Auswirkung eines Blendkraftstoffes mit 20 Prozent Sojamethylesteranteil und niedriger Oxidationsstabilität auf den dieselmotorischen Betrieb

Abstract

Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von fossilen Energieträgern wie Erdöl und durch internationale Abkommen immer strenger limitierte Treibhausgasemissionen spielt der Einsatz erhöhter Anteile an Biokraftstoffen eine wichtige Rolle. Fettsäuremethylester, oder im Volksmund besser bekannt als Biodiesel, sind aktuell wichtigste Substitute zu fossilem Diesel und eignen sich sehr gut als Blendkomponenten. Biodiesel besitzt allerdings im Vergleich zu fossilem Diesel eine unterschiedliche chemische Struktur und physikalische Eigenschaften. Besonders bei starken Temperaturschwankungen und unter Einfluss von Sauerstoff neigen FAME zur Oxidation - auch als Alterung bezeichnet. Dies kann im schlimmsten Fall zur Bildung von Feststoffen, einer sogenannten Polymerisation des Kraftstoffs, führen. Ziel der Arbeit war es, die Auswirkungen eines stark gealterten Biodieselblends - jedoch ohne feste Oxidationsprodukte gebildet zu haben - mit 20% FAME-Anteil auf den Betrieb eines serienmäßigen 4 Zylinder 2,0l Dieselmotors mit Dieseldirekteinspritzung zu untersuchen und mit Werten des ungealterten Kraftstoffes und fossilem Diesel zu vergleichen. In Emissionsmessungen konnten beim Betrieb mit dem Biodieselblend Abnahmen in den Konzentrationen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid festgestellt werden. Des Weiteren zeigten sich geringere Rußwerte. Im Gegensatz dazu wurden bei der Verfeuerung des Biodieselblends in den Stickoxiden höhere Emissionen gemessen. Biodiesel hat den Ruf, die Ablagerungsbildung an den Injektoren zu fördern. Im Rahmen eines Dauerlaufs wurden starke Verkokungen an den Injektoren in drei der vier Zylinder festgestellt, die den Motorbetrieb nach einer Laufzeit von 150 Stunden stark beeinträchtigten. Eine durch den Biodieselbetrieb wesentliche AGR-Kühler-Versottung konnte im Dauerlauf nicht festgestellt werden. Bei Ölverdünnungsuntersuchungen wurden wesentliche Auswirkungen von Biodiesel in Bezug auf den Kraftstoffeintrag in das Motoröl nachgewiesen.

Limited availability of fossil energy sources like mineral oil and international agreements on the reduction of greenhouse gases require bio fuels in higher ratios as substitutes of fossil fuels. Fatty acid methyl esters, or better known as biodiesel, are one of the most important substitutes of fossil diesel and are very suitable for blending with conventional diesel. Compared to fossil diesel, biodiesel has several differences in its chemical structure and physical properties. The influence of significant temperature fluctuations and the impact of oxygen may cause oxidation processes in FAME. The worst case of oxidation may lead to polymerization products within the biodiesel. Object of this thesis was to investigate, if the operation of a serial 4 cylinder 2,0l diesel-direct-injection engine with a biodiesel blend of 80% fossil diesel and 20% FAME with very low oxidation stability - an oxidation level without any polymerization products within the biodiesel fuel - may cause any operational problems. Furthermore the results of oxidized biodiesel should be compared to those of not oxidized biodiesel and fossil diesel. The monitoring of the emissions pointed out that there have been decreases in concentrations of unburned hydrocarbons, carbon monoxide and carbon dioxide within the operation with the biodiesel blend. In addition the bio fuels have led to lower filter smoke numbers. In contrast to the mentioned results, measurements of nitrogen oxides during the operation with the biodiesel blend have shown higher concentrations than with fossil diesel. FAME blends are considered to promote the formation of deposits on injector nozzles. During a long term run serious deposits on injector nozzles have been found in three of four cylinders. After about 150 hours the operation of the engine has been strongly affected by the deposits on the injector nozzles. Optical observations of the EGR-intercooler have not shown any problems regarding EGR-intercooler-sooting. Oil dilution investigations indicated that the operation with a biodiesel blend has led to a significant higher fuel entry to the lubrication oil than with fossil diesel.