przyszłości.

Z pewnością dzisiaj wiemy dużo więcej na temat  technologii  CNG.

Wiemy jakie pojazdy i jakich producentów sprawdzają się w eksploatacji, wiemy jakie stacje CNG i których  producentów sprawdzają się w eksploatacji, wiemy jak robią. to inni – mamy tu na myśli dobre doświadczenia w innych krajach europejskich. Zastosowanie  CNG szczególnie w segmencie komunikacji miejskiej jest z pewnością   kierunkiem bardzo dobrym i warto kontynuować działania na rzecz rozwoju zastosowania sprężonego gazu ziemnego CNG  – ekonomicznego i ekologicznego paliwa do pojazdów.