DE19823335A1 - Einspritzsystem für den Betrieb mit unterschiedlichen Kraftstoffen - Google Patents

Abstract

Einspritzsystem für den Betrieb mit unterschiedlichen Kraftstoffen für selbstzündende Brennkraftmaschinen, die mit Einspritzpumpe und Einspritzdüse sowie diese verbindenden Hochdruckleitungen ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in eine oder mehrere Hochdruckleitungen zwischen Einspritzpumpe und Einspritzdüse während der Einspritzpause, in der ein geringer Leitungsdruck herrscht, mit höherem Druck eine fixe oder variable Zusatzkraftstoffmenge gefördert wird, deren Rückströmen in die Zuführleitung während der Einspritzphase, in der höchster Druck herrscht, durch ein Rückschlagventil verhindert wird.

Description

Die fossilen Energievorräte sind endlich und ihre Verbrennung in einer erdgeschicht­ lich sehr kurzen Zeitspanne wirft zudem große Probleme für Atmosphäre und Klima auf. Deshalb sind Alternativen zu den bisher üblichen Benzin- und Dieseltreibstoffen gefragt.

Eine solche Alternative für selbstzündende Brennkraftmaschinen stellt z. B. Pflanzen­ öl als nachwachsender Energieträger dar. Ein wesentliches Problem bei der motori­ schen Verbrennung von Pflanzenöl besteht darin, daß es im Vergleich zum Diesel­ kraftstoff eine höhere Viskosität und schlechtere Verdampfbarkeit aufweist. Dies kann besonders beim Start und bei kaltem Motor zu schlechtem Startverhalten, un­ vollständiger Verbrennung und schädlichen Motorablagerungen führen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile durch geeignete Maßnahmen zu vermeiden. Als eine Lösung dafür ist der sogenannte Elsbett-Motor bekannt geworden. Darunter versteht man einen Dieselmotor mit direkter Einsprit­ zung mittels Einstrahlzapfendüse und Kolben aus wärmedichtem Material anstelle des üblichen Aluminiums und Wegfall der Außenkühlung durch Luft oder Wasser. Diese Technik ist nur mit erheblichem Aufwand in heutige Serienfahrzeuge zu instal­ lieren und bedeutet in der Regel den Austausch des kompletten Motors. Sie kommt daher für eine einfache und preiswerte Umrüstung der bereits auf dem Markt befind­ lichen Fahrzeuge nicht in Frage. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Lösung für die große Palette der bereits existierenden Motoren zu finden, die nur in leichten Modifikationen in Form einer einfachen Nachrüstung bestehen sollte. Das Ziel besteht deshalb nicht darin, alle übrigen Vorteile des Elsbett-Motors zu er­ reichen, sondern darin, den Betrieb mit Pflanzenöl zu ermöglichen.

Es sind Lösungen bekannt, die dem Motor in der Kaltlaufphase und beim Start mit Dieselkraftstoff versorgen und dann beim Erreichen der erforderlichen Temperatur umschalten auf den alternativen Kraftstoff. Um sicherzustellen, daß bereits beim Start Dieselkraftstoff im Einspritzsystem vorhanden ist, muß vor dem Abstellen das gesamte System mit Dieselkraftstoff gespült werden. Das bedeutet, daß es relativ lange Wege gibt, bis der Start-Kraftstoff an der Einspritzdüse ankommt. Die Nach­ teile dieser Methode liegen neben den langen Wartezeiten auch darin, daß erhebli­ che Mengen von Dieselkraftstoff verbraucht werden, der primär nicht zum Einsatz kommen soll. Unter Umständen kommt im Kurzstreckenbetrieb überhaupt kein alter­ nativer Kraftstoff zu Einsatz. Man benötigt zudem einen relativ großen Zweittank und das Umschaltsystem nebst dessen Steuerung ist aufwendig.

Eine andere Lösung ist in der Europäischen Patentschrift 0 316 331 B1 gezeigt. Hier wird der Start-Kraftstoff sehr nahe an der Einspritzstelle, nämlich durch den Anschluß an den Leckölraum des Düsenhalters dem Hochdruckteil zugeführt, wobei ein Ventil­ system dafür sorgt, daß der Leckölraum entlastet wird. Dieses System eignet sich allerdings nicht für eine Standardlösung zur Nachrüstung von Motoren. Bei der heu­ tigen Typenvielfalt der existierenden Düsenhalter, müßten für jeden Motortyp spezi­ elle Düsenhalter zum Einsatz kommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für den Betrieb mit unterschied­ lichen Kraftstoffen für selbstzündenden Brennkraftkraftmaschinen, die mit Einspritz­ pumpe und Einspritzdüsen sowie diese verbindenden Hochdruckleitungen ausgerü­ stet sind und zeigt eine Vorrichtung zum Betreiben von Dieselbrennkraftmaschinen mit schwer verdampfbaren und/oder höher viskosen Ölen oder Fetten, die in Form eines Adapters geeignet ist, nahezu bei allen selbstzündenden Motoren angewendet zu werden. Das Anschlußgewinde für die Hochdruckleitung mit dazugehörigem Dichtkonus ist bei allen Düsenhaltern genormt; deshalb paßt ein Adapter, der an die­ ser Stelle befestigt wird, bei praktisch allen Motoren. Die dadurch verursachte Ver­ längerung des Düsenhalters ist so gering, daß es in den meisten Fällen nicht nötig ist, die Einspritzleitung zu kürzen, was aber nötigenfalls auch kein Problem darstellt. Der Startkraftstoff wird mittels einer Pumpe über einen Anschluß am Adapter der Düse zugeführt, ein Eingriff am Leckölsystem ist nicht erforderlich. Eine zweckent­ sprechende Ansteuerung der Zusatzkraftstoffpumpe sorgt dafür, daß der Motor un­ mittelbar vor dem Abstellen Startkraftstoff in den Düsen hat, ebenso bei Start und Kaltlauf.

Bild 1 zeigt eine Einspritzdüse (3), an deren Anschlußgewinde für die Hochdrucklei­ tung ein Adapter (1) befestigt ist. Die Abdichtung zwischen den Teilen erfolgt durch einen Doppelkonus (2). Durch den Adapter (1) wird der Anschluß (4) der Hoch­ druckleitung etwas verlängert. In Anschluß (5) wird der Zusatzkraftstoff eingespeist.

Bild 2 zeigt den Querschnitt dieses Adapters. Das in beliebige Lage auf dem Adap­ terkörper (6) drehbare Anschlußstück (8) wird am oberen und unteren Ende durch die O-Ringe (9) und (11) abgedichtet, gegen axiale Verschiebbarkeit ist es durch ei­ nen Sicherungsring (7) gehalten. Wird über den Anschluß (5) und die Bohrung (16) Kraftstoff eingeleitet, so öffnet die Kugel (12) wenn der Druck die Kraft der Feder (13) übersteigt, solange, bis der durch die Einspritzung verursachte höhere Druck in Boh­ rung (18) die Kugel zurückdrückt und die Bohrung (16) verschließt. Eine Schraube (10), die gewindeseitig einen Zapfen zur Führung der Druckfeder (13) und als Kuge­ lanschlag aufweist, verschließt die Montageöffnung und ist durch einen Kupferring (17) abgedichtet. Das Mutterngewinde (15) entspricht dem Schraubengewinde (14), so daß mehrere Adapter hintereinander angeordnet sein können.

Solange in der zwischen den Anschlüssen (14) und (15) liegenden Bohrung (18) der hohe Einspritzdruck herrscht, kann der an Anschluß (5) anstehende Zusatzkraftstoff die Kugel (12) nicht überdrücken. In den Einspritzpausen ist die Leitung jedoch ent­ lastet und der Zusatzkraftstoff kann die Kugel (12) passieren und sich mit dem Pri­ märkraftstoff mischen. Das Mischungsverhältnis ist abhängig u. a. vom Entlastungs­ volumen des Entlastungsventils, von der Art der Rückströmdrosselung, von Länge und Elastizität der Leitungen und vom Zulaufdruck. Besonders bei kleinen Förder­ mengen und niedriger Drehzahlen (Leerlauf) kann auch das gesamte Volumen des einzuspritzenden Primärkraftstoffes durch den Zusatzkraftstoff ersetzt werden. In diesem Fall muß die in die Leitung geförderte Zusatzkraftstoffmenge gleich oder größer sein, als die von der Einspritzpumpe geförderte Primärkraftstoffmenge, die zwar den hydrostatischen Impuls auf die über ihr liegende Zusatzkraftstoffsäule aus­ übt, sich aber selbst nicht in Richtung Düse bewegt.

In der Regel läuft der Motor mit dem Primärkraftstoff, z. B. Pflanzenöl. Eine Steuerung sorgt dafür, daß der Motor nach dem Abschalten (Zündschlüssel drehen) noch für eine kurze Zeit nachläuft, in welcher auf den Zusatzkraftstoff umgeschaltet wird. In dieser Zeit wird das zwischen Adapter und Düsenspitze befindliche Kraftstoffvolumen ersetzt oder so gemischt, daß ein zündfähiger Kraftstoff in der Düse ist, wenn der Motor wieder kalt gestartet soll. Beim und nach dem Start wird der Zusatzkraftstoff noch so lange zugeführt, bis genügend Wärme zum Betrieb mit dem Primärkraftstoff vorhanden ist. Diese Steuerung kann so ausgeführt sein, daß die Zufuhr des Zu­ satzkraftstoffes von peripheren Parametern abhängig ist, z. B. Temperatur von Motor oder Kraftstoff, Leistung, Drehzahl oder Ladedruck. Zur Vermeidung von zu hoher Einspritzmenge (Schwarzrauch) kann z. B. mittels eines Ladedruckschalters die För­ derung unterbrochen werden. Beim Starten des warmen Motors kann durch einen Temperaturfühler die Zufuhr des Zusatzkraftstoffes unterdrückt werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß nur ein geringstmög­ licher Teil an Zusatzkraftstoff verbraucht wird. Aller in die Hochdruckleitung geför­ derte Zusatzkraftstoff wird eingespritzt und wird nicht von der Kraftstoffvorförderpum­ pe erfaßt, die einen großen Teil des Kraftstoffes umpumpt und zurück in den Haupt­ tank fördert. Je näher die Einmündung des Zusatzkraftstoffes an der Düse liegt, um so kürzer können die Zufuhrzeiten sein, die Montage direkt am Düsenhalter ist ideal. Die Förderung des Zusatzkraftstoffes kann durch eine handelsübliche elektrische Förderpumpe erfolgen, Umschaltventile sind nicht erforderlich. Die Einspritzung funktioniert auch dann noch, wenn der Primärtank leer gefahren ist, vorausgesetzt die Fördermenge des Zusatzkraftstoffes reicht aus, um die Hochdruckleitung ganz zu füllen.

Claims (10)

1. Einspritzsystem für den Betrieb mit unterschiedlichen Kraftstoffen für selbstzün­ denden Brennkraftkraftmaschinen, die mit Einspritzpumpe und Einspritzdüsen sowie diese verbindenden Hochdruckleitungen ausgerüstet sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in eine oder mehrere Hochdruckleitungen zwischen Einspritz­ pumpe und Einspritzdüse während der Einspritzpause, in der ein geringer Lei­ tungsdruck herrscht, mit höherem Druck eine fixe oder variable Zusatzkraftstoff­ menge gefördert wird, deren Rückströmen in die Zuführungsleitung während der Einspritzphase, in der höchster Druck herrscht, durch ein Rückschlagventil ver­ hindert wird.

2. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primär- und Zusatzkraftstoff abhängig von der geförderten Zusatzmenge im Mischungsverhältnis zwischen 0 und 100% eingespritzt werden kann.

3. Nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Primärkraftstoff um ei­ nen kalt schlecht fließenden Kraftstoff z. B. Pflanzenöl handelt und beim Zusatz­ kraftstoff um einen unterschiedlichen Kraftstoff mit guten Kaltstarteigenschaften, z. B. Dieselöl handelt, das aus einem getrennten Tank gefördert wird.

4. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Zusatzkraftstoffes als Starthilfe während des Starts und in der unmittelbar darauf folgenden Warmlauf­ phase erfolgt.

5. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Zusatzkraftstoffes un­ mittelbar vor dem Abstellen erfolgt, um das Vorhandensein des Zusatzkraftstoffes in der Einspritzdüse beim Wiederstart zu gewährleisten.

6. Nach 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer und die Menge der Zufüh­ rung des Zusatzkraftstoffes geregelt wird abhängig von peripheren Parametern, wie Motortemperatur, Kraftstofftemperatur, Leistung, Drehzahl oder Ladedruck.

7. Nach 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingebrachten Zu­ satzkraftstoffes durch den in der Zuführung herrschenden Druck und durch die Größe des entlasteten Volumens in der Hochdruckleitung während der Einspritz­ pause bestimmt wird.

8. Nach 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung des Kraftstoffes mit­ tels eines in die Hochdruckleitung einbaubaren Adapters erfolgt, der das Rück­ schlagventil und die Anschlüsse für die Hochdruckleitung sowie die Zuführungs­ leitung aufweist.

9. Nach 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter bei Standard Dieselmotoren ohne Veränderung von Originalteilen unmittelbar zwischen Düsenhalter und Hochdruckleitung angebracht wird.

10. Nach 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einbringung mehrerer unter­ schiedlicher Zusatzkraftstoffe mehrere Einmündungen in die Hochdruckleitung vorgesehen sind oder mehrere Adapter hintereinander angeordnet werden.