Способ оценки эффективности моющих присадок, применяемых в бензинах

Изобретение относится к измерительной технике. Способ предусматривает подачу топлива во впускную систему двигателя с последующим взвешиванием отложений, образовавшихся на сменной металлической пластине. Во впускную систему двигателя дополнительно, раздельно с испытуемым топливом подают загрязнитель, представляющий собой раствор тяжелых нефтяных фракций, испытания проводят при цикличном режиме, включающем нагревание сменной металлической пластины до температуры в пределах 150-250°С и выдержку при этой температуре, перед взвешиванием сменную металлическую пластину обрабатывают легкоиспаряющимся углеводородным растворителем с последующим просушиванием, и об эффективности моющих присадок судят путем сравнения количества отложений на металлической пластине при испытании топлива с присадкой и без нее. Технический результат: разработан краткосрочный лабораторный способ оценки эффективности моющих присадок, применяемых в автомобильных бензинах, для поддержания чистоты во впускной системе двигателя, характеризующийся достоверностью оценки и позволяющий проводить подбор концентрации присадки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к способу оценки эффективности моющих присадок, применяемых в автомобильных бензинах для поддержания чистоты во впускной системе двигателей с искровым зажиганием.

Известны методы длительных (60-100 часов) стендовых испытаний, имеющих целью оценку моющих свойств топлив, и заключающиеся в том, что на выбранных режимах полноразмерного многоцилиндрового двигателя, в условиях подачи на впуск картерных и отработавших газов проводят испытания на топливе без присадки и с оцениваемой присадкой. (Всемирная топливная хартия. WWFC. ACEA, Alliance, EMA, JAMA. December 2002). После испытаний двигатель частично разбирают и сравнивают массу отложений на отдельных деталях впускной системы.

Недостатком этих методов является большая трудоемкость, продолжительность и стоимость испытаний, что исключает возможность их использования при решении задач отработки композиции топлива с присадкой и контроля наличия в топливе эффективной моющей присадки.

Известен краткосрочный способ оценки моющих свойств бензина и присадок, сущность которого заключается в подаче испытуемого продукта во впускную систему двигателя на контрольную поверхность (сетку), куда дополнительно, раздельно с испытуемым топливом подают специальный раствор загрязнителя и оценку моющих свойств ведут по перепаду давления на контрольной поверхности. Раствор загрязнителя имитирует поступление во впускную систему картерных газов, являющихся одним из источников образования отложений. Продолжительность метода 3 часа, начальный расход топлива 1000 мл/ч. (Авт.св. СССР №765732, 1980).

Недостатком данного способа является то, что он предназначен для определения эффективности моющих присадок, предназначенных для поддержания чистоты лишь одного узла впускной системы - карбюратора, для которого характерна работа при температурах не выше 70°С, однако в настоящее время большинство автомобилей комплектуются двигателями с инжекторной системой топливоподачи, конструкция которых исключает наличие карбюратора. Такой переход к двигателям характерен и для автомобильного парка России. Для этих двигателей важной задачей сохранения в процессе эксплуатации экономических и экологических показателей является обеспечение чистоты поверхности узлов впускной системы, работающих в зоне впрыска топлива, впускных клапанов, для которых характерны температуры до 150-250°С.

Решение этой проблемы с помощью присадок потребовало разработки новых ускоренных методов оценки моющих присадок для впускной системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ оценки склонности бензинов к смолообразованию во впускной (всасывающей) системе двигателя, который заключается в том, что смолообразующую способность топлива определяют путем взвешивания смолистых отложений, образовавшихся на сменных металлических вставках, помещенных во всасывающий коллектор двигателя, например, одноцилиндровой установки ИТ9-2, при работе на режиме в продолжение 1 часа и при затрате 1,5 кг испытуемого образца топлива. (Авт.св. СССР №148301, 1962).

Недостатком способа, изложенного в прототипе, является то, что он направлен на определение склонности к образованию отложений смол из топлива, не содержащего моющей присадки, однако непригоден для определения эффективности моющих присадок, применяемых в автомобильных бензинах, для поддержания чистоты во впускной системе двигателей с замкнутой системой вентиляции картера.

Как показали исследования, при испытании бензина с моющими присадками в соответствии со способом, изложенным в авт.св. СССР №148301, происходит не уменьшение (как ожидалось, так как эти присадки показали высокую эффективность в дорожных и стендовых испытаниях), а наоборот, увеличение отложений по сравнению с базовым топливом, что, по-видимому, связано с наличием на сменных металлических вставках неиспарившегося топлива и присадки (смотри сравнительный пример №1).

Задачей предлагаемого изобретения является разработка краткосрочного лабораторного способа оценки эффективности моющих присадок, применяемых в автомобильных бензинах для поддержания чистоты во впускной системе двигателя, характеризующегося достоверностью оценки и позволяющего проводить подбор концентрации присадки.

Поставленная задача решается предлагаемым способом оценки эффективности моющих присадок, применяемых в автомобильных бензинах, путем подачи топлива во впускную систему двигателя с последующим взвешиванием отложений, образовавшихся на сменной металлической пластине, помещенной во впускной патрубок.

Способ отличается тем, что во впускную систему двигателя дополнительно, раздельно с испытуемым топливом подают загрязнитель, представляющий собой раствор тяжелых нефтяных фракций, испытания проводят при цикличном режиме, включающем нагревание сменной металлической пластины до температуры в пределах 150-250°С и выдержку при этой температуре, перед взвешиванием сменную металлическую пластину обрабатывают легкоиспаряющимся углеводородным растворителем с последующим просушиванием, и об эффективности моющих присадок судят путем сравнения количества отложений на металлической пластине при испытании топлива с присадкой и без нее.

Следует отметить, что в качестве загрязнителя используют раствор тяжелых нефтяных фракций, предпочтительно раствор битума и мазута в смеси растворителей нефраса и толуола, режим нагревания осуществляют при продолжительности в пределах от 10 до 15 минут, а выдержку - в пределах от 15 до 30 минут. Перед взвешиванием сменную металлическую пластину помещают на 5-10 минут в легкоиспаряющийся углеводородный растворитель, в качестве которого используют, например, гептан.

При испытании используют цикличный режим, состоящий преимущественно из 3-5 циклов, включающий режим нагревания до температуры в пределах 150-250°С, обусловленной температурой в зоне впрыска топлива, и режим выдержки при той же температуре.

В качестве загрязнителя используют предпочтительно раствор битума БН 50/50 в концентрации 0,025 мас%. и мазута М-100 в концентрации 0,025 мас.%, в смеси растворителей, состоящей из 75 об.% нефраса (БР-2) и 25 об.% толуола.

Дополнительная подача во впускную систему двигателя раствора загрязнителя раздельно с топливом позволяет имитировать поступление во впускную систему картерных газов, а также накопить за относительно короткое время количество отложений, достаточное для дифференцирования присадок.

Применение цикличного испытательного режима, состоящего преимущественно из 3-5 циклов, при чередовании режимов нагревания и выдержки в течение определенного времени позволяет создать наиболее благоприятные условия для дальнейшего накопления отложений.

Использование стадии обработки металлической пластины перед взвешиванием легкоиспаряющимся углеводородным растворителем с последующим просушиванием сжатым воздухом позволяет удалить с пластины неиспарившееся топливо и присадку.

При оценке эффективности моющих присадок использовали товарные бензины марки АИ-95Э (ТУ 38.401-58-244-99 с изм. 1-5) и АИ-95Ф (ТУ 38.401-58-89-94 с изм. 1-3), а также зарубежные моющие присадки на основе полиолефиналкилфенолов известных фирм BASF, Ethyl Corp., высокая эффективность которых подтверждена дорожными и стендовыми испытаниями.

Для осуществления предложенного способа на установке, например, ИТ9-2 или УИТ-65, для подачи раствора загрязнителя во впускную систему двигателя был дополнительно установлен диффузор и распылитель. Накопление отложений во впускной системе двигателя происходит на металлической пластине (например, алюминиевой), которая помещается во впускной патрубок. Для установления и контроля заданного состава топливовоздушной смеси и загрязнителя в систему подачи топлива введены жиклеры с регулируемым сечением, приборы объемного контроля расхода жидкости, а для поддержания заданных температур воздуха и контрольной пластины во впускной системе установлены электронагреватели. Температура воздуха контролируется ртутным термометром, а температура металлической пластины во впускном патрубке термопарой.

По мере работы двигателя на металлической пластине происходит накопление отложений, количество которых изменяется в зависимости от эффективности моющей присадки. Продолжительность испытания 3 часа, расход топлива составляет 0,9 кг/ч, расход раствора загрязнителя 0,3 кг/ч.

Эффективность моющей присадки определяют по массе отложений, накопившихся на металлической пластине за время испытания, по сравнению с базовым топливом, в которое она была введена.

Количество отложений рассчитывают по формуле:

KO=M₁-М₀, где

М₀ - масса металлической пластины до испытания;

M₁ - масса металлической пластины после испытания.

Эффективность моющих присадок в %-ах рассчитывается по формуле:

Э=100·(1-КО_п/КО_б), где

КО_п - количество отложений при работе бензина с моющей присадкой;

КО_б - количество отложений при работе на бензине без присадки.

Пример 1 (сравнительный)

Производят оценку эффективности моющих присадок в соответствии со способом, изложенным в авт.св. СССР №148301. Для этого используют установку ИТ9-2 (или УИТ-65) при работе на режиме в продолжение 1 ч при расходе топлива 1,5 кг. В качестве топлив применяют товарные бензины АИ-95Э и АИ-95Ф, а в качестве моющих присадок - Hitec (фирмы Ethyl Corp) и Keropur (фирмы BASF) в концентрации 0,05 мас.%. После испытания производят взвешивание отложений, образовавшихся на сменной металлической пластине, помещенной во впускной патрубок двигателя. Результаты испытаний представлены в табл.1.

Таблица 1
Наименование	Количество отложений, мг
АИ-95Э	42
АИ-95Э + присадка Keropur	145
АИ-95Э + присадка Hitec	105
АИ-95Ф	69
АИ-95Ф + присадка Keropur	177
АИ-95Ф + присадка Hitec	144

Как видно из данных таблицы 1, при использовании эффективных моющих присадок Hitec и Keropur, количество отложений на сменной металлической пластине, помещенной во впускной патрубок двигателя, не уменьшается по сравнению с базовым топливом, а увеличивается, что говорит о непригодности этого метода для оценки эффективности моющих присадок.

Пример 2.

Производят оценку эффективности моющих присадок, используя модифицированную для подачи загрязнителя установку ИТ9-2 (или УИТ-65). Продолжительность испытания 3 часа, расход топлива составляет 0,9 кг/ч, расход раствора загрязнителя 0,3 кг/ч. В качестве топлив применяют товарные бензины АИ-95Э и АИ-95Ф, а в качестве моющих присадок - Hitec - (фирмы Ethyl Corp) и Keropur (фирмы BASF) в концентрации 0,05 мас.%.

Применяют 4-цикловый режим испытания. Испытание проводят при температуре в пределах 150-250°С при чередовании режимов нагревания и выдержки, причем режим нагревания осуществляют при продолжительности 10 минут, а выдержку - в течение 20 минут. В качестве загрязнителя используют раствор битума и мазута в концентрации 0,025 мас.% каждого в смеси растворителей, состоящей из 75 об.% нефраса и 25 об.% толуола. После завершения испытания перед взвешиванием сменную металлическую пластину помещают на 5 минут в легкоиспаряющийся углеводородный растворитель, например в гептан, после чего просушивают. После испытания производят взвешивание отложений, образовавшихся на сменной металлической пластине. Об эффективности моющих присадок судят путем сравнения количества отложений на металлической пластине при испытании топлива с присадкой и без нее.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 следует, что предлагаемый способ оценки эффективности моющих присадок, применяемых в автомобильных бензинах, для поддержания чистоты во впускной системе двигателя дает возможность достоверной оценки эффективности моющих присадок, т.е. количество отложений на металлической пластине после испытания топлива без присадки значительно превышает количество отложений после испытания топлива с присадкой.

Аналогичные результаты получены при испытании топлив с другими известными моющими присадками.

Таблица 2.
Наименование	Количество отложений, мг
АИ-95Э	66
АИ-95Э + присадка Keropur	25
АИ-95Э + присадка Hitec	14
АИ-95Ф	72
АИ-95Ф + присадка Keropur	26
АИ-95Ф + присадка Hitec	17

На чертеже показана зависимость эффективности моющей присадки Hitec, рассчитанной по формуле Э=100·(1-КО_п/КО_б), от концентрации присадки. Как видно из данных, представленных на чертеже, предлагаемый способ позволяет проводить подбор концентрации присадки.

Таким образом, разработан краткосрочный лабораторный способ оценки эффективности моющих присадок, применяемых в автомобильных бензинах, для поддержания чистоты во впускной системе двигателя, характеризующийся достоверностью оценки и позволяющий проводить подбор концентрации присадки.

1. Способ оценки эффективности моющих присадок, применяемых в бензинах, путем подачи топлива во впускную систему двигателя с последующим взвешиванием отложений, образовавшихся на сменной металлической пластине, помещенной во впускной патрубок двигателя, отличающийся тем, что во впускную систему двигателя дополнительно, раздельно с испытуемым топливом подают загрязнитель, представляющий собой раствор тяжелых нефтяных фракций, испытания проводят при цикличном режиме, включающем нагревание сменной металлической пластины до температуры в пределах 150-250°С и выдержку при этой температуре, перед взвешиванием сменную металлическую пластину обрабатывают легкоиспаряющимся углеводородным растворителем с последующим просушиванием и об эффективности моющих присадок судят путем сравнения количества отложений на металлической пластине при испытании топлива с присадкой и без нее.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве загрязнителя используют раствор битума и мазута в смеси растворителей нефраса и толуола.