СПОСОБ ЗАЩИТЫ УЗЛОВ МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННОГО БЛОКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ УХУДШЕНИИ КАЧЕСТВА ТОПЛИВА
METHOD FOR PROTECTING AUTOMOTIVE ENGINE TRANSMISSION IN RUNNING ON LOW-GRADE FUEL

Изобретение относится к превентивному способу защиты узлов моторно-трансмиссионного блока транспортного средства с тепловым двигателем до или во время его пуска при ухудшении качества топлива (деградация, загрязнение) в топливном баке и системе подачи топлива в двигатель.
Несмотря на законодательные и ведомственные меры, которые предпринимают поставщики топлива и производители транспортных средств, такие как процедуры аудита качества на нефтеперерабатывающих предприятиях и в сбытовых организациях, указание качества топлива на заправочных станциях и, в частности, согласование диаметра наконечника раздаточной колонки и диаметра горловины бака, многие пользователи преднамеренно или случайно заправляют в бак своего автомобиля ненадлежащее топливо.
Все чаще транспортные средства заправляют продуктами, не разрешенными к применению в качестве топлива производителями и таможенными службами, например отработанным кулинарным жиром, неэтерифицированным растительным маслом и бытовым мазутом, что наносит существенный вред моторно-трансмиссионному блоку, его системе подачи топлива и системе обработки выхлопных газов.
Разнообразные нежелательные проявления (засорение форсунок, двигателя и бака, фильтров, заедание насосов, деактивация катализаторов) могут носить тяжелый характер и оказывают сильное воздействие на фазы впрыска и сгорания в рабочем цикле двигателя, вызывают повышенный выброс загрязняющих веществ, регламентированных и не регламентированных, и могут послужить причиной поломки двигателя.
Сходным образом, некоторые виды топлива, такие как водно-газойлевые или бензино-спиртовые эмульсии либо эмульсии на основе газойля и биотоплива, могут быть неустойчивыми, демонстрируя ухудшение качества с течением времени (стойкость при хранении, явление расслоения смеси бензина и этанола либо газойля и диэфира более 5%). Ухудшение качества топлива по перечисленным выше различным причинам потенциально влечет за собой повышенный выброс транспортным средством загрязняющих веществ, повреждение транспортного средства или, по меньшей мере, существенные восстановительные работы.
Задача настоящего изобретения - удовлетворить потребность в превентивной защите узлов моторно-трансмиссионного блока транспортного средства с тепловым двигателем до или на стадии его пуска при ухудшении качества топлива в баке и в системе подачи топлива в двигатель. Природу и степень ухудшения качества определяют с помощью специальной системы типа микроанализатора, действие которой основано на измерении взаимодействия между электромагнитным излучением и молекулами, например, углерода, водорода, кислорода, составляющими топливо. Эта система подключена к другой активной или пассивной системе, предназначенной для визуального или звукового оповещения пользователя и/или автоматической защиты узлов моторно-трансмиссионного блока.
Предложенное новшество позволяет решить известную, часто встречающуюся и все более насущную проблему, благодаря тому что можно оповестить пользователя и/или превентивно остановить процесс пуска транспортного средства, чтобы воздействию ухудшенного топлива подверглась только система подачи топлива. Для возобновления нормальной эксплуатации транспортного средства достаточно заменить масло и промыть топливный бак.
Для достижения указанной цели в настоящем изобретении предложен способ защиты узлов моторно-трансмиссионного блока транспортного средства с тепловым двигателем до или на стадии его пуска при ухудшении качества топлива в баке и в системе подачи топлива в двигатель, причем способ отличается тем, что он предусматривает, во-первых, этап диагностирования вида и степени ухудшения качества топлива, основанный на измерении взаимодействия между электромагнитным излучением и молекулами, входящими в состав топлива, причем указанное измерение выполняется с помощью системы анализа, и, во-вторых, этап активации системы защиты узлов моторно-трансмиссионного блока по результатам этапа анализа.
Система анализа содержит, по меньшей мере, один микроанализатор, помещенный в топливную магистраль, включающую систему подачи, бак, насосы, топливные фильтры, контур питания двигателя и контур возврата топлива в бак.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие некоторые из действий по защите узлов моторно-трансмиссионного блока, причем указанные действия осуществляют на этапе активации системы защиты узлов моторно-трансмиссионного блока:
- оповещение пользователя с помощью звуковой или визуальной сигнализации;
- автоматическая активация системы, предотвращающей пуск транспортного средства;
- автоматическая активация системы прочистки топливного фильтра или фильтров;
- автоматическая активация системы байпасирования фильтров обработки выхлопных газов.
Следующие примеры иллюстрируют некоторые из возможных источников ухудшения качества или загрязнения топлива:
- заправка бензина в бак транспортного средства, работающего на дизельном топливе;
- заправка газойля в бак транспортного средства с бензиновым двигателем;
- заправка бытового мазута в бак транспортного средства с бензиновым или дизельным двигателем;
- заправка иных продуктов в бак транспортного средства с бензиновым или дизельным двигателем и, в частности: продуктов с высоким содержанием серы, продуктов с высоким содержанием молекул свободной воды;
- ухудшение качества водно-газойлевой эмульсии;
- использование отработанного или неотработанного кулинарного жира;
- использование неэтерифицированного растительного масла (столового масла);
- расслоение (сепарация) смеси бензин-этанол;
- расслоение смеси газойль-метиловый эфир растительного масла (EMHV).
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения измерение системой анализа взаимодействия между электромагнитным излучением и молекулами в составе топлива предусматривает этап спектрального анализа образующих топливо углеводородов. Этот спектральный анализ заключается в анализе топлива в ближней инфракрасной области.
Такой выбор объясняется тем, что анализ в ближней инфракрасной области наилучшим образом применим для диагностики ухудшения качества топлив в том отношении, что этот анализ представляет собой чрезвычайно высокочувствительную методику, а указанную область спектра можно рассматривать как своего рода «ДНК» используемого вещества. Кроме того, данный вид анализа отличается особенно хорошей воспроизводимостью.
Здесь можно сослаться на справочники по ближней инфракрасной области, такие как работа Л.Г.Вейера, опубликованная в 1985 г., или «Руководство по анализу в ближней инфракрасной области спектра», опубликованное в 1992 г., или публикации более узкого характера, посвященные применениям спектрального анализа в нефтехимии и нефтепереработке, как, например, статьи Дж.Воркмана мл. (1996 г.) или М.Валлер (1999 г.).
Остальные цели и преимущества настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи.
На фиг.1 дано схематическое изображение контура питания двигателя, в котором реализован заявляемый способ в соответствии с первым вариантом осуществления микроанализатора системы анализа.
На фиг.2 приведено схематическое изображение, аналогичное фиг.1, в соответствии со вторым вариантом осуществления микроанализатора системы анализа.
На фиг.3 приведено схематическое изображение контура питания двигателя, при этом показаны различные возможные варианты размещения системы анализа в соответствии с заявляемым способом.
На фиг.4 приведена схема, иллюстрирующая основные этапы способа.
На фиг.5 продемонстрированы два способа выявления ухудшения качества топлива.
На фиг.1 показан примерный способ защиты узлов моторно-трансмиссионного блока транспортного средства с тепловым двигателем до или на стадии его пуска с использованием системы анализа, содержащей микроанализатор 8 для диагностирования ухудшения качества топлива в баке и системе подачи топлива в двигатель.
Подача топлива в двигатель осуществляется по магистрали 1, в состав которой входят бак 2, система 3 заправки бака и контур 4 подачи топлива. Контур содержит, например, один или несколько топливных насосов 5, один или несколько топливных фильтров 6 и контур 7 возврата топлива в бак. Заявляемый способ применим для любого вида топлива (газ, сжиженный газ, бензин, керосин, газойль, водно-газойлевая эмульсия, мазуты, биотопливо), отвечающего требованиям стандартов на топлива и биотоплива с присадками или без присадок, основными компонентами которых являются углерод, водород и кислород.
Диагностирование ухудшения качества топлива в баке и системе подачи топлива в двигатель заключается в анализе топлива в ближней инфракрасной области спектра. Можно также предусмотреть анализ методом инфракрасной спектроскопии, либо газового или жидкостного хроматографического анализа, либо анализа методом ЯМР, либо анализа методом ультрафиолетовой спектроскопии, либо посредством комбинирования нескольких таких методов анализа, которые ведутся одновременно по тому же принципу.
В соответствии с одним из вариантов, как показано на фиг.1, спектральный микроанализатор 8 помещен в топливную магистраль 1 и подключен к электронной или цифровой системе 13 активной или пассивной защиты узлов моторно-трансмиссионного блока. Указанная система 13 защиты представляет собой активную или пассивную систему, которая подает сигналы на вычислительный блок двигателя.
В случае проведения анализа в ближней инфракрасной области микроанализатор 8 состоит из источника света 9, системы оптической фильтрации, ячейки 10 отбора проб топлива, светочувствительного детектора 11 и специализированного вычислительного блока 12. Вычислительный блок 12 позволяет управлять циклами измерения, регулировать и контролировать нормальное функционирование микроанализатора 8. В нее заложены математические модели, позволяющие выполнение всех расчетов, связанных с измерениями в ближней инфракрасной области спектра. Вычислительный блок 12 подключен к электронной или цифровой системе 13 активной или пассивной защиты узлов моторно-трансмиссионного блока.
В случае работы в ближней инфракрасной области микроанализатор 8 может иметь один источник света и один детектор, либо несколько источников и один детектор, либо один источник и несколько детекторов, либо несколько источников и несколько детекторов. В случае недисперсионной спектроскопии в ближней инфракрасной области могут быть применены интерференционные или кристаллические фильтры либо система с преобразованием Фурье. Микроанализатор 8 может быть выполнен как с последовательным, так и с многоканальным доступом.
В соответствии с другим вариантом, представленным на фиг.2, можно применить оптические волокна 15 и специально оборудованный ныряющий зонд 14, что позволяет разнести в пространстве систему отбора проб и остальные компоненты микроанализатора 8.
Микроанализатор 8 может представлять собой спектрометр ближней инфракрасной области с линейкой светодиодов, каждый из которых излучает свет определенной длины волны. Детектор 11 представляет собой полупроводник на основе кремния (Si) или сложного сплава (In-Ga-As, In-As, In-Sb, Pb-S, Pb-Se) с высокой чувствительностью. Детектор 11 может быть выполнен как охлаждаемым, так и неохлаждаемым.
На фиг.3 показано, что микроанализатор 8 может быть помещен в бак (положение Р1), на одном уровне с системой заправки бака (положение Р2) или в контуре 4 питания двигателя. В последнем случае его можно поместить в насос (положение Р3), между насосом 5 и фильтром 6 (положение Р4), в фильтр 6 (положение Р5) или за фильтром 6 (положение Р6). Кроме того, микроанализатор может быть также помещен в контур 7 возврата топлива (положение Р7).
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Микроанализатор 8 предназначен для измерения в спектральном диапазоне 780-2500 нм (от 12820 см до 4000 см). Можно предусмотреть, например, последовательные измерения в диапазонах 780-1100 нм (от 12820 см до 9090 см), 1100-2000 нм (от 9090 см до 5000 см) и 2000-2500 нм (от 5000 см до 4000 см). В этом случае система отбора проб сконструирована таким образом, чтобы оптический путь, т.е. толщина измерительной ячейки, через которую производятся измерения, был в пределах 0,5-100 мм. Для соответствующих диапазонов длин волн оптические пути составят 50-100 мм в первом случае, 10-20 мм во втором случае и 0,5-5 мм в последнем случае.
Микроанализатор 8 предназначен для измерения спектров в ближней инфракрасной области для топлива, циркулирующего в топливной магистрали 1, в отношении поглощения, пропускания, отражения или рассеяния.
-1
-1
-1
Микроанализатор 8 имеет спектральное разрешение (точность), настраиваемое в пределах от 1 см до 20 см, предпочтительно 4 см.
Оптическая система и система отбора проб микроанализатора 8 может быть также выполнена самоочищающейся, что устраняет необходимость демонтировать ее для очистки.
На фиг.4 показаны отдельные этапы способа:
- В: измерения в ближней инфракрасной области спектра;
- С: выполнение математических расчетов, позволяющих выявить ухудшение качества топлива, а также вид и степень этого ухудшения;
- D: передача таблицы-рапорта из вычислительного блока 12 микроанализатора 8 в систему 13 активной или пассивной защиты узлов моторно-трансмиссионного блока;
- А: активная или пассивная защита узлов моторно-трансмиссионного блока.
На фиг.5 показан математический метод выявления ухудшения качества топлива. Спектральные измерения в ближней инфракрасной области осуществляют, например, по поглощению в значащих зонах длин волн. Значения коэффициентов поглощения, измеренные для каждой выбранной длины волны, сравнивают с одной или несколькими огибающими спектра ER (фиг.5.1 и 5.2) или опорными точками PR (фиг.5.3 и 5.4), чтобы выявить ухудшение качества топлива, а точнее - вид и степень этого ухудшения.
В примерах на фиг.5.1 и 5.3 значения коэффициентов поглощения, измеренные для каждой выбранной длины волны, вписываются в огибающие ER или опорные точки PR, что позволяет сделать вывод об отсутствии сколько-нибудь заметного ухудшения качества топлива. В примерах же на фиг.5.2 и 5.4 значения коэффициентов поглощения, измеренные для каждой выбранной длины волны, не вписываются в огибающие ER или опорные точки PR, что позволяет сделать вывод о наличии заметного ухудшения качества топлива.
Вид ухудшения можно определить путем исследования длин волн, на которых коэффициенты поглощения выходят за пределы огибающих или опорных точек. По разнице между коэффициентами поглощения, измеренными для каждой выбранной длины волны, и огибающими или опорными точками можно определить степень выявленного ухудшения качества.
Система также содержит средства самодиагностики, обеспечивающие автоматическое подтверждение результата (результатов) или автоматическое выявление нарушения работы системы. Средства самодиагностики позволяют обеспечить исправное функционирование системы или при необходимости оповестить пользователя, европейскую обязательную систему бортовой диагностики (EOBD) и систему управления двигателем. Полученные результаты посылают в систему (системы) 13 активной или пассивной защиты узлов моторно-трансмиссионного блока.
Ниже приводится пример таблицы-рапорта (фиг.3 [X]), которую вычислительный блок 12 микроанализатора 8 направляет в систему 13 активной или пассивной защиты узлов моторно-трансмиссионного блока. В данном примере таблица извещает об ухудшении качества топлива вследствие попадания в него воды.
Ухудшение качества
Вид ухудшения
Степень ухудшения
Статус самодиагностики
выявлено
вода
3
исправно
В случае выявления ухудшения качества топлива цифровая или электронная система 13 может выполнить автоматическую защиту узлов моторно-трансмиссионного блока или оповестить пользователя визуальной или звуковой сигнализацией, чтобы предотвратить повреждение моторно-трансмиссионного блока.
Предусмотрен этап сохранения сведений о случаях ухудшения качества топлива, а также о виде и степени ухудшения, для получения точной истории подобных случаев.
Активная система 13 защиты может прямо или косвенно воздействовать на параметры топливной магистрали, впрыска топлива, сгорания, обработки выхлопных газов и/или параметры пуска транспортного средства.