BE1024093A1

BE1024093A1 - Additifs de carburant pour le traitement de dépôts internes d'injecteurs de carburant

Info

Publication number: BE1024093A1
Application number: BE20160165A
Authority: BE
Inventors: Xinggao Fang; Scott D Schwab
Original assignee: Afton Chemical Corp
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2017-11-14
Also published as: CN106916610A; CN106916610B; BE1024093B1; US9873848B2; US20170158977A1; GB201620651D0; GB2546866A; SG10201610156XA; GB2546866B

Abstract

Procédés pour améliorer la performance des injecteurs, décoller les injecteurs de carburant et réduire une quantité de dépôts de carboxylate de métal alcalin sur les composants internes d’injecteurs de carburant, en utilisant un carburant diesel comprenant de 45 à 550 ppm en poids d'un additif constitué essentiellement d’un composé de la formule : dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone. L’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KO H/g. G OH Q

Description

ADDITIFS DE CARBURANT POUR LE TRAITEMENT DE DÉPÔTS INTERNES

D’INJECTEURS DE CARBURANT DOMAINE TECHNIQUE : L’invention concerne certains additifs de carburant diesel et des procédés de nettoyage et/ou de prévention des dépôts internes dans les injecteurs de moteurs fonctionnant au carburant diesel. En particulier, la divulgation concerne des procédés qui sont efficaces contre les dépôts internes dans les injecteurs de moteurs fonctionnant avec des carburants diesel à teneur ultrabasse en soufre. CONTEXTE ET RÉSUMÉ :

Afin de satisfaire aux exigences de plus en plus rigoureuses en matière d’émission des moteurs diesel, les fabricants d’équipement d’origine (OEM) ont introduit des systèmes d’injection de carburant à rampe commune, qui génèrent des pressions allant jusqu’à 2 000 bar (29 000 psi). En outre, les systèmes de dosage de carburant sont devenus plus complexes, impliquant souvent des injections multiples par cycle. Les injecteurs de carburant utilisant des pressions élevées et permettant un dosage précis du carburant nécessitent des tolérances très étroites à l’intérieur de l’injecteur. Par exemple, les injecteurs de carburant à haute pression peuvent avoir un diamètre de trou d’injecteur moyen inférieur à 160 pm et un jeu le plus petit moyen entre l’aiguille d’injecteur et le corps d’injecteur inférieur à 10 pm. Ces conceptions ont rendu les injecteurs plus sensibles à la contamination par les particules de carburant. En conséquence, les préoccupations en matière de performance des injecteurs concernent toutes les catégories de véhicules à moteur diesel comprenant, mais sans s’y limiter, les véhicules de passagers diesel légers, les parcs de véhicules routiers, le matériel d’exploitation minière, le matériel d’exploitation agricole, le matériel de chemin de fer et les moteurs marins pour la navigation intérieure.

Deux types de dépôts distincts ont été identifiés dans les injecteurs de carburant. Un type de dépôt est un dépôt carboné dur, qui est observé sur les pointes et à l’extérieur des injecteurs de carburant. Ce dépôt carboné résulte de la dégradation du carburant. L’autre type de dépôt est un dépôt cireux, blanc à jaune, qui se présente sous l’aspect d’un mince film sur les surfaces internes des aiguilles d’injecteur à rampe commune sous haute pression (HPCR) et des pistons de commande, principalement dans les zones de jeu le plus faible de l’intérieur des injecteurs ou sur la soupape pilote des injecteurs.

En l’absence de traitement, les dépôts internes peuvent entraîner une importante baisse de puissance, une baisse de l’économie de carburant et, en cas extrêmes, un allongement de la durée d’immobilisation et une augmentation des frais de maintenance, en raison du remplacement prématuré d’« injecteurs bloqués ». On pense que les dépôts internes sont dus à l’interaction de certains inhibiteurs de corrosion, composants de biocarburants et modificateurs de friction acides courants, ou d’autres composants carboxyliques utilisés dans le carburant avec des traces de sels de métaux alcalins, qui forment des sels qui sont relativement insolubles dans le diesel à teneur ultrabasse en soufre (ULSD) par rapport à la meilleure solubilité de ces sels dans les carburants à teneur plus élevée en soufre. Les dépôts internes peuvent être principalement composés de sels de sodium d’acides alcényl-succiniques. Le sodium peut se retrouver dans le carburant diesel à partir d’un certain nombre de sources, dont les transporteurs de sel de raffinerie, les fonds d’eau de réservoirs de stockage et l’eau de mer utilisée comme lest. Lorsque des sels de cette espèce sont présents dans un carburant qui est utilisé dans un moteur à rampe commune sous haute pression (HPCR), ils peuvent avoir tendance à se déposer dans les zones à tolérance très étroite des injecteurs. Ces dépôts peuvent entraîner un blocage des injecteurs de carburant ou une mauvaise injection de carburant, qui peut à son tour entraîner une perte de puissance, une perte d’économie de carburant, un fonctionnement irrégulier des moteurs et, à terme, une durée d’immobilisation et des coûts de maintenance excessifs des véhicules. Bon nombre de détergents conventionnels tels que des détergents succinimidiques, des détergents de Mannich et des détergents à base de sels d’ammonium quaternaire ne sont pas particulièrement efficaces aux doses conventionnelles pour l’élimination des dépôts de sels de métaux alcalins des composants internes des injecteurs de carburant. En outre, l’utilisation de ces détergents à des doses excessivement élevées peut s’avérer préjudiciable aux composants des moteurs. En conséquence, il existe un besoin permanent de détergents qui éliminent efficacement les dépôts internes sans nuire aux autres composants des moteurs.

Conformément à l’invention, des formes de réalisation illustratives mettent à disposition un procédé de nettoyage des composants internes d’un injecteur de carburant et d’amélioration des performances des injecteurs pour un moteur diesel. Le procédé comprend le fonctionnement du moteur diesel avec une composition de carburant contenant 1) une quantité importante ou moyenne de carburant diesel possédant une teneur en soufre égale ou inférieure à 50 ppm en poids et contenant environ 0,1 à 2 ppm en poids de métal alcalin sous forme de sel et 2) environ 45 à environ 550 ppm en poids par rapport au poids total de la composition de carburant d’un composé additif de carburant de la formule :

dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone. L’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KOH/g. Les injecteurs de carburant du moteur diesel à injection de carburant possèdent un diamètre de trou d’injecteur moyen inférieur à 160 pm et un jeu le plus petit moyen entre l’aiguille et le corps d’injecteur inférieur à environ 10 pm Par exemple, le jeu d’un injecteur d’un moteur DW-10C est compris dans l’intervalle d’environ 2,5 à environ 3 pm.

Une autre forme de réalisation de l’invention met à disposition un procédé de décollage des injecteurs de carburant d’un moteur diesel à injection de carburant et de récupération de la puissance de moteur perdue en raison de la présence de dépôts à l’intérieur des injecteurs. Le procédé comprend le fonctionnement du moteur diesel avec une composition de carburant qui comprend 1) une quantité importante de carburant diesel possédant une teneur en soufre égale ou inférieure à 50 ppm en poids et environ 0,1 à 2 ppm en poids de métal alcalin sous forme de sel et 2) environ 45 à environ 550 ppm en poids par rapport au poids total de la composition de carburant constitué essentiellement d’un composé de la formule :

dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone. L’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KOH/g. Les injecteurs de carburant du moteur diesel à injection de carburant possèdent un diamètre de trou d’injecteur moyen inférieur à 160 pm et un jeu le plus petit moyen entre l’aiguille et le corps d’injecteur inférieur à environ 10 pm, dans lequel les injecteurs de carburant ne sont pas bloqués après le nettoyage, et dans lequel au moins 20 % de la puissance perdue est récupérée en 8 heures selon un essai DW10 utilisant un sel de sodium comme dopant.

Une autre forme de réalisation de l’invention met à disposition un procédé de réduction d’une quantité de dépôts de sels de métaux alcalins sur les composants internes d’un injecteur de carburant pour un moteur diesel à injection de carburant. Le procédé comprend le fonctionnement du moteur diesel avec une composition de carburant comprenant 1) une quantité importante de carburant contenant environ 0,1 à 2 ppm en poids de métal alcalin sous forme de sel et 2) environ 45 à environ 550 ppm en poids par rapport au poids total de la composition d’un additif de carburant constitué essentiellement d’un composé de la formule

dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone. L’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KOH/g. Les injecteurs de carburant du moteur diesel à injection de carburant possèdent un diamètre de trou d’injecteur moyen inférieur à 160 pm et un jeu le plus petit moyen entre l’aiguille et le corps d’injecteur inférieur à environ 10 pm.

Un avantage de l’additif de carburant décrit dans la présente invention consiste en ce que l’additif peut non seulement réduire la quantité des dépôts internes se formant sur les injecteurs de carburant diesel directs et/ou indirects, mais l’additif peut également s’avérer efficace pour le nettoyage des injecteurs de carburant sales et le rétablissement de la puissance de moteur perdue. Les avantages inattendus de l’additif de carburant décrit dans la présente invention sont tout à fait surprenants étant donné que des doses bien plus élevées sont généralement nécessaires pour que des détergents conventionnels soient efficaces pour le nettoyage d’injecteurs de carburant sales et/ou le rétablissement de la puissance de moteur perdue.

Des formes de réalisation et des avantages de l’invention additionnels peuvent être exposés en partie dans la description détaillée ci-après, et/ou peuvent être appris par la pratique de l’invention. Il faut bien comprendre que tant la description générale qui précède que la description détaillée qui suit ne sont qu’illustratives et explicatives et ne limitent pas l’invention telle qu’elle est revendiquée.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE FORMES DE RÉALISATION ILLUSTRATIVES

Les compositions de la présente demande qui peuvent être utilisées en tant qu’additif dans une proportion minime dans un carburant comprennent des composés d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle de la formule

dans laquelle R est un groupe hydrocarbyle et dans laquelle l’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KOH/g, par exemple d’environ 80 à environ 260 mg de KOH/g ou d’environ 120 à environ 250 mg de KOH/g. Le groupe hydrocarbyle peut être un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone, par exemple de 30 à 70 atomes de carbone.

Le terme « groupe hydrocarbyle » ou « hydrocarbyle », tel qu’il est utilisé ici, est employé dans son sens ordinaire, qui est bien connu des spécialistes du domaine. En particulier, il fait référence à un groupe comportant un atome de carbone directement attaché au restant d’une molécule et possédant un caractère hydrocarbure prépondérant. Des exemples de groupes hydrocarbyle comprennent des substituants hydrocarbure, c’est-à-dire des substituants aliphatiques (par ex. alkyle ou alcényle), alicycliques (par ex. cycloalkyle ou cycloalcényle), des substituants aromatiques, aliphatiques et aromatiques à substitution alicyclique, ainsi que des substituants cycliques, dans lesquels le noyau est complété via une autre portion de la molécule (par ex. deux substituants forment ensemble un radical alicyclique). En général, pas plus de deux substituants non hydrocarbure ou à titre d’exemple supplémentaire, pas plus d’un substituant non hydrocarbure, ne sont présents par dix atomes de carbone dans le groupe hydrocarbyle ; dans certaines formes de réalisation, il n’y a pas de substituant non hydrocarbure dans le groupe hydrocarbyle.

Les termes « carburants biorenouvelables » et « carburants biodiesel », tels qu’ils sont utilisés ici sont compris comme signifiant tout carburant issu de ressources autres que le pétrole. Ces ressources comprennent, mais sans s’y limiter, le maïs, les graines de soja et d’autres cultures ; des herbacées telles que le panic raide et le miscanthus, et des herbacées hybrides ; des algues, des algues marines, des huiles végétales, des graisses naturelles et des mélanges de ceux-ci. Dans un aspect, le carburant biorenouvelable peut comprendre des alcools monohydroxylés tels que ceux qui comportent de 1 à environ 5 atomes de carbone. Des exemples non limitatifs d’alcools monohydroxylés appropriés comprennent le méthanol, l’éthanol, le propanol, le n-butanol, l’isobutanol, l’alcool t-butylique, l’alcool amylique et l’alcool isoamylique. En outre, le carburant peut contenir d’environ 0,1 à environ 0,2 ppm en poids de métal sous la forme de sels, comme par exemple d’environ 0,2 à environ 1 ppm en poids ou d’environ 0,4 à environ 0,8 ppm en poids sous la forme de sels, par rapport au poids total de la composition de carburant.

Le terme « quantité importante » ou « quantité majeure » tel qu’il est utilisé ici doit être compris comme signifiant une quantité égale ou supérieure à 50 % en poids, par exemple d’environ 80 à environ 98 % en poids, par rapport au poids total de la composition. En outre, le terme « quantité minime » tel qu’il est utilisé ici doit être compris comme signifiant une quantité inférieure à 50 % en poids, par rapport au poids total de la composition.

Le terme « sels ou dépôts de sel » tel qu’il est utilisé ici doit être compris comme signifiant des sels carboxylates de métaux alcalins essentiellement dérivés du sodium et du potassium, mais pouvant comprendre d’autres sels de métaux alcalins. La quantité de métal alcalin sous forme de sel dans la composition de carburant peut s’étendre d’environ 0,1 à environ 2 ppm en poids, comme par ex. d’environ 0,2 à environ 1 ppm en poids ou d’environ 0,4 à environ 0,8 ppm en poids de métal alcalin sous la forme d’un sel carboxylate.

Les composés d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle utilisés comme additifs de carburant sont choisis parmi des composés de la formule

dans laquelle R est un groupe hydrdcarbyle et dans lequel l’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KOH/g. Dans une forme de réalisation, le TAN du composé additif déterminé par l’ASTM D664 s’étend d’environ 80 à environ 260 mg de KOH/g, ou d’environ 120 à environ 260 mg de KOH/g, ou d’environ 50 à environ 75 mg de KOH/g, ou d’environ 50 à environ 70 mg de KOH/g, comme par ex. d'environ 55 à environ 65 mg de KOH/g. Le groupe hydrocarbyle peut être un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone, comme par ex. d’environ 20 à 80 atomes de carbone, ou d’environ 30 à 70 atomes de carbone. Des groupes hydrocarbyle illustratifs comprennent, mais sans s’y limiter, des groupes alkyle ou alcényle en C2o à C50 linéaires et ramifiés, ou des mélanges de groupes alkyle ou alcényle en C20 à C50, et des groupes hydrocarbyle polyoléfiniques dérivés d’éthylène, de propylène, d’isopropylène, de butylène et d’isobutylène possédant un poids moléculaire moyen en nombre situé dans l’intervalle d’environ 250 à environ 2 600 daltons. Dans une forme de réalisation, le groupe hydrocarbyle est un groupe polyisobutényle possédant un poids moléculaire moyen en nombre situé dans l’intervalle d’environ 400 à environ 1 000 daltons.

Lors de la formulation des compositions de carburant conformes à l’invention, le composé acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle décrit ci-dessus peut être utilisé dans une proportion qui est suffisante pour réduire ou inhiber la formation de dépôts de carboxylate de métal alcalin dans un moteur diesel. Dans certains aspects, les carburants peuvent contenir des quantités minimes du composé acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle décrit ci-dessus, qui régule ou réduit la formation de dépôts dans les moteurs, par exemples des dépôts dans les injecteurs de moteurs diesel. Les carburants diesel de la présente demande peuvent par exemple contenir, sur une base d’ingrédient actif, une quantité des composés d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle située dans l’intervalle d’environ 45 à environ 600 ppm en poids, par exemple d’environ 70 à environ 550 ppm en poids, ou d’environ 150 à environ 500 ppm, ou d’environ 300 à environ 450 ppm, ou d’environ 40 à environ 300 ppm, ou d’environ 50 à environ 150 ppm en poids sur la base d’un poids total de la composition de carburant plus l’additif. La base d’ingrédient actif exclut le poids de (i) les composants non entrés en réaction associés au produit et restant dans celui-ci tel qu’il est produit et utilisé, et (ii) le(s) solvant(s) éventuel(s) utilisé(s) dans la fabrication du composé d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle pendant ou après sa formation, mais avant l’addition d’un porteur, si un porteur est utilisé. De manière tout à fait inattendue, le composé d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle décrit ci-dessus décolle efficacement les injecteurs de carburant lorsqu’il est utilisé dans une quantité s’étendant d’environ 45 à environ 600 ppm en poids, sur la base d’un poids total de la composition de carburant.

Dans une forme de réalisation, un additif de carburant contenant le composé d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle décrit ci-dessus est essentiellement exempt de composés détergents supplémentaires comprenant, mais sans s’y limiter, des composés succinimidiques, des composés de sel interne tels que des composés de bétaïne et des composés similaires. Dans d’autres formes de réalisation, l’additif de carburant contenant le composé d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle décrit ci-dessus est essentiellement exempt de plus de 10 ppm en poids d’azote basique provenant de composés contenant de l’azote. Cela signifie que la composition de carburant peut contenir moins de 10 ppm en poids, comme par exemple moins de 5 ppm en poids ou moins de 2 ppm en poids d’azote basique provenant d’un composé contenant de l’azote, sans nuire à d’autres composants du moteur. Dans d’autres formes de réalisation, la composition de carburant et l’additif de carburant peuvent comprendre des quantités minimes de composés détergents et de composés contenant de l’azote à condition que la quantité d’azote basique fournie par ces composés n’excède pas 10 ppm en poids. Dans une autre forme de réalisation, la composition d’additif peut comprendre une quantité minime de sels d’ammonium quaternaire.

Un ou plusieurs composés supplémentaires peuvent être présents dans les compositions de carburant des formes de réalisation divulguées. Par exemple, les carburants peuvent contenir des quantités conventionnelles d’améliorants de cétane, d’inhibiteurs de corrosion, d’améliorants d’écoulement à froid (additif CFPP), d’améliorants de point d’écoulement, de solvants, de démulsifiants, d’additifs lubrifiants, de modificateurs de friction, de stabilisants de type amine, d’améliorants de combustion, d’antioxydants, de stabilisants thermiques, d’améliorants de conductivité, de désactivateurs de métaux, de colorants marqueurs, d’accélérateurs d’allumage du type nitrate organique, de composés du type manganèse-tricarbonyle cyclomatique, et de composés similaires. Dans certains aspects, les compositions de carburant décrites ici peuvent contenir environ 10 pour cent en poids ou moins ou dans d’autres aspects, environ 5 pour cent en poids ou moins, sur la base du poids total du concentré d’un ou de plusieurs des additifs ci-dessus. De même, les carburants peuvent contenir des quantités appropriées de composants de mélange de carburants conventionnels tels que du méthanol, de l’éthanol, des éthers dialkyliques et des composés similaires.

Dans certains aspects des formes de réalisation divulguées, des accélérateurs d’allumage du type nitrate organique, qui comprennent des nitrates aliphatiques ou cycloaliphatiques dans lesquels le groupe aliphatique ou cycloaliphatique est saturé et qui contiennent jusqu’à environ 12 atomes de carbone peuvent être utilisés. Les composés suivants constituent des exemples d’accélérateurs d’allumage du type nitrate organique qui peuvent être utilisés : nitrate de méthyle, nitrate d’éthyle, nitrate de propyle, nitrate d’isopropyle, nitrate d’allyle, nitrate de butyle, nitrate d’isobutyle, nitrate de sec-butyle, nitrate de tert-butyle, nitrate d’amyle, nitrate, d’isoamyle, nitrate de 2-amyle, nitrate de 3-amyle, nitrate d’hexyle, nitrate d’heptyle, nitrate de 2-heptyle, nitrate d’octyle, nitrate d’isooctyle, nitrate de 2-éthylhexyle, nitrate de nonyle, nitrate de décyle, nitrate d’undécyle, nitrate de dodécyle, nitrate de cyclopentyle, nitrate de cyclohexyle, nitrate de méthylcyclohexyle, nitrate de cyclododécyle, nitrate de 2-éthoxyéthyle, nitrate de 2-(2-éthoxyéthoxy)éthyle, nitrate de tétrahydrofuranyle et composés similaires. Des mélanges de ces matières peuvent également être utilisés.

Des exemples de désactivateurs de métaux facultatifs appropriés, utiles dans les compositions de la présente demande, sont divulgués dans le brevet U.S. n°4 482 357, publié le 13 novembre 1984, dont la divulgation est incorporée ici dans son intégralité. Ces désactivateurs de métaux comprennent par exemple le salicylidène-o-aminophénol, la disalicylidène éthylènediamine, la disalicylidène propylènediamine, le N,N'-disalicylidène-1,2-diaminopropane, les triazoles, les benzotrioles, les tolyltriazoles et les composés similaires.

Les additifs de la présente demande, dont le produit de réaction décrit ci-dessus et les additifs facultatifs utilisés dans la formulation des carburants de la présente invention, peuvent être mélangés dans le carburant diesel de base, individuellement ou dans diverses sous-combinaisons. Dans certaines formes de réalisation, les composants additifs de la présente demande peuvent être mélangés simultanément dans le carburant diesel sous la forme d’un concentré d’additifs, étant donné que cela tire parti de la compatibilité mutuelle et de la commodité offertes par la combinaison des ingrédients lorsqu’ils se trouvent sous la forme d’un concentré d’additifs. L’utilisation d’un concentré permet également de réduire la durée de mélange et diminue la possibilité d’erreurs de mélange.

Les carburants dont les carburants diesel de la présente demande peuvent être utilisés pour le fonctionnement tant des moteurs diesel stationnaires (par ex. les moteurs utilisés pour la génération de courant électrique, dans les stations de pompage, etc.) que des moteurs diesel ambulants (par ex. les moteurs utilisés pour la force motrice d’automobiles, de camions, de matériel de terrassement routier, de véhicules militaires, etc.). Les carburants peuvent par exemple comprendre n’importe quels distillats moyens, carburants diesel, carburants biorenouvelables, carburants biodiesel, carburants gazeux liquéfiés (GTL), carburant aérien, alcools, éthers, kérosène, carburants à teneur basse en soufre, carburants synthétiques tels que carburants de Fischer-Tropsch, gaz de pétrole liquéfié, hydrocarbures de soute, carburants à base de charbon liquéfié (CTL), carburants à base de biomasse liquéfiée (BTL), carburants à teneur élevée en asphaltène, carburants dérivés du charbon (coke naturel, épuré et de pétrole), biocarburants issus du génie génétique et cultures et extraits de ceux-ci, et gaz naturel. Les carburants peuvent également contenir des esters d’acides gras.

En conséquence, certains aspects de la présente demande sont dirigés vers des procédés de réduction de la quantité de dépôts de sels de métaux alcalins sur les injecteurs d’un moteur diesel possédant au moins une chambre de combustion et un ou plusieurs injecteurs directs de carburant en liaison fluidique avec la chambre de combustion. Dans un autre aspect, des améliorations peuvent également être observées dans des injecteurs indirects de carburant diesel. Dans certains aspects, les procédés comprennent l’injection d’un carburant à allumage par compression à base d’hydrocarbure comprenant l’additif composé d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle de la présente invention via les injecteurs du moteur diesel dans la chambre de combustion et l’allumage du carburant à allumage par compression. Dans certains aspects, le procédé peut également comprendre le mélange dans le carburant diesel d’au moins un des ingrédients additionnels facultatifs décrits-ci-dessus.

EXEMPLES

Les exemples ci-après sont illustratifs de formes de réalisation de l’invention mentionnées à titre d’exemple. Dans ces' exemples, de même qu’ailleurs dans la présente demande, toutes les parties et pourcentages sont en poids sauf mention contraire. Ces exemples ne sont présentés qu’à des fins illustratives et ne sont pas destinés à limiter le champ de l’invention divulguée ici.

Dans les exemples ci-après, l’effet des composés d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle sur le carburant diesel contaminé par des sels de métaux alcalins pour des systèmes de carburant à rampe commune à haute pression a été évalué. Un essai de moteur a été utilisé pour démontrer la tendance des carburants à provoquer un collage des injecteurs de carburant et a également été utilisé pour démontrer la capacité de certains additifs de carburant d’empêcher les dépôt internes sur les injecteurs ou d’en réduire la quantité. Un banc d’essai dynamométrique de moteur a été utilisé pour l’installation du moteur diesel Peugeot DW10 pour effectuer les essais de collage d’injecteur. Le moteur était un 2,0 litres comportant quatre cylindres. Chaque chambre de combustion comportait quatre soupapes et les injecteurs de carburant étaient des injecteurs DI piezo conformes à la norme Euro V. L’opération principale du protocole consistait à faire tourner le moteur pendant un cycle de 8 heures et à le laisser à l’arrêt (moteur coupé) pendant un laps de temps prescrit. La performance des injecteurs était ensuite caractérisée en mesurant la température d’échappement de chaque cylindre. Un essai était arrêté et considéré comme un échec (un ou plusieurs injecteurs collés) si la température d’échappement de n’importe quel cylindre était de plus de 65 °C supérieure à la température d’échappement de n’importe quel autre cylindre à n’importe quel moment. Un essai était également considéré comme un échec (injecteurs collés) si après avoir laissé le moteur refroidir à la température ambiante, un démarrage à froid montrait une différence égale ou supérieure à 40 °C des températures d’échappement des cylindres. Le collage de l’aiguille et donc l’échec pouvait également être confirmé en démontant l’injecteur et en déterminant subjectivement la force nécessaire pour retirer l’aiguille du boîtier de buse.

La préparation de l’essai comprenait la vidange du carburant de l’essai précédent du moteur avant de retirer les injecteurs. Les injecteurs d’essai étaient inspectés, nettoyés et réinstallés dans le moteur. Si de nouveaux injecteurs étaient choisis, ceux-ci étaient soumis à un cycle de rodage de 16 heures. Le moteur était ensuite mis en marche en appliquant le programme de cycle d’essai souhaité. Une fois que le moteur était à température, la puissance était mesurée à 4 000 tours/min et à pleine charge pour contrôler la récupération complète de la puissance après le nettoyage des injecteurs. Si les mesures de la puissance étaient conformes aux spécifications, le cycle d’essai était lancé. Le tableau 1 ci-dessous donne une représentation du cycle d’essai de collage du DW10, qui a été utilisé pour évaluer les additifs de carburant conformes à l’invention.

Tableau 1 - Représentation sur une heure du cycle d’essai de collage du DW10.

(Essai de collage des injecteurs du moteur)

Les essais de collage de buse de moteur diesel ont été réalisés à l’aide du moteur Peugeot DW10 suivant le protocole du tableau 1. On a tout d’abord fait tourner le moteur avec du carburant diesel dopé avec 0,5 ppm de sel de sodium, comme cela est décrit ci-dessus, sans additif détergent afin d’établir une situation de référence d’injecteurs de carburant bloqués. Ensuite, on a fait tourner le moteur avec le même carburant contenant l’additif détergent indiqué pendant 8 heures sauf mention contraire, Dans tous les essais, les carburants testés contenaient 200 ppm en volume de modificateur de pouvoir lubrifiant, 1 600 ppm en volume d’améliorant de cétane et 10 ppm en poids d’acide dodécényl-succinique. Au début de l’essai, l’absence de collage des injecteurs était indiquée par une température uniforme des gaz d'échappement pour tous les 4 cylindres. Toutefois, un démarrage à froid après 8 heures a révélé un collage d’injecteurs pour au moins un cylindre. Les résultats du nettoyage et de l’essai de collage des injecteurs sont présentés au tableau 2.

Exemple comparatif 1

Sel d’ammonium quaternaire obtenu à partir d’anhydride polyisobuténylsuccinique, de diméthylaminopropylamine et de salicylate de méthyle.

Exemple comparatif 2

Sel d’ammonium quaternaire du commerce censé être obtenu à partir d’anhydride polyisobuténylsuccinique, de diméthylaminopropylamine et d’oxyde de propylène.

Exemple comparatif 3

Ester/acide obtenu à partir d’anhydride polyisobuténylsuccinique et de dimethyléthanolamine.

Exemple comparatif 4

Produit de réaction d’acide oléique et de tetraéthylène pentamine dans un rapport molaire de 2:1.

Exemple comparatif 5

Acide salicylique C-is-

Exemple comparatif 6

Anhydride polyisobuténylsuccinique de PM 950

Exemple comparatif 7

Produit de réaction d’anhydride polyisobuténylsuccinique de PM 950 et de tétraéthylène pentamine dans un rapport molaire de 1,6:1.

Exemple comparatif 8

Produit de réaction d’anhydride polyisobuténylsuccinique de PM 450 et de tétraéthylène pentamine dans un rapport molaire de 2,2:1.

Exemple comparatif 9

Produit de réaction mono-acide d’anhydride succinique à substitution polyisobutylénique de PM 950 et de méthylpipérazine.

Exemple comparatif 10

Acide dodécénylsuccinique.

Exemple comparatif 11

Produit de réaction d’anhydride polyisobuténylsuccinique de PM 950 et de tétraéthylène pentamine dans un rapport molaire de 1,3:1.

Exemple 12 selon l’invention

Diacide polyisobuténylsuccinique de PM 950.

Exemple 13 selon l’invention Mélange de diacide alkénylsuccinique en C20-C24·

Exemple 14 selon l’invention

Diacide polyisobuténylsuccinique de PM 450

Tableau 2

Comme cela est montré au tableau 2, l’additif d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle (cycle 6) s’est avéré considérablement plus efficace pour l’amélioration de la récupération de la puissance que les additifs conventionnels des cycles 1-5 à une dose de 500 ppm en poids. Même à une dose plus basse de 300 ppm en poids, l’additif acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle (cycles 7-8) s’est avéré considérablement plus efficace pour la récupération de la puissance que les additifs conventionnels à une dose de 500 ppm en poids. Les additifs de l’invention des cycles 6-9 ont également été plus efficaces pour le décollage des injecteurs de carburant, alors qu’aucun des additifs conventionnels n’a été efficace pour le décollage des injecteurs de carburant.

Dans la série d’essais suivante, le dopant à base de sodium utilisé pour salir les injecteurs de carburant provenait d’un mélange de 0,5 ppm en poids de sodium (sous la forme de NaOH) et de 10 ppm en poids d’acide dodécenylsuccinique. Le cycle de nettoyage avec les additifs était effectué pendant 8 heures sauf indication contraire. Toutes les autres conditions étaient les mêmes que dans les cycles précédents. Les résultats sont présentés au tableau 3 ci-dessous.

Tableau 3

Comme le montrent les cycles qui précèdent, les exemples des cycles 17 à 21 de l’invention se sont avérés efficaces pour l’amélioration de la récupération de la puissance et le décollage des injecteurs de carburant, alors que les additifs conventionnels des cycles 10 à 16 ont présenté une récupération moindre de puissance et que les additifs des cycles 11 à 15 ont été impuissants à décoller les injecteurs de carburant.

Dans les exemples ci-après, un procédé expérimental d’essai de moteur a été utilisé pour tester la tendance du carburant à engendrer des dépôts dans les injecteurs (IDID) dans les moteurs diesel à rampe commune et à injection directe. Les modalités d'essai avaient été mises au point à l’origine par PSA Peugeot Citroën. Le moteur utilisé pour cette procédure d’essai est le PSA DW10-C. Les modalités d’essai consistaient en séquences en alternance de périodes d’arrêt suivies de démarrages à froid précédant les cycles principaux de fonctionnement du moteur. Chaque cycle principal durait 6 heures et consistait en une succession d’intervalles de « 5 min. /1 000 tours/min /10-15 N.m » et de « 25 min. / 3 750 tours/min / 110 kW ». Dans la phase de contamination de l’essai de moteur, on utilisait un carburant de référence RF-79 dopé avec 0,5 ppm en poids de sodium sous la forme de naphténate de sodium et 10 ppm en poids d’acide dodécénylsuccinique. Le cycle de moteur était poursuivi pendant 8 heures en continu et l’opération était répétée 5 fois. Pour la phase de nettoyage de l’essai, le carburant était mélangé en outre avec un détergent comme cela est indiqué dans le tableau suivant. La tendance du carburant d’essai à engendrer des dépôts (IDID) dans les injecteurs a été évaluée à l’aide des critères suivants : A. Paramètres de démarrage à froid : 1. Nombre de démarrages ratés. 2. Écart de la température d’échappement par rapport à la valeur normale pour les cylindres 1 à 4 B. Paramètres du cycle principal : 1. Nombre de calages du moteur 2. Nombre d’erreurs de l’ECU liées aux IDID générées pendant le cycle principal 3. Dérive de la position de la pédale dans les phases de basse vitesse 4. Équilibrage des injecteurs.

Le premier démarrage à froid du moteur est effectué avec du carburant de vidange et n’est pas évalué. Un système numérique a été utilisé avec les critères ci-dessus afin de calculer un score variant de 0 à 10, 10 étant un score parfait indiquant l’absence de problèmes de dépôts internes dans les injecteurs. Les résultats sont présentés au tableau 4. Le système d’évaluation est le suivant. Démarrage à froid (pour les démarrages n° 1 à 5)

Premier démarrage : mérite = 5 et chaque démarrage raté par la suite se voit attribuer -1 démérite.

Notation de l’écart de température maximal (T) des orifices d’échappement (pour les démarrages n° 1 à 5) : Mérite = 5 si T < 30° C ; 2 si 30° C < T < 50 °C ; et 0 si T > 50°C. Cycle principal (pour les cycles n° 1 à 5)

Notation de l’opérabilité : Mérite = 5 s’il ne se produit aucun calage de moteur et aucune défaillance de l’ECU liée à des IDID, chaque défaillance de l’ECU liée à des IDID se voit attribuer une réduction de « -1 » mérite (après le 5e nettoyage du moteur). Mérite = 0 si le moteur cale (après le démarrage à froid suivant). Position maximale de la pédale (P) : Mérite = 5 si P < 25 % ; 2 si 25 % < P < 40 % ; 0 si P > 40 % Déduction du facteur maximal d’équilibrage des injecteurs (IB) : Mérite = 5 si IB < 20 tours/min ; 2 si 30 tours/min < IB < 20 tours/min ; 0 si IB > 30 tours/min

Intervalle de notation du cycle principal : Mérite = 0 à 5 pour chaque cycle principal (5 au total)

Valeur de notation globale maximale : 75 (c’est-à-dire : 5 x 10 + 5 x 5).

Notation globale = 10 x (démarrage à froid + valeurs de notation du cycle principal) / 75, donnant un résultat de 0 à 10 sur l’échelle de mérite.

Tableau 4

Selon le tableau 4, l’additif de l’invention du cycle 28, même à 50 ppm en poids, a induit une amélioration significative de la notation globale de mérite, par rapport aux cycles 23 et 25 utilisant des composés détergents conventionnels dans le carburant.

Comme cela est indiqué par les exemples précédents, les additifs de carburant contenant le composé d’acide dicarboxylique à substitution hydrocarbyle de l’invention induit une réduction étonnamment significative des dépôts internes de sels de métaux alcalins dans les injecteurs de carburant diesel lorsque les moteurs fonctionnent avec des carburants à teneur en soufre ultra-basse (ULSD) par rapport aux additifs détergents de carburant conventionnels. Les résultats qui précèdent ont montré que les additifs détergents de l’invention étaient significativement plus efficaces pour le nettoyage des injecteurs de carburant sales que les détergents conventionnels, comme cela est attesté par la récupération de puissance présentée aux tableaux 2 et 3.

Il faut noter que les formes au singulier « un », « une » « le » et « la » utilisées dans la description et les revendications jointes en annexe incluent les référents pluriels, sauf si elles sont limitées à un seul référent de manière explicite et non équivoque. Le terme « comprennent » et ses variantes grammaticales utilisés ici sont destinés à être non limitatifs, de sorte que l’énumération de termes dans une liste n’est pas destinée à exclure d’autres termes similaires qui peuvent être substitués ou ajoutés aux termes figurant dans la liste.

Aux fins de cette description et des revendications jointes en annexe, sauf mention contraire, tous les nombres exprimant des quantités, des pourcentages ou des proportions, et les autres valeurs numériques utilisées dans la description et les revendications sont à comprendre comme étant modifiés dans tous les cas par le terme « environ ». En conséquence, sauf mention contraire, les paramètres numériques énoncés dans' la description et les revendications jointes en annexe ci-après sont des approximations, qui peuvent varier selon les propriétés souhaitées que l’on cherche à obtenir par la présente invention. À tout le moins, et sans tenter de limiter l’application de la doctrine ou d’équivalents au champ d’application des revendications, chaque paramètre numérique devrait au moins être interprété à la lumière du nombre de chiffres significatifs indiqués et en appliquant des techniques d’arrondi ordinaires.

Bien que des formes de réalisation particulières aient été décrites, des solutions de rechange, des modifications, des variations, des améliorations et des équivalents substantiels qui sont actuellement imprévus ou imprévisibles peuvent venir à l’esprit des demandeurs ou d’autres spécialistes de la technique. En conséquence, les revendications jointes en annexe telles qu’elles sont déposées et peuvent être modifiées sont destinées à englober toutes ces solutions de rechange, modifications, variations, améliorations et équivalents substantiels.

Claims

REVENDICATIONS

1. Un procédé d’amélioration de la performance des injecteurs d’un moteur diesel à injection de carburant comprenant le fonctionnement du moteur diesel avec une composition de carburant comprenant 1) une quantité importante de carburant diesel possédant une teneur en soufre égale ou inférieure à 50 ppm en poids et contenant environ 0,1 à 2 ppm en poids de métal alcalin sous forme de sel et 2) environ 45 à environ 550 ppm en poids par rapport au poids total de la composition de carburant d’un additif de carburant constitué essentiellement d’un composé de la formule :

dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone, dans lequel l’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KOH/g et dans lequel lès injecteurs de carburant du moteur diesel à injection de carburant possèdent un diamètre de trou d’injecteur moyen inférieur à 160 pm et un jeu le plus petit moyen entre l’aiguille et le corps d’injecteur inférieur à environ 10 pm.
2. Le procédé de la revendication 1, dans lequel R comporte de 30 à 70 atomes de carbone.
3. Le procédé de la revendication 1, dans lequel l’additif de carburant comprend moins de 10 ppm en poids d’azote basique provenant d’un composé contenant de l’azote.
4. Le procédé de la revendication 1, dans lequel la performance des injecteurs est améliorée en éliminant les dépôts internes de carboxylate de métal alcalin dans les injecteurs.
5. Le procédé de la revendication 1, dans lequel le moteur diesel à injection de carburant comprend un moteur diesel à injection directe de carburant.
6. Le procédé de la revendication 1, dans lequel l’additif possède un TAN s’étendant d’environ 100 à environ 250 mg de KOH/g.
7. Un procédé de décollage des injecteurs de carburant d’un moteur diesel à injection de carburant et de récupération de la puissance moteur perdue en raison de la présence de dépôts internes dans les injecteurs, comprenant le fonctionnement du moteur diesel avec une composition de carburant comprenant 1) une quantité importante de carburant diesel possédant une teneur en soufre égale ou inférieure à 50 ppm en poids et contenant environ 0,1 à 2 ppm en poids de métal alcalin sous forme de sel et 2) environ 45 à environ 550 ppm en poids par rapport au poids total de la composition de carburant d’un additif de carburant constitué essentiellement d’un composé de la formule :

dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone, dans lequel l’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KOH/g et dans lequel les injecteurs de carburant du moteur diesel à injection de carburant possèdent un diamètre de trou d’injecteur moyen inférieur à 160 pm et un jeu le plus petit moyen entre l’aiguille et le corps d’injecteur inférieur à environ 10 pm, dans lequel les injecteurs de carburant ne sont pas bloqués après le nettoyage et dans lequel au moins 20 % de la puissance perdue sont récupérés en 8 heures conformément à un essai de moteur DW10 utilisant du sel de sodium comme dopant.
8. Le procédé de la revendication 7, dans lequel le moteur diesel à injection de carburant est un moteur diesel à injection directe de carburant.
9. Le procédé de la revendication 7, dans lequel R comporte de 40 à 80 atomes de carbone.
10. Le procédé de la revendication 7, dans lequel le sel de métal alcalin comprend un sel carboxylate de sodium et dans lequel l’additif élimine efficacement les dépôts de sel carboxylate de sodium des composants internes des injecteurs de carburant dans un système d’injection de carburant à haute pression.
11. Un procédé pour réduire une quantité de dépôts de sels de métaux alcalins sur les composants internes d’un injecteur de carburant pour un moteur diesel à injection de carburant comprenant le fonctionnement du moteur diesel avec une composition de carburant comprenant 1) une quantité importante de carburant contenant d’environ 0,1 à 2 ppm en poids de métal alcalin sous forme de sel et 2) environ 45 à environ 550 ppm en poids par rapport au poids total d’une composition de carburant d’un additif constitué essentiellement d’un composé de la formule :

dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle comportant de 20 à 170 atomes de carbone, dans lequel l’additif possède un indice d’acide total (TAN) s’étendant d’environ 50 à environ 290 mg de KOH/g et dans lequel les injecteurs de carburant du moteur diesel à injection de carburant possèdent un diamètre de trou d’injecteur moyen inférieur à 160 pm et un jeu le plus petit moyen entre l’aiguille et le corps d’injecteur inférieur à environ 10 pm.
12. Le procédé de la revendication 11, dans lequel le moteur diesel à injection de carburant est un moteur diesel à injection directe de carburant.
13. Le procédé de la revendication 11, dans lequel le carburant est un carburant diesel à teneur ultrabasse en soufre.
14. Le procédé de la revendication 11, dans lequel la composition de carburant est essentiellement exempte de composés détergents succinimidiques.
15. Le procédé de la revendication 11, dans lequel l’additif de carburant comprend moins de 10 ppm en poids d’azote basique provenant d’un composé contenant de l’azote.