СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ВЫБРОСЫ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F01N11/00 

Изобретение относится к способу оценки влияния смазочных материалов и близких компонентов на выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, особенно дизельных двигателей.

Известно, что на выбросы выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания влияют не только топлива, но и смазочные материалы. Следовательно, существует проблема установления менее загрязняющих смазочных материалов.

При нормальной эксплуатации поршневых двигателей различные компоненты двигателя очевидно нуждается в смазке. Часть смазочного материала, используемого для этой цели, всасывается в камеру сгорания и сгорает вместе с топливом, тем самым внося вклад в выброс выхлопных загрязнений.

Более или менее полное сгорание смазочного материала и последующий вклад в выхлопные выбросы зависят от химической природы продукта (или компонента продукта).

Для изучения проблемы полезно проверить и воспроизвести действительное явление и соответственно расширить его.

При нормальном процессе масло попадает в камеру сгорания как через связку цилиндр/поршень, так и через зону клапанов. Первый вклад можно увеличить удалением или переставлением, например, второго кольца поршня, второй вклад можно легко увеличить удалением резиновых сальников клапана и увеличением просвета между штоком клапана и направляющей. Эти приспособления дают возможность увеличить всасывание масла в камеру сгорания, позволяя более легко изучать сгорание смазочного материала, однако будет трудно устанавливать точное количество сгоревшего, менять смазочный материал в масляном поддоне для каждого испытываемого продукта и оценивать индивидуальные компоненты.

Более эффективное решение состоит в моделировании всасывания масла в камеру при впуске испытываемого масла во впускное устройство воздушного коллектора.

Это решение найдено М. Доулингом (S.A.E. N 922198), который распылял масло во впускное устройство воздушного коллектора двигателя. Метод Доулинга кажется достаточно грубым в основном в отношении определения скоростей подающихся потоков, недостаток этого метода состоит в невозможности точно различить количественный и качественный вклад масла.

Делящий клапан впускаемого воздуха на деле использовали для создания разрежения, необходимого для разбрызгивания масла, но он снижает скорость потока всасываемого воздуха с неизбежными отрицательными последствиями на объемную производительность двигателя.

Сейчас найден способ оценки влияния смазочных материалов и связанных с ними компонентов на выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, особенно дизеля, который преодолевает недостатки, описанные выше.

В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу определения влияния смазочных материалов и их компонентов на выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, включающий подачу смазочного материала или его компонентов в коллектор впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания, питаемого соответствующим топливом, регулировку скорости потока смазочного материала, сгорание смазочного материала и топлива с последующим образованием выхлопных газов, оценку газов и частиц, содержащихся в выхлопных газах, образующихся в стадии сгорания, в котором смазочный материал подают в коллектор при почти постоянной скорости потока через инжектор с одним отверстием, скорость потока смазочного материала регулируют таким образом, чтобы она составляла 2-8% скорости потока топлива, а вязкость смазочного материала вблизи инжектора составляет 30-50 сСт.

Двигателем может быть дизельный двигатель.

Скорость потока смазочного материала предпочтительно составляет 3-7% скорости потока топлива или более предпочтительно около 5% скорости потока топлива.

Термин частицы означает материал, содержащийся в выхлопных газах в форме тонко измельченного твердого материала или жидкости, т.е. в форме материала, который можно отделить фильтрованием.

В предпочтительном варианте скорость потока смазочного материала регулируют дозировочным насосом.

Так как не все смазочные материалы или их компоненты имеют одинаковую вязкость, то необходимое постоянство разбрызгиваемого материала (форма и размеры капелек на выходе из инжектора) должно быть обеспечено изменением температуры, при которой смазочный материал подают в инжектор в соответствии с уравнением Уолтера (Walther), которое коррелирует вязкость и температуру жидких сред. Более вязкие продукты будут подаваться при более высокой температуре, в то время как менее вязкие продукты будут подаваться при более низкой температуре. Температура, при которой впрыскиваются смазочные материалы или близкие компоненты такова, что позволяет всем смазочным материалам, подвергающимся испытанию, достичь инжектора существенно с вязкостью 30-50 сСт, предпочтительно 35-45 сСт, более предпочтительно около 40 сСт.

В предпочтительном варианте дозировочный насос, линия, которая связывает дозировочный насос с инжектором, и сам инжектор должны, следовательно, регулироваться термостатом.

Что касается анализа выхлопных газов, то газообразные компоненты предпочтительно анализируют анализаторами CO, HHC и NO_x с недисперсионными инфракрасным, пламенно-ионизационным и хемилюминесцентным детекторами соответственно, а частицы оценивают по увеличению массы фильтров частиц.

Способ настоящего изобретения дает возможность надежно и постоянно анализировать смазочные масла и близкие компоненты с различными физико-химическими характеристиками.

Фактически способ настоящего изобретения проводят при незначительных изменениях функционирования двигателя и в отсутствие влияния различных физико-химических характеристик смазочного материала. Это возможно вследствие того факта, что смазочные материалы достигают инжектора, в основном, с одинаковыми вязкостью и скоростью потока, а также потому, что инжектор направляет разбрызгиваемый смазочный материал на шток клапана, тем самым воспроизводя действительное явление.

Способ настоящего изобретения также имеет то преимущество, что требует весьма незначительного времени для анализа.

Другой объект настоящего изобретения относится к устройству, пригодному для оценки воздействия на выхлопные выбросы двигателя внутреннего сгорания, особенно дизельного двигателя, вносимого смазочным материалом и его компонентами.

Устройство для определения влияния смазочных материалов и их компонентов на выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, особенно дизельного, содержащее двигатель внутреннего сгорания, с которым связаны коллектор впуска воздуха и линия подачи топлива, и средство для анализа твердых частиц и газов, содержащихся в выхлопных газах, образующихся при сгорании в двигателе, согласно изобретению содержит инжектор с одним отверстием, соединенный с коллектором впуска воздуха, инжектор подает при почти постоянной скорости потока смазочный материал в коллектор, смазочный материал подается в инжектор насосом, который засасывает смазочный материал из резервуара для хранения.

В предпочтительном варианте инжектор, наконечник дозировочного насоса и линии, соединяющие резервуар и насос, и насос и инжектор, поддерживают при постоянной температуре.

Устройствами, пригодными для анализа частиц, содержащихся в выхлопных газах, образующихся при сгорании в двигателе, возможно, разбавленных инертным газом, предпочтительно воздухом, предпочтительно являются фильтры.

Устройство согласно изобретению представлено на чертеже, где 1 - двигатель, 2 - коллектор впуска воздуха, 3 - линия подачи топлива, 4 - инжектор масла, 5 - насос дозировки масла, 6 - резервуар масла, 7 - пробоотборник и анализатор выхлопных газов, 8 - выхлопная труба, 9 - терморегулятор.

Следующие примеры дают лучшее понимание настоящего изобретения.

ПРИМЕРЫ
1) Методика испытания
Наполняют бак испытываемым продуктом и устанавливают температуру, которая должна быть достигнута терморегулятором, и дают двигателю работать в испытываемых условиях, выбранных в зависимости от типа двигателя. Указанную температуру выбирают на основе кривой вязкости испытываемого продукта с целью достижения вязкости в инжекторе около 40 сСт.

Скорость потока из дозировочного насоса также регулируют для получения установленного количества за 10 минут времени испытания (около 5% скорости потока топлива при этих условиях) и начинают опыт, включающий ряд отборов изменяющихся проб.

Первую пробу отбирают без впрыска смазочного материала для установления исходных величин выхлопов, в то время как при втором отборе запускают дозировочный насос для измерения эффектов впрыска испытываемого продукта.

Испытываемый продукт подают в коллектор впуска воздуха, из которого он попадает в двигатель. В конце сгорания отбирают и анализируют пробы выхлопных газов.

Согласно Европейскому закону о выбросах (CEE 91/441 и 88/77) выхлопные газы достигают трубы разбавления, где после соответствующего смешивания с воздухом образцы отбирают на 90-миллиметровом тефлоновом фильтре для частиц и затем взвешивают на высокоточных весах. Газообразные загрязняющие вещества, с другой стороны, отбирают заново с линии высушивают и доставляют к анализаторам CO, HHC и NO_x с недисперсионным инфракрасным, пламенно-ионизационным и хемилюминесцентным детекторами соответственно.

Полный опыт повторяют трижды, чтобы иметь возможность оценить повторяемость и получить статистически верные результаты.

2) Применение методики испытания
Описанный метод применяли, используя два одноцилиндровых дизельных двигателя, первый - двухклапанный Руджерини (Ruggerini) RW 120, второй - четырехклапанный Хайдра (Hudra) HSDI с центральным инжектором.

Испытания проводили в режиме высокой нагрузки: 28 Нм при 2500 об/мин для Хайдра, и те же нагрузки при 2800 об/мин для Руджерини.

Для оценки эффективности метода сначала использовали два смазывающих основных компонента, которые рассматривались как продукты сравнения для возможных выбросов в зависимости от их химической природы, первый продукт, обозначаемый как Низкий Эталон, является продуктом с высоким содержанием ароматических углеводородов, для которых ожидался высокий выброс частиц, второй, обозначаемый как Высокий Эталон, является кислородсодержащим продуктом, имеющим плохое сродство к топливу, для которого ожидалось хорошее поведение в связи с выпуском частиц. Табл. 1 показывает некоторые из главных характеристик продуктов сравнения и оцениваемых затем продуктов. Табл. 1 также показывает кинематическую вязкость (при 100^oC в сСт) испытываемых продуктов и температуру впрыска.

Можно видеть, что, чем выше вязкость, тем выше будет температура впрыска.

На обоих двигателях продукты сравнения дают ожидаемый эффект, который оказывается очень разным, как можно видеть в табл. 2, которая показывает выхлоп частиц в г/кВт ч.

После установления способности метода настоящего изобретения различать продукты сравнения на различных двигателях испытаны пять продуктов, характеристики которых показаны в табл. 1.

Для сравнения результатов, полученных с различными продуктами на двух двигателях, табл. 3 показывает недостатки, относящиеся к выбросам частиц для каждого испытанного продукта, причем оценка 1 относится к продукту Низкого Эталона, а 0 к продукту Высокого Эталона. Можно видеть как на обоих двигателях шкала плохой оценки, относящаяся к различным продуктам, хорошо соблюдается, таким образом доказывая высокую способность способа различать продукты даже на различных двигателях.

Способ определения влияния смазочных материалов и их компонентов на выбросы выхлопных газов ДВС включает: подачу в условиях почти постоянной скорости потока смазочного материала или его компонентов в инжектор с одним отверстием, через который смазочный материал разбрызгивается в коллектор впуска воздуха двигателя; скорость потока смазочного материала регулируют таким образом, чтобы она составляла 2-8% скорости потока топлива; вязкость смазочного материала вблизи инжектора с одним отверстием составляет 30-50 сСт; сгорание смазочного материала и топлива с последующим образованием выхлопных газов; оценку газов и несгоревших частиц, содержащихся в выхлопных газах, образующихся в стадии сгорания. Приведена конструкция устройства для осуществления способа. Изобретение позволяет надежно и точно анализировать смазочные масла с различными физико-химическими характеристиками. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ определения влияния смазочных материалов и их компонентов на выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, включающий подачу смазочного материала или его компонентов в коллектор впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания, питаемого соответствующим топливом, регулировку скорости потока смазочного материала, сгорание смазочного материала и топлива с последующим образованием выхлопных газов, оценку газов и частиц, содержащихся в выхлопных газах, образующихся в стадии сгорания, отличающийся тем, что смазочный материал подают в коллектор при почти постоянной скорости потока через инжектор с одним отверстием, скорость потока смазочного материала регулируют таким образом, чтобы она составляла 2-8% скорости потока топлива, а вязкость смазочного материала вблизи инжектора составляет 30-50 сСт. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что двигателем является дизельный двигатель. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость потока смазочного материала составляет 3-7% скорости потока топлива. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что скорость потока смазочного материала составляет около 5% скорости потока топлива. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вязкость смазочного материала вблизи инжектора с одним отверстием составляет 35-45 сСт. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что вязкость смазочного материала вблизи инжектора с одним отверстием составляет около 40 сСт. 7. Устройство для определения влияния смазочных материалов и их компонентов на выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, особенно дизельного, содержащее двигатель внутреннего сгорания, с которым связаны коллектор впуска воздуха и линия подачи топлива, и средство для анализа твердых частиц и газов, содержащихся в выхлопных газах, образующихся при сгорании в двигателе, отличающееся тем, что оно содержит инжектор с одним отверстием, соединенный с коллектором впуска воздуха, инжектор подает при почти постоянной скорости потока смазочный материал в коллектор, смазочный материал подается в инжектор насосом, который засасывает смазочный материал из резервуара для хранения. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что инжектор, наконечник дозировочного насоса и соединительные линии резервуар-насос и насос-инжектор выполнены с возможностью поддерживания их при постоянной температуре.