СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ТОПЛИВА В МАСЛАХ Российский патент 2008 года по МПК G01N25/14 

Изобретение относится к экспресс-методам определения наличия и концентрации топлива (дизельного и бензина) в свежих, работающих и отработанных смазочных маслах в стационарных и полевых условиях.

Известен способ определения наличия топлива в смазочных маслах методом нагревания в открытом или закрытом тигле некоторого количества испытуемого масла по снижению температуры вспышки паров над поверхностью испытуемого масла относительно масла, незагрязненного топливом [ГОСТ 4333-87. Методы определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле; ГОСТ 6356-75. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле; Балтенас Р., Сафонов С.А., Ушаков А.И. Шергалис В. Моторные масла. М. - СПб.: Альфа-Лаб, 2000. - 272 с. (см. стр.37)].

Данный метод позволяет дать качественную и количественную оценку наличия или отсутствия топлива в масле. Однако этот способ является лабораторным и имеет высокую трудоемкость аналитических работ, что не позволяет отнести его к экспресс-методам. В силу указанных причин он также не позволяет осуществить количественную оценку концентрации топлива в смазочных маслах в полевых условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля наличия и концентрации топлива в смазочных маслах по снижению температуры вспышки в закрытом тигле с применением прибора фирмы KOMATSU [Прибор для проверки масла в дизельном двигателе. Инструкция по эксплуатации №3-22-1, 799-201-6000. Япония, фирма KOMATSU Лтд. - 17 с. - прототип].

При оценке наличия топлива в масле по прототипу используется несколько тепловых режимов и два диагностических признака (параметра): 1 - отсутствие реакции масла на открытое пламя, поднесенное к зеркалу масла, и 2 - воспламенение масла при поднесении к его зеркалу открытого пламени, то есть горение паров более 1 с.

Согласно этому способу качественная проверка наличия и концентрации, например, дизельного топлива, заключается в нагреве порции испытуемого масла объемом 2 см³ в течение 1 мин в предварительно прогретом до температуры 210°С закрытом тигле. По истечении 1 мин в крышке тигля открывают окно и подносят к нему открытое пламя (запальник). Если при этом испытуемое масло не реагирует, то есть не воспламеняется, то считают, что масло находится в работоспособном состоянии по данному его показателю качества. Появление же воспламенения свидетельствует о том, что масло загрязнено топливом.

Для количественного определения топлива в масле и выяснения степени неисправности топливной аппаратуры двигателя внутреннего сгорания (ДВС) дальнейшее исследование масла осуществляют в том же порядке, но при ступенчатом понижении температуры тигля каждый раз на 30°С, то есть при 180, 150 и 120°С, предварительно заменяя предыдущую порцию испытуемого масла в тигле на новую.

Масло признается работоспособным, а топливная аппаратура исправной в том случае, если у испытуемого масла отсутствует воспламенение при 180°С.

Если воспламенение масла имеет место и при 120°С, то это свидетельствует об аварийном уровне загрязнения масла топливом, при котором эксплуатация машины должна быть прекращена немедленно.

Основной недостаток этого экспресс-метода заключается в том, что количественное определение занимает от 30 до 60 мин, в зависимости от степени загрязнения масла топливом. Так, если концентрация топлива в масле достигает аварийного значения, то необходимо выполнить не менее четырех испытаний данного масла, на что затрачивается до 40...60 мин. Это указывает на высокую трудоемкость оценки этого свойства масла, так как при экспресс-анализе контроль всех базовых свойств масла не должен длиться более 1 часа.

Задачей изобретения является повышение оперативности и точности оценки фактического уровня загрязненности масла топливом в стационарных и полевых условиях.

Для повышения оперативности оценки концентрации топлива в масле предлагается использовать не два, а четыре диагностических параметра. Известно, что кроме названных диагностических признаков: 1 - отсутствие реакции и 2 - наличие воспламенения (горения), существуют еще две реакции: 3 - хлопок, то есть реакция без образовании пламени, и 4 - вспышка паров топлива, то есть горение пламени в течение не более 1 с.

Согласно предлагаемому методу оценка концентрации топлива в масле заключается в нагревании до заданной температуры некоторого объема масла в закрытом тигле и последующем наблюдении за реакцией масла на открытое пламя при его поднесении к зеркалу масла, то есть как в прототипе.

Однако распознавание фактической концентрации топлива в масле осуществляется по одному из четырех диагностических признаков, а не по двум, как в прототипе. Тип реакции на открытое пламя, поднесенное к зеркалу нагретого до заданной температуры испытуемого масла для каждого из четырех диагностических параметров однозначно и строго функционально зависит от температурного режима испытания масла и концентрации топлива в масле. Поэтому при испытании может реализоваться только один из диагностических параметров, так как каждому из них соответствует своя степень концентрации паров легких фракций топлива.

Таким образом, при выполнении только одного испытания потенциально можно определить четыре разных уровня загрязнения масла топливом и, в результате, определить фактическую степень загрязнения масла топливом и на этом основании поставить диагноз о работоспособности не только смазочного масла, но и топливной аппаратуры ДВС.

Температурный режим такого одноразового испытания целесообразно выбрать таким, чтобы каждая из четырех реакций на открытое пламя потенциально могла реализоваться.

При этом, учитывая, что конечной целью диагностирования является распознавание состояния смазочного масла (работоспособное или неработоспособное) и исправности топливной аппаратуры ДВС, необходимо обеспечивать такое сочетание значения информативного параметра - «температура реакции» и одной из трех реакций - «хлопок», «вспышка» или «воспламенение (горение)», которое соответствует предельному уровню загрязнения масла топливом. Это обеспечит в любом случае однозначное распознавание фактического состояния масла и топливной аппаратуры при выполнении одного испытания, а качественная и количественная оценки реализуются одновременно.

При оценке загрязненности масла топливом его концентрацию определяют расчетным путем по уравнению регрессии, либо по графической зависимости, используя значение информативного параметра - «температура реакции», и по одной из реакций, которая реализовалась при испытании масла.

С целью сокращения времени анализа масла и обеспечения определения работоспособности масла за одно его испытание устанавливают такую температуру тигля при испытании, при которой обеспечивается сочетание значения информативного параметра - «температура реакции» и одной из трех реакций - «хлопок», «вспышка» или «воспламенение (горение)», которое соответствует предельному уровню загрязнения масла топливом.

В результате трудоемкость испытания масла на содержание и концентрацию в нем топлива для наиболее сложных случаев сократится в четыре раза.

Повышение точности количественной оценки концентрации топлива в масле достигается, с одной стороны, благодаря применению большего числа диагностических параметров, а с другой стороны, за счет применения экспериментальных зависимостей, аппроксимированных уравнениями регрессии с погрешностью не более 0,02 в долях от 1.

Из известного уровня техники неизвестно определение концентрации топлива в свежем, работающем или отработанном масле экспресс-способом в полевых и лабораторных условиях, позволяющего с применением нового комплекса информативных параметров определять фактическую концентрацию топлива в масле с более высокой точностью и, таким образом, выявить за одно испытание масла его состояние (работоспособное или неработоспособное) и при этом сократить время испытания в 2...4 раза относительно времени, затрачиваемого при испытании масла по прототипу, а также принципиально упростить процедуру испытания. Поэтому одновременное сочетание комплекса новых и используемых в прототипе информативных параметров обеспечивает получение принципиально нового положительного результата, позволяющего сделать вывод о соответствии технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Для реализации предложенного способа необходим электротигель, позволяющий регулировать его температуру, например как в прототипе, секундомер, например ручных или карманных часов, мерная ложка, пипетка и запальник (как в прототипе).

Способ реализуется следующим образом. Тигель нагревают, например, до температуры 180°С и с помощью мерной ложки в прогретый тигель заливают испытуемое масло и сразу же закрывают тигель крышкой и засекают время отсчета нагрева масла. По истечении 1 мин, сняв крышку с тигля (или как в прототипе - открыв в крышке тигля окно) проверяют реакцию испытуемого масла на открытое пламя, поднесенное с помощью запальника к зеркалу масла. Если при этом испытуемое масло не дает реакции, то считают, что масло находится в работоспособном состоянии по данному его показателю качества. Появление же одной из реакций: «хлопок», «вспышка» или «воспламенение (горение)» свидетельствует о том, что масло загрязнено топливом. В зависимости от реализовавшейся реакции и температуры тигля при испытании определяют фактическую концентрацию топлива в масле. На этом проверка считается завершенной.

Далее, масло, которое подверглось испытанию, удаляют пипеткой из тигля, а тигель протирают тканевой салфеткой (ветошью).

Наличие тесной функциональной зависимости температуры реакции от концентрации топлива в масле обеспечивает высокую точность количественной оценки. Это возможно потому, что при испытании загрязненного масла количество образующихся в закрытом тигле паров легких фракций топлива пропорционально концентрации топлива в масле, что при одинаковой температуре испытания приводит к увеличению интенсивности реакции на открытое пламя, поднесенное к зеркалу испытуемого масла, то есть минимальная интенсивность реакции - «Отсутствие реакции», затем - «Хлопок», «Вспышка» и «Воспламенение (горение)». Именно поэтому «Температура реакции» является функционально однозначным информативным параметром «Концентрации топлива в масле».

Качественная оценка отвечает на вопрос: «Испытуемое масло загрязнено топливом?» ответом в виде «Да» или «Нет». Информативными параметрами является реализация одной из возможных реакций или ее отсутствие на открытое пламя, поднесенное к зеркалу испытуемого масла, и температура реакции. Появление реакции в виде хлопка, вспышки или воспламенения предполагает ответ «Да». В противном случае масло считается не загрязненным топливом, что предполагает ответ «Нет».

Количественное определение с применением нового метода заключается в оценке не только степени загрязненности масла топливом и признания его работоспособным или неработоспособным, но и возможности осуществления более объективной диагностики системы топливоподачи, например ДВС. Знание числового значения информативного параметра «Температура реакции» и типа, реализовавшейся реакции, позволяет более точно определить фактическую концентрацию топлива в масле и, таким образом, достоверно распознать степень разгерметизации системы топливоподачи ДВС. Это, в свою очередь, позволяет обосновать не только необходимость замены работающего масла по данному показателю его качества, но и сформулировать рекомендации по устранению неисправности топливной системы.

При оценке загрязненности масла топливом его концентрацию определяют расчетным путем по уравнению регрессии, соответствующему реализовавшейся реакции (см. уравнение), используя для этого числовое значение диагностического параметра - «Температура реакции», которая имела место при испытании масла, либо по графической зависимости «Температуры реакции» на поднесение открытого пламени к зеркалу испытуемого масла от «Концентрации топлива в масле» (см. график).

При испытании устанавливают такую температуру тигля, при которой обеспечивается сочетание значения информативного параметра - «температура реакции» и одной из трех реакций - «хлопок», «вспышка» или «воспламенение (горение)», которое соответствует предельному уровню загрязнения масла топливом.

Пример.

Приводим результаты одного из исследований заявленного способа экспресс оценки концентрации топлива в смазочных маслах на примере зимнего дизельного топлива.

Предварительно были изготовлены эталонные смеси работавшего моторного масла с зимним дизельным топливом со следующими концентрациями: 1,0; 3,0; 5,0; 7,0 и 10,0% от объема масла.

На графике приведены линии регрессии зависимостей температур трех реакций на открытое пламя, поднесенное к зеркалу испытуемого масла, от концентрации в нем зимнего дизельного топлива и температуры тигля.

Опытные данные аппроксимированы степенными уравнениями регрессии. Погрешность аппроксимации экспериментальных данных не превышает 0,02. Погрешность аппроксимации опытных данных осуществлялась с применением показателя R², используемого в среде Microsoft Excel.

Фактическое значение концентрации топлива в масле определяют по температуре тигля при испытании масла и виду реакции, которая реализовалась при этом испытании. Наиболее простой способ определения числового значения концентрации топлива в масле - это графический способ. Для этого сначала на вертикальной оси отмечают температуру реакции, как показано на чертеже, горизонтальной штриховой линией до линии графика реализовавшейся реакции. Затем из точки пересечения штриховой линии с линей графика опускают перпендикуляр на горизонтальную ось графика и по точке их пересечения, с учетом масштаба оси, определяют концентрацию топлива в масле. На графике это показано вертикальными штриховыми стрелками.

Так, если испытание масла осуществляется при температуре тигля 180°С и реализовалась реакция «Хлопок», то концентрация топлива в масле равна 0,9%, при реакции «Вспышка» - 1,4%, а при «Воспламенении» - 3,1%.

Предельное значение концентрации топлива в масле равно 3%. В приведенном примере, если реализуется реакция «Воспламенение», то масло признается неработоспособным и подлежит замене, а топливная аппаратура - неисправной, что предполагает ее техническое обслуживание или ремонт.

Вычислить концентрацию топлива также можно по соответствующему преобразованному уравнению регрессии, например, которое приведено ниже для реакции «Вспышка». Для этого необходимо в уравнение подставить числовое значение информативного параметра - «Температура реакции»

X=1,08·10¹⁰·У^-4,38,

где У - информативный параметр - «Температура реакции»;

Х - концентрация топлива в испытуемом масле, %.

Таким образом, применение нового способа позволяет при выполнении только одного испытания определить четыре разных уровня загрязнения масла топливом и, в результате, более точно определить степень загрязнения масла топливом и на этом основании поставить более достоверный диагноз о работоспособности не только смазочного масла, но и топливной аппаратуры ДВС, сократив в 2...4 раза время испытания масла относительно прототипа.

Изобретение относится к экспресс-методам определения наличия и концентрации топлива в маслах в стационарных и полевых условиях. Способ включает нагрев масла до заданной температуры и наблюдение за реакцией масла на открытое пламя. В качестве информативных параметров используют четыре реакции масла: «отсутствие реакции», «хлопок», «вспышка», «воспламенение (горение)», и по реализации одной из них судят о концентрации топлива в масле. При оценке загрязненности масла топливом его концентрацию определяют расчетным путем по уравнению регрессии, либо по графической зависимости, используя значение информативного параметра - «температура реакции». Технический результат заключается в том, что одновременное использование четырех реакций масла на открытое пламя обеспечивает сокращение длительности и трудоемкости определения при повышении точности оценки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения концентрации топлива в смазочных маслах путем нагрева масла до заданной температуры в закрытом тигле в течение 1 мин и последующего наблюдения за реакцией масла на открытое пламя, поднесенное к его зеркалу, отличающийся тем, что в качестве информативных параметров используют четыре реакции масла: "отсутствие реакции", "хлопок", "вспышка", "воспламенение (горение)", и в зависимости от реализовавшейся реакции и температуры тигля при испытании определяют концентрацию топлива в масле.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно оценивают загрязненность масла и при определении концентрации используют уравнение регрессии, соответствующее реализовавшейся реакции, или графическую зависимость, учитывающую дополнительный информативный параметр - "температуру реакции", для одной из реакций, которая реализовалась при испытании масла.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при испытании устанавливают такую температуру тигля, при которой обеспечивается значение температуры реакции для одной из трех реакций - "хлопок", "вспышка" или "воспламенение (горение)", которое соответствует предельному уровню загрязнения масла топливом.