CA2211909A1 - Utilisation d'un compose de cerium pour la protection des moteurs a combustions interne - Google Patents
Utilisation d'un compose de cerium pour la protection des moteurs a combustions interneInfo
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Abstract
A method for protecting internal combustion engines using a compound selected for its solubility or pseudo-solubility in liquid hydrocarbons, and added to the internal combustion engine fuel supply in a sufficient concentration to form a solution, sol, suspension or emulsion of a cerium compound, in such a way that the concentration of cerium in said fuel is of at least 5 and preferably at least 10 ppm (by weight). The method is useful for controlling corrosion.
Description
W 096/26255 PCT~R96100273 UTILISATION D'UN COMPOSE DE CERIUM POUR LA PROTECTION
DES MOTEURS A COMBUST~ONINTERNE.
La presente invention a pour objet un ~,uce~ié de proteotion des moteurs à
combustion inteme.
Elle a plus particulièrel"enl pour obiet l'arlplic~tion d'un additif à base de Cérium à la pro~e~ Lion des moteurs contre l'usure et l'oxydation.
Parmi les problèmes a résoudre pour au~u~,,,enler la longévité des moteurs il convient de faire une place particulière à l'a"~cl,e,nent progressif des ",al~riaux constitutifs des pièces en mouvement du moteun En particulier cette élimination des couches superficielles des ~l~atériaux est particulière",enl aiguë pour les parties qui sont en conlaol avec les gaz decombustion inteme avant ou après la phase de combustion~
Ces g~ sont en effet très ag,essir~ vis-à-vis des ~ es constit~tifs des cl,a,nbres d'explosion ce qui conduit à utiliser des ",atgriaux de plus en plus sopl ,isli~ués très co~ ~te! ~ et ce sans que cela pe~ melle de résoudre les problèmes.
Parmi les agressiGi,s que subit le moteur on peut citer d'une part celle purement ~é~nique occ~cionnée par le r,ulle",e"l de deux pièces en mouvement de dureté similaire et celle liée aux varidliG"s de di."e. .siG" en raison de la d,rrért:nce de te-"perallJre considérable entre un moteur au repos et un moteur en ",at~.e.
C'est pourquoi un des buts de la prése-~le invention est de foumir des additifs qui permettent de suy~,i,.,er ou de réduire l'abrasiGn réciproque des pièces en mouvement Une autre cause de dégradation des surfaces du moteur est due à
l'oxydation parfois sélective des métaux constitutifs des alliages u~ sés c'est pourquoi un autre but de la présente invention est de foumir un additif qui pe""elle de réduire les pherlolllènes d'oxydation à la surface des pièces mises en c~ aL~l avec les gaz de combustion d'un comh~ ~stihle h~dr~ca, 6O,.é
Un autre but de la presente invention est de fournir un additif du type précedent qui permette d'alléger le cahier des charges pesant sur les alliages constitutifs des pièces en mouvement des moteurs.
Ces buts et d'autres qui apparaitront par la suite sont dlle..)ts par l'utilis~tion d'un additif contenc"t au moins un co"",osé de Cérium pour la proteotion des moteurs contre l'usure et l'oxydation lequel c~",~osé est choisi de _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ W 096/2625S PCTA~R96/00273 manière qu'il soit soluht~ ou pseud~sol~hl~ dans les hy~ ures li~ es et introduit dans le carburant ali,-,e-)lanl la moteur à combustion inteme a une co,.ce"lralio-) de l~ldllielt: à former une sol~tion un sol une sus,uension ou une émulsion d'un co""~ose du Cerium et ce à une ~nc8.~Lralio~ telle que le cérium 5 soit prése-,t dans le dit car_urant à une conce"~alion au moins égale à 5 de prefére"cs à 10 P.P M.(en masse).
L'expression de "pseudo-sol~hle" vise les sus~ensior,s ou les émulsions qui bien que ne constituant pas des sslutions au sens strict du terme ont une st~hilite dans les hyd,ucd,bures su~ris~"le pour que pendant l'lltilis~tion d'un10 plein dans des conditions normales aucune ",odiricalion signiricali~Je de l'émulsion ou de la suspensio" n'ait lieu.
Ava,.~ eusemenl la COIlOelllldliûll en Cérium du comh~stible est co.,.prise entre 10 et 500 de préférence de 50 a 200 parties par million (en masse).
ll est envisa~eable d'oble- ~ir des bo.u ~es ~ ol~tions à partir de solutions desels de cérium lll à co, IdiliGn que ces de~ "iere5 soient stables dans les carburants usuels et "o~"""e~,t les ~oles usuels. Si l'on ne maîtrise pas la forme sous laquelle ils sont peu de temps après leur introd~ction dans le comh!)stihle en genéral le g~ole, il esl,ureféraL~le d'ajouter le ~""~osé du cérium 20 au demier ",o",en~ ou de ",anière e~te",~uùrdnee.
Lorsque ledit cs",posé du cérium est choisi parmi les co",{~osés de cerium IV il présente en outre l'avan~age d'être ~ ssible à des niveaux de forte concenlrdlion ce qui réduit la taille du réservoir nécess~;~ en cas d'intludurtion ex~e",po,d"ée. Ainsi il est possible d'ob~e--ir de concer,lrdliol. pouvant a~lei"dr~
15% en cérium fréque",-.. e,.~ 20% Yoire 30%.
Un autre aYantage des co---posés tétravalents est une la stabilité supérieure a celle des trivalents.
Les bonnes protections préferées sont celles obtenues par combustion d'un corr~hllstihle ou carburant (co"tenan~ ou non des additifs co",---e le gazole) 30 conlel,d"~ au moins un co",pose du cérium IV (sous forme de sol ou de solution) tel que par exemple ceux décrits dans la demande de brevet européen deposée au nom de la demanderesse sous le N~ 83 401 152Ø
Il a été montré au cours de l'étude qui a mené à la prese,-te invention 35 qu'avanta~eusement ledit composé du cérium IV est c~oisi parmi les sols.
Pour obte,.ir une bonne p,otect;ol" on préfère bnûler les sols obtenus par dilution de ~,rerére,.ce e~e---~oranée dans un conlhustible ou carburant d'un sol ~"ce"l-e (au moins 15 à 20% d' oxyde de cérium (CeO2)) dans une ~l~ctioll W 096/26255 PCT~R96/00273 pétrolière telle que celle vendue sous la marque Solvesso ~ 150 et ~h;l;s~ par des acides gras ds C1s à C2s dQ pr~f~r~-c8 Iiné~ir~ tels que les acides oléi~es linoleiq~es et linoléniques ou sl~ ue, la taille hydrodynamique des particules fo,,,,cnl le sol étant a~,an~e~se,-,enl Co~p~i5e entre 1 et 20 milli~ ".
La co"cei-l,alion en cérium dans le corr~h~stihle et nota.. ,enl IQ 9~70~e est avan~ge~selllenl cs~p~ise entre 10 et 200 ppm dQ prerére.~ce entre 50 et 150 ppm.
Cette technique de misQ en co~tacl du C~rium avec la surface à protéger 10 d'un alliage est ~at1sposable à d'autres applications qu'à celle des moteurs, elle permet r~ola~ eill de pn~t6ger toute surface mise en c~l~lacl avec une na"""e formée par un h~.h~,l,ure liquide co"te~.a..t des co",~osés du Cérium, qui eux sont sol~ ~hles ou pseudo-soi~ ~hles Lorsqu'il n'y a pas abrasio~- cette ~rote~(ia,-, peut etrQ ~ se une fois pour 15 toute ou être renouvelée de temps à autre~
Cette proteclion est particulièrement sensible et er~i~ce lorsqu'elle est arpliql~ée à des alliages ~,.l~lla--l un métal trivalent soit de la famille du ~ --.e, soit de la famille de l'aluminium de prefére- ,ce IQ chro...e et l'aluminium Un autre but de la presenle invention est de foumir un procédé de 20 pr,.leclio,) des moteurs~
Ce but est atteint par un procédé qui co..ll~o.le les étapes s~ ssiYes ou simultanées suivantes:
-introd~çtion dans le corr~h!~stihle du moteur à combustion inteme d'un co""~osé organo-soluble ou pse~do-organo-solublQ du Cérium;
~ondilio""el"e"l du moteur par mise en rnarche de ce demier;
-ali."er,~alion par la suite du moteur par des carburants dont la teneur en Cérium est au moins egales à 10 P.P.M.
Pour ob~e"ir de bons res~t~te et que l'effet soit déte.t~l~le la duree du preco"diliG""e",ent du moteur doit etre telle que la quantité de Cérium réputée avoir lr~"silé dans le moteur soit au moins égale à 1 avant~ge~se,-,e--~ à 10 y,d""..es de ~,,érerence à 20 9 par litre de cylindrée.
Ainsi selon la présente invention on peut moduler la durée dudit .lilio.,..e...e..l en jouant sur la co-,ce"l-alicn du cérium dans IQ carburant du W 096/26255 PCT~R96/00273 moteur à combustion interne. Toutefois il est soul.A;t~ que la C~.~cenl,~ljG~ encérium n~t~3de p2S ~0 yld~ e par litre ds l~r~f~r~nc~ 19 par litre de car~urant.Si l'on désire ~-.Jilion-)er le moteur en utilis~lt l~ car~urant usuel il faut allaindr~ au moins une cinqu~"Laine d'heures de pr~férenc8 une c~,~laine 5 d'heure mais le précon-iilio.")e"...,e"l ne ~llalilus en fait qu'une marche normals penda"l laquelle la pr~teclion du moteur par le cerium n'est que peu ou pas assurée.
L' exemple non limitatif suivant illustre l'invention.
EXEMPLE
Ce test a été prévu pour évaluer les e~fets des p,u~,,ié~es du fioul et de ses 15 aJdi~ifs sur l'usure du moteur.
Les pe"~""a"ces d'usures ont été mesurées par l'analyse des traces mét~ ues dans l'huile ! ~tilisée (ici le fer).
Ce test utilise un moteur diesel V6 4.3 Olds")obile (1983) dans des c4"dilions cycli~ ~es pendal ll 130 heures.
On donne ci-apres les pdra",elres aitiques d'ntilisation Cycle du Test Tour/Minuse Te",péralure Temps de de l'Huile l'O,~erdLion Etace 1 1780 120~C max. 10 minutes Eta~e 2 1200 120~C max. 5 minutes Apres cha~ue période de 40 heures le moteur est arrêté pendant une pé, iode de 20 heures Les rés~lt~tC sont tous ,asse-"l~lés dans le t~hle- ~ suivant:
teneur en fer (en PPM) dans I huile après x heure(s) d~ ",ar~,es 40h 80h 1 20h 1 60h 200h sans additif 130 220 330 380 430 avec additif 110 180 230 240 260 20~ 40~ 1 00 1 40 1 70 s écart non siy"irica~ir ~- additif ajouté a raison de 100 PPM (en cérium conlenu) de sol oryaniq~e de diamètre hydrodynamique 10 nm (sol oléi~lue)
DES MOTEURS A COMBUST~ONINTERNE.
La presente invention a pour objet un ~,uce~ié de proteotion des moteurs à
combustion inteme.
Elle a plus particulièrel"enl pour obiet l'arlplic~tion d'un additif à base de Cérium à la pro~e~ Lion des moteurs contre l'usure et l'oxydation.
Parmi les problèmes a résoudre pour au~u~,,,enler la longévité des moteurs il convient de faire une place particulière à l'a"~cl,e,nent progressif des ",al~riaux constitutifs des pièces en mouvement du moteun En particulier cette élimination des couches superficielles des ~l~atériaux est particulière",enl aiguë pour les parties qui sont en conlaol avec les gaz decombustion inteme avant ou après la phase de combustion~
Ces g~ sont en effet très ag,essir~ vis-à-vis des ~ es constit~tifs des cl,a,nbres d'explosion ce qui conduit à utiliser des ",atgriaux de plus en plus sopl ,isli~ués très co~ ~te! ~ et ce sans que cela pe~ melle de résoudre les problèmes.
Parmi les agressiGi,s que subit le moteur on peut citer d'une part celle purement ~é~nique occ~cionnée par le r,ulle",e"l de deux pièces en mouvement de dureté similaire et celle liée aux varidliG"s de di."e. .siG" en raison de la d,rrért:nce de te-"perallJre considérable entre un moteur au repos et un moteur en ",at~.e.
C'est pourquoi un des buts de la prése-~le invention est de foumir des additifs qui permettent de suy~,i,.,er ou de réduire l'abrasiGn réciproque des pièces en mouvement Une autre cause de dégradation des surfaces du moteur est due à
l'oxydation parfois sélective des métaux constitutifs des alliages u~ sés c'est pourquoi un autre but de la présente invention est de foumir un additif qui pe""elle de réduire les pherlolllènes d'oxydation à la surface des pièces mises en c~ aL~l avec les gaz de combustion d'un comh~ ~stihle h~dr~ca, 6O,.é
Un autre but de la presente invention est de fournir un additif du type précedent qui permette d'alléger le cahier des charges pesant sur les alliages constitutifs des pièces en mouvement des moteurs.
Ces buts et d'autres qui apparaitront par la suite sont dlle..)ts par l'utilis~tion d'un additif contenc"t au moins un co"",osé de Cérium pour la proteotion des moteurs contre l'usure et l'oxydation lequel c~",~osé est choisi de _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ W 096/2625S PCTA~R96/00273 manière qu'il soit soluht~ ou pseud~sol~hl~ dans les hy~ ures li~ es et introduit dans le carburant ali,-,e-)lanl la moteur à combustion inteme a une co,.ce"lralio-) de l~ldllielt: à former une sol~tion un sol une sus,uension ou une émulsion d'un co""~ose du Cerium et ce à une ~nc8.~Lralio~ telle que le cérium 5 soit prése-,t dans le dit car_urant à une conce"~alion au moins égale à 5 de prefére"cs à 10 P.P M.(en masse).
L'expression de "pseudo-sol~hle" vise les sus~ensior,s ou les émulsions qui bien que ne constituant pas des sslutions au sens strict du terme ont une st~hilite dans les hyd,ucd,bures su~ris~"le pour que pendant l'lltilis~tion d'un10 plein dans des conditions normales aucune ",odiricalion signiricali~Je de l'émulsion ou de la suspensio" n'ait lieu.
Ava,.~ eusemenl la COIlOelllldliûll en Cérium du comh~stible est co.,.prise entre 10 et 500 de préférence de 50 a 200 parties par million (en masse).
ll est envisa~eable d'oble- ~ir des bo.u ~es ~ ol~tions à partir de solutions desels de cérium lll à co, IdiliGn que ces de~ "iere5 soient stables dans les carburants usuels et "o~"""e~,t les ~oles usuels. Si l'on ne maîtrise pas la forme sous laquelle ils sont peu de temps après leur introd~ction dans le comh!)stihle en genéral le g~ole, il esl,ureféraL~le d'ajouter le ~""~osé du cérium 20 au demier ",o",en~ ou de ",anière e~te",~uùrdnee.
Lorsque ledit cs",posé du cérium est choisi parmi les co",{~osés de cerium IV il présente en outre l'avan~age d'être ~ ssible à des niveaux de forte concenlrdlion ce qui réduit la taille du réservoir nécess~;~ en cas d'intludurtion ex~e",po,d"ée. Ainsi il est possible d'ob~e--ir de concer,lrdliol. pouvant a~lei"dr~
15% en cérium fréque",-.. e,.~ 20% Yoire 30%.
Un autre aYantage des co---posés tétravalents est une la stabilité supérieure a celle des trivalents.
Les bonnes protections préferées sont celles obtenues par combustion d'un corr~hllstihle ou carburant (co"tenan~ ou non des additifs co",---e le gazole) 30 conlel,d"~ au moins un co",pose du cérium IV (sous forme de sol ou de solution) tel que par exemple ceux décrits dans la demande de brevet européen deposée au nom de la demanderesse sous le N~ 83 401 152Ø
Il a été montré au cours de l'étude qui a mené à la prese,-te invention 35 qu'avanta~eusement ledit composé du cérium IV est c~oisi parmi les sols.
Pour obte,.ir une bonne p,otect;ol" on préfère bnûler les sols obtenus par dilution de ~,rerére,.ce e~e---~oranée dans un conlhustible ou carburant d'un sol ~"ce"l-e (au moins 15 à 20% d' oxyde de cérium (CeO2)) dans une ~l~ctioll W 096/26255 PCT~R96/00273 pétrolière telle que celle vendue sous la marque Solvesso ~ 150 et ~h;l;s~ par des acides gras ds C1s à C2s dQ pr~f~r~-c8 Iiné~ir~ tels que les acides oléi~es linoleiq~es et linoléniques ou sl~ ue, la taille hydrodynamique des particules fo,,,,cnl le sol étant a~,an~e~se,-,enl Co~p~i5e entre 1 et 20 milli~ ".
La co"cei-l,alion en cérium dans le corr~h~stihle et nota.. ,enl IQ 9~70~e est avan~ge~selllenl cs~p~ise entre 10 et 200 ppm dQ prerére.~ce entre 50 et 150 ppm.
Cette technique de misQ en co~tacl du C~rium avec la surface à protéger 10 d'un alliage est ~at1sposable à d'autres applications qu'à celle des moteurs, elle permet r~ola~ eill de pn~t6ger toute surface mise en c~l~lacl avec une na"""e formée par un h~.h~,l,ure liquide co"te~.a..t des co",~osés du Cérium, qui eux sont sol~ ~hles ou pseudo-soi~ ~hles Lorsqu'il n'y a pas abrasio~- cette ~rote~(ia,-, peut etrQ ~ se une fois pour 15 toute ou être renouvelée de temps à autre~
Cette proteclion est particulièrement sensible et er~i~ce lorsqu'elle est arpliql~ée à des alliages ~,.l~lla--l un métal trivalent soit de la famille du ~ --.e, soit de la famille de l'aluminium de prefére- ,ce IQ chro...e et l'aluminium Un autre but de la presenle invention est de foumir un procédé de 20 pr,.leclio,) des moteurs~
Ce but est atteint par un procédé qui co..ll~o.le les étapes s~ ssiYes ou simultanées suivantes:
-introd~çtion dans le corr~h!~stihle du moteur à combustion inteme d'un co""~osé organo-soluble ou pse~do-organo-solublQ du Cérium;
~ondilio""el"e"l du moteur par mise en rnarche de ce demier;
-ali."er,~alion par la suite du moteur par des carburants dont la teneur en Cérium est au moins egales à 10 P.P.M.
Pour ob~e"ir de bons res~t~te et que l'effet soit déte.t~l~le la duree du preco"diliG""e",ent du moteur doit etre telle que la quantité de Cérium réputée avoir lr~"silé dans le moteur soit au moins égale à 1 avant~ge~se,-,e--~ à 10 y,d""..es de ~,,érerence à 20 9 par litre de cylindrée.
Ainsi selon la présente invention on peut moduler la durée dudit .lilio.,..e...e..l en jouant sur la co-,ce"l-alicn du cérium dans IQ carburant du W 096/26255 PCT~R96/00273 moteur à combustion interne. Toutefois il est soul.A;t~ que la C~.~cenl,~ljG~ encérium n~t~3de p2S ~0 yld~ e par litre ds l~r~f~r~nc~ 19 par litre de car~urant.Si l'on désire ~-.Jilion-)er le moteur en utilis~lt l~ car~urant usuel il faut allaindr~ au moins une cinqu~"Laine d'heures de pr~férenc8 une c~,~laine 5 d'heure mais le précon-iilio.")e"...,e"l ne ~llalilus en fait qu'une marche normals penda"l laquelle la pr~teclion du moteur par le cerium n'est que peu ou pas assurée.
L' exemple non limitatif suivant illustre l'invention.
EXEMPLE
Ce test a été prévu pour évaluer les e~fets des p,u~,,ié~es du fioul et de ses 15 aJdi~ifs sur l'usure du moteur.
Les pe"~""a"ces d'usures ont été mesurées par l'analyse des traces mét~ ues dans l'huile ! ~tilisée (ici le fer).
Ce test utilise un moteur diesel V6 4.3 Olds")obile (1983) dans des c4"dilions cycli~ ~es pendal ll 130 heures.
On donne ci-apres les pdra",elres aitiques d'ntilisation Cycle du Test Tour/Minuse Te",péralure Temps de de l'Huile l'O,~erdLion Etace 1 1780 120~C max. 10 minutes Eta~e 2 1200 120~C max. 5 minutes Apres cha~ue période de 40 heures le moteur est arrêté pendant une pé, iode de 20 heures Les rés~lt~tC sont tous ,asse-"l~lés dans le t~hle- ~ suivant:
teneur en fer (en PPM) dans I huile après x heure(s) d~ ",ar~,es 40h 80h 1 20h 1 60h 200h sans additif 130 220 330 380 430 avec additif 110 180 230 240 260 20~ 40~ 1 00 1 40 1 70 s écart non siy"irica~ir ~- additif ajouté a raison de 100 PPM (en cérium conlenu) de sol oryaniq~e de diamètre hydrodynamique 10 nm (sol oléi~lue)
Claims (6)
1. Utilisation d'un additif contenant au moins un composé de Cérium pour la protection des moteurs contre l'usure et l'oxydation caractérisé par le fait quelequel composé est choisi de manière qu'il soit soluble ou pseudo-soluble dans les hydrocarbures liquides et introduit dans le carburant alimentant le moteur àcombustion interne à une concentration de manière à former une solution un sol une suspension ou une émulsion d'un composé du Cérium et ce à une concentration telle que le cérium soit présent dans le dit carburant à une concentration au moins égale à 5 de préférence à 10 P.P.M.(en masse).
2. Utilisation selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la concentration en Cérium du combustible est comprise entre 10 et 500, de préférence de 50 à 200 parties par million (en masse)
3. Utilisation selon les revendications 1 et 2 caractérisée par le fait que ledit composé du cérium est choisi parmi les composés de cérium IV.
4. Utilisation selon la revendication 3 caractérisée par le fait que ledit composé du cérium IV est choisi parmi les sols
5. Utilisation selon la revendication 4 caractérisée par le fait que les sols sont obtenus par dilution de préférence extemporanée dans un combustible ou carburant d'un sol concentré
6. Procédé de protection des moteurs caractérisée par le fait qu'il comporte lesétapes successives ou simultanées suivantes:
- introduction dans le combustible du moteur à combustion interne d'un composé organo-soluble ou pseudo-organo-soluble du Cérium;
- conditionnement du moteur par mise en marche de ce dernier;
- alimentation par la suite du moteur par des carburants dont la teneur en Cérium est au moins égales à 10 P.P.M.
- introduction dans le combustible du moteur à combustion interne d'un composé organo-soluble ou pseudo-organo-soluble du Cérium;
- conditionnement du moteur par mise en marche de ce dernier;
- alimentation par la suite du moteur par des carburants dont la teneur en Cérium est au moins égales à 10 P.P.M.
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