Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Dieselmotoren stellen heute die ma\u00dfgebliche Antriebsquelle f\u00fcr Fahrzeuge bei Eisenbahnen au\u00dferhalb der Hauptstrecken und bei Binnensee-Schifffahrtsbetrieben dar. Reines Pflanzen\u00f6l stellt unter den regenerativen Energiequellen eine sinnvolle Alternative dar. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von Raps\u00f6l zu herk\u00f6mmlichem Dieselkraftstoff muss jedoch ein Dieselmotor, in erster Linie das Einspritzsystem, an den Kraftstoff Raps\u00f6l angepasst werden. Bisherige Konzepte zur Nutzung von Raps\u00f6l in Dieselmotoren sind nicht ausgereift und f\u00fchren zu inakzeptablen Emissionen oder gar zu Motorsch\u00e4den.
\nDas Forschungsvorhaben soll zur L\u00f6sung dieser Aufgaben beitragen, indem die grunds\u00e4tzlichen Anforderungen des Kraftstoffs Raps\u00f6l an ein Einspritzsystem erarbeitet und anschlie\u00dfend umsetzt werden. Auf diese Weise soll ein sicherer und schadstoffarmer Motorbetrieb mit Raps\u00f6lkraftstoff unter Einhaltung aktueller Emissionsgesetze erm\u00f6glicht werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben umfasst die folgenden Schritte:
\no\tOptimierung der Einspritzd\u00fcsengeometrie in einer Einspritzkammer
\no\tUntersuchung der Wechselwirkungen zwischen Raps\u00f6lkraftstoff und Motor\u00f6l
\no\tOptimierung des Brennverfahrens am gefeuerten Forschungsmotor
\nDer erste Schritt des Vorhabens ist die optische Analyse der Strahlausbreitung von Pflanzen\u00f6l. Mittels Einsatz moderner optischer Messtechnik kann sowohl das Strahlauff\u00e4cherungsverhalten als auch die innere Beschaffenheit des Einspritzstrahls und der Kraftstofftropfen analysiert wurden. Im zweiten, zeitlich parallelen Arbeitsschritt sollen Wechselwirkungen zwischen dem Motor\u00f6l und dem in das Motor\u00f6l eingetragenen Raps\u00f6lkraftstoff untersucht werden. Ziel ist die Entwicklung eines geeigneten Sensors, der eine Onboard-Diagnose erlaubt. Schlie\u00dflich werden die gewonnen Ergebnisse an einem Forschungsmotor \u00fcbertragen. An diesem Einzylindermotor k\u00f6nnen verschiedene Konfigurationen des Einspritzsystems getauscht und erprobt werden. Die Aufzeichnung verschiedener Temperaturen und Dr\u00fccke, beispielsweise die des Zylinderdruckverlaufs, sowie die der Abgasemissionen erlaubt die Optimierung der motorischen Verbrennung.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Common Rail Systeme sind im allgemeinen besser f\u00fcr Raps\u00f6lkraftstoff geeignet als \u00e4ltere, nockengesteuerte Einspritzsysteme, gleichwohl besteht die Notwendigkeit der Anpassung des Einspritzsystems an den Kraftstoff.
\nMit Hilfe der herausgearbeiteten Spritzlochgeometriekonfiguration konnte der Betrieb eines Dieselmotors mit Raps\u00f6lkraftstoff hinsichtlich des Emissionsverhaltens im Vergleich zu Dieselkraftstoff verbessert werden. Gleichzeitig wurde die Ablagerungsbildung und der Kraftstoffeintrag ins Motor\u00f6l im Raps\u00f6lbetrieb reduziert.
\nEine D\u00fcse mit zylindrischen Spritzl\u00f6chern mit einem Durchmesser von 270 \u00b5m erscheint f\u00fcr Raps\u00f6lkraftstoff und den verwendeten Motor optimal. Gr\u00f6\u00dfere (300 \u00b5m) oder kleinere (240 \u00b5m) Lochdurchmesser produzieren abh\u00e4ngig vom Lastpunkt entweder mehr Ru\u00df und Kohlenmonoxid oder mehr Stickoxide.
\nDer Einsatz von Abgasr\u00fcckf\u00fchrung wirkt sich im Teillastbereich sehr positiv auf die motorische Verbrennung von Raps\u00f6lkraftstoff aus. Raps\u00f6lkraftstoff toleriert eine gr\u00f6\u00dfere Abgasr\u00fcckf\u00fchrrate als Dieselkraftstoff.
\nMit Online-\u00d6lsensoren k\u00f6nnen Vorg\u00e4nge der \u00d6lalterung anhand von Kennwerten, wie der Viskosit\u00e4t oder Permittivit\u00e4t beschrieben werden. Bei Kenntnis von Motor und Motor\u00f6l lassen sich in Verbindung mit Laboranalysen einsatzspezifische Warn- und Grenzwerte ableiten, die auf einen erforderlichen \u00d6lwechsel hinweisen. Dies kann dazu beitragen Sch\u00e4den abzuwenden, \u00d6lwechselintervalle zu verl\u00e4ngern, den Alt\u00f6lanfall zu reduzieren und gleichzeitig Wartungskosten einzusparen. Insbesondere bei raps\u00f6lkraftstoffbetriebenen Motoren kann aufgrund des nicht ganz vermeidbaren Kraftstoffeintrags ins Motor\u00f6l und der daraus folgenden st\u00e4rkeren Beanspruchung des Motor\u00f6ls eine Online-\u00d6l\u00fcberwachung sinnvoll sein. Voraussetzung f\u00fcr die Verwendung von Online-\u00d6lsensoren ist neben der grunds\u00e4tzlichen Funktionstauglichkeit vor allem auch die technische Zuverl\u00e4ssigkeit der Sensoren im Langzeiteinsatz bei unterschiedlichen Versuchstr\u00e4gern. Aufgrund der hohen Temperatur-, Druck- und mechanischen Beanspruchung sind weitere Einsatzerfahrungen unter Praxisbedingungen notwendig.
\nBei der Fortf\u00fchrung der Untersuchungen in einem Nachfolgeforschungsvorhaben sollen ausgew\u00e4hlte, im Rahmen dieses Vorhabens untersuchte Online-Sensoren auf einen konkreten Anwendungsfall (Versuchsmotor f\u00fcr die Verbrennungsoptimierung) abgestimmt werden. Dabei sollen Sensoren Verwendung finden, die die Messgr\u00f6\u00dfen Viskosit\u00e4t und Permittivit\u00e4t gleichzeitig erfassen, um die Qualit\u00e4t des Motor\u00f6ls m\u00f6glichst umfassend beschreiben zu k\u00f6nnen. Erst wenn noch weitere Einsatzerfahrungen vorliegen, k\u00f6nnen Grenzwerte f\u00fcr kritische Motor\u00f6lzust\u00e4nde abgeleitet werden.
\nW\u00e4hrend im hier berichteten Forschungsvorhaben einzelne Detailsysteme detailliert analysiert wurden, steht in der n\u00e4chsten Projektphase das Gesamtsystem Verbrennungsmotor mit Raps\u00f6lkraftstoff im Fokus. Hierzu geh\u00f6rt ein mehrzylindriger Vollmotor mit Abgasnachbehandlungssystem, \u00e4hnlich wie in einem der Zielfahrzeuge.
\nErst danach folgt der \u00dcbertrag der Ergebnisse in den praktischen Betrieb an Hand von zwei Demonstratoren. Hierf\u00fcr sind ein Eisenbahntriebwagen und ein Binnenschiff vorgesehen. Die Risiken f\u00fcr die Betreiber halten sich dabei aufgrund der vorangehenden Untersuchungen am Vollmotor in Grenzen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
17. November 2009 – ATZ Konferenz On-\/Off- Highway Engines, Friedrichshafen
\n03. November 2010 – 8. FAD Konferenz (F\u00f6rderkreis Abgasnachbehandlung Dieselmotor), Dresden
\n24. Januar 2011 – Konferenz Kraftstoffe der Zukunft, Berlin
\n18. Mai 2011 – Workshop zum DBU Forschungsprojekt, KIT, Karlsruhe
\n30. August 2011 – SAE Conferenc Fuels, Lubricants and Powertrain, Kyoto (Japan)
\n15. Mai 2012 – Abschlusspr\u00e4sentation des Forschungsprojekts, KIT, Karlsruhe<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Zusammenfassend l\u00e4sst sich feststellen, dass der Einsatz von Raps\u00f6lkraftstoff in modernen Verbrennungsmotoren mit moderaten Anpassungen des Brennverfahrens bei Einhaltung aktueller und zuk\u00fcnftiger Abgasgrenzwerte m\u00f6glich ist. Schon im n\u00e4chsten Schritt kann ein dem praktischen Betrieb entnommener Motor im Labor unter Realbedingungen f\u00fcr den Betrieb mit Raps\u00f6lkraftstoff vorbereitet und experimentell erprobt werden. Zusammen mit seinem gro\u00dfen Treibhausgasminderungspotenzial kann Raps\u00f6lkraftstoff einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung ehrgeiziger Klimaziele leisten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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