Способ оценки моющей способности бензиновых и дизельных топлив и их влияния на технико-экономические и экологические характеристики двигателя
Владельцы патента RU 2542734:
Мохнаткин Эдуард Михайлович (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный Центр Сертификации" (RU)
Белякова Людмила Эдуардовна (RU)
Изобретение может быть использовано для оценки моющей способности бензина и дизельного топлива и влияния их моющей способности на технико-экономические и экологические (ТЭ) характеристики двигателя (Д). Способ заключается в предварительном «загрязнении» Д эталонной загрязняющей смесью (ЭЗС) топлива и масла, обеспечивая его работу на фиксированном режиме. После выработки 20-40 л ЭЗС Д останавливают, охлаждают, разбирают и фиксируют загрязнения (З). Затем Д работает на испытуемом топливе на стандартных режимах (СР). При этом измеряют его ТЭ характеристики. Далее повторно фиксируют З. Приведены параметры СР. Технический результат - повышение степени надежности и объективности определения моющей способности бензина и дизельного топлива. 8 з.п. ф-лы, 4 табл.
Изобретение может быть использовано для оценки моющей способности бензиновых и дизельных топлив и влияния их моющей способности на технико-экономические и экологические характеристики двигателя.
Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного технического решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.
Важными эксплуатационными свойствами топлив являются диспергирующие и солюбилизирующие свойства, которые характеризуют способность топлива очищать детали двигателя от различных отложений, нагара и т.д. Эти свойства обеспечиваются введением специальных присадок, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые ″отрывают″ частички отложений от деталей и переносят их в топливо. Диспергирующие свойства (от лат. dispersio - рассеяние) удерживают нерастворимые в топливе вещества (частицы нагара, продукты неполного сгорания топлива и т.д.) во взвешенном состоянии и не дают им выпасть в осадок. Солюбилизирующие свойства топлива характеризуют их способность к растворению органических компонентов.
В двигателе внутреннего сгорания неизбежны высокотемпературные отложения. Умение их ″смывать″ - одно из важнейших свойств топлива. Но смыть недостаточно, частицы этих отложений необходимо измельчить и нейтрализовать, то есть не дать возможности их агрегации, то есть объединения в крупные агрегаты, выпадающие в осадок и откладывающиеся на деталях двигателя. За это ″отвечают″ диспергирующие свойства топлива, т.е. их способность обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Чем выше эти свойства, тем больше нерастворимых веществ - продуктов старения может удерживаться в работающем топливе без выпадения в осадок и тем меньше нагаров и лакообразных отложений образуется на поверхности деталей. А вследствие этого может достигаться более высокая допустимая рабочая температура в двигателе (степень форсирования ДВС).
Дизельное топливо - нефтепродукт, получаемый при перегонке нефти. Конкретная марка дизельного топлива получается компаундированием (смешиванием в определенных пропорциях) прямогонных и гидроочищенных фракций нефти с известным составом. Чаще всего смешивают прямогонное дизельное топливо (газойль прямой или первичной перегонки) и легкий газойль каталитического крекинга. Двигатели с воспламенением от сжатия (дизели) работают на дистиллятных топливах с пределами выкипания более высокими, чем у бензина. Важными свойствами дизельного топлива являются испаряемость, воспламеняемость (цетановое число), низкотемпературная текучесть, вязкость, содержание серы и стабильность при хранении. Топливо помимо своей основной задачи - производства энергии при сгорании - выполняет также еще две важные функции - охлаждение и смазка прецизионных узлов топливной системы, а также регулирование параметров выхлопа на двигателе.
В настоящее время производство высококачественных топлив невозможно без добавки присадок различного функционального назначения, таких как моющие, антиокислительные, диспергирующие, ингибиторы коррозии и другие. Добавка пакета присадок позволяет получить топливо с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами.
Ассортимент присадок к топливам насчитывает более 20 основных типов, а количество композиций, используемых на практике, исчисляется сотнями. Большинство из них предназначено для улучшения процессов горения топлива и тем самым способствует повышению коэффициента полезного действия двигателя и снижению токсичности продуктов сгорания.
Любой компонент топлива или топливной композиции может содержать или не содержать присадки. Такие присадки могут быть добавлены на различных этапах в процессе производства компонента топлива или могут быть добавлены после нефтеперерабатывающего завода, как, например, компонент, изменяющий вязкость или моющие присадки.
Топливная композиция может содержать моющую присадку, что означает вещество (обычно поверхностно-активное вещество), которое может удалять и/или предотвращать образование отложений, связанных со сгоранием в двигателе, в частности в системе с инжекцией топлива, как, например, в инжекторных форсунках. Иногда такие материалы называют диспергирующими присадками.
Примеры подходящих моющих присадок включают сукцинимиды, замещенные полиолефинами, или сукцинамиды полиаминов, например полиизобутилен-сукцинимиды или полиизобутиленаминсукцинамиды; алифатические амины; основания или амины Манниха и полиолефин-(например, полиизобутилен)-малеиновые ангидриды. Сукцинимидные диспергирующие присадки описаны, например, в патентах GB-A-960493, ЕР-А-0147240, ЕР-А-0482253, ЕР-А-0613938, ЕР-А-0557516 и WO-A-98/42808.
Известными и промышленно применимыми являются присадки к дизельному топливу и бензину, содержащие моющую добавку
В патенте РФ №2495916 указано, что присадка к топливу может содержать, например, моющую присадку, при необходимости вместе с другими компонентами, как описано выше, и совместимый с топливом разбавитель, например неполярный углеводородный растворитель, такой как толуол, ксилол, уайт-спирит и те разбавители, которые поставляет фирма Shell под торговой маркой ″SHELLSOL″, и/или полярный растворитель, такой как сложный эфир или спирт, например гексанол, 2-этилгексанол, деканол, изотридеканол и смеси спиртов (наиболее предпочтительно 2-этилгексанол).
Известен метод определения диспергирующих свойств топлива, основанный на применении методов хроматографии на бумаге (метод ″капельной пробы″). Он заключается в нанесении капли работавшего топлива на специальную хроматографическую бумагу и определения характеристик пятна, очерченного нерастворимыми примесями вокруг центрального ядра. По площади зоны диффузии и другим параметрам пятна судят о диспергирующих свойствах топлива масла (способности смывать и удерживать во взвешенном состоянии загрязняющие вещества), степени его загрязненности и окисления, наличия в нем воды, утечке топлива или охлаждающей жидкости. Однако данная визуальная оценка не дает объективной оценки качеств топлив, поскольку требует опыта в интерпретации параметров хроматограммы пятна и не всегда однозначна.
Существенным недостатком всех известных методов исследования моющих свойств топлив является то, что они реализуются в лабораторных условиях, далеких от условий работающего двигателя, и не позволяют объективно оценить эти свойства и их влияние на работу двигателя в реальных рабочих условиях. Вследствие этого известные способы исследования свойств различных топлив имеют ограниченные функциональные возможности, не позволяющие получать объективную информацию о диспергирующих и солюбилизирующие свойствах топлив (моющие свойства), которые характеризуют их способность образовывать на поверхности мельчайших частиц ″примесей″ поверхностную пленку, благодаря чему из-за разности поверхностных натяжений такие сверхмелкие первичные частицы вещества поддерживаются в виде взвеси или так называемого мицеллярного раствора, не оседают и не слипаются друг с другом, не превращаются в более крупные агрегаты, осаждающиеся на деталях. Детали двигателя при использовании таких топлив по мере работы становятся чище, то есть происходит процесс их ″отмывания″.
Задача изобретения заключается в создании специальной ускоренной методики надежной оценки моющих свойств топлив и масел и оценки их влияния на технико-экономические и экологические характеристики дизельного или бензинового двигателя в реальных условиях работы двигателя на контролируемых режимах.
Сущность заявленного изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков.
Способ оценки моющей способности бензиновых и дизельных топлив и их влияния на технико-экономические и экологические характеристики двигателя, включающий испытания образца испытуемого топлива, отличающийся тем, что испытания проводятся последовательно для контрольного и испытуемого образца топлива с перерывом, не превышающим 72 часа, при этом перед каждым испытанием проводят эталонное ″загрязнение″ испытуемого двигателя, для чего приготавливают эталонную ″загрязняющую″ смесь, заливают ее в топливный бак установки с испытуемым двигателем, запускают двигатель и прогревают до рабочей температуры моторного масла и охлаждающей жидкости, затем вырабатывают 20-40 л эталонной ″загрязняющей″ смеси на фиксированном режиме с частотой вращения коленчатого вала 1200 об/мин при нагрузке не выше 100 кгм для дизельного двигателя или с частотой вращения коленчатого вала 2000 об/мин при нагрузке не выше 40 кгм для бензинового двигателя, после чего двигатель останавливают, охлаждают до температуры в боксе, демонтируют головки цилиндров, клапанный механизм и форсунки для дизельного двигателя или свечи зажигания для бензинового двигателя, которые после очистки от остатков масла и сушки взвешивают и фотографируют, затем двигатель собирают, в топливный бак заливают испытуемое топливо и прогревают до рабочих температур моторного масла и охлаждающей жидкости, затем проводят измерения основных начальных параметров работы двигателя на заданных режимах, после чего проводят несколько чередующихся циклов основных испытаний работающего двигателя общей длительностью не менее 20 часов на заданных режимах, после чего проводят повторные измерения основных параметров работы двигателя, затем после испытаний демонтируют контрольные головки цилиндров и клапанный механизм, производят визуальная оценку их состояния, взвешивание и фотографирование деталей и поверхностей камеры сгорания, после чего производят оценку моющей способности топлива путем сравнения результатов его испытаний с результатами аналогичных испытаний эталонного образца топлива, выбранного за базу сравнения, по средней оценке количества и структуры отложений на рабочей поверхности камеры сгорания, по средней массе отложений на всех контрольных весовых элементах: распылителях форсунок или свечах зажигания и клапанах, по относительному процентному изменению параметров мощности, расхода топлива, токсичности отработавших газов, рассчитанному для каждого контрольного цикла измерений относительно начального состояния двигателя, а степень влияния моющих свойств топлива на параметры двигателя оценивают по уровню загрязнения двигателя путем визуальной оценки степени загрязнения деталей двигателя, изменению массы отложений относительно замеренной после этапа эталонного загрязнения на контрольных весовых элементах, изменению технико-экономических и экологических характеристик двигателя на различных стадиях испытаний относительно измеренных до и после этапа эталонного загрязнения.
В этом заключается совокупность существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме того, заявленное изобретение характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:
- эталонную загрязняющую смесь приготавливают в виде 95% дизельного топлива и 5% масла МС-20 в количестве 40 л для дизельного двигателя или в виде 95% бензина и 5% дизельного топлива в количестве 20 литров для бензинового двигателя;
- в качестве основных начальных параметров работы двигателя измеряют частоту вращения коленчатого вала, нагрузку двигателя, расход топлива, расход воздуха, содержание в отработавших газах СО, CH, CО2, NOх, дымность отработавших газов, температуру охлаждающей жидкости на выходе двигателя, температуру масла в картере двигателя, температуру отработавших газов;
- начальные параметры работы дизельного двигателя измеряют на следующих режимах, см. таблицу 1:
| Таблица 1 | ||
| № режима | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на дизельный двигатель, кгм |
| 1 | 600 | 0,0 |
| 2 | 1200 | 10,0 |
| 3 | 1200 | 20,0 |
| 4 | 1200 | 30,0 |
| 5 | 1200 | 40,0 |
| 6 | 1400 | 40,0 |
| 7 | 1400 | 30,0 |
| 8 | 1400 | 20,0 |
| 9 | 1400 | 10,0 |
| 10 | 600 | 0,0 |
- начальные параметры работы бензинового двигателя измеряют на следующих режимах, см. таблицу 2:
| Таблица 2 | ||
| № режима | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на бензиновый двигатель, кгм |
| 1 | 850 | 0,0 |
| 2 | 2000 | 10,0 |
| 3 | 2000 | 20,0 |
| 4 | 2000 | 30,0 |
| 5 | 2000 | 40,0 |
| 6 | 3000 | 40,0 |
| 7 | 3000 | 30,0 |
| 8 | 3000 | 20,0 |
| 9 | 3000 | 10,0 |
| 10 | 850 | 0,0 |
- по окончании основных испытаний работающего двигателя проводят повторные измерения основных параметров работы в процессе которых измеряют частоту вращения коленчатого вала, нагрузку двигателя, расход топлива, расход воздуха, содержание в отработавших газах СО, CH, CО2, NOх, дымность отработавших газов, температуру охлаждающей жидкости на выходе двигателя, температуру масла в картере двигателя, температуру отработавших газов;
- основные испытания работающего дизельного двигателя проводят на следующих режимах, см. таблицу 3:
| Таблица 3 | ||
| Время, мин | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на дизельный двигатель, кгм |
| 5 мин | 600 | 0.0 |
| 10 мин | 1000 | 20.0 |
| 35 мин | 1200 | 50.0 |
| 20 мин | 1400 | 50,0 |
| 35 мин | 1200 | 50,0 |
| 10 мин | 1000 | 30,0 |
| 5 мин | 600 | 0,0 |
- основные испытания работающего бензинового двигателя проводят на следующих режимах, см. таблицу 4:
| Таблица 4 | ||
| Время, мин | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на бензиновый двигатель, кгм |
| 5 мин | 850 | 0.0 |
| 10 мин | 1500 | 30.0 |
| 35 мин | 2000 | 50.0 |
| 20 мин | 2500 | 50,0 |
| 35 мин | 2000 | 50,0 |
| 10 мин | 1500 | 30,0 |
| 5 мин | 850 | 0,0 |
- при начале и окончании каждого цикла основных испытаний регистрируют атмосферное давление, относительную влажность и температуру воздуха, контролируют постоянное нахождение уровня масла в картере двигателя на максимальной отметке.
Достигаемый при использовании изобретения технический результат заключается в том, что наличие принципиально нового технологического приема, заключающегося в предварительном ″загрязнении″ двигателя эталонной загрязняющей смесью, обеспечивает ускоренное получение надежной оценки моющей способности любого вида топлива, поскольку многократно сокращает необходимое время для надежной количественной оценки способности топлива ″отмывать″ накопившиеся органические отложения с контролируемых деталей двигателя. При этом повышается степень надежности и объективности определения моющей способности бензиновых и дизельных топлив и их влияния на технико-экономические и экологические характеристики двигателя за счет того, что испытания проводятся на работающем, предварительно ″загрязненном″ двигателе.
Ниже приведен пример реализации заявленного способа при проведении сравнительных стендовых испытаний опытного дизельного топлива ″G-Diesel″ марки ДТЛ вид I по СТО 42045241-002-2011, содержащего комплексную присадку, улучшающую моющие и противоизносные свойства топлива и повышающую его воспламеняемость по сравнению с базовым топливом без добавления присадки, на полноразмерном дизельном двигателе КАМАЗ-740.10
Объектом испытаний является:
1. Топливо дизельное Л-0,035-62, класс 3, класс 3 ТУ 38.301-19-155-2009 с изм.1-3, изготовитель ОАО ″Газпромнефть″, Омский нефтеперерабатывающий завод. Это топливо является базовой основой опытного дизельного топлива.
2. Топливо дизельное летнее ″G-Diesel″, марки ДТ-Л-К 3, СТО 42045241-002-2011.
Изготовление этого топлива заключается в добавлении к базовой основе многофункционального комплекса присадок:
- присадка, повышающая самовоспламеняемость топлива АСВ (фирма Amsoil), в концентрации 0,097% об.
- многофункциональная присадка CF-ADF-C (фирма Amsoil), добавляемая в концентрации 0,027% об.
Присадка Amsoil Cetane. Boost (АСВ) представляет собой жидкое органическое вещество 2-этилгексилнитрат (2-EHN).
Присадка CF-ADF-C предназначена для защиты от нагара и поддержания в чистоте основных элементов дизельного двигателя. Представляет собой смесь активных компонентов в органических растворителях
В соответствии с заявленным изобретением испытания проводятся в одних и тех же условиях в два этапа:
Первый этап - испытания эталонного топлива.
Второй этап - испытания исследуемого топлива.
Замеры при испытаниях каждого образца топлива проводились на двух стадиях испытаний:
- на начальной стадии, до и после эталонного ″загрязнения″ двигателя;
- по окончании 20-часового цикла испытаний двигателя на испытуемом топливе.
Целью сравнительных стендовых моторных испытаний являлась оценка влияния введенных присадок в дизельное топливо на эксплуатационные характеристики двигателя.
Испытания проводились на полноразмерном двигателе КАМАЗ 740.10, оборудованном нагрузочным устройством и штатными системами замера всех параметров, определяемых в процессе испытаний. Данный двигатель предназначен для установки на большегрузные автомобили и является одним из наиболее распространенных дизельных двигателей в России.
Основные параметры двигателя:
Тип - V-образный четырехтактный, дизельный двигатель с жидкостным охлаждением
Число цилиндров - 8
Диаметр цилиндра, мм - 120
Ход поршня, мм - 120
Рабочий объем, л - 10.85
Степень сжатия - 17
Номинальная мощность, л.с. - 10 при n=2600 об/мин
Максимальный крутящий момент, нм - 640 при n=1600 об/мин
Стенд для испытаний оснащен системами, обеспечивающими его функционирование при всех режимах испытаний, а также контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой, позволяющей контролировать и регистрировать все необходимые для работы и проведения исследования параметры двигателя и его систем (системы топливоподачи, охлаждения и т.д.).
Двигатель соединен с тормозной установкой при помощи эластичной муфты, обеспечивающей компенсацию несоосностей валов двигателя и тормоза. Измерение частоты вращения коленчатого вала осуществлялось с помощью штатного тахометра. Система охлаждения двигателя открытого типа включает в себя: рубашку охлаждения двигателя; центробежный насос с приводом от коленчатого вала; смеситель, трубопроводы подвода и отвода воды. Контроль за тепловым состоянием двигателя осуществляется с помощью штатного датчика температуры охлаждающей жидкости, установленной в блоке цилиндров двигателя, информация от которого выводится на штатный указатель температуры на панели дистанционного управления двигателем. Для смазывания двигателя используется штатная масляная система двигателя. Топливная система включает в себя: топливный бак; расходомер топлива, позволяющий определять расход топлива весовым способом с точностью 0.5%, соединительные трубопроводы, топливоподкачивающий насос, штатную систему топливоподачи двигателя. Управление положением рейки топливного насоса вынесено на пульт дистанционного управления двигателем. Система выпуска отработавших газов представляет собой трубопровод большого диаметра, обеспечивающий малые потери давления на выпуске, а также включает вытяжную систему вентиляции испытательного бокса.
Как было указано выше, весьма существенным преимуществом заявленного способа испытаний, повышающим точность и надежность оценки влияния моющей присадки к топливу на характеристики двигателя, является применение предварительного ″эталонного загрязнения″ двигателя путем 5-часовой работы двигателя (выработка 40 литров топлива) на специально подготовленной утяжеленной смеси в качестве топлива. Этим приемом обеспечивается ″эталонное загрязнение″ деталей двигателя. Осуществление эталонного ″загрязнения″ двигателя позволяет с большей точностью оценить именно моющую или, точнее, детергентную (отмывающую) способность топлива с присадкой. Такая операция по ″эталонному загрязнению″ двигателя проводится при использовании как опытного, так и базового топлива в одинаковых условиях. Это позволяет существенно повысить надежность дифференциации (оценить разницу) моющей способности испытываемых топлив в сравнительно короткое время.
Процедура испытаний каждого образца топлива проводилась следующим образом.
Каждое испытание проводилось с использованием нового комплекта форсунок марки и типа, рекомендованного заводом-изготовителем двигателя.
Перед началом испытаний производился демонтаж двух головок цилиндров, разборка клапанного механизма. Производилось начальное взвешивание форсунок, всех впускных и выпускных клапанов, а также фотографирование деталей.
Далее проводились следующие действия.
Перед взвешиванием все детали тщательно промывались - в гептане нормальном или толуоле, затем высушивались. Результаты взвешивания заносятся в карту взвешивания. После микрометража и взвешивания двигатель собирался в соответствии с ″Руководством по ремонту двигателя″ и устанавливался на стенд, оснащенный измерительным оборудованием.
Проводилась кратковременная (10 мин) обкатка собранного двигателя на режиме холостого хода при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин.
Испытания проводились последовательно для контрольного и испытуемого дизельного топлива. Перерыв между испытаниями топлив не превышал 72 часа.
Процедура испытаний каждого вида топлив приведена ниже.
Проводят эталонное ″загрязнение″ испытуемого двигателя, для чего приготавливают эталонную ″загрязняющую″ смесь, на 95% состоящую из дизельного топлива по ГОСТ 305 и 5% масла МС-20 в количестве 40 л.
Заливают эталонную ″загрязняющую″ смесь в топливный бак установки с испытуемым двигателем. Запускают двигатель и прогревают до рабочей температуры моторного масла и охлаждающей жидкости.
Вырабатывают 40 л эталонной загрязняющей смеси на фиксированном режиме с частотой вращения коленчатого вала 1200 об/мин при нагрузке не выше 30 кгм.
Двигатель останавливают, после охлаждения до температуры в боксе демонтируют головки цилиндров, клапанный механизм, форсунки. Аккуратно извлекают клапаны, промывают в гептане или толуоле от остатков масла части деталей, на которых нет отложений (стержни клапанов), и высушивают детали.
Производят взвешивание с точностью до 0,001 г распылителей форсунок, впускных и выпускных клапанов из демонтированных головок цилиндра.
Результаты взвешивания заносят в протокол. Детали и рабочие поверхности камеры сгорания фотографируют.
Двигатель собирают. В топливный бак заливают испытуемое дизельное топливо. Двигатель запускают и проводят кратковременную обкатку на режиме холостого хода в течение 10 минут. Прогревают до рабочих температур моторного масла и охлаждающей жидкости, не допуская повышения температуры охлаждающей жидкости выше 80°С, моторного масла в поддоне - выше 80°С.
Проводят измерения начальных параметров работы двигателя на заданных режимах (таблица 1) в следующем объеме:
- частота вращения коленчатого вала;
- нагрузка двигателя;
- расход топлива;
- расход воздуха;
- содержание в отработавших газах СО, СН, СO2, NOх;
- дымность отработавших газов;
- температура охлаждающей жидкости на выходе двигателя;
- температура масла в картере двигателя.
- температура отработавших газов.
| Таблица 1 | ||
| № режима | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на двигатель, кгм |
| 1 | 600 | 0,0 |
| 2 | 1200 | 10,0 |
| 3 | 1200 | 20,0 |
| 4 | 1200 | 30,0 |
| 5 | 1200 | 40,0 |
| 6 | 1400 | 40,0 |
| 7 | 1400 | 30,0 |
| 8 | 1400 | 20,0 |
| 9 | 1400 | 10,0 |
| 10 | 600 | 0,0 |
Измерения проводят после полной стабилизации температур масла и охлаждающей жидкости, по три замера каждого параметра на каждом режиме согласно таблице 1. Результаты измерений вносят в протокол.
Далее испытание проводят на режимах, указанных в таблице 3, чередующимися двухчасовыми циклами. Длительность испытания 20 часов (10 циклов). Испытание в пределах цикла проводят непрерывно, при этом начало цикла испытания определяют с момента выхода на скоростной режим первого этапа. Время пусков и остановок на режиме не учитывают.
| Таблица 3 | ||
| Время, мин | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на двигатель, кгм |
| 5 мин | 600 | 0.0 |
| 10 мин | 1000 | 20.0 |
| 35 мин | 1200 | 50.0 |
| 20 мин | 1500 | 50,0 |
| 35 мин | 1200 | 50,0 |
| 10 мин | 1000 | 30,0 |
| 5 мин | 600 | 0,0 |
Ежедневно при начале и окончании цикла испытаний регистрируют:
- атмосферное давление;
- относительную влажность и температуру воздуха;
- контролировать уровень масла в картере двигателя, который должен быть на максимальной отметке указателя уровня масла,
В помещении, где находится стенд для проведения испытания двигателя, температура не должна превышать плюс 40°С, относительная влажность должна быть в пределах от 60% до 80%.
После окончания 10 циклов испытаний проводят измерения контрольных характеристик двигателя в том же объеме и при тех же режимах, что были использованы при измерении начальных параметров работы двигателя.
После испытаний демонтируют контрольные головки цилиндров и клапанный механизм и производят визуальную оценку их состояния.
Все форсунки (распылители форсунок), впускные и выпускные клапаны подготавливают к взвешиванию. Производят взвешивание деталей, фотографирование деталей и поверхностей камеры сгорания по окончании испытаний.
Данные измерений параметров мощности, расхода топлива и воздуха, потерь и токсичности отработавших газов приводят к нормальным атмосферным условиям, оценивают их изменение в ходе испытаний.
Оценка степени загрязнения двигателя складывается из следующих составляющих:
- визуальной оценки степени загрязнения деталей двигателя (клапанов, распылителей форсунок, поверхностей камеры сгорания);
- изменения массы отложений относительно замеренной после этапа эталонного загрязнения на контрольных весовых элементах (клапанах и распылителях форсунок);
- изменения технико-экономических и экологических показателей двигателя на различных стадиях испытаний относительно измеренных после этапа эталонного загрязнения.
Оценка склонности испытуемого автомобильного дизельного топлива к образованию отложений и его моющей способности, проводится по следующим параметрам:
- средней оценке количества и структуры отложений на рабочей поверхности камеры сгорания;
- средней массе отложений на всех контрольных весовых элементах (распылителях форсунок и клапанах);
- относительному процентному изменению параметров мощности, расхода топлива, токсичности отработавших газов, рассчитанному для каждого контрольного цикла измерений относительно начального состояния двигателя до и после эталонного загрязнения.
Оценка результатов испытаний производилась по изменению технико-экономических и экологических показателей двигателя на различных стадиях испытаний относительно измеренных после этапа эталонного загрязнения параметров мощности, расхода топлива и воздуха, содержанию токсичных веществ в отработавших газах, а также по изменению массы отложений на контрольных весовых элементах (клапанах и распылителях форсунок).
Проведенные испытания показали существенное положительное влияние опытного топлива на характеристики дизельного двигателя по сравнению с испытаниями на базовом топливе, а именно:
1 - снижение расхода топлива в среднем до 3% (на определенных режимах - до 6%),
2 - увеличение эффективного К.П.Д. двигателя в среднем до 3%,
3 - снижение содержания оксида углерода СО в среднем на 19,7%,
4 - снижение содержания остаточных углеводородов СН в среднем на 34,3%,
5 - снижение дымности отработавших газов в среднем на 48,6%,
6 - уменьшение количества отложений на контрольных деталях двигателя при работе на опытном топливе (усредненные значения), а именно:
- распылитель форсунки - в среднем на 7 мг (на базовом топливе зафиксировано увеличение отложений на 2 мг),
- впускной клапан - на 41 мг (на базовом топливе - увеличение на 22 мг),
- выпускной клапан - на 32 мг (на базовом топливе - увеличение на 15 мг),
7 - визуальный анализ поверхностей камеры сгорания двигателя также подтверждает преимущество опытного топлива по уменьшению количества органических отложений на поверхности камеры сгорания двигателя по сравнению с работой на базовом топливе.
Таким образом, проведенные сравнительные стендовые испытания реального дизеля показали, что применение опытного топлива, содержащего комплексную присадку, позволяет:
- повысить экономичность двигателя не менее чем на 3%,
- восстановить мощность двигателя до уровня полностью ″чистого″ двигателя (повысить мощность в среднем на 3%),
- повысить экологические характеристики двигателя - снизить содержание токсических веществ в выхлопных газах на 20-50%,
- снизить дымность выхлопа до 48%,
- уменьшить нагароотложения на распылителях форсунки и клапанах, что увеличивает срок службы двигателя до обслуживания и повышает его эксплуатационные характеристики до уровня нового двигателя.
Точно так же подобные испытания проводят и на бензиновом двигателе, при проведении которых используются те же принципы и методические приемы. Отличие состоит в частностях: в указанных выше отличных от дизельного двигателя скоростных и нагрузочных режимах испытаний, характерных для работы бензинового двигателя, в соответствии с таблицами 2 и 4 вместо таблиц 1 и 3 (в разделе описания) и замены в качестве одной из оцениваемых нагарообразующих деталей вместо распылителей форсунок дизельного двигателя на свечи зажигания бензинового двигателя.
Заявленное техническое решение может быть реализовано с использованием известных, выпускаемых промышленностью технических средств и измерительных приборов на других нагрузочных и скоростных режимах.
1. Способ оценки моющей способности бензиновых и дизельных топлив и их влияния на технико-экономические и экологические характеристики двигателя, включающий испытания образца испытуемого топлива, отличающийся тем, что испытания проводятся последовательно для контрольного и испытуемого образца топлива с перерывом, не превышающим 72 часа, при этом перед каждым испытанием проводят эталонное «загрязнение» испытуемого двигателя, для чего приготавливают эталонную «загрязняющую» смесь, заливают ее в топливный бак установки с испытуемым двигателем, запускают двигатель и прогревают до рабочей температуры моторного масла и охлаждающей жидкости, затем вырабатывают 20-40 л эталонной «загрязняющей» смеси на фиксированном режиме с частотой вращения коленчатого вала 1200 об/мин при нагрузке не выше 100 кгм для дизельного двигателя или с частотой вращения коленчатого вала 2000 об/мин при нагрузке не выше 40 кгм для бензинового двигателя, после чего двигатель останавливают, охлаждают до температуры в боксе, демонтируют головки цилиндров, клапанный механизм и форсунки для дизельного двигателя или свечи зажигания для бензинового двигателя, которые после очистки от остатков масла и сушки взвешивают и фотографируют, затем двигатель собирают, в топливный бак заливают испытуемое топливо и прогревают до рабочих температур моторного масла и охлаждающей жидкости, затем проводят измерения основных начальных параметров работы двигателя на заданных режимах, после чего проводят несколько чередующихся циклов основных испытаний работающего двигателя общей длительностью не менее 20 часов на заданных режимах, после чего проводят повторные измерения основных параметров работы двигателя, затем после испытаний демонтируют контрольные головки цилиндров и клапанный механизм, производят визуальную оценку их состояния, взвешивание и фотографирование деталей и поверхностей камеры сгорания, после чего производят оценку моющей способности топлива путем сравнения результатов его испытаний с результатами аналогичных испытаний эталонного образца топлива, выбранного за базу сравнения, по средней оценке количества и структуры отложений на рабочей поверхности камеры сгорания, по средней массе отложений на всех контрольных весовых элементах: распылителях форсунок или свечах зажигания и клапанах, по относительному процентному изменению параметров мощности, расхода топлива, токсичности отработавших газов, рассчитанному для каждого контрольного цикла измерений относительно начального состояния двигателя, а степень влияния моющих свойств топлива на параметры двигателя оценивают по уровню загрязнения двигателя путем визуальной оценки степени загрязнения деталей двигателя, изменению массы отложений относительно замеренной после этапа эталонного загрязнения на контрольных весовых элементах, изменению мощностных, экономических и экологических характеристик двигателя на различных стадиях испытаний относительно измеренных до и после этапа эталонного загрязнения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что эталонную загрязняющую смесь приготавливают в виде 95% дизельного топлива и 5% масла МС-20 в количестве 40 л для дизельного двигателя или в виде 95% бензина и 5% дизельного топлива в количестве 20 литров для бензинового двигателя.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве основных начальных параметров работы двигателя измеряют частоту вращения коленчатого вала, нагрузку двигателя, расход топлива, расход воздуха, содержание в отработавших газах СО, CH, CО2, NOх, дымность отработавших газов, температуру охлаждающей жидкости на выходе двигателя, температуру масла в картере двигателя, температуру отработавших газов.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальные параметры работы дизельного двигателя измеряют на следующих режимах, см. таблицу 1.
| Таблица 1 | ||
| № режима | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на дизельный двигатель, кгм |
| 1 | 600 | 0,0 |
| 2 | 1200 | 10,0 |
| 3 | 1200 | 20,0 |
| 4 | 1200 | 30,0 |
| 5 | 1200 | 40,0 |
| 6 | 1400 | 40,0 |
| 7 | 1400 | 30,0 |
| 8 | 1400 | 20,0 |
| 9 | 1400 | 10,0 |
| 10 | 600 | 0,0 |
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальные параметры работы бензинового двигателя измеряют на следующих режимах, см. таблицу 2.
| Таблица 2 | ||
| № режима | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на бензиновый двигатель, кгм |
| 1 | 850 | 0,0 |
| 2 | 2000 | 10,0 |
| 3 | 2000 | 20,0 |
| 4 | 2000 | 30,0 |
| 5 | 2000 | 40,0 |
| 6 | 3000 | 40,0 |
| 7 | 3000 | 30,0 |
| 8 | 3000 | 20,0 |
| 9 | 3000 | 10,0 |
| 10 | 850 | 0,0 |
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании основных испытаний работающего двигателя проводят повторные измерения основных параметров работы, в процессе которых измеряют частоту вращения коленчатого вала, нагрузку двигателя, расход топлива, расход воздуха, содержание в отработавших газах СО, CH, CО2, NOх, дымность отработавших газов, температуру охлаждающей жидкости на выходе двигателя, температуру масла в картере двигателя, температуру отработавших газов.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что основные испытания работающего дизельного двигателя проводят на следующих режимах, см. таблицу 3.
| Таблица 3 | ||
| Время, мин | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на дизельный двигатель, кгм |
| 5 мин | 600 | 0.0 |
| 10 мин | 1000 | 20.0 |
| 35 мин | 1200 | 50.0 |
| 20 мин | 1400 | 50,0 |
| 35 мин | 1200 | 50,0 |
| 10 мин | 1000 | 30,0 |
| 5 мин | 600 | 0,0 |
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что основные испытания работающего бензинового двигателя проводят на следующих режимах, см. таблицу 4.
| Таблица 4 | ||
| Время, мин | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | Нагрузка на бензиновый двигатель, кгм |
| 5 мин | 850 | 0.0 |
| 10 мин | 1500 | 30.0 |
| 35 мин | 2000 | 50.0 |
| 20 мин | 2500 | 50,0 |
| 35 мин | 2000 | 50,0 |
| 10 мин | 1500 | 30,0 |
| 5 мин | 850 | 0,0 |
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что при начале и окончании каждого цикла основных испытаний регистрируют атмосферное давление, относительную влажность и температуру воздуха, контролируют постоянное нахождение уровня масла в картере двигателя на максимальной отметке.
