DE10042397A1

DE10042397A1 - Vorrichtung zum Erwärmen von Pfanzenöl als Kraftstoff für den Betrieb von Dieselmotoren

Info

Publication number: DE10042397A1
Application number: DE10042397A
Authority: DE
Inventors: Matthias Andrae
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-21

Abstract

Bekannte Vorrichtungen erwärmen das Pflanzenöl vor dem Kraftstoffilter oder vor der Einspritzpumpe überwiegend nach dem Wärmetauscherprinzip. Sie sind nicht in der Lage, die Viskosität des Pflanzenöles so herabzusetzen, daß bereits beim Anlassen des Motors eine weitgehend rückstandsfreie Verbrennung erreicht werden kann. DOLLAR A Die Vorrichtung besteht aus einem Heizmodul (1) vor dem Kraftstoffilter, der zusätzlich zum mit Prallwänden (9) ausgestatteten Wärmetauscher eine elektrische Heizung (2) und einen mit ihr verbundenen Temperatursensor (3) enthält, sowie elektrische Zusatzheizungen auf den Einspritzleitungen und an den Einspritzdüsen selbst. DOLLAR A Die Vorrichtung eignet sich zum Nach- und Umrüsten von Dieselmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, auf den Betrieb mit Pflanzenölen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung sind Dieselmotoren, vorzugsweise Fahrzeugmotoren.

Langfristig steigende Preise für herkömmliche Dieselkraftstoffe und die begrenzte zeitliche Verfügbarkeit der Ausgangsprodukte, insbesondere des Erdöls, erfordern neue Konzepte der Antriebstechnik. Für den alternativen Einsatz von Pflanzenölen als Kraftstoff für Diesel motoren, insbesondere von Raps- und Sonnenblumenölen, spricht u. a. der sehr geringe mittlere Schwefelgehalt von ca. 2 mg/kg gegenüber ca. 200 mg/kg bei herkömmlichen Dieselkraftstoffen, so daß die Lebensdauer und Wirksamkeit der Katalysatoren erhöht wird. Zudem wirkt sich der in Pflanzenölen vorhandene erhöhte Sauerstoffanteil von etwa 10 Prozent bei Diesel-Turbo-Motoren leistungssteigernd aus.

Problematisch für die Verwendung von Pflanzenölen als Kraftstoff gestaltet sich bisher der Kaltstart, denn während dieser Phase bleiben, wenn keine Vorkehrungen getroffen werden, größere Mengen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Brennraum zurück.

Um mit der vorhandenen Technik der Dieselmotoren einen von der Mineralölwirtschaft unabhängigen Betrieb mit Pflanzenöl zu gewährleisten, sind Zusatzeinrichtungen zum Um- bzw. Nachrüsten von Dieselmotoren bekannt, mit dem Ziel, einen störungsfreien Betrieb zu erreichen.

Aus der Patentliteratur (DE-OS 31 17 374) ist bekannt, den Motor in der Startphase mit handelsüblichem Dieselkraftstoff zu betreiben und nach Erreichen der Motor-Betriebstempe ratur auf pflanzliche oder tierische Fette oder Öle umzustellen. Diese Lösung hat den Nachteil, daß zwei Kraftstoff-Versorgungssysteme installiert und auch separat betankt werden müssen.

Nach anderen Lösungen wird der Kraftstoff vor dem Kraftstoffilter bzw. vor der Einspritzpumpe erwärmt. In dem deutschen Gebrauchsmuster 85 31 642 wird eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dieselkraftstoff beschrieben, die aus einem rohrförmigen Gehäuse besteht, in dem der Kraftstoff über seine Leitung in Wärmetauscherbeziehung mit dem Kühlwasser steht. Eine Übernahme dieser Lösung für die Vorerwärmung des Pflanzenöls ist nicht möglich, da in der Startphase vom Kühlwasser keine Wärme auf das Öl übertragen werden kann. Damit kann die Fließfähigkeit des Pflanzenöles nicht erhöht und eine rückstandsfreiere Verbrennung, verbunden mit besserem Kaltstartverhalten, nicht erreicht werden.

Der Lösung gemäß DE-Gebrauchsmuster G 90 00 444 liegt der Gedanke zu Grunde, daß sich das Schmieröl schneller als das Kühlwasser erwärmt, so daß dieser Kreislauf angezapft wird und innerhalb einer als Wärmetauscher fungierenden Vorrichtung das Schmieröl als wärmeabgebendes Medium wirkt. Auch hier kann dem Kraftstoff in der Startphase keine Wärme zugeführt werden, so daß das Kaltstartproblem mit seinen nachteiligen Folgen nicht gelöst wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige und nachrüstbare Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenölen als Kraftstoff für Dieselmotoren zu entwickeln, mit der die Viskosität der Pflanzenöle so verringert wird, daß eine rückstandsfreiere Verbrennung bereits in der Kaltstartphase erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung aus einem Heizmodul vor dem Kraftstoffilter, der als Wärmetauscher ausgebildet ist, der eine mit Zu- und Ableitungen versehene rohrförmige Wärmetauscherfläche, die vom Pflanzenöl durch strömt wird, und der Anschlüsse für den Zu- und Abfluß des Heizmediums Kühlwasser aufweist, wobei im Heizmodul Prallwände so eingefügt sind, daß das Kühlwasser im Gegenstrom durch den Wärmetauscher fließt und der Heizmodul eine die Wärmetau scherfläche umschließende elektrische Zusatzheizung für die Startphase enthält, die von innen nach außen aus einer Isolationsschicht um die Wärmetauscherfläche, einer Heizwicklung und einer Schutzschicht besteht und ein mit der elektrischen Zusatzheizung verbundener Temperatursensor vorhanden ist. Nach der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin eine elektrische Zusatzheizung auf den Einspritzleitungen vor den Einspritzdüsen und eine elektrische Zusatzheizung für die Startphase unmittelbar an den Einspritzdüsen auf.

Bei ausreichenden Platzverhältnissen besteht die elektrische Zusatzheizung auf den Einspritzleitungen vorzugsweise aus Elementen, die eine mit einer Aussparung versehene Grundplatte und auf der Grundplatte befestigte Heizelemente aufweisen, die ihrerseits mit elektrischen Anschlüssen versehen und mit gebrannter Keramik umschlossen ist, wobei jeweils zwei Elemente auf jeder Einspritzleitung diese umschließend angebracht sind.

Für den Fall beengter Platzverhältnisse ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Zusatzheizung auf den Einspritzleitungen aus einer inneren Isolationsschicht, einer Heizwicklung und einer äußeren Schutzschicht, vorzugsweise aus Keramik, besteht.

Die in der Startphase wirksame elektrische Zusatzheizung an den Einspritzdüsen besteht in einer vorzugsweisen Ausgestaltung aus einer innenliegenden, den Düsengrundkörper umgebenden Metallfolie, einer sich daran anschließenden Glasfaserschicht, einer Heiz wicklung, die mit der Metallfolie verbunden ist, und einer äußeren Isolations- und Schutzschicht.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, den Temperatursensor des Heizmoduls vor dem Kraftstoffilter mit einem Anschluß an die Kraftstoffleitung anzuschließen und einen zweiten Anschluß nach außen zu führen.

Um Belastungen der Batterie durch langanhaltende Entladeströme zu vermeiden, besitzt die Vorrichtung eine elektronische Regeleinrichtung, die die mit den Temperatursensoren verbundenen elektrischen Zusatzheizungen im Heizmodul vor dem Kraftstoffilter und an den Einspritzdüsen bei Erreichen der Motorbetriebstemperatur abschaltet.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß eine zusätzliche elektrische Heizung vor der Einspritzpumpe angebracht ist.

Aufbau und Funktion der Vorrichtung werden an Hand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Heizmoduls

Fig. 2 den Aufbau der elektrischen Zusatzheizung im Heizmodul

Fig. 3 eine Seitenansicht eines an den Einspritzleitungen angebrachten Elementes

Fig. 4 eine Draufsicht der Zusatzheizung auf der Einspritzleitung

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Einspritzdüse mit elektrischer Zusatzheizung

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Zusatzheizung auf der Einspritzdüse

Der vor dem Kraftstoffilter angeordnete Heizmodul 1 enthält einen nach dem Wärmetau scherprinzip arbeitenden Teil, eine elektrische Zusatzheizung 2 und einen mit ihr verbundenen Temperatursensor 3. In dem Modul 1 sind der Anschluß 4 zur Einleitung des Kühlwassers und der Anschluß 5 zum Austritt des Kühlwassers angebracht. Der Kraftstoff tritt über die Zuleitung 6 in die rohrförmige Wärmetauscherfläche 7 ein, durchströmt diese und verläßt den Modul 1 durch die Ableitung 8. Dabei fließt ihm das als Heizmedium wirkende Kühlwasser, gezwungen durch die Prallwände 9 im Gegenstrom entgegen. Dadurch wird die Intensität der Wärmeübertragung vom Kühlwasser auf den Kraftstoff erhöht.

Die in der Startphase wirksame Zusatzheizung 2 umschließt teilweise die Wärmetauscher fläche 7. Diese Zusatzheizung besteht aus einer inneren Isolierschicht 10 aus Glasfasern, einer Heizwicklung 11, einer außen liegenden Schutzschicht 12 aus einem Kunststoff und den Anschlüssen, wobei der Minuspol mit der Wärmetauscherfläche 7 verbunden ist und der andere Pol über den Heizwicklungsanschluß 13 herausgeführt ist. Der Temperatursensor 3 wird mit einem Anschluß ebenfalls an die Wärmetauscherfläche angeschlossen, der andere Anschluß 14 nach außen geführt.

Vor den Einspritzdüsen ist die elektrische Zusatzheizung 15 auf den Einspritzleitungen angebracht. Sofern die Platzverhältnisse es gestatten, besteht sie aus Elementen 16, die jeweils eine Grundplatte 17 aus Aluminium mit einer Aussparung 18 aufweisen, die sich am Durchmesser der Einspritzleitung orientiert. Auf der Grundplatte 17 sind Heizelemente 19 mit Schrauben 20 befestigt. Die Heizelemente 19 sind über eine Klemmleiste 21 verbunden, die anderen Anschlüsse werden über einen Flachstecker 22 herausgeführt. Die Elemente 16 sind mit Keramik 23 umhüllt und gebrannt. Jeweils zwei dieser Elemente 16 sind miteinander auf jeder Einspritzleitung verschraubt.

Sofern die Platzverhältnisse beengt sind, entspricht der Aufbau der elektrischen Zusatzhei zung auf den Einspritzleitungen dem der elektrischen Zusatzheizung 2 im Heizmodul 1 analog Fig. 2, d. h. sie besteht aus einer inneren Isolationsschicht 10, einer Heizwicklung 11 und einer außen liegenden Schutzschicht 12, die hier aus Keramik ist.

In der Startphase wirkt weiterhin eine elektrische Zusatzheizung 24 unmittelbar an den Einspritzdüsen 25. Auf Grund der Vielfalt der Düsenformen kann die Lage der Heizung 24 in Fig. 5 nur beispielhaft dargestellt werden. Sie umschließt einen Teil des zylindrischen Grundkörpers der Einspritzdüse 25 und besteht aus einer inneren Metallfolie 26, einer sich daran anschließenden elektrisch isolierenden Glasfaserschicht 27, der Heizwicklung 28 und einer äußeren Isolations- und Schutzschicht 29. Die Heizwicklung 28 ist mit der Metallfolie 26 durch den Kontakt 30 elektrisch verbunden, so daß die Metallfolie 26 den Masseanschluß der Zusatzheizung 24 bildet. Der andere Anschluß 31 der Heizwicklung 28 wird nach außen geführt. Durch diesen kompakten Aufbau wird erreicht, daß die Einspritzdüsen weiterhin mit den üblichen Werkzeugen gewechselt werden können. Vor dem Anlassen des Motors wird diese Zusatzheizung eingeschaltet und die Einspritzdüsen erwärmen sich. Die Erwärmung der Einspritzdüsen wird optisch angezeigt, danach kann der Motor gestartet werden. Das Pflanzenöl wird dadurch bereits unmittelbar nach dem Anlassen des Motors ausreichend zerstäubt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Kraftstoff Pflanzenöl bis auf ca. 130°C und damit deutlich über die Kühlwassertemperatur hinaus erwärmt werden.

Eine elektronische Regeleinrichtung, die von den mit den Zusatzheizungen verbundenen Temperatursensoren angesteuert wird, regelt die Einschaltzeiten der Zusatzheizungen. Dadurch wird die Batterie nicht mehr als erforderlich belastet. Wenn die Betriebswärme des Motors erreicht ist, arbeitet nur noch die Zusatzheizung 15 vor den Einspritzdüsen, die Vorwärmung des Pflanzenöles vor dem Kraftstoffilter erfolgt im Wärmetauscher über den Kühlwasserkreislauf im Heizmodul 1. Da die Elemente 16 der Zusatzheizung 15 auf den Einspritzleitungen mit Keramik 23 verkleidet sind, bilden sie einen Wärmespeicher, so daß diese Zusatzheizung bei Teillastbetrieb nicht im Dauerbetrieb arbeitet.

Claims

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenöl als Kraftstoff für den Betrieb von Dieselmotoren, bestehend aus
einem Heizmodul (1) vor dem Kraftstoffilter,
der als Wärmetauscher ausgebildet ist,
der eine mit einer mit Zuleitung (6) und eine mit einer Ableitung (8) versehene rohrförmige Wärmetauscherfläche (7) aufweist, die vom Pflanzenöl durchströmt wird,
der einen Anschluß (4) für den Zufluß und einen Anschluß (5) für den Abfluß des Heizmediums Kühlwasser aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Heizmodul (1) vor dem Kraftstoffilter Prallwände (9) so eingefügt sind, daß das Kühlwasser im Gegenstrom durch den Wärmetauscher fließt,
der Heizmodul (1) eine die Wärmetauscherfläche (7) teilweise umschließende elektrische Zusatzheizung (2) für die Startphase aufweist, die von innen nach außen aus einer Isolationsschicht (10) um die Wärmetauscherfläche (7) einer Heizwicklung (11) und
einer Schutzschicht (12) besteht und
ein mit der elektrischen Zusatzheizung (2) verbundener Temperatursensor (3) vorhanden ist,
einer elektrischen Zusatzheizung (15) vor den Einspritzdüsen auf den Einspritzleitungen und einer elektrischen Zusatzheizung (24) für die Startphase unmittelbar an den Einspritzdüsen (25).

2. Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zusatzheizung (15) auf den Einspritzleitungen aus Elementen (16) besteht, die
eine mit einer Aussparung (18) versehenen Grundplatte (17) und
auf der Grundplatte (17) befestigte Heizelemente (19) aufweisen, die mit elektrischen Anschlüssen (22) versehen sind und
die mit gebrannter Keramik (23) umschlossen sind,
wobei jeweils zwei miteinander verbundene Elemente (16) auf jeder Einspritzleitung angebracht sind.

3. Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle beengter Platzverhältnisse die elektrische Zusatzheizung (15) auf den Einspritzleitungen von innen nach außen
eine Isolationsschicht (10),
eine Heizwicklung (11) und
eine Schutzschicht (12), vorzugsweise aus Keramik, besitzt.

4. Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Startphase wirksame elektrische Zusatzheizung (24) an den Einspritzdüsen (25) den Düsengrundkörper teilweise zentrisch umgibt und aus einer inneren Metallfolie (26), einer sich daran anschließenden elektrisch isolierenden Schicht (27), der Heizwicklung (28), die mit der Metallfolie (26) verbunden ist, und einer äußeren Isolations- und Schutzschicht (29) besteht.

5. Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (3) mit einem Anschluß an die Kraftstoffleitung (7) angeschlossen ist und der andere Anschluß (13) nach außen geführt ist.

6. Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Regeleinrichtung bei Erreichen der Motorbetriebstemperatur die mit jeweils einem Temperatursensor verbundenen elektrischen Zusatzheizungen (2, 24) vor dem Kraftstoffilter und an den Einspritzdüsen (25) abschaltet.

7. Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Zusatzheizung vor der Einspritzpumpe angebracht ist.