DE102004014119B3

DE102004014119B3 - Vorrichtung zum Vorwärmen von Pflanzenöl

Info

Publication number: DE102004014119B3
Application number: DE102004014119A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Walter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-24

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zum Vorwärmen von Pflanzenöl für die Verwendung in Dieselmotoren. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, nachrüstbare Vorrichtung zu schaffen, die sich als Vorwärmanlage für Pflanzenöl bei Dieselmotoren eignet und zur Verbesserung der Leistungsausbeute und Verbrauchssenkung beiträgt. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem rohrförmigen Wärmetauscher 1, in dem eine Kraftstoffleitung 2 mit Verbindungskanälen 3 für das Kühlwasser so angeordnet ist, dass das Kühlwasser die Kraftstoffleitung 2 in axialer und radialer Richtung um- und durchströmt. Die Verbindungskanäle 3 weisen einen geringeren Querschnitt als die Kraftstoffleitung 2 auf und sind radial versetzt und gleichmäßig verteilt angeordnet.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zum Vorwärmen von Pflanzenöl für die Verwendung in Dieselmotoren.

Es ist bekannt, dass Pflanzenöl als Treibstoff genutzt werden kann. Schon Otto Diesel hat seinen ersten Dieselmotor mit Rapsöl gestartet und zum erfolgreichen Laufen gebracht. Aus der Nutzung von Erdöl wurde vor ca. 100 Jahren sehr schnell klar, dass Diesel billiger hergestellt werden kann. In der heutigen Zeit kommt man zu der Erkenntnis, dass alternative Energien immer mehr an Bedeutung gewinnen müssen. Pflanzenöl wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und verbrennt umweltfreundlicher. Es entstehen keine schädlichen Rußpartikel z.B. bei der Verbrennung von Rapsöl in einem Dieselmotor. Der CO₂-Ausstoß wird gesenkt.

Nachteilig ist das schlechte Startverhalten von Dieselmotoren mit Pflanzenöl. Es kommt zu höherem Motorenverschleiß durch eine unruhige Laufkultur und zur Verklebung bzw. Verharzung von Filtern und Einspritzpumpen.

In der DE-Offenlegungschrift 3741281 wird eine Vorrichtung für Dieselfahrzeuge zum Erwärmen des dem Motor zugeführten Dieselkraftstoffs vorgestellt. Hierbei wird vor dem Dieselfilter ein die Kraftstoffleitung beheizender Wärmetauscher angebracht, der vom Motorkühlwasser durchflossen ist. Außerdem ist am Dieselfilter ein das Filtervolumen beheizender, gesteuert ein- und ausschaltbarer elektrischer Heizkörper angeordnet. Durch diese nachrüstbare Anordnung wird der Dieselkraftstoff in der kalten Jahreszeit vorgewärmt, um hauptsächlich beim Starten des Dieselmotors eine Verstopfung des Dieselfilters durch Versulzen zu vermeiden.

Diese Vorrichtung dient ausschließlich der Erwärmung von Dieselkraftstoff in Motoren ohne Klopfsensor. Die Verwendung von Rapsöl ist nicht vorgesehen.

Bei der Verwendung von Pflanzenöl sind die vorher beschriebenen Vorrichtungen nicht in der Lage, die Viskosität des Pflanzenöles so herabzusetzen, dass bereits beim Anlassen des Motors eine weitgehend rückstandsfreie Verbrennung erreicht werden kann.

Die DE-Offenlegungsschrift 10042397 stellt eine Vorrichtung zum Erwärmen von Pflanzenöl als Kraftstoff für den Betrieb von Dieselmotoren vor. Die Vorrichtung besteht aus einem Heizmodul vor dem Kraftstofffilter, der zusätzlich zum mit Prallwänden ausgestatteten Wärmetauscher eine elektrische Heizung und einen mit ihr verbundenen Temperatursensor enthält, sowie elektrische Zusatzheizungen auf den Einspritzleitungen und an den Einspritzdüsen selbst. Die Vorrichtung eignet sich zum Nach- und Umrüsten von Dieselmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, auf den Betrieb mit Pflanzenölen.

Nachteilig an dieser Erfindung ist, dass der Aufbau und die Regelung der Heizung mit Hilfe eines Temperatursensors relativ kompliziert ist. Die Wärmetauscherfläche ist zu gering und die Erwärmung des Pflanzenöls erfolgt nur von außen. Diese Vorrichtung kann außerdem nicht für den wechselnden Betrieb von Diesel und Rapsöl verwendet werden.

In der US Patentschrift 6298834 B1 wird eine Vorrichtung zum Verdampfen von Kraftstoffen für die Verwendung in Dieselmotoren vorgestellt. Die Vorrichtung besteht aus einem Wärmetauscher, der die Abwärme des Motors nutzt, und jeweils einen Anschluss für den Zufluss und den Abfluss des Kühlwassers hat. Die Wärmeenergie wird vom Motor so durch den Wärmetauscher geleitet, dass der Kraftstoff, der durch die Kraftstoffleitung geht, verdampft wird, bevor er den Motor erreicht. In einer zweiten Kammer wird durch die Abwärme gleichzeitig ein Frostschutzmittel erwärmt.

Die Wärmeübertragung zwischen Kühlwasser und Kraftstoff wird hier zwar ermöglicht, ist aber nicht ausreichend für eine weitgehend rückstandsfreie Verbrennung des Pflanzenöles bereits beim Anlassen des Motors.

[Aufgabe der Erfindung]

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, nachrüstbare Vorrichtung zu schaffen, die sich als Vorwärmanlage für Rapsöl bei Dieselmotoren eignet, eine gute Wärmeübertragung zwischen Kühlwasser und Pflanzenöl ermöglicht und zur Verbesserung der Leistungsausbeute und Verbrauchssenkung beiträgt.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem rohrförmigen Wärmetauscher, in dem eine Kraftstoffleitung mit Verbindungskanälen für das Kühlwasser so angeordnet ist, dass das Kühlwasser die Kraftstoffleitung in axialer und radialer Richtung um- und durchströmt. Die Verbindungskanäle weisen einen geringeren Querschnitt als die Kraftstoffleitung auf und sind radial versetzt und gleichmäßig verteilt angeordnet.

Vorzugsweise sind fünf rohrförmige Verbindungskanäle vorgesehen.

Das Pflanzenöl wird durch die Kraftstoffleitung geleitet, wobei die rohrförmigen Verbindungskanäle als Prall- und Heizflächen dienen. Das Kühlwasser fließt im Gegenstromprinzip.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist es, dass die Verbindungskanäle des Wärmetauschers mit dem Kühlwasser direkt durch das Pflanzenöl gehen. So entsteht eine Erwärmung von innen und eine Verwirbelung im Öl. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik wird der Kraftstoff nicht nur axial umströmt sondern auch radial durchströmt. Dabei wird die Motorenwärme effektiv genutzt. Es ergibt sich ein besseres Einspritzverhalten, eine bessere Verbrennung und eine Steigerung der Leistungsausbeute.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
1 erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt
2 Schnitt A-A von 1
In einem rohrförmigen Wärmetauscher 1 ist eine rohrförmige Kraftstoffleitung 2 mit geringerem Durchmesser mittig angeordnet. Die Enden sind durch eine gemeinsame Abdeckung 4 verschlossen, in deren Mitte jeweils eine Zu- und Abführung 5 und 6 für das Pflanzenöl angeordnet ist. Am rohrförmigen Wärmetauscher 1 befinden sich Anschlussstutzen 7 und 8 für die Zu- und Abführung des vom Motor kommenden Kühlwassers. In der Kraftstoffleitung 2 sind fünf, radial versetzt angeordnete, rohrförmige Verbindungskanäle 3 gleichmäßig verteilt eingesetzt.
Der Aufbau kann beispielhaft folgendermaßen ausgeführt werden. In einem Rohr, welches 25 cm lang ist und 9 cm Durchmesser hat, ist ein zweites Rohr (24,6 cm lang, Durchmesser 6 cm) mittig angeordnet. Die Enden werden durch eine gemeinsame Abdeckung 4 aus Blech (2 mm stark, Durchmesser 8,6 cm) verschlossen. In das Blech wird mittig ein Loch von 10,5 mm gebohrt, in die jeweils eine Zu- und Abführung 5 und 6 für das Pflanzenöl eingefügt und verschweißt wird. Die Zu- und Abführungen 5 und 6 bestehen ebenfalls aus einem Rohr (4 cm lang, Durchmesser 1 cm).
Am äußeren Rohr befinden sich Anschlussstutzen 7 und 8 (5 cm Länge, Durchmesser 1,8 cm) für die Zu- und Abführung des vom Motor kommenden Kühlwassers. Hierfür wird das äußere Rohr von der Mitte aus einmal auf jeder Seite gebohrt (Durchmesser 18,5 mm).
In dem mittleren Rohr sind fünf, über Kreuz angeordnete, rohrförmige Verbindungskanäle 3 (6 cm Länge, Durchmesser 1,8 cm) gleichmäßig verteilt eingesetzt. Dazu wird das mittlere Rohr fünfmal im Abstand von 4,2 cm radial versetzt, vorzugsweise mit einem Winkel von 90 Grad, durchgebohrt (Durchmesser von 18,5 mm). In diese Bohrungen werden die Verbindungskanäle 3 eingeschoben und an den Endstücken verschweißt.
Dann wird die Abdeckung 4 auf das mittlere Rohr mittig mit den Endstücken nach außen verschweißt und zentriert in das äußere Rohr eingefügt und verschweißt. Die rohrförmigen Anschlussstutzen 7 und 8 für das Kühlwasser werden in das entstandene Bauteil nach innen bündig eingeschoben und von außen verschweißt.
Eine Halterung für die Vorrichtung zum Vorwärmen von Pflanzenöl ist typenbedingt auszuwählen und anzuschweißen. Der Einbau erfolgt stehend oder leicht geneigt. Die komplette Vorrichtung besteht aus Edelstahl und ist verwendbar für 6-Zylinder-Viertakt-Dieselmotor mit Turbolader.
Die Vorwärmphase des Kühlwassers im Motorblock erfolgt vor dem Starten des Motors durch eine Vorheizung, welche beispielhaft aus einer Heizspirale oder einer Standheizung bestehen kann. Es wird dadurch das Startverhalten des Motors verbessert und der Verschleiß im Kaltlauf des Motors minimiert, wobei das Pflanzenöl sofort mit vorgewärmt wird.
Durch die Erfindung kann der Motor sowohl mit Diesel als auch mit Pflanzenöl, beispielsweise Rapsöl betrieben werden. Wenn der Motor nach einer Rapsöltankfüllung wieder mit Dieselkraftstoff betrieben werden soll, kann das problemlos durch das Umlegen von ein und/oder zwei Kugelhähnen in der Kühlwasserzuleitung erfolgen, wobei der Diesel dann nicht vorgewärmt wird.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass selbst bei Außentemperaturen von –10°C eine hervorragende Motorleistung gewährleistet ist. Nach dem Vorheizen mit Heizspirale oder Standheizung wird die vorhandene Motorwärme zur Verbesserung der Viskosität des Pflanzenöls genutzt.
Hierdurch wird das Einspritzverhalten verbessert, indem sehr dünn und sehr fein eingespritzt werden kann. Es wird die Verbrennung verbessert und die Leistungsausbeute aus Rapsöl gesteigert. Die Laufkultur verbessert sich im Gegensatz zu kaltem Rapsöl.
Durch das Prinzip wird das kalte Pflanzenöl auf einen Temperaturbereich von ca. 40°C bis 80°C vorgeheizt. Das warme Motorwasser fließt im Gegenstromprinzip durch das Bauteil, welches durch seinen Aufbau eine besonders große Oberfläche bildet. Durch die Anordnung kommt es zu einer Verwirbelung und somit zu einer schnelleren Erwärmung des Kraftstoffes.

1: Wärmetauscher
2: Kraftstoffleitung
3: Verbindungskanäle
4: Abdeckung
5: Zuführung für das Pflanzenöl
6: Abführung für das Pflanzenöl
7: Anschlussstutzen
8: Anschlussstutzen

Claims

Vorrichtung für Dieselmotoren zum Vorwärmen von Pflanzenöl mittels Kühlwasser, – bestehend aus einem rohrförmigen Wärmetauscher (1), der jeweils einen Anschluss (7, 8) für den Zufluss und den Abfluss des Kühlwassers des Motors aufweist und – aus einer von dem Pflanzenöl durchströmten Kraftstoffleitung (2), die in dem Wärmetauscher (1) vom Kühlwasser umgeben angeordnet ist und – mit in der Kraftstoffleitung (2) in Strömungsrichtung des Pflanzenöls hintereinander angeordneten Verbindungskanälen (3), die die Kraftstoffleitung (2) jeweils in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung des Pflanzenöls durchqueren und – wobei beide Öffnungen jedes Verbindungskanals (3) jeweils im Kühlwasser münden und – die Kraftstoffleitung (2) im Wärmetauscher als gerades Rohr ausgebildet ist und – die Längsachsen jeweils benachbarter Verbindungskanäle (3) verdreht zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle (3) einen geringeren Querschnitt als die Kraftstoffleitung (2) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle (3) in der Kraftstoffleitung (2) in Strömungsrichtung des Pflanzenöls hintereinander mit gleichmäßigem Abstand zueinander verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle (3) rohrförmig sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass fünf Verbindungskanäle (3) angeordnet sind.