SAVE bio

Strategien zur Ablagerungsvermeidung an Einspritzdüsen beim Multi-Fuel Einsatz biogener Kraftstoffe

Projektbeschreibung

Moderne Common-Rail-Dieselmotoren müssen zunehmend strengere Abgasnormen für Kraftfahrzeuge erfüllen. Daher werden bei jedem Verbrennungsvorgang vermehrt Vor-, Haupt- und Nacheinspritzvorgänge von einer Dauer unterhalb einer Millisekunde ausgeführt. Diese Mehrfacheinspritzungen werden mit weiter steigenden Einspritzdrücken (bis zu 3.000 bar) und entsprechend kleineren Düsenöffnungsquerschnitten kombiniert. Die Umsetzung erfolgt durch hochagile Einspritzventile mit geringen Spaltmaßen im Injektorinneren. Seit 2005 werden Injektorfehlfunktionen durch Ablagerungen im Injektorinneren beobachtet, die sogenannten „IDID“ (Internal Diesel Injector Deposits). IDID stehen seitdem auch im Fokus der Forschung.

In der Landwirtschaft dominieren Traktoren mit Common-Rail-Dieselmotoren. Auch für Landmaschinen werden die Anforderungen an die Schadstoffemissionen kontinuierlich verschärft, so dass auch hier im Bereich der Motorenentwicklung Mehrfacheinspritzungen und weiter ansteigende Einspritzdrücke eine immer wichtigere Rolle spielen.

Gleichzeitig gibt es Bestrebungen, in der Landwirtschaft zusätzlich zu fossilem Dieselkraftstoff und Biodiesel reines Pflanzenöl als Kraftstoff einzusetzen. Ohne weitere Anpassungen ist analog zur Situation im Automobilbereich mit einer erhöhten Ablagerungsbildung im und am Injektor zu rechnen. Dies muss überprüft, Gegenmaßnahmen entwickelt und mit geeigneten Untersuchungsmethoden verifiziert werden.

Anders als im Kraftfahrzeugsektor existiert für den Landmaschinenbereich kein Standardtestverfahren hinsichtlich der Ablagerungsneigung von Kraftstoffen. Für den Kraftfahrzeugbereich wurde, da die motorischen Tests XUD9 und DW10 zur Untersuchung von Injektorablagerungen nur teilweise zielführend sind (veraltet bzw. sehr aufwändig), am OWI im Rahmen des ENIAK-Projektes (FNR-Förderkennzeichen 22000611) ein nichtmotorischer Injektorablagerungsprüfstand zur Untersuchung innerer Injektorablagerungen aufgebaut. Das System ist für PkW Einspritzsysteme ausgelegt, das Prüfstandskonzept kann jedoch auch auf die Heavy-Duty Systeme, die in Landmaschinen zum Einsatz kommen, übertragen werden. Auf dem Prüfstand können an vier Prüfsträngen parallel Kraftstoffuntersuchungen an vollständigen Common-Rail-Systemen mit elektrisch beheizten Injektoren durchgeführt und IDID abgebildet werden. Neben den IDID treten nach wie vor auch äußere Ablagerungen (Düsenloch, Düsenkuppe) auf. Diese Ablagerungen beeinflussen das Kraftstoffspray. Die Folgen sind verschlechterte Abgaswerte und Leistungseinbußen bis hin zum Düsenversagen.

 

Projektziele

Das Ziel des Vorhabens ist, Pflanzenöl als Teil der Multi-Fuel Einsatzstrategie zum Einsatz zu ertüchtigen. Die zu erreichenden Teilziele sind, einsatzbereite Strategien zur Minderung und, wenn möglich, Vermeidung von Ablagerungen in und am Dieselinjektor beim Einsatz von Pflanzenölkraftstoff in der Landwirtschaft zu entwickeln, um Stillstandzeiten der landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuge sowohl infolge IDID als auch infolge äußerer Ablagerungen („External Diesel Injector Deposits“, EDID) an den Injektoren zu vermeiden.

Für beide Ablagerungstypen sollen kritische Betriebspunkte (Fahrzyklen) die zu verstärkter Ablagerungsbildung führen können, identifiziert werden. Anhand der Untersuchungsergebnisse sollen schließlich Strategien zur Vermeidung von Ablagerungsbildung sowie eine Injektor-Regeneration im laufenden Betrieb entwickelt werden bzw. bereits in Vorgängerprojekten (ABM-Projekt) erkannte Strategien zur Einsatzreife geführt werden. Für die erfolgreiche Applikation einer Regeneration wird eine Frühindikation entstehender Ablagerungen (IDID und EDID) entwickelt.

 

Arbeitsaufgaben OWI

  • Projektkoordination
  • Innere Ablagerungen: Untersuchungen der Wechselwirkungen von Injektoren mit Pflanzenölkraftstoff am nichtmotorischen Injektorablagerungsprüfstand
    • Aufbau eines Heavy-Duty Injektorablagerungsprüfstands
    • Übertragung der Realdaten auf den Prüfstand und Versuchsdurchführung
    • Validierung kritischer und regenerativer Betriebsbedingungen
    • Entwicklung von Strategien zur Vermeidung der Bildung von Ablagerungen

 

Projektpartner

  • OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH, Herzogenrath
  • regineering GmbH
  • ERC Additiv GmbH
  • Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Straubing
  • TEC4FUELS GmbH, Herzogenrath

sowie die Industriepartner

  • DEUTZ AG
  • John Deere GmbH & Co. KG ETIC
  • Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e.V.

 

Projektförderung

Dieses Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft unter dem Förderkennzeichen 22402417 gefördert.

 

Projektdauer

07/2017 bis 12/2019

 

Ansprechpartner

Sven Wenzel
Tel.: 02407/ 9518-128
E-Mail: S.Wenzel@owi-aachen.de