DE202005017702U1

DE202005017702U1 - Vorrichtung zum Betreiben eines Dieselmotors mit Kraftstoffen auf pflanzlichen Ölen

Info

Publication number: DE202005017702U1
Application number: DE202005017702U
Authority: DE
Original assignee: Togel Herwig
Current assignee: Togel Herwig
Priority date: 2005-09-19
Filing date: 2005-09-19
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2015-09-20

Abstract

Vorrichtung zum Betreiben eines Dieselmotors mit Kraftstoffen aus pflanzlichen Ölen bestehend aus einem Versorgungssystem, das einen Kraftstofftank für die Bereitstellung von Kraftstoff, einen Kraftstofffilter für die Filterung des Kraftstoffes, eine Kraftstoffpumpe für die Förderung des Kraftstoffes und eine Einspritzpumpe für die Einspritzung des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum des Dieselmotors beinhaltet, wobei das Versorgungssystem Mittel zur Entgasung des Kraftstoffes und zu dessen Erwärmung aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Versorgungssystem aus einem Primärkreislauf und einem Sekundärkreislauf besteht,
wobei der Primärkreislauf aus dem Kraftstofftank (1), der Kraftstoffpumpe (2) und dem Kraftstofffilter (3) als Teil des Versorgungssystems für den nicht aufbereiteten Kraftstoff und der Sekundärkreislauf aus einer Förderpumpe (17) und der Einspritzpumpe (18) als Teil des Versorgungssystems für den aufbereiteten Kraftstoff gebildet wird, und als Schnittstelle des Primärkreislaufes mit dem Sekundärkreislauf ein Ölaufbereitungsbehälter (4) angeordnet ist,
wobei der Ölaufbereitungsbehälter (4) aus einer oberen Kammer (9) als Bestandteil des Primärkreislaufes und aus...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der ein Dieselmotor in die Lage versetzt wird, pflanzliche Öle, recycelte pflanzliche Öle, Motor-Altöle und andere zündfähige flüssige Stoffe als Kraftstoff zu verwenden. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die die Eigenschaften pflanzlicher Öle hinsichtlich ihrer Einspritzparameter für die Verbrennung in herkömmlichen Dieselmotoren an die Einspritzparameter von Dieselkraftstoff annähert.
Der Einsatz von pflanzlichen Ölen, recycelten pflanzlichen Ölen, Motor-Altölen und anderen zündfähigen flüssigen Stoffen als Kraftstoff für Dieselmotoren wird wesentlich von ihrer mangelnden Eignung behindert, die aus der stark temperaturabhängigen Viskosität resultiert. Derartige Öle besitzen bei niedrigen Temperaturen eine wesentlich höhere Viskosität als Dieselkraftstoff und weisen somit unter Normalbedingungen nicht die für einen Dieselmotor notwendigen Einspritzparameter auf.
Ein weiteres Problem, das sich der Verwendung von pflanzlichem Öl als Kraftstoff für Dieselmotoren in den Weg stellt, besteht darin, dass pflanzliches Öl Inhaltsstoffe aufweist, die beim Erhitzen zu Gasblasenbildung neigen. Diese Öle lassen eingeschlossene Gase nur sehr schwer entweichen.
Bisher bekannte Anlagen zum Betrieb von Dieselmotoren mit pflanzlichen Ölen versuchen, diese negativen Eigenschaften durch Starten und Warmfahren des Dieselmotors mit Dieselkraftstoff zu überbrücken. Nach dem Warmfahren mit Dieselkraftstoff wird auf Betrieb mit pflanzlichem Öl umgeschaltet, das durch eine gesonderte Einrichtung erwärmt wird, um eine niedrigere Viskosität und damit verbesserte Einspritzparameter zu erreichen. Kurz vor dem Abstellen des Motors, muss wieder auf Dieselbetrieb zurückgestellt werden um die Einspritzanlage für den nächsten Kaltstart mit Diesel zu spülen.
Diese Anlage, als sogenannte Zweitankanlage bezeichnet, erfordert neben einem Tank für Dieselkraftstoff, einen separaten Tank für das pflanzliche Öl. Damit sind erhöhte Aufwändungen für die Umrüstung von herkömmlichen Dieselmotoren verbunden.
Gemäß DE 20 2004 020 406 U1 ist eine Eintankanlage bekannt, die es ermöglicht, den Dieselmotor, je nach Art der Befüllung des Kraftstofftanks, entweder mit Dieselkraftstoff oder mit pflanzlichem Öl zu betreiben.
Diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Tank ein Vorratsbehälter vorgesehen ist, der mittels einer Druckpumpe über einen Kraftstofffilter mit z.B. Pflanzenöl aus dem Tank befüllt wird. In dem Vorratsbehälter befindet sich eine Ultraschallbehandlungsvorrichtung, die eine weitgehende Entgasung des Pflanzenöls gewährleistet.
Die Verringerung der Viskosität des Pflanzenöls als notwendige Voraussetzung zur optimalen Vernebelung des Kraftstoffes bei dessen Einspritzung in den Motorenzylinder, wird bei der vorliegenden Lösung durch eine gezielte fremdgespeiste Beheizung der Einspritzdüsen erreicht.
Der Nachteil dieser Anlage besteht darin, dass die Umrüstung von Dieselmotoren den Ersatz des herkömmlichen Kraftstofffilters durch einen druckbeständigen, den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Pflanzenöls angepassten Faserfilter, und der Druckpumpe durch eine Zahnradpumpe, die notwendigerweise einen von Faserfilter geforderten höheren Förderdruck liefern muss, erforderlich macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Einspritzparameter pflanzlicher Öle verbessert, um das Betreiben eines Dieselmotors mit Kraftstoffen aus pflanzlichen Ölen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der entsprechenden abhängigen Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführung vom Kraftstofftank zur Einspritzpumpe eines Dieselmotors.
Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Anlage zum wirtschaftlichen Betreiben eines Dieselmotors mit pflanzlichem Öl. Das Öl muss zur Herstellung eines entsprechenden Einspritzverhaltens, die seine Zündfähigkeit im Zylinder des Dieselmotors gewährleisten, einer notwendigen Vorbehandlung unterzogen werden.
Die Anlage umfasst einen Kraftstofftank 1 für das als Kraftstoff zu verwendende pflanzliche Öl. Eine Kraftstoffpumpe 2 fördert den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 und drückt ihn durch den original Kraftstofffilter 3. In Flussrichtung hinter dem Kraftstofffilter 3 befindet sich ein Ölaufbereitungsbehälter 4, dessen Aufgabe es ist, das pflanzliche Öl so zu verändern, dass es in Viskosität und Einspritzverhalten dem Dieselkraftstoff ähnlich wird.
Der Ölaufbereitungsbehälter 4 stellt sich als ein Behälter mit einem Fassungsvermögen von ca. 1 Liter dar, der aus einem Zylinder 5 mit einer Abdeckung 6 und einem Boden 7 gebildet wird. Im Einbauzustand nimmt die Achse des Ölaufbereitungsbehälters 4 einen senkrechten Verlauf.
Der Ölaufbereitungsbehälter 4 wird durch eine zur Abdeckung 6 beabstandete Trennplatte 8 in eine obere Kammer 9 und eine untere Kammer 10 unterteilt. Das Volumenverhältnis der unteren Kammer 10 zu der oberen Kammer 9 beträgt ca. 4:1. Eine im Zentrum der Trennplatte 8 befindliche Bohrung 11 stellt eine durchflussfähige Verbindung zwischen der oberen Kammer 9 und der unteren Kammer 10 her.
In der Abdeckung 6 befindet sich ein Zulauf 12, über den der Ölaufbereitungsbehälter 4 mit über den Kraftstofffilter 3 geliefertem pflanzlichen Öl gefüllt wird. Neben dem Zulauf 12 befindet sich in der Abdeckung 6 ein zweiter Stutzen für den Rücklauf 13, über den eine Rückführung von nicht verbrauchtem, nicht aufbereitetem Kraftstoff in den Kraftstofftank 1 realisiert wird.
Im Boden 7 sind gleichfalls zwei Stutzen abgeordnet, von denen der Vorlaufstutzen 14 im Inneren der unteren Kammer 10 in der Nähe des Bodens 7 endet, während der Rücklaufstutzen 15 durch die untere Kammer 10 bis unterhalb der Trennplatte 8 geführt ist.
In der unteren Kammer 10 ist darüber hinaus ein Heizkörper angeordnet, der sich im Ausführungsbeispiel als rechteckige Heizplatte 16 darstellt, die an der Innenwand des Zylinders 5 und der Innenseite des Bodens 7 anliegt. Von Außen sind elektrisch beaufschlagbare Heizelemente 25 flüssigkeitsdicht in die Heizplatte 16 eingesetzt, die eine definierte Aufheizung der Heizplatte 16 gewährleisten.
Der Vorlauf 14 steht mit einer elektrisch betriebenen Förderpumpe 17, die in Flussrichtung hinter dem Ölaufbereitungsbehälter 4 angeordnet ist, in hydraulischer Verbindung. Die Förderpumpe 17 beliefert die Einspritzpumpe 18 des Dieselmotors mit dem im Ölaufbereitungsbehälter 4 aufbereiteten pflanzlichen Öl über den Zulauf 19. Nicht verbrauchter Kraftstoff wird über den Rücklauf 20 aus der Einspritzpumpe 18 über ein Überdruckventil 21 und den Rücklaufstutzen 15 in den Ölaufbereitungsbehälter 4 zurückgeführt.
Die Förderpumpe 17 kann durch einen Bypass 22 umgangen werden, in dem ein Bypassventil 23 angeordnet ist.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
Die Füllung des Kraftstofftanks 1 besteht aus pflanzlichem Öl, dem es in der vorliegenden getankten Form an der notwendigen Zündfähigkeit für ein optimales Betreiben des Dieselmotors mangelt.
Durch die Kraftstoffpumpe 2 wird das pflanzliche Öl aus dem Kraftstofftank 1 gefördert und unter Druck durch den originalen Kraftstofffilter 3 dem Ölaufbereitungsbehälter 4 zugeführt.
Die Aufgabe des Ölaufbereitungsbehälters 4 ist es ist, den Kraftstoff so zu verändern, dass er in Viskosität und Einspritzverhalten dem Dieselkraftstoff ähnlich wird.
Der gefilterte, aber nicht aufbereitete Kraftstoff wird über den Zulauf 12 dem Ölaufbereitungsbehälter 4 zugeführt, wobei der Zulauf zunächst in die obere Kammer 9 erfolgt. Durch die Bohrung 11 fließt der Kraftstoff in die untere Kammer 10 bis zur vollständigen Befüllung des Ölaufbereitungsbehälters 4. Aus der unteren Kammer 10, in der die Aufbereitung des Kraftstoffes erfolgt, wird die Versorgung der Einspritzpumpe 18, wie sie später beschrieben wird, vorgenommen.
Da die Kraftstoffpumpe 2 bei laufendem Dieselmotor ständig einen konstanten Volumenstrom fördert, der erheblich über dem durch die Verbrennung des Kraftstoffes benötigten Volumen liegt, ist ein Rücklauf des nicht benötigten Kraftstoffes erforderlich. Im Ausführungsbeispiel fließt der Kraftstoff durch die obere Kammer 9 in nicht aufbereiteter Form durch den Rücklauf 13 in den Kraftstofftank 1 zurück. In den Rücklauf 13 ist ein Überdruckventil 24 eingebaut, dass die Aufgabe hat, bei zu geringer Förderleistung der Kraftstoffpumpe 2 das Eintreten von Luft in das System zu verhindern. Weiterhin sorgt das Überdruckventil 24 dafür, dass im System bei Normalbetrieb ein definierter Überdruck im Ölaufbereitungsbehälter 4 entsteht und erhalten bleibt.
Die Aufbereitung des pflanzlichen Öls zu einem zündfähigen Kraftstoff erfolgt in der unteren Kammer 10 des Ölaufbereitungsbehälters 4. Die in der unteren Kammer 10 installierte Heiz platte 16 wird durch die elektrisch beaufschlagten Heizelemente 25 auf eine Temperatur von ca. 65 °C erwärmt.
Durch die Erwärmung des die Heizplatte 16 kontaktierenden pflanzlichen Öls werden Substanzen wie Wasser, alkoholische Verbindungen und andere leicht gasende Stoffe zur Gasbildung angeregt, so dass schon im Ölaufbereitungsbehälter 4 ein das Einspritzverhalten des Kraftstoffes nachteilig beeinträchtigendes Gas entsteht. Dieser Vorgang entsteht gemäß dem bekannten Stand der Technik erst in der beheizten Einspritzpumpe, wodurch es häufig zu Schäden an der Einspritzpumpe kommt.
Die Erwärmung des Kraftstoffes bewirkt darüber hinaus dessen niedrigere Viskosität und damit eine weitere Verbesserung der Einspritzparameter.
Im Ölaufbereitungsbehälter 4 wird dieses Gasgemisch durch den Auftrieb nach oben geleitet und gelangt durch eine Bohrung 11 der Trennplatte 8 in die obere Kammer 9, den Kaltbereich des Ölaufbereitungsbehälters 4, kondensiert dort und wird über den Rücklauf 13 zum Kraftstofftank 1 zurück befördert.
Der in der unteren Kammer 10 aufbereitete Kraftstoff wird durch den Vorlaufstutzen 14 mittels der Förderpumpe 17 dem Ölaufbereitungsbehälter 4 entnommen und der Einspritzpumpe 18 zugeführt.
Die Förderpumpe 17 hat nach Einschalten der Zündung die Aufgabe, den Kraftstoff aus dem Ölaufbereitungsbehälter 4 zur Einspritzpumpe 18 zu fördern und dadurch das kalte Öl z.B. vom Vortag, aus der Einspritzpumpe 18 zu spülen und durch erwärmten aufbereiteten Treibstoff zu ersetzen.
Von der Einspritzpumpe 18 nicht benötigter aufbereiteter Kraftstoff wird über den Rücklauf 20, das Überdruckventil 21 und den Rücklaufstutzen 15 der unteren Kammer 10 des Ölaufbereitungsbehälters 4 zugeführt.
Die Förderpumpe 17 erzeugt einen zweiten Kreislauf ausgehend vom Ölaufbereitungsbehälter 4 zur Einspritzpumpe 18, dem Überdruckventil 21 zurück zum Ölaufbereitungsbehälter 4. Der Vordruck, den die Einspritzpumpe 18 benötigt, wird durch das Überdruckventil 21 gesteuert. Dies alles geschieht vor dem Anlassen des Motors, wobei durch einen die Kraftstofftemperatur messenden Temperaturschalter am Ölaufbereitungsbehälter 4 der Anlasser frei gegeben wird. Über einen zweiten Temperaturschalter werden die Heizelemente 25 gesteuert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ersichtlich eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem bekannten Stand der Technik auf.
So gewährleistet der beschriebene zweite Kreislauf eine ständige Bereitstellung von aufbereitetem Kraftstoff für die Einspritzpumpe 18 des Dieselmotors. Die Förderpumpe 17 erzeugt schon vor dem Start des Dieselmotors diesen Kreislauf des aufbereiteten Kraftstoffes durch die Einspritzpumpe 18, gleichzeitig wird der von der Einspritzpumpe 18 benötigte Vordruck durch das Überdruckventil 21 gesteuert.
Eine optimale Einspritzung ist dann nach max. 2 Minuten durch erwärmtes, entgastes und in entsprechendem Vordruck vorhandenem Kraftstoff gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einem Ausfall der Förderpumpe 17 durch die Kraftstoffpumpe 2 im System ein Überdruck hergestellt wird, der zur Öffnung des Bypassventils 23 führt und damit eine Notversorgung der Einspritzpumpe 18 mit aufbereitetem Kraftstoff aus dem Ölaufbereitungsbehälter 4 über den Bypass 22 gesichert ist.

1: Kraftstofftank
2: Kraftstoffpumpe
3: Kraftstofffilter
4: Ölaufbereitungsbehälter
5: Zylinder
6: Abdeckung
7: Boden
8: Trennplatte
9: Obere Kammer
10: Untere Kammer
11: Bohrung
12: Zulauf
13: Rücklauf
14: Vorlaufstutzen
15: Rücklaufstutzen
16: Heizplatte
17: Förderpumpe
18: Einspritzpumpe
19: Zulauf
20: Rücklauf
21: Überdruckventil
22: Bypass
23: Bypassventil
24: Überdruckventil
25: Heizelement

Claims

Vorrichtung zum Betreiben eines Dieselmotors mit Kraftstoffen aus pflanzlichen Ölen bestehend aus einem Versorgungssystem, das einen Kraftstofftank für die Bereitstellung von Kraftstoff, einen Kraftstofffilter für die Filterung des Kraftstoffes, eine Kraftstoffpumpe für die Förderung des Kraftstoffes und eine Einspritzpumpe für die Einspritzung des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum des Dieselmotors beinhaltet, wobei das Versorgungssystem Mittel zur Entgasung des Kraftstoffes und zu dessen Erwärmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungssystem aus einem Primärkreislauf und einem Sekundärkreislauf besteht, wobei der Primärkreislauf aus dem Kraftstofftank (1), der Kraftstoffpumpe (2) und dem Kraftstofffilter (3) als Teil des Versorgungssystems für den nicht aufbereiteten Kraftstoff und der Sekundärkreislauf aus einer Förderpumpe (17) und der Einspritzpumpe (18) als Teil des Versorgungssystems für den aufbereiteten Kraftstoff gebildet wird, und als Schnittstelle des Primärkreislaufes mit dem Sekundärkreislauf ein Ölaufbereitungsbehälter (4) angeordnet ist, wobei der Ölaufbereitungsbehälter (4) aus einer oberen Kammer (9) als Bestandteil des Primärkreislaufes und aus einer unterhalb der oberen Kammer (9) angeordneten unteren Kammer (10) als Bestandteil des Sekundärkreislaufes besteht, wobei die obere Kammer (9) einen Zulauf (12) zum Befüllen mit nicht aufbereitetem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (1) und einen Rücklauf (13) für nicht verbrauchten, nicht aufbereiteten Kraftstoff zum Kraftstofftank (1) sowie eine Bohrung (11) als durchflussfähige Verbindung zur unteren Kammer (10) aufweist, wobei in der unteren Kammer (10) ein Heizkörper zur Aufbereitung des Kraftstoffes durch Erwärmung und Entgasung des nicht aufbereiteten Kraftstoffes angeordnet ist und die untere Kammer (10) einen Vorlauf (14) für die Entnahme und Zuführung des aufbereiteten Kraftstoffes mittels der Förderpumpe (17) zur Einspritzpumpe (18) sowie einen Rücklauf (15) zur Rückführung von nicht verbrauchtem Kraftstoff aus der Einspritzpumpe (18) in die untere Kammer (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis der unteren Kammer (10) zu der oberen Kammer (9) vorzugsweise 4:1 beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennplatte (8) zur Ausbildung der oberen Kammer (9) und der unteren Kammer (10) vorgesehen ist und eine im Zentrum der Trennplatte (8) befindliche Bohrung (11) eine durchflussfähige Verbindung zwischen der oberen Kammer (9) und der unteren Kammer (10) herstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper als vertikal in der unteren Kammer (10) ausgerichtete Heizplatte (16) ausgebildet ist, wobei die Heizplatte (16) mittels von Außen zugeführten elektrischen Heizelementen (25) beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (17) elektrisch betreibar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (17) durch einen Bypass (22) umgehbar ist, wobei in dem Bypass (22) ein Bypassventil (23) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rücklauf (20) ein Überdruckventil (21) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rücklauf (13) ein Überdruckventil (24) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (15) im oberen Bereich der unteren Kammer (10) mündet.