Окисление двигателя


Изменения происходящие с маслами в двигателях

При работе любого механизма или пары трения свойства смазочных масел изменяются: они загрязняют­ся механическими примесями, водой, в них накаплива­ются растворимые и взвешенные продукты окисления. Говорят, что в процессе работы масло «стареет». Масло, взятое из картера двигателя, даже через небольшой промежуток времени работы существенно отличается от свежего по внешнему виду и свойствам.

Наиболее заметные изменения качества вызваны процессами окисления и термического распада углево­дородов масла, которые являются основной причиной образования лаков и нагаров в зоне цилиндропоршневой группы. Кроме того, часто накапливаются низкотемпе­ратурные отложения (шлам) в картере и маслопро­водах. Современные двигатели, устанавливаемые на мощные автомобили, имеют повышенную теплонапряженность, а следователь­но, при их работе свойства масел ухудшаются значи­тельно быстрее.

Некоторые продукты окисления (смолы, органичес­кие кислоты) находятся в масле в растворенном состо­янии. Они приводят к увеличению вязкости и кислотно­го числа. Другие (типа асфальтовых соединений) способны образовывать лаки, липкие осадки, приносящие особенно большой вред, так как вызывают залегание и пригорание поршневых колец. Значительная часть продуктов окисления находится в виде очень мелкой устойчивой механической взвеси, участвующей в обра­зовании нагаров. Фильтрацией полностью очистить от них масло не удается, поэтому количество углеродистых частиц в процессе работы двигателя увеличи­вается.

Для моторных масел характерно также загрязнение пылью, попадающей с засасываемым для горения воз­духом и при использовании загрязненного топлива. Мак­симальное количество абразивных примесей в масле накапливается при ез­де автомобилей по грунтовым дорогам, полям. Количество механических примесей возрастает и в результа­те накопления металлов, снимаемых с поверхностей в процессе трения. Все эти абразивные механические при­меси, твердость которых больше, чем металла, резко увеличивают износ деталей. Основная их часть задерживается маслоочистительными устройствами двигате­ля, но наиболее мелкие могут длительное время цирку­лировать по смазочной системе, вызывая повышенный износ. Чтобы не допускать чрезмерного загрязнения масла, необходимо тщательно следить за состоянием маслофильтрующих устройств двигателя, своевременно заменять фильтр тонкой очистки и промывать центри­фугу.

В работающих маслах всегда накапливается вода. Больше всего ее попадает из камеры сгорания с про­рывающимися газами, так как при сгорании 1 кг топли­ва образуется около 1,2—1,4 кг воды. Кроме того, вода иногда проникает в картер двигателя через неплотнос­ти в системе водяного охлаждения, конденсируется из воздуха при резком снижении температуры (например, при охлаждении двигателя после работы). Накопление воды повышает коррозионность и ухудшает смазываю­щие свойства масла. Поэтому, чтобы не допускать на­копление воды, нужно следить за исправностью систе­мы, вентиляции картера. Пуск и прогрев двигателя долж­ны быть возможно короче, а тепловой режим двигателя следует поддерживать оптимальным.

В работавших маслах могут быть обнаружены так­же серная и сернистая кислоты, образующиеся при сго­рании серы топлива, которые резко увеличивают коррозионный износ. Перечисленные изменения свойственны маслам, работающим в любых двигателях. Но для каж­дого из них характерны и свои особенности. Так, в кар­бюраторных, наряду, с загрязнением и окислением свойства масел заметно ухудшаются из-за накопления в них тяжелых остатков бензина. В карбюраторных дви­гателях тяжелые фракции полностью не сгорают, а кон­денсируются, стекая в картер, смывая по пути смазоч­ное масло. В зависимости от качества топлива и техни­ческого состояния двигателя в масле может накопиться до 5—10% несгоревшего топлива. Это снижает вязкость масла, ухудшает его смазывающую способность и мо­жет привести к нарушению жидкостного трения. Если двигатель работает на этилированном бензине, то в масле может быть обнаружен свинец, входящий в сос­тав антидетонаторов.

При правильной регулировке топливной аппаратуры и хорошем техническом состоянии деталей цилиндро-поршневой группы дизелей масло топливом, как прави­ло, не разжижается. Однако здесь степени сжатия, а значит температура и нагрузки значительно выше, чем в карбюраторных двигателях, что способствует ускорен­ному образованию продуктов окисления, находящихся в масле как в растворенном, так и взвешенном состоянии. Не менее значительные изменения вызваны сильным загрязнением масла продуктами неполного сгора­ния топлива (сажистыми частицами), а также окислами серы. Именно здесь быстро и значительно увеличивается коррозийность масел из-за накопления минеральных кислот.

Дизели работают на более бедных, чем бензиновые двигатели, горючих смесях: для сжигания 1 кг топлива в них подается в 1,5 раза больше воздуха. В результате ускоряется загрязнение масла пылью из окружающей атмосферы, что приводит к большему накоплению осад­ков, загрязняющих систему смазки двигателей и увели­чивающих износ, а также вызывающих нагарообразование в цилиндропоршневой группе.

На изменение свойств масел существенное влияние оказывает техническое состояние двигателя. Скорость окисления и загрязнения значительно выше при работе масел в изношенных двигателях, когда увеличен прорыв газов в картер и повышена температура деталей, а так­ же при работе трактора (автомобиля) с перегрузкой или с неустановившимися нагрузками.

В результате старения и загрязнения меняется и внешний вид масла — оно темнеет. Если рассмотреть каплю работавшего масла при сильном увеличении, то будет заметно, что в ней находится множество взвешен­ных частиц различного размера. При использовании в двигателе масла с большим количеством продуктов за­грязнения быстро образуются нагары и лаки. Постепен­ное накопление высокотемпературных отложений в поршневых канавках приводит в итоге к залеганию, а потом и к пригоранию колец. При этом увеличивается прорыв газов в картер, возрастает расход масла и износ цилиндропоршневой группы, снижаются мощность и экономичность. Нагары и лаки плохо проводят тепло, поэтому при их накоплении двигатель перегревается, а это в свою очередь вызывает ускорение процессов окис­ления. Понятно, что чем лучше эксплуатационные свой­ства масел, выше эффективность введенных в них при­садок, тем медленнее оно стареет.

При работе двигателя введенные в масло присадки срабатываются. Скорость процесса зависит от типа и теплонапряженности двигателя, его технического состо­яния, условий эксплуатации, качества используемого топлива и многих других факторов. Прежде всего, при­садки расходуются на выполнение своих основных функций, а образующиеся вещества задерживаются маслофильтрующими устройствами. Кроме того, в процессе работы двигателя масло угорает, вместе с ним теряется и часть присадок. Своевременные доливы масла взамен угоревшего позволяют в некоторой степени поддержи­вать концентрацию присадок на требуемом уровне.

Срабатывание присадок приводит к изменению мно­гих показателей качества масла: снижается щелочное число, ухудшаются моющие свойства, повышается кор­розионность и т.д.

Большое влияние на изменение свойств масел ока­зывает не только уровень форсирования дизеля, но и со­держание серы в топливе. Если при работе форсирован­ного двигателя на малосернистом топливе заметны ин­тенсивные изменения показателей качества масла и ме­нять его нужно было бы не через 480, а через 240 ч, то, при использовании высокосернистого топлива свойства масла ухудшаются недопустимо. Очевидно, в этом слу­чае необходимо применять масла с более высокими эк­сплуатационными свойствами.

Таким образом, в работавшем масле происходят глу­бокие изменения: накапливаются продукты превращения углеводородов масел, загрязнения, попавшие с воздухом и топливом, увеличивается количество агрессивных со­единений. Во всех случаях качество масла ухудшается быстрее, если оно неправильно подобрано для двигателя данного типа и его качество не отвечает требованиям ГОСТ.

Однако несмотря на глубокие изменения качества при работе масла в двигателях основной его углеводо­родный состав меняется незначительно. Если из масла удалить все механические примеси и продукты окисле­ния, общее количество которых обычно не превышает 4—6%, то вновь можно получить базовое масло хороше­го качества. Именно на этом принципе и основана ре­генерация (восстановление) и повторное использование масел, что позволяет при правильной организации рабо­ты значительно сократить расход дорогостоящих и де­фицитных масел.

 

mse-online.ru

Катализатор окисления для двигателя внутреннего сгорания и способ восстановления окисляющей активности катализатора окисления

Изобретение относится к катализатору окисления для двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедной смеси. Устройство включает в себя двигатель внутреннего сгорания, работающий на бедной смеси, средство управления работой двигателя и систему выхлопа для очистки выхлопного газа двигателя. Система выхлопа включает в себя первый катализатор окисления, расположенный на первой монолитной подложке с сотовой структурой. Первый катализатор окисления включает платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла. Носитель включает, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид. Первый катализатор окисления не содержит щелочные и щелочноземельные металлы. Средство управления работой двигателя выполнено с возможностью периодического модулирования лямбда-композиции выхлопного газа, контактирующего с первым катализатором окисления, для обогащения лямбда-композиции. Технический результат - восстановление каталитической окислительной активности катализатора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 3 пр.

 

Настоящее изобретение относится к катализатору окисления для двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедной смеси, и, в частности, оно относится к восстановлению каталитической окислительной активности вслед за потерей активности в выхлопных газах двигателя. Катализатор окисления имеет особое применение в очистке выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Основной целью Дизельного Катализатора Окисления (DOC) является окисление определенных компонентов выхлопных газов дизельного двигателя, чтобы отвечать соответствующему стандарту по выбросам, такому как технические нормы для автомобилей, включая Евро 5. Особенно важные реакции включают окисление монооксида углерода до диоксида углерода, окисление газофазных углеводородов (полученных из несгоревшего топлива) до монооксида углерода и воды (h3O) и - для выхлопных газов дизельного двигателя - окисление жидкой растворимой органической фракции (SOF) дизельных дисперсных частиц, которая образуется из несгоревшего топлива и смазочных материалов.

Традиционный дизельный катализатор окисления для использования в очистке выхлопных газов, выбрасываемых из автомобиля, включает благородный металл, такой как платина или смесь платины и палладия, нанесенный на инертный тугоплавкий оксид металла с высокой площадью поверхности, такой как, по выбору, стабилизированный оксид алюминия.

В то время как платина является особенно активной среди благородных металлов для промотирования реакций окисления, поскольку она лучше способна оставаться в своей активной металлической форме, а не в менее активной форме оксида, после продолжительного воздействия со стороны относительно высокотемпературных выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедной смеси, например, газов, встречающиеся в так называемом положении "близкого расположения" дизельного двигателя с воспламенением от сжатия, платина может стать окисленной. (Положение близкого расположения является, обычно, местом, где вход в монолитную подложку, несущую катализатор, находится на расстоянии <75 см, например, <50 см ниже по потоку от выпускного коллектора двигателя).

Катализаторы поглотители NOx (NACs) известны, например, из патента США №5473887 и предназначены для поглощения оксидов азота (NOx) из бедного выхлопного газа (лямбда >1) и для десорбции NOx, когда концентрация кислорода в выхлопном газе уменьшается. В соответствии с патентом США №5473887, десорбированный NOx может быть восстановлен до N2 подходящим восстановителем, например бензиновым топливом, промотированным каталитическим компонентом, таким как родий, из самого NAC или расположенным ниже по потоку от NAC. На практике регулирование концентрации кислорода может выполняться периодически до желаемой окислительно-восстановительной композиции в ответ на рассчитанную оставшуюся адсорбционную емкость NAC по NOx, например, больше, чем нормальная рабочая операция двигателя (но все еще бедная по стехиометрии), стехиометрическая (т.е. лямбда =1 композиции) или богатая по стехиометрии (лямбда <1). Известно, что концентрацию кислорода можно регулировать рядом средств, например, дросселированием, впрыском дополнительного углеводородного топлива в цилиндр двигателя, например, в процессе такта выхлопа, или впрыскиванием углеводородного топлива напрямую в выхлопной газ ниже по потоку от выпускного коллектора.

Типичная рецептура NAC включает компонент каталитического окисления, такой как платина, значительное количество, т.е. существенно больше, чем требуется для использования в качестве промотора, такого как промотор в трехкомпонентном нейтрализаторе, компонента NOx-накопителя, такого как барий, и катализатор восстановления, например, родий. Один механизм, обычно даваемый для NOx-накопителя из бедного выхлопного газа для данной рецептуры, представляет собой:

где в реакции (2) оксид азота реагирует с кислородом на активных центрах окисления на платине, давая NO2. Реакция (3) включает адсорбцию NO2 материалом-накопителем в форме неорганического нитрата.

При более низких концентрациях кислорода и/или при повышенных температурах нитратные соединения становятся термодинамически нестабильными и распадаются, давая NO и NO2 в соответствии с реакцией (3) ниже. В присутствии подходящего восстановителя, эти оксиды азота впоследствии восстанавливаются монооксидом углерода, водородом и углеводородами до N2, что может происходить над катализатором восстановления (смотри реакцию (4)).

и

(Другие реакции включают Ba(NO3)2+8Н2→ВаО+2Nh4+5h3O, за которой следует Nh4+NOx→N2+yh3O или 2Nh4+2O2+СО→N2+3h3O+CO2 и т.д.).

В указанных выше реакциях (1)-(4), реакционно-способные соединения бария даются в виде оксида. Однако следует понимать, что в присутствии воздуха основная часть бария находится в форме карбоната или, возможно, гидроксида. Специалист в данной области может адаптировать вышеприведенные схемы реакций для соединений бария, отличные от оксида, и в соответствии с последовательностью каталитических покрытий в потоке выхлопных газов.

Обычно традиционные катализаторы DOC не обладают достаточной активностью при низких температурах для современных перспективных дизельных двигателей, таких как HCCI двигатели. Перспективные дизельные двигатели проектируют так, чтобы они имели температуру выхлопного газа, по меньшей мере, на 50°С ниже, чем температура выхлопных газов дизельных двигателей, находящихся в современном коммерческом использовании, в автомобилях, соответствующих Евро-5. Следовательно, существенно улучшенный "запуск" для окисления УВ и СО был бы желателен. Традиционные дизельные катализаторы окисления обычно используют металл платиновой группы (МПГ) Pt или комбинацию как Pt, так и Pd, каждый из которых нанесен на носители на основе оксидов металлов с высокой площадью поверхности, такие как оксид алюминия, алюмосиликат, диоксид циркония, диоксид титана или их смеси.

Под "запуском" в настоящем описании авторы заявки подразумевают температуру, при которой катализатор катализирует реакцию при желаемой конверсионной активности. Например, "СО Т50" представляет собой температуру, при которой катализатор катализирует превращение монооксида углерода в исходном газе, например, до диоксида углерода, по меньшей мере, с 50% эффективностью. Аналогично, "УВ Т80" представляет собой температуру, при которой углеводород, возможно, конкретный углеводород, такой как октан или пропилен, превращается, например, в воду (пар) и диоксид углерода с 80% эффективностью или больше.

Проблема с данным коммерчески доступным катализатором состоит в том, что более низкая, менее активная, дисперсия МПГ получается после воздействия на катализатор более высоких температур выхлопных газов, например, >300°С. Такая более низкая дисперсия МПГ, вызванная спеканием, вызывает потерю активных центров катализатора для реакций окисления углеводородов и монооксида углерода, и, следовательно, необходимы температуры типично больше 150°С для достижения полного запуска в дизельных применениях (воспламенение от сжатия). Комбинация Pt с Pd, возможно в виде сплава, может, в соответствии с желанием, уменьшить спекание Pt. Однако это может увеличить стоимость катализатора и может уменьшить хорошо известную окислительную активность свежей Pt (Pt является наиболее активной в своем металлическом состоянии, в то время как Pd является более легко окисляемым).

Патент США №5627124 описывает DOC, включающий относительно низкое содержание (≤2 г/фут3) платины, нанесенной на стабилизированный оксид алюминия и оксид церия приблизительно в равных пропорциях. Оксид алюминия и оксид церия могут быть смешаны вместе с образованием одного слоя, или могут применяться в виде двух отдельных слоев из пористого оксида. В соответствии со спецификацией, компонент из оксида церия является активным для SOF окисления. Pt окисляет газофазный углеводород и монооксид углерода. Специфические примеры в патенте США №5627124 включают Pt, нанесенную на подслой из гамма-оксида алюминия и смесь из гамма-оксида алюминия и оксида алюминия, стабилизированного оксидом церия, (2,5% Al2O3) в верхнем слое.

WO 2004/076829 раскрывает использование Pt/оксида церия или Pt/смешанного оксида из оксида церия - оксида циркония в качестве термически регенерируемого катализатора накопителя NOx, т.е. нет необходимости в периодическом изменении подачи смеси воздух/топливо в двигатель внутреннего сгорания для обогащения смесей воздух/топливо; реакция (4) активно не используется.

WO 01/19500 раскрывает регенерацию дизельного катализатора, отравленного серой, путем модулирования соотношения воздух/топливо (лямбда) до 0,90 или больше в течение времени, которое является, в общей сложности, достаточным, чтобы вызвать высвобождение значительного количества серосодержащих соединений из катализатора или компонентов катализатора, посредством чего катализатор регенерируется. Регенерацию можно проводить, используя импульсы модуляции соотношения воздух/топливо длительностью от 250 миллисекунд до 5 секунд. Конкретные примеры указывают катализатор окисления на основе платины при содержании 90 г/фут3, но нет никакого описания материала носителя, на который данный катализатор может быть нанесен.

WO 2004/025093 раскрывает двигатель с воспламенением от сжатия, работающий в первом, нормальном режиме работы, и во втором режиме, дающем выхлопной газ, включающий увеличенный уровень монооксида углерода (СО) относительно первого режима, и устройство, когда оно используется, для переключения работы двигателя между этими двумя режимами, причем двигатель включает выхлопную систему, включающую нанесенный палладиевый (Pd) катализатор, связанный, по меньшей мере, с одним основным металлическим промотором, и, необязательно, нанесенный платиновый (Pt) катализатор, связанный с и/или расположенный ниже по потоку от Pd катализатора, в котором СО окисляется нанесенным Pd катализатором в процессе второго режима работы. Имеется только описание второго режима работы, дающего обогащенный выхлопной газ, т.е. лямбда <1, где катализатор включает NOx -поглотитель.

S.E. Golunski и др. опубликовал научную статью, озаглавленную "Origins of low-temperature three-way activity in Pt/CeO2" в Applied Catalysis B: Environmental 5 (1995) 367-376.

Патент США 2010/0221161 описывает устройство для очистки дизельных выхлопных газов, причем данное устройство включает, по направлению потока выхлопного газа, катализатор окисления, дизельный сажевый фильтр с каталитически активным покрытием, и ниже по потоку устройство для введения восстановителя из внешнего источника восстановителя, и CSR-катализатор. Катализатор окисления и каталитически активное покрытие дизельного сажевого фильтра содержат палладий и платину. Соотношение благородных металлов платины и палладия во всей системе и на индивидуальных компонентах, катализаторе окисления и каталитически покрытом дизельном сажевом фильтре координируются друг с другом таким образом, чтобы получить сначала оптимальное соотношение NO/NO2 в выхлопном газе выше по потоку от находящегося ниже по потоку SCR- катализатора, и, во-вторых, оптимальное нагревание и конверсионное поведение УВ в процессе активной регенерации сажевого фильтра.

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что при контакте катализатора окисления, включающего платину и способный восстанавливаться оксид, периодически и кратковременно, с обогащенным выхлопным газом, катализатор окисления может восстановить окислительную активность, ухудшенную тем, что платина стала окисленной при повышенных температурах.

В соответствии с первым объектом настоящего изобретения создано устройство, содержащее двигатель внутреннего сгорания, работающий на бедной смеси, средство управления работой двигателя и выхлопную систему для очистки выхлопного газа двигателя, причем выхлопная система включает в себя первый катализатор окисления, расположенный на первой монолитной подложке с сотовой структурой и включающий платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла, включающий, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид, при этом:

первый катализатор окисления свободен от щелочных металлов и щелочноземельных металлов,

первая монолитная подложка с сотовой структурой имеет проточную конфигурацию, в которой множество каналов проходит параллельно от открытого входного конца до открытого выходного конца, и

средство управления работой двигателем выполнено с возможностью, при его использовании, периодического модулирования лямбда-композиции выхлопного газа, контактирующего с первым катализатором окисления, для обогащения лямбда-композиции.

Предпочтительно, средство управления работой двигателя выполнено с возможностью, посредством программирования электронного процессора, модулирования лямбда-композиции выхлопного газа, контактирующего с первым катализатором окисления, до обогащенной лямбда-композиции.

Предпочтительно, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид, выбран из группы, состоящей из оксидов, композитных оксидов и смешанных оксидов, включающих один или более металл, выбранный из группы, состоящей из марганца, железа, олова, меди, кобальта или церия, и по выбору их стабилизированных гомологов.

Предпочтительно, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид включает MnO2, Mn2O3, Fe2O3, SnO2, CuO, СоО и CeO2.

Предпочтительно, стабилизированный гомолог CeO2 включает диоксид циркония, по меньшей мере, один нецериевый редкоземельный оксид, или как диоксид циркония, так и, по меньшей мере, один нецериевый редкоземельный оксид.

Предпочтительно, носитель на основе первого оксида металла состоит по существу из массива, по меньшей мере, одного способного восстанавливаться оксида или, по выбору, его стабилизированных гомологов.

Предпочтительно, платина в первом катализаторе окисления осажден на монолитный носитель при концентрации более >0,35 г/л (>10 г/фут3).

Предпочтительно, первый катализатор окисления дополнительно включает палладий, нанесенный на носитель на основе первого оксида металла в комбинации с платиной.

Предпочтительно, первый катализатор окисления дополнительно включает, по меньшей мере, одно молекулярное сито.

Предпочтительно, по меньшей мере, одно молекулярное сито дополнительно включает медь и/или железо и, по меньшей мере, один благородный металл.

Предпочтительно, первый катализатор окисления объединен со вторым другим катализатором окисления, отличным от первого катализатора окисления, причем второй катализатор окисления включает, по меньшей мере, один благородный металл, нанесенный на носитель на основе второго оксида металла.

Предпочтительно, первая монолитная подложка с сотовой структурой и, если она присутствует, вторая монолитная подложка с сотовой структурой расположены выше по потоку от по выбору каталитического фильтра для отфильтровывания дисперсного вещества из выхлопного газа.

Предпочтительно, первую монолитную подложку с сотовой структурой располагают выше по потоку от монолитной подложки, включающей катализатор для селективного восстановления оксидов азота с использованием азотсодержащего восстановителя.

Предпочтительно, монолитная подложка представляет собой проточную монолитную подложку.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ восстановления окисляющей активности первого катализатора окисления, потерявшего активность в выхлопном газе двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедной смеси, причем первый катализатор окисления включает платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла, и расположен на монолитной подложке с сотовой структурой, причем способ включает этап периодического контакта первого катализатора окисления с выхлопным газом, модулированным для обогащения лямбда-композиции, при этом носитель на основе первого оксида металла включает, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид, а первый катализатор окисления свободен от щелочных металлов и щелочноземельных металлов, причем первая монолитная подложка с сотовой структурой имеет проточную конфигурацию, в которой множество каналов проходит параллельно от открытого входного конца до открытого выходного конца.

Используемый здесь термин "массив" относится к способному восстанавливаться оксиду, такому как оксид церия (или любой другой компонент), и означает, что оксид церия присутствует в виде своих твердых частиц. Данные частицы обычно очень мелкие, порядка, по меньшей мере, 90 процентов данных частиц имеют диаметр от 0,5 до 15 микрон. Термин "массив" вводится, чтобы провести различие между ситуацией, в которой оксид церия является "диспергированным" на тугоплавком материале носителя, например, будучи импрегнированным на материале носителя из раствора, например, нитрата церия или некоторых других жидких дисперсий данного компонента, и затем высушенным и прокаленным, чтобы превратить импрегнированный нитрат церия в дисперсию частиц оксида церия на поверхности тугоплавкого носителя. Полученный в результате оксид церия является, таким образом, "диспергированным" на и, в большей или меньшей степени, в границах поверхностного слоя тугоплавкого носителя. Диспергированный оксид церия не присутствует в форме массива, поскольку оксид церия в виде массива включает мелкие твердые частицы оксида церия. Дисперсия может также принимать форму золя, т.е. мелкодисперсных частиц, например, оксида церия, в нанометровом масштабе.

Несмотря на то, что для выхлопных систем, включающих NAC, таких как описанные в патенте США №5473887 и WO 2004/025093, известно периодическое осуществление контакта NAC с обогащенным выхлопным газом, чтобы регенерировать NAC, т.е. высвобождать и уменьшать накопленный NOx, NAC технология исключается из настоящего изобретения, поскольку катализатор окисления по существу не содержит щелочные металлы и щелочноземельные металлы.

Компоновка из WO 2004/076829 также исключается, поскольку в такой системе NOx термически десорбируется в процессе работы на бедной смеси, и обогащенный выхлопной газ не используется для регенерации катализатора накопителя NOx.

Способы получения оптимального соотношения NO/NO2 в выхлопном газе выше по потоку от расположенного ниже по потоку SCR-катализатора, и оптимального нагревания и конверсионного поведения УВ в процессе регенерации фильтра активных частиц из патента США 2010/0221161 осуществляют, используя в целом бедный выхлопной газ, а не обогащенный выхлопной газ.

Способы обеспечения периодически обогащенного выхлопного газа путем регулировки синхронизации впрыска топлива в одном или более цилиндрах двигателя известны из публикаций, описывающих выхлопные системы, включающие NAC, такие как описанные в патенте США №5473887. Альтернативно, также как обсуждалось в патенте США №5473887, средства управления работой двигателя могут быть адаптированы для впрыска углеводородного топлива непосредственно в выхлопную систему, несущую выхлопной газ, т.е. ниже по потоку от выпускного коллектора двигателя.

В вариантах осуществления предложенный новый катализатор включает многослойный DOC, причем, по меньшей мере, один слой, желательно, но не существенно, демонстрирует SMSI (сильное взаимодействие металла с носителем) свойства (см. (1) ниже) и, по меньшей мере, один слой является "традиционным" DOC, как описано выше (см. также (3) ниже). Данный катализатор может быть частью системной конфигурации, которая устроена для обеспечения события с избытком горючего (смотри (3) ниже):

(1) Путем нанесения МПГ на носитель на основе первого оксида металла, такого как оксид церия, степень спекания МПГ может быть значительно уменьшена и, следовательно, большое число активных центров катализатора остается после термического старения. Однако каждый центр катализатора не является очень активным из-за оксидных свойств Pt или PtPd центра катализатора. Наиболее активной формой МПГ является его металлическое состояние, и авторы заявки неожиданно обнаружили, что для катализаторов в соответствии с настоящим изобретением активная форма является по существу регенерируемой под воздействием условий с избытком горючего.

(2) Оксид церия и оксид церия - оксид циркония используют в ловушках NOx в комбинации с другими металлами, такими как K, Cs, Ва, Sr для улучшения функций накопления NOx. Однако в настоящем изобретении такие дополнительные металлы предпочтительно не используются из-за их ингибирующего действия на окисление УВ и СО.

(3) Традиционный слой используют для поддержания приемлемой каталитической активности, когда невозможно осуществить событие с избытком горючего. Например, основная часть окислительной активности будет иметь место, по меньшей мере, на одном из слоев после продолжительного воздействия относительно высокой температуры бедной смеси.

Для более полного использования характерных свойств катализатора в соответствии с настоящим изобретением, данный катализатор можно активировать воздействием условий обогащенного газа в течение короткого периода времени. После стадии активации обогащенной смесью данный катализатор остается активным в нормальных "бедных" рабочих условиях в течение существенного отрезка времени. Воздействие на катализатор высокотемпературных "бедных" условий может дезактивировать катализатор, и, следовательно, заранее заданный алгоритм используется для определения, когда требуется повторная активация катализатора.

Иллюстративными примерами способных восстанавливаться оксидов являются оксиды, композитные оксиды и смешанные оксиды, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, состоящей из марганца, железа, олова, меди, кобальта и церия, такие как, по меньшей мере, один из MnO2, Mn2O3, Fe2O3, SnO2, CuO, СоО и CeO2. Считается, что, по меньшей мере, один из данных способных восстанавливаться оксидов демонстрирует SMSI активность нанесенной платины в окислении углеводородов и монооксида углерода. Способный восстанавливаться оксид может быть диспергирован на подходящем носителе, и/или носитель как таковой может включать дисперсный массивный способный восстанавливаться оксид. Преимуществом, например, CeO2, является то, что он является относительно термически стабильным, но чувствителен к отравлению серой. Оксиды марганца не являются настолько термически стабильными, но они более устойчивы к отравлению серой. Термическая стабильность оксида марганца может быть улучшена объединением его в композитный оксид или смешанный оксид со стабилизатором, таким как цирконий. До некоторой степени церий можно сделать более устойчивым к сере путем формирования композитного оксида или смешанного оксида с подходящим стабилизатором, таким как цирконий и/или редкоземельный металл (отличный от церия).

В настоящем описании под "способным восстанавливаться оксидом" авторы заявки подразумевают, что оксид сам по себе присутствует, и металл имеет более одного окислительного состояния. При изготовлении данный металл может вводиться в виде неоксидного соединения и окисляться прокаливаниями до способного восстанавливаться оксида.

"Композитный оксид", как определяется в настоящем описании, означает в значительной степени аморфный оксидный материал, включающий оксиды, по меньшей мере, двух элементов, которые не являются истинными смешанными оксидами, состоящими, по меньшей мере, из двух элементов.

Там, где способный восстанавливаться оксид включает CeO2, оксид церия может быть стабилизирован оксидом циркония, по меньшей мере, одним оксидом не цериевого редкоземельного металла или как оксидом циркония, так и, по меньшей мере, оксидом одного не цериевого редкоземельного металла. Например, смешанный оксид, содержащий оксид церия, может включать 86% по массе оксида церия, 10% по массе оксида циркония и оксид лантана для баланса; или 80% оксида церия, 10% оксида циркония, 3% оксида лантана, 7% оксида празеодима; или 65% оксида церия, 27% оксида циркония и 8% оксида празеодима.

В особом варианте осуществления носитель на основе первого оксида металла состоит, в основном, из массива, по меньшей мере, одного способного восстанавливаться оксида или, необязательно, его стабилизированных гомологов. Альтернативно, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид или, необязательно, его стабилизированный гомолог, может быть нанесен, т.е. в виде дисперсии, на носитель на основе первого оксида металла с платиной.

Кроме платины, предпочтительно, первый катализатор окисления может включать палладий, нанесенный на носитель на основе первого оксида металла. Однако в одном варианте осуществления первый катализатор окисления по существу не содержит палладия.

Металлы платиновой группы в первом катализаторе окисления могут наноситься на монолитный субстрат при любых подходящих концентрациях, таких как >10 г·фут-3. Для катализаторов, где металл платиновой группы состоит из платины, концентрация платины может составлять 10-120 г·фут-3, и предпочтительно, 30-60 г·фут-3. В предпочтительных вариантах осуществления, включающих Pt и Pd, общая концентрация металла платиновой группы может составлять от 15 до 300 г·фут-3, например, от 30 до 150 г·фут-3, например, от 40 до 120 г·фут-3.

Первый катализатор окисления может включать одно или более молекулярное сито, например, алюмосиликатные цеолиты. Работа молекулярного сита в первом катализаторе окисления заключается в улучшении конверсии углеводорода в течение рабочего цикла посредством хранения углеводорода после фаз холодного старта или в процессе холодных фаз рабочего цикла, и в высвобождении сохраненного углеводорода при более высоких температурах, когда связанные компоненты катализатора из металла платиновой группы более активны для конверсии УВ (см. например, публикацию ЕР 0830201). Молекулярные сита типично используют в композициях катализаторов в соответствии с изобретением для дизельных автомобилей малой грузоподъемности, тогда как они редко используются в композициях катализаторов для большегрузных дизельных применений, поскольку температуры выхлопных газов в дизельных двигателях большегрузных автомобилей подразумевают, что функциональность по удерживанию углеводородов обычно не требуется. В случае если первый катализатор окисления в соответствии с настоящим изобретением включает два или более слоя, весьма предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один из двух или более слоев включал молекулярное сито. Наиболее предпочтительно, чтобы в двухслойном варианте осуществления как первый (или нижний) слой, так и второй (верхний) слой включают молекулярное сито.

Однако молекулярные сита, такие как алюмосиликатные цеолиты, не являются особенно хорошими носителями для металлов платиновой группы, поскольку они являются в основном кремнеземом, в особенности молекулярные сита с относительно высоким соотношением кремнезема к оксиду алюминия, которые предпочитаются за их увеличенную теплостойкость: они могут термически разрушаться в процессе старения таким образом, что структура молекулярного сита может схлопнуться и/или МПГ могут спекаться, давая более низкую дисперсность и, следовательно, более низкую конверсионную активность по УВ и/или СО.

Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления первый катализатор окисления включает молекулярное сито при ≤30% по массе (таком как ≤25% по массе, ≤20% по массе, например, ≤15% по массе) индивидуального слоя покрытия из пористого оксида. В добавление к платине, нанесенной на носитель на основе первого оксида металла, включающий, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид, композиция первого катализатора окисления может также включать, по меньшей мере, один оксид металла, выбранный из группы, состоящей из необязательно стабилизированного оксида алюминия, аморфного алюмосиликата, необязательно стабилизированного оксида циркония, диоксида титана и смесей любых двух или более данных соединений.

Предпочтительными молекулярными ситами для использования в качестве материалов носителя/адсорбентов углеводородов являются среднепористые цеолиты, предпочтительно, алюмосиликатные цеолиты, т.е. цеолиты, имеющие максимальный размер кольца из десяти тетраздрических атомов, и широкопористые цеолиты (максимальный размер кольца из двенадцати тетраэдрических атомов), предпочтительно, алюмосиликатные цеолиты, включая природные и синтетические цеолиты, такие как фожазит, клиноптилолит, морденит, силикалит, ферьерит, цеолит X, цеолит Y, ультрастабильный цеолит Y, цеолит ZSM-5, цеолит ZSM-12, цеолит SSZ-3, цеолит SAPO-5, оффретит или бета-цеолит, предпочтительно, ZSM-5, бета-и Y- цеолиты. Предпочтительные цеолитные материалы адсорбентов имеют высокое соотношение оксида кремния к оксиду алюминия для улучшенной гидротермической стабильности. Цеолит может иметь молярное соотношение оксид кремния/оксид алюминия, по меньшей мере, примерно от 25/1, предпочтительно, по меньшей мере, примерно от 50/1, с полезным диапазоном примерно от 25/1 до 1000/1, от 50/1 до 500/1, а также примерно от 25/1 до 100/1, от 25/1 до 300/1, примерно от 100/1 до 250/1.

Осознанной проблемой при использовании оксида церия или компонентов на основе оксида церия в катализаторах окисления является то, что их активность может снижаться, если они становятся сульфатированными серосодержащими соединениями, присутствующими в топливе двигателя или в смазке двигателя. Авторы настоящего изобретения предлагают снизить или предотвратить данный эффект, включая, по меньшей мере, один компонент в первый катализатор окисления, который действует в качестве "поглотителя" для серы, т.е. компонент, который непропорционально адсорбирует серу из выхлопного газа относительно других компонентов первого катализатора окисления, посредством этого снижая или предотвращая отравление серой активных компонентов первого катализатора окисления. Предпочтительно данный "поглотитель серы" является регенерируемым, т.е. можно высвободить абсорбированные (или адсорбированные) на нем соединения серы, чтобы емкость "поглотителя серы" не являлась бы конечной.

В предпочтительных вариантах осуществления, компонент "поглотителя серы" включает в себя молекулярное сито, содержащее медь и/или железо, причем молекулярное сито, предпочтительно, представляет собой алюмосиликатный цеолит. Медь и/или железо может быть импрегнированно, введено ионным обменом или само по себе присутствовать в структуре решетки молекулярного сита. В особенно предпочтительном варианте осуществления молекулярное сито, содержащее медь и/или железо, также включает один или более металлов платиновой группы, предпочтительно палладий, при относительно низкой концентрации, например, ≤30 г·фут-3, причем один или более металл платиновой группы можно импрегнировать в виде его водной соли на молекулярное сито, содержащее медь и/или железо. Было обнаружено, что молекулярное сито, содержащее медь и/или железо, также, необязательно, включающее металлы платиновой группы, является регенерируемым при использовании, например, когда его подвергают воздействию обедненного выхлопного газа при температурах вплоть до примерно 650°С. Такие условия могут иметь место, когда первый катализатор окисления располагают выше по потоку от катализируемого фильтра, и инициируется акт регенерации фильтра (смотри также ниже для дополнительного объяснения). Первичная цель акта регенерации фильтра состоит в сжигании дисперсного вещества, удерживаемого на фильтре, и для данной цели повышают температуру выхлопного газа. Однако, поскольку акт регенерации фильтра требует повышения температуры, в качестве полезного побочного эффекта первый катализатор окисления подвергают воздействию обедненного выхлопного газа с высокой температурой, что может вызвать десорбцию серосодержащих соединений, адсорбированных на компоненте поглотителя серы первого катализатора окисления.

Когда молекулярное сито включено в качестве "поглотителя серы", первый катализатор окисления, предпочтительно включает два слоя, где первый (или нижний) слой включает компонент поглотителя серы, а второй (или верхний) слой включает платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла, включающий, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид.

Предпочтительно, в первом катализаторе окисления, например, в нижнем слое, присутствуют количества компонента поглотителя серы на основе молекулярного сита, содержащего медь и/или железо, при уровне ≤50% по массе от массы первого катализатора окисления в целом. Это количество присутствует в дополнение к компоненту ловушки для углеводородов на основе молекулярного сита, указанному выше. Поэтому, когда первый катализатор окисления включает два слоя, с нижним слоем компонента поглотителя серы на основе молекулярного сита, содержащего медь и/или железо, при концентрации в слое пористого оксида 2,0 г·фут-3 и верхнем слоем, включающим платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла, включающий, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид и молекулярное сито для улавливания углеводородов, причем верхний слой также имеет концентрацию в слое пористого оксида 2,0 г·фут-3, общее содержание молекулярного сита в первом катализаторе окисления, т.е. в нижнем и верхнем слоях объединенного катализатора, может составлять ≤65% по массе (т.е. ≤50% по массе поглотителя серы на основе молекулярного сита и ≤15% по массе поглотителя углеводородов на основе молекулярного сита, но ≤30% по массе поглотителя углеводородов на основе молекулярного сита в одном верхнем слое). Альтернативно, компонент поглотителя серы и платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла, включающий, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид и необязательный компонент ловушки для углеводородов на основе молекулярного сита можно смешать и применять в одном слое покрытия из пористого оксида.

Молекулярные сита с конкретным применением в данном аспекте "поглотителя серы" настоящего изобретения включают любое соединение из указанных выше, а также включают молекулярные сита с небольшими порами, т.е. сита, имеющие максимальный размер кольца из восьми тетраздрических атомов. Молекулярные сита для использования в вариантах осуществления включают бета-цеолит, фожазит (такой как Х-цеолит или Y-цеолит, включая NaY и USY), L-цеолит, ZSM-цеолит (например, ZSM-5, ZSM-48), SSZ-цеолит (например, SSZ-13, SSZ-41, SSZ-33), морденит, шабазит, оффретит, эрионит, клиноптилолит, силикалит, алюмофосфатный цеолит (включая металлоалюмофосфаты, такие как SAPO-34), мезопористый цеолит (например, МСМ-41, МСМ-49, SBA-15), цеолит с включенным металлом, или их смеси; более предпочтительно, цеолиты представляют собой бета цеолит, ZSM-5 цеолит, Fe-β цеолит, SSZ-33, или Y-цеолит. Цеолит, наиболее предпочтительно, представляет собой бета цеолит, ZSM-5 цеолит, Fe-β цеолит или SSZ-33. Наиболее предпочтительным является Fe/бета цеолит с необязательно нанесенным палладием.

В предпочтительном варианте осуществления первый катализатор окисления объединяют со вторым катализатором окисления, отличающимся от первого катализатора окисления, причем второй катализатор окисления включает, по меньшей мере, один благородный металл, нанесенный на носитель на основе второго оксида металла.

В одной такой комбинации первый и второй катализаторы окисления, каждый, расположены в отдельных слоях. В особом варианте осуществления второй катализатор окисления расположен на первой монолитной подложке с сотовой структурой в нижнем слое, и первый катализатор окисления расположен в слое, лежащем поверх второго катализатора окисления (или непосредственно на нижнем слое, или промежуточный(е) слой(и) помещен между ними). Однако порядок первого и второго катализатора окисления может быть изменен на противоположный при желании.

В альтернативной комбинации носитель на основе оксида металла первого катализатора окисления и носитель на основе оксида металла второго катализатора окисления объединяют в одном слое, расположенном на первой монолитной подложке с сотовой структурой.

В дальнейшем альтернативном варианте осуществления первый катализатор окисления расположен в первой зоне, расположенной на первой монолитной подложке с сотовой структурой, а второй катализатор окисления расположен во второй зоне на первой монолитной подложке с сотовой структурой, где первая монолитная подложка с сотовой структурой ориентирована так, чтобы выхлопной газ контактировал с первой зоной перед второй зоной. Однако первая монолитная подложка с сотовой структурой может быть ориентирована так, чтобы выхлопной газ контактировал со второй зоной перед первой зоной, при желании.

В дальнейшем альтернативном варианте осуществления первая монолитная подложка с сотовой структурой, включающая первый катализатор окисления, расположена выше по потоку от второй монолитной подложки с сотовой структурой, включающей второй катализатор окисления. Однако вторая монолитная подложка может быть ориентирована так, чтобы выхлопной газ контактировал со второй монолитной подложкой перед первой монолитной подложкой, при желании.

Монолитная подложка с сотовой структурой для использования в настоящем изобретении может быть изготовлена из керамического материала, такого как кордиерит или карбид кремния, или из металла, такого как Fecralloy™. Такая конфигурация является, предпочтительно, так называемой проточной конфигурацией, в которой множество каналов проходит параллельно от открытого входного конца до открытого выходного конца. Однако монолитная подложка с сотовой структурой может также принимать форму фильтрующей основы, такой как так называемый фильтр с пристеночным течением или пенокерамика.

Фильтры с пристеночным течением представляют собой керамические пористые фильтрующие основы, включающие множество входных каналов, расположенных параллельно множеству выходных каналов, где каждый входной канал и каждый выходной канал ограничиваются частично керамической стенкой пористой структуры, где каждый входной канал попеременно отделен от выходного канала керамической стенкой из пористой структуры и наоборот. Другими словами, фильтр с пристеночным течением имеет сотовую конфигурацию, определяющую множество первых каналов, заблокированных со стороны входа, и множество вторых каналов, не заблокированных со стороны входа, но заблокированных со стороны выхода. Каналы, вертикально и фронтально соседствующие с первым каналом, заблокированы со стороны выхода. Если смотреть с каждого конца, то попеременно заблокированные и открытые концы каналов принимают вид шахматной доски.

В вариантах осуществления, включающих две или более монолитные подложки с сотовой структурой, соединенные последовательно, каждая монолитная подложка может быть выбрана из проточной и фильтрующей конфигураций. В тех случаях, когда первая монолитная подложка имеет проточную конфигурацию, и вторая монолитная подложка имеет фильтрующую конфигурацию, предпочтительно, чтобы фильтрующая монолитная подложка располагалась ниже по потоку от проточной монолитной подложки, чтобы получать выгоду от горения твердых частиц, захваченных на фильтрующих подложках, при температуре менее чем 400°С в NO2, образующимся из окисления NO на расположенной выше по потоку проточной монолитной подложке (как описано в ЕР 341832). Однако в одном предпочтительном варианте осуществления данное устройство включает единственную монолитную подложку, т.е. без расположенной ниже по потоку монолитной подложки, например, фильтрующую подложку.

В соответствующих применениях первая монолитная подложка с сотовой структурой или там, где это имеется, первая и вторая монолитные подложки с сотовой структурой, может использоваться без каких-либо дополнительных компонентов последующей обработки выхлопного газа, т.е. выхлопной газ, выходящий из первой монолитной подложки с сотовой структурой, или, там, где она присутствует, из второй монолитной подложки с сотовой структурой, выбрасывается напрямую в атмосферу без первого контакта с дополнительным катализатором(и). Однако, по желанию, катализаторы окисления в соответствии с настоящим изобретением можно объединить в более сложные конструкции выхлопных систем. В одном варианте осуществления первая монолитная подложка с сотовой структурой, и там, где она присутствует, вторая монолитная подложка с сотовой структурой, располагается выше по потоку от фильтра для отфильтровывания твердых частиц из выхлопного газа. Необязательно фильтр является каталитическим.

В одном варианте осуществления фильтрующий катализатор предназначен для окисления монооксида углерода и несгоревшего углеводорода в выхлопном газе, т.е. так называемый каталитический сажевой фильтр для обработки, например, твердых частиц, испускаемых дизельными (с воспламенением от сжатия) двигателями.

Там, где выхлопная система включает фильтр, дополнительный вариант осуществления показывает Nh4-CSR-катализатор, расположенный ниже по потоку от фильтра. Такая конфигурация может включать средства для введения азотсодержащего восстановителя, включая прекурсоры, выше по потоку от CSR-катализатора, например, азотсодержащий восстановитель может быть введен между фильтром и CSR-катализатором. Альтернативно, Nh4-CSR-катализатор может быть нанесен на фильтр.

Альтернативно, и в предпочтительном варианте осуществления, фильтрующий катализатор является катализатором для селективного катализа восстановления оксидов азота с использованием азотсодержащего восстановителя. Как описано выше, такая конфигурация может включать средства для введения азотсодержащего восстановителя, включая прекурсоры, выше по потоку от CSR-каталитического фильтра. В качестве дальнейшей альтернативы или в дополнение к средствам для впрыскивания азотсодержащего восстановителя или его прекурсора, в другом варианте осуществления предлагаются средства управления работой двигателя для обогащения выхлопного газа так, чтобы аммиачный газ образовывался по месту восстановлением NOx на первом катализаторе окисления. В данном варианте осуществления и в сочетании с соответствующим образом, сконструированным и управляемым двигателем, обогащенный выхлопной газ, т.е. выхлопной газ, содержащий увеличенные количества монооксида углерода и углеводорода относительно нормального "бедного" режима работы, контактирует с композицией катализатора первой монолитной подложки. МПГ-промотированный оксид церия или оксид церия-оксид циркония может промотировать реакцию конверсии водяного газа, т.е. CO(г)+h3O(п)→CO2(г)+Н2(г), выделяя Н2. Из сноски побочной реакции на реакции (3) и (4), указанные выше, например, Ba(NO3)2+8Н2→ВаО+2Nh4+5h3O, Nh4 может образоваться по месту и храниться для восстановления NOx на расположенном ниже по потоку SCR-катализаторе.

Для обычных SCR-катализаторов каталитическое восстановление оксидов азота с использованием азотсодержащих восстановителей можно промотировать регулированием - предпочтительно, насколько возможно пассивно - соотношения NO:NO2 до, приблизительно 1:1. По этой причине катализатор окисления может быть оптимизирован для использования в вариантах осуществления, включающих SCR-катализаторы, чтобы генерировать приблизительно 1:1 соотношения NO:NO2 для преимущества восстановления NOx на расположенном ниже по потоку SCR-катализаторе в настолько широком температурном диапазоне, насколько это возможно.

Катализаторы для селективного катализа восстановления оксидов азота с использованием азотсодержащего восстановителя (SCR-катализаторы) известны, и могут быть выбраны из группы, содержащей, по меньшей мере, один из Cu, Hf, La, Au, In, V, лантаниды и переходные металлы VIII группы, такие как Fe, нанесенные на тугоплавкий оксид или молекулярное сито. Подходящие тугоплавкие оксиды включают Al2O3, TiO2, CeO2, SiO2, ZrO2 и смешанные оксиды, содержащие два или более указанных оксидов. Нецеолитные катализаторы также могут включать оксид вольфрама, например, V2O5/WO3/TiO2.

В особых вариантах осуществления SCR-катализатор включает, по меньшей мере, одно молекулярное сито, такое как алюмосиликатный цеолит или SAPO. По меньшей мере, одно молекулярное сито может представлять собой, например, молекулярное сито с малыми, средними и большими порами. Под "молекулярным ситом с малыми порами" в настоящем описании авторы заявки понимают молекулярные сита, содержащие максимальный размер кольца из 8 тетраздрических атомов, такие как СНА; под "молекулярным ситом со средними порами" авторы заявки здесь понимают молекулярные сита, содержащие максимальный размер кольца из 10 тетраздрических атомов, такие как ZSM-5; и под "молекулярным ситом с большими порами" авторы заявки здесь понимают молекулярные сита, содержащие максимальный размер кольца из 12 тетраздрических атомов, такие как бета. Молекулярные сита с малыми порами являются потенциально преимущественными для использования в SCR-катализаторах смотри, например, заявку WO 2008/132452 (полное содержание которой включается сюда посредством ссылки).

Конкретные молекулярные сита для применения в настоящем изобретении выбирают из группы, содержащей AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI, включая ZSM-34, морденит, ферьерит, ВЕА, включая бета, Y, СНА, LEV, включая Nu-3, МСМ-22 и EU-1. СНА молекулярные сита в настоящее время являются предпочтительными, особенно в комбинации с Сu в качестве промотора, например, полученные ионным обменом и/или пропиткой.

В вариантах осуществления молекулярные сита могут быть неметаллизированными или металлизированными, по меньшей мере, одним металлом, выбранным из группы, состоящей из групп IB, IIB, IIIA, IIIB, VB, VIB, VIIB и VIII периодической таблицы. При условии металлизации, металл может быть выбран из группы, состоящей из Cr, Со, Cu, Fe, Hf, La, Се, In, V, Mn, Ni, Zn, Ga и благородных металлов Ag, Au, Pt, Pd и Rh. Такие металлизированные молекулярные сита могут использоваться в процессе селективного катализа восстановления оксидов азота в принудительном воспламенении выхлопного газа с использованием восстановителя. Под "металлизированными" авторы заявки здесь понимают молекулярные сита, включающие один или более металлов, введенных в решетку молекулярного сита, например, Fe в решетке бета и Cu в решетке СНА. Молекулярные сита могут быть получены ионным обменом с любым из вышеуказанных металлов.

Металлы, представляющие особый интерес, выбирают из группы, состоящей из Се, Fe и Cu. Подходящие азотсодержащие восстановители включают аммиак. Альтернативно, азотсодержащий восстановитель или его прекурсор могут впрыскиваться непосредственно в выхлопной газ. Подходящие прекурсоры включают формиат аммония, мочевину и карбамат аммония. Разложение прекурсора до аммиака или до других побочных продуктов можно осуществить гидротермическим или каталитическим гидролизом.

В альтернативном варианте, проточную монолитную подложку, включающую CSR-катализатор для восстановления оксидов азота с использованием азотсодержащего восстановителя, можно разместить ниже по потоку от первой монолитной подложки, и где присутствует вторая монолитная подложка, посредством этого регулируя отношение NO:NO2 в выхлопном газе, поступающем на CSR-катализатор.

В особенно предпочтительном варианте осуществления, CSR-катализатором покрывают монолит фильтрующей подложки, предпочтительно, монолит с пристеночным течением. Также можно изготовить фильтр пристеночного течения из экструдированного CSR-катализатора (см. WO 2009/093071 и WO 2011/092521).

Двигатели для использования в устройстве по изобретению могут представлять собой бензиновый двигатель с электрическим зажиганием, но особенно подходит для двигателей с воспламенением от сжатия, обычно известных как двигатели Дизеля, хотя некоторые двигатели с воспламенением от сжатия могут работать на других топливах, таких как природный газ, биодизельное топливо или дизельное топливо, смешанное с биодизельным топливом и/или топливом, полученным синтезом Фишера-Тропша.

Согласно дальнейшему аспекту, изобретение предлагает транспортное средством, включающее устройство согласно любому предшествующему пункту.

Согласно еще одному дополнительному аспекту, изобретение предлагает способ восстановления окислительной активности первого катализатора окисления, потерявшего активность в выхлопном газе двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, причем первый катализатор окисления включает платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла, и расположен на монолитной подложке с сотовой структурой, причем способ включает стадию периодического контакта первого катализатора окисления с выхлопным газом, модулированным до обогащенной лямбда-композиции, где носитель на основе первого оксида металла включает, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид, и где первый катализатор окисления по существу не содержит щелочные металлы и щелочноземельные металлы.

При использовании, средство управления двигателем конфигурируют, например, программированием электронного процессора, чтобы модулировать лямбда-композицию выхлопного газа, контактирующего с первым катализатором окисления, до обогащенной лямбда-композиции. На практике невозможно эксплуатировать двигатель непрерывно в режиме обогащения, чтобы избежать проблем с общей характеристикой управляемости автомобиля, таких как резкое повышение крутящего момента, которое может передаваться водителю посредством рулевой колонки и рулевого колеса. Предпочтительные конфигурации включают частое модулирование λ (переключение "бедный/обогащенный") в течение периода времени, достаточного для восстановления окислительной активности до желаемой степени. Такое переключение бедный/обогащенный может задавать экзотермы в катализаторе окисления, увеличивая температуру катализатора, например, >550°С. Конфигурации переключения бедный/обогащенный для использования в настоящем изобретении известны, например, из технологии улавливания NOx в режимах десульфирования. Однако улавливание NOx в режимах десульфирования происходит приблизительно один раз на примерно каждые 2000-3000 км, которые проходит автомобиль. Пределы обогащения могут зависеть от конструкции устройства, но могут составлять >0,80, например, ≥0,90, такой как ≥0,95. Однако существенно, что композиция выхлопного газа составляет величину <1 в течение регенерации активности катализатора окисления.

В особенно предпочтительном варианте осуществления способа по настоящему изобретению, используемом в связи с устройством, включающим каталитический фильтр, например, покрытый фильтр первого катализатора окисления SCR или катализируемый сажевый фильтр (CSF), т.е. фильтр, включающий один или более из металлов платиновой группы, расположенный ниже по потоку от монолитной подложки, включающей первый катализатор окисления, технологическую стадию восстановления окислительной активности первого катализатора окисления проводят сразу вслед за стадией регенерации фильтра. Особенно в применениях для дизельных автомобилей малой грузоподъемности, данная система предназначена, чтобы запускать протокол, который нагревает компоненты выхлопного газа, например, средствами управления двигателем, такими как впрыск углеводородного топлива в цилиндр с поздним зажиганием, чтобы сжечь сажу, удерживаемую на фильтре, посредством чего вернуть систему в "чистое" состояние и предотвратить какие-либо проблемы с нарастанием сажи, например, проблемы противодавления. Температуры фильтра могут достигать 600-650°С во всем "бедном" выхлопном газе (несмотря на увеличенный впрыск углеводородов). Такие протоколы регенерации фильтра типично проводят приблизительно один раз на каждые 500 км, которые проехал автомобиль.

Способ согласно настоящему изобретению может быть насыщенным по топливу в том смысле, что используется обогащенный выхлопной газ. Предпочтительный аспект данного изобретения имеет преимущество увеличения температуры, получаемого посредством стадии регенерации фильтра, так что когда двигатель управляется средствами управления двигателем, чтобы привести в контакт первый катализатор окисления с обогащенным выхлопом (или увеличенное количество углеводорода впрыскивают в выхлопной газ ниже по потоку от двигателя), первый катализатор окисления уже находится при относительно высокой температуре. Это имеет преимущество того, что окислительная активность первого катализатора окисления восстанавливается быстрее, когда первый катализатор окисления горячее, и при уменьшенном росте расхода топлива для системы.

Для того чтобы настоящее изобретение могло быть более полно понято, предлагаются следующие примеры только с целью иллюстрации и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой график, показывающий накопленное количество СО, как на выходе из двигателя, так и после катализатора, для традиционного DOC (не в соответствии с настоящим изобретением), смонтированного к установленному стационарно 2,0 литровому дизельному двигателю, работающему в течение цикла Европейского теста выхлопа автомобиля MVEG-B как перед, так и после активации;

Фиг. 2 представляет собой график, показывающий накопленное количество СО как на выходе двигателе, так и после катализатора, для DOC в соответствии с настоящим изобретением, установленного на двигателе, используемом для тестирования традиционного DOC с фиг. 2 и работающем в течение такого же цикла как перед, так и после активации; и

Фиг. 3 показывает ряд графиков, отображающих совокупное количество СО, определенное на выходе двигателе (верхняя линия) и после катализатора (нижняя линия) на 2,0 литровом дизельном двигателе, отличном от двигателя, использованного на фиг. 1 и 2, включая эффекты активации, "выполняемой за один рабочий цикл".

Примеры

Пример 1 - Изготовление полностью составленного DOC

Проточная монолитная подложка из кордиерита с сотовой структурой из 400 ячеек на квадратный дюйм была покрыта двухслойным обычным катализатором, где первый слой включал 1,67 г·дюйм-3 Al2O3 и 0,33 г·дюйм-3 цеолита бета (концентрация покрытия из пористого оксида 2 г·дюйм-3 в целом для нижнего слоя) и PtPd, и второй, верхний слой, включал 0,833 г·дюйм-3 Al2O3 и 0,167 г·дюйм-3 цеолита бета (концентрация покрытия из пористого оксида 1 г·дюйм-3 в целом для верхнего слоя) и только Pt. Первый слой наносили на свежую монолитную подложку в виде покрытия из пористого оксида, содержащего соли Pt и Pd, используя методы, описанные в WO 99/47260, т.е. включающие стадии (а) размещения средств удерживания на верхнем, первом конце монолитной подложки, (b) дозирования заданного количества первого компонента покрытия из пористого оксида в указанные средства удерживания, либо в порядке (а) затем (b), либо (b) затем (а), и (с) посредством применения давления или вакуума, отбора указанного первого компонента покрытия из пористого оксида, по меньшей мере, в часть монолитной подложки, и удерживания практически всего указанного количества внутри монолитной подложки. В первой стадии покрытие с первого конца нанесения может быть высушено, и высушенную монолитную подложку можно перевернуть на 180 градусов, и та же самая процедура может быть осуществлена по отношению к верхнему, второму концу монолитной подложки, по существу без перекрывания слоев между нанесениями из первого и второго концов монолитной подложки. Полученный в результате покрытый продукт затем сушат, затем прокаливают. Данный процесс можно повторить со вторым компонентом покрытия из пористого оксида, чтобы обеспечить каталитическую (двухслойную) монолитную подложку в соответствии с настоящим изобретением. На образовавшуюся в результате покрытую монолитную подложку наносили покрытие из пористого оксида второго катализатора, содержащего соли Pt, за чем следовали те же самые стадии сушки и обжига. Количества и концентрации используемых солей Pt и Pd рассчитывали, чтобы в результате иметь общее содержание металла платиновой группы (для двухслойной конструкции), равное 100 г·фут-3 при соотношении 2Pt:Pd. Нижний слой включал 33 г·фут-3 Pd и 63 г·фут-3 Pt, а верхний слой включал 3 г·фут-3 Pt. Готовый катализатор был подвергнут гидротермическому старению в бедной смеси при 800°С в течение 16 часов в 10% h3O, 10% O2, оставшаяся часть N2.

Двухслойный катализатор для использования в настоящем изобретении изготавливали с использованием тех же самых технологий, использованных для получения традиционного двухслойного катализатора, и он включал нижний слой, включающий 2 г·дюйм-3 смеси 60:40 по массе CeO2:Al2O3 и 45 г·фут-3 металла платиновой группы в целом при соотношении 2Pt:Pd, и верхний слой только из 2 г·дюйм-3 Al2O3, с нанесенным 45 г·фут-3 общим количеством металла платиновой группы при соотношении 2Pt:Pd (содержание общего металла платиновой группы 90 г·фут-3). Данный катализатор был подвергнут гидротермическому старению бедной смесью таким же образом, что и традиционный катализатор.

Пример 2 - Испытание двигателя с полностью составленным DOC

Катализатор из примера 1 был установлен в уже существующую позицию с близким расположением (т.е. близко к выхлопному коллектору двигателя) к 2,0 литровому установленному стационарно дизельному двигателю, имеющему систему управления двигателем с настройкой двигателя с ловушкой NOx, т.е. автомобиль при продаже снабжается NOx ловушкой и настройкой двигателя с NOx ловушкой. В тестах авторов заявки NOx ловушку удаляли и заменяли катализатором DOC. В первом запуске совокупную конверсию СО от DOC подвергнутого гидротермическому старению бедной смесью, испытывали в ходе Европейского цикла MVEG-B, и состав выхлопного газа контролировали как выше по потоку, так и ниже по потоку от DOC, используя динамометрический стенд для двигателей. В течение цикла никакую "обогащенную продувку" не осуществляли, т.е. систему управления двигателем не переключали на состояние, приспособленное для удаления и восстановление NOx, адсорбированного на катализаторе. "Обогащенную продувку" используют для активации катализаторов в соответствии с настоящим изобретением, и обогащенная продувка, осуществляемая в процессе испытаний, сделала бы сравнение результатов сложным.

Вслед за первым запуском, DOC активировали в нерабочей части цикла. Использованную активацию проводили перерегулированием контроля управления двигателем, чтобы получить 4 цикла каждый по 30 секунд с бедной смесью, за которыми следовали 10 секунд с обогащенной.

Результаты показаны на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 можно видеть, что совокупная конверсия СО для традиционного DOC практически идентична как для подвергнутого гидротермическому старению в обедненной смеси ("перед активацией") и "после активации" MVEG-B запусков. Однако для DOC по изобретению конверсия СО существенно улучшилась. Данные результаты также суммированы в Таблице 1.

Пример 3 - Активация в рабочем цикле полностью составленного DOC

Идентичный, подвергнутый гидротермическому старению в бедной смеси катализатор в соответствии с настоящим изобретением готовили, как описано в примере 1. Данный катализатор был установлен в положение в непосредственной близости к 2,0 литровому установленному стационарно дизельному двигателю, отличному от двигателя в примере 2, но к двигателю, который также был откалиброван для регенерации NOx ловушки. Данный двигатель протестировали Европейским циклом по выбросам MVEG-B, и содержание СО в выхлопном газе как на выходе из двигателя, так и ниже по потоку от катализатора, контролировали, используя динамометрический стенд для двигателей. Накопленное содержание СО в выхлопном газе показано на графике фиг. 3, вверху слева, причем верхняя кривая показывает содержание СО в выбросах на выходе из двигателя. Выбросы СО для данного первого запуска составляли 1,04 г/км.

Вслед за первым MVEG-B циклом тестирования, проводили второе тестирование, но в данном цикле (показан на графике на фиг. 3, вверху справа) для двигателя проводили продувку NOx (или активацию) в течение 8 секунд с обогащенной смесью. Третий MVEG-В цикл тестирования проводили немедленно после активации (см. фиг. 4, нижний график слева). Из данного третьего графика можно видеть, что совокупная конверсия СО улучшается относительно первого и второго циклов тестирования. Зарегистрированные выбросы СО для третьего цикла составили 0,43 г/км.

Из данного примера 3 можно видеть, что катализатор для использования в настоящем изобретении можно периодически активировать (и, следовательно, неоднократно регенерировать) при использовании для поддержания конверсии СО и углеводородов при ограниченном повышенном расходе топлива для каждой активации.

Во избежание каких-либо неопределенностей, полное содержание каждого патентного документа, на который здесь ссылаются, включается здесь ссылкой.

1. Устройство, содержащее двигатель внутреннего сгорания, работающий на бедной смеси, средство управления работой двигателя и выхлопную систему для очистки выхлопного газа двигателя, причем выхлопная система включает в себя первый катализатор окисления, расположенный на первой монолитной подложке с сотовой структурой и включающий платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла, включающий, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид, при этомпервый катализатор окисления свободен от щелочных металлов и щелочноземельных металлов,первая монолитная подложка с сотовой структурой имеет проточную конфигурацию, в которой множество каналов проходит параллельно от открытого входного конца до открытого выходного конца, исредство управления работой двигателем выполнено с возможностью при его использовании периодического модулирования лямбда-композиции выхлопного газа, контактирующего с первым катализатором окисления, для обогащения лямбда композиции.

2. Устройство по п.1, в котором средство управления работой двигателя выполнено с возможностью, посредством программирования электронного процессора, модулирования лямбда-композиции выхлопного газа, контактирующего с первым катализатором окисления, до обогащенной лямбда композиции.

3. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид выбран из группы, состоящей из оксидов, композитных оксидов и смешанных оксидов, включающих один или более металл, выбранный из группы, состоящей из марганца, железа, олова, меди, кобальта или церия и, по выбору, их стабилизированных гомологов.

4. Устройство по п.3, в котором, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид включает MnO2, Mn2O3, Fe2O3, SnO2, CuO, СоО и СеО2.

5. Устройство по п.3 или 4, в котором стабилизированный гомолог СеО2 включает диоксид циркония, по меньшей мере, один нецериевый редкоземельный оксид, или как диоксид циркония, так и, по меньшей мере, один нецериевый редкоземельный оксид.

6. Устройство по п. 3 или 4, в котором носитель на основе первого оксида металла состоит по существу из массива, по меньшей мере, одного способного восстанавливаться оксида или, по выбору, его стабилизированных гомологов.

7. Устройство по любому из пп.1-4, в котором платина в первом катализаторе окисления осаждена на монолитный носитель при концентрации более >0,35 г/л (>10 г/фут3).

8. Устройство по любому из пп.1-4, в котором первый катализатор окисления дополнительно включает палладий, нанесенный на носитель на основе первого оксида металла в комбинации с платиной.

9. Устройство по любому из пп.1-4, в котором первый катализатор окисления дополнительно включает, по меньшей мере, одно молекулярное сито.

10. Устройство по п. 9, в котором, по меньшей мере, одно молекулярное сито дополнительно включает медь и/или железо и, по меньшей мере, один благородный металл.

11. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором первый катализатор окисления объединен со вторым другим катализатором окисления, отличным от первого катализатора окисления, причем второй катализатор окисления включает, по меньшей мере, один благородный металл, нанесенный на носитель на основе второго оксида металла.

12. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором первая монолитная подложка с сотовой структурой и, если она присутствует, вторая монолитная подложка с сотовой структурой расположены выше по потоку от, по выбору, каталитического фильтра для отфильтровывания дисперсного вещества из выхлопного газа.

13. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором первую монолитную подложку с сотовой структурой располагают выше по потоку от монолитной подложки, включающей катализатор для селективного восстановления оксидов азота с использованием азотсодержащего восстановителя.

14. Устройство по п. 13, в котором монолитная подложка представляет собой проточную монолитную подложку.

15. Способ восстановления окисляющей активности первого катализатора окисления, потерявшего активность в выхлопном газе двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедной смеси, причем первый катализатор окисления включает платину, нанесенную на носитель на основе первого оксида металла, и расположен на монолитной подложке с сотовой структурой, причем способ включает этап периодического контакта первого катализатора окисления с выхлопным газом, модулированным для обогащения лямбда-композиции, при этом носитель на основе первого оксида металла включает, по меньшей мере, один способный восстанавливаться оксид, а первый катализатор окисления свободен от щелочных металлов и щелочноземельных металлов, причем первая монолитная подложка с сотовой структурой имеет проточную конфигурацию, в которой множество каналов проходит параллельно от открытого входного конца до открытого выходного конца.

www.findpatent.ru

Степень - окисление - масло

Степень - окисление - масло

Cтраница 1

Степень окисления масла характеризуется кислотным числом. Чем оно выше, тем сильнее окислено масло.  [1]

На степень окисления масла оказывают большое влияние условия эксплуатации автомобилей.  [2]

Для контроля степени окисления масла регулярно производят его анализ. Для этого помощник машиниста отбирает пробу масла из маслобака и передает ее в цеховую лабораторию. Анализ свежезалитого масла проводится примерно один раз в неделю, а в дальнейшем, по мере окисления масла - один-два раза в сутки. Контрольные сроки анализа масла должны быть регламентированы инструкцией по рабочему месту.  [3]

Показателями, характеризующими степень окисления масла, являются кислотное число и реакция водной вытяжки. Кислотное число определяет количество миллиграммов едкого кали, которое требуется для нейтрализации всех свободных кислот в масле. Реакция водной вытяжки характеризует наличие в масле низкомолекулярных ( нерастворимых) кислот. В годном для эксплуатации масле реакция водной вытяжки должна быть нейтральной.  [4]

Он следил за степенью окисления масел, измеряя изменение поверхностного натяжения между 0 02Л / раствором.  [5]

Учитывая это обстоятельство, а также тот факт, что на степень окисления масла оказывают значительное влияние конструктивные особенности гидромеханических коробок передач, за рубежом считают необходимым проверять работоспособность масла в коробке передач данной конструкции, даже если это масло было ранее положительно оценено по одной из описанных методик. Для этого коробку передач устанавливают на стенде и приводят ее от двигателя или электромотора. Характер и число циклов испытаний, скорость вращения привода и температуру масла в картере точно фиксируют. Нагревают масло обычно реверсированием статора, переключением скоростей или установкой специального нагревателя в картере коробки передач. Как правило, за основной критерий окислительной стабильности масла принимают время, в течение которого масло сохраняет свою работоспособность. Потеря работоспособности означает, что образовалось такое количество осадков, которое не может быть удалено из агрегата при сливе масла. Иначе говоря, масло можно считать потерявшим эксплуатационные свойства, если работа коробки передач на этом масле нарушается и эти нарушения не удается устранить при его смене.  [6]

Масла, бывшие в эксплуатации, подвергаются регенерации - восстановлению разными способами, в зависимости от степени окисления масла.  [8]

В масло при температуре 20 - 30 С добавляют 0 5 - 2 % ( в зависимости от степени окисления масла) 96 % - ной серной кислоты удельного веса 1 84 и перемешивают мешалкой 30 - 40 мин. Масло отстаивают от кислого гудрона, и спускают гудрон. Для осаждения остатков кислого гудрона и нейтрализации его добавляют 2 - 3 % отбеливающей земли и снова перемешивают масло 30 мин. После отстоя и спуска кислого гудрона и отбеливающей земли масло через фильтрпресс перекачивают в бак для окончательной очистки его отбеливающей землей. В нагретое до температуры 70 - 80 С масло добавляют 6 - 10 % отбеливающей земли, перемешивают его 50 - 60 мин.  [9]

Исследования и опыт эксплуатации показали, что сернистые соединения, находящиеся в трансформаторном масле, в том числе в масле из сернистых нефтей, не оказывают сильного влияния на переходное сопротивление контактов, но по мере увеличения степени окисления масла переходное сопротивление контактов возрастает и для сильно состарившихся масел достигает больших значений.  [10]

При испытании свежих или слегка окрашенных масел оба метода титрования - потенциометрическое и с цветными индикаторами - дают вполне сравнимые результаты. Отсутствует также определенная связь между степенью окисления масла и числом омыления, полученным при анализе указанными выше двумя методами титрования.  [11]

На окисление масел большое влияние оказывают эмульгаторы. По данным Кипиани ( 1948), по степени окисления масла эмульгаторы располагаются в следующий ряд: основной сульфат же-леза мыло глина аскангель. Мыла, содержащие нафтеновые кислоты, наносят растениям ожоги больше, чем мыла, содержащие жирные кислоты, при этом интенсивность ожогов зависит от молекулярного веса кислот. По данным Богдариной, Казаковой и Осиновой ( 1935), ожоги от низкомолекулярных кислот бывают сильнее, чем от среднемолекулярных, и еще меньше от высокомолекулярных. Повреждение растений вызывается и обращенными эмульсиями, пленка которых может оставаться на растениях довольно долго. Немалое значение имеют внешние факторы п физиологическое состояние растений; при низких температурах опрыскивание отрицательно действует на растение, поэтому при температуре ниже 5 опрыскивание проводить не рекомендуется. Опрыскивание при высокой температуре и сухости воздуха также вызывает повреждение растений.  [12]

Высоковязкие масла обычно хранят в резервуарах, окрашенных в черный цвет ( для лучшей аккумуляции тепла) и снабженных нагревательными змеевиками. Современные резервуары снабжены устройствами для обогрева выпускного отверстия, благодаря чему к минимуму сводятся термические воздействия на содержимое резервуара и уменьшается степень окисления масла. Насосы обычно группируют в насосные станции. Паровые поршневые насосы ( насосы Дуплекс) пригодны для прокачивания высоковязких масел, а ротационные насосы - для маловязких продуктов. Маслопроводы изолируют, а иногда обогревают параллельными нагревательными системами.  [13]

В зависимости от типа двигателя и его мощности, степени форсировки моторные масла подразделяются по уровню вязкости и другим эксплуатационным свойствам, оцениваемым при приеме данного масла к серийному производству на специальных испытательных установках. При испытаниях определяют показатели, характеризующие уровень эксплуатационных свойств моторного масла: подвижность поршневых колец, зависящую от образования лакообразных отложений; количество отложений на поршне, на фильтре; общее загрязнение двигателя; износ цилиндра и поршневых колец; степень окисления масла; коррозию, антифрикционных сплавов подшипников.  [14]

В двигателях внутреннего сгорания старение масла происходит более интенсивно, чем в других машинах. Масло не только окисляется и обводняется, но и загрязняется топливом и подуктами его окисления и распада. Поэтому плотность и вязкость масла в системе могут увеличиваться, уменьшаться или оставаться без изменения в зависимости от степени окисления масла и степени его разжижения фракциями топлива.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

способ интенсификации горения топлива и двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа - патент РФ 2237818

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к интенсификации горения топлива посредством введения в камеру сгорания дополнительного окислителя топлива. Изобретение позволяет повысить интенсивность горения топлива в двигателях внутреннего сгорания. Способ интенсификации горения топлива включает введение в камеру сгорания закиси азота. В области взаимодействия с закисью азота при ее поступлении в камеру сгорания закрепляют катализатор разложения закиси азота. Катализатор разложения закиси азота закрепляют в камере сгорания. Двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа включает камеру сгорания, систему впрыска закиси азота в камеру сгорания, катализатор разложения закиси азота, закрепленный в области взаимодействия с закисью азота при ее поступлении в камеру сгорания. Катализатор разложения закиси азота закреплен в камере сгорания, в местах, свободных от взаимодействия с подвижными частями двигателя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способам интенсификации горения топлива посредством введения в камеру сгорания дополнительного окислителя топлива и может быть использовано в автомобильных двигателях внутреннего сгорания.

Известен способ интенсификации горения топлива, включающий введение в камеру сгорания закиси азота, и двигатель, включающий камеру сгорания и систему впрыска в нее закиси азота (US 2002/092290 A1, 18.07.2002). Это техническое решение рассматривает закрепление катализатора разложения закиси азота в местах взаимодействия с ней при ее поступлении в камеру сгорания. Катализатор согласно этому изобретению может быть расположен в любом месте до контакта закиси азота с топливом. Для интенсификации процесса горения топлива в этой работе обоснован выбор закиси азота как лучшего (стабильного, химически инертного, не взрыво-, пожароопасного) окислителя топлива. Показано также влияние катализатора разложения закиси азота на интенсификацию горения топлива. В качестве применения описанного технического решения изобретение рассматривает ракетный двигатель, в котором окисление топлива производится исключительно кислородом, высвободившемся в результате реакции разложения закиси азота при температурном воздействии на нее в камере сгорания. Катализатор, расположенный вне температурных воздействий ракетного двигателя, призван начать процесс разложения закиси азота до ее поступления в камеру сгорания. Что касается технического решения в соответствии с настоящим изобретением, направленным на применение в двигателях внутреннего сгорания, где основным окислителем топлива является кислород воздуха, важно расположение катализатора разложение закиси азота не вне камеры сгорания, как это выполнено в вышеописанном известном решении, а непосредственно в камере сгорания.

Технический результат, достигаемый настоящим решением, - повышение интенсивности горения топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Для достижения указанного технического результата способ по изобретению включает введение в камеру сгорания закиси азота, при этом в области взаимодействия с закисью азота при ее поступлении в камеру сгорания закрепляют катализатор разложения закиси азота. Конкретной такой областью в данном техническом решении является камера сгорания. Способ реализуется в двигателе внутреннего сгорания, включающем камеру сгорания, систему впрыска закиси азота в камеру сгорания, катализатор разложения закиси азота, закрепленный в области взаимодействия с закисью азота при ее поступлении в камеру сгорания, при этом катализатор закреплен в камере сгорания, в местах, свободных от взаимодействия с подвижными частями двигателя. Катализатор разложения закиси азота может быть закреплен на внутренних стенках камеры сгорания. Двигатель, камера сгорания которого представляет собой цилиндр с установленным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения поршнем, имеет катализатор разложения закиси азота, который может быть закреплен в местах, свободных от взаимодействия поршня с цилиндром, например на внутренних стенках цилиндра и/или верхней поверхности поршня, и/или свече зажигания при помощи клея и/или сетчатого каркаса, и/или напыления на означенные поверхности.

Двигатель внутреннего сгорания, работающий на топливе (бензин, пропан и пр.), обычно использует воздух, вернее кислород воздуха в качестве окислителя. Однако реакцию горения в камерах сгорания двигателя (цилиндрах) можно интенсифицировать, используя более сильный окислитель. Таковым является закись азота (N2O). Она, разлагаясь в цилиндре, увеличивается в объеме (примерно 3 к 2-м), образуя азот и кислород. Важно отметить, что кислород в момент образования находится в более реакционной, атомарной, форме. Этот факт, а также факт увеличения его концентрации по сравнению с кислородом воздуха серьезно влияет на мощность, крутящий момент двигателя и, таким образом, на динамику автомобиля. Такой способ форсирования двигателя внутреннего сгорания часто используется в спортивных и уличных гонках.

Как правило, автомобиль, снабженный закисью азота, эксплуатируется в стандартных условиях. И лишь когда требуется дополнительная мощность, на гоночном треке или спортивной трассе, используется система впрыска закиси азота. Водитель сам или штурман активизирует систему в момент ускорения (разгона) автомобиля нажатием управляющего элемента (клавиша, кнопка, тумблер, рычаг). Обычно это делается при достижении двигателем некоей пороговой скорости вращения (обороты в минуту), когда возникает потребность в дополнительном топливе и окислителе (или просто окислителе).

Вход магистрали закиси азота в двигатель специально спроектирован до так называемого датчика массового расхода воздуха, что позволяет обеспечить учет дополнительного необходимого топлива штатным компьютером системы впрыска автомобиля. Одно это обеспечивает более-менее сбалансированную рабочую смесь, что влечет за собой стабильную работоспособность двигателя, избегая детонации, способной привести к катастрофическому снижению ресурса двигателя и его быстрому выходу из строя. Наряду с этим, важную роль в добавлении топлива играет так называемый датчик кислорода или лямбда-зонд, обеспечивающий обратную связь электронной системы впрыска двигателя в зависимости от состава выхлопных газов. То есть, при только лишь добавлении дополнительного окислителя в двигатель вместе с воздухом, компьютер инжектора старается сам добавить топливо, не допуская обеднения смеси.

Важным фактором, влияющим на динамику автомобиля, является использование катализатора в камере сгорания двигателя, понижающего температуру разложения закиси азота. А, значит, с его помощью обеспечивается ускоренное получение реагентов следующей стадии окисления топлива. Следовательно, применение катализатора увеличивает энергетический эффект суммарных реакций, протекающих в камере сгорания двигателя, увеличивая тем самым мощность (крутящий момент) двигателя. Катализатор разложения закиси азота может представлять собой кристаллический либо аморфный порошок. Химическая формула, описывающая реакцию разложения закиси азота, представлена здесь

2N2O=2N2+O2+39 ккал.

Данная реакция является экзотермической, то есть идет с выделением тепла. Однако эта реакция имеет так называемый энергетический барьер. Например, в обычных условиях разложение начинается при температуре около 600С. Но в присутствии катализатора энергетический барьер реакции снижается, и для разных катализаторов температура, при которой происходит разложение, может опускаться до 300С, и даже до 200С. Таким образом, использование катализатора может существенно уменьшить энергетические затраты на преодоление активационного барьера реакции разложения закиси азота, что позволит получать продукты распада закиси раньше. Следовательно, появившиеся продукты распада смогут раньше участвовать в дальнейших химических превращениях экзотермических окислительных реакций горения топлива, что приведет к значительному повышению мощности ДВС и его крутящего момента.

Энергия активации разложения закиси азота в газовой фазе равна 58 ккал/моль. Общеприменимые в химической промышленности катализаторы существенно снижают энергетический барьер этой реакции. Так, например, присутствие платины (Pt) снижает барьер активации до 33 ккал/моль, а золото - до 29 ккал/моль. С различной степенью эффективно применение соединений родия (Rh), иридия (Ir), а также кобальта (Со), магния (Mg), кальция (Са), никеля (Ni) и др.

В экспериментах применялась смесь окиси кобальта II и III валентная или смесь СoО и Сo2O4. Исключительным являлась тугоплавкость катализатора, так как температура в камере сгорания превышает 1000С. Экспериментальное подтверждение действия катализатора проверялось на мощностном стенде. Когда тестировалась система примерно с одинаковыми параметрами впрыска закиси азота на автомобиле VW GOLF 1,6 16v без использования катализатора и с катализатором, нанесенным с помощью высокотемпературного клея на внутренние поверхности свечей зажигания. Прибавка мощности за счет катализатора доходила до 1/3 общей прибавки мощности двигателя.

Важно отметить, что одним из продуктов разложения закиси азота является кислород в самой его активной атомарной форме. Горение (окисление) топлива в нем происходит с большим выделением энергии. Это является главным фактором повышения мощности двигателя и крутящего момента как следствия использования закиси азота в качестве дополнительного окислителя.

Вторым, по силе воздействия, фактором повышения мощности двигателя внутреннего сгорания является увеличение объема газа в результате разложения закиси азота приблизительно в 1,5 раза, то есть из двух молекул слева от знака равенства химической формулы реакции разложения закиси азота получается 3 молекулы продуктов, а также выделение энергии в процессе разложения закиси азота.

Молекула N2O содержит кислорода приблизительно 33% от объема всего газа, что в 1,57 раза выше, чем содержание кислорода в воздухе. Кроме того, закись азота плотнее воздуха в 1,5 раза. А значит, при том же атмосферном давлении в камеру сгорания попадет больше кислорода. Оба этих фактора позволяют оценить количество кислорода, попадающее в камеры сгорания двигателя, как в 2,38 раза больше, в сравнении с обычным способом доставки кислорода - воздухом. А если учесть, что форма кислорода, привносимая с закисью азота - атомарная, то закись азота может быть классифицирована как более сильный окислитель.

Важную роль в молекуле закиси азота играет его так называемая балластовая составляющая. Это азот, выделяющийся в результате распада закиси. Ни в каких химических превращениях он не участвует. Однако его наличие делает состав газовой смеси похожим на воздух, в котором также содержится большое, около 78%, количество азота. Такое количество балласта не требует перенастройки систем впрыска современных автомобилей, предотвращая детонацию (взрывы и микровзрывы взамен горения) топлива в более сильном окислителе.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 - камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с местами закрепления катализатора разложения закиси азота;

на фиг.2 - схема системы впрыска в камеру сгорания закиси азота;

на фиг.3 - свеча зажигания и места закрепления на ней катализатора разложения закиси азота;

на фиг.4 - положение основных элементов камеры сгорания к моменту начала разложения закиси азота в отсутствие катализатора;

на фиг.3 - положение основных элементов камеры сгорания к моменту начала разложения закиси азота в присутствии катализатора в камере сгорания.

Способ интенсификации горения топлива согласно изобретению включает введение в камеру сгорания закиси азота, при этом в области взаимодействия с закисью азота, при ее поступлении в камеру сгорания, конкретно, в самой камере сгорания, закрепляют катализатор разложения закиси азота.

Способ реализуется в двигателе внутреннего сгорания, включающем камеру 1 сгорания, систему впрыска закиси азота в камеру сгорания, катализатор 2 разложения закиси азота. Система впрыска закиси азота состоит из баллона 3, содержащего сжиженный газ, вентиля 4 баллона, редуктора 5, понижающего давление до требуемого для впрыска в камеру сгорания. Магистраль 6 для подачи по ней закиси азота прерывается электромагнитным клапаном 7, который включается управляющим элементом 8. Как это видно из фиг.1, катализатор 2 закреплен в камере 1 сгорания, в местах, свободных от взаимодействия с подвижными частями двигателя, на внутренних стенках 9, 10 камеры 1 сгорания. Конкретно, на фиг.1 представлена камера 1 сгорания цилиндропоршневого двигателя, при этом катализатор 2 закреплен в местах, свободных от взаимодействия поршня 11 с цилиндром 12, то есть - на внутренних стенках цилиндра, на свече 13 зажигания, на верхней поверхности поршня. Катализатор закрепляется на этих поверхностях при помощи высокотемпературного клея, а также напыления на эти поверхности, с использованием сетчатого каркаса или без него.

Двигатель работает следующим образом. В камеру 1 сгорания форсунками впрыскивается топливо, которое окисляется в присутствии кислорода воздуха. При желании получения дополнительной мощности двигателя, при помощи управляющего элемента 8 открывается электромагнитный клапан 7 и из баллона 3 в магистраль 6 через вентиль 4 и редуктор 5 подается закись азота. Из магистрали 6 (на фиг.1, 3, 4, 5 помечена стрелкой) закись азота поступает в камеру 1 сгорания и взаимодействует с катализатором 2 разложения закиси азота, что приводит к интенсификации горения топлива.

Динамику работы системы впрыска закиси азота в присутствии катализатора ее разложения можно описать следующим образом. Порядок химических превращений начинается с зажигания смеси воздуха, топлива и закиси азота свечой зажигания. Горение топлива в кислороде воздуха набирает силу, температура в камере сгорания повышается. Поршень толкается расширяющимися газами, являющимися продуктами горения топлива в кислороде воздуха. В момент, когда температура достигает 600С, начинается разложение закиси азота. Положение основных элементов камеры сгорания в этот момент приведено на фиг.4. Расстояние, которое прошел поршень к этому моменту, назовем X. Толчок поршня становится более интенсивным как в результате увеличения объема смеси, так и за счет вступления в реакцию атомарного кислорода, выделяющегося в следствие распада молекулы N2O. Однако до начала активного процесса горения поршень прошел какое-то расстояние Х в не интенсифицированном действием введенного дополнительного окислителя режиме. Что изменяет наличие катализатора разложения закиси азота в камере сгорания. Температура, при которой начинается распад молекулы N2O, заметно ниже. Она равна примерно 200 или 300С в зависимости от выбранного катализатора. Ясно, что такая температура в тех же условиях достижима гораздо раньше (см. фиг.5). К моменту начала реакции распада молекулы закиси азота поршень прошел расстояние Y (меньше расстояния X, в случае отсутствия катализатора в цилиндре). Следовательно, неинтенсивное движение поршня, произошедшее до вступления в действие продуктов распада закиси азота, конкретнее атомарного кислорода, будет короче.

Причем какое-то время в процессе разложения основной массы закиси азота движение поршня, назовем его X1, также не будет интенсивным. И, понятно, что это расстояние в случае использования катализатора, назовем его Y1, будет сокращено существенно.

Объективно, разница в расстояниях хода поршня, равная разнице Х и Y, плюс разница в расстояниях X1 и Y1, умноженная на разницу в интенсивности горения топлива в обычном режиме, назовем Е, и горения в продуктах распада закиси азота, пусть будет Е1, и будет являться энергетической составляющей использования катализатора W. Итак,

Здесь W - энергетический эффект применения катализатора.

Е - Энергия горения топлива в кислороде воздуха.

E1 - Энергия горения топлива в атомарном кислороде (продукте распада N2O).

X - Расстояние, прошедшее поршнем до начала реакции разложения закиси азота без использования катализатора.

X1 - Расстояние, которое прошел поршень до начала реакции разложения закиси азота с катализатором.

Y - Расстояние, прошедшее поршнем с момента, когда закись азота начала разлагаться до завершения этого процесса. Реакция протекает без интенсификации катализатором.

Y1 - Расстояние, прошедшее поршнем от начала разложения N2O до завершения процесса разложения в присутствии катализатора.

Таким образом, энергетический эффект W прямо пропорционален разности энергии горения топлива в продуктах распада закиси азота (Е1) и энергии горения топлива в кислороде воздуха (Е). Энергетический эффект W пропорционален разности расстояний хода поршня до достижения температуры, когда закись азота начинает разлагаться (X), примерно 600С, и началу каталитического разложения закиси азота (X1), около 200-300С. Также, энергетический эффект W обратно пропорционален разности расстояний хода поршня с начала до конца распада N2O в обычных условиях (Y) и расстоянию, прошедшему поршнем, когда закись разлагается в присутствии катализатора (Y1).

Эта энергетическая составляющая может быть более существенной в ДВС, где длина хода поршня уменьшена в силу компактности мотора или в силу каких-то других конструктивных особенностей. И, если в обычных условиях использования автомобиля, энергия, образованная вследствие использования катализатора, может показаться незначительной, то в условиях спортивных соревнований любой способ увеличения мощности двигателя может оказаться полезным.

Ввиду более интенсивного режима горения топлива в больший период времени с использованием катализатора, чем без него, целесообразно перенастроить систему впрыска ДВС на подачу большего количества топлива.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ интенсификации горения топлива, включающий введение в камеру сгорания закиси азота, при этом в области взаимодействия с закисью азота при ее поступлении в камеру сгорания закрепляют катализатор разложения закиси азота, отличающийся тем, что катализатор разложения закиси азота закрепляют в камере сгорания.

2. Двигатель внутреннего сгорания, включающий камеру сгорания, систему впрыска закиси азота в камеру сгорания, катализатор разложения закиси азота, закрепленный в области взаимодействия с закисью азота при ее поступлении в камеру сгорания, отличающийся тем, что катализатор разложения закиси азота закреплен в камере сгорания, в местах, свободных от взаимодействия с подвижными частями двигателя.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что катализатор разложения закиси азота закреплен на внутренних стенках камеры сгорания.

4. Двигатель по п.2 или 3, отличающийся тем, что камера сгорания представляет собой цилиндр с установленным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения поршнем, при этом катализатор разложения закиси азота закреплен в местах, свободных от взаимодействия поршня с цилиндром.

5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что катализатор разложения закиси азота закреплен на внутренних стенках цилиндра.

6. Двигатель по одному из пп.2-5, отличающийся тем, что камера сгорания снабжена свечой зажигания, при этом катализатор разложения закиси азота закреплен на свече зажигания.

7. Двигатель по одному из пп.4-6, отличающийся тем, что катализатор разложения закиси азота закреплен на верхней поверхности поршня.

8. Двигатель по одному из пп.2-7, отличающийся тем, что катализатор разложения закиси азота закреплен при помощи клея.

9. Двигатель по одному из пп.2-8, отличающийся тем, что катализатор разложения закиси азота закреплен при помощи сетчатого каркаса.

10. Двигатель по одному из пп.2-9, отличающийся тем, что катализатор разложения закиси азота закреплен при помощи напыления.

www.freepatent.ru

Способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

Использование: в двигателестроении, в частности, для нейтрализации выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: окисление вредных компонентов производят на поверхности электрод - электролит, причем в зону реакции поступает только чистый кислород, который переносится электрическим током из воздуха через слой твердого электролита, обладающего преимущественно кислородионной проводимостью. Окисление производят активным кислородом в момент выделения, при этом в поток газа не поступают инертные компоненты воздуха, количество дозируемого кислорода не связано с режимом работы двигателя (нагрузкой, оборотами и т.д.), что позволяет иметь достаточно кислорода при любых режимах. Процесс легко управляем. Способ апробирован на модельных смесях при стехиометрическом дозировании кислорода через слой керамики, например, состава 90% ZrO2, 9% CaJ, 1% Y2O3. Эффективность очистки от CO и углеводородов составила 95-98%. 1 табл., 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам нейтрализации вредных компонентов выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее широко известен каталитический способ очистки, основанный на взаимодействии компонентов выхлопных газов между собой и (или) с дополнительно нагнетаемым кислородом воздуха на поверхности гетерогенных катализаторов. Недостатками этого способа являются осмоление поверхности катализатора аэрозолями масел и сажей при низких температурах выхлопных газов (пуск, холостые обороты двигателя), отравление катализатора примесями в топливе (например, тетраэтилсвинцом) или от различных присадок из системы смазки, структурные изменения при повышении температуры, значительное повышение гидравлического сопротивления выхлопного тракта двигателя, создаваемое каталитической насадкой. Все перечисленное недостатки приводят к потере эффективности очистки [1] Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату является термический способ окисления вредных компонентов кислородом воздуха. Термический способ не находит широкого применения из-за необходимости поддержания в зоне окисления высокой рабочей температуры, причем нагреты должны быть ограждающие материалы, выхлопные газы и дополнительно нагнетаемый воздух, что вызывает неудовлетворительную очистку при пуске двигателя, на режимах холостого хода и малых нагрузках. Повышение температуры до 1000oC приводит к тому, что равновесие реакции CO2+h3O=h3+CO при отсутствии избыточного кислорода существенно сдвинуто вправо, что приводит к образованию токсичных веществ. Для предотвращения выброса вредных веществ процесс окисления производят при коэффициенте избытка воздуха в выхлопных газах не ниже L≥1,1. Независимо от способа подачи воздуха нагнетание 1 м3 кислорода сопровождается нагнетанием 3,8 м3 инертных компонентов воздуха, что приводит к непроизводственным затратам механической энергии на нагнетание инертов и тепловой энергии на их нагрев. Кроме того, это вызывает разбавление реагирующих компонентов, что приводит к снижению скорости химического превращения реагирующих веществ. Относительно большие дополнительные объемы газов, нагнетаемые в выхлопной тракт двигателя, вызывают недопустимо высокий рост гидравлического сопротивления, ухудшение процессов газообмена в двигателе и падение его эффективно мощности (до 10%) и экономичности [2] Целью изобретения является повышение эффективность очистки выхлопных газов. Это достигается тем, что окисление производятся на поверхности электрод твердый электролит активным кислородом, который полностью или частично образуется и переносится в зону реакции электрическим током, выступающим в качестве параметра, определяющим как количество кислорода, переносимого их воздуха через слой твердого электролита, обладающего преимущественно кислородионной проводимостью, так и его активность. Предлагаемый способ обеспечивает транспортировку практически чистого кислорода и его дозирование. Электрический ток, производя перенос кислорода через слой твердого электролита производит и его активацию, т.е. выполняет ту же функцию, что производит высокая температура в термическом способе окисления или катализатор в каталитическом способе окисления. Количество дозируемого кислорода не связано с режимом работы двигателя (нагрузкой, оборотами и т.д.), а определяется количеством электричества, прошедшим через слой твердого электролита, при этом остальные, инертные компоненты воздуха в зону реакции не поступают. Это предопределяет возможность создания устройств для окисления горючих компонентов выхлопных газов с существенно улучшенными характеристиками по сравнению с известными. Пример 1. В качестве твердого электролита используются, например, циркониевая керамика состава ZrO2 (90%), CaO (9%), Y2O3 (1%), которая обладает преимущественно кислородной проводимостью и приемлемым сопротивлением уже при температуре 500oC и выше [4] Процесс переноса кислорода вероятнее всего начинается с процесса его ионизации на катоде по схеме

,т. е. образованию анионов кислорода предшествует его абсорбция на поверхность электрода, затем происходит атомизация, миграция атомов к границе раздела фаз электрод электролит, ионизация, причем источником электронов является материал катода, и внедрение анионов кислорода в структуру электролита.

На аноде процесс идет в обратном направлении:

,т. е. анионы кислорода на границе фаз анод электролит теряют избыточный заряд и в виде атомарного кислорода мигрируют по поверхности и анода и твердого электролита с возможностью последующей рекомбинацией и диффузией в газовую фазу.

Если на поверхности анода, электролита на их границе раздела имеются абсорбированные молекулы горючих веществ, то процесс переноса кислорода будет сопряжен с химической реакцией окисления, протекающей на поверхности электрод электролит. Абсорбированный на поверхности молекулярный кислород независимо от происхождения также может вовлекаться в процесс активации или даже озонирования по управлению [3] O2+O=O3+100,5 кДж и далее процесс окисления горючих компонентов производится этими формами кислорода. На чертеже твердый электролит представлен в виде цилиндра 1, анода 2, контактирующего с газом, и катода 3, контактирующего с воздухом. Электроды соединены с источником тока 4 через регулятор 5. Возможности способа определялись на модельных смесях, состоящих из газа носителя, практически не содержащего свободного кислорода (например, азот по ГОСТ 9293-74), в который дозируется окись углерода. Далее газовая смесь подогревается до 600-680oC и подается на окисление, как показано стрелкой. Измеряются содержание CO на входе в подогреватель и на выходе из реактора, ток в цепи и расход газа. Количество кислорода, переносимого из воздуха в поток газа в единицу времени, определяется по формуле MO2=8,29*10-8*J, где MO2 количество нагнетаемого кислорода, кг/с; J ток, A; 8,29*10-8 электрохимический эквивалент кислорода, кг/A*c. Количество окисленного CO определяется разностью его концентраций на входе и выходе с учетом расхода газа. Пример 2. В качестве газа носителя применяется смесь азота с углекислым газом в соотношении 1:1, насыщена водяным паром, при 70oC (азот - углекислый газ). Остальное как в примере 1. Пример 3. В качестве горючего компонента в газ носитель дозируется сжиженный газ (пропан-бутан). Остальное как в примерах 1 и 2. Результаты испытаний на модельных смесях сведены в таблицу. Приведены только данные, соответствующие стехиометрическому соотношению горючий компонент/нагнетаемый кислород или при незначительном избытке кислорода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 821715, кл. F 01 N 3/08, 1979. 2. Паншичный В.И. Каталитическое обезвреживание отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. В сб. Глубокое каталитическое окисление углеводородов. М. Наука, 1981, стр. 146, 149, 150, 165. 3. Некрасов Б.В. Основы общей химии М. Химия, 1973, стр.52. 4. Чеботин В.Н. Перфильев М.В. Электрохимия твердых электролитов. М. Химия, 1978, стр. 49-54, 76-82.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, включающий окисление вредных компонентов, отличающийся тем, что газы подают к поверхности электрода, находящегося в контакте с твердым электролитом, обладающим преимущественно кислородионной проводимостью, который с противоположной стороны контактирует с вторым электродом и атмосферным воздухом, при этом образующийся на поверхностях раздела электрод твердый электролит активный кислород переносится через слой твердого электролита в зону окисления вредных компонентов, а количество переносимого кислорода и его активность регулируют количеством электричества, протекающим между электродами.

bankpatentov.ru

Окисление масла в двигателе - Справочник химика 21

    Окисление масла в двигателе наиболее интенсивно происходит в тонких пленках масла на поверхностях деталей, нагревающихся до высокой температуры и соприкасающихся с горячими газами (поршень, цилиндр, поршневые кольца, направляющие и стебли клапанов). В объеме масло окисляется менее интенсивно, так как в поддоне картера, радиаторе, маслопроводах температура ниже и поверхность контакта масла с окисляющей газовой средой меньше. Во внутренних полостях двигателя, заполненных масляным туманом, окисление более интенсивно. [c.128]

    ОКИСЛЕНИЕ МАСЛА В ДВИГАТЕЛЕ. Изменение качества масла в двигателе, образование углеродистых отложений на деталях двигателя и коррозия деталей связаны прежде всего с О. м. В результате О. м. под действием кислорода в масле образуется ряд продуктов спирты, альдегиды, кетоны, к-ты, сложные эфиры, смолы, асфальтены, карбены и карбоиды. В зависимости от хим. состава масел и факторов, влияющих на процесс окисления (продолжительность, т-ра, давление, катализаторы), в масле могут образовываться те или иные продукты. [c.402]

    Повышенные требования двигателей с наддувом к нротивонагарным свойствам масел обусловлены не только влиянием более высокой температуры цикла, но и более интенсивным окислением масла в двигателе под влиянием повышенного парциального давления кислорОда воздуха в такте сжатия. [c.277]

    Окисление масла в двигателе [c.403]

    Чем интенсивнее протекает процесс окисления масла в двигателе, тем больше образуется кислородсодержащих соединений в работающем масле. Рекомендуется сравнивать глубины окисления работавших масел путем сопоставления интенсивности соответствующих полос поглощения в их ИК-спектрах [24,83-457. [c.17]

    Назначение антиокислительных присадок — ингибиторов — заключается в торможении процессов окисления масла в двигателе. В результате действия этих присадок снижается интенсивность коррозионных процессов, а также скорость образования различных соединений, вызывающих появление в двигателях углеродистых отложений. Антикоррозионные присадки осуществляют в основном одну функцию — предотвращение коррозии антифрикционных сплавов путем образования на поверхности подшипников защитной пленки. [c.70]

    Значительное повышение вязкости моторных масел в результате работы бензиновых двигателей в условиях высоких температур, приводящее к загустеванию масла, объясняется, как показывают результаты исследования работавших масел методом ИК-спектроскопии, их интенсивным окислением Г45,497. Окислению масла в двигателе способствует контакт масла с прорывающимися в картер двигателя газами, содержащими повышенное количество окислов азота. Этот процесс можно контролировать методом ИК-спектроскопии по изменению интенсивности полос поглощения в области волновых чисел 1630-1640 см /23,28,457. [c.18]

    Данные, приведенные в табл. 1, показывают, что в продуктах частичного окисления масел находится 0,2—0,3% кислорода, расходуемого на окисление масла более 99,5% кислорода затрачивается на выгорание масла. Оказалось, что содержащиеся в масле и контролируемые анализом продукты частичного окисления составляют менее одной двадцатой части тех продуктов, которые образуются при окислении масла в двигателе внутреннего сгорания. На образование этих продуктов расходовалось от 0,0024 до 0,0036% кислорода, поступившего в двигатель, и от 0,007 до 0,011% кислорода, израсходованного на окисление топлива и масла. [c.196]

    УСЛОВИЯ ОКИСЛЕНИЯ МАСЛА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ [c.202]

    Кривые на рис 3 позволяют также объяснить причину более медленного старения картерных масел карбюраторных двигателей по сравнению с дизельными, в частности меньшего накопления в них нерастворимых загрязнений. Вероятно, существует принципиальная разница в условиях окисления масла в двигателях этих двух типов, обусловленная тем, что у карбюраторных двигателей в большей части такта расширения в цилиндре практически нет кислорода. [c.205]

    Степень нагруженности двигателя не влияет на результаты испытаний. Если двигатель и трансмиссия имеют единую систему смазки, то условия испытания становятся более жесткими и вязкость снижается более резко (иногда в 1,5 раза). Также оказывают влияние на вязкость разжижение масла топливом, загрязнение его твердыми частицами, окисление масла в двигателях. Поэтому после испытания из пробы масла в токе азота под вакуумом отгоняется топливо, после чего пробу фильтруют. [c.50]

    Окисление масла в двигателе происходит в различных условиях в объеме (толстом слое), в тонком слое и в туманообразном состоянии. [c.36]

    И при нейтрализации низкомолекулярных кислот, образующихся вообще при сгорании топлива и окислении масла в двигателе [9]. [c.186]

    Окисление масла в двигателе — основная причина порчи масла и образования всевозможных продуктов, как вызывающих коррозию подшипников, так и загрязняющих двигатель углеродистыми отложениями. Там, где масло меньше окисляется, там оно дольше работает. Например, в двигателе внутреннего сгорания срок работы масла исчисляется часами, в турбинах, где условия не такие жесткие, как в двигателях, масло работает месяцами, а в трансформаторах — годами. [c.134]

    Три фактора интенсифицируют окисление масла в двигателе внутреннего сгорания 1) воздействие высокотемпературных газовых потоков, прорывающихся из камеры сгорания и омывающих масляную пленку, находящуюся на поверхностях деталей цилиндропоршневой группы 2) наличие на поверхностях трения высоких локальных температур и давлений, возникающих в мгновенных актах касания, среза, пластической деформации микрошероховатостей. Этот фактор эффективно влияет на масляные пленки всех поверхностей и в частности поверхностей,, удаленных от камеры сгорания и находящихся по внешним данным в благоприятных температурных условиях (контактное,, дискретное окисление) 3) большая поверхность масляного тумана, который состоит из взвешенных капель и паров масла, образующихся вследствие разбрызгивания масла вращающимися деталями в картерной части двигателя. [c.57]

    КОНТАКТНЫЙ ЭФФЕКТ ПРИ ИЗНАШИВАНИИ КАК ФАКТОР ОКИСЛЕНИЯ МАСЛА В ДВИГАТЕЛЯХ [c.187]

    До сих пор мы рассматривали окисление масла в двигателе, работающем без доливок свежего масла или в промежуток времени между доливками. Для уточнения закономерностей окисления масла в двигателях возвратимся к нашим старым работам [40]. Предположим, что старение масла является дискретным процессом, а продукты старения и внешние загрязнения обладают свойствами аддитивности. Доливки свежего масла в систему смазки разбивают процесс на отдельные равные этапы, причем интенсивность старения и внешнего загрязнения масла в каждом из этих этапов одинакова. Такое предположение означает, что в промежутках между доливками в масле всегда образуется одно и то же количество механических примесей, кислот, асфальтенов и пр. Количество доливаемого масла и расход его на сгорание [c.143]

    Окисление масла в двигателе протекает как цепная химическая реакция с участием свободных радикалов. Первыми промежуточными продуктами окисления являются перекиси. Это весьма нестойкие соединения, которые в ходе дальнейшего процесса превращаются в кислоты и оксикислоты. В качестве промежуточных продуктов могут образовываться альдегиды, спирты и кетоны. В дальнейшем образуются продукты конденсации и полимеризации промежуточных соединений — различные асфальто-смолистые вещества, а также карбены и карбоиды. [c.125]

    Ниже будут рассмотрены основные факторы, влияющие на окисление масла в двигателях и на кинетику этого процесса, исходя из предположения об отсутствии в масле антиокислительных присадок. Срабатываемость присадки и изменение в связи с этим эксплуатационных свойств масла описаны в гл. VUI. [c.135]

    Как видно из приведенных высказываний, усилия исследователей были направлены на то, чтобы объяснить более интенсивное и глубокое окисление масла в двигателях, чем в лабораторных условиях. В основе всех объяснений лежит представление о тонкослойном окислении масла на стенках цилиндра. На этом построены стандартные методы определения термических свойств масел, т. е. свойств, проявляемых тонким слоем масла на металлической поверхности при высокой температуре в присутствии кислорода воздуха. [c.136]

    Из практики известно, что при пуске даже хорошо приработанного двигателя в первые минуты всегда наблюдается резкое возрастание концентрации в масле не только продуктов износа, но и асфальто-смолистых компонентов, карбенов и карбоидов, а также повышение кислотного, числа и т. д. Происходит это при еще холодном двигателе. В дальнейшем накопление продуктов износа и старения масла стабилизируется. Гипотеза о контактном окислении полностью объясняет это явление тем, что процессы износа стимулируют процессы окисления масла. Несомненно, что описанный здесь механизм окисления масла в двигателе внутреннего сгорания не единственный. Наряду с контактным окислением протекает также окисление масла в тонком слое на металлических поверхностях под влия-нием высокотемпературных газовых потоков, прорывающихся из камер сгорания [36]. [c.140]

    В масляные системы самолетов и вертолетов вода попадает вместе с маслом при заправке, а также в результате конденсации водяных паров из воздуха, поступающего через дренажные устройства, и вследствие окисления масла в двигателе. В поршневых авиационных двигателях вода может образовываться при сгорании топлива и попадать в картер вместе с проникшими туда выхлопными газами. В результате в отстойной зоне масляного бака самолета или вертолета может скапливаться значительное количество воды (до нескольких процентов) [18]. Увеличение количества воды по мере возрастания срока службы масла в авиационном двигателе связано с увеличением в масле количества продуктов его окисления. Они,, являясь поверхностно-активны-мй веществами, образуют на границе раздела масло— вода прочную пленку, препятствующую испарению микрокапель воды и их коагуляции до таких размеров, когда становится возможным отстаивание этих укрупнившихся капель. [c.49]

    О структурной приспособляемости поверхностей было указано выше в связи с работами Б. И. Костецкого с сотрудниками. В главах П1 и V подробно рассмотрен механизм улучшения про-тивоизносных и антифрикционных свойств масел в процессе их применения. Здесь отметим лишь, что в результате окисления масла в двигателях внутреннего сгорания и в других машинах образуются продукты, молекулы которых являются полярными, что способствует появлению на металлических поверхностях и на взвешенных в масле твердых частицах граничных масляных пленок. Эти же продукты, как было указано выше, вызывают повышение проводимости масла, следствием чего является снижение электростатической составляющей износа. Одновременно снижается интенсивность окисления масла, лако- и нага-рообразования в связи с возникновением процессов, тормозящих ход этих побочных явлений. [c.28]

    Три основных фактора интенсифицируют окисление масла в двигателях омывание высокотемпературным газовым потоком тонких масляных пленок на поверхностях ЦПГ, контакт микрошероховатостей поверхностей трения (контактное окисление) и большая поверхность масляного тумана в картере. Контактное окисление сопровождается адсорбцией продуктов окисления на частице, снятой с микрошероховатости, т. е. на продукте износа. Механизм этого явления заключается в следующем. Местное мгновенное повышение температуры вызывает окисление прилегающего микрообъема масла, вязкость которого вследствие термического эффекта резко снижается. Вследствие этого продукты местного окисления не могут отдалиться от точечного контакта с микрошероховатостями. В то же время при этом процессе создаются условия, которые способствуют повышению адсорбционной активности частицы — продукта износа. Это связано с искажением кристаллической решетки металлической частицы, и, следовательно, с термодинамически неустойчивым ее состоянием. Продукты окисления, непредельные углеводороды и продукты полимеризации обладают высокой адсорбционной активностью. В результате они покрываются пленкой, состоящей из продуктов окисления масла. То же будет наблюдаться, если между шероховатостями поверхностей появится чужеродная (например, кремниевая) частица или продукт износа более твердой пары трения. Произойдет царапанье или пропахивание поверхности трения абразивом, сопровождающееся ее искажением или образованием нового продукта износа. Посторонняя частица будет покрываться слоем адсорбированных на ней полярноактивных углеводородов. [c.106]

    В докладе А. В. Непогодьева рассмотрены некоторые Условия окисления масла в двигателях внутреннего сгорания . Особое внимание уделено окислению масла в тонкой пленке на стенке гильзы цилиндра и влиянию воды, присутствующей в масле, на скорость окисления масла. [c.48]

    Оценивая различные факторы, интенсифицирующие окисление масла в двигателях, А. В. Непогодьев [38] обращает внимание на различие в интенсивности окисления масла и образования отложений в карбюраторных двигателях и в дизелях. Значительно более интенсивное окисление масла в дизелях А. В. Непогодьев [c.140]

    Рассматривая кинетику реакций применительно к окислению масла в двигателях, необходимо иметь в виду еще некоторые обстоятельства. Минеральное масло представляет собой смесь углеводородов различного состава, структуры и с различной проти-воокислительной стабильностью. Наиболее легко окисляются парафиновые углеводороды, затем нафтеновые. Самые устойчивые против окисления ароматические углеводороды, однако и углеводороды каждого ряда проявляют различную противоокис-лительную стабильность. Ароматические углеводороды с длинными боковыми алифатическими цепями и многоядерные соединения, в которых ядра соединены промежуточной цепочкой углеродных атомов, значительно менее стойки к окислительному действию кислорода, чем ароматические углеводороды, лишенные боковых цепей. С увеличением длины боковых цецей стойкость против окисления снижается. Аналогичной закономерности подчиняются и нафтеновые углеводороды. Способность их к окислению возрастает с увеличением молекулярного веса. Исследования про-тивоокислительной стабильности углеводородных молекул раз- [c.142]

chem21.info

Окисление в двигателях внутреннего сгорани

    Под химической коррозией подразумевается прямое взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента среды протекают в одном акте. Такая кор-ро ия протекает по реакциям, подчиняющимся законам химической кинетики гетерогенных реакций. Примерами химической коррозии являются газовая коррозия выпускного тракта двигателей внутреннего сгорания (под действием отработавших газов) и лопаток турбин газотурбинного двигателя, а также коррозия металлов в топливной системе двигателей (за счет взаимодействия с находящимися в топливах сероводородом и меркаптанами). В результате окисления масла в поршневых двигателях могут образовываться агрессивные органические вещества, вызывающие химическую коррозию вкладышей подшипников [291]. Можно привести и другие примеры. Однако доля химической коррозии в общем объеме коррозионного разрушения металлов относительно мала, основную роль играет электрохимическая коррозия, протекающая, как правило, со значительно большей скоростью, чем химическая. [c.279]

    В процессе работы нефтяные масла под действием кислорода воздуха и повышенных температур окисляются, претерпевая при этом в течение времени более или менее заметные изменения. Окисление масел приводит к появлению в них кислот, способных при известных условиях вызывать коррозию деталей двигателей и механизмов. Помимо кислот в результате окисления образуются растворимые и не растворимые в маслах смолистые вещества и продукты их конденсации и полимеризации, которые, отлагаясь в маслопроводах, нарушают циркуляцию масел и загрязняют двигатели и механизмы либо оказывают отрицательное влияние на другие свойства масел (например, понижают диэлектрическую прочность трансформаторного масла). Многие масла (например, масла для двигателей внутреннего сгорания, для паровых машин) в зоне высоких температур подвергаются дополнительно термическому разложению, что в конечном счете приводит к нагарообразованию. [c.212]

    Окисление — восстановление — один из важнейших процессов природы. Дыхание, усвоение углекислого газа растениями с выделением кислорода, обмен веществ и ряд биологических процессов в основе своей являются окислительно-восстановительными реакциями. Сжигание топлива в топках паровых котлов и двигателях внутреннего сгорания, электролитическое осаждение металлов, процессы, происходящие в гальванических элементах и аккумуляторах, включают реакции окисления — восстановления. Получение простых веществ, например железа, хрома, марганца, никеля, кобальта, вольфрама, меди, серебра, цинка, серы, хлора, иода и т. д., и ценных химических продуктов, например аммиака, щелочей, сернистого газа, азотной, серной и других кислот, основано на окислительно-восстановительных реакциях. Производство строительных материалов, пластических масс, удобрений, медикаментов и т. д. было бы невозможно без использования окислительно-восстановительных процессов. На процессах окисления — восстановления в аналитической химии основаны методы объемного анализа пер-манганатометрия, иодометрия, броматометрия и др., играющие важную роль при контролировании производственных процессов и выполнении научных исследований. [c.51]

    В последнее время большое внимание уделяется созданию так называемых топливных элементов. В топливных элементах энергия химических реакций, выделяющаяся в процессе окисления топлива, непосредственно преобразуется в электричество. Коэффициент полезного действия таких топливных элементов вдвое превышает коэффициент полезного действия паровых турбин и двигателей внутреннего сгорания и достигает 80%. [c.83]

    При взаимодействии металла с сухими газами (воздухом, газообразными продуктами горения топлива и др.) при высоких температурах происходит газовая химическая коррозия. Этот вид коррозии возможен и при низких температурах, если при этом на поверхности металла не конденсируется жидкость, проводящая электрический ток. Газовой коррозии подвергаются детали газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, арматура печей подогрева нефти и другие изделия, работающие при повышенных температурах в среде сухих газов. При проведении многочисленных технологических процессов обработки металлов в условиях высоких температур (нагрев перед ковкой, прокаткой, штамповкой, при термической обработке - закалка, отжиг, сварка) на металлургических и трубопрокатных заводах также возможна газовая коррозия. При взаимодействии металла с кислородом воздуха или содержащимся в других газах происходит его окисление с образованием окисных продуктов коррозии. В отдельных случаях, например при воздействии на металл паров серы или ее соединений, на поверхности металла могут образоваться сернистые соединения. [c.17]

    Высокая температура в работающем двигателе обеспечивает значительную скорость инициирования перекисного окис.пения. Полученные перекиси быстро подвергаются термическому или каталитическому разло жению, образуя, кроме обычных карбонильных соединений и спирта, кислоты, воду и двуокись углерода. Подобное глубокое окисление до кислотных продуктов является основной причиной ухудшения качества смазочных массл в двигателях внутреннего сгорания. [c.307]

    Со всей очевидностью установлено, что спонтанное окисление, которое появляется еще до зажигания, играет немаловажную роль в процессах, которые происходят в двигателях внутреннего сгорания и что предварительно окисленные вещества гораздо больше склонны к самовоспламенению. Кинетически более вероятным представляется ступенчатый характер реакции с наличием ряда промежуточных продуктов. [c.406]

    При высоких рабочих температурах двигателя масло в определенный момент может перестать быть вязким и в дальнейшем уже не сможет предохранять контактирующие металлические поверхности от износа и повреждений. С трудностями можно столкнуться, если одно и то же масло, применяемое в двигателе внутреннего сгорания, должно обеспечить и нормальный запуск в условиях низких температур, и нормальное смазывание в условиях жестких режимов эксплуатации. Если минеральное масло применяется при особенно высоких температурах, то оно может разлагаться (термически или в результате окисления), при этом жидкая [c.499]

    Цепные реакции являются очень распространенными. По цепному механизму, на-Рис. 165. Схема развет- пример, могут совершаться многие реак-вляю щихся цепей. ции окисления углеводородов, в частности — важные в техническом отношении реакции получения альдегидов, спиртов, кислот, кетонов, перекисей и др. Н. Н. Семеновым было показано, что многие особенности процессов сгорания горючего в цилиндрах моторов двигателей внутреннего сгорания обусловлены цепным механизмом процесса. Процессы полимеризации, играющие важную роль в образовании высокомолекулярных соединений, большей частью протекают по типу цепных реакций, (В. А. Каргин, С. С. Медведев и др.) Большую роль цепные реакции играют в биологических процессах. Хорошо известно, что и процессы деления атомных ядер в кинетическом отношении могут протекать по типу цепных реакций. [c.486]

    Известно, что моторные масла при работе двигателя внутреннего сгорания подвергаются действию высоких температур и давления, контакту с кислородом воздуха и с различными металлами в результате углеводороды масла претерпевают процессы окисления, конденсации и разложения. При этом образуются углеродистые осадки, асфальто-смолистые вещества, карбены и карбоиды, кислоты и др. Оседая на деталях двигателя в виде нагара, лака и шлама, они приводят к изменению первоначальных качеств масла и ухудшают условия работы двигателя. Основное назначение моющих и диспергирующих присадок заключается в предотвращении отложения этих веществ, в обеспечении подвижности поршневых колец и нормальной работы двигателя. [c.93]

    Другим примером процесса с разветвленными цепями может служить окисление газообразных углеводородов. Кинетика этого процесса сходна с кинетикой окисления водорода. Для замедления слишком энергичного развития цепей, приводящего к детонации в двигателях внутреннего сгорания, в бензин вводят ингибитор — тетраэтилсвинец, который реагирует с радикалами и вызывает обрыв цепей. [c.286]

    Сплавы, содержащие 4—9 % Сг, широко используются в нефтеперерабатывающей промышленности в качестве стойких к окислению материалов. Сплав 12 % Сг—Ре благодаря высокой стойкости и хорошим физическим свойствам используют для изготовления лопастей паровых турбин. Из сплавов с 9—30 % Сг изготовляют горелки и некоторые элементы печей, а в сочетании с 51, N1, а иногда и другими легирующими добавками, они служат для изготовления клапанов в двигателях внутреннего сгорания. Ниже приведены приблизительные верхние температурные пределы применения сплавов Сг—Ре на воздухе  [c.206]

    Технические условия. Для предотвращения аварий, вызываемых короблением, уменьшения влияния выделяющегося в поршневом двигателе внутреннего сгорания тепла на центровку подшипников, ход поршней и т. д. важно поддерживать температуру двигателя на каком-то определенном уровне. Кроме того, температура должна быть достаточно высокой, чтобы водяные пары в газах, проникающих из цилиндров в картер, не конденсировались, а удалялись через суфлер. В то же время температура не должна быть весьма большой, чтобы смазочное масло не портилось вследствие окисления или в результате крекинга. Для минимизации размеров радиатора желательно, чтобы система охлаждения работала при максимальной возможной температуре, чем обеспечивалась бы практически максимально достижимая разность температур между охлаждающей двигатель жидкостью и охлаждающим радиатор воздухом. С другой стороны, чтобы свести к минимуму потери при испарении охлаждающей жидкости, следует поддерживать температуру системы нилточки кипения охлаждающей жидкости. Поэтому в системе должно поддерживаться некоторое давление, не превышающее, однако, значений, допустимых из условий надежности работы простых соединительных резиновых шлангов. Опыт показывает, что оптимальной с точки зрения указанных требований является температура в интервале 82—93° С. [c.217]

    В воздушных компрессорах отложение так называемых нагаров служит причиной взрыва компрессоров. Для ликвидации возможности указанных явлений при окислении масел в двигателях внутреннего сгорания прибегают к помощи специальных так называемых моющих присадок. К числу этих присадок относятся кальциевые, магниевые или бариевые соли жирных кислот или [c.233]

    Газовой коррозии подвергаются детали газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, арматура печей и другие изделия, работающие при повышенных температурах в среде сухих газов. Газовая коррозия имеет место при горячей обработке металла (прокатка, отжиг, ковка, сварка) на металлургических и трубопрокатных заводах. При взаимодействии металла с кислородом,содержащимся в газах, происходит его окисление, продуктами коррозии являются окисные соединения. В отдельных случаях, например при воздействии на металл паров серы или сернистых соединений, на металле возможно образование сернистых соединений. [c.20]

    Часть энергии двигателя внутреннего сгорания клетки используется для ремонта машины . Машина состоит из структурных компоиентов, которые должны ею самовоспроизводиться. Обычно в результате горения (окисления) выделяется только тепло плюс свет и образуются продукты горения. Однако в результате биологического окисления (сгорания) помимо простого выделения тепла большое количество энергии используется для [c.14]

    В отработавших газах двигателей внутреннего сгорания может содержаться более ста разли шых химических соединений-продуктов неполного сгорания, частичного окисления и термического разложения топлива, в той или иной мере вредных для здоровья людей. [c.79]

    Вторым обстоятельством, имевшим такой же результат, нужно считать появление в это время в литературе взглядов о связи детонации в двигателе внутреннего сгорания с низкотемпературным предпламенным (т. е. до его пламенного сгорания) окислением топлива. При этом предполагалось, а впоследствии было и объективно показано, что такое предпламенное изменение топлива происходит по типу холоднопламенного окисления. В таком случае, следовательно, рациональные поиски путей борьбы с детонацией, этим грозным фактором, лимитирующим развитие [c.159]

    На процессах окисления — восстановления основана работа широко распространенных химических источников электрического тока — свинцового и щелочного аккумуляторов. Это также гальванические элементы, но материалы в них подобраны с таким расчетом, чтобы была возможна максимальная обратимость процесса, иными словами, чтобы многократное повторение циклов зарядки и разрядки совершалось без необходимости добавления участвующих в их работе веществ. В настоящее время аккумуляторы получили широкое разнообразное применение в различных областях народного хозяйства. Они являются необходимой принадлежностью всех машин, на которых установлены двигатели внутреннего сгорания. Шахтные электровозы, грузовые электрокары, подводные лодки также работают на использовании свинцовых аккумуляторов. Не менее широкое распространение имеет свинцовый аккумулятор и в повседневной лабораторной практике, так как является дешевым и удобным источником тока. [c.271]

    Химические реакции широко используются во многих производственных процессах. Они (например, процессы окисления, коррозии и др.) протекают при работе многих установок, машин и приборов. Получение электроэнергии, топлива, металлов, различных материалов, продуктов питания и т. п. непосредственно связано с химическими реакциями. Например, в настоящее время электрическую и механическую энергии получают в основном преобразованием химической энергии природного топлива. В процессе этого преобразования происходят сложные химические реакции горения, взаимодействия воды и ее примесей с металлами и т. п. Без понимания этих процессов невозможно обеспечить эффективную работу электростанций и двигателей внутреннего сгорания. Велика роль химических процессов и в атомной энергетике, значение которой непрерывно возрастает. [c.8]

    При сгорании алканов на воздухе они окисляются до диоксида углерода и воды (на практике обычно не достигается полное сгорание, так что одним из продуктов окисления является оксид углерода). Жизнь современного человеческого общества неотделима от этого процесса. Получаемая с его помощью энергия используется для совершения работы (например, в двигателях внутреннего сгорания и дизелях) или для получения тепла (отопление метаном, газовые плиты на пропане и бутане, котельные на нефти). При полном сгорании углеводородов выделяется большое количество энергии, как видно из примера полного окисления метана  [c.119]

    Процесс получения смесей окиси углерода и водорода частичным окислением природного газа (метана), поставляющий исходный продукт для проведения синтеза по Фишеру — Тропшу, в промышленном масштабе, играет в настоящее время очень большую роль з обеспечении двигателей внутреннего сгорания горючим эта роль в будущем может стать решающей. Подробности об этом процессе сообщаются ниже. Реакция протекает по уравнению [c.439]

    Температура масла в системах смазки в ряде случаев остается во время работы относительно невысокой в системе смазки паровых турбин 45—70 °С, в трансформаторах 60—90 °С, в картере двигателей внутреннего сгорания не выше 150 °С [80]. В связи с этим скорость окисления масел в этих системах сравнительно невелика, и соответственно срок бессменной службы масел может быть значительным, достигая, например, в турби- не 15—25 тыс. ч. [c.70]

    В последние годы в связи с широким развитием исследований по точному определению физических свойств углеводородов и по изучению их окисления и поведения в двигателях внутреннего сгорания многие углеводороды были получены в очень чистом виде. Ббльшая часть этой препаративной работы была проведена по Проектам 6 и 44 Американского нефтяного института. Работа, проводившаяся Национальным бюро стандартов, включала получение и исследование углеводородов для Национального консультативного комитета по аэронавтике и Исследовательской лаборатории воздушных двигателей. В Англии во время второй мировой войны ряд углеводородов готовился в лабораториях некоторых университетов и нефтяных компаний при координации этой работы со стороны Технического консультативного комитета Министерства воздушных сил. Впоследствии эта работа была продолжена группой исследования углеводородов Института нефти. [c.398]

    Смазочные масла отбираются обыкновенно в довольно широких пределах температур кипения или уд. весов, а потому говорить об их однородности совершенно невозможно. В смазочных маслах, особенпо в смешанных, могут присутствовать углеводороды разной степени летучести, и при юздействии высоких температур, напр., при действии перегретого пара, масла moi t терять часть своих компонентов, приобретая, вместе с тем, и большую вязкость грубо говоря, вязкость растет с температурой кипения. В некоторых случаях, как, папр., в двигателях внутреннего сгорания, масла могут также подвергаться процессам разложения — подобные крэкинг-процессы тоже могут изменять первоначальную вязкость в обе стороны. Без остатка при пагревапии масел на воздухе ни одно не ис-испаряется совершенно кроме простого испарения возможны и доказаны процессы окисления и осмоления, приводящие к продуктам различной летучести. [c.273]

    Изучение течений с переменным расходом и химическими превращениями представляет большой интерес для развития теории химических реакторов и возможности их расчета. Нами сделана попытка построения приближенной модели аэротермо-химического процесса в контактном аппарате радиального типа, используемого для обезвреживания отработавших газов двигателей внутреннего сгорания каталитическим окислением. [c.80]

    Стойкость масел к воздейстпию кислорода характеризуют следующие показатели общая склонность масел к окислению кор-розиониая активность масел склонность к лакообразованию склонность к образованию осадка в двигателях внутреннего сгорания. Для определения этих показателей предложен комплекс методов лабораторных и моторных испытаний. [c.351]

    С. Крейн и Р. Линштейн [70] отмечают, что в двигателе внутреннего сгорания небольшая часть масла подвергается в зоне поршневых колец глубокому окислению в тонком слое при высокой температуре с образованием продуктов окислительной конденсации, являющихся источником высокотемпературных осадков и первопричиной образования лака. [c.582]

    В 1934 г. Мак-Николь, Уильямс и Ламарк [290] предложили оценивать склонность масел образовывать лаки в зоне поршневых колец двигателей внутреннего сгорания окислением масла в тонком слое в металлической чашке при температуре до 240° и определением прочности пленки по усилию, которое нужно приложить для отрыва кольца (при помощи рыча кного безмена), заложенного в масло перед началом опыта. [c.582]

    Несмотря на В озможность использования указанных присадок к вырабатываемым на нефтезаводах маслам предъявляются специальные требования на стабильность против окисления. Однако это относится далеко не ко всем маслам. Так, например, масла, применяемые в проточных или кольцевых системах смазки, работающие лри невысоких температурах, практически за время пребывания их на смазываемых деталях не подвергаются окислению. Поэтому нецелесообразно к таким (индустриальным) маслам предъявлять требования на стабильность. Наоборот, для масел, применяющихся в циркуляционных системах смазки (паровые турбогенераторы, современные металлообрабатывающие станки), в двигателях внутреннего сгорания, в трансформаторах установлены в спецификациях определенные нормы на стабильность против окисления. Характеристика стабильности выражается обычно в процентах осадка и кислотным числом масла, определяемых после окисления его в специальных лабораторных условиях. [c.234]

    В иностранных спецификациях приняты нормы на стабильность против окисления для всех масел, предназнач енных для работы в двигателях внутреннего сгорания. [c.235]

    Сжигание топлива в топках паровых котлов и двигателях внутреннего сгорания, электролитическое осаждение металлов, процессы, происходящие в гальванических элементах и аккумуляторах, включают реакции окисления - восстановления. Получение простых веществ (железа, хрома, марганца, никеля, кобальта, вольфрама, меди, серебра, цинка, серы, хлора, иода и т. д.) ценных химических продуктов, например аммиака, щелочей, сернистого газа, азотной, серной и других кислот, основано на окислительно-восстановительных реакциях. Производство строительных материалов, пластических масс, удобрений, медикаментов И т. д. было бы невозможно без использования окисли-тельно-восстановительных процессов. На процессах окисления — восстановления в аналитической химии основаны методы объемного анализа перманганатометрия, ио,дометркя, броматометрия и др., играющие важную роль при контролировании производственных процессов и выполнении научных исследований. [c.75]

    Моющие, антипагарные или диспергирующие присадки. Масла для двигателей внутреннего сгорания эксплуатируются в условиях, способствующих их глубокому окислению и термическому разложению, что и конечном итоге приводит к отложениям различного рода осадков, нагаров и образованию лаковых пленок на деталях двигателей. [c.100]

    Между строением углеводородов и их пригодностью в качестве моторного топлива существует определенная зависимость. Наиболее пригодны углеводороды, стойкие по отношению к окислению, т. е. такие, которые в смеси с воздухом (карбюрированная смесь) сгорают равномерно и сравнительно медленно. В двигателе внутреннего сгорания в момент максимального сжатия карбюрированная смесь зажигается от электрозапала, и газы сгорания совершают нужную работу. Часто в случае неподходящего топлива горение бензиновоздушной смеси переходит во взрыв. Это нежелательное явление называется стуком, звоном или детонацией, а топливо, вызывающее его,—детонирующим топливом. Детонация очень вредна для моторов, так как она уменьшает их мощность, дает нагары и неполное сгорание. [c.187]

    Наконец, третьей, также первоочередной задачей, которая в середине 30-х годов встала перед исследованием, являлось выяснение химической и кинетической природы отличий, установленных к этому времени для верхне- и нижнетемпературных процессов окисления углеводородов. Помимо интереса познавательного характера, немаловажной причиной остроты, которую приобрел этот вопрос, явилось уже давно имевшееся в литературе представление о связи детонации в двигателе внутреннего сгорания с процессами медленного окисления, протекающими впереди фронта пламени в еще не сгоревшей части топливо-воздушно смеси. Эта идея, после открытия явления двухстадийного низкотемпературного воснламенения была рядом авторов расширена дополнительным и впоследствии экспериментально подтвержденным предположением о том, что в случае детонационного режима предпламенное окисление топлива в двигателе протекает по механизму нижнетемпературного окисления. Это несомненно придало актуальность задаче изучения сходства и различия в химизме процессов, составляющих содержание верхне- и нижнетемпературного окисления углеводородов. [c.93]

    Одновременно со схемой Пиза в том же 1935 г. появилась еще одна радикально-цепная схема, предложенная для случая низкотемпературного окисления парафиновых углеводородов. Автором ее явился Уббелодэ [43], незадолго до этого исследовавший совместно с Эгертоном и Смитом предпламенные процессы, протекающие в топливо-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания [60]. В этой работе авторы в согласии со взглядами, развивавшимися Эгертоном с 1928 г. [61], констатируют при работе двигателя на детонационном режиме в последней еще не сгоревшей части тонливо-воздушного заряда в момент, предшествующий прохождению пламени, наличие очень незначительных количеств органических алкильных перекисей, подобных гидроперекиси этила. Эти перекиси и являются по мнению авторов ответственными за возникновение детонации. Предпламенные процессы, протекающие в последней части топливо-воздушного заряда до ее под7кигания подошедшим фронтом пламени, представляют собой медленное окисление углеводородного топлива. Таким образом, полученные результаты, казалось, подтверждали образование в ходе окисления углеводородов, при температурах порядка нескольких сот градусов, гидроперекисей алкилов, которые, естественно, должны рассматриваться, как первичные стабильные продукты окислений [c.112]

    Приведенные выше факты, противоречащие перекисной концепции М. Б. Неймана, не помешали ее широкому распространению в литературе. В известной мере это объясняется тем, что взгляды М. Б. Неймана на химизм холоднопламенного окисления и двухстадийпого низкотелшератур-ного воспламенения были поддержаны исследователями, изучаюиц1ми процессы горения в двигателе внутреннего сгорания. В связи с этим ниже приводится краткое рассмотрение экспериментальных фактов и другой научной аргументации, выдвинутой в литературе по двигателям внутреннего сгорания в пользу концепции, развитой М. Б. Нейманом. [c.178]

    Протекание окислепия углеводородов путем ступенчатого окисления образующихся из них альдегидов не может объяснить происхождения детонации в двигателе внутреннего сгорания, так как альдегиды не оказывают продетонационного эффекта [4]. [c.204]

    Резкое влияние на развитие цепных процессов оказывает добавление (или удаление) примесей, способных химически взаимодействовать с активными частицами. Так, окисление СО или На кислородом по цепному механизму прекращается в результате глубокого высушивания смеси. Добавление тетраэтилсвинца к бензовоздушной смеси препятствует детонации (преждевременному воспламенению смеси в цилиндре двигателей внутреннего сгорания) потому, что образующиеся при термической деструкции тетраэтилсвинца метильные радикалы реагируют с активными частицами в цепном процессе окисления и [c.272]

    Жаростойкость — стойкость по отношению к газовой коррозии при высоких температурах. Жаропрочность — свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры. Основное средство защиты металлов от газовой коррозии — легирование такими компонентами, которые улучшают свойства защитных пленок, образующихся при окислении металла. Для стали такими элементами являются хром, алюминий, кремний. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и образуют при этом плотные защитные пленки оксидов. Хром и кремний улучшают также жаропрочность сталей. Стали, легированные 4—9% хрома, молибденом или кремнием, применяют, например, в парогенераторо- и турбостроении. Сплав, содержащий 9—12% хрома, применяется для изготовления лопаток газовых турбин, деталей реактивных двигателей, в производстве двигателей внутреннего сгорания и т. п. [c.218]

    В заключение отметим, что в настоящее время широкое распространение получают вещества, замедляющие нежелательные для нас процессы (например, коррозию металлов, прогоркание пищевых жиров, окисление каучуков и других полимеров), но в ходе реакции сами претерпевающие известные изменения. Такие вещества получили название ингибиторов (лат. пЫЬеге —удерживать). К числу ингибиторов относится, например, тетраэтилсвинец РЬ(С2Н5)4 — противодействует детонации топлива в двигателях внутреннего сгорания а-нафтол предохраняет крекинг-бензин от окисления и смолообразования, что понизило бы его качество, и т. д. [c.143]

chem21.info


Смотрите также