Modellbasierte Kraftstofferkennung im Dieselmotor

Zusammenfassung

Der landwirtschaftliche Sektor eignet sich besonders für die Nutzung von naturbelassenem Rapsöl als Kraftstoff. Durch dezentrale Ölmühlen bleiben die Transportwege kurz und der Landwirt kann seinen eigenen Kraftstoff herstellen [1]. Diese Selbstversorgung mit erneuerbaren Energien eröffnet den Betrieben zusätzliches Wertschöpfungspotenzial [2]. Die Marktdurchdringung von Rapsölkraftstoff ist jedoch seit Jahrzenten gering. Einer der Gründe hierfür ist die Preisvolatilität von biogenen Kraftstoffen.

Um diese wirtschaftlichen Probleme zu überwinden hat John Deere das MuSt5 Forschungsprojekt gestartet (Projekt: „Entwicklung und Feldtest eines Abgasstufe 5 Multi-Fuel-Traktors mit der Möglichkeit des flexiblen Einsatzes von Diesel- und Pflanzenölkraftstoffen (MuSt5, development and field test of a multifuel tractor complying with EU Stage V emission regulations running on diesel and plant oil based fuels), gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Projekt Nr.: 22408217, Partner; TU Kaiserslautern, TFZ Straubing, TU Darmstadt, UFOP e. V.). Hierbei wird ein Traktor angestrebt, welcher mit Diesel- und Rapsölkraftstoff betrieben werden kann. Der Traktor soll den Kraftstoff bzw. das Kraftstoffgemisch im Tank erkennen und den Motor optimal hinsichtlich Leistung, Verbrauch und Emissionen auf den Kraftstoff einstellen.

Rapsöl und Dieselkraftstoff haben einen unterschiedlichen Sauerstoffbedarf. Das im folgenden vorgestellte Verbrennungsmodell berechnet für jedes Mischungsverhältnis (0–100 % Diesel) zwischen Diesel und Rapsöl die eingespritzte Kraftstoffmasse und im Anschluss in Kombination mit dem Luftmassenstrom den theoretischen O₂-Anteil im Abgas. Dieser wird mit dem gemessenen O₂-Wert verglichen, sodass auf das verwendete Mischungsverhältnis geschlossen werden kann.

Die Ergebnisse zeigen eine korrekte Kraftstofferkennung für Diesel, Rapsöl und verschiedene Mischungsverhältnisse beider Kraftstoffe mit einer Genauigkeit von ca. ±5 %. Die Qualität der Kraftstofferkennung hängt stark von den Lastpunkten ab, in denen der Motor betrieben wurde. Zusätzlich wird eine Verbrennungsluftregelung vorgestellt, welche ohne zusätzliche Einspritzkennfelder die Leistung regelt. Dies hat den Vorteil, dass eine Leistungsregelung unabhängig vom Kraftstoff möglich ist, solange der Kraftstoff ein ähnliches H-C-Verhältnis wie Diesel hat.