ОЧИЩАЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ВОДОРОДНОЙ ОЧИСТКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ОТ УГЛЕРОДИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 2025 года по МПК C11D3/20 C11D1/02 F02B77/04 

Настоящее изобретение относится к техническому обслуживанию двигателей внутреннего сгорания транспортных средств различного назначения, в частности, к очищающим составам для водородной очистки двигателей внутреннего сгорания от углеродистых отложений [C11D 10/02].

Из уровня техники известны способы очистки двигателей внутреннего сгорания от углеродистых отложений, которые можно разделить на механические, химические и аппаратные.

Механическую очистку осуществляют посредством ручных инструментов, которыми в ручном режиме снимают слой отложений с деталей двигателя внутреннего сгорания после его разбора. Недостатками данной группы способов являются низкая эффективность, необходимость высокой квалификации персонала, высокие финансовые затраты и длительность проведения процедуры.

При химическом способе очистки в масло либо через специальное отверстие под свечу зажигания в бензиновом двигателе либо топливные форсунки в цилиндр в дизельном двигателе вводят специальные составы, содержащие растворители углеродистых отложений. При этом упомянутые специальные составы могут разрушить резиновые уплотнители, вызвать коррозию металлов, из которых выполнены детали двигателей внутреннего сгорания.

Группа аппаратных способов очистки двигателей внутреннего сгорания от углеродистых отложений содержит этапы, на которых посредством установки производят водородно-кислородную смесь методом электролиза и подают ее по системе забора воздуха в работающий двигатель внутреннего сгорания. Указанная группа способов является предпочтительной, так как не требует разбора двигателя внутреннего сгорания и обеспечивает низкие временные и финансовые затраты.

Так, из уровня техники известна относящаяся к аппаратной очистке двигателей внутреннего сгорания СИСТЕМА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НАГАРА ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ [RU2704370C1, опубл. 28.10.2019], причем известная система содержит средства впрыска, выполненные с возможностью впрыска промывочного текучего вещества по впуску для подсоса топливной смеси в работающий двигатель, при этом система отличается тем, что также содержит средства управления, выполненные с возможностью управления открыванием и закрыванием клапана рециркуляции выхлопных газов (EGR) двигателя в соответствии с параметрами впрыскиваемого промывочного текучего вещества.

Недостатком аналога является низкая эффективность очистки двигателя внутреннего сгорания, так как посредством известной установки очищают камеру сгорания и поршень, а также выпускной тракт благодаря образовавшемуся перегретому пару, но при этом не очищают детали впускного тракта.

Для решения технической проблемы, связанной с невозможностью очищения деталей впускного тракта, при реализации аппаратной очистки двигателя внутреннего сгорания от углеродистых отложений используют дополнительные чистящие растворы на основе различных анионных поверхностно-активных веществ.

Наиболее близким по технической сущности является относящееся к таким растворам СРЕДСТВО ОЧИСТКИ АВТОМОБИЛЯ ОТ УГЛЕРОДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ДЛЯ ВОДОРОДНОЙ ОЧИСТКИ БЕЗ РАЗБОРКИ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ [CN104877831A, опубл. 02.09.2015], которое образовано путем смешения изопропиламиновой соли додецилфенол сульфоновой кислоты, эфира полигликоля нонилфенола, монопропилового эфира этиленгликоля, петролейного эфира, гидрогенизированного легкого дистиллята нефтепродуктов, метенамина и деионизированной воды.

Основной технической проблемой прототипа является сложность изготовления, обусловленная большим количеством компонентов известного средства, образование мыльного налета в системе подачи очищающего состава автономной установки и на деталях двигателя внутреннего сгорания, а также коррозия деталей двигателя внутреннего сгорания при использовании известного средства.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения – повышение эффективности очистки двигателя внутреннего сгорания от углеродистых отложений.

Указанный технический результат достигается за счет того, что очищающий состав для водородной очистки двигателей внутреннего сгорания от углеродистых отложений, содержащий анионное поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что в качестве анионного поверхностно-активного вещества очищающий состав содержит лауретсульфат натрия, причем очищающий состав дополнительно содержит комплексообразователь и присадку для снижения коррозии деталей двигателя внутреннего сгорания, причем в качестве комплексообразователя очищающий состав содержит натрий цитрат дигидрат, а в качестве упомянутой присадки очищающий состав содержит натрий бензоат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

лауретсульфат натрия 1,2-1,3 натрий цитрат дигидрат 0,1-0,2 натрий бензоат 0,2-0,3 вода остальное

Осуществление изобретения.

Ниже описан очищающий состав для водородной очистки двигателей внутреннего сгорания от углеродистых отложений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Заявленный согласно настоящему изобретению очищающий состав предназначен для использования при водородной очистке двигателя внутреннего сгорания от углеродистых отложений, заключающейся в подаче водородно-кислородной смеси вместе с очищающим агентом в систему забора воздуха работающего двигателя внутреннего сгорания, причем упомянутую водородно-кислородную смесь производят посредством автономной установки путем электролиза воды.

Электролиз воды в упомянутой автономной установке проводят в присутствии щелочи для обеспечения снижения сопротивления электролита и увеличения эффективности образования газовой смеси на каждый Ватт затраченной энергии. Для электролиза используют дистиллированную воду.

Образовавшаяся в результате электролиза водородно-кислородная смесь представляет собой смесь, содержащую преимущественно 1/3 кислорода и 2/3 водорода.

Проходя пo впускному тракту, указанная смесь смешивается с топливовоздушной смесью и поступает в камеру сгорания. В результате воспламенения полученной смеси запускается процесс каталитического горения с повышенными температурами и образованием перегретого пара. Повышение температуры горения топливовоздушной смеси запускает процесс пиролиза, который позволяет разложить углеродистые соединения до оксидов и газообразных углеводородов. Воздействие водородно-кислородной смеси далее рассмотрено комплексно с учетом химической активности водорода, особенно в процессе горения, и эффекта диффузии в углеродистые отложения.

Химическая активность водорода проявляется в его восстановительной способности. При сгорании водород вступает в реакции с нагарами, лаками и шламами, вызывая изменение химических соединений и их молекулярной структуры при высокой температуре и давлении. Протекание реакции водородно-кислородной смеси с углеродистыми отложениями отображено в следующих уравнениях:

Описанные выше реакции зависят от условий среды, в частности от наличия высокой температуры и давления. Taк, при взаимодействии водорода с углеродистыми отложениями при каталитическом горении образовывается метан, который в дальнейшем сгорает вместе с бензином. Также с углеродосодержащими отложениями вступает в реакцию перегретый пар, который растворяет их до водорода и угарного газа.

При выходе прореагировавших компонентов из камеры сгорания и падении давления реакция продолжается под действием высокой температуры. При этом угарный газ также взаимодействует с водяным паром, водородом и кислородом и окисляется до углекислого газа. Оксид азота II при реакции с кислородом преобразовывается в оксид азота IV, а при взаимодействии с водородом - в чистый азот.

За счет малого размера молекулы водорода проникают в пористые структуры углеродистых отложений и реагируют с ними в глубине. При сгорании водорода внутри пор углеродистых отложений и в результате роста температуры и давления происходит выкрашивание нагара и его разложение в каталитическом горении.

При движении по выпускному тракту продолжается процесс пиролиза углеродистых отложений в выпускном коллекторе, корпусе турбинной части компрессора, клапане ЕГР и каталитическом нейтрализаторе или сажевом фильтре. При этом происходит дальнейшая реакция перегретого пара, полученного в результате горения водородно-кислородной смеси в камере сгорания, которые выражены в уравнениях 1, 4 с образованием угарного и

углекислого газа. Повышение температуры выхлопных газов, вызванное сгоранием водородно-кислородной смеси, запускает в каталитическом нейтрализаторе или сажевом фильтре процесс регенерации, при котором несгоревшие частицы углеродистых отложений окисляются (сгорают) и удаляются из системы.

Для решения технической проблемы, связанной с невозможностью очищения деталей впускного тракта, при описанной выше водородной очистке двигателя внутреннего сгорания от углеродистых отложений используют заявленный в соответствии с настоящим изобретением очищающий состав, содержащий анионное поверхностно-активное вещество (ПАВ), воду, комплексообразователь и присадку для снижения коррозии деталей двигателя, причем в качестве анионного ПАВ очищающий состав содержит лауретсульфат натрия, в качестве комплексообразователя очищающий состав содержит натрий цитрат дигидрат, а в качестве упомянутой присадки очищающий состав содержит натрий бензоат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

лауретсульфат натрия 1,2-1,3 натрий цитрат дигидрат 0,1-0,2 натрий бензоат 0,2-0,3 Вода остальное

Лауретсульфат натрия в качестве анионного ПАВ при указанном выше диапазоне мас.% обеспечивает моющие свойства очищающего состава, при этом его содержание в очищающем составе подобрано таким образом, чтобы не допускать образования мыльного налета в системе подачи очищающего состава автономной установки, а также на деталях двигателя внутреннего сгорания.

Натрий цитрат дигидрат в качестве комплексообразователя при указанном выше диапазоне мас.% повышает эффективность анионного ПАВ и снижает отложение солей натрия, являющихся продуктами реакции лауретсульфата натрия, на деталях двигателя внутреннего сгорания.

Натрий бензоат в качестве присадки для снижения коррозии деталей двигателя при указанном выше диапазоне мас.% обеспечивает защиту металлических деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии.

Указанный очищающий состав перед проведением очистки двигателя внутреннего сгорания размещают в резервуаре упомянутой выше автономной установки и вспенивают посредством насоса, размещенного в автономной установке.

После вспенивания очищающий состав смешивают с образовавшейся в результате электролиза водородно-кислородной смесью и подают во впускной тракт вместе с газовой смесью вспененный чистящий раствор.

При этом образовавшаяся пена за счет моющих средств растворяет углеродистые отложения во впускном тракте, которые образовались в результате поступления через систему рециркуляции отработавших газов и вентиляцию картера. Данный тип отложений имеет маслянистую структуру с мелкими частицами сажи и обычно скапливается на дроссельной заслонке, насосном колесе турбокомпрессора и впускном коллекторе. Анионное ПАВ за счет своей способности растворять масляные пленки взаимодействует с углеродистыми отложениями и удаляет их с поверхностей деталей.

За счет содержания в пузырьках образовавшейся пены водородно-кислородной смеси происходит ее сгорание в цилиндрах двигателя. В цилиндрах двигателя во время процесса удаления углеродистых отложений также происходит отделение частиц с поверхности деталей с высокой скоростью за счет повышения температуры горения, что в свою очередь повышает эффективность аппаратной очистки. Непрореагировавшие остатки ПАВ поступают из цилиндра двигателя в выпускной коллектор и далее по ходу движения реагируют с углеродистыми отложениями в клапане ЕГР, турбинном колесе компрессора, каталитическом нейтрализаторе или сажевом фильтре.

Соединение анионного ПАВ с перегретым паром повышает его моющие способности и позволяет чистить выхлопную систему после каталитического нейтрализатора или сажевого фильтра, где температура реакции снижается, перегретый пар переходит точку росы и выпадает конденсатом.

Таким образом, применение очищающего состава позволяет очистить насосное колесо турбокомпрессора, дроссельную заслонку и впускной коллектор от углеродистых отложений, которые поступают вместе с газами из системы вентиляции картера или клапана ЕГР.

Технический результат изобретения – повышение эффективности очистки двигателя внутреннего сгорания от углеродистых отложений – достигается за счет того, что в качестве анионного поверхностно-активного вещества очищающий состав содержит лауретсульфат натрия, причем очищающий состав дополнительно содержит комплексообразователь и присадку для снижения коррозии деталей двигателя внутреннего сгорания, причем в качестве комплексообразователя очищающий состав содержит натрий цитрат дигидрат, а в качестве упомянутой присадки очищающий состав содержит натрий бензоат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

лауретсульфат натрия 1,2-1,3 натрий цитрат дигидрат 0,1-0,2 натрий бензоат 0,2-0,3 вода остальное

Ниже приведены примеры изготовления очищающих составов №1-7 (таблица №1) и результаты их испытаний при водородной очистке двигателей внутреннего сгорания от углеродистых отложений (таблица №2).

Таблица №1

№ Массовая доля, % лауретсульфат натрия натрий цитрат дигидрат натрий бензоат вода 1 1,20 0,10 0,20 98,50 2 1,30 0,10 0,20 98,40 3 1,26 0,10 0,20 98,44 4 1,26 0,20 0,25 98,29 5 1,26 0,24 0,25 98,25 6 1,20 0,24 0,25 98,31 7 1,30 0,24 0,30 98,16

Составы готовят последовательным смешиванием натрия цитрата дигидрата и натрия бензоата в аппарате, снабженном мешалкой, с числом оборотов 60 об/мин в течение 10 минут при комнатной температуре. В полученную смесь при перемешивании вводят лауретсульфат натрия в течение 10 минут. Полученную смесь растворяют в воде при перемешивании в течение 40 минут.

Составы №1-7 готовят аналогично вышеописанному, изменяя количество исходных компонентов согласно таблице №1.

Далее проводили очистку парка техники, состоящего из одного тепловоза ТЭМ 18, одного карьерного самосвала БелАЗ и семи грузовых машин различных марок (KAMA3, MA3, SCANIA, IVECO).

Во время испытаний производились замеры токсичности выхлопа с помощью приборов газоанализатора Vario Plus Industrial «Железнодорожная комплектация» №061445 и дымомера МЕТА-О1МП 0.43T №150 по следующим показателям:

- концентрация NO, NOx, CO, СН в миллионной доле (ppm);

- концентрация СО₂, О₂, дымность N в %;

- коэффициент избытка воздуха λ.

В таблице №2 показаны результаты измерений до и после пилотных испытаний.

Таблица №2

Состав № NO NOx CO СО₂ СН N О₂ λ 1 193/95 203/100 94/57 0,6/0,5 3,4/0 5,7/3,8 19,72/20,21 17,05/27,58 2 133/109 104/114 628/166 1,67/1,1 0/0 4,57/2,87 18,61/19,29 8,93/12,57 3 359/347 371/365 259/229 1,37/1,3 0/0 4,6/2,77 18,99/18,17 10,67/9,99 4 97/93 102/100 92/89 1,2/1,1 0/0 3,67/2,17 19,35/19,46 13,01/14,03 5 166/152 174/159 174/126 1,2/1,1 0/0 5,1/3,47 19,27/19,18 11,57/12,37 6 180/104 189/110 473/304 1,4/0,9 0/0 5,7/3,53 18,56/19,54 8,74/14,72 7 518/310 544/326 55/18 1,6/0,8 0/0 3,53/2,6 18,63/19,82 9,02/18,41 Результат: снижение до 62% до 62% до 77% до 66% до 99% до 46% до 15% до 65%

Изобретение относится к техническому обслуживанию двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, в частности к очищающим составам для водородной очистки двигателей внутреннего сгорания от углеродистых отложений. Состав содержит анионное поверхностно-активное вещество и воду, при этом в качестве анионного поверхностно-активного вещества состав содержит лауретсульфат натрия, а также комплексообразователь и присадку для снижения коррозии деталей двигателя внутреннего сгорания, в качестве комплексообразователя состав содержит натрий цитрат дигидрат, в качестве присадки - натрий бензоат, при соотношении компонентов, мас.%: лауретсульфат натрия 1,2-1,3; натрий цитрат дигидрат 0,1-0,2; натрий бензоат 0,2-0,3; вода остальное. Технический результат - повышение эффективности очистки двигателя внутреннего сгорания от углеродистых отложений. 2 табл., 7 пр.

Очищающий состав для водородной очистки двигателей внутреннего сгорания от углеродистых отложений, содержащий анионное поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что в качестве анионного поверхностно-активного вещества очищающий состав содержит лауретсульфат натрия, причем очищающий состав дополнительно содержит комплексообразователь и присадку для снижения коррозии деталей двигателя внутреннего сгорания, причем в качестве комплексообразователя очищающий состав содержит натрий цитрат дигидрат, а в качестве упомянутой присадки очищающий состав содержит натрий бензоат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

лауретсульфат натрия 1,2-1,3 натрий цитрат дигидрат 0,1-0,2 натрий бензоат 0,2-0,3 вода остальное