Устройство для подачи присадки - RU2557824C2

Чертежи

Показать все 13 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности автомобильным двигателям и более конкретно к области устройств для подачи жидкой присадки в контур циркуляции топлива двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Новые технологии для двигателей, таких как дизельные двигатели с общей топливной магистралью и системой впрыска топлива очень высокого давления, предлагают высокую эффективность, но очень чувствительны к качеству топлива. Именно поэтому полезно использовать топливо, содержащее присадки, которые улучшают качество топлива, такие как присадки для улучшения распределения топлива в двигателе, присадки для улучшения характеристик двигателя и присадки для улучшения стабильности работы двигателя. Качество доступных промышленных топлив не всегда позволяет подавать в двигатель топливо хорошего качества, даже улучшенного с помощью присадок.

Более того, для соответствия новым стандартам по выбросам продуктов сгорания двигателей, особенно дизельных двигателей, автомобили все чаще оборудуют сажевыми фильтрами (PF). Это уже относится к Европе, с момента введения стандарта Euro 5. В большинстве случаев, для обеспечения периодического сжигания сажи используют катализатор и, таким образом, восстанавливают PF. Для предотвращения черного дыма и выброса сажи больше недостаточно эффективно восстанавливать PF. Сейчас основной задачей является уменьшение выбросов CO₂ и оксидов азота NOx при одновременном сохранении надежности, экономичности и хороших характеристик двигателя, особенно при использовании биотоплива. Двигатель также должен быть конкурентоспособен в сравнении с вариантом питания газом или гибридным вариантом. Показано, что использование присадки для восстановления PF, содержащейся в подаваемом в двигатель топливе (топливный катализатор - FBC), отвечает большому количеству критериев, так как позволяет быстрее и при более низкой температуре восстанавливать PF по сравнению с конкурирующей технологией, известной как сажевый фильтр (CSF) с катализатором. Более того, технология FBC не обладает ограничениями, относящимися к отношению NOx/сажа, которое является ключевым при введении катализатора, который помогает уничтожить NOx, с учетом того, что в 2014 году будет внедрен стандарт Euro 6.

Таким образом, целесообразно оборудовать двигатель устройством, которое позволяет ввести в топливо присадку, которая помогает восстановить PF, и/или топливные присадки, улучшающие качество топлива и/или работу двигателя и/или срок службы двигателя.

Известные системы предназначены для ввода в топливо таких присадок, как присадки, являющиеся FBC катализатором, приспособленные для содействия восстановлению PF. Эти системы в основном основаны на большом резервуаре, объемом, по меньшей мере, 2-3 литра, который приспособлен для хранения запаса присадки и который должен быть установлен близко к топливному баку.

Имеющиеся в настоящее время стратегии по впрыску доз присадок также опираются на высокоточные дозировочные насосы, которыми необходимо управлять с помощью дополнительного отдельного блока, электронного блока управления (или ЭБУ). Этим дозировочным устройством нужно аккуратно управлять для обеспечения того, чтобы в топливе было достаточно присадки для хорошего восстановления PF, но не слишком много, чтобы избежать преждевременного закупоривания PF накапливаемыми минеральными осадками от восстановления PF. Обычно, когда после добавления топлива его уровень в резервуаре поднимается, блок управления указывает насосу количество присадки, которое нужно впрыснуть в резервуар для поддержания постоянной концентрации присадки в топливе, находящемся в резервуаре.

Эти дозировочные насосы очень точны и их цена играет значительную роль при рассмотрении общих экономических показателей. Аналогично, управление ЭБУ системы также играет значительную роль в стоимости всей системы.

Использование такой стратегии также предполагает надлежащее управления системой дозирования и проверку ее состояния, что требует вмешательства при работе с неисправным автомобилем.

С точки зрения технического обслуживания наполнение резервуара является достаточно сложным процессом и выполняется с помощью соединительного устройства, приспособленного к требованиям по наполнению и к резервуару с присадкой.

Например, дизельные автомобили группы PSA (Пежо-Ситроен) оборудованы таким устройством.

В определенных географических областях, таких как развивающиеся страны, трудно гарантировать то, что резервуар будет надлежащим образом наполнен во время всего срока службы автомобиля. Следовательно, необходимо исключить эту неопределенность, которая может нанести ущерб имиджу производителя автомобилей.

Иногда необходимо ввести в топливо двигателей автомобилей такие присадки, которые предназначены для изменения качеств топлива или предназначены для действия в контуре подачи топлива или после сгорания. Указанные присадки включают в себя, например, противогрибковые вещества, присадки к смазочным маслам, моющие присадки, противоморозные присадки или присадки, которые помогают восстановить сажевые фильтры, например FBC присадки.

Эти присадки могут добавляться в топливо при заполнении топливного бака, могут распределяться с помощью распыления или непрерывным способом в контур подачи топлива или могут впрыскиваться периодически в зависимости от конкретных параметров, таких как, например, температура топлива, среднее или мгновенное потребление топлива, скорость двигателя или интервалы времени.

В документе FR 2668203 описано введение присадки восстановления сажевого фильтра в топливный бак во время наполнения этого бака. Недостаток этого технического решения заключается в том, что требуются значительный объем резервуар для присадки, а также электронная система для измерения наполнения топливного бака. Кроме того, это техническое решение увеличивает вес автомобиля и, следовательно, его потребление топлива.

Также известны документы ЕР 1061251 и US 7153422, в которых описан топливный фильтр, содержащий резервуар для присадки, при этом присадку добавляют в контур подачи топлива. Недостаток этого технического решения заключается в том, что присадку растворяют или разжижают топливом, введенным в резервуар для присадки, что не позволяет управлять концентрацией присадки, добавленной в топливо.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в устранении этих технических проблем за счет создания устройства для подачи жидкой присадки, которое требует мало места и в котором состав жидкой присадки не изменяется значительно с течением времени.

Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство для подачи жидкой присадки в контур циркуляции топлива двигателя внутреннего сгорания, при этом указанный контур обеспечивает циркуляцию топлива между внутренним пространством топливного бака и двигателем, указанное устройство содержит:

- резервуар с жидкой присадкой, который позволяет выпускать присадку в контур циркуляции топлива с помощью линии подачи,

- камеру для присадки, сообщающуюся с контуром циркуляции топлива, и

- по меньшей мере, одну подвижную и непроницаемую для жидкости стенку, расположенную между камерой для присадки и резервуаром для присадки, при этом указанная стенка с одной стороны обеспечивает непроницаемое для жидкости разделение, а с другой стороны поддерживает равное давление между присадкой в резервуаре для присадки и топливом в камере для присадки.

В соответствии с одним из признаков изобретения резервуар для присадки имеет форму гибкого мешка или сумки, и гибкий мешок образует подвижную и непроницаемую для жидкости стенку.

В соответствии с другим признаком изобретения подвижная и непроницаемая для жидкости стенка образована мембраной.

Предпочтительно подвижная и непроницаемая для жидкости стенка образована поршнем.

Преимущественно устройство содержит впуск топлива, выпуск топлива, отверстие подачи присадки и средство создания перепада давлений между впуском или выпуском топлива и отверстием подачи присадки. Предпочтительно, чтобы это средство создания перепада давлений было средством создания отрицательного давления между отверстием подачи присадки и впуском или выпуском топлива, при этом отверстие подачи присадки расположено у средства создания отрицательного давления.

Предпочтительно средство создания отрицательного давления имеет форму диафрагмы или трубки Вентури.

Преимущественно средство создания отрицательного давления имеет форму фильтрующего элемента.

Предпочтительно устройство содержит линию подачи присадки и средство полного или частичного закрывания линии подачи присадки.

Предпочтительно средство закрывания линии подачи присадки является электромеханическим средством.

Предпочтительно устройство подачи присадки содержит устройство фильтрации топлива, содержащее, по меньшей мере, один фильтрующий элемент.

Преимущественно форма фильтрующего элемента является кольцеобразной и резервуар для присадки концентрически расположен внутри указанного фильтрующего элемента.

Предпочтительно форма фильтрующего элемента является кольцеобразной и резервуар для присадки концентрически расположен снаружи указанного фильтрующего элемента.

Преимущественно фильтрующий элемент и резервуар для присадки расположены вдоль одной оси.

Предпочтительно топливо пересекает фильтрующий элемент, разграничивающий расположенную выше по потоку сторону, где циркулирует неотфильтрованное топливо и которая расположена выше по потоку относительно фильтрующего элемента, и расположенную ниже по потоку сторону, где циркулирует отфильтрованное топливо и которая расположена между фильтрующим элементом и двигателем внутреннего сгорания, при этом присадку выпускают от расположенной выше по потоку стороны.

Предпочтительно топливо пересекает фильтрующий элемент, разграничивающий расположенную выше по потоку сторону, где циркулирует неотфильтрованное топливо и которая расположена выше по потоку относительно фильтрующего элемента, и расположенную ниже по потоку сторону, где циркулирует отфильтрованное топливо и которая расположена между фильтрующим элементом и двигателем внутреннего сгорания, при этом присадку выпускают от расположенной ниже по потоку стороны.

Преимущественно присадку выпускают в линию возврата топлива двигателя внутреннего сгорания, ниже по потоку относительно системы впрыска, при этом указанная линия возврата топлива позволяет излишку топлива возвращаться в топливный бак.

Предпочтительно подвижная стенка расположена между резервуаром для присадки и расположенной выше по потоку стороной.

Предпочтительно подвижная стенка расположена между резервуаром для присадки и расположенной ниже по потоку стороной.

Согласно варианту осуществления изобретения все или часть устройства подачи присадки расположено в топливном баке (следовательно, камера для присадки расположена в топливном баке). Возможно, чтобы контур циркуляции топлива (сообщающийся с камерой для присадки) допускал обратный ток топлива от двигателя во внутреннее пространство топливного бака.

Предпочтительно присадка является присадкой восстановления сажевого фильтра в форме коллоидной дисперсии частиц, основанных на редкоземельном элементе и/или металле, выбранном из групп IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB периодической классификации.

Преимущественно присадка имеет форму коллоидной дисперсии.

Предпочтительно частицы коллоидной дисперсии в основе содержат железо и/или церий.

Преимущественно присадка является комбинацией: коллоидной дисперсии частиц, которая содержит органическую фазу и, по меньшей мере, одно амфифильное вещество, и моющего вещества на основе четвертичной аммониевой соли.

Предпочтительно присадка является комбинацией моющей присадки и смазывающей присадки.

Изобретение также относится к устройству для подачи жидкой присадки в контур циркуляции топлива двигателя внутреннего сгорания, которое расположено в топливном баке и которое содержит резервуар с жидкой присадкой, позволяющий выпускать присадку в контур циркуляции топлива с помощью линии подачи, камеру для присадки, сообщающуюся с контуром циркуляции топлива, и, по меньшей мере, одну подвижную и непроницаемую для жидкости стенку между указанной камерой для присадки и резервуаром для присадки, которая, с одной стороны, поддерживает равное давление между присадкой в резервуаре для присадки и топливом в камере для присадки и, по меньшей мере, одним фильтрующим элементом, согласно изобретению, устройство содержит распределительную головку, предназначенную для постоянной установки в контуре циркуляции топлива и содержащую линию подачи присадки для подачи присадки в контур циркуляции топлива, и кассету, содержащую фильтрующий элемент, резервуар для присадки и подвижную и непроницаемую для жидкости стенку, при этом указанная кассета съемно установлена на распределительной головке.

Одно из преимуществ изобретения состоит в том, что оно позволяет интегрировать устройство подачи присадки в конструкцию как новых, так и существующих двигателей.

Еще одно преимущество состоит в возможности выпуска точно определенного количества присадки.

Еще одно преимущество состоит в возможности выпуска присадки различных типов, независимо от их состава и/или их физико-химических свойств.

Еще одно преимущество состоит в способности управлять выпуском присадки в зависимости от различных параметров.

Еще одно преимущество состоит в его компактном размере.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения будут более понятны из нижеследующего описания нескольких вариантов осуществления изобретения, которые являются примерами, не ограничивающими изобретение, и в которых содержатся ссылки на приложенные чертежи.

На фиг.1 схематично показано устройство подачи присадки в контур циркуляции топлива двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению;

на фиг.2 показано распределительное устройство для жидкой присадки, соответствующее первому варианту осуществления изобретения, вид в поперечном разрезе;

на фиг.3-5 представлены графики зависимости концентрации присадки в топливе от различных параметров;

на фиг.6-13 показаны другие варианты осуществления изобретения, в которых распределительное устройство для жидкой присадки встроено в топливный фильтр, виды в поперечном разрезе;

на фиг.14 схематично показано устройство подачи присадки в контур циркуляции топлива двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически показан контур 1 циркуляции топлива для двигателя внутреннего сгорания. Обычно контур 1 циркуляции топлива расположен между топливным 2 баком и топливной магистралью 4 высокого давления (также называется «общей топливной магистралью») и обеспечивает циркуляцию топлива между внутренним пространством топливного бака и общей топливной магистралью. Контур подачи топлива содержит фильтр 9, предназначенный для фильтрации топлива, и насос 7 высокого давления. Насос 7 высокого давления и общая топливная магистраль образуют систему впрыска топлива. Первая линия 5, называемая линией подачи, позволяет перемещать топливо из внутреннего пространства бака 2 к общей топливной магистрали 4, а вторая линия 6, называемая линией возврата, позволяет перемещать топливо из системы впрыска к баку 2. Таким образом, топливо накачивают в бак 2, далее фильтруют в фильтре 9, перемещают под давлением в общую топливную магистраль 4 с помощью насоса 7, далее часть направляют к форсункам 3 двигателя, а часть возвращают внутрь бака 2 с помощью линии 6 возврата. Часть топлива может также быть послана из насоса 7 высокого давления в линию 6 возврата. Контур 1 циркуляции топлива также содержит устройство 8 для подачи жидкой присадки, согласно изобретению; его работа будет описана ниже. В качестве иллюстрации, которая не ограничивает изобретение, устройство 8 может быть расположено или на линии 5 подачи и в этом случае внутри бака 2, как показано на фиг.1, или снаружи бака, как показано на фиг.14, или на линии 6 возврата и в этом случае устройство 8 может быть расположено внутри или снаружи топливного бака 2.

На фиг.2 показано поперечное сечение первого варианта осуществления изобретения. В этом типовом варианте осуществления изобретения устройство 8 для подачи присадки содержит головку 10 и сменную кассету 11, образующую камеру 22 для присадки, в которой расположен резервуар 12 с жидкой присадкой. Головка 10 содержит впуск 13 топлива, выпуск 14 топлива, трубку 21 Вентури, расположенную между впуском и выпуском топлива, линию 18 для прохода топлива между впуском топлива и камерой 22 для присадки, расположенной внутри сменной кассеты 11, и линию 16 подачи присадки, которая позволяет жидкой присадке проходить от резервуара 12 к отверстию 17 подачи присадки в трубке 21 Вентури. В этом типовом варианте осуществления изобретения линия 16 подачи присадки содержит первый участок 16а и второй участок 16b с меньшим размером поперечного сечения. Исполнительный механизм 15, состоящий из пальца 20 и дросселя 23, позволяет уплотнять проход между участками 16a и 16b линии подачи присадки. В этом типовом варианте осуществления изобретения (а также на фиг.6-10) резервуар 12 для присадки имеет форму мягкого бака 32 или мешка, образующего подвижную и непроницаемую для жидкости стенку между топливом, присутствующем в камере 22 для присадки, и присадкой внутри резервуара 12.

Изобретение работает следующим образом.

Устройство 8 для подачи присадки соединено с линией подачи топлива или линией возврата. Следовательно, топливо циркулирует непрерывно между впуском 13 топлива и выпуском 14 топлива.

Трубка 21 Вентури, которая является известным средством создания перепада давления, создает отрицательное давление между отверстием 17 подачи присадки и впуском 13 топлива.

Камера 22 для присадки, которая сообщается через линию 18 с впуском 13 топлива, наполнена топливом при таком же давлении, как и топливо, циркулирующее через впуск 13 топлива; гибкий мешок 32, образующий подвижную и непроницаемую для жидкости стенку резервуара для присадки, поддерживает аналогичное давление между присадкой в резервуаре 12 для присадки и топливом в камере 22.

Следовательно, давление в резервуаре 12 для присадки больше действующего давления в отверстии 17 подачи присадки, которое заставляет присадку перемещаться из резервуара 12 по направлению к отверстию 17 подачи присадки и далее рассеиваться в топливе, циркулирующем в трубке 21 Вентури, и, следовательно, в контуре циркуляции топлива. Исполнительный механизм 15 позволяет полностью или частично предотвращать циркуляцию присадки. На фиг.1-2 ясно показано, что отверстие 17 подачи присадки позволяет выпускать присадку в линию контура 1 циркуляции топлива, то есть в топливо, циркулирующее между внутренним пространством топливного бака 1 и двигателем. В отличие от выпуска присадки непосредственно в топливный бак, ясно, что этот тип выпуска присадки не требует никакого специального измерения уровня топлива в баке.

В этом типовом варианте осуществления изобретения исполнительный механизм 15, как показано, является электромеханическим средством для полного или частичного закрывания линии подачи присадки. Тем не менее, использование такого средства не обязательно и изобретение может, конечно, быть реализовано без закрывания линии подачи присадки или с помощью некоторых других средств закрывания линии подачи присадки, например, клапана с терморегулятором, зонтичного клапана, оборотного клапана или клапана с гидравлическим управлением.

На фиг.3-5 присадку, состоящую из коллоидной суспензии из частиц на основе железа, такую как дисперсия С из примера 3 документа WO 2010/150040, выпускают в топливо с помощью устройство подачи присадки, которое соответствует изобретению, и измеряют концентрацию этой присадки в топливе. Железный элемент является маркером впрыска присадки в форме коллоидной суспензии и ее концентрацию в топливе легко измерить любым известным способом, таким как рентгеновская флюоресцентная спектроскопия. Не нужно говорить, что изобретение не ограничено использованием железа в коллоидной суспензии и это касается любого типа присадки, как указано в других разделах настоящего описания.

На фиг.3 и 4 показано изменение концентрации присадки в топливе ниже по потоку относительно устройства, соответствующего изобретению. В этом типовом варианте осуществления изобретения топливо циркулирует, без рециркуляции, со скоростью течения, равной 160 л/час в устройстве, показанном на фиг.2. Поперечное сечение впуска 13 топливной линии равно 6 мм и содержит трубку 21 Вентури, диаметр которой равен 5,06 мм и со стороны которой на присадку действует перепад давлений относительно давления топлива, равный 16 миллибар. Присадку распределяют с помощью линии 16b подачи присадки, длина которой равна 21 мм и диаметр которой равен 0,6 мм.

На фиг.3 показана концентрация присадки во время непрерывной подачи, а на фиг.4 показана концентрация присадки при прерывистой подаче, управляемая электромагнитным клапаном 15. На фиг.3 видно, что концентрация железа в топливе стабильна в течение теста, что указывает на постоянный выпуск присадки. На фиг.4 показано, что когда электромагнитный клапан закрыт, он действительно останавливает весь выпуск присадки. Когда клапан открыт, мгновенная концентрация присадки в топливе по существу идентична концентрации, измеренной во время непрерывного выпуска (фиг.3). Таким образом, ясно, что использование электромагнитного клапана предпочтительно позволяет выпускать присадку прерывистым образом и управлять выпуском присадки, например, с помощью ступенчатости. Профилем выпуска присадки можно управлять как в плане длительности (длительность отсутствия впрыска и длительность впрыска) и в плане частоты (частоты, с которой чередуются периоды впрыска и отсутствия впрыска). Такое управление может быть определено во время проектирования или может изменяться со временем или в соответствии с внешними параметрами, такими как, например, определенные параметры двигателя.

Это устройство также позволяет исключить выпуск присадки во время периодов, когда автомобиль выключен или находится на складе.

Целесообразно приспособить размеры системы, особенно размеры трубки 21 Вентури и линии 16 подачи, к типу присадки, нужному уровню присадки или другим параметрами, такими как профиль выпуска присадки.

На фиг.5 показана зависимость концентрации присадки в топливе в цикле рециркуляции. На этой фигуре смоделирована зависимость концентрации присадки с помощью концентрации железа в топливе в баке автомобиля от объема потребленного топлива (мл). Топливо циркулирует со скоростью 160 л/час из бака и через устройство, показанное на фиг.3, далее возвращается в бак и потребление топлива автомобилем считается равным 3 л/час (60 км/ч при потреблении 5 л топлива на 100 км). Начальное количество топлива в баке составляет 60 литров и заполнение бака 55 литрами начинается, когда уровень в баке доходит до уровня в 5 литров. Заметим, что для постоянного впрыска присадки в соответствии с тем, что показано на фиг.3, с использованием устройства, соответствующего изобретению, концентрация железа стабилизируется между 1 и 12 частями/млн, что позволяет доставлять управляемое среднее количество присадки в топливо.

На фиг.6-13 показано устройство, соответствующее изобретению и содержащее, по меньшей мере, один фильтрующий элемент.

На фиг.6 показан первый вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения головка 10 аналогична головке, показанной на фиг.2, и резервуар 12 для присадки также сформирован гибким мешком 32. Кассета 11 содержит непроницаемую для жидкости стенку 30, ограничивающую вместе со стенками кассеты, с одной стороны камеру 22 для присадки, в которой расположен резервуар 12 с жидкой присадкой, а с другой стороны камеру 24 фильтрации, в которой расположен фильтрующий элемент 25. Таким образом, резервуар 12 для присадки и фильтрующий элемент 25 расположены рядом, но разделены непроницаемой для жидкости стенкой 30. Форма фильтрующего элемента 25 является кольцеобразной и через фильтрующий элемент 25 проходит топливо. Фильтрующий элемент 25 разграничивает внутри камеры 24 фильтрации область нефильтрованного топлива или «расположенную выше по потоку сторону» 28, в которой циркулирует нефильтрованное топливо и которая расположена между внутренним пространством топливного бака 2 (не показан на этой фиг.) и фильтрующим элементом 25, и область отфильтрованного топлива или «расположенную ниже по потоку сторону» 29, в которой циркулирует отфильтрованное топливо и которая расположена между фильтрующим элементом 25 и двигателем внутреннего сгорания (не показан на этой фиг.). Целесообразно, что такой вариант осуществления изобретения позволяет обеспечить независимое осуществление фильтрации топлива и подачи жидкой присадки. Топливный фильтр соединен с линией 5 подачи, в то время как присадка может быть подана как в линию 5 подачи, так и в линию 6 возврата.

На фиг.7 показан второй вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения резервуар 12 для присадки и фильтрующий элемент 25 расположены рядом друг с другом и разделены стенкой 30, но связывающий канал 18 позволяет топливу циркулировать непосредственно между расположенной ниже по потоку стороной 29 фильтрующего элемента и камерой 22 для присадки, в которой расположен резервуар 12 с жидкой присадкой. Впуск 13 топлива из головки 10 непосредственно соединен с расположенной ниже по потоку стороной 29 фильтрующего элемента. Отверстие 17 подачи присадки расположено в линии подачи топлива между расположенной ниже по потоку стороной 29 фильтрующего элемента и двигателем внутреннего сгорания (не показан). Таким образом, подвижная стенка 32 расположена между резервуаром 12 для присадки и расположенной ниже по потоку стороной 29 фильтрующего элемента и присадку распределяют от расположенной ниже по потоку стороны 29 фильтрующего элемента.

На фиг.8 показан еще один вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения резервуар 12 для присадки и фильтрующий элемент 25 расположены вдоль одной оси в кассете 11, при этом связывающий канал позволяет топливу циркулировать непосредственно между расположенной выше по потоку стороной фильтрующего элемента и камерой 22 для присадки, в которой расположен резервуар 12 с жидкой присадкой. Резервуар 12 для присадки посредством трубки 31 соединен с линией 16 подачи присадки, верхний конец которой взаимодействует с нижним концом первого участка 16а линии 16 подачи присадки. Здесь трубка 31 соосна с кольцеобразным фильтрующим элементом 25 и пересекает его в центре непроницаемым для жидкости способом. В этом типовом варианте осуществления изобретения трубка 31 жестко соединена с резервуаром 12 для присадки. Отверстие 17 подачи присадки расположено в линии подачи топлива между расположенной выше по потоку стороной 28 фильтрующего элемента и внутренним пространством топливного бака 2 (не показан). Таким образом, подвижная стенка 32 расположена между резервуаром 12 для присадки и расположенной выше по потоку стороной 28 фильтрующего элемента и присадку выпускают на расположенную ниже по потоку сторону 28 фильтрующего элемента.

На фиг.9 показан еще один вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения форма фильтрующего элемента 25 является кольцеобразной и резервуар 12 для присадки концентрически расположен внутри указанного фильтрующего элемента 25. В этом примере топливо циркулирует по радиусу снаружи внутрь фильтрующего элемента 25 и отверстие 17 подачи присадки расположено в линии подачи топлива между расположенной ниже по потоку стороной 29 фильтрующего элемента и двигателем внутреннего сгорания (не показан). Таким образом, подвижная стенка 32 расположена между резервуаром 12 для присадки и расположенной ниже по потоку стороной 29 фильтрующего элемента и присадку подают к расположенной ниже по потоку сторону 29 фильтрующего элемента.

На фиг.10 показан еще один вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения резервуар 12 для присадки и фильтрующий элемент 25 расположены вдоль одной оси и разделены стенкой, но связывающий канал 18 позволяет топливу циркулировать между расположенной выше по потоку стороной 28 фильтрующего элемента и камерой 22 для присадки, в которой расположен резервуар 12 с жидкой присадкой. Отверстие 17 подачи присадки расположено в линии подачи топлива между расположенной ниже по потоку стороной 29 фильтрующего элемента и двигателем внутреннего сгорания (не показан). Таким образом, подвижная стенка 32 расположена между резервуаром 12 для присадки и расположенной выше по потоку стороной 28 фильтрующего элемента 25 и присадку наподают к расположенной ниже по потоку стороне 29 фильтрующего элемента. В этом варианте осуществления изобретения средство создания перепада давлений сформировано фильтрующим элементом 25.

На фиг.11 показан вариант устройства, показанного на фиг.10, в котором подвижная и непроницаемая для жидкости стенка сформирована мембраной 33.

На фиг.12 показан вариант устройства, проиллюстрированного на фиг.10, в котором подвижная и непроницаемая для жидкости стенка сформирована поршнем 34.

Эти варианты осуществления изобретения являются только примерами для иллюстрации и никоим образом не ограничивают изобретение. Изобретение может быть реализовано в других вариантах. Например, средство создания перепада давлений может быть выполнено в форме диафрагмы или резервуар для присадки может быть концентрически расположен снаружи фильтрующего элемента.

На фиг.13 показан еще один вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения присадку выпускают в линию 6 возврата топлива двигателя внутреннего сгорания ниже по потоку от системы впрыска и по направлению к топливному баку 2 (не показан на этой фиг.). Показанное здесь устройство для подачи жидкой присадки содержит распределительную головку 10, приспособленную для постоянной установки в контуре циркуляции топлива и содержащую линию 16 подачи присадки для подачи присадки в топливный контур, и кассету 11, содержащую фильтрующий элемент 25, резервуар 12 для присадки и подвижную и непроницаемую для жидкости стенку 32, при этом указанная кассета 11 съемно установлена на распределительной головке 10. В этом типовом варианте осуществления изобретения трубка 31, которая позволяет присадке циркулировать от резервуара 12 для присадки до линии 16 подачи, жестко соединена с головкой 10 и содержит скошенный конец для пробивания гибкого мешка 32, когда кассету 11 прикрепляют к головке 10.

Типовые варианты осуществления изобретения, показанные на фиг.2 и 6-13, описаны для иллюстрации и никоим образом не ограничивают изобретение. Для сохранения простоты настоящего документа авторы ограничили количество примеров. Специалист в рассматриваемой области техники поймет, что изобретение также касается вариантов осуществления изобретения, которые не показаны в этом описании, но которые получаются объединением нескольких описанных здесь вариантов осуществления изобретения или заменой одной или нескольких характеристик одной из фигур на характеристики другой фигуры.

Устройство согласно изобретению, позволяет перемещать присадки любого типа, содержащиеся в топливе. Эти присадки, которые будут описаны далее, могут подразделяться на две категории: присадки, которые обладают функцией катализатора для помощи восстановлению PF, обычно называемые топливными катализаторами (FBC), и присадки, функция которых отлична от функции катализатора.

Присадки могут быть в жидкой или твердой форме. Жидкая форма содержит все присадки, состоящие из жидкости или смеси жидкостей в форме коллоидной суспензии в жидкой основе, в форме геля, вязкость которого позволяет присадке течь, или в форме твердого, переходящего в жидкое состояние при нагревании или при некотором воздействии до выпуска присадки в топливо.

Присадки FBC

Эти присадки в идеале являются жидкостями в диапазоне рабочих температур, обычно между 20 и 45°C, но также они могут быть в другой физической форме, такой как гель или твердой форме, которая в топливе растворяется или образует суспензию при контакте с топливом. Случай суспензии в топливе возникает в случае коллоидных суспензий, который будет описан ниже. Во всех случаях после выпуска присадки в топливо, визуально топливо является однородным. Эти присадки могут содержать катализатор любого типа, который эффективен как катализатор сгорания сажи, в частности платины, стронция, натрия, марганца, церия, железа и/или их комбинаций.

Количество присадки в топливе обычно составляет, по меньшей мере, примерно 1 часть/млн и самое больше примерно 100 частей/млн, это количество выражается как масса металлического элемента присадки к массе топлива.

Эти присадки могут быть в форме металлорганической соли или смеси металлорганических солей, которые растворимы или способны образовывать дисперсию в топливе. Отличительная особенность этих солей состоит в том, что они содержат, по меньшей мере, металлическую часть и комплексообразующую органическую часть, обычно на основе кислоты, все в суспензии в растворе.

Органическая часть этой соли содержит, по меньшей мере, одну углеводородную группу и, по меньшей мере, одну комплексообразующую часть, каждая органическая часть может содержать одну или несколько комплексообразующих составляющих. Эта комплексообразующая часть обычно имеет кислотное происхождение и может быть карбоксилатом, сульфонатом, солью или эфиром фосфиновой кислоты, солями или эфирами салициловой кислоты, нафтенатами или фенолятами. Углеводородная группа может быть алифатической, насыщенной или ненасыщенной и состоять из циклических составляющих. Количество атомов углерода в этой группе составляет от 6 до 200.

Предпочтительны алифатические насыщенные карбоксильные кислые соли, разветвленные или неразветвленные.

Металлическая часть этой соли может находиться в ионной форме, в форме карбоната, гидроксида, оксида или смеси.

Соли могут быть сверхосновными, что означает, что они содержат излишек металлических соединений по сравнению с кислота/металл стехиометрией, необходимой для получения комплекса.

Металлорганические соли могут быть кислотами. В этом случае они содержат излишек карбоновой кислоты по сравнению с кислота/металл стехиометрией, необходимой для получения комплекса, и содержат примерно до 20% свободной кислоты, которая не вступила в реакцию.

Эти Металлорганические соли могут также быть нейтральными, содержащими стехиометрическое соотношение металла и карбоксилата.

Растворитель, используемый для подготовки этих стабильных дисперсий или растворов присадки, может быть сжиженным нефтяным газом, синтетическим углеводородом, кислородсодержащим углеводородом или спиртовым растворителем, таким как гексанол или 2-этилгексанол. Обычными примерами являются керосин, гидроочищенный керосин, парафиновые и изопарафиновые растворители, алифатические нафтеновые растворители, ароматические растворители, димеры и олигомеры пропилена, бутена и подобные вещества и их смеси. Подходят промышленные продукты, такие как «Solvesso», «Varsol», «Norpar» и «Isopar». Эти растворители также могут содержать функциональные группы, отличающиеся от углеродных и водородных. Предпочтительно, чтобы растворитель имел температуру воспламенения, большую 20°C, более предпочтительно, большую 40°C и еще более предпочтительно большую 55°C.

Эти соли могут быть подготовлены из указанных кислот и образовывать соль металла, которая растворима или способна образовывать дисперсию в воде.

Примерами соединения железа являются железистые ацетилацетоны, нафтенат железа, олеат железа, октоат железа, стеарат железа, неодеканоат железа, как описано в патенте ЕР 1344813, алкенил железа и алкил сукцинаты и более общо соли железа карбоновых кислот в С6-С24.

Аналогично, примерами соединений церия являются ацетилацетоны церия, нафтенат церия, олеат церия, октоат церия, стеарат церия, неодеканоат церия, алкенил церия и алкил сукцинаты и более общо соли церия карбоновых кислот в С6-С24.

FBC присадки могут быть в форме металлорганического комплекса или смеси металлорганических комплексов, которые растворимы или способны образовывать дисперсию в топливе. Эти комплексы отличаются тем, что они содержат, по меньшей мере, одну металлическую часть и, по меньшей мере, две комплексообразующие органические части.

Из уровня техники известно, что различные металлорганические комплексы, такие как описанные в GB 2254610 комплексы, эффективны при уничтожении частиц, полученных при сгорании жидких углеводородов. Эти комплексы также обладают другими достоинствами, такими как высокая растворимость и способность образовывать дисперсии в топливе, или хорошая тепловая стабильность.

Металлическая часть этого комплекса находится в ионной форме, заряд которой может изменяться в соответствии с типом металла.

Органическая часть этого комплекса содержит, по меньшей мере, одну углеводородную группу и, по меньшей мере, одну комплексообразующую часть, которая может быть самой углеводородной группой. Комплексообразующая часть взаимодействует с катионом металла с помощью пар электронов гетероатома, выбранного из O, S и N, или ненасыщенной циклической группы, такой как фенилы или циклопентадиенилы.

В случае железа предпочтительны ферроценовые комплексы. Ферроценовая часть этих комплексов может быть заменена группами, такими как алкил, арил, галоид, гидрокси, оксид азота, алкокси, циклическая, эфир или даже ферроценовая группа, описанная в патенте US 7452388.

Предпочтительно, чтобы растворитель, используемый для подготовки этих растворов или этих стабильных дисперсий присадок, был органическим растворителем, в котором растворен комплекс или комплексы. Надлежащие органические растворители содержат высокоароматические растворители. Тем не менее, при желании может быть использован неароматический или слабоароматический растворитель. В этих последних случаях абсолютная растворимость комплекса будет меньше чем у высокоароматических растворителей, хотя этой растворимости обычно достаточно. Особенно подходит ароматический растворитель с ароматическими системами из 9-16 атомов углерода, точкой кипения между 170 и 295°C и общим содержанием ароматического вещества более 98% по весу. Например, подходящим растворителем является PLUTOsol™ APF.

В одном варианте FBC присадки используют в форме коллоидной дисперсии или суспензии наночастиц, например, оксида или гидроксида металла, аморфного или кристаллического.

Выражение «коллоидная дисперсия» в настоящем описании означает любую систему, состоящую из мелких твердых частиц коллоидных размеров на основе присадки, в суспензии в жидкой фазе, указанные частицы возможно содержат остаточные количества ионов, связанных или адсорбированных, например, таких как нитраты, ацетаты, цитраты, аммонии или хлориды. Под «коллоидными размерами» понимаем размеры примерно от 1 нм до примерно 500 нм. Более конкретно, средний размер частиц может составлять самое большее примерно 250 нм, в частности самое большее 100 нм, предпочтительно самое большее 20 нм и даже более предпочтительно самое большее 15 нм. Заметим, что в таких дисперсиях состав присадки может быть или полностью в форме коллоидов, что предпочтительно, или в форме коллоидов и частично в форме ионов.

Описанное выше и используемое далее в описании распределение размера частиц определяют, если не сказано иное, обычным образом с использованием просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ) для образца, заранее высушенного и осажденного на углеродной мембране, поддерживаемой медной сеткой.

В случае FBC присадок в форме коллоидной дисперсии частицы могут быть основаны на редкоземельном элементе и/или металле, выбранном из групп IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB периодической классификации.

Под редкоземельным элементом понимают элементы группы, состоящей из иттрия и элементов периодической классификации с атомным числом между 57 и 71 включительно.

Упомянутая периодическая классификация элементов опубликована в Приложении к Бюллетеню «Bulletin de la Société Chimique de France», номер 1 (январь 1966).

Для тех присадок, которые скорее всего используются в форме коллоидной дисперсии, более предпочтительно, чтобы редкоземельный элемент мог быть выбран из следующих: церий, лантан, иттрий, неодим, гадолиний или празеодим. В частности может быть выбран церий. Металл может быть выбран из следующего списка: цирконий, железо, медь, галлий, палладий и марганец. В частности может быть выбрано железо. Железо может быть в форме аморфного или кристаллического вещества.

В частности, могут быть упомянуты коллоидные дисперсии на основе комбинации церия и железа.

Более конкретно, коллоидные дисперсии могут содержать:

- органическую фазу,

- частицы присадки описанного выше типа (в частности редкоземельный элемент 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 вещество.

Органическая фаза может быть углеводородом, более конкретно, неполярным углеводородом.

В качестве примера органической фазы мы можем сослаться на алифатические углеводороды, такие как гексан, гептаны, октан, нонан, инертные циклоалифатические углеводороды, такие как циклогексан, циклопентан, циклогептан, ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол, этилбензол, ксилол и жидкие нафтены. Также подходят нефтяные фракции, такие как Isopar или Solvesso (торговые марки корпорации EXXON), особенно Solvesso 100, который по существу содержит смесь метилэтил- и триметил-безнола, Solvesso 150, который содержит смесь алкилбензолов, в частности, диметилбензол и тетраметилбензол, и Isopar, который по существу содержит изо- и цикло-парафиновые углеводороды в С-11 и С-12. Другими нефтяными фракциями, на которые можно сослаться, включают в себя Petrolink^® от корпорации Petrolink или Isane^® от корпорации Total.

Также можно использовать хлорированные углеводороды для органической фазы, такие как хлоро- или дихлоро-безол или хлортолуол. Можно рассматривать алифатические и циклоалифатические кетоны и эфиры, такие как, например, диизопропиловый эфир, дибутиловый эфир, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, диизобутилкетон или мезитилоксид.

Можно рассматривать сложные эфиры, но их недостаток заключается в риске гидролиза. Сложные эфиры, которые могут быть использованы, являются эфирами, полученными от реакции кислот со спиртами в С1-С8, в частности, палмитаты вторичных спиртов, такие как изопропиловый спирт. Одним примером является бутилацетат.

Конечно органическая фаза может быть основана на смеси двух или более углеводородов или соединений описанного выше типа.

Коллоидные дисперсии могут содержать амфифильное вещество.

Это амфифильное вещество, по меньшей мере, частично находится во взаимодействии с частицами вещества присадки, в частности, редкоземельным элементом и/или железом, или путем соединения или с помощью электростатической связи.

Более конкретно, это вещество может быть кислотой.

В частности, кислота может быть выбрана из органических кислот, которые содержат, по меньшей мере, 6 атомов углерода, и более конкретно от 10 до 60 атомов углерода, предпочтительно от 10 до 50 атомов углерода и еще более предпочтительно от 10 до 25 атомов углерода.

Эти кислоты могут быть линейными или разветвленными. Они могут быть ариловыми, алифатическими или арило-алифатическими кислотами, возможно выполняющими другие функции при условии, что эти функции стабильны в среде, в которой должны использоваться дисперсии. Следовательно, можно использовать, например, алифатические карбоновые кислоты, алифатические сульфоновые кислоты, алифатические фосфоновые кислоты, арил алкил сульфоновые кислоты и арил алкил фосфоновые кислоты, содержащие примерно от 10 до примерно 40 атомов углерода и являющиеся или природными или синтетическими. Конечно возможно использовать кислоты в комбинациях.

Можно также использовать карбоновые кислоты, в которых углеродная цепь выполняет функции кетона, такие как пировиноградные кислоты с функцией замещающего альфу кетона. Это могут быть альфа-галогенокарбоновые кислоты или альфа-гидроксикарбоновые кислоты. Цепь, прикрепленная к карбоксильной группе, может нести ненасыщенности. Цепь может быть прервана или функциями эфира или сложного эфира, если они значительно не изменяют липофильность цепи, несущей карбоксильную группу.

В качестве примера мы можем сослаться на жирные кислоты таллового масла, соевое масло, солидол, льняное масло, олеиновую кислоту, линолевую кислоту, стеариновую кислоту и ее изомеры, нонановую кислоту, каприновую кислоту, лауриновую кислоту, миристиновую кислоту, додецилбензолсульфоновую кислоту, 2-этилгексановую кислоту, нафтеновую кислоту, гексановую кислоту, толуолсульфокислоту, толуол фосфоновую кислоту, лаурил сульфоновую кислоту, лаурил фосфоновую кислоту, цетил сульфоновую кислоту и цетил фосфоновую кислоту.

Количество амфифильного вещества, присутствующего в дисперсии, может быть определено молярным отношением r:

r = количество молей амфифильного вещества/количество молей соединения Е,

где через Е обозначена присадка, такая как редкоземельный элемент (элементы), железо или комбинация, например, редкоземельного элемента (элементов) и железа.

Это молярное отношение может составлять от 0,2 до 1, предпочтительно между 0,4 и 0,8.

Коллоидные дисперсии могут присутствовать в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, которые более подробно будут описаны ниже и для рассмотрения которых можно обратиться к описанию в упомянутых ниже патентах.

Первый вариант осуществления изобретения соответствует описанию, приведенному в ЕР 671205. Эта дисперсия содержит частицы оксида церия, амфифильного кислотного соединения и органическую фазу, при этом их типы описаны выше, и эта дисперсия отличается тем, что частицы имеют параметр d90 равный самое большое 200 нм. Дополнительно дисперсия обладает, по меньшей мере, одной из следующих характеристик: (i) частицы оксида церия присутствуют в форме агрегатов кристаллитов, для которых параметр d80, предпочтительно d90, определенный фотометрически (просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения), равен самое большее 5 нм, при этом 90 процентов (по массе) агрегатов содержат от 1 до 5, предпочтительно от 1 до 3 кристаллитов, (ii) амфифильное кислотное соединение содержит, по меньшей мере, одну кислоту с 11-50 атомами углерода, образующую, по меньшей мере, ветвящегося в альфа, бета, гамма или дельта атома, несущего водород кислоты.

Другой вариант осуществления изобретения соответствует дисперсии, описанной в документе WO 97/19022, который касается коллоидных дисперсий церия, а также коллоидных дисперсий соединения, объединяющего церий и металл, выбранный из групп IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB периодической классификации. В частности этим металлом может быть железо. Дисперсии, описанные в WO 97/19022, содержат частицы, амфифильное кислотное соединение и органическую фазу, как описано выше, и отличаются тем, что частицы получены в ходе процесса, содержащего следующие этапы: а) подготавливают раствор, содержащий, по меньшей мере, одну растворимую соль, наиболее часто ацетат и/или хлорид церия, и где необходим другой металл; б) раствор располагают в контакте с основной средой и полученную в результате реакции среду держат при основном pH; в) сформированный продукт накапливают путем атомизации или лиофилизации.

Также в качестве коллоидных дисперсий могут быть использованы дисперсии редкоземельного элемента, а также соединения, объединяющего редкоземельный элемент и металл, выбранный из групп IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB, которые описаны в WO 01/10545. Эти органические коллоидные дисперсии содержат частицы из редкоземельного соединения и возможно из соединения указанного металла, при этом пропорция редкоземельного элемента предпочтительно составляет, по меньшей мере, 10%, более предпочтительно, по меньшей мере, 20%, и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 50%, в молях относительно общего количества молей в элементах металла + редкоземельного элемента, выраженного в виде оксидов. Более конкретно, редкоземельный элемент может быть церием, а металл может быть железом. Эти дисперсии содержат, по меньшей мере, одну кислоту, предпочтительно амфифильную, и, по меньшей мере, один разбавитель, предпочтительно неполярный, при этом типы указанных веществ описаны выше. Эти дисперсии таковы, что, по меньшей мере, 90% частиц являются монокристаллическими. Более того, параметр d50 частиц может составлять от 1 до 5 нм, а предпочтительно, от 2 до 3 нм.

Также может быть упомянут другой вариант осуществления дисперсии, приведенный в описании патента WO 03/053560. Основные отличительные черты этой дисперсии будут приведены ниже.

Частицы этой дисперсии основаны на соединении железа, которое является аморфным. Этот аморфный характер может быть определен рентгеновским анализом, когда полученные рентгеновские диаграммы не содержат значительного пика.

В одном варианте этой дисперсии, по меньшей мере, 85%, в частности, по меньшей мере, 90% и даже более конкретно, по меньшей мере, 95% частиц являются первичными частицами. Под первичной частицей понимают частицу, которая является полностью отдельной и которая не агрегирована с другой частицей или несколькими другими частицами. Эта отличительная черта может быть определена путем исследования дисперсии с помощью просвечивающей электронной микроскопии (MET).

Также для определения состояния агрегированности соединений частиц может быть использована технология крио-МЕТ. Использование MET позволяет наблюдать образцы, замороженные в их естественной среде, которая является: или водой или органическими разбавителями, такими как ароматические растворители или алифатические растворители, например Solvesso и Isopar, или определенными спиртами, такими как этанол.

Замораживание осуществляют на тонких пленках, толщиной примерно от 50 нм до 100 нм, или в жидком этане для водных образцов или в жидком водороде для других образцов.

Дисперсионное состояние частиц хорошо сохраняется с помощью крио-МЕТ и является типичным для фактической среды.

Частицы этой же коллоидной дисперсии могут обладать распределением размеров малых частиц. Фактически их параметр d50 составляет от 1 до 5 нм, более предпочтительно, от 3 до 4 нм.

В общем и только в качестве примера концентрация железа дисперсии составляет между 1 и 40% по весу оксида Fe₂O₃ железа относительно общего веса дисперсии.

Мы также упомянем дисперсии, описанные в WO 2008/116550 и основанные на аморфных и предпочтительно кристаллизованных частиц железа, и содержащие замещающую углеводород двухосновную карбоновую кислоту, обладающую от 8 до 200 атомами углерода в качестве замещающей углеводород бутандикислоты.

Другие присадки

Топлива могут содержать другие известные типы присадок, которые отличны от FBC и выполняют функцию, отличную от функции катализатора. Эти присадки позволяют улучшить распределение топлива в двигателе и/или улучшить работу двигателя и/или дополнительно улучшить стабильность работы двигателя.

Одним примером присадок для улучшения подачи топлива в двигателе являются противопенные присадки. Определенные дизельные топлива обладают склонностью к вспениванию при их перекачивании, что мешает наполнению бака топливом. Кремнийорганические присадки, используемые при концентрациях порядка, по меньшей мере, 10 частей/млн, могут уменьшить пенообразование.

Другим примером присадок являются антиобледенительные присадки. Свободная вода в дизельном топливе замерзает при низких температурах. Получившиеся кристаллы льда могут закупоривать топливные линии или топливные фильтры и предотвращать проход топлива. Для предотвращения образования такого льда можно добавлять к топливу гликоли или спирты с малым молекулярным весом.

Другие присадки улучшают работу холодного двигателя. Большая часть этих присадок являются полимерами, которые реагируют с кристаллами, образованными топливом, когда оно холодное с температурой, меньшей точки помутнения. Эти полимеры минимизируют действие кристаллов на течение топлива путем модификации их размеров, формы и/или степени агрегирования. Эти присадки позволяют уменьшать температуру, при которой в топливе образуется помутнение или топливо коагулирует. Типовыми присадками для улучшения свойств при низких температурах являются обычные этирифицированные сополимеры малеинового ангидрида и стирола и/или сополимеры этилена и винилацетата.

Также могут быть использованы присадки для снижения гидравлических потерь. Эти присадки для снижения гидравлических потерь содержат, например, полимеры большого молекулярного веса, которые уменьшают завихрение в жидкостях и могут увеличить скорость течения на 20-40%. Эти присадки обычно используют при концентрациях меньше 15 частей/млн.

Могут быть использованы антикоррозионные присадки. Эти антикоррозионные вещества являются веществами, которые прикрепляются к поверхностям металла и образуют барьер, предотвращающий образование оспенной коррозии из-за вызывающих коррозию веществ. Такие присадки особенно нужны, когда топливо содержит легко окисляющуюся фракцию, например фракцию биотоплива, такую как сложный эфир растительного масла или даже растительное масло. Обычно их используют при уровнях от 5 до 15 частей/млн в топливе.

Также могут быть использованы присадки, улучшающие характеристики двигателя.

Этот класс присадок позволяет улучшить характеристики двигателя, но действие различных присадок из этого класса оценивают в различное время. Любое улучшение, полученное, например, с процетановым ускорителем, является мгновенным, а польза моющих присадок или присадок по улучшению смазывающих свойств видна на более длительном промежутке времени и часто определяется после того, как автомобиль проедет десятки тысяч километров.

Например, ускорители этого типа (процетановые) позволяют уменьшить шум от сгорания в цилиндрах, а также выбросы выхлопных газов. Достоинство использования такой присадки изменяется в зависимости от конструкции двигателя и технических характеристик двигателя. Процетановые ускоряющие присадки обычно основаны на органическом азоте, таком как 2-этилгексил нитрат (EHN). EHN является термически нестабильным и разрушается при высоких температурах в камере сгорания двигателя. Эти продукты сгорания помогают сгоранию в двигателе и, следовательно, уменьшают задержку самовоспламенения топлива. Увеличение цетанового числа топлива для заданной концентрации EHN изменяется от одного топлива к другому, в частности в соответствии с цетановым числом топлива. EHN обычно используют в диапазоне концентраций, изменяющихся от 0,05% по массе до 0,4% по массе, и он позволяет увеличить цетановое число топлива от 2 до 8. Также другими возможными процетановыми ускоряющими присадками являются другие алкилнитраты или эфирнитраты и некоторые азотистые соединения. Недавно на рынке появился ди-трет-бутил пероксид.

Могут быть использованы моющие присадки. Топливо может образовывать отложения в топливном контуре, особенно в топливных форсунках высокого давления и более конкретно в отверстиях форсунок впрыска. Степень образования отложений изменяется в зависимости от конструкции двигателя, особенно в зависимости от характеристик форсунки, состава топлива и состава смазки. В частности, топлива, которые содержат нестабильные компоненты, такие как сложные эфиры жирных кислот или в более общем случае биотоплива, имеют склонность образовывать больше отложений по сравнению с горючими полезными ископаемыми, которые не содержат ничего. Эти очищающие вещества также эффективны при уменьшении отрицательного влияния наличия металлических соединений в топливе, таких как Zn или Cu. Эти соединения могут происходить из загрязнения, например, системы подачи топлива или могут являться следовыми соединениями, происходящими из синтеза сложных эфиров жирных кислот.

Чрезмерные отложения могут модифицировать, например, аэродинамику струи топлива из форсунки, что в свою очередь может мешать смешиванию воздуха и топлива. В определенных случаях это приводит к чрезмерному потреблению топлива, а также к потере мощности двигателя и увеличенному выбросу загрязняющих веществ.

Моющие присадки (полиизобутилен янтарный ангидрид (PIBSA), беззольные полимеры, производные алкилфенола, амиды жирных кислот) могут очистить форсунку и/или сохранить форсунки чистыми. Эти присадки состоят из полярной группы, которая скрепляется с отложениями и/или с предшественниками отложений, и из неполярной группы, которая растворяется в топливе. Моющие присадки растворяют уже сформированные отложения и уменьшат образование предшественников отложений с целью предотвращения образования новых отложений.

Некоторые новые моющие вещества особенно эффективны при малых дозах, обычно меньше 150 частей/млн по весу в топливе или даже меньше 100 частей/млн. Можно обратиться к описанию из документа WO 2010/150040, касающегося рассматриваемой темы. Описанные в этом патенте моющие вещества состоят из четвертичной аммониевой соли и возможно из содержащего кислород соединения. Четвертичная аммониевая соль может содержать продукт реакции: (i) по меньшей мере, одного соединения, состоящего из: (а) продукта конденсации замещающего гидрокарбил ацилирующего вещества и соединения, имеющего атом кислорода или азота, способного конденсировать ацилирующее вещество, где продукт конденсации содержит, по меньшей мере, одну третичную аминогруппу; (б) замещающего полиалкен амина, содержащего, по меньшей мере, одну третичную аминогруппу; или (в) продукта реакции Манниха, содержащего, по меньшей мере, одну третичную аминогруппу, при этом продукт реакции Манниха происходит от замещающего гидрокарбил фенола, алдегида и амина; и (ii) квартенизирующего вещества, способного преобразовывать третичную аминогруппу соединения (i) в четвертичный азот.

Четвертичная аммониевая соль также может содержать продукт: (i) реакции замещающего гидрокарбил ацилирующего вещества и соединения, содержащего атом кислорода или азота, способного конденсироваться с ацилирующим веществом и дополнительно содержащего, по меньшей мере, одну третичную аминогруппу, и (ii) квартенизирующего вещества, содержащего диалкил сульфаты, галоидный бензил, замещающие гидрокарбил карбонаты, гидрокарбил эпоксиды, возможно в комбинации с кислотой, или смеси перечисленного.

Замещающий гидрокарбил ацилирующее вещество может быть полиизобутилен янтарным ангидридом и соединение, в котором атом кислорода или азота способен конденсироваться с указанным ацилирующим веществом, может быть диметиламинопропиламином, N-метил-1,3-пропандиамином, N,N-диметиламинопропиламином, N,N-диэтиламинопропиламином, N,N-диметиламиноэтиламином, диэтилентриамином, дипропилентриамином, дибутилентриамином, триэтилентетрамином, тетраэтиленпентамином, пентаэтиленгексамином, гексаметилентетрамином и бис(гексаметилен)триамином.

Примерами описанных выше четвертичных аммониевых солей являются те соли, полученных из сукцинимида и подготовленные из диметиламинопропиламина сукцинимида, 2-этилгексанола и уксусной кислоты. Содержащее кислород моющее вещество может быть полиизобутиленовой кислотой, такой как вещества, полученные с помощью реакции между винилиден полиизобутиленом с молярной массой, равной примерно 1000, и малеиновым ангидридом с последующим гидролизом. Эти два типа молекул моющих веществ могут быть связаны в различных пропорциях.

Здесь отметим конкретный вариант осуществления изобретения, в котором присадка является комбинацией следующего: (1) коллоидная дисперсия частиц, которая содержит органическую фазу и, по меньшей мере, одно амфифильное вещество описанного выше типа, и (2) моющего вещества на основе четвертичной аммониевой соли, тип которой описан в упомянутом выше патенте WO 2010/150040.

Для этой комбинации в этом конкретном варианте осуществления изобретения приведенное выше описание, особенно касающееся патента WO 2010/150040, применимо для моющего вещества (2). Более того, более конкретно коллоидная дисперсия (1) может быть одним из веществ, описанных в упомянутых выше патентах ЕР 671205, WO 01/10545 и WO 03/053560. В этих коллоидных дисперсиях, более конкретно, частицы могут быть основаны на церии и/или железе.

Для предотвращения захватов в насосах высокого давления и форсунках из-за слабой смазывающей способности топлива также могут быть использованы улучшающие смазывающую способность присадки. Они содержат полярную группу, которую притягивают металлические поверхности и которая образует на поверхности защитную пленку. Когда две металлические поверхности входят в контакт, пленка действует как масло. Эти присадки обычно состоят из жирных карбоновых кислот или сложных эфиров. Жирные карбоновые кислоты используются в концентрациях, находящихся в диапазоне от 10 частей/млн до 50 частей/млн. Сложные эфиры обычно используются в топливах при уровнях от 50 до 250 частей/млн по весу.

Могут быть использованы присадки, уменьшающие выбросы. Некоторые металлорганические вещества действуют в качестве катализаторов сгорания. В качестве примера мы можем сослаться на эффективность металлических присадок на основе железа, таких как ферроцены. Определенные соединения на основе марганца также могут уменьшить выбросы черного дыма, которые происходят от неполного сгорания. Тем не менее, эти металлические соединения на основе марганца могут быть запрещены в определенных странах из-за потенциальной токсичности.

Антифрикционные присадки уменьшают трение в топливном контуре, в результате чего улучшается потребление топлива. В некоторых автомобилях во время тестирования наблюдались улучшения потребления топлива, превосходящие 4%. Эти присадки также называют FM присадками (улучшателями трения) или противозадирными присадками.

Аналогично, можно рассмотреть присадки для улучшения стабильности работы двигателя. Топливная нестабильность приводит к накоплению смолы, что вносит вклад в засорение форсунок, топливного фильтра, насосов и системы впрыска. Эффективность этих присадок зависит от их использования в надлежащем топливе.

Могут быть использованы антиокислительные присадки. Окисление является одним процессом, который вызывает топливную нестабильность. Кислород в небольшом количестве воздуха, растворенном в топливе, воздействует на активные соединения, присутствующие в топливе. Окисление является результатом последовательности сложных механизмов. Антиокислительные вещества работают путем прерывания этих механизмов. Разветвленные экранированные фенолы, такие как ди-трет-бутилфенол или его производные, и определенные амины, такие как фенилендиамин, являются наиболее часто встречающимися антиокислительными веществами. Их используют в концентрациях, находящихся в диапазоне от 10 частей/млн до 80 частей/млн.

Могут быть использованы стабилизирующие присадки. Другим источником топливной нестабильности являются кислотно-основные реакции. Стабилизирующие присадки, которые предотвращают эти реакции, представляют собой основные соединения, высокие в аминовом основании, и их используют в концентрациях, находящихся в диапазоне от 50 частей/млн до 150 частей/млн. Они реагируют со слабыми кислотами с целью образования продуктов, которые остаются растворенными в топливе, но не могут больше вступать в реакцию. Определенные очищающие вещества, такие как описанные выше азотные очищающие вещества, также могут быть эффективными в нейтрализации слабых кислот, присутствующих в топливе.

Могут быть использованы деактивирующие металлы присадки. Присутствие индикаторных металлов (например, Cu и Zn) достаточно для ускорения процесса деградации топлива. Деактивирующие вещества, такие как ароматические триазолы или их производные, нейтрализуют их каталитические действия. Их используют в концентрациях, находящихся в диапазоне от 1 частей/млн до 15 частей/млн.

Могут быть использованы диспергирующие присадки. Эти диспергирующие присадки не предотвращают реакцию из-за топливной нестабильности, но они формируют дисперсии образованных частиц и предотвращают агрегирование больших частиц, которые загрязняют или даже засоряют топливный фильтр или форсунки. Диспергирующие присадки используют в концентрациях, находящихся в диапазоне от 15 частей/млн до 100 частей/млн.

Устройство, соответствующее изобретению, позволяет выпускать в топливо одну или несколько только что описанных присадок, или FBC или присадок другого типа. Специалист в рассматриваемой области выбирает присадки, например, с учетом географической области, где продан автомобиль, качества топлива, доступного в этой географической области, возможного присутствия биотоплива в этой области или атмосферных условий, встречающихся в упомянутой области.

В одном конкретном варианте осуществления изобретения присадка является комбинацией моющей присадки и смазывающей присадки.

Выбор присадок также может быть сделан в соответствии с регулированием, определяющим максимальные уровни выбросов в этой же самой области. В областях, где требуется PF для удовлетворения стандартам по управлению выбросами для сажевых выбросов, целесообразно, чтобы имелась FBC присадка для помощи восстановлению PF. Также может быть использован FBC с катализируемым фильтром, который является фильтром, содержащим катализатор для окисления сажи и/или окисления несгоревших газов (таких как CO или углеводороды) и/или окисления сажи в PF. Раньше по потоку относительно PF также может быть расположена система CRT типа.

Выбор состава присадки также может быть сделан на основе технологии двигателя автомобиля, такой как тип и конструкция форсунок высокого давления для топлива, тип топливного фильтра или давление системы впрыска с общей топливной магистралью, снабжающей каждую из форсунок топливом под давлением.

Выбор присадок также может быть сделан в соответствии с преобразованными выбросами двигателя.

В случае, когда автомобиль снабжен устройством уменьшения выбросов сажи (PF, CSF, CRT…), полезно добавлять в присадку FBC катализатор. Концентрация активного FBC металлического элемента в присадке может быть вычислено так, что устройство добавляет существенное количество металла в топливо с целью увеличения эффективности восстановления PF. Эта увеличенная эффективность может быть подтверждена уменьшением скорости заполнения PF сажей или уменьшением увеличения противодавления со временем. Также она может быть подтверждена уменьшением температуры начала сгорания топлива или уменьшением равновесной температуры PF устройства, при этом под равновесной температурой понимают температуру, при котором сажа сгорает со скоростью, равной выбросу сажи двигателем. Также она может быть подтверждена большей скоростью восстановления PF или восстановлением PF при меньшей температуре. В качестве примера для персонального автомобиля, снабженного двухлитровым двигателем с непосредственным впрыском высокого давления и работающим с FBC на основе железа, полезные свойства видны тогда, когда концентрация железа в топливе находится в диапазоне от 1 части/млн до 50 частей/млн и, более конкретно в диапазоне от 2 частей/млн до 20 частей/млн, это количество выражено как отношение веса металлического железа к весу топлива.

В случае автомобиля, оборудованного PF, целесообразно соединять, по меньшей мере, одну улучшающую характеристики присадку, такую как моющую присадку, с этим топливом. В патенте WO 2010/150040 описано целесообразное соединение FBC присадки на основе железа и азотного моющего вещества. В этом случае отношение между двумя компонентами должно быть таким, что поставляется требуемое количество FBC и требуемое количество моющего вещества.

В случае автомобиля, оборудованного PF, также целесообразно соединять несколько улучшающих характеристики присадок с FBC, особенно когда автомобиль продан в географической области с топливом изменяющегося и/или низкого качества. Соединения, такие как FBC, одно или несколько моющих веществ, смазывающая присадка и антикоррозионное вещество, могут быть особенно целесообразными при помощи восстановлению PF при всех условиях, особенно в городском движении, и для улучшения подачи топлива в двигателе, характеристик двигателя и стабильности работы двигателя. Присадка будет содержать эти элементы в таких пропорциях, что порядка 20-50 частей/миллион моющего вещества, порядка 10-80 частей/млн смазывающей присадки и порядка 20-150 частей/млн антикоррозионной присадки добавляют в топливо помимо FBC присадки.

В зависимости от случая, эти уровни могут быть подправлены (увеличены или уменьшены) в соответствии с качеством топлива и/или технологией двигателя (например, тип форсунок высокого давления, давление впрыска).

В случае автомобиля, не оборудованного PF, могут быть предусмотрены различные типы объединений присадок к топливу, таких как объединение одного или нескольких моющих веществ со смазывающей присадкой и антикоррозионным веществом. Присадка будет содержать каждый из этих элементов в таких пропорциях, что порядка 20-50 частей/миллион моющего вещества, порядка 10-80 частей/млн смазывающей присадки и порядка 20-150 частей/млн антикоррозионной присадки добавляют в топливо. Здесь снова эти уровни могут быть подправлены (увеличены или уменьшены) в соответствии с качеством топлива и/или технологией двигателя (например, тип форсунок высокого давления, давление впрыска).

В определенных случаях, в частности, когда присутствуют топлива, которые содержат легко окисляющиеся фракции, такие как биотоплива, например, жирные кислоты сложных метиловых эфиров, целесообразно, чтобы была соединена присадка, препятствующая окислению.

Реферат

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство 8 для подачи жидкой присадки в контур 1 циркуляции топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащее головку 10 и сменную кассету 11, образующую камеру 22 для присадки, в которой расположен резервуар 12 с жидкой присадкой. Головка 10 содержит впуск 13 топлива, выпуск 14 топлива, трубку 21 Вентури, линию 18 для прохода топлива между впуском топлива и камерой 22 для присадки, расположенной внутри сменной кассеты 11, и линию 16 подачи присадки, которая позволяет жидкой присадке проходить от резервуара 12 к отверстию 17 подачи присадки в трубке 21 Вентури. Кассета 11 съемно установлена на распределительной головке 10. 21 з.п. ф-лы, 14 ил.

Формула