Spalinowe silniki trakcyjne mają największy udział w emisji zanieczyszczeń do atmosfery w centrach dużych miast. Udział transportu w emisji tlenku węgla wynosi 99 proc., w zakresie emisji cząstek stałych (sadzy) udział ten wynosi 96 proc. Także 76 proc. emisji tlenków azotu pochodzi z pojazdów. Podobne wartości dotyczą również innych, nie limitowanych normami Euro zanieczyszczeń, które są niekiedy jeszcze bardziej toksyczne od objętych regulacjami. Z tego powodu w ostatnich latach obserwuje się coraz większe zainteresowanie producentów innymi (alternatywnymi) paliwami. Wśród nich jest również gaz ziemny, który oprócz swoich niekwestionowanych zalet ekologicznych jest również paliwem bardzo tanim. Stąd wynika stosunkowo duża popularność silników zasilanych gazem ziemnym w stosunku do innych paliw alternatywnych. Zdania na temat opłacalności stosowania napędów gazowych są podzielone, jednak bezsprzecznie rozwijanie tego rodzaju nośników energii jest bardzo istotne, choćby z uwagi na uniezależnienie się od wpływu monopolu naftowego i dyktowanych przez niego cen ropy. Stąd wynika powszechne zainteresowanie paliwami alternatywnymi wśród wielu państw i ich rządów. Za przykład mogą służyć słowa premiera Szwecji, który w jednej z wypowiedzi stwierdził, że do roku 2020 kraj ten ma być strategicznie uniezależniony od ropy naftowej. Nie oznacza to, że Szwecja przestanie używać tego surowca, lecz jego udział w stosunku do innych paliw będzie znacznie zmniejszony. Najłatwiejsze wydaje się właśnie używanie do celów trakcyjnych gazu ziemnego z uwagi na jego powszechną dostępność i opanowaną technologię sprężania i magazynowania w pojeździe.

Jednostka mieszająca gaz w silnikach na gaz ziemny E 2866 DUH03 i E 2876 LUH02.

Oprócz deklaracji pojedynczych państw również zapisy polityki europejskiej obligują wszystkie kraje członkowskie do sukcesywnego wprowadzania paliw alternatywnych. Jako te paliwa Dyrektoriat Generalny Energii i Transportu Unii Europejskiej wymienia trzy nośniki energii (CNG, biopaliwa oraz wodór). Do 2020 r. udział CNG w ogólnym zużyciu paliw ma wynieść 10 proc., biopaliwa mają stanowić 8 proc. oraz wodór 5 proc. Zależności te są liczone energetycznie (w zależności od kaloryczności poszczególnych paliw). Duży udział gazu ziemnego w tym zestawieniu wynika z jego dużych zasobów naturalnych. Już obecnie CNG jest jednym z podstawowych paliw alternatywnych stosowanych w motoryzacji z uwagi na w pełni opanowaną technologię jego wykorzystania. Silniki zasilane gazem ziemnym pozwalają na wyeliminowanie ze środowiska dużych aglomeracji miejskich podstawowego składnika spalin silnika o zapłonie samoczynnym, czyli cząstek stałych. Jest to najbardziej kancerogenny składnik spalin współczesnych silników Diesla, który przy stosowanych obecnie systemach spalania jest wydzielany w bardzo dużych ilościach. Wyeliminowanie sadzy ze spalin w silnikach ZS wymaga dodatkowej, skomplikowanej obróbki gazów spalinowych a silnik gazowy z natury wydziela minimalne ilości cząstek stałych. Jako przyszłościowy nośnik energii jest cały czas uważany wodór, którego zastosowanie do zasilania silników o spalaniu wewnętrznym wymaga wielu prób i zbierania doświadczeń. Właśnie zasilanie za pomocą gazu ziemnego jest uważane za pomost w przyszłościowym, powszechnym wprowadzaniu napędów wodorowych. Widać to na przykładzie badań prowadzonych przez czołowych dostawców silników, np. Cummins czy MAN. Obaj producenci dysponują całym programem silników zasilanych gazem ziemnym, prowadząc jednocześnie próbną eksploatację prawie seryjnych silników zasilanych wodorem. Pierwsze próby wprowadzenia w MAN zasilania gazowego zostały podjęte w czasie drugiej wojny światowej z uwagi na ograniczoną dostępność klasycznych paliw silnikowych. Bardzo spektakularnym osiągnięciem MAN pozwalającym na uzyskanie dużego rozgłosu było przygotowanie autobusów zasilanych gazem ziemnym w autobusach dostarczonych do obsługi olimpiady w Monachium. W pojazdach tych stosowano LNG Liquified Natural Gas – skroplony gaz ziemny. Wymaga on stosowania specjalnych zbiorników zapewniających utrzymanie temperatury -162°C. Szerszy rozwój tego typu jednostek napędowych w wykonaniu już seryjnym nastąpił w latach dziewięćdziesiątych. Wprowadzone do oferty pierwsze silniki gazowe spełniały wymagania Euro2. W bieżącym stuleciu wprowadzono silniki Euro3 oraz EEV (Enhanced Environmentally friendly Vehicle), które przewyższają mającą obowiązywać od 2008 r. normę Euro5.

Urządzenia układu zasilania Bosch Motronic ME7-GAS1: 1-Zespół przepustnicy z elektronicznym nastawnikiem, 2-Elektrowtryskiwacze (zawory podające gaz), 3-Elektroniczne urządzenie sterujące, 4-Czujnik fazy, 5-Czujnik obrotów, 6-Czujnik temperatury powietrza doładowującego, 7-Czujnik ciśnienia doładowania, 8-Czujnik temperatury cieczy chłodzącej, 9-Czujnik ciśnienia gazu ziemnego, 10-Czujnik temperatury gazu ziemnego, 11- Stopnie końcowe zapłonu, 12-Cewki zapłonowe, 13-Przepływomierz powietrza, 14-Czujniki spalania stukowego, 15- Zawór upustowy turbosprężarki, 16-Sondy lambda, 17-Czujnik temperatury spalin

Od samego początku jako bazę do konstruowania silników gazowych przyjęto doskonały silnik o zapłonie samoczynnym - D28. Oczywiście, dostosowując jednostki napędowe do pracy wg obiegu Otto, silniki odprężono poprzez opracowanie nowych tłoków o zwiększonej objętości komory spalania. Pojemność skokowa silników wynosi 11967 cm3 przy średnicy sylindra 128 mm i skoku tłoka 155 mm. Są to rzędowe 6 – cylindrowe jednostki napędowe produkowane jako pionowe lub leżące (autobusowe). Silniki te występują w dwóch odmianach wolno ssącej i doładowanej. Pierwszy silnik (E2866 DUH03) jest przystosowany do spalania mieszanki stechiometrycznej (lambda = 1) i osiąga moc 185 kW przy spełnieniu wymagań EEV. Drugi (E2876 LUH02) o nieco zwiększonej pojemności skokowej (12816 cm3, zwiększony do 166 mm skok tłoka) i wyposażony w turbodoładowanie i chłodzenie powietrza doładowującego spala mieszankę ubogą, osiągając moc 228 kW. Ta jednostka napędowa występuje zarówno w wersji Euro3, jak i EEV. Oba silniki wyposażono w trójdrożne katalizatory spalin. W układach wylotowych obu silników stosuje się sondy lambda, które na podstawie pomiaru zawartości tlenu w spalinach określają skład mieszanki gazowo – powietrznej. Na podstawie tego sygnału jest również wprowadzana korekta w dawkowaniu paliwa tak aby utrzymać właściwy skład mieszanki, lambda = 1 (E2866 DUH03) lub lambda >1 (E2876 LUH02). Sterowanie ilością doprowadzanej do silnika mieszanki jest w obu przypadkach realizowane za pomocą elektronicznie sterowanych przepustnic, a za tworzenie mieszanki gazowo-powietrznej odpowiada układ Bosch Motronic ME7-GAS1.

Przekroje głowic i komór spalania silnika gazowego (E2866 DUH) i klasycznego diesla (D28866 DUH).

Kolejnym krokiem w dziedzinie układów zasilania silników gazowych było połączenie w jednym układzie zalet zasilania za pomocą mieszanki stechiometrycznej i ubogiej. Było to możliwe dzięki stosowaniu elektronicznie sterowanych układów zasilania Bosch Motronic ME7-GAS1. Zmiana współczynnika nadmiaru powietrza odbywa się płynnie w zakresie od lambda = 1 do 1,65, zapewniając optymalne parametry trakcyjne i najniższą emisję spalin. Taki sposób zasilania zapewnia bardzo niskie zużycie paliwa, najniższe wśród gazowych silników MAN (208 g/kWh) oraz znakomite wykorzystanie energii zawartej w paliwie o, czym świadczy wysokie średnie ciśnienie użyteczne - 1,23 MPa. Normalna praca silnika odbywa się z wykorzystaniem mieszanki gazowo powietrznej o składzie 1:21-23, czyli ubogiej. W przypadku osiągania granicznej zawartości metanu w spalinach ilość dostarczanego gazu zostaje zwiększona i wynosi w stosunku do powietrza 1:17,3 (mieszanka stechiometryczna, lambda = 1). Silnik można regulować, aby spełniał wymagania Euro5 (zawartość niespalonego metanu w spalinach 1,6 g/kWh) lub EEV (0,65 g/kWh). Silnik ma moc 228 kW przy 2000 obr./min, a maksymalny moment obrotowy silnika wynosi 1250 Nm w zakresie od 1000 do 1700 obr./min.
Podobnie jak mniejszy silnik E2866, tak i jednostka E2876 ma również odmianę przystosowaną do spalania gazu płynnego LPG. Wersje zasilane LPG pracują w stechiometrycznym zakresie mieszanek, osiągając moce 175 lub 200 kW. Są to wolno ssące jednostki napędowe spełniające wymagania EEV. Gazowe jednostki napędowe różnią się od protoplasty - silnika D28 dość znacznie. Różnice wynikają przede wszystkim z zastosowania innych materiałów, uwzględniających odmienne właściwości tego paliwa (wyższa temperatura spalania i jego przewlekłość). Z uwagi na takie zachowanie się gazu w komorach spalania najwięcej zmian dotyczy głowicy silnika, w której zastosowano inne materiały na gniazda zaworowe i zawory. Ponadto zintensyfikowano przepływ cieczy chłodzącej przez głowicę, zapewniając znakomite chłodzenie, szczególnie w okolicach świec zapłonowych. Silniki wolno ssące mają również wymuszone chłodzenie cieczowe kolektora wylotowego. Do zasilania silnika gazem stosuje się wypróbowany system Motronic ME7-GAS1 firmy Bosch. Podstawowym zespołem układu jest jednostka mieszająca (elektronicznie sterowany mieszalnik, tzw. jeż) zblokowana z korpusem przepustnicy z elektronicznie sterowanym nastawnikiem. Cały zespół jest bardzo zwarty i jego montaż w układzie dolotowym jest bardzo łatwy. Dzięki zastosowaniu tego urządzenia uzyskuje się bardzo dobre wymieszanie gazu z powietrzem (homogeniczność). Jest to szczególnie istotne w przypadku zasilania mieszanką ubogą. W mieszalniku zamontowanych jest 12 wtryskiwaczy (zaworów) umieszczonych w dwóch płaszczyznach (po 3 naprzeciw siebie). Zespół ten zawiera w sobie również blok przepustnicy, w którym umieszczono czujniki ciśnienia i temperatury gazu. Oprócz tego układ współpracuje z szeregiem czujników umieszczonych na silniku. Są to czujniki: fazy, prędkości obrotowej, temperatury powietrza doładowującego, ciśnienia doładowania, temperatury cieczy chłodzącej, spalania stukowego oraz przepływomierz powietrza, zawór upustowy turbosprężarki (w przypadku silnika doładowanego), 2 czujniki tlenu w spalinach (sondy lambda) oraz czujnik temperatury spalin. Układ Boscha korzysta ze znanego od lat sposobu zasilania silników gazowych z wykorzystaniem mieszalnika. Stosowane jeszcze dotychczas w zasilaniu silników samochodów osobowych mieszalniki wykorzystują zwężkę Venturiego. Powietrze przepływające przez nią przyspiesza i tworząc podciśnienie wysysa z umieszczonych w palniku otworów odpowiednią ilość gazu. Dodatkową regulację w takim układzie wykonuje reduktor, który w zależności od obciążenia dostosowuje ilość doprowadzanego do mieszalnika gazu. Stosowanie coraz powszechniej w układach zasilania silników elektroniki doprowadziło również do zmian w gazowych układach zasilania. Sprzężenie zwrotne układu wtrysku benzyny z sondą lambda badającą jakość spalania w silniku na podstawie zawartości tlenu w spalinach było również wykorzystywane do sterowania układami gazowymi. Umieszczany na przewodzie pomiędzy reduktorem a mieszalnikiem silnik krokowy w zależności od sygnału z sondy lambda dawkował poprzez dławienie przepływu ilość gazu dostarczaną do silnika. W ten sposób silnik był zasilany mieszanką stechiometryczną. Niestety, taki sposób zasilania w dużych silnikach (np. autobusowych) powodował zwiększone zużycie paliwa gazowego, które było z naturalnych przyczyn jeszcze bardziej zwiększone ze względu na niższe parametry energetyczne gazu. Doprowadziło to powstania koncepcji zasilania silników gazowych mieszanką ubogą, lambda>1 (lean burn). Taki sposób zasilania z kolei wiąże się ze zwiększoną temperaturą spalania. Oprócz zwiększonych obciążeń cieplnych w silniku, zasilanie takie zwiększa emisję szkodliwych składników spalin, zwłaszcza tlenków azotu, których powstawanie w takich warunkach jest ułatwione. Z drugiej strony, zasilanie mieszanką ubogą zmniejsza znacznie zużycie paliwa przez silnik. Zatem logicznym następstwem było powstanie systemu, który łączy zalety obu rodzajów zasilania. Tak powstała koncepcja lean-mix. Było to oczywiście możliwe dzięki znacznej elektronizacji, dzięki której można płynnie zmieniać skład mieszanki w zależności od warunków pracy silnika. Taki sposób zasilania można również wykonać za pomocą opisanego wcześniej systemu Bosch.