CH644150A5

CH644150A5 - Composition additive pour huile moteur a combustion interne.

Info

Publication number: CH644150A5
Application number: CH992679A
Authority: CH
Inventors: Francis Defretin; Jean-Paul Eudeline; Elisabeth Schoch; Alain Voisin
Original assignee: Ugine Kuhlmann
Priority date: 1978-11-07
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1984-07-13
Also published as: US4314907A; NO148782B; SU1026655A3; JPS6261638B2; NO148782C; IT1119410B; ES8104388A1; IT7969164A0; MA18635A1; BR7907168A; ES485802A0; NO793576L; SE7909085L; GB2036070B; DE2944475C2; ZA795957B; NL188702B; GB2036070A; NL7908122A; BE879803A

Description

La présente invention concerne une composition additive so pour huiles minérales ou de synthèse pour moteur à combustion interne.

Une des préoccupations essentielles des constructeurs de moteurs à combustion interne et des fabricants d'huile pour moteurs, est de mettre au point de nouvelles technique méca- 55 niques et de nouvelles compositions lubrifiantes permettant de réduire la consommation de carburant.

On a en particulier cherché à diminuer la viscosité de la base huile lubrifiante, mais le risque est alors une usure prématurée des moteurs. Pour réduire cette usure, il a été proposé 60 d'utiliser des produits ajustant la viscosité tels les polyméth-acrylates, les polyisobutylènes, et des additifs dits anti-usure à base de soufre, de phosphore et d'un métal lourd tels les dithiophosphates métalliques.

Les régulateurs de viscosité présentent l'inconvénient de se 6s cisailler à l'utilisation ce qui réduit leur effet, et de se décomposer thermiquement en formant des vernis préjudiciables à la durée de vie des moteurs. Par ailleurs les additifs anti-usure à

où R est un radical organique, alkyle ou aryle, M un cation métallique tel que Cun, Agh Znn, Cdn, Pbn, ou un radical non métallique ou organique, par exemple dérivé de l'éthy-lène diamine.

L'emploi des dithiophosphates où M est un métal est particulièrement recommandé par suite de la tenue aux températures élevées de ces produits, en particulier l'emploi des dithiophosphates de zinc. Parmi les autres produits I particulièrement recommandés on peut citer les dithiocarbamates et les dialkylphosphorodithioates.

Les doses de dithiophosphates à introduire dans les huiles pour moteurs additivées par les compositions selon l'invention sont variables selon les types d'huile. Il est en général recommandé d'utilisier de 0,05% à 0,2% de dithiophosphate exprimé en cations M en poids de l'huile de base. On notera que ces doses sont plus élevées que celles actuellement utilisées dans les huiles antiusure du commerce - 0,03% à 0,07% exprimé en cations M - ce qui rend nécessaire l'introduction de dithiophosphate dans les compositions selon l'invention.

Le deuxième constituant des compositions revendiquées est un amide d'acide gras et en particulier un amide aliphati-que dont la chaîne grasse contient de 8 à 36 atomes de carbone. Des résultats particulièrement intéressants ont été obtenus avec le diamide oléique, mais le laurylamide laurique, les alcanolamides et les amides d'acides oxo sont également d'emploi intéressant. La teneur en amide d'acide gras à introduire dans la composition varie selon le type d'huile à additiver, elle doit généralement correspondre à 0,05% à 1 % en poids de l'huile de base.

Pour des raisons d'ordre économique, il est généralement préférable de remplacer dans la composition l'amide par les produits à partir desquels ont la prépare, à savoir l'acide gras et l'amine, ou le sel correspondant. Lors des premières heures de fonctionnement des moteurs à combustion interne dont l'huile contient l'additif selon l'invention, ces produits se transforment en l'amide correspondant. La teneur en sel

3

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d'acide gras d'amine à utiliser est avantageusement de 0,05% â 1 % en poids de l'huile moteur de base.

Le troisième constituant de l'additif est un fluorographite, lubrifiant solide de formule CFX, où le carbone utilisé pour la synthèse du CFX est du graphite naturel ou du graphite artificiel, du coke ou du charbon actif, et où x est compris entre 0,6 et 1 et de préférence entre 0,8 et I.

Il est recommandé pour arriver à une bonne dispersion du fluorographite, de le microdisperser préalablement dans un milieu dispersant miscible aux huiles, et en particulier dans les éthers de polyglycol, les huiles minérales. Les éthers de polyglycol de viscosité 20 à 400 centistockes à 40°C, et en particulier de viscosité 100 centistockes, se sont révélés particulièrement appropriés.

La teneur en CFX des compositions peut varier selon l'ef- 15 fet désiré, elle correspond généralement à 0,01% à 1% en poids de CFX dans l'huile moteur de base à additiver et de préférence à 0,02% à 0,5%.

La synergie constatée entre les différents constituants des compositions additives pour moteur revendiquées est particu- 20 lièrement importane.

Tableau I

Composition des lubrifiants étudiés % en poids

Compositions

1

2

3

4

5

A

B

C

Huile

Additif 1

Additif 2

de base

CFX

100

0

CFX

99

0

1

CFX

98,5

1,5

0

CFX

97

3

0

CFX

97,5

1,5

1

CFX

96

3

1

CFX

92

3

5

CFX

97,5

1,5

1

MoS2

Des essais comparatifs ont par exemple montré que l'addition aux premiers constituants de la compositions, le dithiophosphate et l'amide d'acide gras ou le sel d'acide gras d'une amine grasse, d'un lubrifiant solide bien connu tel le sulfure de molybdène qui est très souvent utilisé en combinaison avec les graphites, conduit à des résultats très inférieurs à ceux obtenus par l'addition à ces mêmes constituants du fluorure de graphite.

Les compositions selon l'invention sont préparées par simple mélange de leurs constituants. L'addition de ces compositions aux huiles moteurs à additiver se fait sans difficulté par simple ajout à ces huiles de la composition additive préalablement préparée, ou de ces constituants.

Les exemples suivants illustrent l'intérêt des compositions additives selon l'invention pour additiver les huiles pour moteur à combustion interne. Ces exemples correspondent à des essais effectués en laboratoire en utilisant les machines classiques d'essais des huiles que sont les machines 4 billes, Faville et Reichert, et des essais de la pratique réalisés sur route avec des véhicules à moteur à essence ou diesel de types courants.

30

35

45

Exemple 1

Essais de laboratoire

Des compositions lubrifiantes présentant les formules ras- 50 semblées dans le tableau I sont préparées à partir des constituants suivants:

A - Huile de base constituée par un mélange de:

- coupe pétrolière 500 neutral 95% en poids 55

- solvant Bright stock solvent (BSS) 5 % en poids

B-Additif 1:

- 2% en poids de dithiophosphate de zinc à 10% de zinc

-1 % d'un mélange (70% BSS 60

(30% dioléate de diamine oléique

C-Additif 2:

-microdispersion de fluorure de graphite CF09 à 10% en poids dans un éther de polyglycol de viscosité 100 centistockes «s à40°C

- ou pour l'essai 8, microdispersion de bisulfure de molybdène à 10% dans un éther de polyglycol.

La composition 1 est huile de base seule, non dopée. Les compositions 3 et 4 contiennent l'huile de base et l'additif 1 dithiophosphate de zinc et sel d'amine, la composition 2 contient l'huile de base et l'additif 2 fluorographite. Les compositions 5,6,7 contiennent l'huile de base, l'additif 1 dithiophosphate et sel d'amine et l'additif 2 fluorure de graphite et dans la composition 8 le fluorographite de la composition 5 est remplacé par du bisulfure de molybdène.

Les diverses compositions du tableau I sont préparées sans difficulté par simple addition à huile de base des divers additifs enjeu. Leurs propriétés sont examinées de façon classique au moyen d'essais effectués sur les machines 4 billes, Fa-ville et Reichert.

1.1- Essais à la machine 4 billes SHELL

Cette machine indique l'efficacité d'un lubrifiant à empêcher l'usure aux charges appliquées.

Trois billes bloquées dans une coupelle contenant le lubrifiant sont soumises par l'intermédiaire de la 4ème bille solidaire de l'axe d'un moteur tournant à vitesse fixe, à une charge verticale connue et variable. On mesure la trace d'usure formée sur les trois billes fixes, et en fonction de la charge on détermine l'indice de charge d'usure (ICU) selon la norme ASTM D 2783, plus l'ICU est élevé meilleur est le lubrifiant.

On note aussi la charge de grippage en kg correspondant à un accroissement brutal de l'usure au-delà de la valeur prévisible et le charge de soudure en kg définie comme la pression à laquelle les 4 billes se soudent entre elles.

Tous les essais ont été effectué en appliquant les charges croissantes pendant 10 secondes chacune.

Les résultats des essais effectués sur les différentes compositions sont rassemblés dans le tableau II.

Tableau II

Examen des lubrifiants à la machine 4 billes

Compositions

Indice de charge d'usure (IUC)

32,5 31,2 40,9

43.2

44.3 44,2 47,1

39.4

Charge de grippage en kg

100 80 100 100 100 100 100 100

Charge de soudure en kg

160 250 200 250 315 315 400 250

On note l'influence du fluorure de graphite sur la charge de soudure; alors que l'addition de 0,1 % de sulfure de molybdène à l'huile de base (composition 8) conduit à une charge de

644150

4

soudure de 250 kg, l'addition de 0,1 % de fluorure de graphite, c'est-à-dire de 1% d'additif 2 (composition 5) conduit à une charge de soudure de 315 kg. On notera également que l'indice de charge d'usure s'élève de façon très sensible par l'addition du fluorure de graphite. Avec la composition 3 où l'huile de base est déjà dopée par un additif de dithiophosphate de zinc et oléate de diamine, l'indice de charge d'usure est de 40,9 et il s'élève à 44,3 par addition de 0,1 % de fluorure de graphite (composition 5).

1.2 Essais à la machine FA VILLE

Cette machine sert à déterminer les propriétés anti-usure et extrême pression d'un lubrifiant.

Une éprouvette cylindrique reliée à l'axe d'un moteur tournant à vitesse variable (de 120 à 3.000 t/mn) est insérée entre deux mors sur lesquels s'exerce une pression variable. L'ensemble éprouvette-mors est soit immergé dans le liquide rester, soit arroser par le même liquide. Pendant l'application de la charge, on enregistre le couple tangentiel résistant d'où l'on déduit le coefficient de frottement. On détermine également les pertes de poids de l'éprouvette et des mors. L'essai ef-5 fectué est un essai d'endurance où l'on applique des charges croissantes pendant un temps donné.

-vitesse: 178 t/mn

- éprouvette et mors: acier 16 NC6

- application des charges:

io 9 bars: 3mn

15 bars: lmn

23 bars: 1 mn

30 bars: 40 mn

- quantité d'huile enjeu: 80 cm3

15 L'ensemble éprouvette-mors est arrosé par l'huile continuellement. La circulation d'huile se fait à vitesse constante.

Les résultats obtenus sur machine FAVILLE sont rassemblés dans le tableau III.

Tableau III

Examen des lubrifiants à la machine FAVILLE

Compo- Coefficient de frottement Perte en mg sitions 9 bars 15 bars 23 bars 30 bars Eprou- Mors

vette

1

0,135

0,110

0,130

10,5

2,7

3

2

0,140

0,124

0,130

0,120

7,5

0,4

0

3

0,120

0,115

3,8

1,4

1

4

0,110

0,100

0,200

0,115

5

0,8

1

5

0,120

0,124

0,133

0,140

2,1

0,2

0,5

6

0,105

0,115

0,110

1,5

0,4

0

7

0,090

0,100

0,110

0,105

0,2

0

0,2

8

0,135

0,124

0,150

0,140

9

1

0,5

40

On note que la présence simultanée de dithiophosphate de Tableau IV zinc, d'oléate d'amine et de fluorure de graphite (composi- Examen des lubrifiants à la machine REICHERT

tions 6 et 7) abaisse notablement la valeur du coefficient de frottement, et réduit considérablement l'usure mesurée par la

Compo-

empreintes charge kg capacité de perte de poids de l'éprouvette et des 2.mors.

45 sitions mm2

kg/cm2

Alors qu'avec le dithiophosphate de zinc et l'oléate d'ami

ne (composition 3) on a des pertes de poids respectives de 3,8,

1

35,3

30

90

1,4 et 1, avec addition du fluorure de graphite (composition 5)

2

29

30

104

les pertes ne sont plus respectivement que de 2,1,0,2 et 0,5.

3

17,7

30

170

Il est également à noter que l'addition de sulfure de mo

50 4

10

30

300

lybdène conduit à des résultats médiocres.

5

14,3

30

210

6

9,5

30

316

7

7,5

30

400

1.3 Essais à la machine REICHERT

Cette machine sert à étudier l'usure par frottement de piè- 55 On note que la capacité de charge de l'huile de base qui ces métalliques c'est-à-dire la résistance du film lubrifiant. augmente considérablement dès l'addition de dithiophos-

Une bague plongeant à demi dans le fluide à examiner phate de zinc et d'oléate de diamine est encore accrue par intourne à la vitesse fixe de 900 t/mn; elle est en contact avec un traduction de fluorure de graphite. On passe ainsi par exem-cylindre fixe sur lequel est appliqué une charge de 1.500 g (soit pie d'une capacité de charge de 90 kg/cm2 dans l'huile de base 15. 000 kg/cm2 de pression de contact Hertz). La bague 60 (composition 1) à 170 kg par addition de dithiophosphate de tourne pendant un temps déterminé correspondant à 100 mde zinc et d'oléate (composition 3) et à 210 kg par une addition parcours linéaire de la bague (ou exprimé en temps à 1 mi- supplémentaire de 0,1 % de fluorure de graphite (composition nute). Au bout de ce temps, une empreinte d'usure ellipsoï- 5). La composition 7 contenant 3% d'additif 1 et 5% d'additif dale s'est formée sur le cylindre. On mesure la surface de l'em- 2, soit 0,5% en poids de fluorographite conduit à une capacité preinte et l'on en déduit la capacité de charge du lubrifiant. «s de charge remarquable de 400 kg/cm2.

On détermine la capacité de charge qui est la rapport L'ensemble des essais réalisé montre que les compositions charge en kg/surface de l'empreinte en cm2. additives pour huile pour moteur selon l'invention présentent

Les résultats de l'essai sont rassemblés dans le tableau IV. un ensemble de propriétés particulièrement intéressantes,

5

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augmentation de la charge de soudure et de la capacité de charge du lubrifiant, diminution de l'usure des pièces métalliques en frottement, qui conduit à une diminution du coefficient de frottement interne des moteurs, et de l'usure des moteurs.

Exemple 2

Essais sur véhicule automobile à moteur à essence

Une voiture RENAULT 16 TS du type standard, dont le moteur avait tourné pendant 9 000 km, a été utilisée avec deux passagers pour effectuer un essai de consommation d'essence super avec une huile moteur normale du commerce,

puis comparativement avec cette même huile additionnée d'une composition additive lubrifiante selon l'invention.

Ces essais ont été mené sur autoroute à une vitesse constante de 120 km/h. Les parcours suivants ont été effectués:

- PARIS-POITIERS aller et retour, sans additif, après vidange de la voiture et charge par 4 litres d'huile LABO, soit 557,8 km,

- introctuction de 100 g d'un additif constitué par un mé-s lange de:

- 60% de l'additif 1 défini à l'exemple 1

- 40% de l'additif 2 défini à l'exemple 1

- Trajet de 416 km sur l'autoroute PARIS-DIEPPE pour atteindre l'efficacité optimum de l'additif.

io - PARIS-POITTIERS aller et retour avec huile moteur préalablement chargée d'additif comme indiqué soit 558,9 km.

Les résultats obtenus au cours de cet essai de consommation sont rassemblés dans le tableau V. Il faut noter que dans 15 les deux trajet POITIERS-PARIS, un vent stable a soufflé dans la direction Nord-Sud.

Tableau V

Essai de consommation sur autoroute avec une voiture RENAULT 16TS - moteur essence avec et sans additif

Distance en km

Temps en

Consommation

Moyenne

Consommation parcourue à 120 km/h minutes essence super horaire essence super

en litres en km/h I)-Sans additif aux 100 km

Aller

315,5

158

36,3

120,00

11,5

Retour

242,3

121

33,2

120,06

13,7

Total

557,8

279

69,5

II)-Avec additif

120,03

12,5

Aller

316,6

158

33,7

120,9

10,6

Retour

242,3

121

32,1

120,5

13,3

Total

558,9

279

65,8

120,2

11,8

Gain de carburant:

- Aller = 7,5%

- Retour = 3,1%

- Aller et Retour = 5,4%

On note que le gain de carburant obtenu au cours de cet essai par addition à l'huile moteur d'une composition additive selon la présente invention est en moyenne de 5,4%.

Exemple 3

Essai sur véhicule automobile à moteur Diesel

Une voiture Citroën CX Diesel 2500 D, du type standard, dont le moteur avait tourné pendant 3500 km, a été utilisée pour effectuer un essai de consommation de gas-oil avec une huile normale du commerce, l'huile TOTAL 20W40, puis comparativement avec cette même huile additionnée d'une composition additive lubrifiante selon l'invention.

L'essai de consommation a été effectué sur le trajet LILLE-LE PUY aller et retour comportant au total 1300 km d'auto-route et 400 km de route nationale montagneuse, à 40 une allure variant selon les secteurs et l'enconbrement des routes, en moyenne 120 k/g sur l'autoroute et 70 km/h sur route nationale.

45 A l'aller une personne a utilisé la voiture, la consommation de gas-oil a été de 8,1 litres aux 100 km. Avant le retour, qui a été effectué avec 5 personnes dans la voiture, on introduit dans les 5 litres d'huile 200 d'un additif ayant la composition suivante:

so - 75% de l'additif 1 défini dans l'exemple 1 - 25% de l'additif 2 défini dans l'exemple 1 La consommation de gas oil a été de 7,2 litres aux 100 km ce qui correspond à une économie de carburant de 11 %.

C

Claims

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1. Composition additive pour huile pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'elle consiste en l'association au moins un dithiophosphate, au moins un amide d'acide gras ou un mélange d'acide gras et d'amine grasse ou le sel 5 correspondant audit mélange, et un fluoro graphite CFxoù x est compris entre 0,6 et 1.

2. Composition selon la revendication 1, où le dithiophosphate est un dithiophosphate métallique.

2

REVENDICATIONS

3. Composition selon la revendication 2, où le dithiophos- io phate est le dithiophosphate de zinc.

4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3, ou l'amide d'acide gras a pour formule:

R-CO-NH-R' is ou

R-CO-[HN-R"-NH]-CO-R'

20

où R et R' représentent des groupes alkyle ayant de 8 à 36 atomes de carbone et R" représente un groupe alkyle ayant de 2 à 6 atomes de carbone.

5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, où dans le fluorographite CFX utilisé x est compris entre 0,8 et 1. 25

6. Composition selon l'une des revendications 1 à 6, où le fluorographite utilisé est microdispersé dans un milieu dispersant miscible aux huiles pour moteur à combustion interne.

7. Composition selon la revendication 7, où le fluorographite utilisé est microdispersé dans un éther de polyglycol de 30 viscosité 100 centistockes à 40°C.

8. Utilisation de la composition selon la revendication 1 dans une huile pour moteur à combustion interne.

9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'additif est présent dans l'huile en une quantité corres- 35 pondant à 0,05% à 0,2% en poids de dithiophosphate exprimé en cations du dithiophosphate.

10. Utilisation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'additif est présent dans l'huile en une quantité correspondant à 0,05% à 1 % en poids d'amide d'acide 40 gras, ou de sel d'acide gras d'une amine grasse ou de mélange d'acide gras et d'aminé grasse.

11. Utilisation selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que l'additif est présent dans l'huile en une quantité correspondant à 0,01 % à 1 % en poids de fluorure de 45 graphite.

base de soufre, phosphore et de métal lourd, ont une durée de vie limitée.

Il a également été proposé d'ajouter dans les huiles comme additifs anti-usure des microdispersions de lubrifiants solides tels le bisulfure de molybdène MoS2 et le graphite, mais les résultats restents faibles en ce qui concerne l'économie de carburant obtenue.

Une amélioration déjà sensible a été apportée en renforçant l'action des additifs à base de soufre, de phosphore et de métal lourd, par des dérivés polaires tels que les esters d'acides gras et d'alcool, par exemple l'oléate d'isopropyle.

Les inventeurs ont mis au point une composition qui permet d'accroître considérablement les propriétés lubrifiantes des huiles entraînant de ce fait des économies de carburant qui, selon le type de moteur, peuvent aller de 5 à 12%, et une stabilisation des températures de l'huiles et de l'eau à une valeur inférieure de 5°C à 10°C à ce qu'elle est avec les huiles actuellement utilisées.

La composition selon l'invention est constituée d'une association d'au moins un dithiophosphate, au moins un amide d'acide gras ou un mélange d'acide gras et d'amine grasse ou le sel correspondant audit mélange, et un fluorographite CFX où x est compris entre 0,6 et 1.

Les dithiophosphates (DTPM) sont des compositions dont la formule chimique est:

R-0 R —0

>p€

M

(I)