DE10042698A1 - Verfahren zur rücklauffreien Betreibung von Dieselmotoren mit Pflanzenöl - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Dieselbrennkraftmaschine mit wahlweise Diesel oder Pflanzenöl und kontinuierlichen Mischungsverhältnissen betreiben zu können. Zur Lösung dieses Problems wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die den Betrieb des Dieselmotors ohne Rücklaufleitungen zu den Kraftstoffbehältern ermöglicht. Sie ist durch eine Verbindung des Rücklaufs in den Saugbereich der Kraftstofförderpumpe gekennzeichnet.

Description

Kraftstoffniederdrucksysteme von Dieselkraftfahrzeugen sind üblicherweise durch eine Anordnung gekennzeichnet, in der Kraftstoff in einer Saugleitung vom Tank angesaugt wird und dem Hochdrucksystem (etwa Reiheneinspritzpumpe, Verteilereinspritzpumpe, Common- Rail-Hochdruckpumpe, Pumpe-Leitung-Düse, Pumpe-Düse. . .) zur Verfügung gestellt wird. Die angesaugte Menge ist hierbei größer, als die vom Einspritzsystem benötigte Menge, so daß über eine Überströmeinrichtung bzw. Leckleitungen der überschüssige Kraftstoff und im System vorhandene Luft dem Vorratsbehälter drucklos über eine Rücklaufleitung wieder zugeführt wird.

Es wurden bereits Vorschläge zur alternativen Nutzung von Dieselmotoren mit Dieselöl und Pflanzenöl gemacht (DE 38 00 585, DE 44 18 856, DE 44 33 500, DE 196 35 220). Finsterwälder (DE 38 00 585) schlägt eine getrennte Zu- und Rückleitung der beiden Kraftstoffe vor, die mit unterschiedlichem Druckniveau der Einspritzpumpe zugefügt werden. Der Nachteil dieser Anordnung ist eine aufwendige Einrichtung mit zwei Rückschlagventilen, einer elektrischen Förderpumpe und einem Druckhalteventil.

Klaus (DE 44 18 856) und Lohmann (DE 44 33 500) schlagen Einrichtungen vor, in denen eine Kraftstofftrennung durch zwei gekoppelte Zweiwegeventile in Zu- und Rücklaufleitung realisiert werden kann. Der Nachteil dieser Verfahren ist die Anordnung eines zweiten Zweiwegeventils zur alternativen Steuerung des rückfließenden Kraftstoffes zu den jeweiligen Behältern. In den Anordnungen ist eine nullprozentige Durchmischung der beiden Kraftstoffarten in den Vorratsbehältern nicht möglich, da unmittelbar nach jedem Wechsel eine gewisse Menge des einen Kraftstoffes (A) in den Tank des anderen Kraftstoffes (B) - und umgekehrt - zurückfließt.

Sowohl die Verfahren DE 38 00 585, DE 44 18 856 und DE 44 33 500 sind durch eine thermische Aufbereitung des im Vergleich zu Dieselkraftstoff höherviskosen Pflanzenöls gekennzeichnet, wobei in DE 44 33 500 eine thermische Aufbereitung von Fett vorgeschlagen wird.

Zur Lösung des Mischungsproblems macht Lohmann (DE 196 35 220) einen Ansatz, den rücklaufenden Kraftstoff in einen Zwischenbehälter (ZWB) mit kontaktgebendem Schwimmer zu leiten. Die Füllzeiten des Zwischenbehälters können hierbei durch einen einstellbaren Kontaktgeber geregelt werden. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß beim Übergang von A nach B die Menge von A in dem Zwischenbehälter erst verbraucht werden muß, bis dem Niederdrucksystem B zugeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist die konstant einstellbare Füllzeit des Zwischenbehälters. Die konstante Füllzeit steht im Widerspruch zu variablen Bedarfsmengen des Motors in verschiedenen Lastzuständen, da die Füllgeschwindigkeit von der Betriebslast abhängig ist. Bei zu hoch eingestellter Füllzeit kann der ZWB bei hoher Last überlaufen.

Die vorliegende Untersuchung zeigt neben den oben erklärten aufwendigen Anordnungen eine Problemlösung, deren Ansatz von der Verwendung nur eines Zweiwegeventils (bzw. zwei Einwegventilen) ausgeht. Gegeben sei als ein repräsentatives Beispiel die Niederdruckförderung einer Verteilereinspritzpumpe:
Das einzig notwendige Zweiwegeventil, hier in der Form zweier Einwegventile 3a und 3b befindet sich am Ende der Zuleitungen 1 und 13 des Niederdrucksystems zwischen der Verteilereinspritzpumpe 5 und den Kraftstoffbehältern der Kraftstoffe A und B. Die Kraftstoffrückleitung 9 wird über einen reduzierten Querschnitt 12 (etwa einer Düse, die durch einen Widerstand mittels. Bohrung gekennzeichnet ist) zwischen dem Einwegventil 3b und der Saugleitung 4 über ein T-Stück 11 verbunden. Der reduzierte Querschnitt 12 übernimmt hierbei die Funktion eines Druckausgleichs zwischen dem Saugdruck der Saugleitung 4 einerseits und dem üblicherweise drucklosen Zustand der Rücklaufleitung 8 andererseits. Der gewöhnlich drucklose Zustand entsteht bei dem Niederdruckystem einer Verteilereinspritzpumpe durch das Zusammenspiel eines Druckregelventils und einer Überströmdrossel. Zwischen Druckregelventil und Überströmdrossel liegt ein definierter Innendruck der Verteilereinspritzpumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl an, während der drucklose Zustand hinter der Überströmdrossel entsteht. Der erfindungsgemäß oben vorgeschlagene reduzierte Querschnitt 12 ist so anzupassen, daß der definierte Innendruck der Einspritzpumpe unter dem Aspekt der Koppelung des Rücklaufes 9 in die Saugleitung 4 der Förderpumpe unmerklich gestört wird. In der Anpassung bleibt also der bedarfsmäßige Innendruck der Pumpe erhalten und das Niederdrucksystem arbeitet ohne Rücklaufleitungen zu den Kraftstoffbehältern.

Der reduzierte Querschnitt 12 ermöglicht unter der Voraussetzung einer groben Vorentlüftung auch die Funktion einer Entlüftung des Systems. Die Notwendigkeit einer groben Vorentlüftung tritt praktisch nur bei einer Ersteinrichtung bzw. Reparatur oder im Falle des Leerfahrens eines Vorratsbehälters auf. Die nach Vorentlüftung etwa verbleibenden Luftblasen werden feinverteilt von dem Hochdrucksystem aufgenommen und über die Hochdruckleitung 6 in den Verbrennungsraum des Motors bis zu einer vollständigen Entlüftung des Niederdrucksystems gepumpt. Dieser Vorgang läuft unter einer geringfügig reduzierten Einspritzmenge und so einer unmerklich reduzierten Leistung des Motors ab. Nach der vollständigen Entlüftung steht wieder die Nennleistung des Motors zur Verfügung und der kalte Motor läuft nach dem Start ohne Reduktion der Drehzahl.

Die Funktion der groben Vorentlüftung übernimmt die Rücklaufleitung 8 zum vom Hersteller serienmäßig vorgesehenen Vorratsbehälter des Kraftstoffes A, die ja bauartgemäß mit dem Zweck einer Entlüftung vorhanden ist und über ein zweites, handsteuerbares Zweiwegeventil 10 aktiviert werden kann. Bei der Öffnung dieser Rücklaufleitung 8, die hier als optionaler Rücklauf 8 bezeichnet wird, schließt der eingebundene Rücklauf 9. Umgekehrt schließt eine Öffnung des eingebundenen Rücklaufs 9 den optionalen Rücklauf 8. Der Motor startet im Falle einer notwendigen groben Vorentlüftung in der Stellung einer Öffnung des optionalen Rücklaufs 8 in Betriebsart A (Ventil 3a geöffnet, 3b geschlossen). Dies entspricht einer Betreibung in der vom Hersteller serienmäßig vorgesehenen Einrichtung. Läßt man den Motor in einer mittleren Drehzahl (warm) laufen und öffnet den eingebundenen Rücklauf 9, dann zieht die Förderpumpe die in 9 etwa vorhandene Luft, d. h. ein Kraftstoff-Luft-Gemenge des Kraftstoffes A und die Drehzahl fällt ab. Während des Drehzahlabfalls schaltet man wieder auf optionalen Rücklauf 8, der die Funktion der Entlüftung übernimmt, und die Drehzahl steigt wieder an. Ein Teil der eingeschlossenen Luft wird so nach außen abgegeben. Diese Prozedur wiederholt man für das jeweils zu entlüftende System (Kraftstoffart A oder B) so oft, bis die Drehzahl des Motors nicht mehr abfällt. Ein erstmaliges Anziehen von B nach einer neuen Einrichtung oder einem Pflanzenölfilterwechsel 14 läßt sich über den optionalen Rücklauf 8 und einem wie oben beschriebenen Wechsel bei mittlerer Drehzahl von Betriebsart A nach B (Ventil 3a geschlossen, 3b geöffnet) realisieren. In diesem Fall fällt die Drehzahl bei B ab, während sie bei A wieder ansteigt. Nach der groben Entlüftung beläßt man das System in der Öffnung des eingebundenen Rücklaufs 9, der dann wie oben erklärt die Funktion einer vollständigen Entlüftung und eine bedarfsmäßige Nutzung der Kraftstoffarten A und B erlaubt.

Eine alternativ wechsende Zuführung beider Kraftstoffarten erfolgt über eine Steuerelektronik S in einstellbaren Intervallen. Eine sich periodisch wiederholende Öffnung von A für eine Dauer von 10 s mit anschließender Öffnung von B (Schließung von A) während 90 s führt z. B. im Mittel zu einem 10%igen Anteil von A. Da innerhalb der Verteilereinspritzpumpe 5 und dem eingebundenen Rücklauf 9 eine relativ zu den Ansaugmengen innerhalb 90 s bzw. 10 s große Umlaufmenge vorhanden ist, resultiert in diesem Beispiel letztlich über die Hochdruckleitung 6 nach Einstellung des Gleichgewichtes die Einspritzung 7 einer nicht diskreten sondern kontinuierlichen etwa 10%igen Mischung von A in B.

Die thermische Aufbereitung des Pflanzenölkraftstoffes erfolgt über einen Wärmetauscher 16 in der Pflanzenölzuleitung 13. Der Anschluß 11 des eingebundenen Rücklaufes kann aufgrund der Aufspaltung des Zweiwegeventils zu zwei Einwegventilen 3a und 3b bedarfsweise sowohl vor, als auch hinter dem Wärmetauscher 16 angeordnet werden. Eine etwa gewählte Einbindung zwischen Einwegventil 3b und Wärmetauscher 16 hat den Vorteil, daß in der Warmlaufphase des Motors mit Startkraftstoff A über den Fluß des rücklaufenden Kraftstoffes eine schnellere Erwärmung der Einspritzpumpe erreicht werden kann.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum alternativen Betreiben einer Dieselbrennkraftmaschine mit Pflanzenöl und Dieselöl, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf als wählbare Option mit dem Saugbereich der Kraftstofförderpumpe zwischen Pumpe und Kraftstoffilter 2 verbunden werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem eingebundenen Rücklauf ein definierter Widerstand eingebaut ist, der einen Druckausgleich zwischen Saugleitung und Rücklauf erlaubt.