Присадка к топливу для очистки двигателя внутреннего сгорания
FUEL ADDITIVE FOR CLEANING INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Настоящее изобретение относится к применению по меньшей мере одного, при необходимости алкилированного, диариламина в топливе или в присадке к топливу в качестве средства очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, в частности, двигателя транспортного средства. Дополнительно изобретение относится к способу очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания при работе двигателя путем сжигания топлива, при этом топливо содержит присадку к топливу, содержащую при необходимости, по меньшей мере, один алкилированный диариламин.
Предпосылки создания изобретения
2
Во всем мире ужесточение законодательства о выхлопных газах и потребность в снижении потребления топлива приводят к усовершенствованию двигателей внутреннего сгорания, например, двигателей транспортных средств, к уменьшению размера двигателя («уменьшению габаритов»), непосредственному впрыску и высокому давлению наддува. Различные международные законы, технически очень сложные технологии, используемые для двигателей, и все более высокие стандарты по нормам содержания токсичных веществ в отработавших газах означают, что имеющиеся в настоящее время виды топлива более не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к двигателям транспортных средств. В частности, химические процессы, проходящие в топливной системе, могут привести к загрязнению, появлению отложений, закоксованности и нагару. Другими факторами, влияющими на повышенное образование отложений и загрязнений в двигателе, являются, например, изменение качества топлива, добавление биокомпонентов и повышенное содержание металлов в топливе. Это может привести к увеличению выбросов CO, к увеличению расхода топлива, повышению вероятности возникновения неисправностей двигателя и к дорогостоящему ремонту.
Еще одной проблемой развития современных технологий является повышенный риск возникновения преждевременного воспламенения рабочей смеси во время работы двигателя.  Преждевременное воспламенение рабочей смеси – это явление детонации, которое чаще происходит при высокой нагрузке или высоком промежуточном давлении и при работе двигателя на низких оборотах («Преждевременное воспламенение рабочей смеси на низких оборотах, LSPI»). Во время работы двигателя сгорание начинается до момента фактического воспламенения рабочей смеси.
Следует отличать преждевременное воспламенение рабочей смеси от такого ранее известного явления, как стуки двигателя. В отличие от стуков двигателя, преждевременное воспламенение рабочей смеси происходит независимо от сгорания, инициированного свечой зажигания. В свою очередь обычные стуки двигателя с непосредственным впрыском топлива происходят после момента воспламенения рабочей смеси, но в случае с преждевременным воспламенением рабочей смеси, повышение давления, возникающее в результате выделения тепла, начинается до момента воспламенения рабочей смеси. Как правило, преждевременное воспламенение рабочей смеси приводит к появлению максимальных пиков давления и, в результате высокой интенсивности горения, к максимальным градиентам давления и высокочастотным колебаниям давления. Поэтому возникновение преждевременного воспламенения рабочей смеси может быстро привести к повреждению двигателя. Такие последовательности, в которых присутствует переменная последовательность сгорания, оказывают особенно разрушительное воздействие. Риск возникновения повреждений намного выше из-за преждевременного воспламенения рабочей смеси, чем из-за других явлений детонации, например, стуков двигателя, поскольку даже отдельные события могут привести к разрушению двигателя из-за максимально высоких пиков давления. Это сильно ограничивает производительность современных двигателей.
Было продемонстрировано, что нет никакой связи между октановым числом или способностью к воспламенению рабочей смеси и тенденцией к преждевременному воспламенению рабочей смеси, а это подтверждает, что традиционные стуки двигателя и преждевременное воспламенение рабочей смеси представляют собой два разных явления детонации (Kalghatgi G. “The outlook for fuels for internal combustion engines” International J of Engine Research 2014, vol. 15(4) pages 383-398), (Калгхатги Г. “Зе оутлук фор фуелс фор интернал cомбустион енгинес” Интернатионал Й оф Енгине Ресеарч 2014, вол. 15(4) пагес 383-398).
Факторы, влияющие на преждевременное воспламенение рабочей смеси, являются очень сложными, и механизмы инициирования составляют предмет настоящего исследования. В частности, отделившиеся капли нефтяного топлива или раскаленные частицы отложений рассматриваются как возможные причины преждевременного воспламенения рабочей смеси (Lauer T. et al. “Modellansatz zur Entstehung von Vorentflammungen” MTZ MTZ 01/2014 pages 64-70; Yasueda, S. et al “Abnormal Combustion caused by Lubricating Oil in High BMEP Gas Engines,” MTZ Industrial 3 (2013), pages 34-39; Dahnz, C. et al  “Irregular combustion in supercharged spark ignition engines – pre-ignition and other phenomena,” International Journal of Engine Research 11 (2010), pages 485-498; Zahdeh, A. et al. “Fundamental Approach to Investigate Pre-Ignition in Boosted SI Engines” SAE Technical Paper 2011-01-0340), (Лауер Т. ет ал. “Моделлансатз зур Ентстехунг вон Ворентфламмунген” МТЗ МТЗ 01/2014 пагес 64-70; Ясуеда, С. ет ал “Абнормал Cомбустион cаусед бy Лубриcатинг Оил ин Hигх БМЕП Гас Енгинес,” МТЗ Индустриал 3 (2013), пагес 34-39; Дахнз, C. ет ал  “Иррегулар cомбустион ин суперчаргед спарк игнитион енгинес – пре-игнитион анд отхер пхеномена,” Интернатионал Джоурнал оф Енгине Ресеарч 11 (2010), пагес 485-498; Захдех, А. ет ал. “Фундаментал Аппроач то Инвестигате Пре-Игнитион ин Боостед СИ Енгинес” САЕ Течниcал Папер 2011-01-0340).
Раскаленные частицы или раскаленные отделившиеся отложения были идентифицированы и как начальные инициаторы преждевременного воспламенения рабочей смеси, и как последующие инициаторы преждевременного воспламенения рабочей смеси. Отложения отделяются, в частности, в результате сильных стуков двигателя, и поэтому большое количество отделившихся отложений или частиц свободно летают по камере сгорания в конце события преждевременного воспламенения рабочей смеси, что, в свою очередь, может привести к дальнейшему событию преждевременного воспламенения рабочей смеси в следующих циклах сгорания.
По этой причине отложения в камере сгорания представляют особый интерес. Решающими факторами образования отложений на воздухозаборниках и в камере сгорания являются: топливный состав, моторное масло, конструкция двигателя и условия работы двигателя.
Аналогичным образом и присадки к топливу оказывают важное влияние на образование отложений. Было доказано, что традиционные чистящие средства на основе полибутиленамина и полиэфирамина уменьшают количество отложений на воздухозаборниках, но в то же время они могут увеличивать количество отложений в камере сгорания (Stepien Z. “Intake valve and combustion chamber deposit formation – the engine and fuel related factors that impacts their growth,” NAFTA-GAZ, ROK LXX, No. 4/2014; Cheng S. S. “The Impact of Engine Operating Conditions and Fuel Compositions on the Formation of Combustion Chamber Deposits” SAE Paper 2000-01-2025; Kalghatgi G. T. “Fuel and Additive Effects on the Rates of Growth of Combustion Chamber Deposits in a Spark Ignition Engine” SAE Paper 972841), (Степиен З. “Интаке валве анд cомбустион чамбер депосит форматион – зе енгине анд фуел релатед фаcторс тхат импаcтс тхеир гроутх,” НАФТА-ГАЗ, РОК ЛХХ, Но. 4/2014; Ченг С. С. “Тhе Импаcт оф Енгине Оператинг Cондитионс анд Фуел Cомпоситионс он зе Форматион оф Cомбустион Чамбер Депоситс” САЕ Папер 2000-01-2025; Калгхатги Г. Т. “Фуел анд Аддитиве Еффеcтс он тхе Ратес оф Гроутх оф Cомбустион Чамбер Депоситс ин а Спарк Игнитион Енгине” САЕ Папер 972841).
Патент US 5,536,280 относится к топливному составу, содержащему дифениламин. В частности, раскрыто, что добавление дифениламинов приводит к уменьшению стуков двигателя внутреннего сгорания вследствие увеличения октанового числа топлива.
Заявка WO 2015/042337 относится к способу уменьшения возможности преждевременного воспламенения рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива, при котором смазочный состав, содержащий базовое масло и беззольный антиоксидант, подается в двигатель.
Таким образом, существует необходимость уменьшения образования отложений в двигателях внутреннего сгорания, в частности, в транспортных средствах, и очищения двигателя от имеющихся отложений. В частности, существует потребность в присадках к топливу, которые очищают двигатель от отложений во время его работы и уменьшают дальнейшее образование отложений.
Таким образом, целью настоящего изобретения является уменьшение образования отложений в двигателях внутреннего сгорания и очищение двигателя от отложений, в частности, при работе.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1: Примерный испытательный прогон двигателя для определения эффективности очистки присадки к топливу по настоящему изобретению.
Фиг. 2: Тенденция двигателя к преждевременному воспламенению рабочей смеси с применением и без применения присадки к топливу по настоящему изобретению в чистой камере сгорания.
Фиг. 3: Тенденция двигателя к преждевременному воспламенению рабочей смеси с применением и без применения присадки к топливу по настоящему изобретению после проведения прогона на карбонизацию.
Фиг. 4: Изображения камеры сгорания двигателя до и после применения присадки к топливу по настоящему изобретению.
Краткое изложение сущности изобретения
Неожиданным образом, заявленная цель могла быть достигнута путем применения, при необходимости, по меньшей мере, одного алкилированного диариламина в топливе или в присадке к топливу для очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания.
Дополнительно настоящее изобретение относится к способу очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания при его работе путем сжигания топлива, при этом топливо содержит присадку, содержащую при необходимости, по меньшей мере, один алкилированный диариламин.
Дополнительные варианты настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Подробное описание настоящего изобретения
Настоящим изобретением можно было бы показать неожиданным образом, что благодаря применению, по меньшей мере, одного диариламина, который, при необходимости, может быть алкилирован, в топливе или в присадке к топливу, камера сгорания двигателя внутреннего сгорания может быть очищена в результате сгорания топлива, содержащего присадку, без ущерба для производительности двигателя. Применение по настоящему изобретению также уменьшает или предотвращает повторное образование отложений. Таким образом, термин «очистка», используемый в настоящем изобретении, включает как удаление имеющихся отложений и загрязнений (так называемый эффект очистки), например, карбонизацию и нагар, так и предотвращение или исключение возникновения новых отложений и загрязнений (так называемый эффект поддержания чистоты).
Очистка камеры сгорания по настоящему изобретению включает, в частности, очистку поверхности поршня и/или очистку распылителя форсунки двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, очистка происходит при сгорании топлива, которое содержит, по меньшей мере, одну присадку к топливу, содержащую диариламин.
Применение по настоящему изобретению, по меньшей мере, одного диариламина в топливе или в присадке к топливу не только очищает двигатель внутреннего сгорания от отложений, но в то же время уменьшает возможность преждевременного воспламенения рабочей смеси. Таким образом, преимущество состоит в том, что двигатель может быть защищен от повреждений, и, таким образом, максимальный срок службы двигателя может быть увеличен, и его производительность может поддерживаться в течение длительного времени.
Двигатель внутреннего сгорания включает, в частности, автотранспортные и авиационные двигатели, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – автотранспортные двигатели, но ими не ограничивается. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, двигатель внутреннего сгорания также может быть двигателем внутреннего сгорания, который обычно используют в промышленных и сельскохозяйственных установках, системах и устройствах, например, двигатель механической газонокосилки. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель автотранспортного средства, в частности, бензиновый двигатель.
Топливо, в частности, представляет собой топливо, которое обычно используют в вышеупомянутых двигателях внутреннего сгорания, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – бензиновое топливо, например, коммерчески доступный обычный или высокооктановый бензин. Диариламин может быть либо добавлен непосредственно к топливу, либо он может содержаться в присадке к топливу, в частности, в сочетании с другими присадками.
Диариламин для применения по настоящему изобретению включает, в частности, по меньшей мере, один диариламин общей формулы (I):
(I)
1
7
1-14
2-14
5-12
где R-R независимо друг от друга выбирают из водорода, C алкила, C алкенила или C арила. Такие диариламины описаны, например, в патенте WO 2015/042337, на который в настоящем документе приводится ссылка.
1-10
1-6
1-4
Термин «алкил» включает в данном случае неароматические углеводороды. Алкильная группа может быть либо неразветвленной, либо разветвленной, либо циклической («циклоалкильной»). Алкильная группа включает, в частности, группы С алкил, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – С алкил, в особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – С алкил. Алкильная группа, в частности, может быть выбрана из метила, этила, пропила, изопропила, n-бутила, изобутила, втор-бутила и трет-бутила, пентила, 2-метилбутила, 3-метилбутила, 3,3-диметилпропила, гексила, 2-метилпентила, 3,3-диметилбутила и 2,3-диметилбутила. Алкильные группы также могут быть замещенными или незамещенными. Алкильные группы также могут содержать, по меньшей мере, один гетероатом («гетероалкил»). В гетероалкильной группе, по меньшей мере, один атом C замещен гетероатомом, например, азотом, кислородом, серой и фосфором.
2-10
2-6
2-4
3
2
2
2
3
2
3
3
3
Термин «алкенил» относится к ненасыщенной алкильной группе, которая содержит, по меньшей мере, одну двойную связь С-С, которая не является частью ароматической группы. Алкенильная группа также может быть неразветвленной, разветвленной или циклической («циклоалкенильной»). Алкильная группа включает, в частности, C алкенил, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – C алкенил, в особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – C алкенил. В частности, алкенильная группа может быть выбрана из -C (CH)=CH, -CH=CH, -CH=C(CHCH), -CH=CHCH, -C(CH)=CHCH. Алкенильные группы также могут быть замещенными или незамещенными. Алкенильные группы также могут содержать, по меньшей мере, один гетероатом.
«Циклоалк(ен)ильная группа» относится к моноциклической или полициклической алк(ен)ильной группе, которая не является ароматической и содержит, по меньшей мере, три атома углерода. Типичные циклоалк(ен)ильные группы содержат, в частности, циклопропил, циклобутил, циклопент(ен)ил и циклогекс(ен)ил, циклогепт(ен)ил и циклоокт(ен)ил. Циклоалк(ен)ильные группы могут быть замещенными или незамещенными.
Термин «арил» относится к группе с ароматической структурой и включает, в частности, двухмерные кольца с делокализованной системой [pi]-электронов, содержащей 4n+2 [pi]-электроны, где n представляет собой целое число. Арильная группа может содержать 5, 6, 7, 8, 9 или более девяти атомов C, которые также могут быть замещенными и/или содержать гетероатомы («гетероарил»). Арильные группы и гетероарильные группы могут быть моноциклическими или гетероциклическими. Примеры арильных групп включают фенил, бифенил, нафтил, бинафтил, пиренил, фенантрил, антраценил, флуоренил и инденил. Примеры гетероарильных групп включают пирролил, имидазолил, фурил, тиенил, оксазолил, тиазолил, тетразолил, пиридил, триазолил, индолил, изоиндолил, бензофуранил, дипензофуранил, бензотиенил и бензимидазолил.
1
6
1
2
1
5
2
5
4
5
6
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, две группы от Rдо R на соседнем атоме C вместе образуют 5-, 6- или 7-членное кольцо. Например, R и R, R и R, R и R и/или два из R, R и R образуют 5-, 6- или 7-членное кольцо.
1
2
3
6
1-6
7
Также предпочтительным является вариант, где R и R вместе образуют 5- или 6-членное кольцо, причем R-R независимо друг от друга выбирают из водорода и Cалкила, а R представляет собой водород.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один диариламин представляет собой дифениламин. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения используются моно- и диалкилированные дифениламины, такие как 4-трет-бутилдифениламин, 4,4'-ди-трет-бутилдифениламин, 4-трет-октилдифениламин, 4,4'-ди-трет-октилдифениламин, 4,4'-ди-октилдифениламин или 4,4'-ди-(1-фенилэтил)дифениламин и их смеси. Другие обычные дифениламины включают, по меньшей мере, один октил-, диоктил-, нонил-, динонил-, децил и дидецилдифениламин. Еще одним предпочтительным дифениламином является стиролизованный  дифениламин.
Концентрация, по меньшей мере, одного диариламина в топливе обычно составляет от 0,001 до 5 масс. %, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – от 0,005 до 2 масс. %, в особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – от 0,01 до 0,2 масс.%, по отношению к общей массе топлива.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, топливо или присадка к топливу также содержит, по меньшей мере, один полиэфирамин. Полиэфираминами, которые обычно используют в бензиновых двигателях, являются, например, полиэфирамины, раскрытые в патенте DE 3732908 А1, на который в настоящем документе приводится ссылка во всей его полноте.
2
n
1-14
1-14
2
2
2
2
2
m
1-14
1-14
11-14
w
1
1
2
2
3
4
5
5
2
3
4
5
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, полиэфирамин может быть представлен формулой R(OCHCH(R))A, где R выбран из C алкила, R выбран из водорода и C алкила, а n может представлять собой число от 2-40. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, алкильные группы являются такими, как это определено выше для диариламина. В частности, A выбран из группы, состоящей из -OCHCHNRR, OCHCHNR(CH)OR или -NRR, где R, R, R и R независимо друг от друга могут представлять собой водород, C алкил или C алкенил, а m может представлять собой число от 2 до 12. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, полиэфирамин представляет собой поли-1,2-бутилен оксид-3-аминопропил-C-изоалкиловый эфир. Полиэфирамин обычно имеет среднюю молекулярную массу (M) 500-3000, как это определено гельпроникающей хроматографией (ГПХ).
Топливо содержит полиэфирамин или смесь полиэфираминов обычно в количестве от 10 до 700 частей на миллион, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – от 20 до 400 частей на миллион, в особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – от 50 до 200 частей на миллион. Массовое соотношение диариламина к полиэфирамину в топливе или в присадке к топливу обычно составляет от 1:1 до 30:1, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – от 3:1 до 16:1. В этих диапазонах и соотношениях применение полиэфирамина может дополнительно повысить эффективность очистки диариламина, одновременно уменьшая возможность преждевременного воспламенения рабочей смеси, при этом полиэфирамин в более высоком количестве может ухудшить эффективность очистки и повлиять на возможность преждевременного воспламенения рабочей смеси, по сравнению с топливом без присадок.
Помимо диариламина, который должен использоваться по настоящему изобретению, и, при необходимости, полиэфирамина, топливо или присадка к топливу также могут содержать и другие обыкновенные присадки, такие как ингибиторы коррозии, стабилизаторы, антиоксиданты или чистящие средства. Дополнительные присадки, используемые при необходимости, включают модификаторы трения, смазочные присадки, октаноповышающие присадки для бензинового топлива и цетаноповышающие присадки для дизельного топлива и красители.
Ингибиторы коррозии обычно представляют собой аммониевые соли органических карбоновых кислот, карбоновые кислоты или ангидриды карбоновой кислоты, которые имеют тенденцию образовывать пленки, благодаря соответствующей структуре исходных соединений. Ингибиторы коррозии также часто содержат амины для снижения уровня pH. Гетероциклические ароматические соединения обычно используют для коррозионной защиты цветных металлов.
Антиоксиданты и стабилизаторы, в частности, могут представлять собой амины, например, парафенилендиамин, дициклогексиламин, морфолин или производные этих аминов. Типичными фенольными антиоксидантами являются стерически затрудненные фенолы, например, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол или C7-C9-разветвленный алкил-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат.
Топливо также может содержать амиды и имиды полиизобутилен-ангидрида янтарной кислоты, полибутенамин, полибутенполиамин и длинноцепочечные карбонамиды и карбонимиды, используемые в качестве чистящих средств для карбюраторов, распылителей и клапанов (так называемые «присадки для контроля отложений»).
Модификаторы трения включают, в частности, глицеролмоноолеаты. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения смазочные присадки представляют собой жирные кислоты, сложные эфиры жирных кислот и амиды жирных кислот. Обыкновенные октаноповышающие присадки включают, в частности, органические соединения, например, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ), N-метиланилин и металлоорганические соединения, например, ферроцен или метилциклопентадиенил-трикарбонил марганца (MMT). Типичной цетаноповышающей присадкой является, например, 2-этилгексилнитрат.
В качестве масел-носителей для концентратов присадок, используемых по настоящему изобретению, могут быть применены минеральные масла, а также высоковязкие цилиндровые и синтетические масла, например, полиальфаолефин, сложный эфир тримеллитовой кислоты или полимер простого эфира.
Время, когда присадку к топливу добавляют к топливу, не подлежит никаким ограничениям. Обычно присадка к топливу может использоваться в соответствующей дозе, будучи добавленной в тару, которая может представлять собой как так называемый «контейнер НПЗ», в котором к топливу была добавлена присадка к топливу до момента его коммерческой реализации, так и тару для так называемого «послепродажного обслуживания», в которую обычно не добавляют присадку к топливу заранее, до его сгорания, например, непосредственно перед или сразу после заправки топливом транспортного средства.
Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к способу очистки камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания во время работы двигателя внутреннего сгорания путем сжигания топлива, при этом топливо содержит присадку к топливу, содержащую, по меньшей мере, один диариламин, который может быть алкилирован. В отношении предпочтительных вариантов осуществления способа по настоящему изобретению приведена ссылка на варианты осуществления настоящего изобретения, описанные ранее, в которых, в соответствии с настоящим изобретением, необходимо использовать, по меньшей мере, один диариламин.
Примеры
Более подробное объяснение настоящего изобретения приведено в следующих примерах.
Были применены следующие присадки к топливу:
Диариламин: Смесь продукта реакции дифениламина и 2,4,4-триметилпентена.
11-14
Полиэфирамин: Поли-1,2-бутилен оксид-3-аминопропил-C-изоалкиловый эфир (Mw: 2500).
Конечная концентрация производного дифениламина в топливе составляла 0,14 масс.%.
Влияние тенденции к преждевременному воспламенению рабочей смеси и эффективность очистки при применении топлива определяли на основании следующих примеров (вариантов присадок). В качестве сравнительного примера использовали топливо без присадок.
Пример 1: Вариант присадки 1) 1400 частей на миллион производного дифениламина + 100 частей на миллион полиэфирамина
Пример 2: Вариант присадки 2) 1400 частей на миллион производного дифениламина
Пример 3: Вариант присадки 3) 1400 частей на миллион производного дифениламина + 500 частей на миллион полиэфирамина
Сравнительный пример 1: Топливо без присадки
Испытательный прогон двигателя
Испытательный прогон двигателя проводили на 2-литровом двигателе с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива и индикаторной головкой.
В качестве топлива для испытания использовалось топливо низкого качества, указанное компанией Daimler AG.
На первом этапе был проведен цикл очистки с применением топлива E5 RON95. Этот цикл очистки предназначен для полной очистки камеры сгорания и создания «нулевого состояния».
Затем проводят прогоны двигателя на устойчивость к преждевременному воспламенению рабочей смеси (ПДУПВРС в условиях чистоты) с применением топлива для испытания без присадок и топлива для испытания, к которому добавлена испытуемая присадка, а количество возникновения событий преждевременного воспламенения рабочей смеси регистрируют с помощью датчиков давления для каждого цилиндра. Прогон двигателя на устойчивость к преждевременному воспламенению рабочей смеси состоял из нескольких последовательных одинаковых циклов. Один цикл длился 20 минут, при котором в течение 15 минут осуществлялась работа двигателя при полной нагрузке в условиях, типичных для преждевременного воспламенения рабочей смеси, то есть, частота вращения двигателя составляла < 2000 оборотов в минуту и при полностью открытом дросселе, и в течение 5 минут – при частичной нагрузке с той же частотой вращения двигателя и при практически закрытом дросселе. В каждом случае было выполнено 3 прогона в течение часа. Этот испытательный прогон был предназначен для того, чтобы показать влияние присадки на количество событий преждевременного воспламенения рабочей смеси в чистой камере сгорания, по сравнению с количеством событий преждевременного воспламенения рабочей смеси при применении топлива без присадок.
На третьем этапе снова был проведен цикл очистки с применением топлива E5 RON95 для того, чтобы восстановить нулевое состояние. Это «нулевое состояние» было документально оформлено по результатам эндоскопического исследования, а затем его сравнивали с данными других испытаний.
Затем был проведен 36-часовой прогон двигателя на устойчивость к карбонизации (ПДУК). С помощью этого прогона на устойчивость моделируется типичный городской цикл, при котором температура охлаждающей жидкости ограничена 70° C, с целью создания карбонизации воспроизводимым образом в камере сгорания. Этот прогон двигателя на устойчивость к карбонизации был проведен с применением топлива для испытания с присадками и с применением топлива без присадок в качестве эталона. Степень загрязнения визуально оценивали эндоскопом и сравнивали с изображениями, имевшимися перед прогоном двигателя на устойчивость к карбонизации. Исследовали камеру сгорания, поверхность поршня и наконечник распылителя форсунки.
Затем был проведен другой прогон двигателя на устойчивость к преждевременному воспламенению рабочей смеси (ПДУПВРС в условиях карбонизации) для того, чтобы определить количество событий преждевременного воспламенения рабочей смеси при наличии карбонизации в камере сгорания.
Замена масла проводилась перед каждым прогоном двигателя на устойчивость к преждевременному воспламенению рабочей смеси для того, чтобы исключить любое влияние, оказываемое моторным маслом.
Испытательный прогон двигателя для определения эффективности очистки присадки к топливу по настоящему изобретению, как описано выше, схематически показан на Фигуре 1.
Определение тенденции к преждевременному воспламенению рабочей смеси при чистой камере сгорания
Количество событий преждевременного воспламенения рабочей смеси при чистой камере сгорания показано на Фигуре 2. Было установлено, что количество случаев преждевременного воспламенения рабочей смеси было нулевым при чистой камере сгорания в первом цикле при применении присадки из Примеров 1 и 2 и топлива без присадок, и количество случаев возросло только во время второго цикла при применении всех присадок. Два события преждевременного воспламенения рабочей смеси при применении присадки из Примера 3 были установлены во время второго измерения в первом цикле. После трех циклов было установлено одно событие преждевременного воспламенения рабочей смеси при применении топлива без присадок (сравнительный пример), одиннадцать – при применении топлива с присадкой из Примера 1, четыре – при применении топлива с присадкой из Примера 2 и целых пятнадцать событий – при применении топлива с присадкой из Примера 3. Чем выше была доля полиэфирамина, тем больше случаев преждевременного воспламенения было установлено, особенно в первом цикле. Однако рост количества событий произошел в чистой камере сгорания с применением всех присадок, по сравнению с топливом без присадок. То есть, полиэфирамин имеет более высокую тенденцию к преждевременному воспламенению рабочей смеси, чем дифениламин.
Определение чистоты камеры сгорания
Эндоскопические изображения камеры сгорания до и после прогона двигателя на устойчивость к карбонизации (ПДУК в течение 36 часов) показали, что в камере сгорания образовалось меньше отложений при применении присадок по настоящему изобретению, содержащих дифениламин, чем без применения присадок. Присадки из Примеров 1 и 2 оказались сопоставимыми; в Примере 3, где доля полиэфирамина самая высокая, наблюдалось больше отложений.
Сравнение наконечников распылителей показало, что, в частности, с применением присадки из Примера 1 было достигнуто уменьшение отложений на распылителях.
Определение тенденции к преждевременному воспламенению рабочей смеси после карбонизации
Во втором прогоне двигателя на устойчивость к преждевременному воспламенению рабочей смеси (ПДУПВРС при карбонизации после 36 часов ПДУК) было отмечено значительное снижение количества событий преждевременного воспламенения рабочей смеси при применении присадки из Примеров 1 и 2 (Фигура 3). Количество событий преждевременного воспламенения рабочей смеси уменьшилось вдвое воспроизводимым образом, по сравнению с топливом для испытания без присадок. Такое уменьшение вдвое подтверждает эффект очистки, производимый двумя присадками. Здесь был обнаружен эффект сохранения чистоты. Присадка из Примера 3 привела к увеличению количества событий преждевременного воспламенения рабочей смеси, поскольку эффект очистки производится в меньшей степени, и поэтому отрицательный эффект в отношении преждевременного воспламенения рабочей смеси больше не может компенсироваться очисткой.
Резюмируя сказанное, в настоящем изобретении было неожиданным образом обнаружено, что благодаря очистке или уменьшению отложений в камере сгорания двигателя транспортного средства, снижается также и тенденция к преждевременному воспламенению рабочей смеси. Применение производных дифениламина по настоящему изобретению приводит к высокой эффективности очистки отложений в камере сгорания без оказания отрицательного влияния на производительность двигателя. Общее отрицательное влияние присадок на преждевременное воспламенение рабочей смеси компенсируется путем очистки и наоборот. Полиэфирамины, при применении в определенном массовом соотношении к дифениламину или производному дифениламина, могут дополнительно повысить свою эффективность очистки отложений на распылителях. В частности, оказалось возможным продемонстрировать, что присадка из Примера 1 с низким содержанием полиэфирамина, равным 100 частей на миллион, обеспечивает лучшую эффективность очистки распылителей, чем чистый дифениламин (Пример 2). Однако, как показывают результаты применения присадки из Примера 3, при высокой доле полиэфирамина увеличиваются как отложения на распылителях, так и отложения в камере сгорания. В этом случае для того, чтобы компенсировать отрицательное влияние на преждевременное воспламенение рабочей смеси, очистки недостаточно.
Хотя с помощью вышеописанных примеров можно было показать, что применение производных дифениламина по настоящему изобретению приводит к высокой эффективности очистки, предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является комбинированное применение производных дифениламина и полиэфирамина, как описано выше, поскольку это позволяет сочетать хороший эффект очистки в камере сгорания и на распылителях с одновременным уменьшением вероятности возникновения преждевременного воспламенения рабочей смеси.
Пример 4:
Для Примера 4 использовалась следующая присадка к топливу (вариант присадки 4):
Диариламин: Стиролизованный дифениламин
11-14
Полиэфирамин: Поли-1,2-бутилен оксид-3-аминопропил-C-изоалкиловый эфир (Mw: 2500).
Конечная концентрация производного дифениламина в топливе составляла 1600 частей на миллион, а полиэфирамина – 100 частей на миллион.
Эффективность очистки присадки из варианта 4 была испытана в транспортном средстве после поездки с применением топлива, содержащего присадки.
Выполнение испытания
:
Практическое испытание очистки проводилось на 1,2-литровом, 4-х цилиндровом двигателе с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива транспортного средства Volkswagen VW Polo. Первоначальные показания одометра составляли 40,986 км. Транспортное средство осуществляло пробег на коммерчески доступном топливе E5 RON95, к которому была добавлена присадка из варианта 4 в соответствующей концентрации. Состояние камеры сгорания транспортного средства было оценено с помощью эндоскопического исследования и документально оформлено до начала испытания (Фигура 4a: Изображения камеры сгорания до практического испытания с приведением в качестве примера одного цилиндра). После пробега 764 км в условиях смешанного режима езды (город, условия бездорожья, автомагистраль) с применением топлива, содержащего присадки, камеру сгорания снова обследовали с помощью эндоскопа.
Определение очистки камеры сгорания:
Эндоскопические изображения показывают, что можно доказать уменьшение количества отложений на головке поршня у всех цилиндров. Кроме того, после применения топлива, содержащего присадки, неожиданным образом выяснилось, что наблюдается полное удаление отложений в определенной области головки поршня у всех цилиндров (Фигура 4b: Изображения камеры сгорания после применения присадки в практическом испытании). Предполагается, что это область, в которой поверхность смачивается струей, выходящей из распылителя.