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Einfluss der Kraftstofftemperatur auf die dieselmotorische Verbrennung

Diese Umrüstung der Pflanzenöle erforderte weitere Prozessenergie, die die CO2-Bilanz der Pflanzenöle senkte. Eine Alternative war bis jetzt ein Eingriff in die Einspritzung und die Brennraumgestaltung oder eine Beschraenkung auf grossvolumige Vorkammermotoren. Eine Möglichkeit zur Senkung der Viskosität ist die Erhöhung der Kraftstofftemperatur. Diese Erhöhung der Kraftstofftemperatur ist für das Verfluessigen der Pflanzenfette, sowie auch für die Öle im Winter, von vornherein noetig. Bei den untersuchten Pflanzenkraftstoffen lag die kinematische Viskosität erst bei 110°C im Bereich von Dieselkraftstoff bei 20°C. Für die Untersuchung des Temperatureinflusses wurde der Kraftstoff ausgewaehlt, der beim Kraftstoffvergleich die besten Ergebnisse erzielt hatte (Soja-Öl).

Einfluss der Kraftstofftemperatur auf den Wirkungsgrad

Um den Temperatureinfluss auf das Leistungs- und Wirkungsgradverhalten zuueberpruefen, wurden Messreihen bei 50°C-100°C Brennstofftemperatur gefahren.
Diese wurden bei den Laststellungen 50%, 67%, 84% und 100% durchgefuehrt. Die Ergebnisdiagramme liegen im Anhang E bei. In den Teillastbereichen 50%, 67% und 84% waren grosse Schwankungen in den gemessenen Daten festzustellen. Diese Messfehler nahmen mit der Hoehe der Laststellung ab. Die Erklaerung für diese Abweichung ist die lange Durchlaufzeit des Volumenstrommessers. Für den Zeitraum von bis zu einer Minute musste die Leistung und die Drehzahl konstant gehalten werden. Dies gelang nur innerhalb eines Fensters. Je höher die Laststellung wurde, desto geringer wurde der Schwankungsbereich im Zusammenhang mit der geringeren Durchlaufzeit.
Die Messergebnisse lassen sich in zwei Bereiche unterteilen, Teillast und Vollast. Die im Teillastbereich erzielten Ergebnisse von 50%, 67% und 84% unterschieden sich nur im Schwankungsbereich. Hierbei zeichnete sich ein optimaler Bereich zwischen 60°C und 70°C ab, wo die Wirkungsgrade des Motors am Besten waren.
Dass die besten Wirkungsgrade sich nicht bei den hoechsten Temperaturen eingestellt hatten, kann wie folgt begruendet werden.
Durch die Erhöhung der Kraftstofftemperatur sinkt die kinematische Viskosität, was für die schnellere Verdampfung, sowie für eine bessere Zerstaeubung gut ist. Diese niedrige Viskosität hat aber bei diesem Fahrzeug zur Folge, dass der Kraftstoff schneller durch die Ausgleichsbohrung stroemen kann und somit der Pumpeninnendruck faellt. Dieser niedrigere Druck bewirkt über den druckgesteuerten Spritzversteller, dass der Einspritzbeginn sich in Richtung später verstellt. Die Vorteile, die der heissere Kraftstoff, bezogen auf den kuerzeren Zündverzug hat, können sich durch den spaeteren Einspritzbeginn aufheben und sogar in Nachteile umgewandelt werden. Dieses erklärt, dass der optimale Betriebspunkt im Teillastbereich nicht wie erwartet bei der hoechsten Temperatur liegt, sondern zwischen 60°C und 70°C.
Im Vollastbereich ergab sich, dass mit zunehmender Temperatur auch der Wirkungsgrad anstieg. Diese Abweichung zum Teillastbereich erklaerte sich folgendermassen:
Der Motor ist im Vollastbereich für Dieselkraftstoff, für ein Luftverhaeltnis l von ungefaehr von 1,2 ausgelegt. Durch die Verwendung von Pflanzenkraftstoffen und deren höhere kinematische Viskosität und den daraus resultierenden geringeren Leckverlusten, erhöhte sich die Kraftstoffzufuhr. Diese erhöhte Kraftstoffzufuhr hatte zur Folge, dass das Luftverhaeltnis l sank und der Motor nicht mehr im optimalen Bereich arbeitete. Durch die Erhöhung der Kraftstofftemperatur sank die kinematische Viskosität und die Leckverluste stiegen. Weiterhin sank mit der Erhöhung der Kraftstofftemperatur die Dichte des Kraftstoffes, was eine geringere Energiedichte des eingebrachten Kraftstoffes zur Folge hatte. Diese geringere Energiedichte erhöhte wiederum das Luftverhaeltnis l so, dass sich der Motor wieder seinem Auslegungspunkt von l=1,2 naeherte. Zusammen mit diesem beschriebenen Vorteil für heisse Kraftstoffe und denen beim Teillastbetrieb beschriebenen Vor- und Nachteilen ergab sich für den Vollastbetrieb eine Verschiebung des optimalen Betriebspunktes in die hoechsten untersuchten Temperaturen.

Schwaerzungszahl

Bei der Schwaerzungszahl waren die Messergebnisse aehnlich wie beim Wirkungsgrad. Auch hier liessen sich die Ergebnisse in die zwei Bereiche Teil- und Vollast einteilen. Im Teillastbereich zeichnete sich, wie bei der Wirkungsgradbestimmung, ein optimaler Temperaturbereich von 60°C - 70°C ab. Auch im Vollastbereich widersprachen
sich die Ergebnisse von Wirkungsgrad und Schwaerzungszahl nicht. Die besten Ergebnisse wurden auch hier bei der hoechsten Temperatur von 100°C erzielt. Wiederum wurde auch hier beobachtet, dass die Schwaerzungszahlen bei den Messungen mit Pflanzenöl zum Drehzahlbereichsende abnahm.

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