Способ оценки склонности моторных топлив к лако- и нагарообразованию Советский патент 1989 года по МПК G01N33/22 

Изобретение относится к методам испытания нефтепродуктов и может быть использовано для оценки лако- и нага- рообразующей способности моторных топлив в научно-исследовательских организациях, в лабораториях нефтеперерабатывающих заводов и в организациях, занимающихся разработкой и примет нением моторных топлив.

. I

Цель изобретения - разработка ла-

бораторного способа, позволяющего с высокой точностью и достоверностью, моделируя температурные условия камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания (КС две), оценивать лако- и наг гарообразующую способность моторных . топлив с учетом рлияния различных физико-химических и эксплуатационных

факторов, сократив при этом время и снизив трудоемкость испытаний.На фиг.1 показана схема, реализующая предлагаемый способ.

Способ осуществляют следующим об- разом.

Топливо из емкости 1 через дозатор 2 отдельными, свободно падающими каплями подают в кварцевую трубку 3 с .нагревателем 4, имеющим окно 5 для ,наблюдения. В стакане 6, нагреваемом нагревателем 7, снабженным окном 8 для наблюдения, топливо попадает на пластину 9 из исследуемого материала. Воздух внутри кварцевой трубки 3 нагревают до температуры рабочего заряда две, и капля, пролетая в трубке, нагревается, испаряется, самовоспла- ,меняется и начинает сгорать. В стака4;

О5 М

сл

о со

не 6 и на пластине 9 соБдают темпера- выбранного элемента КС ДВС, Pia пластине 9 заканчивается горешш капли топлива к, в случае неполного его-.

остаются

отложения лака

раршя S

и/или нагара. Очередную каплю топлива подают с интервалом, равньш времени свободного падения капли,

Воздух, необход шый для процесса сгорания, подают в установленном количестве блоком 10. Питаггае нагрева™ телей 4 и 7 ос тцествляют источником 11, а уг1:равление температурным режи- мом 3 кварцевой трубке 3 стакане 6 и на пластине 9 - блоком 12 автоматики. Склонность топлива к лако- и на- гарообразованию на выбранном для опыта м.атер иале оценивают по прира1це1шю массы пластины 9.На фиг. 2-4 дохазаны завиошости массы отложений на пластинах от- материала плас: :-, температуры и коэффициента избытка воздуха. .

Приняты следующие обозначения: га- масса отложений на пластинах; Т., - температура пластины 9 (выбранного элемента КС ДВС); Tj - температура воздуха в кварцевой трубке 3 (температура рабочего заряда ДВС); Ч коэффициент избытка воздз а.

Масса топлива (топливо Л по ГОСТ 305-82), взятого для одного опыта,

составляет 5-10 кг. Время одного испытания 20 мин, В качестве материала пластин, выбраны алюминий, медь и стекло.

На фиг.2 представлены зависимости массы отложений .на пластинах из различного материала от температуры Т. При понижении температуры Т от 400 до 250°С количество отложений на всех пластинах резко возрастает. Это объ .ясняется тем, что чем ниже температура T-f, тем менее завершенными ста- новятся термоокислительные превра ще- ния попавшего на пластины несгоревшего топлива; отложения типа нага:ра сменяются лакоподобными, имеющими большую массу. Различный наклон кри- вых к оси те ператур объясняется различной каталитической активностью материала пластин.

На фиг.З зависимость массы.отло- -жений на пластине из стекла от тем- пературы И при постоянной температу- ре Т имеет выраженньй максимум при температуре Т 450° С. Это объясняется тем, что при температуре ниже

5

0

5 0

g

5

0

5

450°С капли топлива за время свободного падения не успевают претерпеть глубоких термоокислительных превращений, в результате Чего образуются жидкие продукты окисления, которые частично испаряются и частично стекают с пластины и уносятся с отработавшими газами. Аналогичное явление наблюдается в недостаточно прогретом двигателе или в двигателе с неотре- гулированной системой охлаждения: часть несгоревшего топлива стекает в картер через зазор поршневое кольцо- стенка цилиндра, а часть выбрасывается с отработавшими газами.

На фиг.4 показано, что при выбранных, температурах Т, 300°С и Т-2. 500 С максимум. отложений на стеклянных пластинах наблюдается при а 1,0. С ростом о( до J. 1 ,4 избыток воздуха приводит к почти полному сгоранию топлива. При о меньше о(0,9 также происходит резкое сниже ние ко-; личества отложений, но з же по причине испарения и стекания с пластины несгоревшего топлива.

Срйвнительные данные условий, ре- ;жймов и разрешающей способности предлагаемого и известного способов при- ведены в табл.1.

Зависимость массы отложений образцов топлив разного химического состава от температур газовой среды, поверхности конструкционного материала, коэффициента избытка воздуха, конструкционного материала приведена в табл.2.

Вид зависимостей массь отложений от различных факторов, показанных в табл.2. Представлен на фиг.5-7.

На фиг.5 представлена зависимость массы отложений образцов топлив раз- ного химического состава от температуры газовой среды О - топливо Л-0.2-40 по ГОСТ 305-82; Q - топливо Л плюс 25% толуола. Температура поверхности конструкционного материала , коэффициент избытка воздуха 1,0; конструкционный материал - стекло.

На фиг.6 представлена зависимость массы отложений образцов топлив разного химического состава от коэффициента избытка воздуха О - топливо Д-р2- 0 по ГОСТ 305-82; .о- топливо

Л плюс 25% толуола. Температура газовой среды 500°С, температура поверхности конструкционного материала 300 С, конструкционный материал - стекло.

На фиг.7 представлена зависимость массы отложений образцов топлив разного химического состава на пластинах из различного конструкционного материала от температуры конструкционного материала Tj - топливо Л-0240 по ГОСТ 305-82; топливо Л

плюс 25% толуола. Температура газово

различным, чувствительность предлагаемого способа выше, чем известного. Это следует из анализа данных табл. 2 и фиг. 5: .отношение массы отложений, полученных на топливе Л с добавлением 25% толуола, к массе отложений, полученных на топливе Л без толуола, при различных температурах газовой среды Т2 состав

ляют: 1,8; 500 С 9

30 17

2,6; 450°С - 1,9;550 С-

Изобретение относится к нефтехимии, в частности к оценке склонности моторных топлив к лако- и нагарообра- зованию. Ilejfb - повьшение точности оценки, сокращение времени и снижение трудоемкости испытания. Оценку ведут по массе отложений, образующихся на нагреваемом материале, путем подачи топлива в капельно-жидком состоянии в воздух камеры сгорания при атмос- i ферном давлении с последующим нагревом, испарением, воспламенением и горением капли топлива. Воздух подают в камеру сгорания нагретым до температуры заряда двигателя внутреннего сгорания, а каплю нагревают, испаряют, воспламеняют, сжигают во время ее свободного падения. С целью повышения надежности испытаний интервал времени подачи капель равен времени ее свободного падения. з.п. ф-лы, .7 ил. , 3 табл. ш (Л

среды 550 С, коэффициент избытка воз-15 2,5, т.е. в среднем 2,2. При этом

духа 1,0.

Результаты повторных испытаний . топлива Л-0,2-40 по ГОСТ 305-82 приве-- дены в табл.3.

-4.

Среднее значение 194,7510 195 г. Дисперсия воспроизводимости

.1 - (Mi - Мср)

ftotcipП 25-10

Среднее квадратичное отклонение

6 « воспр

5-10г.

30

40

Выбор для сравнительных испытании образцов топлив Л-0,2-40и топлива Л плюс 25% толуола объясняется следующим.

Выбор топлива с добавкой толуола, имеющего заведомо высокую лаконага- рообразующую Способность, связан с тем, что лаконагарообразующая способ- ность /штатных дизельных топлив по ГОСТ 305-82 в условиях рабочего.процесса быстроходных дизелей имеет примерно -один и тот же уровень. ..

Анализ полученных экспериментальных данных (фиг.5-7) для топлив Л

по ГОСТ 305-82 и Л плюс 25% толуола, а также сравнение этих данных с данными по известному способу свиде- тельствзпот о высокой чувствительное- ти предлагаемого способа.

Даже несмотря на то, что топливо Л по ГОСТ 305-82 и авиабензин Б-70 . несопоставимы, так как в составе бензина Б-70 не содержится ароматических углеводородов, а в дизельном топливе

Л их содержание составляет порядка

20% и, следовательно, изменение . склонности к лаконагарообразованию при добавлении в эти топлива дополнительного количества ароматики бут дет различно (для дизтоплива Л должно быть ниже), а значит, и приращение количества отложений должно быть

45

50

55

следует учесть, что материал пластины, на которой образуются отложения,- стекло.

Из анализа данных табл.2 и фиг.6 следует: соответствующие отношения

равны для

а; 1 ,0 22

о1 1,4 - 3,U

т.е. в

0

1,5;

среднем 1,9. Матери ал пластины -,

стекло.

Из анализа данных табл.2 и фиг.7 следует: соответствующие отношения для пластины из меди равны 250°С

1,4; - 2,3;

10

21

2,3; 400°С - 4 4,5,

т.е. в среднем 2,6.

Для пластины из алюмит1я эти соот0

44 ношения равны 250 С - -гтзоо- с -

26 3,1; 350°С 1,7;

i

4

4,0;

45 - - , т.е. в среднем 2,9.

0

Для пластины из стекла эти соот- ношения равны: 250°С Ori

17

1,9;

11

8

2,5; - - 2,8;

55

- г , т.е. в среднем 2,4.

Среднее значение по всем указанным отношениям составляет 2,4.

В известном способе при количестве добавленного в авиабензин Б-70, разном нулю, вес нагара, образовавшегося на алюминиевом нагарннке, равен при- мерно 5 мг, при добавлении в авиабензин Б-70 25% толуола вес наг ар ник а равен примерно 13 мг. Таким образом, отношение равно 2, .

Из приведенных расчетов можно сделать следующие выводы. Нагарообразую- щая способность авиабензина Е-70 при добавлении 25% толуола, оценнен- ная при испытании на автомобильном бензиновом двигателе ЗИЛ-120 в тече ние 1 ч по известному способу, увеличилась по сравненизо с бензином Б-70 без толуола в 2,6 раза.

Нагарообразующая способность дизельного топлива Л-0,2-40 по ГОСТ при добавлении 25% толуола, оцененная по предлагаемому способу в течение 20 мин с расходом топлива 5 -10 кг, увеличилась по сравнению - с топливом Л без толуола в 2,4 раза.

Сравнение данных по чувствительности известного способа с предлагае- . мым способом, полученных на разных моторньк топливах исходная лакона гарообразующая способность бензина (значительно ниже, чем диз-топ- лива Л), в условиях, которые существенно различаются, в течение разного

времени испытания, при расходе на испытание разного количества топлива, показывает полное совпадение результатов (2,6 против 2,4). Подобный результат - случайное совпадение, которое говорит .в пользу предпагаемого способа. Ф о рмула изобретения

2,Способ поп.1,отличаю- и с я тем, что, с целью повышения надежности испытаний, интервал времени подачи капель равен времени ее свободного падения.

сз

-s

h i

01

§

§ о

и

п

ж

о if 0) Ф S Р Л

о 9в П н 0) Ы.-ч

Elilli

.(

f

I

-i

(U

к

о

н

о со

о

сч

о ел

Iк

SU

чtо(U

р.

р.

ш

к

о

н

15

1467509 Таблица 3

10

7 16

f

t:

If

250 300 250 .400 T,,OC Т2 550° С COfrsi

Фиг.2

m,

И8 l.Q 12 14 Л TI 300 c const; TZ-SOO C Const

Фие. Ц

wo

SO SOO S50 T/ С ff yoo C contt

ft«J

И-10

rV

тtSQSOO 9SO

Фаг. 5

Н-Ю

40

Ъ- С