СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДОБАВЛЕНИЯ ПРИСАДКИ В ТОПЛИВО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СИСТЕМА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УКАЗАННОГО СПОСОБА
METHOD OF TROUBLESHOOTING TOOLS TO ADD ADDITIVE TO FUEL FOR VEHICLE AND SYSTEM TO IMPLEMENT SAID METHOD

Настоящее изобретение относится к способу выявления неисправности устройства для введения присадки в топливо для транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания и также к системе для реализации данного способа.
Новые технологии двигателя, такие как дизельные двигатели с аккумуляторной топливной системой и с введением топлива под очень высоким давлением или двигатели непосредственного введения, являются очень эффективными, но, тем не менее, очень чувствительными к качеству топлива.
Таким образом, существует преимущество в использовании топлива, содержащего присадки, которые улучшают его качество, в частности, присадки для улучшения распределения топлива в двигателе, присадки для улучшения работы двигателя и присадки для улучшения стабильности работы двигателя. Это, к примеру, моющие присадки, присадки, улучшающие смазывающие свойства, или также ингибиторы коррозии.
Тем не менее, качество доступных торговых сортов топлива не всегда позволяет снабжать двигатель топливом с достаточным количеством присадок. Более того, топлива по всему миру отвечают более или менее строгим стандартам и, следовательно, имеют различное качество. Таким образом существует преимущество, заключающееся в регулировке концентрации присадки, присутствующей в топливе, для оптимальной работы двигателя.
Более того, чтобы отвечать новым стандартам контроля выбросов для транспортных средств, в частности транспортных средств, работающих на дизеле, транспортные средства постепенно оборудываются средствами по контролю за выбросами по типу сажевого фильтра (PF). Это уже произошло в Европе после вступления в силу стандарта Евро-5. В большинстве случаев используется катализатор, чтобы способствовать периодическому озолению сажи и, следовательно, регенерации PF. Оказалось, что использование присадки для регенерирования PF, направляемой с топливом, подаваемым на двигатель, или также топливный катализатор (FBC) отвечает многим критериям, поскольку оно позволяет регенерировать PF быстрее и при более низкой температуре, чем конкурирующие технологии, известные как катализируемые фильтры сажи (CSF).
Таким образом, существует преимущество в оборудовании транспортного средства устройством, которое способно вводить в топливо присадку, чтобы способствовать регенерации PF и/или присадки топлива, которые улучшают качество топлива и/или работу двигателя, и/или его износостойкость.
Известно, что существуют системы, которые позволяют вводить такие присадки в топливо, в частности каталитические присадки FBC, чтобы способствовать регенерации сажевых фильтров. Такие системы, главным образом, основаны на емкости большого размера, с минимальным объемом 1-3 литра, содержащей подачу присадки, и которые необходимо установить в областях рядом с топливным баком.
Дозирование присадки затем осуществляется, главным образом, при помощи высокоточных дозировочных насосов, управляемых посредством дополнительного электронного центрального процессора (ECU). Такое дозировочное устройство настраивается очень точно для обеспечения того, что содержание присадки в топливе достаточно велико, чтобы обеспечить хорошую регенерацию PF, однако не на столько велико, чтобы вызвать преждевременное засорение PF из-за неорганических остатков от регенерации PF, которые улавливаются внутри него.
Традиционно, когда уровень топлива в баке возрастает после добавления топлива, компьютер информирует насос о том, сколько присадки нужно ввести в бак, чтобы всегда удерживать концентрацию присадки в топливе постоянной.
Группа таких устройств (насос/бак) не имеет каких либо доступных средств для выявления неисправности устройства простым способом. Термин "неисправность" можно понимать как обозначение факта того, что устройство не подает присадку, вопреки необходимому количеству требующейся присадки, например, вслед за дополнением топлива, когда введение присадок находится под контролем этого параметра. Термин "неисправность" также можно понимать как обозначение факта того, что количество приготовленных присадок значительно отличается от теоретического количества, которое необходимо ввести. Термин "неисправность" также можно понимать как обозначение факта того, что количество приготовленных присадок может, по прошествии времени, отклоняться (в большую или меньшую сторону) от теоретического количества.
Неисправности могут иметь несколько источников, таких как отказ производственного оборудования (насос, ECU и пр.) или также плохое соединение или подключение узла устройства. В этих случаях неисправность возникает из первых запросов для введения присадок. Это также может быть замедление потока по прошествии времени, например, вслед за засорением или забиванием трубы, от изменения в присадке или в износе деталей. В этом случае разница в количестве, введенного относительно теоретического количества, главным образом, изменяется по прошествии времени, моментально или постепенно. Существует множество других возможных причин, которые могут стать источником неисправности устройства.
В случае неисправности устройства, в данный момент расположенные на своих местах, главным образом, не определяют неполадку системы введения присадок непосредственно. ECU транспортного средства, например, в случае FBC, определяет отказ системы контроля загрязнения окружающей среды, в частности недостаточную регенерацию PF без определения истинной причины отказа, другими словами недостаточное введение присадок или отсутствие введения присадок.
Кроме того, обнаружение может иметь место после более или менее длительного периода времени после плохого введения присадок: обычно, в примере, данном для регенерации PF, неисправность будет определяться после регенерации PF, таким образом, обычно после более чем 500-700 км, т.е. нескольких часов после введения присадок, в самом деле даже только после нескольких запросов для регенерации PF.
В этом примере, такой отказ введения присадок может иметь серьезные последствия, например разрушение PF, и привести к большим затратам для приведения в соответствие.
С другой стороны, избыток присадок FBC не будет определен во время регенераций PF, пока последний будет очищен без проблем. Дефект станет очевидным только после того, как транспортное средство проедет несколько десятков тысяч километров, когда PF преждевременно засорится от избытка золы, возникающей из FBC.
Это справедливо и в случае других топливных присадок: в этом случае обнаружение даже более проблематично, поскольку многие другие параметры могут влиять на работу двигателя. Последствия, например, относительно повреждения насосов высокого давления или форсунок высокого давления, тем не менее, остаются весьма значительными и дорогостоящими в случае, когда эти компоненты необходимо заменить.
Таким образом, существует потребность в способности быстро определить отказ в системе введения присадок транспортного средства: термин "быстро" следует понимать как обозначение факта способности определить отказ в течение часа, в самом деле даже нескольких минут, вслед за командой о введении присадок и/или о завершении введения присадок.
Таким образом, предпочтительным также является определение того, соответствует ли неисправность не осуществлению введения или же разнице между введенным количеством и теоретически введенным количеством. Это делает возможным незамедлительное уведомление центральной системы об выявлении отказа (встроенная диагностика или OBD отказа), чтобы способствовать выявлению причины отказа, посредством указания того, что задействована система введения, чтобы определить возможные быстрые действия, которые необходимо принять, чтобы защитить транспортное средство или отдельные компоненты, например, позволив только ограниченный режим использования транспортного средства (например, ограничение мощности).
Цель настоящего изобретения, таким образом, отвечает этим потребностям.
Более конкретно, первая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении способа и устройства для выявления неисправности при введении присадок в топливо. Вторая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства, которое является простым в обращении.
При этом настоящее изобретение относится к способу выявления неисправности устройства для введения по меньшей мере одной присадки в топливо для транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, и данный способ отличается тем, что включает следующие этапы:
- (a) этап анализа топлива с целью измерения изменений в содержании присадки в топливе;
- (b) этап сравнения между изменением в содержании присадки, измеренном во время предыдущего этапа, и теоретическим изменением в этом содержании;
- (c) этап отправки данных, когда разница между измеренным изменением и теоретическим изменением в этом содержании присадки превышает заданное значение.
Настоящее изобретение также относится к системе введения присадок в топливо и диагностики для транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, для реализации способа, описанного выше, и отличающееся тем, что содержит:
- устройство для распределения по меньшей мере одной присадки в контуре циркуляции топлива двигателя транспортного средства;
- устройство для анализа топлива для измерения изменения в содержании присадки в топливе;
- устройство для отправки данных как функции результатов анализа топлива, которые получены указанным аналитическим устройством.
Другие особенности, подробности и преимущества настоящего изобретения станут даже еще более очевидными после прочтения ниже следующего описания, выполненного со ссылками на прилагаемые графические материалы, на которых:
- фиг. 1 представляет собой схематическое представление устройства для распределения присадки в контуре циркуляции топлива для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению,
- фиг. 2 представляет собой схематическое представление, идентичное изображенному на фиг. 1, при этом устройство для распределения присадки расположено в топливном баке,
- фиг. 3 представляет собой вид в разрезе, изображающий распределитель присадки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения,
- фиг. 4-11 представляют собой виды в разрезе, изображающие другие варианты осуществления настоящего изобретения, заключающиеся в добавлении распределителя присадки в топливный фильтр.
Способ согласно настоящему изобретению включает первый этап, на котором анализируют топливо с целью измерения изменения количества присадки в его содержании.
Как будет показано ниже, анализ может проводится не на основе прямого измерения содержания присадки в топливе, а на непрямом измерении, т.е. на измерении характеристики или параметра топлива, согласующегося с этим содержимым, например, поглощающая способность топлива.
Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения, измерение изменения в содержании присадки в топливе может осуществляться посредством вычитания значения, полученного при помощи анализа топлива перед введением присадок, из значения, полученного при помощи анализа топлива после введения присадок.
На втором этапе результаты измерения, полученные на предыдущем этапе, сравнивают с теоретическим значением, с тем чтобы продемонстрировать возможную разницу между измеренным значением и теоретическим значением. Если такая разница обнаружена и если такая разница больше, чем значение, заданное ранее, способ согласно настоящему изобретению затем включает этап отправки данных.
Если значение находится выше такого заданного значения, то, считается, что существует неисправность и она может быть определена специалистом в данной области: это, в частности, зависит от типа используемой присадки, от чувствительности выбранного устройства обнаружения, от типа транспортного средства и/или двигателя, от типа технологии двигателя, от типа топлива, используемого транспортным средством, в частности, от действующих стандартов в географических областях, в которых используется транспортное средство, от технологии контроля загрязнения окружающей среды, в частности, от типа PF и пр.
Когда разница, соответствующая этому значению, измерена, данные, например, сигнал оповещения, затем могут быть отправлены одному или нескольким компонентам транспортного средства, в частности:
- на устройство для введения присадки, в частности, когда оно само может отрегулировать вводимое количество,
- на систему ECU транспортного средства,
- на центральную систему для выявления неисправности транспортного средства.
Способ может применяться с определенной частотой и/или в ответ на событие. Согласно предпочтительному варианту осуществления этот способ применяется после каждого добавления присадки, принимая меры для осуществления анализа топлива перед введением присадок.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления этот способ применяют после каждого добавления топлива в транспортное средство.
Способ также может осуществляться непрерывно.
Можно применять любой аналитический метод, который позволяет обнаруживать наличие, количество присадки и/или изменение этого количества в топливе. Выбор этого метода зависит от присадки и топлива.
Следует отметить, что способ согласно настоящему изобретению применяется, в частности, к транспортным средствам с двигателями, которые используют бензин или дизтопливо в качестве топлива.
Более того, транспортные средства могут быть внедорожными транспортными средствами, например строительными машинами, или дорожными транспортными средствами, например автомобилями.
Способ согласно настоящему изобретению могут применять конкретнее, в случае, когда присадка является присадкой для регенерации сажевых фильтров типа FBC.
Далее будет описана система для реализации способа согласно настоящему изобретению.
Как указано выше, эта система содержит устройство для распределения присадки в контуре циркуляции топлива двигателя транспортного средства, аналитическое устройство для топлива для измерения содержания присадки в топливе и устройство для отправки данных как функции результатов анализа топлива, которые получены указанным аналитическим устройством.
Аналитическое устройство может размещаться в любой точке контура, в котором топливо, в которое ввели присадку, циркулирует, в частности, в топливном баке, в модуле дозатора/насоса, в топливном фильтре или фильтрах, в контуре для подачи в двигатель и/или контуре для возврата в бак. Это устройство, в частности, может быть расположено рядом с местом введения присадки в топливо.
Согласно особому варианту осуществления устройство для анализа топлива представляет собой устройство для спектроскопии.
Более конкретно, это устройство, в котором обнаружение и измерение количества присадки в топливе основано на спектроскопическом методе при помощи инфракрасной технологии: ближняя инфракрасная область (обычно 780-1400 нм), средняя инфракрасная область (обычно 1400-3000 нм) и даже, более того, дальняя инфракрасная область (обычно 3000-1000000 нм), видимая область спектра (обычно 780-380 нм), ближняя ультрафиолетовая область (380-200 нм) или также дальняя ультрафиолетовая область (200-100 нм). Предпочтительно используется спектроскопия ближней инфракрасной области (или NIR), видимой области спектра или ближней ультрафиолетовой области в диапазоне длины волн 190-2500 нм. Это потому, что эти типы спектроскопии являются наиболее подходящими для анализа топлива и могут использоваться для аналитических методов, которые очень чувствительны к изменению в составе топлива.
Устройства такого типа обычно содержат:
- осветительное устройство, сконфигурированное для генерирования луча света, охватывающего выбранный диапазон длины волн;
- датчик, сконфигурированный для того, чтобы луч света, происходящий от осветительного устройства, взаимодействовал с анализируемым топливом;
- устройство для спектроскопии, сконфигурированное для приема луча света после его взаимодействия с анализируемым топливом и для осуществления измерений как функции количества принимаемого света для различных диапазонов длины волны.
Согласно предпочтительному варианту осуществления аналитическое устройство сконструировано так, чтобы работать наопределенной длине волн, при этом длину волн выбирают, исходя из типа присадки и типа топлива (в частности, бензина или дизтоплива) и позволяя создавать максимальную разницу в сигнале между топливом с введенной присадкой и топливом без введенной присадки.
Такие устройства описаны, например, в WO 2009/047605, WO 2009/047607 или также WO 2009/047608.
Эти технологии позволяют обеспечивать использование спектрометра без подвижных частей следующего типа: дифракционная решетка, Фурье-спектрометр, светоизлучающие диоды и др. Они также могут быть меньшего размера и системы излучения и обнаружения могут соединяться друг с другом посредством оптического волокна. Таким образом, эти технологии могут легко монтироваться на двигатель или транспортное средство. Они также являются прочными и дешевыми.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения система для введения присадок в топливо и диагностики содержит устройство для распределения конкретной присадки.
Согласно этому варианту осуществления устройство для распределения присадки содержит:
- емкость, содержащую присадку,
- камеру, которая сообщается с контуром циркуляции топлива и внутрь которой вставлена емкость, содержащая присадку, при этом между указанной камерой и указанной емкостью по меньшей мере одна подвижная и герметичная стенка, с одной стороны, обеспечивает герметичное разделение и, с другой стороны, поддерживает одинаковое давление между присадкой в емкости и топливом в камере,
- устройство для введения присадки, которое соединяется с емкостью и с контуром циркуляции топлива и которое позволяет распределять присадку в контуре циркуляции топлива, при этом указанное устройство содержит распределительный канал, соединенный с емкостью и контуром циркуляции топлива.
Согласно одной особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению емкость для присадки выполнена в виде эластичного мешка, и указанный эластичный мешок образует подвижную и герметичную стенку.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению подвижная и герметичная стенка выполнена как мембрана.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению подвижная и герметичная стенка выполнена, как поршень.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению устройство содержит отверстие для впуска топлива, отверстие для выпуска топлива, отверстие для распределения присадки и устройство для генерирования разницы давления между отверстием для впуска топлива или отверстием для выпуска топлива и отверстием для распределения присадки.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению устройство для генерирования разницы давления обеспечивается в виде диафрагмы или в виде трубки Вентури.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению устройство для генерирования разницы давления представлено в виде фильтрующего элемента.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению устройство содержит канал для распределения присадки и устройство для полной или частичной герметизации канала для распределения присадки.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению устройство для герметизации канала для распределения присадки является электромеханическим устройством.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению устройство для распределения присадки содержит устройство для фильтрации топлива, содержащее по меньшей мере один фильтрующий элемент.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению фильтрующий элемент является кольцеобразным по форме и емкость для присадки концентрически расположена внутри указанного фильтрующего элемента.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению фильтрующий элемент является кольцеобразным по форме и емкость для присадки концентрически расположена снаружи фильтрующего элемента.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению фильтрующий элемент и емкость для присадки являются совмещенными по оси.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению топливо проходит через фильтрующий элемент, ограничивающий сторону впуска, расположенную между топливным баком и фильтрующим элементом, где циркулирует нефильтрованное топливо, и сторону выпуска, расположенную между фильтрующим элементом и двигателем внутреннего сгорания, где циркулирует фильтрованное топливо, и при этом присадка рассеивается со стороны впуска.
Согласно другой особенности устройства для распределения присадки согласно настоящему изобретению топливо проходит через фильтрующий элемент, ограничивающий сторону впуска, расположенную между топливным баком и фильтрующим элементом, где циркулирует нефильтрованное топливо, и сторону выпуска, расположенную между фильтрующим элементом и двигателем внутреннего сгорания, где циркулирует фильтрованное топливо, и при этом присадка рассеивается со стороны выпуска.
Согласно другой особенности настоящего изобретения присадка рассеивается в обратном топливопроводе двигателя внутреннего сгорания, ниже по потоку от системы для введения и в направлении топливного бака.
Согласно другой особенности настоящего изобретения подвижная стенка расположена между емкостью для присадки и стороной впуска.
Согласно другой особенности настоящего изобретения подвижная стенка расположена между емкостью для присадки и стороной выпуска.
Настоящее изобретение также относится к системе введения присадок и диагностики, в которой устройство для распределения жидкой присадки содержит емкость для жидкой присадки, которая позволяет рассеивать присадку в контуре циркуляции топлива посредством распределительного канала, при этом камера для присадки сообщается с контуром циркуляции топлива и по меньшей мере одна подвижная и герметичная стенка между указанной камерой для присадки и емкостью для присадки, с одной стороны, обеспечивает герметичное разделение и, с другой стороны, поддерживает одинаковое давление между присадкой в емкости для присадки и топливом в камере для присадки и по меньшей мере одним фильтрующим элементом, при этом устройство для распределения отличается тем, что содержит, с одной стороны, рассеивающую головку, предназначенную для постоянного расположения в контуре циркуляции топлива и содержащую канал для распределения присадки в контуре циркуляции топлива и, с другой стороны, картридж, содержащий фильтрующий элемент, емкость для присадки и подвижную и герметичную стенку, при этом указанный картридж соединен с рассеивающей головкой с возможностью отсоединения.
Одно преимущество устройства для распределения согласно настоящему изобретению заключается в том, что можно включить рассеиватель присадки как при разработке новых двигателей, так и в уже существующих двигателях.
Другое преимущество настоящего изобретения заключается в возможности точно рассеивать определенное количество присадки.
Другое преимущество настоящего изобретения заключается в возможности рассеивать несколько типов присадок, независимо от их состава и/или независимо от их физико-химических свойств.
Другое преимущество настоящего изобретения заключается в компактности устройства для распределения присадки.
Система введения присадок в топливо и диагностики и, в частности, такая система, которая отвечает вышеизложенному предпочтительному варианту осуществления, далее будет описана подробнее со ссылкой на приложенные графические материалы.
На фиг. 1 схематически представлен контур 1 циркуляции топлива для двигателя внутреннего сгорания. Традиционно, контур 1 циркуляции топлива располагается между топливным баком 2 и перфорированной распределительной трубой 4 высокого давления (также известной как аккумуляторная топливная система) и обеспечивает циркуляцию топлива между баком и перфорированной распределительной трубой высокого давления. Питающая линия содержит фильтр 9, предназначенный для фильтрации топлива, и насос 7 высокого давления. Насос 7 высокого давления и перфорированная распределительная труба 4 высокого давления образуют систему для введения топлива. Первая труба 5, известная как "подающий топливопровод", обеспечивает циркуляцию топлива от бака 2 в направлении перфорированной распределительной трубы 4 высокого давления, и вторая труба 6, известная как "обратный топливопровод", обеспечивает циркуляцию топлива от системы для введения в направлении бака 2. Топливо, таким образом, закачивается в бак 2, затем отфильтровывается в фильтре 9, и посредством насоса 7 под давлением посылается в перфорированную распределительную трубу 4 высокого давления, и после этого одна часть направляется в направлении форсунок 3 двигателя, а другая часть возвращается в бак 2 по обратному топливопроводу 6. Часть топлива также может направляться от насоса 7 высокого давления в направлении обратного топливопровода 6. Контур 1 циркуляции топлива также содержит устройство 8 для распределения жидкой присадки согласно настоящему изобретению, чья работа будет описана далее. Путем иллюстрации и без ограничения, устройство 8 для распределения присадки было расположено на подающем топливопроводе 5, однако, как будет описано далее, указанное устройство 8 для распределения присадки также может располагаться на обратном топливопроводе 6.
В альтернативном виде, представленном на фиг. 2, устройство 8 для распределения присадки также может располагаться в топливном баке 2.
В этом варианте осуществления контур 1 циркуляции топлива обеспечивает циркуляцию топлива между внутренней частью топливного бака 2 и двигателем, и необязательно возвращение топлива в бак 2. Таким образом, часть контура 1 циркуляции топлива, питающая устройство 8 для распределения, проходит внутрь топливного бака 2.
На фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе первого варианта осуществления устройства для распределения присадки. В этом примере реализации устройство 8 для распределения присадки содержит головку 10 и съемный картридж 11, образующий камеру 22 для присадки, в которой располагается емкость 12 для жидкой присадки. Головка 10 содержит отверстие 13 для впуска топлива, отверстие 14 для выпуска топлива, трубку 21 Вентури, расположенную между отверстиями для впуска и выпуска, трубу 18, обеспечивающую прохождение топлива между отверстием для впуска для топлива и камерой 22 для присадки внутри съемного картриджа 11, и распределительный канал 16 для присадки обеспечивает прохождение жидкой присадки от емкости 12 в направлении отверстия 17 для рассеивания присадки в трубке 21 Вентури. В этом примере реализации распределительный канал 16 для присадки демонстрирует первую часть 16a и вторую часть 16b с уменьшенным сечением. Привод 15, состоящий из штыря 20 и из катушки 23, позволяет герметизировать проход между частями 16a и 16b распределительного канала для присадки. В этом примере реализации (и также на фиг. 4-8), емкость 12 для присадки выполнена в виде эластичного мешка 32, образующего подвижную и герметичную стенку между топливом, расположенным в камере 22 для присадки, и присадкой, расположенной внутри емкости 12.
Настоящее изобретение действует следующим образом.
Устройство 8 для распределения присадки соединено с подающим топливопроводом или с обратным топливопроводом. Топливо, таким образом, постоянно циркулирует между отверстиями 13 и 14 для впуска и выпуска для топлива.
Трубка 21 Вентури, которая образует известное устройство для генерирования разницы давления, генерирует низкое давление между отверстием 17 для распределения присадки и отверстием 13 для впуска топлива.
Камера 22 для присадки, которая посредством трубы 18 сообщается с отверстием 13 для впуска топлива, наполнена топливом под тем же давлением, что и топливо, циркулирующее у отверстия 13 для впуска топлива; эластичный мешок 32, образующий подвижную и герметичную стенку емкости для присадки, поддерживает такое же давление между присадкой в емкости 12 для присадки и топливом в камере 22.
Давление в емкости 12 для присадки, таким образом, больше, чем давление, действующее у отверстия 17 для рассеивания присадки, которое заставляет присадку перемещаться из емкости 12 в направлении отверстия 17 для рассеивания присадки и затем рассеиваться в топливе, циркулирующем в трубке 21 Вентури и, таким образом, в контур циркуляции топлива. Привод 15 позволяет полностью или частично предотвращать циркуляцию присадки.
В этом примере реализации, привод 15 представляет собой электромеханическое устройство для осуществления полной или частичной герметизации канала для распределения присадки. Тем не менее, использование такого устройства является необязательным и настоящее изобретение, очевидно, может быть реализовано без герметизации распределительного канала для присадки или использования других средств для герметизации распределительного канала для присадки, например термоклапана, "зонтичного" клапана, обратного клапана или гидравлически управляемого клапана.
На фиг. 4-11 изображено устройство для распределения присадки согласно настоящему изобретению, содержащее по меньшей мере один фильтрующий элемент.
На фиг. 4 изображен первый альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом альтернативном варианте осуществления головка 10 идентична головке, представленной на фиг. 3, и емкость 12 для присадки также образована эластичным мешком 32. Картридж 11 содержит герметичную стенку 30, с одной стороны, ограничивающую при взаимодействии со стенками картриджа камеру 22 для присадки, в которой расположена емкость 12 для жидкой присадки, и, с другой стороны, фильтрационную камеру 24, в которой расположен фильтрующий элемент 25. Таким образом, емкость 12 для присадки и фильтрующий элемент 25 расположены бок-о-бок, но разделены герметичной стенкой 30. Фильтрующий элемент 25 имеет кольцеобразную форму и топливо проходит через него. Фильтрующий элемент 25 в фильтрационной камере 24, с одной стороны, ограничивает область нефильтрованного топлива или "сторону 28 впуска", расположенную между топливным баком 2 (не представлен на данной фигуре) и фильтрующим элементом 25, где циркулирует нефильтрованное топливо, и область фильтрованного топлива или "сторону 29 выпуска", расположенную между фильтрующим элементом 25 и двигателем внутреннего сгорания (не представлен на данной фигуре), где циркулирует фильтрованное топливо. Такой вариант осуществления предпочтительно позволяет независимо обеспечивать функции фильтрации топлива и распределения жидкой присадки. Таким образом, топливный фильтр соединяется с подающим топливопроводом 5, при этом распределение присадки может осуществляться как в подающем топливопроводе 5, так и в обратном топливопроводе 6.
На фиг. 5 изображен второй альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом альтернативном варианте осуществления емкость 12 для присадки и фильтрующий элемент 25 расположены бок-о-бок, разделенные стенкой 30, но соединительный канал 18 позволяет циркуляцию топлива непосредственно между стороной 29 выпуска фильтрационного элемента и камерой 22 для присадки, в которой расположена емкость 12 для жидкой присадки. Отверстие 13 для впуска топлива головки 10 непосредственно соединяется со стороной 29 выпуска фильтрационного элемента. Отверстие 17 для рассеивания присадки расположено в подающем топливопроводе между стороной 29 выпуска фильтрующего элемента и двигателем внутреннего сгорания (не представлен). Таким образом, подвижная стенка 32 расположена между емкостью 12 для присадки и стороной 29 выпуска фильтрующего элемента, и при этом присадка рассеивается на стороне 29 выпуска фильтрующего элемента.
На фиг. 6 изображен другой альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом альтернативном варианте осуществления емкость 12 для присадки и фильтрующий элемент 25 совмещены по оси в картридже 11; соединительный канал позволяет топливу циркулировать между стороной впуска фильтрационного элемента и камерой 22 для присадки, в которой расположена емкость 12 для присадки. Емкость 12 для присадки присоединена к распределительному каналу 16 для присадки посредством патрубка 31, верхний конец которого взаимодействует с нижним концом первой части 16a распределительного канала 16 для присадки. Патрубок 31 здесь расположен соосно с кольцеобразным фильтрующим элементом 25 и проходит через него по центру герметичным образом. В этом примере реализации патрубок 31 выполнен цельно с емкостью 12 для присадки. Отверстие 17 для рассеивания присадки расположено в подающем топливопроводе между стороной 28 впуска фильтрующего элемента и топливным баком 2 (не представлен). Таким образом, подвижная стенка 32 расположена между емкостью 12 для присадки и стороной 28 впуска фильтрующего элемента, и при этом присадка рассеивается на стороне 28 впуска фильтрующего элемента.
На фиг. 7 показан еще один альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом альтернативном варианте осуществления фильтрующий элемент 25 имеет кольцеобразную форму, и емкость 12 для присадки расположена концентрично внутри указанного фильтрующего элемента 25. В этом примере топливо циркулирует радиально снаружи в направлении внутрь фильтрующего элемента 25, и отверстие 17 для рассеивания присадки расположено в подающем топливопроводе между стороной 29 выпуска фильтрующего элемента и двигателем внутреннего сгорания (не представлен). Таким образом, подвижная стенка 32 расположена между емкостью 12 для присадки и стороной 29 выпуска фильтрующего элемента, и при этом присадка рассеивается на стороне 29 выпуска фильтрующего элемента.
На фиг. 8 изображен другой альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом альтернативном варианте осуществления емкость 12 для присадки и фильтрующий элемент 25 совмещены по оси и разделены стенкой, однако соединительный канал 18 позволяет топливу циркулировать между стороной 28 впуска фильтрующего элемента 25 и камерой 22 для присадки, в которой расположена емкость 12 для жидкой присадки. Отверстие 17 для рассеивания присадки расположено в подающем топливопроводе между стороной 29 выпуска фильтрующего элемента и двигателем внутреннего сгорания (не представлен). Таким образом, подвижная стенка 32 расположена между емкостью 12 для присадки и стороной 28 впуска фильтрующего элемента 25, и при этом присадка рассеивается на стороне 29 выпуска фильтрующего элемента. В этом варианте осуществления устройство для генерирования разницы давления образуется посредством фильтрующего элемента 25.
На фиг. 9 представлен альтернативный вид устройства, изображенного на фиг. 8, в котором подвижная и герметичная стенка образована посредством мембраны 33.
На фиг. 10 представлен альтернативный вид устройства, изображенного на фиг. 8, в котором подвижная и герметичная стенка образована посредством поршня 34.
Эти варианты осуществления указаны путем иллюстрации и ни в коем случае путем ограничения. Настоящее изобретение можно осуществить посредством других альтернативных способов. Например, устройство для генерирования разницы давления можно представить в виде диафрагмы или емкость для присадки можно размещать концентрично снаружи фильтрующего элемента.
На фиг. 11 показан еще один альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом альтернативном варианте осуществления присадка рассеивается в обратном топливопроводе 6 двигателя внутреннего сгорания ниже по потоку от системы введения и в направлении топливного бака 2 (не представленного на фигуре). Устройство для распределения жидкой присадки, изображенное таким образом, с одной стороны, содержит рассеивающую головку 10, предназначенную для постоянного расположения в контуре циркуляции топлива и содержащую распределительный канал 16 для присадки в контуре циркуляции топлива, и, с другой стороны, картридж 11, содержащий фильтрующий элемент 25, емкость 12 для присадки и подвижную и герметичную стенку 32, при этом указанный картридж 11 соединен с рассеивающей головкой 10 с возможностью отсоединения. В этом примере реализации патрубок 31, который позволяет циркуляцию присадки из емкости 12 для присадки в направлении распределительного канала 16, выполнен цельным с головкой 10 и содержит скошенный конец, чтобы проникать в эластичный мешок 32, когда картридж 11 выполнен цельным с головкой 10.
Примеры реализации, изображенные на фигурах, даны в качестве указания, и ни в коем случае для ограничения. Специалисту в данной области станет понятно, что настоящее изобретение также относится к вариантам осуществления, не представленным здесь, но вытекающим из комбинации нескольких вариантов осуществления, описанных выше, или из замены одной или нескольких характеристик с одной фигуры на характеристики с другой фигуры.
Различные присадки, которые могут использоваться устройством для распределения согласно настоящему изобретению, с этой точки зрения будут описаны подробнее, эти присадки хорошо известны в данной области техники.
Эти присадки можно классифицировать по двум категориям: с одной стороны, те, которые имеют каталитическую функцию, способствующую регенерации сажевых фильтров, и, с другой стороны, те, которые имеют функцию, отличную от каталитической функции, например, присадки для улучшение распределения топлива в двигателе, присадки для улучшения работы двигателя или присадки для улучшения стабильности работы двигателя.
Используемые присадки, главным образом, представлены в жидком виде и могут состоять из жидкости или смеси жидкостей, коллоидальной суспензии на жидкой основе или в виде геля, вязкость которого позволяет течение присадки.
Тем не менее, также можно использовать твердые присадки, которые постепенно растворяются или деагломерируются для выпуска необходимого количества присадки в топливо.
ПРИСАДКИ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ РЕГЕНЕРАЦИИ
Эти присадки в идеале являются жидкостями, как правило, находящимися в рабочем температурном диапазоне 20-45°C, однако они также могут быть в другой физической форме, такой как гель или твердое вещество.
Эти присадки могут содержать любой тип катализатора, эффективного при катализации сгорания сажи, в частности платина, стронций, натрий, марганец, церий, железо и/или их комбинация.
Количество присадки, необходимое для топлива, как правило, составляет по меньшей мере приблизительно 1 ppm и самое большее приблизительно 100 ppm, это количество выражается весом элемента металлической присадки по отношению к весу топлива.
Эти присадки могут предоставляться в виде металлорганической соли или смеси металлорганических солей, растворимых или диспергируемых в топливе. Эти соли отличаются тем, что они содержат по меньшей мере металлическую часть и сложную органическую часть, как правило, кислотного происхождения, при этом комбинация находится в суспензии в растворителе.
Присадки FBC также могут предоставляться в виде металлорганического комплекса или смеси металлорганических комплексов, растворимых или диспергируемых в топливе. Эти комплексы отличаются тем, что они содержат по меньшей мере две сложные органические части. Такой продукт, к примеру, описан в GB 2 254 610.
В равной степени присадки FBC также могут предоставляться в виде коллоидной дисперсии или суспензии наночастиц, например, аморфного или кристаллического оксида металла или оксигидроксида.
Выражение "коллоидная дисперсия" в настоящем описании указывает на любую систему, состоящую из тонких твердых частиц коллоидных размеров, на основе присадки, в суспензии в жидкой фазе, возможно, что указанные частицы дополнительно необязательно содержат остаточные количества связанных или абсорбированных ионов, таких как, например, нитраты, ацетаты, цитраты, амонии или хлориды. Термин "коллоидные размеры" следует понимать как размеры в диапазоне приблизительно 1 нм и приблизительно 500 нм. Эти частицы конкретнее могут иметь средний размер самое большее 100 нм и конкретнее самое большее 20 нм.
В случае присадок FBC в виде коллоидной дисперсии, частицы могут быть на основе редкоземельных металлов и/или металла, выбранного из групп IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB Периодической таблицы.
Термин "редкоземельный металл" следует понимать как элементы группы, состоящей из иттрия и элементов Периодической таблицы с атомным числом в диапазоне 57-71 включительно.
Периодическая таблица элементов, на которую делается ссылка, опубликована в приложении к Bulletin de la Société Chimique de France, No. 1 (январь 1966).
Для таких присадок, которые могут использоваться в виде коллоидной дисперсии, редкоземельные металлы конкретнее могут быть выбраны из церия, лантана, иттрия, ниодима, гадолиния и празеодима. Предпочтительно может быть выбран церий. Металл может быть выбран из циркония, железа, меди, галлия, палладия и марганца. Предпочтительно может быть выбрано железо. Железо может быть в виде аморфного или кристаллического соединения.
Также конкретнее можно обратить внимание на коллоидные дисперсии на основе комбинации церия и железа.
Коллоидные дисперсии конкретнее могут содержать:
- органическую фазу,
- частицы присадки вышеописанного типа (в частности, редкоземельные металлы и/или металл, выбранный из групп IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB), в суспензии в органической фазе,
- по меньшей мере одно амфифильное средство.
Эти коллоидные дисперсии, в частности, могут содержать присадки на основе железа или соединения железа.
Коллоидные дисперсии могут предлагаться в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в следующих патентных заявках: EP 671 205, WO 97/19022, WO 01/10545, WO 03/053560, WO 2008/116550.
ДРУГИЕ ПРИСАДКИ
Другие типы известных присадок, отличающиеся от присадок FBC, и которые имеют функцию, отличную от каталитической функции, также могут вводиться в контур циркуляции. Эти присадки позволяют улучшить распределение топлива в двигателе и/или улучшить работу двигателя, и/или, кроме того, улучшить стабильность работы двигателя.
Присадки для улучшения распределения топлива в двигателе включают, к примеру, противопенные присадки, такие как, органосиликоны, и присадки для защиты от замерзания, такие как спирты с низким молекулярным весом или гликоли.
Другие присадки представляют собой присадки, которые улучшают работу двигателя в условиях холода. Следует отметить полимерные присадки, которые уменьшают температуру, при которой топливо мутнеет или загустевает, присадки, которые содействуют потоку, такие как полимеры с высоким молекулярным весом, которые уменьшают турбулентное движение в жидкостях и могут увеличить скорость потока на 20-40%.
Кроме того, могут использоваться ингибиторы коррозии.
Также могут использоваться присадки для улучшения работы двигателей, такие как присадки для повышения цетанового числа, присадки для повышения октанового числа, антидымные присадки, присадки, которые уменьшают потери от трения, известные как присадки FM (фрикционный преобразователь) или противозадирные присадки.
Также могут использоваться моющие присадки, предназначенные для ограничения каких-либо отложений в форсунках. Это потому, что топливо может образовывать отложения в топливном контуре, в частности в топливных форсунках высокого давления и конкретнее в отверстиях форсунок. Степень образования отложения меняется в зависимости от конструкции двигателя, в частности характеристик форсунок, состава топлива и состава масла, используемого для смазки двигателя. Кроме того, эти моющие присадки также эффективны при уменьшении негативного воздействия присутствия соединений металла в топливе, например, Zn или Cu, которые могут возникать от загрязнения, например, системы распределения топлива, или, кроме того, следов соединений, возникающих от процесса синтеза сложных эфиров жирной кислоты.
Избыточные отложения могут изменять динамику, например, струи топлива, исходящей из форсунка, которая, в свою очередь, может препятствовать прохождению воздушнотопливной смеси. В некоторых случаях это приводит к избыточному потреблению топлива, потере в мощности двигателя и увеличению выбросов загрязняющих примесей.
Моющие присадки проявляют характерную особенность растворения уже образованных отложений и уменьшения образования предшествующих отложений, чтобы предотвратить образование новых отложений. Пример моющей присадки описан, например, в WO 2010/150040.
Для предотвращения износа или застревания насосов высокого давления, в частности, и форсунок, когда смазывающие способности самого топлива являются неважными, могут использоваться присадки для улучшения смазывающей способности. Они содержат полярную группу, которая притягивается поверхностями металлов для образования на поверхности защитной пленки.
Могут рассматриваться и присадки для улучшения стабильности работы двигателей. Это потому, что нестабильность топлива приводит к образованию смол, которые приводят к засорению форсунок, забиванию топливного фильтра и засорению насосов и системы введения.
Могут также использоваться следующие присадки:
- антиокислительные присадки;
- стабилизирующие присадки;
- дезактиваторы металла, предназначенные для нейтрализации каталитических эффектов определенных металлов;
- диспергирующие присадки, предназначенные для диспергирования образованных частиц и предотвращающие агломерацию достаточно больших частиц.
Согласно конкретному варианту осуществления присадка представляет собой комбинацию моющей присадки и присадки, улучшающей смазывающие свойства, и необязательно ингибитора коррозии.
В случае транспортного средства, снабженного PF, предпочтительной является комбинация, с присадкой типа FBC, по меньшей мере одной присадки для топлива моющего типа, как описано в патентной заявке WO 2010/150040.
В случае транспортного средства, снабженного PF, предпочтительной является комбинация, с присадкой типа FBC, нескольких присадок для топлива, в частности, когда транспортное средство приобретено в географической области, где топливо имеет непостоянное и/или неважное качество.
В случае, когда транспортное средство не снабжено PF, могут предполагаться различные типы комбинаций присадок, например, комбинация одной или нескольких моющих присадок с присадкой, улучшающей смазывающие свойства, и с ингибитором коррозии.
Далее будут приведены примеры.
ПРИМЕР 1
В этом примере описано применение устройства при помощи визуальной спектроскопии с заданной длиной волны (500 нм) для обнаружения присутствия присадки типа FBC в дизельном топливе. Присадка FBC, используемая в данном примере, состоит из коллоидной суспензии из частиц на основе железа, например, суспензия C согласно примеру 3 патентной заявки WO 2010/150040. Эта каталитическая коллоидная суспензия обычно используется в интервале концентрации, который позволяет вводить присадку в топливо с содержанием железа 7 ppm от веса железа (металла) в топливе для регенерации PF конкретных транспортных средств, например тех, что снабжены двигателем Евро-5 с рабочим объемом цилиндра 2 л.
В этом примере было протестированы четыре различных вида топлива:
- дизельное топливо торгового сорта, соответствующее европейскому стандарту EN590;
- дизельное биотопливо B10, содержащее 90% дизельного топлива EN590 и 10% биодизельного топлива на основе сложного метилового эфира жирной кислоты (FAME), соответствующего стандарту EN14214;
- дизельное биотопливо B30, содержащее 70% дизельного топлива EN590 и 30% биодизельного топлива на основе сложного метилового эфира жирной кислоты (FAME), соответствующего стандарту EN14214;
- топливо на основе фракции керосина, соответствующее топливу NATO RF63 от нефтяной компании Total.
В эти виды топлива были введены присадки с определенным количеством присадки FBC так, чтобы содержание FBC в топливе соответствовал 5, 6 или 10 ppm от веса.
Каждый вид топлива перед и после введения присадок анализировался спектрометром с длиной волны 500 нм и была зарегистрирована способность поглощать свет топливом. Эти показатели поглощения даны ниже в таблице 1.
Было установлено, что топливо без присадок имеет показатель поглощения А1, который может варьировать в диапазоне от 0,042 до 0,141. В каждом из этих случаев, добавление присадки FBC, даже в очень маленьком количестве, приводит к усилению поглощения (A2, A3 или A4), при этом усиление становится больше пропорционально увеличению добавления определенного количества FBC. Это показывает то, что сравнение поглощающей способности топлива при 500 нм перед и после введения присадок на самом деле позволяет определить, произошло ли (усиление) или нет (усиления нет) введение присадок.
Таблица также показывает, что разница в поглощающей способности между топливом с присадками и топливом без присадок для заданного содержания присадки является одинаковой независимо от топлива: обычно 0,015-0,016 для 5 ppm железа и 0,031-0,035 для 10 ppm железа, 6 ppm железа выражается в промежуточном относительном показателе поглощения (0,023). Разница пропорциональна содержанию присадки в топливе. Таким образом, возможно легко обнаружить избыток (или отсутствие) введения присадок посредством значения разницы в поглощающей способности. Это показывает, что это устройство позволяет обнаруживать отклонение в системе.
Таблица 1
Дизтопливо торгового сорта EN590
Дизтопливо B10
Дизтопливо B30
Топливо NATO RF63
A1=Показатель поглощения топлива без присадок
0,141
0,071
0,066
0,042
A2=Показатель поглощения топлива, содержащего 5 ppm железа
0,156
0,087
-
0,057
A3=Показатель поглощения топлива, содержащего 6 ppm железа
-
-
0,089
-
A4=Показатель поглощения топлива, содержащего 10 ppm железа
0,176
0,104
-
0,073
A2-A1=Показатель поглощения при 5 ppm железа
0,015
0,016
-
0,015
A3-A1=Показатель поглощения при 6 ppm железа
-
-
0,023
-
A4-A1=Показатель поглощения при 10 ppm железа
0,035
0,033
-
0,031
ПРИМЕР 2
В этом примере описано применение устройства при помощи визуальной спектроскопии с заданной длиной волны (500 нм) в комбинации с устройством, как описано на фиг. 3, для распределения жидкой присадки, такой же как в примере 1, при этом спектрометр осуществляет измерение в топливном баке и устройстве для распределения, вводящем присадку в обратный топливопровод топливного контура.
Устройство для введения имеет поперечное сечение впуска топливопровода 13, равное 6 мм, и содержит трубку 21 Вентури с диаметром 5,06 мм, которая воздействует на присадку с разницей в давлении 16 мбар по отношению к давлению топлива для получения скорости циркуляции потока топлива равной 160 л/ч. Присадка распределяется в топливе посредством распределительного канала 16b для присадки с длиной 21 мм и диаметром 0,6 мм.
Устройство для введения регулируется для введения какого-либо количества присадки после каждого добавления топлива в бак с тем, чтобы добиться неизменной концентрации 4 ppm железа в топливе.
Анализ топлива (дизтопливо торгового сорта, соответствующее стандарту EN590) осуществляется перед началом каждого введения присадки и после окончания каждого введения присадки посредством спектрометра видимой области спектра, установленного в транспортном средстве.
Чтобы воспроизвести неисправность в транспортном средстве, устройство для введения присадки было отсоединено от топливного контура перед четвертым заполнением топливного бака транспортного средства.
Таблица 2
A1: Показатель поглощения топлива после добавления топлива и перед введением присадки
A2: Показатель поглощения топлива после введения присадки вслед за дополнением топлива
A2-A1:
Первое введение присадки
0,143
0,149
0,007
Второе введение присадки
0,142
0,148
0,008
Третье введение присадки
0,143
0,150
0,009
Четвертое введение присадки
0,143
0,142
-0,001
Было обнаружено (таблица 2), что во время первых трех введений сигнал с показателем поглощения усиливается при добавлении присадки (A2>A1). Разница в показателях поглощения вслед за добавлением присадки очень похожа на первые три добавления (A2-A1).
С другой стороны, когда пропускали устройство для введения присадки для четвертого введения, было обнаружено, что поглощающая способность топлива после теоретического введения присадок не увеличилась, при этом разница в показателях поглощения A2-A1 виртуально равна нулю, что показывает способность системы обнаруживать неисправность системы для введения присадки.