Ein Beitrag zur Optimierung der motorischen Verbrennung von Rapsölkraftstoff in Heavy Duty Dieselmotoren
Markus Lüft
Rapsölkraftstoff stellt aus ökologischer Sicht eine sinnvolle Ergänzung zu Dieselkraftstoff dar. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von Rapsölkraftstoff im Vergleich zu Dieselkraftstoff muss ein Dieselmotor vor allem hinsichtlich Einspritzsystem und Motorsteuergrößen an den Kraftstoff Rapsöl angepasst werden. Für einen ganzheitlichen Lösungsansatz muss ein Dieselmotor sicher und unter Einhaltung aktueller Abgasvorschriften mit Rapsölkraftstoff betrieben werden können.
Diese Arbeit trägt zur Lösung dieser Aufgabe bei, indem zunächst die grundsätzlichen Anforderungen des Kraftstoffs Rapsöl an ein Einspritzsystem erarbeitet werden. Dabei wurden die grundsätzlichen Zusammenhänge zwischen den Kraftstoffeigenschaften von Rapsöl und den Anforderungen an das Einspritzsystems beziehungsweise an die motorische Verbrennung untersucht. Daraus wurden notwendige Änderungsmaßnahmen definiert, die die Optimierung der motorischen Verbrennung mit Rapsölkraftstoff ermöglichen. Der Schwerpunkt der Arbeit wurde auf die Verbesserung des Einspritzverhaltens von Rapsölkraftstoff gelegt. Dieses erfolgte für verschiedene Einspritzdüsen mit unterschiedlicher Düsengeometrie durch optische Untersuchungen zum Sprayverhalten und durch motorische Untersuchungen zu den Abgasemissionen und Bewertung von Ablagerungsbildung sowohl an den Einspritzdüsen als auch den Brennraumwänden. Darüber hinaus wurde der Einfluss unterschiedlicher Eingangsgrößen wie Einspritzdruck, Einspritzbeginn und vor allem Abgasrückführung auf die Verbrennung von Rapsölkraftstoff untersucht. Dadurch konnten geeignete Motorbetriebsparameter ermittelt werden, mit denen die saubere und effiziente Verbrennung von Rapsölkraftstoff ermöglicht wird.
Die in der vorliegenden Arbeit durchgeführten Untersuchungen erweitern das grundlegende Verständnis der gegenseitigen Abhängigkeiten eines hochviskosen Kraftstoffs wie beispielsweise Rapsöl und der Geometrie der Spritzlöcher von Einspritzdüsen. Es konnte für Rapsölkraftstoff eine geeignete Düsengeometrie erarbeitet und optimierte Betriebsparameter definiert werden. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Einsatz von Rapsölkraftstoff in modernen Verbrennungsmotoren mit moderaten Anpassungen des Brennverfahrens bei Einhaltung aktueller und zukünftiger Abgasgrenzwerte möglich ist. Zusammen mit seinem großen Treibhausgasminderungspotenzial kann Rapsölkraftstoff einen wichtigen Beitrag zur Erreichung ehrgeiziger Klimaziele leisten.
