DE102008006841B4

DE102008006841B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem flüssigen Kraftstoffgemisch

Info

Publication number: DE102008006841B4
Application number: DE102008006841A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Kangler Wolfram; Michael Dambeck
Original assignee: Wolfram Kangler
Current assignee: KANGLER, WOLFRAM, DIPL.-PHYS., 93149 NITTENAU, DE
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: BRPI0906360A2; DE102008006841A1; BRPI0906360A8; WO2009094996A2; WO2009094996A3

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine in Form eines Dieselmotors mit Einspritzsystem (ESS) mit einem flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) bestehend aus zumindest einem ersten flüssigen Kraftstoff (K1) und einem zweiten flüssigen, alkoholbasierten Kraftstoff (K2) mit einem Siedepunkt von unter 100° Celsius, die in jeweils einem Kraftstofftank (KST1, KST2) getrennt voneinander aufbewahrt werden, wobei der erste flüssige Kraftstoff (K1) einen höheren Siedepunkt als der zweite flüssige Kraftstoff (K2) hat und abhängig von zumindest der Temperatur (T) des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) zumindest ein Anteil des zweiten flüssigen Kraftstoffes (K2) im flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) in einen gasförmigen Zustand übergeht, dadurch gekennzeichnet, – dass das flüssige Kraftstoffgemisch (KG) durch Mischung des ersten und zweiten flüssigen Kraftstoffes (K1, K2) in einem einstellbaren Mischungsverhältnis (MV) erzeugt und anschließend der Brennkraftstoffmaschine zugeführt wird, – dass der entstehende gasförmige Kraftstoffanteil (GKA) mittels einer Separatoreinheit (SE) vom flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) separiert wird und – dass mittels einer Kondensatoreinheit (KE) der separierte gasförmige Kraftstoffanteil (GKA) in den flüssigen Zustand überführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren und ein Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors mit Einspritzsystem mit einem flüssigen Kraftstoffgemisch nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 13.
Alkoholbasierte Kraftstoffe, insbesondere Ethanol oder Methanol lassen sich aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen und sind deshalb von besonderer Bedeutung bei der Reduzierung der Emissionen, insbesondere CO2-Emissionen von Fahrzeugen.
Alkoholbasierte Kraftstoffe wie Ethanol oder Methanol finden bereits eine weite Verbreitung in Fahrzeugen mit Otto-Motoren. Auch werden derartige alkoholbasierte Kraftstoffe bei selbstzündenden Motoren wie beispielsweise Dieselmotoren eingesetzt, um eine Verbesserung deren Abgaswerte, insbesondere eine Reduktion der Partikel-Emissionen sowie der CO-Emissionen zu erreichen. Der Einsatz von alkoholbasierten Kraftstoffen bietet somit im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel entscheidende Vorteile im Hinblick auf die Erfüllung sowohl von aktuellen und zukünftigen Abgasnormen als auch von CO2-Emissionsvorgaben („Klimagas”).
Nachteilig ist jedoch ein Betrieb von herkömmlichen Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren mit alkoholbasierten Kraftstoffen wie Ethanol oder Methanol nur bedingt möglich. Probleme ergeben sich hierbei aus der im Vergleich zu Diesel niedrigen Cetanzahl beispielsweise des Ethanols, welche dafür verantwortlich ist, dass das in den Verbrennungsraum eingebrachte Treibstoffgemisch nur schwer zündbar ist.
Ferner ist der Brennwert von Ethanol weitaus geringer als beispielsweise der von Diesel. Dadurch ergibt sich bei einer identischen Einspritzmenge eine deutlich reduzierte mechanische Leistung.
Ebenso ist die Dampfdruckkurve von alkoholbasierten Kraftstoffen deutlich unterschiedlich zu der von Dieselkraftstoffen. Beispielsweise liegt der Siedepunkt von alkoholbasierten Kraftstoffen, insbesondere Ethanol bei ca. 78°C. Beim herkömmlichen Betrieb eines Dieselmotors mit Einspritzsystem entstehen jedoch bereits Betriebstemperaturen von über 85°C, die den genannten Siedepunkt von Ethanol bereits überschreiten. Folglich wird beim Einsatz von Ethanol in einem herkömmlichen Dieseleinspritzsystem das Medium Ethanol vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergehen, d. h. es bildet sich zumindest ein Gemisch aus einem flüssigen Ethanolanteil und einem gasförmigen Ethanolanteil im Einspritzsystem bzw. an diesem angeschlossenen Komponenten aus. In den einzelnen Komponenten eines herkömmlichen Einspritzsystems herrschen unterschiedliche Temperaturen und Drücke, welche abhängig von der Dampfdruckkurve des jeweils verwendeten Mediums wie beispielsweise Ethanol zu einem unterschiedlich hohen gasförmigen Anteil führen. Die Funktionsweise des Einspritzsystem und der daran angeschlossenen Komponenten ist hierdurch deutlich eingeschränkt und es besteht darüber hinaus die Gefahr des Berstens von einzelnen Komponenten oder des unkontrollierten Entzündens der entstehenden Gase.
Bekannt sind bereits Verfahren, die eine Vorheizung der Ladeluft auf beispielsweise 150°C vorsehen, um das Zündverhalten von derartigen alkoholbasierten Kraftstoffen zu verbessern. Die Dosierung des Ethanols wird hierbei zumeist über die Ansaugluft des Motors vorgenommen. Bekannte Vorrichtungen sehen hierbei eine Zerstäubung des Ethanols in die Zuluft des Motors vor.
Ebenso sind Verfahren bekannt, die mit Hilfe von Additiven wie beispielsweise Alkylnitrate, Polyethylenglycol und insbesondere 2-Ethylhexylnitrat die Verbrennungseigenschaften des Ethanols anpassen. Derartige Additive stellen aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften ein großes Gefährdungspotential dar. Die Emissionen aus mit diesen Additiven betriebenen Dieselmotoren weisen darüber hinaus erhöhte NOx-Werte und zumindest weitere schädliche Komponenten wie beispielsweise Formaldehyd auf, welche nachweislich gesundheitsschädlich sind. Außerdem ist ein stark korrosives Verhalten feststellbar, so dass das Abgasnachbehandlungssystem mittelfristig Schaden nimmt.
Ferner ist bekannt, dass Ethanol zur Verbrennung ebenso direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann. Dies geschieht über ein separates Einspritzsystem oder über das serienmäßige Einspritzsystem des Dieselmotors bevorzugt gemeinsam mit dem Dieselkraftstoff. Auch sind Mischkraftstoffe im Handel, die beispielsweise aus einer festen Mischung von Diesel, Ethanol und Additiven bestehen. Es werden bereits serienmäßige Dieselmotoren angeboten, die damit betrieben werden können („Scania Ethanolbus”). Je nach Anteil der Mischungskomponenten können damit auch nicht modifizierte Dieselmotoren betrieben werden. Allerdings ist der Hauptbestandteil eines derartigen Gemisches der Dieselkraftstoff, welcher beispielsweise 90%vol beträgt.
Aus der DE 10 2004 050 602 A1 ist bereits ein Verfahren zur Verifikation eines Mischungsverhältnisses beim Betrieb eines Dieselmotors mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffsorten bekannt. Hierbei wird in Abhängigkeit von Betriebsparametern, beispielsweise der Temperatur, dem Druck oder dem Volumenstrom und voreingestellten Parameterwerten ein mittels Kennlinien definiertes, variables Kraftstoffmischungsverhältnis eingestellt und dieses dem Einspritzsystem zugeführt.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2004 050 601 A1 ein Wärmetauschmodul, welches zur Regelung der Kraftstofftemperatur in einem Einspritzsystem einer mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffsorten betriebenen Brennkraftmaschine eingesetzt wird.
Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors mit alkoholbasierten Kraftstoffen, insbesondere Ethanol oder Methanol anzugeben, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt, insbesondere bei dem durch eine geschickte Nachbehandlung und Zuführung des nachbehandelten alkoholbasierten Kraftstoffes an das Einspritzsystem ein zumindest teilweiser Betrieb eines herkömmlichen Dieselmotors mit alkoholbasierten Kraftstoff möglich wird. Die Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 und 13 durch jeweils dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass das flüssige Kraftstoffgemisch durch Mischung des ersten und zweiten flüssigen Kraftstoffes in einem einstellbaren Mischungsverhältnis erzeugt und anschließend der Brennkraftstoffmaschine zugeführt wird. Ferner wird der entstehende gasförmige Kraftstoffanteil des zweiten flüssigen Kraftstoffes mittels einer Separatoreinheit vom flüssigen Kraftstoffgemisch separiert und mittels einer Kondensatoreinheit der separierte gasförmige Kraftstoffanteil in den flüssigen Zustand überführt. Besonders vorteilhaft kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein handelsüblicher Dieselmotor zumindest teilweise mit einem alkoholbasierten Kraftstoff mit niedrigen Siedepunkt, beispielsweise mit Ethanol oder Methanol betrieben werden.
Weiterhin vorteilhaft wird der in den flüssigen Zustand überführte gasförmige Kraftstoffanteil des zweiten flüssigen Kraftstoffes dem flüssigen Kraftstoffgemisch wieder bzw. erneut zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann der in den flüssigen Zustand überführte gasförmige Kraftstoffanteil des zweiten flüssigen Kraftstoffes in den zugeordneten Kraftstofftank rückgeführt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines schematischen Blockschaltbildes an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
In der Figur ist beispielhaft eine Kraftstoffregeleinheit KRE zur Zuführung zumindest eines ersten und eines zweiten flüssigen Kraftstoffes K1, K2 an ein Einspritzsystem ESS, insbesondere ein Dieseleinspritzsystem dargestellt. Das Einspritzsystem ESS ist hierbei einer nicht in der Figur dargestellten Brennkraftmaschine, vorzugsweise einem Dieselmotor zugeordnet.
Die Kraftstoffregeleinheit KRE bestehend im Wesentlichen aus einer Vielzahl von untereinander verschalteten, steuerbaren Ventilen, insbesondere Magnetventilen, welche eine Verteilung und/oder Vermischung von den der Kraftstoffregeleinheit KRE zugeführten ersten und zweiten flüssigen Kraftstoffen K1, K2 vornehmen. Insbesondere ist die Kraftstoffregeleinheit KRE zur Erzeugung eines flüssigen Kraftstoffgemisches KG aus dem ersten und zweiten Kraftstoff K1, K2 ausgebildet, und zwar durch Mischen dieser in einem einstellbaren Mischungsverhältnis MV. Die Anzahl und Ausbildung der steuerbaren Ventile sowie deren Verschaltung ist anwendungsspezifisch und wird daher im Einzelnen weder in der Figur gezeigt noch näher beschrieben.
An die Kraftstoffregeleinheit KRE sind über eine erste Zuführungsleitung ZL1 ein erster Kraftstofftank KST1 zur Aufnahme eines ersten flüssigen Kraftstoffes K1, vorzugsweise Diesel, Biodiesel oder Pflanzenöl und über eine zweite Zuführungsleitung ZL2 ein zweiter Kraftstofftank KST2 zur Aufnahme eines zweiten flüssigen Kraftstoffes K2, vorzugsweise eines alkoholbasierten Kraftstoffes angeschlossen. Unter dem zweiten flüssigen Kraftstoff K2 wird hierbei ein Kraftstoff verstanden, welcher einen Siedepunkt von unter 100° Celsius aufweist und alkoholbasiert ist. Beispielsweise finden hierbei alkoholbasierte Kraftstoffe wie Ethanol oder Methanol Verwendung.
Der erste und zweite Kraftstofftank KST1, KST2 sind darüber hinaus zur Abführung von in der Kraftstoffregeleinheit KRE vorhandenen ersten und/oder zweiten flüssigen Kraftstoffen K1, K2 bzw. des flüssigen Kraftstoffgemisches KG über eine erste bzw. zweite Rückführungsleitung RL1, RL2 mit der Kraftstoffregeleinheit KRE verbunden. Weist nun der in der Brennkraftmaschine bzw. im Einspritzsystems ESS befindliche zweite flüssige Kraftstoffs K2 – für sich betrachtet oder als Anteil im flüssigen Kraftstoffgemisch KG – eine Temperatur T und/oder einen Druck P auf, so dass ausgehend von dessen Dampfdruckkurve ein Phasenübergang von flüssig in dampf- bzw. gasförmig erfolgt, d. h. zumindest ein Anteil des zweiten flüssigen Kraftstoffes K2 des flüssigen Kraftstoffgemisches KG geht in den gasförmigen Zustand über und bildet einen gasförmigen Kraftstoffanteil GKA aus.
Das Einspritzsystem ESS ist über eine Vorlaufleitung VL zur Zuführung zumindest des ersten oder zweiten flüssigen Kraftstoffes K1, K2 oder des flüssigen Kraftstoffgemisches KG aus dem ersten und zweiten Kraftstoff K1, K2 mit der Kraftstoffregeleinheit KRE verbunden. Über eine Rücklaufleitung RL wird der im Einspritzsystem ESS nicht verbrauchte, d. h. unverbrannte und somit durch das Einspritzsystem ESS hindurch geförderte zumindest erste flüssige Kraftstoff K1 oder das flüssige Kraftstoffgemisch KG an die Kraftstoffregeleinheit KRE zur Weiterverteilung und/oder Weiterverarbeitung und/oder zur erneuten Zuführung an das Einspritzsystem ESS („kurzgeschlossener Rücklauf”) rückgeführt. Hierbei kann sowohl ausschließlich nur der erste Kraftstoff K1 oder das flüssige Kraftstoffgemisch KG in einem einstellbaren Mischungsverhältnis MV dem Einspritzsystem ESS zugeführt werden.
Über eine dritte Zuführungsleitung ZL3 und eine dritte Rückführungsleitung RL3 ist eine Separatoreinheit SE an die Kraftstoffregeleinheit KRE angeschlossen, welche über eine vierte Zuführungsleitung ZL4 mit einer Kondensatoreinheit KE verbunden ist. Die Kondensatoreinheit KE ist ihrerseits über eine vierte Rückführungsleitung RL4 an die Kraftstoffregeleinheit KRE angeschlossen.
Zur Ansteuerung der in Kraftstoffregeleinheit KRE vorgesehenen Komponenten, insbesondere der steuerbaren Ventile ist an die Kraftstoffregeleinheit KRE über eine Steuerleitung SL ein Steuergerät SG angeschlossen. Zur Steuerung der Kraftstoffregeleinheit KRE wird im Steuergerät SG eine Steuer- und Auswerteroutine SAR ausgeführt, welche die Zu- und Abführung des ersten und/oder zweiten flüssigen Kraftstoffes K1, K2 oder des Kraftstoffgemisches KG von oder an die unterschiedlichen Einheiten abhängig von den Betriebsparameter der Brennkraftmaschine bzw. des Einspritzsystems ESS steuert. Ferner umfasst das Steuergerät SG eine Speichereinheit MU, in welcher diverse Steuer- und Betriebsparameter gespeichert werden.
Zur Ansteuerung der Kraftstoffregeleinheit KRE werden unter anderem die Temperatur T, der Druck P und/oder der Volumenstrom F des flüssigen Kraftstoffgemisches KG in Bezug auf das Einspritzsystem ESS ausgewertet. Mittels den in der Kraftstoffregeleinheit KRE vorgesehenen steuerbaren Ventilen lassen sich hierzu zumindest kurzfristig periodische oder kontinuierliche Verbindungen zwischen den unterschiedlichen Zu- bzw. Rückführungsleitungen ZL1–ZL4 bzw. RL1–RL4 und der Vorlaufleitung VL bzw. der Rücklaufleitung RL herstellen und trennen. Durch abwechselndes Zuführen des ersten und zweiten flüssigen Kraftstoffes K1, K2 an die Vorlaufleitung VL ist beispielsweise ein vorgegebenes Mischungsverhältnis MV des flüssigen Kraftstoffgemisches KG einstellbar. Beispielsweise kann der Anteil des zweiten Kraftstoffes K2 am flüssigen Kraftstoffgemisch KG zwischen 0 und 80% vom betrachteten Gesamtvolumen des flüssigen Kraftstoffgemisch KG, vorzugsweise zwischen 20 und 80%vol betragen.
Zur Ermittlung des in den unterschiedlichen Leitungen bzw. Komponenten des Einspritzsystems ESS vorliegenden Druckes P, der Temperatur T und des Volumenstroms F jeweils bezogen auf den darin befindlichen ersten oder zweiten flüssigen Kraftstoff K1, K2 oder des flüssigen Kraftstoffgemisches KG sind zumindest in der Kraftstoffregeleinheit KRE ein Temperaturmesssensor TS, ein Druckmesssensor PS und ein Volumenstrommesssensor FS vorgesehen, welche über die Steuerleitung SL mit dem Steuergerät SG verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich können in der Separatoreinheit SE oder in der Kondensatoreinheit KE sowie an der Brennkraftmaschine selbst weitere Messsensoreinheiten, insbesondere Temperatur-, Druck- und/oder Volumenstrommesssensoren zur Ermittelung des Druckes P, der Temperatur T und/oder des Volumenstroms F vorgesehen sein, die ebenfalls weitere Messwerte an das Steuergerät SG liefern. Abhängig von den durch die unterschiedlichen Messsensoreinheiten TS, PS, FS gelieferten Messwerten T, P, F wird durch die Steuer- und Auswertroutine SAR eine Ansteuerung der Kraftstoffregeleinheit KRE vorgenommen.
Abhängig von den aktuellen Betriebsparametern, insbesondere der Umgebungstemperatur wird dem Einspritzsystem ESS über die Vorlaufleitung VL das flüssige Kraftstoffgemisch KG aus dem ersten und zweiten flüssigen Kraftstoff K1, K2 zugeführt. Die Rücklaufleitung RL wird zunächst über die Kraftstoffregeleinheit KRE direkt mit der Vorlaufleitung VL verbunden, d. h. das unverbrannte flüssige Kraftstoffgemisch KG wird erneut dem Einspritzsystem ESS zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine zugeführt. Durch die wechselweise Zuführung des ersten und zweiten flüssigen Kraftstoffes K1, K2 wird ein vorgegebenes Mischungsverhältnis MV in der Kraftstoffregeleinheit KRE hergestellt und das flüssige Kraftstoffgemisch KG mit dem vorgegebenen Mischungsverhältnis MV in das Einspritzsystem ESS eingespeist.
Mittels der im Steuergerät SG ausgeführten Steuer- und Auswertroutine SAR wird das Vorliegen eines gasförmigen Kraftstoffanteils GKA, vorzugsweise im vom Einspritzsystem ESS rückgeführten flüssigen Kraftstoffgemisch KG überwacht. Beispielsweise wird hierzu die Temperatur T und/oder der Druck P des rückgeführten flüssigen Kraftstoffgemisches KG bestimmt und bei einem Überschreiten des durch die Dampfdruckkurve bestimmten Phasenübergangspunktes durch die ermittelte Temperatur T und/oder den ermittelten Druck P um zumindest einen vorgegebenen Temperatur- bzw. Drucksollwert das Entstehen des gasförmigen Kraftstoffanteils GKA erkannt. Hierzu sind in der Speichereinheit MU diverse Dampfdruckkurven in Form einer Datenbank hinterlegt.
Liegt ein Überschreiten des Temperatursollwert und/oder des Drucksollwertes vor, so wird die Kraftstoffregeleinheit KRE durch das Steuergerät SG derart angesteuert, dass das rückgeführte gasförmige und flüssige Kraftstoffgemisch KG der Separatoreinheit SE zugeführt wird. Mittels der Separatoreinheit SE wird der erzeugte gasförmige Kraftstoffanteil GKA des flüssigen Kraftstoffgemisches KG vom flüssigen Anteil des rückgeführten Kraftstoffgemisches KG separiert. Hierbei wird der verbleibende flüssige Anteil des rückgeführten Kraftstoffgemisches KG über die dritte Rückführungsleitung RL3 an die Kraftstoffregeleinheit KRE geleitet und in dieser dem zur Zuführung an das Einspritzsystem ESS vorgesehenen flüssigen Kraftstoffgemisch KG zugeschnitten.
Der separierte gasförmige Kraftstoffanteil GKA wird über die vierte Zuführungsleitung ZL4 an die Kondensatoreinheit KE übertragen und in dieser in den flüssigen Zustand überführt. Der Wirkungsgrad des Kondensationsprozesses kann hierbei durch Zuschalten einer externen Kühlung erhöht werden. Im Anschluss daran wird der aus dem gasförmigen Kraftstoffanteil GKA rückgewonnene Anteil an zweiten flüssigen Kraftstoff K2 über die vierte Rückführungsleitung RL4 an die Kraftstoffregeleinheit KRE übertragen und in dieser weiterverarbeitet. Beispielsweise kann der in den flüssigen Zustand überführte gasförmige Kraftstoffanteil GKA des zweiten flüssigen Kraftstoffes K2 dem flüssigen Kraftstoffgemisch KG wieder zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der in den flüssigen Zustand überführte gasförmige Kraftstoffanteil GKA des zweiten flüssigen Kraftstoffes K2 in den zugeordneten zweiten Kraftstofftank KST2 rückgeführt werden, in welchem dieser zusätzlich abgekühlt wird.
Die Separatoreinheit SE ist beispielsweise durch einen Behälter mit einer kleinen Grundfläche bezogen auf dessen Höhe gebildet. In einer Ausführungsform ist die Separatoreinheit SE als zylindrischer Behälter mit einem Durchmesser von ca. 30 bis 50 mm, vorzugsweise 40 mm und einer Höhe von ca. 80 bis 120 mm, vorzugsweise 100 mm realisiert. Durch den Dichteunterschied des flüssigen und gasförmigen Kraftstoffanteils des Kraftstoffgemisches KG ist eine räumliche Trennung der Anteile mit unterschiedlichen Aggregatzustand, d. h. flüssig und gasförmig unmittelbar nach der Höhe möglich, d. h. der im Behälter aufsteigende gasförmige Kraftstoffanteil GKA wird über die vorzugsweise an der oberen Stirnfläche des Behälters mündende Einlassöffnung der vierten Zuführungsleitung ZL4 aus dem Behälter in die Kondensatoreinheit KE abgeleitet. Zur Ermittlung des aktuellen Füllstandes der Separatoreinheit SE bzw. des darin befindlichen Volumens des flüssigen Kraftstoffgemisches KG kann diese beispielsweise einen Füllstandgeber FG aufweisen.
Die Kondensatoreinheit KE ist vorteilhaft als Behälter mit einer großen Oberfläche im Bezug auf das eingeschlossene Volumen ausgeführt, so dass der darin befindliche gasförmige Kraftstoffanteil GKA innerhalb kurzer Zeit kondensiert und somit in den flüssigen Aggregatzustand überführt wird. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform bilden die Separatoreinheit SE und die Kondensatoreinheit KE eine bauliche Einheit aus, d. h. die Kondensatoreinheit KE ist in den die Separatoreinheit SE bildenden Behälter integriert. Vorteilhaft kann hierbei der erneut verflüssigte Kraftstoffanteil aus der integrierten Kondensatoreinheit KE unmittelbar der Separatoreinheit SE zugeführt werden. Anhand eines in der Separatoreinheit KE vorgesehenen Füllstandgebers kann beispielsweise die Menge des verflüssigten Kraftstoffs gemessen werden.
Die Kapazität an einkondensierbarer Gasmenge pro Zeit ist hierbei im Wesentlichen durch die Dimensionierung und Ausgestaltung der Kondensatoreinheit KE sowie der Dimensionierung und Ausgestaltung der Separatoreinheit SE sowie durch die Betriebsparameter und Umgebungsbedingungen der Brennkraftmaschine festgelegt.
Unter regelmäßig eintretenden ungünstigen Betriebsbedingungen könnte insbesondere aufgrund der hohen Betriebtemperatur T und eines ungünstigen Mischungsverhältnisses MV die Kapazität der Kondensatoreinheit KE überschritten werden. Mittels Auswertung der im Steuergerät SG vorliegenden Messwerte wie Temperatur T und Druck P innerhalb der Zu- und/oder Rückführungsleitungen ZL1–ZL4 bzw. RL1–RL4 und/oder der gemessenen Volumenstrom F sowie deren Vergleich mit im Steuergerät SG hinterlegten, zugeordneten Sollwerten kann ein Maß für den während des Betriebs noch tolerablen gasförmigen Kraftstoffanteils GKA bestimmt werden.
Um einen erhöhten gasförmigen Kraftstoffanteil GKA zu senken, wird in einer bevorzugten Ausführungsform das Mischungsverhältnis MV des dem Einspritzsystem ESS zugeführten flüssigen Kraftstoffgemisches KG zugunsten des ersten Kraftstoffs K1 mit dem höheren Siedepunkt verändert, d. h. es wird zumindest kurzzeitig ausschließlich der erste Kraftstoff K1 mit höherem Siedepunkt dem Einspritzsystem ESS zugeführt, um die Zunahme des gasförmigen Kraftstoffanteil GKA zu verhindern.
Um eine weitere Aufwärmung aus der Kondensatoreinheit KE zur Kraftstoffregeleinheit KRE rückgeführten nunmehr flüssigen Kraftstoffanteils zu verhindern, kann dieser zur Kühlung beispielsweise über die Kraftstoffregeleinheit KRE in den zugeordneten zweiten Kraftstofftank KST2 zurückgeführt werden.
Ebenso kann die Gasmenge des gasförmigen Kraftstoffanteils ermittelt werden und die ermittelte Gasmenge mit einem vorgegebenen Gasmengensollwert verglichen wird. Überschreiten die ermittelte Gasmenge den vorgegebenen Gasmengensollwertes, so wird der Anteil des zweiten flüssigen Kraftstoffes K2 im flüssigen Kraftstoffgemisch KG verringert oder dessen Zuführung vollständig eingestellt.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen oder Modifikationen der Erfindung möglich sind, ohne dass der erfindungsgemäße Gedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste

KRE

Kraftstoffregelmodul

SE

Separatoreinheit

KE

Kondensatoreinheit

ESS

Einspritzsystem

SG

Steuergerät

KST1

erster Kraftstofftank

KST2

zweiter Kraftstofftank

K1

erste Kraftstoffsorte

K2

zweite Kraftstoffsorte

KG

Kraftstoffgemisch

GKA

gasförmiger Kraftstoffanteil

L1

erste Vorlaufleitung

L2

zweite Rücklaufleitung

ZL1

erste Zuführungsleitung

RL1

erste Rückführungsleitung

ZL2

zweite Zuführungsleitung

RL2

zweite Rückführungsleitung

ZL3

dritte Zuführungsleitung

RL3

dritte Rückführungsleitung

ZL4

vierte Zuführungsleitung

RL4

vierte Rückführungsleitung

TS

Temperaturmesssensor

PS

Druckmesssensor

FS

Volumenstrommesssensor

VL

Vorlaufleitung

RL

Rücklaufleitung

T

Temperatur

P

Druck

F

Volumenstrom

FG

Füllstandsgeber

SL

Steuerleitung

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine in Form eines Dieselmotors mit Einspritzsystem (ESS) mit einem flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) bestehend aus zumindest einem ersten flüssigen Kraftstoff (K1) und einem zweiten flüssigen, alkoholbasierten Kraftstoff (K2) mit einem Siedepunkt von unter 100° Celsius, die in jeweils einem Kraftstofftank (KST1, KST2) getrennt voneinander aufbewahrt werden, wobei der erste flüssige Kraftstoff (K1) einen höheren Siedepunkt als der zweite flüssige Kraftstoff (K2) hat und abhängig von zumindest der Temperatur (T) des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) zumindest ein Anteil des zweiten flüssigen Kraftstoffes (K2) im flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) in einen gasförmigen Zustand übergeht, dadurch gekennzeichnet, – dass das flüssige Kraftstoffgemisch (KG) durch Mischung des ersten und zweiten flüssigen Kraftstoffes (K1, K2) in einem einstellbaren Mischungsverhältnis (MV) erzeugt und anschließend der Brennkraftstoffmaschine zugeführt wird, – dass der entstehende gasförmige Kraftstoffanteil (GKA) mittels einer Separatoreinheit (SE) vom flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) separiert wird und – dass mittels einer Kondensatoreinheit (KE) der separierte gasförmige Kraftstoffanteil (GKA) in den flüssigen Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in den flüssigen Zustand überführte gasförmige Kraftstoffanteil (GKA) zumindest des zweiten flüssigen, alkoholbasierten Kraftstoffes (K2) dem flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) wieder zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in den flüssigen Zustand überführte gasförmige Kraftstoffanteil (GKA) zumindest des zweiten flüssigen, alkoholbasierten Kraftstoffes (K2) in den zugeordneten Kraftstofftank (KST2) rückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kraftstoffgemisch (KG) dem Einspritzsystem (ESS) der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) vor der Zuführung an das Einspritzsystem (ESS) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) und der Druck (P) des im Einspritzsystem (ESS) befindlichen flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) des durch das Einspritzsystem (ESS) geförderten, d. h. unverbrannten flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der jeweils ermittelten Temperatur (T) und/oder des jeweils ermittelten Druckes (P) das Mischungsverhältnis (MV) des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis (MV) des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) derart gewählt wird, dass der Anteil des zweiten alkoholbasierten Kraftstoffes (K2) zwischen 20 und 80%vol beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Füllstandgebers (FG) das in der Separatoreinheit (SE) befindliche Volumen des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) überwacht wird und abhängig davon das Volumen des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) in der Separatoreinheit (SE) reduziert oder erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter flüssiger, alkoholbasierter Kraftstoff (K2) Ethanol oder Methanol mit dem ersten flüssigen Kraftstoff (K1) vermischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als erster flüssiger Kraftstoff (K1) Diesel, Biodiesel oder Pflanzenöl mit dem zweiten flüssigen Kraftstoff (K2) vermischt wird.
Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine in Form eines Dieselmotors mit Einspritzsystem (ESS) mit einem flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) bestehend aus zumindest einem ersten flüssigen Kraftstoff (K1) und einem zweiten flüssigen, alkoholbasierten Kraftstoff (K2) mit einem Siedepunkt unter 100° Celsius, bei der zumindest ein erster und zweiter Kraftstofftank (KST1, KST2) zur getrennten Aufbewahrung des ersten bzw. zweiten flüssigen Kraftstoff (K1, K2) vorgesehen sind, wobei der erste flüssige Kraftstoff (K1) einen höheren Siedepunkt als der zweite flüssige Kraftstoff (K2) hat und abhängig von zumindest der Temperatur (T) des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) zumindest ein Anteil des zweiten flüssigen Kraftstoffes (K2) im flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) in einen gasförmigen Zustand übergeht, gekennzeichnet durch zumindest eine Kraftstoffregeleinheit (KRE) zur Erzeugung des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) durch Mischung des ersten und zweiten flüssigen Kraftstoffes (K1, K2) in einem einstellbaren Mischungsverhältnis (MV) und zur Zuführung des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) an die Brennkraftstoffmaschine, bei der die Kraftstoffregeleinheit (KRE) zumindest einen Temperaturmesssensor (TS) zur Ermittlung der Temperatur (T) des flüssigen Kraftstoffgemisches (KG) aufweist, bei der ein Steuergerät (SG) zur von der ermittelten Temperatur (T) abhängigen Bestimmung des Vorliegens eines gasförmigen Kraftstoffanteils (GKA) vorgesehen ist und bei der eine Separatoreinheit (SE) zur Separierung des gasförmigen Kraftstoffanteils (GKA) zumindest des zweiten flüssigen, alkoholbasierten Kraftstoffes (K2) vom flüssigen Kraftstoffgemisch (KG) und eine Kondensatoreinheit (KE) zur Verflüssigung des separierten gasförmigen Kraftstoffanteil (GKA) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinheit (KE) und die Separatoreinheit (SE) eine bauliche Einheit bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinheit (KE) eine vorzugsweise zuschaltbare, externe Kühlung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffregeleinheit (KRE) zumindest einen Druckmesssensor (TS) und/oder einen Volumenstrommesssensor (FS) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatoreinheit (SE) einen Füllstandgeber (FG) aufweist.