СПОСОБ ОЦЕНКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПРОКАЧИВАЕМОСТИ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2005 года по МПК G01N33/22 

Изобретение относится к области испытания топлив, в частности к оценке низкотемпературной прокачиваемости топлив для двигателей транспортных средств, и может использоваться для контроля качественного состояния моторных топлив, используемых на технике в условиях низких температур.

Перед авторами стояла задача - разработать способ, позволяющий повысить точность и достоверность оценки прокачиваемости моторных топлив для транспортных средств при отрицательных температурах в реальных условиях эксплуатации техники.

В последнее время большое внимание уделяется разработке упрощенных лабораторных методов оценки фильтруемости моторных топлив при отрицательных температурах. Принципиально все методы основаны на определении минимальной температуры, при которой заданный объем топлива прокачивается через тот или иной фильтр за определенный промежуток времени. Поток топлива через фильтр обеспечивается либо с помощью избыточного давления, либо с помощью вакуума. Последнему способу отдано предпочтение в большинстве разработанных методов: «Топливо дизельное. Метод определения предельной температуры фильтруемости. ГОСТ 22254-76». Метод заключается в постепенном охлаждении испытуемого топлива, периодическом просасывании его через фильтр в бюретку при постоянном вакууме и фиксировании температуры, при которой порция топлива перестает проходить через фильтр за 60 с. Данная температура считается предельной температурой фильтруемости топлива и используется в качестве оценочного показателя.

При разработке новых методов оценки низкотемпературных свойств топлив исследователи в первую очередь пытались решить задачи обеспечения корреляции результатов лабораторных определений с результатами эксплуатации техники в условиях низких температур. Однако лабораторные методы имеют низкую корреляцию, не отражают истинного поведения топлива при отрицательных температурах, не точны и не достоверны (Тематический обзор. Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив. - М.: ЦНИИТЭНефтеХим, 1980, стр.12).

Одновременно были проведены работы по созданию специальных установок, воспроизводящих работу в условиях низких температур топливных систем двигателей или их отдельных узлов. Эти методы дают возможность создать условия, более близкие к реальным условиям эксплуатации техники, более подробно изучить влияние многочисленных факторов на поведение топлив при низких температурах, получить более достоверные данные (Тематический обзор. Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив. - М.: ЦНИИТЭНефтеХим, 1980, стр.13).

Во всех известных методах оценки низкотемпературной прокачиваемости моторных топлив реализован один общий принцип - в процессе испытания топливо охлаждается постепенно и непрерывно, что не соответствует реальным условиям эксплуатации техники. Критерии оценки прокачиваемости топлив продиктованы конструктивными особенностями системы питания, работа которой воспроизводится в стендовых условиях, отсюда большое разнообразие в оценочных показателях: предельно допустимые давления и перепады давления на фильтрах, предельно минимальные расходы топлива, полная забивка фильтров и прекращение подачи топлива и т.д.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение точной и достоверной оценки низкотемпературной прокачиваемости испытуемого топлива перед его применением в конкретной технике.

При анализе источников выявлено, что наиболее близким по технической сущности является способ оценки низкотемпературной прокачиваемости топлив (прототип), включающий подачу охлажденного до заданной температуры топлива через фильтр тонкой очистки, регистрацию расхода топлива после фильтра тонкой очистки и перепада давления на фильтре тонкой очистки в течение заданного времени и оценку прокачиваемости по температуре, при которой после 20 мин работы насоса не обеспечивается необходимая для работы двигателя на данном режиме подача топлива, равная 0,4 л/мин. (Тематический обзор. Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив. - М.: ЦНИИТЭНефтеХим, 1980, стр.15).

Недостатками этого способа являются то, что он не точен и не достоверен при оценке прокачиваемости моторных топлив при отрицательных температурах, не воссоздает реальных условий эксплуатации техники в условиях отрицательных температур, а именно: не воссоздает параметры работы топливной системы техники на холостом ходу, номинальном режиме и режиме максимальной мощности.

Технический результат изобретения - повышение точности и достоверности способа оценки низкотемпературной прокачиваемости моторных топлив для транспортных средств за счет создания условий испытания, близких к реальным условиям эксплуатации техники.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе оценки низкотемпературной прокачиваемости моторных топлив, включающем подачу охлажденного до заданной температуры топлива через фильтр тонкой очистки, регистрацию расхода топлива после фильтра тонкой очистки и перепада давления на фильтре тонкой очистки в течение заданного времени, согласно изобретению задают температуру помутнения испытуемого моторного топлива, тип двигателя, применительно к которому оценивается прокачиваемость топлива, тип фильтроэлемента фильтра тонкой очистки, продолжительность подачи топлива через фильтр тонкой очистки, значения расхода и давления топлива в основной топливной линии, перепад давления на фильтре тонкой очистки при работе двигателя на холостом ходу, режимах номинальной и максимальной нагрузки, предельно допустимое значение расхода топлива, при котором двигатель заданного типа перестает работать на холостом ходу, допустимые значения погрешностей измерений расхода топлива и перепада давления на фильтре тонкой очистки, осуществляют охлаждение топлива до температуры помутнения, устанавливают расход и давление при подаче топлива через фильтр тонкой очистки, соответствующие режиму или холостого хода двигателя, или режиму номинальной нагрузки двигателя, или режиму максимальной нагрузки двигателя одновременным изменением расхода топлива в вспомогательной топливной линии, подключенной к основной топливной линии перед фильтром тонкой очистки, и гидравлического сопротивления в основной топливной линии, замеряют продолжительность подачи топлива через фильтр тонкой очистки, значения расхода топлива и перепада давления на фильтре тонкой очистки, которые сравнивают со значениями этих величин, заданными для конкретного режима нагрузки двигателя, и при получении их разности, не превышающей допустимых погрешностей измерений в течение заданного времени, подачу топлива прекращают, испытания продолжают последовательными циклами, перед каждым из которых температуру топлива понижают на заданное значение, снова прокачивают топливо через фильтр тонкой очистки в течение заданного времени с регистрацией значений расхода топлива через фильтр тонкой очистки и перепада давления на фильтре тонкой очистки и за предельную температуру подачи моторного топлива принимают температуру топлива, при которой разность значений текущего расхода топлива через фильтр тонкой очистки и расхода топлива, заданного для конкретного режима нагрузки двигателя, превысит допустимую погрешность измерения, и/или если разность значений текущего перепада давления на фильтре тонкой очистки и перепада давления, заданного для конкретного режима нагрузки двигателя, превысит допустимое значение погрешности измерения, за критическую температуру подачи принимают температуру, при которой в течение заданного времени текущий расход топлива снизится до предельного значения, при котором двигатель перестает работать на холостом ходу, а перепад давления на фильтре тонкой очистки, соответствующий критической температуре подачи, принимают за критический перепад давления.

Способ реализуется следующим образом.

Примеры №№1-3. Испытуемое дизельное топливо марки «З-0,2 минус 35». Количество - 120 л. Тип двигателя - В-46 танка Т-72М. Температура помутнения испытуемого топлива - минус 25°С. Фильтр тонкой очистки марки ТФК-3 с диаметром пор ячеек фильтроэлементов не более 5 мкм. Продолжительность подачи дизельного топлива марки «З-0,2 минус 35» через фильтр тонкой очистки - 10±0,5 мин. Скорость охлаждения равнялась 0,1°С/мин. проведение испытаний проводилось через каждые 0,1°С. Перепад давления на фильтре тонкой очистки - 0,4 кг/см². Допустимые значения погрешности расхода - ±0,75% по датчику марки ТДР-6-1-3. Предельный расход топлива, при котором останавливается перекачка, - 0,5 л/мин.

Пример №1. Для режима холостого хода двигателя В-46 танка Т-72М (расход - 1,0 л/мин, давление в основной топливной линии - 1,1 кг/см²). Охладили испытуемое топливо марки «З-0,2 минус 35» до температуры помутнения, равной минус 25,0°С. Приступили к испытанию. Через 10±0,5 мин подачу топлива через фильтр тонкой очистки прекратили, т.к. перепад давления на фильтре тонкой очистки не менялся, а расход испытуемого топлива не достигал предельного значения, равного 0,5 л/мин. Температуру понижали до минус 28,0°С с проведением испытаний через каждые 0,1°С. Изменения перепада давления на фильтре тонкой очистки и расхода топлива в течение 10 мин не происходило. При температуре топлива минус 28,0°С регистрировали изменение расхода топлива в системе, превышающее погрешность датчика марки ТДР-6-1-3 (±0,75%), до предельного значения - 0,5 л/мин. Эта температура является предельной температурой подачи испытуемого топлива. В ходе дальнейшего понижения температуры установили, что при температуре минус 28,6°С расход топлива достигает предельных значений (0,5 л/мин) за 3 мин. Температура минус 28,6°С является критической температурой подачи испытуемого топлива. Время забивки фильтроэлементов фильтра тонкой очистки марки ТФК-3 составило 175 с, критический перепад давления на фильтре тонкой очистки марки ТФК-3 составил 1,0 кг/см².

Пример №2. Для номинального режима двигателя В-46 танка Т-72М (расход - 4,5 л/мин, давление в системе - 2,4 кг/см²). Охладили испытуемое топливо марки «З-0,2 минус 35» до температуры помутнения, равной минус 25,0°С. Приступили к испытанию. Через 10±0,5 мин подачу топлива через фильтр тонкой очистки прекратили, т.к. перепад давления на фильтре тонкой очистки не менялся, а расход испытуемого топлива не достигал предельного значения, равного 0,5 л/мин. Температуру понижали до минус 26,1°С с проведением испытаний через каждые 0,1°С. Изменения перепада давления на фильтре тонкой очистки и расхода топлива в течение 10 мин не происходило. При температуре топлива минус 26,1°С регистрировали изменение расхода топлива в системе, превышающее погрешность датчика марки ТДР-6-1-3 (±0,75%), до предельного значения - 0,5 л/мин. Эта температура является предельной температурой подачи испытуемого топлива. Время забивки фильтроэлементов фильтра тонкой очистки марки ТФК-3 составило 111 с, критический перепад давления на фильтре тонкой очистки марки ТФК-3 составил 1,29 кг/см².

Пример №3. Для режима максимальной мощности двигателя В-46 танка Т-72М (расход - 7,2 л/мин, давление в системе - 3,5 кг/см²). Охладили испытуемое топливо марки «З-0,2 минус 35» до температуры помутнения, равной минус 25,0°С. Приступили к испытанию. Температуру понижали до минус 25,4°С с проведением испытаний через каждые 0,1°С. Изменения перепада давления на фильтре тонкой очистки и расхода топлива в течение 10 мин не происходило. При температуре топлива минус 25,4°С регистрировали изменение расхода топлива в системе, превышающее погрешность датчика марки ТДР-6-1-3 (±0,75%), до предельного значения - 0,5 л/мин. Эта температура является предельной температурой подачи испытуемого топлива. Время забивки фильтроэлементов фильтра тонкой очистки марки ТФК-3 составило 78 с, критический перепад давления на фильтре тонкой очистки марки ТФК-3 составил 1,77 кг/см².

Примеры №№4-6. Испытуемое дизельное топливо марки «ПБД-3». Количеств - 120 л. Тип двигателя - В-46 танка Т-72М. Температура помутнения испытуемого топлива - минус 10°С. Фильтр тонкой очистки марки ТФК-3 с диаметром пор ячеек фильтроэлементов не более 5 мкм. Продолжительность подачи дизельного топлива марки «ПБД-3» через фильтр тонкой очистки - 10±0,5 мин. Скорость охлаждения - 0,1°С/мин. Перепад давления на фильтре тонкой очистки - 0,4 кг/см². Допустимые значения погрешности расхода - ±0,75% по датчику марки ТДР-6-1-3. Предельный расход топлива, при котором останавливается перекачка, - 0,5 л/мин.

Пример №4. Для режима холостого хода двигателя В-46 танка Т-72М (расход - 1,0 л/мин, давление в системе - 1,1 кг/см²). Охладили испытуемое топливо марки «ПБД-3» до температуры помутнения, равной минус 10,0°С. Приступили к испытанию. Через 10±0,5 мин подачу топлива через фильтр тонкой очистки прекратили, т.к. перепад давления на фильтре тонкой очистки не менялся, а расход испытуемого топлива не достигал предельного значения, равного 0,5 л/мин. Температуру понижали до минус 12,8°С с проведением испытаний через каждые 0,1°С. Изменения перепада давления на фильтре тонкой очистки и расхода топлива в течение 10 мин не происходило. При температуре топлива минус 12,8°С регистрировали изменение расхода топлива в системе, превышающее погрешность датчика марки ТДР-6-1-3 (±0,75%), до предельного значения - 0,5 л/мин. Эта температура является предельной температурой подачи испытуемого топлива. В ходе дальнейшего понижения температуры установили, что при температуре минус 13,0°С расход топлива достигает предельных значений (0,5 л/мин) за 3-6 мин. Температура минус 13,0°С является критической температурой подачи испытуемого топлива. Время забивки фильтроэлементов фильтра тонкой очистки марки ТФК-3 составило 96 с, критический перепад давления на фильтре тонкой очистки марки ТФК-3 составил 1,2 кг/см².

Пример №5. Для номинального режима двигателя В-46 танка Т-72М (расход - 4,5 л/мин, давление в системе - 2,4 кг/см²). Охладили испытуемое топливо марки «ПБД-З» до температуры помутнения, равной минус 10,0°С. Приступили к испытанию. Через 10±0,5 мин. подачу топлива через фильтр тонкой очистки прекратили, т.к. перепад давления на фильтре тонкой очистки не менялся, а расход испытуемого топлива не достигал предельного значения, равного 0,5 л/мин. Температуру понижали до минус 12,6°С с проведением испытаний через каждые 0,1°С. Изменения перепада давления на фильтре тонкой очистки и расхода топлива в течение 10 мин не происходило. При температуре топлива минус 12,6°С регистрировали изменение расхода топлива в системе, превышающее погрешность датчика марки ТДР-6-1-3 (±0,75%), до предельного значения - 0,5 л/мин. Эта температура является предельной температурой подачи испытуемого топлива. Время забивки фильтроэлементов фильтра тонкой очистки марки ТФК-3 составило 101 с, критический перепад давления на фильтре тонкой очистки марки ТФК-З составил 1,44 кг/см².

Пример №6. Для режима максимальной мощности двигателя В-46 танка Т-72М (расход - 7,2 л/мин, давление в системе - 3,5 кг/см²). Охладили испытуемое топливо марки «ПБД-З» до температуры помутнения, равной минус 10,0°С. Приступили к испытанию. Через 10±0,5 мин подачу топлива через фильтр тонкой очистки прекратили, т.к. перепад давления на фильтре тонкой очистки не менялся, а расход испытуемого топлива не достигал предельного значения, равного 0,5 л/мин. Температуру понижали до минус 12,1°С с проведением испытаний через каждые 0,1°С. Изменения перепада давления на фильтре тонкой очистки и расхода топлива в течение 10 мин не происходило. При температуре топлива минус 12,1°С регистрировали изменение расхода топлива в системе, превышающее погрешность датчика марки ТДР-6-1-3 (±0,75%), до предельного значения - 0,5 л/мин. Эта температура является предельной температурой подачи испытуемого топлива. Время забивки фильтроэлементов фильтра тонкой очистки марки ТФК-3 составило 99 с, критический перепад давления на фильтре тонкой очистки марки ТФК-З составил 1,8 кг/см².

Результаты испытаний по примерам №№1-6 приведены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты испытаний моторных топлив известным лабораторным методом (ГОСТ 22254-92) и заявляемым способом оценки низкотемпературной прокачиваемости.Испытуемые топливаРежимы испытанийПредельная температура подачи,°СКритическая температура подачи, °СКритический перепад давления, ΔР, кг/см²Лаб.^* методПредлагаемый способЛаб.^* методПредлагаемый способ^** ПрототипПредлагаемый способ″З-0,2 минус 35″ -30,0--30,0-1,0-Холостой ходНе опр.-28,0Не опр.-28,6Не опр.1,0Номинальный режимНе опр.-26,1Не опр.Не опр.Не опр.1,29Режим макс. мощностиНе опр.-25,4Не опр.Не опр.Не опр.1,77″ПБД-З″ -15,0--15,0-1,1-Холостой ходНе опр.-12,8Не опр.-13,0Не опр.1,2Номинальный режимНе опр.-12,6Не опр.Не опр.Не опр.1,44Режим макс. мощностиНе опр.-12,1Не опр.Не опр.Не опр.1,8* предельная и критическая температуры подачи в лабораторном методе не определяются для различных режимов эксплуатации техники;
** критический перепад давления на фильтре тонкой очистки определяют на установке (прототипе) (независимо от режима).

По результатам испытаний можно сделать вывод, что предлагаемый способ оценки низкотемпературной прокачиваемости моторных топлив повышает точность и достоверность оценки прокачиваемости моторных топлив в условиях отрицательных температурах, моделируя реальные условия эксплуатации техники (холостой ход, номинальный режим, режим максимальной нагрузки). Различия между температурами прокачиваемости, полученными лабораторным методом и заявляемым способом, существенны для принятия решения на использование техники в условиях предельных температур эксплуатации. Например, при использовании дизельного топлива марки «З-0,2 минус 35» предельная температура подачи по лабораторному методу равна минус 30°С, а в реальных условиях она выше, как видно из результатов заявляемого способа, - минус 28,0°С. В режиме холостого хода двигателя В-46 танка Т-72М это расхождение не столь велико (2°С), а при эксплуатации техники на номинальном режиме и режиме максимальной нагрузки расхождение значительное (3,9 и 4,6°С соответственно), что при эксплуатации техники ниже предельной температуры подачи, полученной заявляемым способом, неизбежно приведет к забивке фильтроэлементов фильтра тонкой очистки и выходу техники из строя.

Применение изобретения позволит исключить выход техники из строя при эксплуатации техники в условиях отрицательных температур, т.к. более точно и достоверно определяются предельные и критические температуры подачи топлив.

Изобретение относится к области испытания топлив, в частности для оценки низкотемпературной прокачиваемости топлив для двигателей транспортных средств, и может использоваться для контроля качественного состояния моторных топлив, используемых на технике в условиях низких температур. Способ оценки заключается в том, что задают параметры испытания топлива, осуществляют охлаждение топлива до температуры помутнения испытуемого топлива, устанавливают расход и давление при подаче топлива через фильтр тонкой очистки, соответствующие режимам двигателя с одновременным изменением расхода топлива в вспомогательной топливной линии и гидравлического сопротивления в основной топливной линии, замеряют продолжительность подачи топлива через фильтр тонкой очистки, значения расхода топлива и перепада давления на фильтре тонкой очистки, испытания продолжают последовательными циклами через заданное значение охлаждения топлива. За предельную температуру подачи моторного топлива принимают температуру топлива, при которой разность значений текущего расхода топлива через фильтр тонкой очистки и расхода топлива, заданного для конкретного режима нагрузки двигателя, превысит допустимую погрешность измерения, за критическую температуру подачи принимают температуру, при которой в течение заданного времени текущий расход топлива снизится до предельного значения, при котором двигатель перестает работать на холостом ходу, а перепад давления, соответствующий критической температуре подачи, принимают за критический перепад давления. Технический результат - повышение точности и достоверности способа оценки низкотемпературной прокачиваемости моторных топлив для транспортных средств за счет создания условий испытания, близких к реальным условиям эксплуатации техники. 1 табл.

Способ оценки низкотемпературной прокачиваемости моторных топлив для двигателей транспортных средств, включающий подачу охлажденного до заданной температуры топлива через фильтр тонкой очистки, регистрацию расхода топлива после фильтра тонкой очистки и перепада давления на фильтре тонкой очистки в течение заданного времени, отличающийся тем, что задают температуру помутнения испытуемого моторного топлива, тип двигателя, применительно к которому оценивается прокачиваемость топлива, тип фильтроэлемента фильтра тонкой очистки, продолжительность подачи топлива через фильтр тонкой очистки, значения расхода и давления топлива в основной топливной линии, перепад давления на фильтре тонкой очистки при работе двигателя на холостом ходу, режимах номинальной и максимальной нагрузок, предельно допустимое значение расхода топлива, при котором двигатель заданного типа перестает работать на холостом ходу, допустимые значения погрешностей измерений расхода топлива и перепада давления на фильтре тонкой очистки, осуществляют охлаждение топлива до температуры помутнения, устанавливают расход и давление при подаче топлива через фильтр тонкой очистки, соответствующие режиму или холостого хода двигателя, или режиму номинальной нагрузки двигателя, или режиму максимальной нагрузки двигателя с одновременным изменением расхода топлива во вспомогательной топливной линии, подключенной к основной топливной линии перед фильтром тонкой очистки, и гидравлического сопротивления в основной топливной линии, замеряют продолжительность подачи топлива через фильтр тонкой очистки, значения расхода топлива и перепада давления на фильтре тонкой очистки, которые сравнивают со значениями этих величин, заданными для конкретного режима нагрузки двигателя, и при получении их разности, не превышающей допустимых погрешностей измерений в течение заданного времени, подачу топлива прекращают, испытания продолжают последовательными циклами, перед каждым из которых температуру топлива понижают на заданное значение, снова прокачивают топливо через фильтр тонкой очистки в течение заданного времени с регистрацией значений расхода топлива через фильтр тонкой очистки и перепада давления на фильтре тонкой очистки и за предельную температуру подачи моторного топлива принимают температуру топлива, при которой разность значений текущего расхода топлива через фильтр тонкой очистки и расхода топлива, заданного для конкретного режима нагрузки двигателя, превысит допустимую погрешность измерения, и/или, если разность значений текущего перепада давления на фильтре тонкой очистки и перепада давления, заданного для конкретного режима нагрузки двигателя, превысит допустимое значение погрешности измерения, за критическую температуру подачи принимают температуру, при которой в течение заданного времени текущий расход топлива снизится до предельного значения, при котором двигатель перестает работать на холостом ходу, а перепад давления на фильтре тонкой очистки, соответствующий критической температуре подачи, принимают за критический перепад давления.