DE102004041819B4

DE102004041819B4 - Mit Pflanzenöl betriebene dieselmotorische Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004041819B4
Application number: DE200410041819
Authority: DE
Inventors: Alois Dotzer; Georg Gruber; Thomas Kaiser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2024-08-18
Also published as: DE102004041819A1

Abstract

Mit Pflanzenöl betriebene dieselmotorische Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe und wenigsten einer Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenvorstand der Einspritzdüse wenigstens so groß ist, dass die Einspritzdüse beim Betrieb unter Normallast eine bläuliche Färbung annimmt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer mit Pflanzenöl betriebenen dieselmotorischen Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die DE 198 27 463 A1 zeigt eine nach dem Dieselverfahren arbeitende Brennkraftmaschine, welche eine zum Common-Rail-Einspritzsystem gehörende Einspritzpumpe und Einspritzdüsen aufweist. Die Düse spritzt in einem vorbestimmten Winkel in den Brennraum ein.
In der DE 15 26 313 ist eine bestimmte Strahllage beschrieben, wobei ein Strahl der Einspritzdüse auf den Kolbenmuldenrand zielt.
In der EP 1 326 014 A2 ist eine entsprechende Brennkraftmaschine beschrieben, bei der die Strahllage und der Einspritzzeitpunkt so geregelt sind, dass sich am Kolben ein ganz bestimmtes Strahlauftreffbild ergibt. Mit dieser Einstellung ist ein optimierter Betrieb solcher Brennkraftmaschinen beispielsweise in Kraftfahrzeugen – also mit großen Lastwechseln – möglich. Bei Stationärmotoren, die praktisch ohne Lastwechsel betrieben werden, reicht diese Maßnahme für einen optimierten Betrieb noch nicht aus. Insbesondere dann, wenn der Stationärmotor mit einem Rußpartikelfilter betrieben wird setzt sich dieser nach ca. 200 Betriebsstunden zu und auch an den Einspritzdüsen zeigen sich Ablagerungen um die Einspritzöffnungen.
Unabhängig von der Verwendung eines Rußfilters tritt ein weiteres Phänomen auf: Bei unverändertem Betrieb der Einspritzpumpe vermindert sich die Leistung der Brennkraftmaschine mit zunehmender Betriebsstundenzahl. Selbst eine Erhöhung des Drucks der Einspritzpumpe kann diesen Leistungsabfall nach etwa 500 Betriebsstunde nicht mehr kompensieren.
Es war daher die Aufgabe der Erfindung eine mit Pflanzenöl betriebene dieselmotorische Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so auszugestalten, dass sie ca. 3000 Stunden ohne Reinigung oder Wechsel eines Rußpartikelfilters und ohne erkennbaren Leistungsabfall betrieben werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine mit Pflanzenöl betriebene dieselmotorische Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen nach Anspruch 1. Dabei wurde die Erkenntnis genutzt, dass bei Einspritzdüsen, deren Vorstand zu gering ist, um die Einspritzöffnungen herum Ablagerungen aufgebaut werden, wenn diese Brennkraftmaschine mit Pflanzenöl betrieben wird. Bei mit Dieselkraftstoff betriebenen Brennkraftmaschinen tritt dieses Phänomen nicht auf.
Als Düsenvorstand wird der Abstand zwischen der Spitze der Einspritzdüse und dem Zylinderkopf bezeichnet. Bei zu geringem Düsenvorstand hat sich herausgestellt, dass die Düsen bei einem Betrieb unter Normallast nicht genügend erhitzt werden, so dass sich kurzfristig bildende Ablagerungen nicht sofort wieder abgebrannt werden, sondern sich dauerhaft festsetzen. Dies kann verhindert werden, wenn der Düsenvorstand so groß gewählt wird, dass sich die Düsenspitze mit ihren Einspritzöffnungen in einem Temperaturbereich des Zylinders und der Brennraummulde des Kolbens in der oberen Totpunktstellung befindet, indem sie bei längerem Betrieb unter Normallast bereits eine leicht bläuliche Färbung annimmt. In dieser Temperaturregion brennen Ablagerungen, die sich kurzfristig um die Einspritzöffnungen bilden, sofort wieder ab, so dass keine Beeinträchtigung des Strahlkegels durch die Ablagerung zu befürchten ist.
Ist der Düsenvorstand kleiner, bauen sich um die Einspritzöffnungen herum kontinuierlich wachsende Ablagerungen auf, die nicht mehr abbrennen und den Strahlkegel des aus den Einspritzöffnungen austretenden Pflanzenöls negativ beeinflussen. Das für eine saubere Verbrennung not wendige Aufreißen des Strahls kann so verhindert werden. Dadurch ergibt sich eine Verbrennung des Pflanzenöls unter Sauerstoffmangel. Dies führt zu erhöhter Rußbildung und zum Zusetzen des Rußpartikelfilters.
Andererseits hat sich herausgestellt, dass die Leistung der Brennkraftmaschine kontinuierlich abnimmt, wenn der Düsenvorstand zu groß ist. So konnte die Erkenntnis gewonnen werden, dass eine zu starke Erhitzung der Düsenspitze ausschlaggebend für diesen Leistungsverlust ist.
Diese hohe Temperatur führt dazu, dass die Verbrennung des Pflanzenöls bereits beginnt, bevor es die Einspritzöffnungen verlassen hat. Diese beginnende Verbrennung in den Einspritzöffnungen der Düse findet unter starkem Sauerstoffmangel statt. Die Folge ist eine unvollständige Verbrennung unter Rußbildung. Die entstehenden Rußpartikel werden zum Teil durch den hohen Druck in der Düse in die Brennkammer gedrückt, setzen sich aber zum Teil auch in den Einspritzöffnungen fest.
Auf diese Weise verengen sich die Einspritzöffnungen der Düse mit zunehmender Betriebsstundenzahl. Bei einer Verminderung des Einspritzquerschnittes um mehr als 15% lässt sich die erforderlich Einspritzmenge auch durch eine Erhöhung des Einspritzpumpendrucks nicht mehr egalisieren. Dies hat eine Leistungsreduktjon der Brennkraftmaschjne zur Folge.
Die Einspritzöffnungen der Einspritzdüsen besitzen einen Durchmesser, der geringer ist als der eines menschlichen Haares. Ablagerungen innerhalb der Düsenöffnungen lassen sich daher mit dem Auge nicht erkennen. Die Einspritzdüsen können aber über bekannte Messverfahren vermessen werden, wobei sich solche Ablagerungen und eine Reduktion des Einspritzquerschnittes sehr gut feststellen lassen.
Es wurde nun herausgefunden, dass der Düsenvorstand so eingestellt werden kann, dass sich weder Ablagerungen auf der Einspritzdüse um die Einspritzöffnungen bilden, die die Strahlqualität negativ beeinflussen, noch sich die Einspritzöffnungen durch innere Ablagerungen langsam zusetzen. Eine mit Pflanzenöl betriebene dieselmotorische Brennkraftmaschine, deren Düsenvorstand wie beschrieben justiert ist, bildet bei der Verbrennung nur wenige Rußpartikel aus, so dass ein nachgeschalteter Rußpartikelfilter nur ca. alle 3000 Stunden gereinigt oder gewechselt werden muss. Auch ist keine Leistungsminderung bei einer so eingestellten Brennkraftmaschine feststellbar.

Claims

Mit Pflanzenöl betriebene dieselmotorische Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe und wenigsten einer Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenvorstand der Einspritzdüse wenigstens so groß ist, dass die Einspritzdüse beim Betrieb unter Normallast eine bläuliche Färbung annimmt.