Forschungs- und Innovationsprojekt SAVEbio
Ablagerungsvermeidung an Einspritzdüsen

Es ist ein Kraftstoffinjektor mit leichten äußeren Ablagerungen an den Einspritzöffnungen zu sehen, welcher aus einem Traktor mit Common-Rail Einspritzsystem stammt.

In modernen Landmaschinen wird der Kraftstoff unter hohem Druck durch zunehmend kleinere Düsenöffnungen in den Brennraum eingespritzt. Der so fein zerstäubte Kraftstoff kann besonders effizient und schadstoffarm verbrennen. Die Qualität der Einspritzung und damit auch der Verbrennungsprozess werden jedoch von inneren und äußeren Ablagerungen am Kraftstoffinjektor beeinträchtigt. Ziel des Projekts ist es, Strategien zur Vermeidung von Injektor-Ablagerungen bei Landmaschinen bei wechselndem Einsatz von Kraftstoffen, wie zum Beispiel Dieselkraftstoff, Biodiesel und Rapsölkraftstoff zu entwickeln. Das TFZ übernimmt dabei die Identifizierung kritischer Betriebspunkte, die zur verstärkten Ablagerungsbildung führen. Daneben erfolgen Untersuchungen, um zum einen Ablagerungen frühzeitig zu erkennen und zum anderen wirksame Maßnahmen zu deren Vermeidung zu finden.

Ziel

Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist es, Pflanzenöl als wichtigen Kraftstoff in eine Multi-Fuel Strategie zu integrieren. Im Wesentlichen sollen hierfür einsatzbereite Strategien zur Minderung und Vermeidung von inneren und äußeren Ablagerungen am Dieselinjektor beim Einsatz von Pflanzenölkraftstoff in der Landwirtschaft entwickelt werden. Für beide Ablagerungstypen sollen zunächst kritische Betriebspunkte (Fahrzyklen), die zu verstärkter Ablagerungsbildung führen können, identifiziert werden. Danach sollen Strategien zur Vermeidung von Ablagerungen sowie bei bereits vorhandenen Ablagerungen eine Injektor-Regeneration im laufenden Betrieb entwickelt werden. Schließlich sollen aussichtsreiche Strategien zur Einsatzreife geführt werden.

Methode

  • Erfassung der Einsatzbedingungen von Injektoren in ein bis zwei Traktoren im Praxiseinsatz
  • Identifizierung charakteristischer Einsatzbedingungen und Ableiten von Prüfzyklen
  • Alterung und Begutachtung von Injektoren
  • Testläufe mit verschiedenen Kraftstoffen am Traktorenprüfstand
  • Ermittlung von Kenndaten, die die Bildung von Ablagerungen am Injektor beschreiben
  • Entwicklung von Strategien zur Vermeidung von Ablagerungen
  • Validierung von Maßnahmen zur Vermeidung von Ablagerungen an Injektoren im Traktormotor
Ein grüner Schlepper fährt bei diesigem Wetter mit Scheibenegge von rechts hinten nach links vorne auf einem Acker.

Rapsöltraktor im Praxiseinsatz

Ein grüner Schlepper steht umgeben von Meßgeräten auf dem Traktorenprüfstand in einem Gebäude.

Traktorenprüfstand des Technologie- und Förderzentrums

Vier Flaschen mit Flüssigkeiten von klar, hellgelb, mittelgelb bis bräunlich stehen aufgereiht im Vordergrund, im Hintergrund sind verschwommen zwei Forscher vor einem Traktor zu sehen.

Einfluss unterschiedlicher Kraftstoffe auf Ablagerungen an Injektoren

Ein Mann steht in erklärender Haltung vor dem geöffneten Versuchsmotor

Motorprüfstand des Projektpartners regineering GmbH

Injektorenprüfstand des Projektpartners Oel-Wärme-Instituts gGmbH

Injektorenprüfstand des Projektpartners Oel-Wärme-Instituts gGmbH

Ein aus dem Motor ausgebauter Injektor liegt waagerecht auf Oberfläche. Es sind keine Ablagerungen zu sehen.

Injektorbegutachtung unter dem Mikroskop

Projektergebnisse

Im Praxiseinsatz traten an zwei pflanzenöltauglichen Traktoren der Abgasstufe IV Ablagerungen an Injektoren auf, welche zu einer geringfügigen Leistungsminderung von 6 % und 10 %, führten. Die Nutzbarkeit der Traktoren für landwirtschaftliche Arbeiten und das Emissionsverhalten werden dadurch jedoch nicht signifikant beeinflusst. Die Ablagerungsbildung wird bekanntermaßen durch hohe Kraftstofftemperaturen im Tank und Bauteile mit katalytisch wirkenden Metallen im Kraftstoffsystem begünstigt. Beide Ursachen können durch einfache konstruktive Maßnahmen und die Wahl geeigneter Materialien ausgeschlossen werden. Die Messwerte für Leistung, Emissionen und Zylinderdruck eines dritten rapsöltauglichen Traktors der Abgasstufe IIIA aus dem Praxiseinsatz bestätigen die volle Funktionsfähigkeit der Injektoren auch nach einer Laufzeit von 5.600 Betriebsstunden (Bh).
Die Messungen am Traktorenprüfstand zeigen keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen den Abgasemissionen und den Ablagerungen an den Injektoren. Eine wesentliche Zeigergröße ist hingegen die Leistung, die allerdings nur in einem vergleichsweise geringen Umfang sinkt und sich auf einem Gleichgewichtsniveau einstellt, so dass der Effekt üblicherweise im praktischen Betrieb nicht wahrgenommen wird. Der Einbau von Injektoren am Traktor, welche am Injektorprüfstand künstlich gealtert wurden, führte ebenso wie bei im Praxiseinsatz gealterten Injektoren zu einer Leistungsminderung. Die Ablagerungen, hervorgerufen durch den Praxiseinsatz, unterschieden sich allerdings in ihrer Auswirkung auf die Einspritzmenge und den Motorwirkungsgrad von den Ablagerungen, die am Injektorprüfstand erzeugt wurden.
Injektorablagerungen lassen sich durch die zeitweise Verwendung von Biodiesel als Kraftstoff, z. B. in der Größenordnung einer Tankfüllung, reduzieren. Zum Einsatz von Additiven in Rapsölkraftstoff zur Verringerung von Ablagerungen lassen sich noch keine eindeutigen Aussagen treffen.

SAVEbio-Abschlussbericht pdf 7,5 MB

Projektinformationen
Projekttitel: SAVE bio – Strategien zur Ablagerungsvermeidung an Einspritzdüsen beim Multi-Fuel Einsatz biogener Kraftstoffe – Teilvorhaben 5: Untersuchungen an rapsöltauglichen Traktoren
Projektleitung: Dr. Edgar Remmele
Projektbearbeiter: Johannes Ettl
Laufzeit: 01.07.2017 - 31.12.2019
Finanzierung: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.
Förderkennzeichen: 22402817
Projektpartner: TEC4FUELS GmbH, regineering GmbH, Oel-Wärme-Institut gGmbH (OWI), ERC Additiv GmbH

Logo: Gefördert durch: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages