DE102007030177A1

DE102007030177A1 - Nach dem Dieselprinzip arbeitende Brennkraftmaschine zur Verbrennung von Pflanzenölen

Info

Publication number: DE102007030177A1
Application number: DE200710030177
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Klaissle; Rudi Dipl.-Ing. Zilch
Original assignee: SENERTEC KRAFT WAERME ENERGIES; Senertec Kraft Warme Energiesysteme GmbH
Current assignee: SENERTEC KRAFT WAERME ENERGIES; Senertec Kraft Warme Energiesysteme GmbH
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Eine nach dem Dieselprinzip arbeitende Brennkraftmaschine zur Verbrennung von Pflanzenölen als Kraftstoff hat eine Wärmeleithülse (9, 13) zur Ableitung von überschüssiger Wärme von einer Einspritzdüse (6). Die Wärmeleithülse (9, 13) ist bis kurz vor einen Brennraum (7) geführt und von einem Bund (10) eines Zylinderkopfes (3) überdeckt. Hierdurch werden Ablagerungen von Phosphor- und Calciumverbindungen an der Einspritzdüse (6) vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Dieselprinzip arbeitende Brennkraftmaschine zur Verbrennung von Pflanzenölen als Kraftstoff mit einem in einem Zylinder geführten Kolben zur Begrenzung eines in einem Zylinderkopf angeordneten Brennraums und mit einer bis in den Brennraum geführten Einspritzdüse zur Einspritzung des Pflanzenöls in den Brennraum.
Solche zur Verbrennung von Pflanzenölen vorgesehenen Brennkraftmaschinen unterscheiden sich deutlich von zur Verbrennung von Dieselöl vorgesehenen Brennkraftmaschinen. Pflanzenöl weist beispielsweise eine höhere Viskosität als Dieselkraftstoff auf und führt zu einer Verkokungsgefahr, insbesondere an der Einspritzdüse.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2004 041 819 A1 eine mit Pflanzenöl betriebene dieselmotorische Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei welcher die Verkokungsneigung der Einspritzdüse beim Betrieb mit Rapsölkraftstoff dadurch beeinflusst werden soll, dass der Überstand der Einspritzdüse in den Brennraum so eingestellt wird, dass sich eine vorgesehene Temperatur an der Spitze der Einspritzdüse einstellt. Diese vorgesehene Temperatur soll einen kontinuierlichen Abbrand von Ablagerungen sicherstellen. Gleichzeitig soll aber verhindert werden, dass durch zu hohe Temperaturen an der Einspritzdüse bereits eine Verbrennung des Pflanzenöls innerhalb der Einspritzdüse beginnt. Bei der Veränderung der Position der Spitze der Einspritzdüse bei einer Brennkraftmaschine muss jedoch zusätzlich der Einspritzzeitpunkt angepasst werden, um sicherzustellen, dass der zeitliche und räumliche Bezug von Einspritzstrahlen und Kolbenmulde bestehen bleibt. Insbesondere bei Motoren, welche nicht nur stationär in einem Betriebspunkt betrieben werden, ist diese Abstimmung sehr aufwändig.
Jedoch besteht bei mit Pflanzenölen betriebenen Brennkraftmaschinen zusätzlich das Problem der Ablagerungen aus nicht kohlenstoffhaltigen Verbindungen, wie beispielsweise Phosphor und Calcium des Kraftstoffs im Brennraum.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass verbrennungsbeeinflussende Ablagerungen an der Einspritzdüse aus nicht kohlenstoffhaltigen Verbindungen von beispielsweise Phosphor und Calcium weitgehend vermieden werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einspritzdüse in einer Wärmeleithülse eingesetzt ist und dass die Wärmeleithülse eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das die Einspritzdüse umgebende Material des Zylinderkopfes.
Durch diese Gestaltung wird ein zuverlässiger Wärmeabfluss aus dem Bereich der Einspritzdüse, insbesondere deren in den Brennraum hineinragenden Spitze gewährleistet. Damit wird das Temperaturniveau an der Einspritzdüse verringert. Dies führt zur Verringerung von verbrennungsbeeinflussenden Ablagerungen im Brennraum aus nicht kohlenstoffhaltigen Verbindungen von beispielsweise Phosphor und Calcium.
Ein Wärmeeintrag von der Verbrennung im Brennraum unmittelbar in die Wärmeleithülse lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn eine dem Brennraum zugewandte Seite der Wärmeleithülse von einem Bund des Zylinderkopfes überdeckt ist. Durch diese Gestaltung endet die Wärmeleithülse vor dem Brennraum und wird von dem Bund des Zylinderkopfes vor dem Wärmeeintrag geschützt. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass die Anzahl von Fugen zwischen einander benachbarten Bauteile im Brennraum besonders gering gehalten wird, da der Bund des Zylinderkopfes bis unmittelbar an die Einspritzdüse geführt werden kann. Die Fuge zwischen dem Bund des Zylinderkopfes und der Einspritzdüse lässt sich durch eine entsprechende Passung besonders klein halten. Im einfachsten Fall wird der Bund durch eine stufige Gestaltung einer die Wärmeleithülse mit der Einspritzdüse aufnehmenden Bohrung im Zylinderkopf erzeugt.
Die Fertigung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gestaltet sich besonders einfach, wenn die Wärmeleithülse bis in den Brennraum geführt ist. Dies führt zudem zu einer hohen Wärmeableitung von der Spitze der Einspritzdüse. Die Wärmeleithülse schließt daher bündig mit dem Zylinderkopf ab oder ist mit einem geneigten Abschnitt bis zu dem Brennraum geführt.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist eine besonders hohe Standfestigkeit auf, wenn der Zylinderkopf einstückig mit dem Zylinder aus Gusseisen, vorzugsweise Grauguss gefertigt ist und die Wärmeleithülse Kupfer enthält.
Ein ausreichender Wärmeübergang von der Wärmeleithülse auf den Zylinderkopf lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach sicher stellen, wenn die Wärmeleithülse in einer Bohrung des Zylinderkopfes eingepresst ist und zur Einspritzdüse eine Spielpassung oder eine Übergangspassung hat. Diese Gestaltung trägt zudem zu einer besonders einfachen Montage der Wärmeleithülse in dem Zylinderkopf bei.
Ein besonders hoher Wärmeübergang von der Einspritzdüse auf die Wärmeleithülse lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach sicherstellen, wenn die Einspritzdüse in die Wärmeleithülse eingepresst ist und gegenüber der Zylinderbohrung eine Spiel- oder Übergangspassung hat.
Zur Vereinfachung der Montage der Wärmeleithülse trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Wärmeleithülse an ihrem dem Brennraum abgewandten Ende einen radial nach außen abstehenden Rand hat und wenn der Rand auf einem Absatz des Zylinderkopfes aufliegt. Durch diese Gestaltung lässt sich die Wärmeleithülse einfach in den Zylinderkopf einsetzen, bis der Rand gegen den Absatz des Zylinderkopfes gelangt. Anschließend ist die Wärmeleithülse gegenüber dem Zylinderkopf ausgerichtet. Der Absatz ist vorzugsweise durch eine stufige Gestaltung der die Einspritzdüse mit der Wärmeleithülse aufnehmenden Bohrung erzeugt. Weiterhin wird hierdurch die Wärme von der Wärmeleithülse zuverlässig auf einen von dem Brennraum entfernten Bereich des Zylinderkopfes übertragen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht zudem darin, dass der Rand die Einspritzdüse gegenüber dem Zylinderkopf abdichtet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 schematisch einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
2 stark vergrößert einen Teilbereich der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine aus 1 mit einer in einem Zylinderkopf eingesetzten Einspritzdüse,
3 eine alternative Ausführungsform des Teilbereichs der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine aus 2.
1 zeigt einen Teilbereich einer nach dem Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschine zur Verbrennung von Pflanzenölen als Kraftstoff. Die Brennkraftmaschine hat einen Zylinder 1 mit einem darin längsverschieblich geführten Kolben 2. Der Zylinder 1 ist einstückig mit einem Zylinderkopf 3 gefertigt. Der Kolben 2 ist über Kolbenringe 4 gegenüber dem Zylinder 1 abgedichtet und hat an seiner dem Zylinderkopf 3 zugewandten Stirnseite eine Kolbenmulde 5. In die Kolbenmulde 5 ragt die Spitze einer Einspritzdüse 6 hinein. Der Kolben 2 ist am so genannten oberen Todpunkt dargestellt. In dieser Stellung begrenzen die Kolbenmulde 5 und der Zylinderkopf 3 einen Brennraum 7, in den über die Einspritzdüse 6 Pflanzenöl als Kraftstoff zur Verbrennung eingespritzt wird. Die Einspritzdüse 6 ist in eine Bohrung 8 des Zylinderkopfes 3 eingesetzt. Die Bohrung 8 im Zylinderkopf 3 hat eine Wärmeleithülse 9.
2 zeigt stark vergrößert den in den Brennraum 7 hineinragenden Teilbereich der Einspritzdüse 6 mit angrenzenden Bereichen des Zylinderkopfes 3 und der Wärmeleithülse 9. Hierbei ist zu erkennen, dass die Wärmeleithülse 9 bis kurz vor den Brennraum 7 geführt ist. Das dem Brennraum 7 zugewandte Ende der Wärmeleithülse 9 ist von einem Bund 10 des Zylinderkopfes 3 überdeckt. Der Bund 10 des Zylinderkopfes 3 ist bis unmittelbar zu der Einspritzdüse 6 geführt. Die Wärmeleithülse 9 hat an ihrem dem Brennraum 7 abgewandten Ende einen radial abstehenden Rand 11, mit dem sie auf einem Absatz 12 des Zylinderkopfes 3 aufliegt. Die Bohrung 8 im Zylinderkopf 3 ist zur Erzeugung des Absatzes 12 und des Bundes 10 stufig gestaltet.
3 zeigt den in den Brennraum 7 hineinragenden Teilbereich der Einspritzdüse 6 mit angrenzenden Bereichen des Zylinderkopfes 3 und einer weiteren Ausführungsform einer Wärmeleithülse 13. Die Wärmeleithülse 13 unterscheidet sich von der aus 2 nur dadurch, dass sie bis zu dem Brennraum 7 geführt ist und bündig mit der dem Brennraum 7 zugewandten Seite des Zylinderkopfes 3 abschließt. Damit hat die Bohrung 8 im Zylinderkopf 3 von dem Absatz 12 bis zu dem Brennraum 7 durchgehend einen konstanten Querschnitt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004041819 A1 [0003]

Claims

Nach dem Dieselprinzip arbeitende Brennkraftmaschine zur Verbrennung von Pflanzenölen als Kraftstoff mit einem in einem Zylinder geführten Kolben zur Begrenzung eines in einem Zylinderkopf angeordneten Brennraums und mit einer bis in den Brennraum geführten Einspritzdüse zur Einspritzung des Pflanzenöls in den Brennraum, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (6) in einer Wärmeleithülse (9, 13) eingesetzt ist und dass die Wärmeleithülse (9, 13) eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das die Einspritzdüse (6) umgebende Material des Zylinderkopfes (3).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Brennraum (7) zugewandte Seite der Wärmeleithülse (9) von einem Bund (10) des Zylinderkopfes (3) überdeckt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleithülse (13) bis in den Brennraum (7) geführt ist.
Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (3) einstückig mit dem Zylinder (1) aus Gusseisen, vorzugsweise Grauguss gefertigt ist und die Wärmeleithülse (9, 13) Kupfer enthält.
Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleithülse (9, 13) in einer Bohrung (8) des Zylinderkopfes (3) eingepresst ist und zur Einspritzdüse eine Spielpassung oder eine Übergangspassung hat.
Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (6) in die Wärmeleithülse (9, 13) eingepresst ist und gegenüber der Zylinderbohrung eine Spiel- oder Übergangspassung hat.
Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleithülse (9, 13) an ihrem dem Brennraum (7) abgewandten Ende einen radial nach außen abstehenden Rand (11) hat und dass der Rand (11) auf einem Absatz (12) des Zylinderkopfes (3) aufliegt.