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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Kraftmaschine, vorzugsweise eine Kolbenkraftmaschine,
insbesondere ein Kraftfahrzeug oder eine Arbeitsmaschine, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 7. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung
von Mitteln zum Reduzieren des Sauerstoffgehaltes von Kraftstoff
gemäß Anspruch 11.
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Aus
der
DE 101 52 084
A1 ist es bekannt, Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen
mit Biodiesel zu betreiben. Biodiesel ist ein nach seiner Verwendung
dem Dieselkraftstoff entsprechender pflanzlicher und/oder tierischer
Kraftstoff. Im Gegensatz zum konventionellen Dieselkraftstoff wird
er nicht aus Rohöl, sondern aus Pflanzenölen oder
tierischen Fetten gewonnen. Chemisch betrachtet handelt es sich
bei Biodiesel um Fettsäuremethylester (FAME). Die Beimischung
von Biodiesel zum herkömmlichen Dieselkraftstoff wird je
nach Anteil als B5, B10 oder B20 bezeichnet. Dies entspricht einem Anteil
von 5%, 10% oder 20% an Biodiesel. B100 entspricht demnach reinem
Biodiesel.
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Ein
wesentlicher Nachteil von Biodiesel besteht darin, dass dieser vergleichsweise
schnell altert. Ein gealterter Kraftstoff führt jedoch
nach kurzer und abhängig von der Robustheit des Systems
unterschiedlicher Nutzungsdauer zum sicheren Ausfall des Einspritzsystems.
Mit steigendem Biodieselanteil im Kraftstoff verringert sich die
Zeitdauer, also die Verweildauer im Tank, bis zu der der Kraftstoff
als ungealtert definiert wird. Diese Zeitdauer wird im Labortext
als in induction period (IP) bezeichnet (EN 14112).
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmaschine vorzuschlagen
in der Kraftstoff, insbesondere Biodiesel enthaltender Kraftstoff, über
einen möglichst langen Zeitraum nutzbar ist. Weiterhin
besteht die Erfindung darin, ein Verfahren zum Verlängern
der Nutzungsdauer des Kraftstoffs in einer Kraftmaschine, vorzugsweise
einer Kolbenkraftmaschine, vorzuschlagen.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich der Kraftmaschine mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch
11 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe
mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder in den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von
Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte
Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten
und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte
Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten
und beanspruchbar sein.
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Die
Erfindung hat erkannt, dass ein Haupttreiber für die Alterung
von Kraftstoff, insbesondere von Biodiesel oder von einem Kraftstoff
mit einem Biodieselanteil, neben der Temperatur der Sauerstoffgehalt
des Kraftstoffes ist. Weiterhin hat die Erfindung erkannt, dass
der beim Tankvorgang zugeführte Kraftstoff bereits einen
alterungsverursachenden Sauerstoffgehalt aufweist. Weiterer Sauerstoff
kann während des Betriebs aufgrund des kleiner werdenden
Kraftstoffvolumens und aufgrund von Temperaturschwankungen in den
Kraftstofftank und damit zum Kraftstoff gelangen. Die Erfindung
schlägt daher zum Erhöhen der Nutzungsdauer des
Kraftstoffs, insbesondere von Biodiesel und/oder Kraftstoff, insbesondere
Diesel mit einem Biodieselanteil vor, in der Kraftmaschine Mittel
zum Reduzieren des Sauerstoffgehaltes des Kraftstoffes vorzusehen.
Durch die zumindest teilweise Entgasung des Kraftstoffs kann der
Sauerstoffgehalt im Kraftstoff abgesenkt werden. Dies wiederum führt
zu einer verlangsamten Alterung des Kraftstoffs und in der Folge
zu einer verlängerten Nutzungsdauer.
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Im
Folgenden werden vorteilhafte Ausführungen am Beispiel
eines Kraftfahrzeugs beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf
eine derartige Kraftmaschine beschränkt ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist. Insbesondere handelt es sich
um einen Dieselmotor zum Verbrennen von reinem Biodiesel oder von
Kraftstoffen mit einem Biodieselanteil, insbesondere zum Verbrennen
von B5, B10 oder B20 Biodiesel-Kraftstoff. Dabei wird unter Biodiesel
kein naturbelassenes oder lediglich gefiltertes Pflanzenöl verstanden,
welches ebenfalls in speziellen Verbrennungsmotoren verbrennbar
ist. Bei diesem Kraftstoff handelt es sich zwar auch um einen Biokraftstoff,
jedoch nicht um Biodiesel. Dies gilt auch für Bioethanol,
bei dem es sich ebenfalls nicht um Biodiesel handelt. Vorzugsweise
wird Biodiesel als ein Kraftstoff oder ein Kraftstoffanteil verstanden,
wie dieser in der E-DIN 51606 und/oder der DIN
EN 14214 definiert ist.
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Im
Hinblick auf die konkrete Anordnung der Mittel zum Reduzieren des
Sauerstoffgehaltes im Kraftstoff gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.
So ist es denkbar, dass die Mittel unmittelbar im und/oder im Bereich
des Kraftstofftanks und/oder im Bereich einer Kraftstoffleitung
und/oder in oder im Bereich einer Dosier- oder Fördereinrichtung
für Kraftstoff angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist es,
die Mittel derart anzuordnen, dass sie auf außerhalb des
Kraftstofftanks in der Kraftmaschine befindlichen Kraftstoff einwirken,
da hier die Gefahr eines Neueintrags von Sauerstoff gering ist.
Vorzugsweise sind die Mittel zum Reduzieren des Sauerstoffgehaltes
des Kraftstoffes in einem Bereich in Strömungsrichtung
zwischen dem Kraftstofftank und dem Einspritzsystem des Verbrennungsmotors
angeordnet.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die Mittel zum Reduzieren des Sauerstoffgehaltes
des Kraftstoffes mindestens einen Ultraschallerreger umfassen. Die
Entgasung mittels Ultraschall ist ein probates Mittel, um den Sauerstoffgehalt
des Kraftstoffes, insbesondere des Biodiesels oder eines Kraftstoffes,
insbesondere von Diesel, mit einem Biodieselanteil, zu reduzieren
bzw. zu minimieren. Bevorzugt wirkt der mindestens eine Ultraschallerreger nicht
(nur) auf den im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoff, sondern,
vorzugsweise auf den im Leitungssystem befindlichen Kraftstoff.
Bevorzugt ist dem Ultraschallerreger mindestens eine Abführleitung
zugeordnet, durch die das aus dem Kraftstoff entweichende Gas abgeführt
wird. Diese Abführleitung kann vorzugsweise in den Kraftstofftank
ausmünden. Besonders vorteilhaft ist es, die Kraftstoffrücklaufmenge
des Einspritzsystems nicht in den Tank, sondern unmittelbar wieder
dem Einspritzsystem zuzuführen.
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Zusätzlich
oder alternativ zu dem Vorsehen mindestens eines Ultraschallerregers
ist es möglich, den Sauerstoffgehalt des Kraftstoffs durch
eine Druckabsenkung zu realisieren. Hierzu wird der Kraftstoffdruck
bzw. der auf den Kraftstoff wirkende Umgebungsdruck auf einen Druck
unterhalb des Normaldrucks (Atmosphärendrucks), vorzugsweise durch
Einsatz mindestens einer Vakuumpumpe, wie diese beispielsweise in
der Bremstechnik Einsatz findet, abgesenkt. Das einzustellende Druckniveau
sollte so gewählt werden, dass mindestens über
50% des im Kraftstoff befindlichen Sauerstoffs entfernt werden.
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Die
Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Verlängern
der Nutzungsdauer von Kraftstoff zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
einer Kraftmaschine, vorzugsweise einer Kolbenkraftmaschine, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass der Sauerstoffgehalt des in der Kraftmaschine befindlichen
Kraftstoffs reduziert wird. Anders ausgedrückt, wird der
Sauerstoffgehalt des Kraftstoffs nicht außerhalb des Kraftfahrzeugs,
beispielsweise in einer Zapfsäule, sondern gemäß Erfindung innerhalb
des Kraftfahrzeugs, beispielsweise im Kraftstofftank, in einer Kraftstoffleitung
oder im Einspritzsystem reduziert.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn der Sauerstoffgehalt in Biodiesel
oder einem Biodiesel enthaltenden Kraftstoff reduziert wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zum
Reduzieren des Sauerstoffgehaltes des Kraftstoffes Ultraschallwellen
und/oder eine Druckabsenkung, insbesondere auf einen Druck unterhalb
des Atmosphärendrucks eingesetzt bzw. realisiert werden.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Beschallung oder die
Druckabsenkung in einem Bereich in Fließichtung zwischen
dem Kraftstofftank und dem Einspritzsystem des Verbrennungsmotors
erfolgt.
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Darüber
hinaus führt die Erfindung auf eine Verwendung von Mitteln
zum Reduzieren des Sauerstoffgehaltes von Kraftstoff, insbesondere
von Biodiesel oder einem Kraftstoff mit Biodieselanteil, in einer
Kraftmaschine.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer als Kraftfahrzeug ausgebildeten
Kraftmaschine mit einen Ultraschallerreger umfassenden Mitteln zur Reduzierung
des Sauerstoffgehaltes im Kraftstoff und
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2:
eine schematische Darstellung einer Kraftmaschine, bei der die Mittel
zum Reduzieren des Sauerstoffgehaltes eine Vakuumpumpe umfassen.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
eine als Kraftfahrzeug ausgebildete Kraftmaschine 1 dargestellt.
Die Kraftmaschine 1 umfasst einen als Dieselmotor ausgebildeten
Verbrennungsmotor 2 mit einem integralen Einspritzsystem.
Der Verbrennungsmotor 2 bzw. das Einspritzsystem wird über
eine Kraftstoffleitung 3 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 4 versorgt.
In die Kraftstoffleitung 3 ist eine Kraftstoffpumpe 5 integriert.
Bei dem von dem Verbrennungsmotor 2 zu verbrennenden, im
Kraftstofftank 4 gelagerten Kraftstoff 6 handelt
es sich um Diesel mit einem Biodieselanteil (in diesem Ausführungsbeispiel
B10). Von der Kraftstoffpumpe 5 wird der Kraftstoff 6 aus
dem Kraftstofftank 4 zunächst zu Mitteln 7 zum
Reduzieren des Sauerstoffgehaltes im Kraftstoff 6 geleitet.
Nach Entziehen des Sauerstoffs strömt der Kraftstoff 6 weiter
zum Einspritzsystem des Verbrennungsmotors 2. Die Mittel 7 zum
Reduzieren des Sauerstoffgehaltes im Kraftstoff 6 sind
in das Leitungssystem der Kraftmaschine 1 integriert und
umfassen einen Ultraschallerreger 8, der von Kraftstoff 6 teilweise
umflossen ist. Der in einem Behälter 11 (Durchgangsbehälter)
angeordnete Ultraschallerreger 8 sendet Ultraschallwellen
aus, die eine Entgasung des Kraftstoffs 6 zur Folge haben. Das
aus dem Kraftstoff 6 entweichende Gas kann über
eine an dem Behälter 11 angeschlossene Abführleitung 9 zurück
zum Kraftstofftank 4 strömen.
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Alternativ
zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist es möglich, die Mittel 7, genauer den Ultraschallerreger 8,
im Kraftstofftank 4 anzuordnen, so dass die Ultraschallwellen
unmittelbar den Kraftstoff 6 im Kraftstofftank 4 entgasen.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 2 entspricht
im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit
dem wesentlichen Unterschied, dass die Mittel 7 zum Reduzieren
des Sauerstoffgehaltes des Kraftstoffes 6 eine Vakuumpumpe 10 umfassen,
die für eine Druckabsenkung in einem (Zwischen-)Behälter 11 der
Mittel 7 dient. Durch die Druckabsenkung entweicht Sauerstoff
aus dem Kraftstoff 6, wobei der Sauerstoff und andere entweichende
Gase über die Abführleitung 9 zurück
zum Kraftstofftank 4 geführt werden. Der Behälter 11 ist, analog
zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, an
die Kraftstoffleitung 3 angeschlossen und befindet sich
in einem Bereich in Fließrichtung des Kraftstoffs 6 betrachtet
zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Kraftstofftank 4.
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Alternativ
zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist es möglich, und kann für einige Anwendungsfälle
von Vorteil sein, die Vakuumpumpe 10 derart anzuordnen,
dass sie unmittelbar auf den im Kraftstofftank 4 gelagerten
Kraftstoff 6 einwirkt und diesen entgast.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - EN 14112 [0003]
- - E-DIN 51606 [0008]
- - DIN EN 14214 [0008]