DE10105760A1

DE10105760A1 - Viscosity reduction of vegetable oil fuel for a diesel engine is carried out adjacent the engine block in a heating unit having glow plugs with electrical control of the temperature

Info

Publication number: DE10105760A1
Application number: DE10105760A
Authority: DE
Inventors: Sascha Joos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-09-05
Also published as: DE20201951U1

Abstract

The engine block (4) has injectors (3) fed with fuel by a pump (1) through a heating unit (5) having glow plugs which heat the oil to a temperature and viscosity determined by the voltage applied controlled by a unit (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Erwärmungssystem für Pflanzenöl entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heating system for vegetable oil according to the Preamble of claim 1.

Um einen Dieselmotor mit Pflanzenöl zu betreiben, muss das Pflanzenöl aufgrund der höheren Viskosität erwärmt werden. Die Erwärmung des Pflanzenöles erfolgt mit einem Wärmetauscher der vor der Einspritzpumpe angebracht ist. Als Erwärmungs medium wird das durch den Motor erwärmte Kühlwasser benutzt.In order to operate a diesel engine with vegetable oil, the vegetable oil must be based on the higher viscosity. The vegetable oil is also heated a heat exchanger installed in front of the injection pump. As a warming medium, the cooling water heated by the engine is used.

Das Pflanzenöl muss eine weite Strecke (Kraftstoffleitungen, Einspritzpumpe, Einspritzleitungen) zurücklegen bis es vom Wärmetauscher in den Verbrennungs raum gelangt, auf diesem Weg erfolgt eine Abkühlung des Pflanzenöles durch die Umgebungstemperatur.The vegetable oil must cover a long distance (fuel lines, injection pump, Injection lines) put it back from the heat exchanger into the combustion reaches the room, this way the vegetable oil is cooled by the Ambient temperature.

Da die Flügelzellenpumpe in der Einspritzpumpe mehr Pflanzenöl fördert als die Einspritzpumpe benötigt wird ein teil des Pflanzenöles über die Rücklaufleitung wieder in den Pflanzenöltank befördert. Die Erwärmung von Pflanzenöl durch den Wärmetauscher findet vor der Einspritzpumpe statt, d. h. es wird mehr Pflanzenöl erwärmt als man für die Verbrennung benötigt.Because the vane pump in the injection pump delivers more vegetable oil than that Injection pump requires part of the vegetable oil via the return line transported back to the vegetable oil tank. The heating of vegetable oil by the Heat exchanger takes place before the injection pump, i. H. there will be more vegetable oil warmed than needed for combustion.

Da die Erwärmung des Kühlwassers je nach Motortyp, Umgebungstemperatur und Fahrweise relative lange dauert ist der Betrieb des Dieselmotors mit Pflanzenöl in der Aufwärmphase des Kühlwassers nicht möglich. Fahren von kurzen strecken (ca. 3-6 km) mit Pflanzenöl ist deshalb nur eingeschränkt möglich.Because the heating of the cooling water depends on the engine type, ambient temperature and Driving the diesel engine with vegetable oil takes a relatively long time Warm-up phase of the cooling water is not possible. Driving short distances (approx. 3-6 km) with vegetable oil is therefore only possible to a limited extent.

Auch beim warmem Motor kann die Betriebstemperatur des Kühlwasser variieren, da das Kühlwasser je nach Fahrstrecke (Autobahn, Landstraße, Stadtverkehr) mehr oder weniger Erwärmt bzw. Abgekühlt wird.Even when the engine is warm, the operating temperature of the cooling water can vary because the cooling water depending on the route (highway, country road, city traffic) more or less is heated or cooled.

Um eine möglichst geringe Viskosität des Pflanzenöls zu erreichen, ist die Durchschnittstemperatur des Kühlwassers von ca. 70° Celsius nicht ausreichend. Vor allem im Winter bei niedriger Umgebungstemperatur reicht die Kühlwasser temperatur zur ausreichenden Erwärmung des Pflanzenöles nicht aus. Aber selbst bei hoher Kühlwassertemperatur ist die Erwärmung unzureichend da Wärmetauscher keinen 100% Wirkungsgrad besitzen. In order to achieve the lowest possible viscosity of the vegetable oil, the Average temperature of the cooling water of approx. 70 ° Celsius is not sufficient. The cooling water is sufficient, especially in winter when the ambient temperature is low temperature for sufficient heating of the vegetable oil. But yourself at high cooling water temperature, the heating is insufficient because the heat exchanger are not 100% efficient.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Erwärmungssystem zu Entwickeln das unabhängig von der Umgebungstemperatur das Pflanzenöl zu jedem Zeitpunkt der Autofahrt richtig temperiert. Ferner wird nur soviel Pflanzenöl erwärmt wie für die Verbrennung notwendig ist. Durch die schnelle Erwärmung des Pflanzenöles, kann beim Start des Motors sofort mit Pflanzenöl losgefahren werden.The object of the invention is to develop a heating system that is independent from the ambient temperature the vegetable oil at all times during the car journey properly tempered. Furthermore, only as much vegetable oil is heated as for combustion necessary is. Due to the rapid heating of the vegetable oil, at the start of the Motors can be started immediately with vegetable oil.

Diese Aufgabe wird durch das Erwärmungssystem mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.This task is accomplished by the heating system with the features of the claim 1 solved.

Das Erwärmungssystem wird direkt auf die Einspritzdüsen geschraubt deshalb wird das Pflanzenöl kurz bevor es in den Verbrennungsraum gelangt auf die richtige Temperatur erwärmt. Die Abkühlung des Pflanzenöles bis es in den Verbrennungsraum gelangt ist vernachlässigbar klein.The heating system is screwed directly onto the injectors, which is why the vegetable oil just before it gets into the combustion chamber to the right one Temperature warmed. The cooling of the vegetable oil until it is in the Combustion chamber is negligibly small.

Durch die Temperierung des Pflanzenöl nach der Einspritzpumpe wird nur die für die Verbrennung benötigte Menge an Pflanzenöl erwärmt. Diese, im Gegensatz zum Wärmetauscher, geringere Menge kann zum einen schneller, zum anderen besser auf die benötigt Temperatur von 70° Celsius eingestellt werden. Um eine konstante Pflanzenöltemperatur zu erreichen, stellt sich das Erwärmungssystem auf die Einspritzmenge (Standgas bis Vollgas) ein. Die Temperierung des Pflanzenöles erfolgt je nach der zu einspritzenden Menge.By tempering the vegetable oil after the injection pump, only that for the Combustion required amount of vegetable oil warmed. This, in contrast to Heat exchangers, smaller quantities can be faster on the one hand, and better on the other can be set to the required temperature of 70 ° Celsius. To be a constant To reach vegetable oil temperature, the heating system turns on Injection quantity (idle to full throttle). The tempering of the vegetable oil depends on the amount to be injected.

Das Erwärmungssystem ist unabhängig von der Kühlwassertemperatur, d. h. das Pflanzenöl wird sofort nach dem Start des Motors erwärmt und man kann aufgrund dessen auch auf kurzen Strecken mit Pflanzenöl fahren. The heating system is independent of the cooling water temperature, i. H. the Vegetable oil is warmed up immediately after the engine starts and you can due to of which also drive on short distances with vegetable oil.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen und Bilder dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and pictures and are described in more detail below.

Zeichnung 1: Gesamtübersicht des Einspritzmengenabhängiges ErwärmungssystemDrawing 1: Complete overview of the heating system depending on the injection quantity

Zeichnung 2: Technische Zeichnung der Erwärmungseinheit (ohne Glühkerze und Einspritzdüse)Drawing 2: Technical drawing of the heating unit (without glow plug and injector)

Abb. 3: Schaltplan der elektronischen Ansteuerung der Glühkerzen in der Erwärmungseinheit Fig. 3: Circuit diagram of the electronic control of the glow plugs in the heating unit

Bild 1: Erwärmungseinheit mit montierter Glühkerze und Einspritzdüse Image 1: Heating unit with glow plug and injection nozzle installed

Bild 2: Vier Montierte Erwärmungseinheiten auf je vier Einspritzdüsen eines Dieselmotors/Montierter Spindelpotentiometer auf dem Verstellhebel der Einspritzpumpe Fig. 2: Four heating units mounted on four injection nozzles of a diesel engine / mounted spindle potentiometer on the adjustment lever of the injection pump

Bild 3: Gehäuse Temperatursteuerung für die Glühkerze Figure 3: Housing temperature control for the glow plug

Das Einspritzmengabhängige Erwärmungssystem besteht aus den Komponenten 5, 6, 7.The injection system-dependent heating system consists of components 5 , 6 , 7 .

Als Gesamtübersicht dient die Zeichnung 1.Drawing 1 serves as an overview.

Meine Beispielbeschreibung erfolgt an einem Vierzylinder Dieselmotor mit einem Hubraum von 1,6 Liter.My example description is based on a four-cylinder diesel engine with a Displacement of 1.6 liters.

Description of components 1 , 2 , 3 and 4

11

Einspritzpumpe
Injection pump

22

Einspritzleitungen
Injection lines

33

Einspritzdüsen
injectors

44

Vierzylinder Dieselmotor
Four-cylinder diesel engine

Die Komponenten eins bis vier sollen nur zum Erklären der Funktion des Erwärmungssystems dienen. Es sind aber keine Bestandteile des Entwickelten Erwärmungssystems.Components one to four are only intended to explain the function of the Serve heating system. But they are not part of what has been developed Heating system.

Bei einem normalen Dieselmotor wird der Dieselkraftstoff von der Einspritzpumpe (1) über die Einspritzleitungen (2) und Einspritzdüsen (3) in den Motor (4) eingespritzt. Es gibt verschiedene Einspritzverfahren (z. B. direkte Einspritzung, Vorkammer- Verfahren usw.), das Erwärmungssystem Arbeitet mit jedem Einspritzverfahren.In a normal diesel engine, the diesel fuel is injected into the engine ( 4 ) by the injection pump ( 1 ) via the injection lines ( 2 ) and injection nozzles ( 3 ). There are various injection methods (e.g. direct injection, pre-chamber method, etc.), the heating system works with each injection method.

Die Erwärmungseinheit (5) wird zwischen die Einspritzleitungen (2) und Einspritzdüsen (3) eingebaut. Pro Zylinder wird eine Erwärmungseinheit gebraucht, d. h. bei einem Vierzylindermotor müssen vier Erwärmungseinheiten eingebaut werden. Die Erwärmungseinheit ist kompakt und klein Aufgebaut dadurch beansprucht sie sehr wenig Platz. Aufgrund des geringen Platzbedarfes müssen die Einspritzleitungen nicht verkürzt bzw. verlängert werden, die Einspitzleitungen müssen lediglich im Bezug auf ihre Lage an die Erwärmungseinheit angepasst werden. Diese Anpassung kann mit einer Rohrbiegemaschine oder mit einer Rohrzange durchgeführt werden. The heating unit ( 5 ) is installed between the injection lines ( 2 ) and injection nozzles ( 3 ). One heating unit is required for each cylinder, ie four heating units must be installed in a four-cylinder engine. The heating unit is compact and small, which means that it takes up very little space. Due to the small space requirement, the injection lines do not have to be shortened or lengthened; the injection lines only have to be adapted to the heating unit in terms of their position. This adjustment can be carried out with a pipe bending machine or with a pipe wrench.

Die Erwärmungseinheit wird mit der Zeichnung 2 dargestellt.The heating unit is shown with the drawing 2.

Die Erwärmungseinheit (5) besteht als Grundkörper aus einem Sechskantprisma. Als Grundkörper wurde ein Sechskantprisma ausgewählt, da man die Erwärmungseinheit aufgrund dieser Form problemlos mit hohem Drehmoment mit Hilfe eines Werkzeuges (z. B. Gabelschlüssel, Ringschlüssel usw.) auf die Einspritzdüse drehen kann. Von einem Teil des Sechskantprismas wurde der Querschnittverringert (Zylindrische Form), diese Maßnahme war aufgrund der Leckkraftstoffleitungen notwendig. Bei zu großem Querschnitt würde die Erwärmungseinheit, die Leckkraftstoffleitungen die an den Einspritzdüsen angebracht sind, abknicken. In die Erwärmungseinheit sind drei Gewinde eingebracht.The heating unit ( 5 ) consists of a hexagonal prism as the main body. A hexagonal prism was selected as the base body, because due to this shape the heating unit can be easily turned onto the injection nozzle with a high torque using a tool (e.g. open-end wrench, ring spanner, etc.). The cross section of a part of the hexagonal prism was reduced (cylindrical shape), this measure was necessary due to the leakage fuel lines. If the cross-section was too large, the heating unit, the leak fuel lines attached to the injection nozzles, would kink. Three threads are inserted in the heating unit.

G ¼ (Verschraubung-Gewinde): In diese Gewinde wird die Verschraubung für die Einspritzleitung eingebracht.G ¼ (screw connection thread): The screw connection for the Injection line introduced.

M 12 × 1,25 (Glühkerzen-Gewinde): In dieses Gewinde wird die Glühkerze die das Pflanzenöl erwärmt eingeschraubt. Zum Abdichten der Glühkerze wurde am Ende der Bohrung ein Konus mit 63° eingebracht.M 12 × 1.25 (glow plug thread): The glow plug becomes the thread in this thread Vegetable oil warmed screwed in. To seal the glow plug was finished introduced a 63 ° cone into the bore.

M 12 × 1,5 (Einspritzdüsen-Gewinde): Dieses Gewinde wird zum festschrauben der Erwärmungseinheit auf die Einspritzdüse benützt.M 12 × 1.5 (injection nozzle thread): This thread is used to screw the Heating unit used on the injector.

Die Gewindearten und Gewindegrößen beziehen sich auf meinen Dieselmotor mit dem ich das Erwärmungssystem getestet habe. Form und Größe kann je nach Einspritzleitung, Glühkerze und Einspritzdüse variieren.The thread types and thread sizes refer to my diesel engine which I have tested the heating system. Shape and size may vary The injection line, glow plug and injector vary.

Das Pflanzenöl (braun schraffierte Fläche) tritt im Punkt 1 über eine Verschraubung an der die Einspritzleitung angeschraubt ist in die Erwärmungseinheit ein. Im Punkt 2 tritt das Pflanzenöl wieder aus der Erwärmungseinheit aus und gelangt in die Einspritzdüse. Zwischen dem Punkt 1 und Punkt 2 wird das Pflanzenöl mit einer Glühkerze erwärmt. Die Glühkerze wird mit elektrischem Storm von der Autobatterie erwärmt, dadurch ist die Erwärmungseinheit unabhängig vom Kühlwasser des Motors. Zur Erwärmung wurde eine Glühkerze ausgewählt, da die Glühkerze dem hohen Druck der sich in der Erwärmungseinheit aufbaut, standhält. Außerdem kann man Glühkerzen durch Regelung der Spannung auf eine bestimmte Temperatur einstellen.The vegetable oil (brown hatched area) enters the heating unit at point 1 via a screw connection to which the injection line is screwed. In point 2 , the vegetable oil emerges from the heating unit and enters the injection nozzle. Between points 1 and 2 , the vegetable oil is heated with a glow plug. The glow plug is heated with an electric current from the car battery, which means that the heating unit is independent of the engine's cooling water. A glow plug was selected for heating because the glow plug withstands the high pressure that builds up in the heating unit. Glow plugs can also be adjusted to a specific temperature by regulating the voltage.

Beim anbringen einer 12 Volt Gleichspannung fängt die in die Erwärmungseinheit eingebrachte Glühkerze an zu glühen. Bei diesen hohen Temperaturen zersetzt sich das Pflanzenöl. Deshalb wird die Temperatur der Glühkerze über eine elektronische Schalteinheit eingestellt. Die Temperatur des Pflanzenöles sollte auf 70° Celsius eingestellt werden.When a 12 volt DC voltage is applied, it starts in the heating unit inserted glow plug to glow. It decomposes at these high temperatures the vegetable oil. Therefore the temperature of the glow plug is controlled by an electronic Switching unit set. The temperature of the vegetable oil should be at 70 ° Celsius can be set.

Tabelle 1.) Table 1.)

Temperatur abhängig von der Spannung (Versuchsreihe) Temperature depending on the voltage (series of tests)

Bei einer Spannung von 1,2 bis 1,5 Volt stellt sich die Temperatur der Glühkerze auf 70° Celsius ein. Mit Hilfe eines einstellbaren Spannungsregler wird die Spannung von 1,2 bis 1,5 Volt eingestellt.The temperature of the glow plug rises at a voltage of 1.2 to 1.5 volts 70 ° Celsius. With the help of an adjustable voltage regulator, the voltage set from 1.2 to 1.5 volts.

Die elektronische Steuerung für die Spannungseinstellung der Glühkerze wird mit Zeichnung 3 dargestellt.The electronic control for the voltage setting of the glow plug is included Drawing 3 shown.

Zum einstellen der Spannung dient ein Spannungsregler des Typus LM 338 von der Firma National Semicoductors. Es kann aber jeder beliebige andere Spannungsregelung verwendet werden der folgende Anforderungen erfüllt:
Der Spannungsregler sollte die Eingangsspannung von 12 Volt auf 1,2 Volt herunterregeln können und es sollte ein Strom von bis zu 5 Ampere fließen.A voltage regulator of type LM 338 from National Semicoductors is used to set the voltage. However, any other voltage regulation can be used that meets the following requirements:
The voltage regulator should be able to reduce the input voltage from 12 volts to 1.2 volts and a current of up to 5 amps should flow.

Für jede Glühkerze ist ein Spannungsregler des Typus LM 338 notwendig, d. h. es sind vier Spannungsregler mit jeweiliger elektronischer Schaltung für einen Vierzylindermotor notwendig. Als Alternative könnte man auch zwei Spannungsregler mit je 10 A (4.5 A) verwenden. Mit diesen Leistungsfähigeren Spannungsregler könnte man Platz für die Unterbringung des Schaltkasten einsparen, allerdings kosten die zwei Spannungsregler (10 A) mehr als die vier Spannungsregler mit einem Strom von 5 A.For each glow plug, a type LM 338 voltage regulator is required. H. it are four voltage regulators, each with electronic circuit for one Four-cylinder engine necessary. As an alternative, you could also use two voltage regulators use 10 A (4.5 A) each. With these more powerful voltage regulators you could save space for housing the control box, however the two voltage regulators (10 A) cost more than the four voltage regulators a current of 5 A.

Um die Ausgangsspannung von 1,2 bis 1,5 Volt einzustellen ist ferner noch eine elektronische Schaltung und ein Spindelpotentiometer (R2, 6) notwendig ist. Je nach dem wie groß der Widerstand R2 dimensioniert wird, wird die Spannung zwischen 1,2 und 12 Volt geregelt. Die Kondensatoren c1 und c2 dienen zum unterdrücken von Spannungsschwankungen. Die Dioden D1 und D2 sollen die Schaltung Kurzschlusssicher machen.In order to set the output voltage from 1.2 to 1.5 volts, an electronic circuit and a spindle potentiometer (R2, 6 ) are also required. Depending on the size of resistor R2, the voltage is regulated between 1.2 and 12 volts. The capacitors c1 and c2 serve to suppress voltage fluctuations. The diodes D1 and D2 are intended to make the circuit short-circuit proof.

Bei einer Temperatur der Glühkerzen von 70°C wird das Pflanzenöl im Stangasbetrieb des Motors (minimale Einspritzmenge) ausreichend erwärmt. Bei einer größeren Einspritzmenge ist die Erwärmung des Pflanzenöles auf 70° Celsius nicht mehr gewährleistet. Beim durchdrücken des Gaspedals wird mehr Pflanzenöl eingespritzt, d. h. in der gleichen Aufwärmzeit wird mehr Pflanzenöl eingespritzt. Auf Grund dieser Tatsache muss die Glühkerze bei größerer Einspritzmenge auf eine höhere Temperatur gebracht werden. Durch eine Temperaturzunahme der Glühkerze kann bei höher Einspritzmenge die Temperatur des Pflanzenöls von ca. 70° Celsius konstant gehalten werden.At a glow plug temperature of 70 ° C, the vegetable oil in the Stangas operation of the engine (minimum injection quantity) warmed up sufficiently. at A larger injection quantity is the heating of the vegetable oil to 70 ° Celsius no longer guaranteed. When you press the accelerator pedal, more vegetable oil becomes injected, d. H. more vegetable oil is injected in the same warm-up time. On Because of this fact, the glow plug must have a larger injection quantity brought higher temperature. Due to an increase in temperature of the glow plug With a higher injection quantity, the temperature of the vegetable oil of approx. 70 ° Celsius be kept constant.

Beim Durchdrücken des Gashebels schlägt der Verstellhebel der Einspritzpumpe aus. Je nach dem wie weit der Verstellhebel ausschlägt, wird mehr oder weniger Pflanzenöl eingespritzt. Der Spindelpotentiometer (R2, 6), der die Spannung abhängig vom Widerstand einstellt, wird über eine Schraube mit dem Verstellhebel verbunden. Der Spindelpotentiometer wurde so eingestellt das im Leerlauf (Gaspedal nicht gedrückt) sich die Spannung von 1,2 V einstellt und somit die Temperatur der Glühkerze ca. 65°C beträgt. Beim kompletten Ausschlag des Verstelehebels regelt der Spannungsregler die Spannung auf 2,4 V hoch, die Temperatur stellt sich auf ca. 130°C ein. Somit wurde ein Erwärmungssystem Entwickelt das je nach Einspritzmenge die Temperatur der Glühkerze an die zu erwärmende Pflanzenölmenge anpasst.When the accelerator lever is pushed through, the adjustment lever of the injection pump deflects. Depending on how far the adjustment lever swings, more or less vegetable oil is injected. The spindle potentiometer (R2, 6 ), which adjusts the voltage depending on the resistance, is connected to the adjusting lever with a screw. The spindle potentiometer was set in such a way that the voltage of 1.2 V is set when idling (accelerator pedal not pressed) and the temperature of the glow plug is therefore approx. 65 ° C. When the adjusting lever is deflected completely, the voltage regulator regulates the voltage to 2.4 V, the temperature adjusts to approx. 130 ° C. Thus, a heating system was developed that adjusts the temperature of the glow plug to the amount of vegetable oil to be heated, depending on the injection quantity.

Claims

1. Heating system consisting of ( 5 ), ( 6 ), ( 7 ) for heating vegetable oil, characterized in that the vegetable oil is heated depending on the amount of vegetable oil to be injected.

2. Heating system according to claim 1, characterized in that the heating unit ( 5 ) is screwed onto the injection nozzle ( 3 ).

3. Heating system according to claim 1 or 2, characterized in that a glow plug, which from above into the Heating unit is screwed in, the vegetable oil is heated.

4. Heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the injection lines ( 2 ) are screwed onto the heating unit ( 5 ).

5. Heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the glow plug is regulated by means of an electronic circuit ( 7 ) (voltage regulation).

6. Heating system according to one of the preceding claims, characterized in that a spindle potentiometer ( 6 ) which is connected to the adjusting lever of the injection pump, dimensions the output voltage of the electronic circuit.