FR3093110A1 - Composition lubrifiante pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur - Google Patents

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Abstract

Composition lubrifiante pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur La présente invention concerne une composition lubrifiante pour moteur, notamment pour moteur de véhicule automobile, comprenant au moins une huile de base et au moins un composé apte à libérer, dans les conditions de température et de pression de la chambre de combustion du moteur, du formaldéhyde. Elle concerne également l’utilisation, dans une composition lubrifiante destinée à un moteur, d’un composé apte à libérer, dans les conditions de température et de pression de la chambre de combustion du moteur, du formaldéhyde, à titre d’additif pour prévenir et/ou diminuer le pré-allumage, en particulier le pré-allumage à basse vitesse (LSPI). Figure pour l’abrégé : Néant

Description

Composition lubrifiante pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur
La présente invention concerne le domaine des lubrifiants, notamment utilisables dans des moteurs de véhicules, en particulier des compositions lubrifiantes permettant de prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur.
Dans des conditions idéales, une combustion normale dans un moteur à allumage par étincelle se produit quand un mélange de combustible, et notamment de carburant et d'air est enflammé dans la chambre de combustion à l'intérieur du cylindre par la production d'une étincelle provenant d'une bougie d'allumage. Une telle combustion normale est généralement caractérisée par l'expansion du front de flamme à travers la chambre de combustion d'une manière ordonnée et maîtrisée.
Cependant, dans certains cas, le mélange air / carburant peut être prématurément enflammé par une source d'inflammation avant l’allumage par l’étincelle de la bougie, ce qui conduit à un phénomène connu sous le nom de pré-allumage.
Or, il est préférable de réduire, voire de supprimer, le pré-allumage car cela se traduit généralement par la présence d'une forte augmentation de température et de pression dans la chambre de combustion, et ainsi avoir un impact négatif significatif sur l'efficacité et les performances globales d'un moteur. De plus, le pré-allumage peut causer des dommages significatifs aux cylindres, pistons, bougies et soupapes dans le moteur et dans certains cas, peut même aboutir à une panne de moteur, voire à une casse de moteur.
Plus récemment, le pré-allumage à basse vitesse (Low Speed Pre -Ignitionen anglais ou "LSPI") a été identifié, notamment par les constructeurs automobiles, comme un problème potentiel pour les moteurs de taille réduite, dits « downsizés ». Le LSPI se produit généralement à de faibles vitesses et charges élevées, et peut entraîner de graves dommages aux pistons et/ou aux cylindres.
Plusieurs théories ont été énoncées afin de tenter d’expliquer ce phénomène complexe. Notamment, il a été observé que la présence de petites quantités de lubrifiant dans la chambre de combustion venant se mélanger au carburant, peut aggraver le pré-allumage. Également, un lien entre la présence de dépôt dans la chambre de combustion et l’occurrence des phénomènes de LSPI a pu être établi. Enfin, la conception du moteur lui-même peut influencer le pré-allumage.
Ainsi, ce phénomène s’avère très complexe et difficile à prévoir. Comme précisé ci-dessus, la nature du lubrifiant y contribue fortement ; des compositions lubrifiantes permettant de prévenir ou diminuer le risque de pré-allumage, en particulier le LSPI, ont donc déjà été proposées.
A cet effet, des solutions consistant à diminuer la teneur en calcium ou augmenter la teneur en dithiophosphate de zinc ou dithiocarbamate de molybdène dans un lubrifiant ont été décrites (Takeuchiet al, "Investigation of Engine Oil Effect on Abnormal Combustion in Turbocharged Direct Injection - Spark Ignition Engines," SAE Int. J. Fuels Lubr. 5(3):1017-1024, 2012; Hiranoet al, "Investigation of Engine Oil Effect on Abnormal Combustion in Turbocharged Direct Injection - Spark Ignition Engines (Part 2)," SAE Technical Paper 2013-01-2569, 2013). Toutefois, ces solutions restent aujourd’hui insuffisantes pour réduire significativement le pré-allumage et difficiles à mettre en œuvre, notamment dans les pays où un niveau important de basicité est exigé sur les carburants. De plus, des problèmes de stabilité des lubrifiants ou de compatibilité avec les systèmes de post-traitement sont associés à ces solutions.
On peut encore citer le document WO 2015/023559 qui décrit une méthode pour réduire le pré-allumage par ajout, dans une composition lubrifiante, d’un additif permettant de retarder l’allumage, choisi parmi des composés organiques comprenant au moins un noyau aromatique. Toutefois, ces composés organiques légers sont susceptibles d’entraîner une augmentation excessive de la volatilité du lubrifiant.
Les documents WO 2017/021521 et WO 2017/021523 proposent encore, pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur de véhicule, d’ajouter à une composition lubrifiante, un polyalkylène glycol ou encore un composé organomolybdène choisi parmi les dithiophosphates de molybdène et les complexes de molybdène exempts de soufre.
La présente invention vise à proposer une nouvelle composition lubrifiante, permettant de prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur, de préférence dans un moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile.
Ainsi, l’invention concerne, selon un premier de ses aspects, une composition lubrifiante destinée à un moteur, notamment de véhicule automobile, comprenant au moins une huile de base et au moins un composé apte à libérer, dans les conditions de température et de pression de la chambre de combustion du moteur, du formaldéhyde (CH2O).
La publication de Kuwaharaet al.(Impact of Formaldehyde Addition on Auto-Ignition in Internal -Combustion Engines, JSME International Journal, 48(4), 2005, pp. 708-716) présente une étude de l’influence, sur l’auto-allumage d’un mélange air-carburant, de l’injection de formaldéhyde dans l’air d’admission dans un modèle de moteur à allumage commandé à injection directe. Toutefois, ce document ne concerne nullement le problème de pré-allumage à basse vitesse (LSPI), et encore moins la formulation de compositions lubrifiantes pour moteur.
A la connaissance des inventeurs, il n’a jamais été proposé de mettre en œuvre, dans une composition lubrifiante pour moteur, un composé apte à libérer du formaldéhyde, tel que, notamment, du trioxane.
Comme illustré dans l’exemple qui suit, les inventeurs ont constaté que l’ajout selon l’invention, dans une composition lubrifiante pour moteur, d’un composé apte à libérer du formaldéhyde au niveau de la chambre de combustion du moteur, à l’image notamment du trioxane, permet à la composition lubrifiante, une fois mise en œuvre dans un moteur, de prévenir et diminuer le phénomène de pré-allumage.
En particulier, l’ajout d’un tel composé permet de conduire à des performances en termes de réduction du LSPI significativement améliorées.
Les performances en termes de réduction du LSPI peuvent être plus particulièrement évaluées en comptabilisant le nombre d’évènements LSPI selon le protocole détaillé dans les exemples.
L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, l’utilisation, dans une composition lubrifiante destinée à un moteur, de préférence un moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile, d’un composé apte à libérer, dans les conditions de température et de pression de la chambre de combustion du moteur, du formaldéhyde, à titre d’additif pour prévenir et/ou diminuer le pré-allumage, en particulier le pré-allumage à basse vitesse (LSPI).
Elle vise encore l’utilisation d’une composition lubrifiante pour moteur telle que décrite précédemment, pour prévenir et/ou diminuer le pré-allumage, en particulier à basse vitesse, dans un moteur, en particulier dans un moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile.
Dans la suite du texte, on désignera plus simplement sous l’appellation « composés aptes à libérer du formaldéhyde », ou encore « composés précurseurs de formaldéhyde », des composés, distincts du formaldéhyde, aptes à générer, dans les conditions de température et de pression rencontrées dans la chambre de combustion du moteur, du formaldéhyde. Ces composés sont décrits plus particulièrement dans la suite du texte.
Selon un mode de réalisation particulier, un tel composé peut être le 1,3,5-trioxane.
Par « véhicule automobile » au sens de la présente invention, on entend désigner un véhicule comprenant au moins une roue, de préférence au moins deux roues, propulsé par un moteur, notamment un moteur à combustion, en particulier un moteur à combustion interne à pistons alternatifs ou rotatifs, et plus particulièrement un moteur Diesel ou à allumage commandé. De tels moteurs peuvent par exemple être des moteurs à essence à quatre temps ou à deux temps.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention présente à la fois une bonne stabilité et de bonnes propriétés de prévention et/ou réduction du pré-allumage une fois mise en œuvre dans un moteur.
Avantageusement, une composition lubrifiante selon l’invention présente de bonnes propriétés de prévention et/ou de réduction du pré-allumage, une fois mise en œuvre dans un moteur, sans avoir besoin de mettre en œuvre une ou plusieurs autres solutions techniques, telles que décrites précédemment, proposées jusqu’à présent pour prévenir ou diminuer le pré-allumage, telles que notamment une diminution de la teneur en calcium ou la mise en œuvre de composés aromatiques.
Par ailleurs, la mise en œuvre d’un composé précurseur de formaldéhyde selon l’invention n’impacte pas les propriétés de lubrification de la composition.
Enfin, de manière avantageuse, la formulation d’une composition lubrifiante selon l’invention est facile à mettre en œuvre.
L’invention a encore pour objet un procédé, pour prévenir et/ou diminuer le pré-allumage, en particulier à basse vitesse, dans un moteur, de préférence dans un moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile, comprenant au moins une étape de mise en contact d’une pièce mécanique du moteur avec une composition lubrifiante selon l’invention telle que définie ci-dessus.
D’autres caractéristiques, variantes et avantages de la mise en œuvre de précurseurs de formaldéhyde dans des compositions lubrifiantes pour moteur, ressortiront mieux à la lecture de la description et des exemples qui vont suivre, donnés à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Dans la suite du texte, les expressions « compris entre … et … », « allant de … à … » et « variant de … à … » sont équivalentes et entendent signifier que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.
Sauf indication contraire, l’expression « comportant un(e) » doit être comprise comme « comprenant au moins un(e) ».
Description détaillée
Composé PRECURSEUR DE formaldéhyde
Comme précisé ci-dessus, une composition lubrifiante utilisée selon l’invention comprend au moins un composé apte à libérer, dans les conditions de température et de pression de la chambre de combustion du moteur, du formaldéhyde (CH2O).
L’homme du métier est à même de choisir un composé précurseur de formaldéhyde selon l’invention, permettant de générer du formaldéhyde dans les conditions de la chambre de combustion du moteur, dans lequel la composition lubrifiante est destinée à être mis en œuvre.
Plus particulièrement, la température dans la chambre de combustion d’un moteur peut être supérieure ou égale à 200 °C, en particulier comprise entre 250 °C et
800 °C et notamment entre 300 °C et 600 °C.
La pression au sein de la chambre de combustion peut quant à elle varier de 5.104Pa à 40.105Pa, en particulier de 4.105Pa à 35.105Pa.
Un composé précurseur de formaldéhyde selon l’invention peut être ainsi plus particulièrement apte à générer/libérer, par décomposition thermique, du formaldéhyde dans des conditions de température supérieure ou égale à 200°C et de pression supérieure ou égale à 4.105Pa.
A titre d’exemples de composés précurseurs de formaldéhyde, peuvent être notamment cités les composés N-méthylols, telle que la diméthylol urée, la triméthylol urée, la diméthylol guanidine, la triméthylol mélamine, l’hexaméthylol mélamine ou encore la 1,3,5,5-tétraméthylimidazolidine-2,4-dione ; le bisulfite formaldéhyde de sodium, la méthénamine, les formes polymérisées du formaldéhyde, tel que le paraformaldéhyde, les trioxanes, en particulier le 1,3,5-trioxane et les dérivés de trioxane.
Selon un mode de réalisation particulier, le composé précurseur de formaldéhyde requis selon l’invention est choisi parmi la méthénamine, le paraformaldéhyde et les trioxanes, en particulier le 1,3,5-trioxane.
De préférence, le composé précurseur de formaldéhyde selon l’invention est un trioxane, en particulier le 1,3,5-trioxane.
Les composés précurseurs de formaldéhyde requis selon l’invention peuvent être disponibles dans le commerce, ou encore préparés selon des méthodes de synthèse connues de l’homme du métier, notamment à partir de formaldéhyde.
A titre d’exemple, le trioxane peut être produit par trimérisation du formaldéhyde en mettant en œuvre des catalyseurs acides.
Il est entendu que, dans le cadre de la présente invention, un précurseur de formaldéhyde peut être sous la forme d’un mélange de différents précurseurs de formaldéhyde, en particulier tels que définis précédemment.
D’une manière générale, le ou les composés précurseurs de formaldéhyde selon l’invention peuvent être mis en œuvre à titre d’additif dans une composition lubrifiante pour moteur, à raison de 0,2 à 5 % en masse, de préférence de 0,5 à 2,5 % massique et notamment d’environ 1 % en masse, par rapport à la masse totale de ladite composition lubrifiante.
COMPOSITION LUBRIFIANTE
Le ou lesdits composés précurseurs de formaldéhyde selon l’invention sont mis en œuvre à titre d’additifs dans une composition lubrifiante pour moteur, en particulier pour moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile.
Huile de base
Une composition lubrifiante pour moteur selon l’invention comprend au moins une huile de base.
Ces huiles de base peuvent être choisies parmi les huiles de base conventionnellement utilisées dans le domaine des huiles lubrifiantes pour moteur, telles que les huiles minérales, synthétiques ou naturelles, animales ou végétales.
Il peut s’agir d’un mélange de plusieurs huiles de base, par exemple un mélange de deux, trois ou quatre huiles de base.
Les huiles de base des compositions lubrifiantes considérées selon l’invention peuvent être en particulier des huiles d’origines minérales ou synthétiques appartenant aux groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) et présentées dans le tableau 1 ci-dessous.
La classification API est définie dans American Petroleum Institute 1509 "Engine oil Licensing and Certification System" 17ieme édition, Septembre 2012.
La classification ATIEL est définie dans "The ATIEL Code of Practice", numéro 18, Novembre 2012.
Teneur en saturés Teneur en soufre Indice de viscosité
Groupe IHuiles minérales < 90% > 0,03% 80 ≤ VI < 120
Groupe IIHuiles hydrocraquées ≥ 90% ≤ 0,03% 80 ≤ VI < 120
Groupe IIIHuiles hydrocraquées ou hydro-isomérisées ≥ 90% ≤ 0,03% ≥ 120
Groupe IV PAO (polyalphaoléfines)
Groupe V Esters et autres bases non incluses dans les groupes I à IV
Il n’existe généralement aucune limitation quant à l’emploi d’huiles de bases différentes pour réaliser une composition lubrifiante utilisée selon l’invention, si ce n’est qu’elles doivent avoir des propriétés, notamment de viscosité, d’indice de viscosité, de teneur en soufre, de résistance à l’oxydation, adaptées à une utilisation dans des moteurs, en particulier des moteurs de véhicule.
Les huiles de base minérales incluent tout type de bases obtenues par distillation atmosphérique et sous vide du pétrole brut, suivies d'opérations de raffinage tels qu'extraction au solvant, désasphaltage, déparaffinage au solvant, hydrotraitement, hydrocraquage et hydroisomérisation, hydrofinition.
Les huiles de base synthétiques peuvent être choisies parmi les esters, les silicones, les glycols, le polybutène, les polyalphaoléfines (PAO), l'alkylbenzène ou l'alkylnaphtalène. Les polyalphaoléfines utilisées comme huiles de base sont par exemple obtenues à partir de monomères comprenant de 4 à 32 atomes de carbone, par exemple à partir d’octène ou de décène, et dont la viscosité à 100 °C est comprise entre 1,5 et 15 mm2.s-1 selon la norme ASTM D445. Leur masse moléculaire moyenne est généralement comprise entre 250 et 3 000 selon la norme ASTM D5296.
Les huiles de base peuvent également être des huiles d'origine naturelle, par exemple des esters d'alcools et d'acides carboxyliques, pouvant être obtenus à partir de ressources naturelles telles que l'huile de tournesol, de colza, de palme, de soja etc.
L’huile de base peut être plus particulièrement choisie parmi les huiles synthétiques, les huiles minérales et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, une composition lubrifiante mise en œuvre selon la présente invention comprend au moins une huile de base choisie parmi les huiles de groupe III, les huiles de groupe IV et leurs mélanges.
En particulier, une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre au moins une huile de base de groupe III.
Une composition lubrifiante utilisée selon l’invention peut comprendre au moins 50 % en masse d’huile(s) de base par rapport à la masse totale de la composition.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante utilisée selon l’invention comprend au moins 60 % en masse, voire au moins 70 % en masse, d’huile(s) de base par rapport à la masse totale de la composition.
De manière plus particulièrement avantageuse, une composition lubrifiante utilisée selon l’invention comprend de 60 à 99,5% en masse d’huile(s) de base, de préférence de 70 à 95 % en masse d’huile(s) de base, par rapport à la masse totale de la composition.
Additifs
De nombreux additifs, distincts des composés précurseurs du formaldéhyde décrits ci-dessus, peuvent en outre être mis en œuvre dans une composition lubrifiante pour moteur selon l’invention.
Les additifs pouvant être incorporés à une composition selon l’invention peuvent être choisis parmi les antioxydants, les détergents, les améliorants de l’indice de viscosité, les modificateurs de frottements, les additifs anti-usure, les additifs extrême-pression, les dispersants, les améliorants du point d’écoulement, les anti-mousse, les épaississants et leurs mélanges.
De manière préférée, une composition lubrifiante utilisée selon l’invention comprend au moins un additif choisi parmi les additifs anti-usure, les additifs anti-oxydant, les additifs améliorant l’indice de viscosité, les détergents, les dispersants et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante selon l’invention comprend un additif anti-usure et/ou un additif anti-oxydant, de préférence en une quantité totale allant de 0,5 à 8 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
Il est entendu que la nature et la quantité d’additifs mis en œuvre sont choisies de manière à ne pas affecter les propriétés de la composition lubrifiante, en particulier les performances de la composition en termes de réduction du LSPI.
Ces additifs peuvent être introduits isolément et/ou sous la forme d’un mélange, généralement appelé « paquet d’additifs », à l’image de ceux déjà disponibles à la vente pour les formulations de lubrifiants commerciaux pour moteurs de véhicules, de niveau de performance tels que définis par l’ACEA (Association des Constructeurs Européens d’Automobiles) et/ou l’API (American Petroleum Institute), bien connus de l’homme du métier.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre en outre au moins un additif antioxydant.
L’additif antioxydant permet généralement de retarder la dégradation de la composition en service. Cette dégradation peut notamment se traduire par la formation de dépôts, par la présence de boues ou par une augmentation de la viscosité de la composition. Les additifs antioxydants agissent notamment comme inhibiteurs radicalaires ou destructeurs d’hydropéroxydes.
Parmi les additifs antioxydants couramment employés, on peut citer les additifs antioxydants de type phénolique, les additifs antioxydants de type aminé, les additifs antioxydants phosphosoufrés. Certains de ces additifs antioxydants, par exemple les additifs antioxydants phosphosoufrés, peuvent être générateurs de cendres. Les additifs antioxydants phénoliques peuvent être exempt de cendres ou bien être sous forme de sels métalliques neutres ou basiques.
Les additifs antioxydants peuvent notamment être choisis parmi les phénols stériquement encombrés, les esters de phénol stériquement encombrés et les phénols stériquement encombrés comprenant un pont thioéther, les diphénylamines, les diphénylamines substituées par au moins un groupement alkyle en C1-C12, les N,N'-dialkyle-aryle-diamines et leurs mélanges.
De préférence selon l’invention, les phénols stériquement encombrés sont choisis parmi les composés comprenant un groupement phénol dont au moins un carbone vicinal du carbone portant la fonction alcool est substitué par au moins un groupement alkyle en C1- C10, de préférence un groupement alkyle en C1-C6, de préférence un groupement alkyle en C4, de préférence par le groupement tert-butyle.
Les composés aminés sont une autre classe d’additifs antioxydants pouvant être utilisés, éventuellement en combinaison avec les additifs antioxydants phénoliques.
Des exemples de composés aminés sont les amines aromatiques, par exemple les amines aromatiques de formule NR4R5R6dans laquelle R4représente un groupement aliphatique ou un groupement aromatique, éventuellement substitué, R5représente un groupement aromatique, éventuellement substitué, R6 représente un atome d’hydrogène, un groupement alkyle, un groupement aryle ou un groupement de formule R7S(O)zR8dans laquelle R7représente un groupement alkylène ou un groupement alkenylène, R8représente un groupement alkyle, un groupement alcényle ou un groupement aryle et z représente 0, 1 ou 2.
Des alkyl phénols sulfurisés ou leurs sels de métaux alcalins et alcalino-terreux peuvent également être utilisés comme additifs antioxydants.
Une autre classe d’additifs antioxydants est celle des composés cuivrés, par exemples les thio- ou dithio-phosphates de cuivre, les sels de cuivre et d’acides carboxyliques, les dithiocarbamates, les sulfonates, les phénates, les acétylacétonates de cuivre. Les sels de cuivre I et II, les sels d’acide ou d’anhydride succiniques peuvent également être utilisés.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut contenir tous types d’additifs antioxydants connus de l’homme du métier.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention comprend au moins un additif antioxydant choisi parmi la diphénylamine, les phénols, les esters de phénol et leurs mélanges.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre de 0,05% à 2 % massique, de préférence de 0,5% à 1% massique, d’au moins un additif antioxydant, par rapport à la masse totale la composition.
Selon un autre mode de réalisation, une composition selon l’invention peut comprendre en outre au moins un additif détergent.
Les additifs détergents permettent généralement de réduire la formation de dépôts à la surface des pièces métalliques par dissolution des produits secondaires d’oxydation et de combustion.
Les additifs détergents utilisables dans une composition mise en œuvre selon l’invention sont généralement connus de l’homme de métier. Les additifs détergents peuvent être des composés anioniques comprenant une longue chaîne hydrocarbonée lipophile et une tête hydrophile. Le cation associé peut être un cation métallique d’un métal alcalin ou alcalino-terreux.
Les additifs détergents sont préférentiellement choisis parmi les sels de métaux alcalins ou de métaux alcalino-terreux d’acides carboxyliques, les sulfonates, les salicylates, les naphténates, ainsi que les sels de phénates. Les métaux alcalins et alcalino-terreux sont préférentiellement le calcium, le magnésium, le sodium ou le baryum.
Ces sels métalliques comprennent généralement le métal en quantité stœchiométrique ou bien en excès, donc en quantité supérieure à la quantité stœchiométrique. Il s’agit alors d’additifs détergents surbasés ; le métal en excès apportant le caractère surbasé à l’additif détergent est alors généralement sous la forme d’un sel métallique insoluble dans l’huile, par exemple un carbonate, un hydroxyde, un oxalate, un acétate, un glutamate, préférentiellement un carbonate.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut contenir tous types d’additifs détergents connus de l’homme du métier.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention comprend au moins un additif détergent choisi parmi les sels de métaux alcalino-terreux, de préférence parmi les sels de calcium, les sels de magnésium et leurs mélanges.
En particulier, lorsque le détergent est choisi parmi les sels de métaux alcalino-terreux, l’additif détergent peut être ajouté dans la composition de manière à apporter une teneur en élément métallique allant de 150 ppm à 2000 ppm, de préférence de 250 ppm à 1500 ppm.
Selon encore un autre mode de réalisation, une composition lubrifiante selon la présente invention peut comprendre en outre un additif améliorant l’indice de viscosité.
Comme exemples d'additifs améliorant l'indice de viscosité, on peut citer les esters polymères, les homopolymères ou les copolymères, hydrogénés ou non- hydrogénés, du styrène, du butadiène et de l'isoprène, les polyacrylates, les polyméthacrylates (PMA) ou encore les copolymères oléfines, notamment les copolymères ethylène/propylène.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention comprend au moins un additif améliorant l’indice de viscosité choisi parmi les homopolymères ou les copolymères, hydrogénés ou non- hydrogénés, du styrène, du butadiène et de l'isoprène. De préférence il s’agit d’un copolymère styrène/isoprène hydrogéné.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut par exemple comprendre de 2 % à 15 % massique d’additif améliorant l’indice de viscosité, par rapport à la masse totale de la composition.
Les additifs anti-usure et les additifs extrême pression protègent les surfaces en frottement par formation d’un film protecteur adsorbé sur ces surfaces.
Il existe une grande variété d’additifs anti-usure. De manière préférée pour la composition lubrifiante selon l’invention, les additifs anti-usure sont choisis parmi des additifs phospho-soufrés comme les alkylthiophosphates métalliques, en particulier les alkylthiophosphates de zinc, et plus spécifiquement les dialkyldithiophosphates de zinc ou ZnDTP. Les composés préférés sont de formule Zn((SP(S)(OR2)(OR3))2, dans laquelle R2et R3, identiques ou différents, représentent indépendamment un groupement alkyle, préférentiellement un groupement alkyle comportant de 1 à 18 atomes de carbone.
Les phosphates d’amines sont également des additifs anti-usure qui peuvent être employés dans une composition selon l’invention. Toutefois, le phosphore apporté par ces additifs peut agir comme poison des systèmes catalytiques des automobiles car ces additifs sont générateurs de cendres. On peut minimiser ces effets en substituant partiellement les phosphates d’amines par des additifs n’apportant pas de phosphore, tels que, par exemple, les polysulfures, notamment les oléfines soufrées.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 6 % massique, préférentiellement de 0,05 à 4 % massique, plus préférentiellement de 0,1 à 2 % massique, d’additifs anti-usure et d’additifs extrême-pression, par rapport à la masse totale de composition.
Une composition lubrifiante selon l’invention est de préférence exempte d’additifs anti-usure et d’additifs extrême-pression. En particulier, une composition lubrifiante selon l’invention peut être exempte d’additifs phosphatés.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre au moins un additif modificateur de frottement. L’additif modificateur de frottement peut être choisi parmi un composé apportant des éléments métalliques et un composé exempt de cendres. Parmi les composés apportant des éléments métalliques, on peut citer les complexes de métaux de transition tels que Mo, Sb, Sn, Fe, Cu, Zn dont les ligands peuvent être des composés hydrocarbonés comprenant des atomes d’oxygène, d’azote, de soufre ou de phosphore. On peut citer par exemple les modificateurs de frottement de type dithiocarbamate de molybdène. Les additifs modificateurs de frottement exempt de cendres sont généralement d’origine organique et peuvent être choisis parmi les monoesters d’acides gras et de polyols, les amines alcoxylées, les amines grasses alcoxylées, les époxydes gras, les époxydes gras de borate ; les amines grasses ou les esters de glycérol d’acide gras. Selon l’invention, les composés gras comprennent au moins un groupement hydrocarboné comprenant de 10 à 24 atomes de carbone.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 2 % massique ou de 0,01 à 5 % massique, préférentiellement de 0,1 à 1,5 % massique ou de 0,1 à 2 % massique d’additif modificateur de frottement, par rapport à la masse totale de la composition.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un additif abaisseur de point d’écoulement.
En ralentissant la formation de cristaux de paraffine, les additifs abaisseurs de point d’écoulement améliorent généralement le comportement à froid de la composition.
Comme exemple d’additifs abaisseurs de point d’écoulement, on peut citer les polyméthacrylates d’alkyle, les polyacrylates, les polyarylamides, les polyalkylphénols, les polyalkylnaphtalènes, les polystyrènes alkylés.
Également, une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre au moins un agent dispersant.
L’agent dispersant peut être choisi parmi les bases de Mannich, les succinimides et leurs dérivés.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut par exemple comprendre de 0,2 à 10 % massique d’agent dispersant, par rapport à la masse totale de la composition.
De préférence, les additifs détaillés ci-dessus sont introduits dans une composition lubrifiante mise en œuvre selon l’invention sous la forme d’un mélange, ou paquet d’additifs.
Selon ce mode de réalisation, le paquet d’additif peut être présent dans une composition mise en œuvre selon l’invention en une teneur allant de 1 % à 30 % massique, en particulier de 1 à 20 % massique, par rapport à la masse totale de la composition, de préférence allant de 5 % à 15 % massique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, une composition lubrifiante comprend, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante :
- de 60 % à 99,5 % en masse d’huile(s) de base, de préférence de 70 % à
95 % en masse d’huile(s) de base,
- de 0,2 % à 5 % en masse, de préférence de 0,5 % à 2,5 % massique, de composé(s) précurseur(s) de formaldéhyde, tel que le 1,3,5-trioxane ;
- éventuellement de 1 % à 30 % en masse, de préférence de 5 % à 20 % en masse, d’additif(s) choisi(s) parmi les agents anti-usure, les antioxydants, les détergents, les dispersants, les améliorants d’indice de viscosité et leurs mélanges, de préférence parmi les agents anti-usure, les antioxydants, les détergents, les dispersants, les additifs améliorant l’indice de viscosité et leurs mélanges.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut se présenter sous différentes formes. Il peut notamment s’agir d’une composition anhydre. De manière préférée, la composition lubrifiante selon l’invention n’est pas une émulsion.
APPLICATIONS
Comme évoqué précédemment, une composition lubrifiante selon l’invention est destinée à être mise en œuvre dans un moteur, notamment dans un moteur de véhicule.
Elle présente donc avantageusement des propriétés, notamment de viscosité, d’indice de viscosité, de teneur en soufre, de résistance à l’oxydation, adaptées à une utilisation dans des moteurs, en particulier des moteurs de véhicule.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention permet de prévenir et/ou diminuer les phénomènes de pré-allumage, en particulier à basse vitesse, dans un moteur.
Par moteur selon l’invention, on entend plus particulièrement les moteurs de véhicules, tels que des moteurs à essence, des moteurs fonctionnant au gaz, des moteurs fonctionnant au gaz et à l’essence, des moteurs fonctionnant au gaz et au gazole.
Plus particulièrement, il peut s’agir :
- des moteurs de véhicules automobiles, incluant les moteurs essence, les moteurs fonctionnant au gaz et les moteurs diesel, mais également les moteurs fonctionnant au gaz et à l’essence (moteurs dual fuel gaz/essence), ainsi que les moteurs fonctionnant au gaz et au gazole (moteurs dual fuel gaz/gazole) ;
- des moteurs de véhicules poids lourds, et plus spécifiquement les moteurs de véhicules poids lourds fonctionnant au gaz.
On englobe également sous l’appellation « moteur », les moteurs 4 temps, et plus spécifiquement les moteurs 4 temps marins, préférentiellement les moteurs 4 temps marins fonctionnant au gaz
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la composition lubrifiante est utilisée pour prévenir et/ou diminuer le pré-allumage dans un moteur de véhicule, de préférence de véhicule automobile.
Par « pré-allumage » selon l’invention, on inclut le phénomène de vibration basse fréquence produisant un effet sonore de ronflement (ou « Rumble » en anglais).
Plus particulièrement, on désigne par « pré-allumage », le pré-allumage à basse vitesse (LSPI).
En particulier, les phénomènes de pré-allumage à basse vitesse peuvent être exacerbés dans des moteurs à injection directe, en particulier dans les moteurs « downsizés ».
L’ensemble des caractéristiques et modes particuliers relatifs au composé précurseur de formaldéhyde et à la composition lubrifiante décrites ci-dessus, s’applique également aux utilisations visées selon l’invention.
L’invention va maintenant être décrite au moyen des exemples suivants, donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Exemple 1 : Préparation des compositions lubrifiantes
La composition de référence A0, ne contenant aucun composé précurseur de formaldéhyde, et la composition selon l’invention A1, comprenant un composé précurseur de formaldéhyde requis selon l’invention, ont été préparées par mélange des différents composants dans les quantités présentées dans le tableau 2 ci-après.
Les proportions en différents composés sont indiquées en pourcentage massique.
Composition A0 A1
Huile de base de groupe III 75 74
Polymère améliorant de VI (Styrène-butadiène) 13 13
Paquet d’additifs 12 12
1,3,5-trioxane - 1
Exemple 2 : Evaluation des propriétés de réduction du pré-allumage des compositions lubrifiantes
Protocole d’évaluation
L’évaluation des propriétés de réduction du pré-allumage des compositions lubrifiantes est effectuée par évaluation de l’impact de chaque composition lubrifiante sur le pré-allumage à faible vitesse (LSPI).
Pour cela, le phénomène LSPI est quantifié au moyen d’un moteur turbocompressé à allumage commandé de modèle GM Ecotech composé de 4 cylindres en ligne pour une cylindrée totale de 2,0 L.
Après une période de chauffe de 20 minutes à un régime moteur de 2000 tr/min et une charge moteur de 4.105Pascal de pression moyenne effective (PME), la procédure d’essai se compose de 24 séquences sous forte charge (18.105Pascal de PME à un régime de 2.000 tr/min) appelées « segments ». Chaque segment comporte 25.000 cycles moteur pour assurer une bonne représentativité statistique du phénomène étudié.
Chaque cylindre est équipé d’un capteur permettant de mesurer la pression régnant dans la chambre de combustion au cours du fonctionnement moteur. Un enregistreur à haute fréquence enregistre le signal de pression permettant une analyse fine de la combustion.
Une combustion est considérée comme un évènement LSPI si l’un des 2 critères suivant est rempli :
- La pression maximum d’un cycle est supérieure à la moyenne des pressions maximum sur toute la séquence considérée + 4,7 fois la déviation standard de pression maximum mesurée sur la séquence ; ou
- L’angle vilebrequin auquel 2% de la masse de mélange combustible a brûlé sur un cycle donné est inférieur à la moyenne des angles vilebrequin auxquels 2% de la masse de mélange combustible a brûlé sur toute la séquence considérée additionné de 4,7 fois la déviation standard sur l’angle vilebrequin auquel 2% de la masse de mélange combustible a brûlé sur toute la séquence.
Pour chaque composition lubrifiante testée, la somme des évènements LSPI est comptabilisée sur la période d’un segment, puis la moyenne des évènements LSPI sur l’ensemble des 24 segments est calculée. A partir de cette moyenne, un index LSPI est calculé en appliquant la racine carrée de la somme de la moyenne des évènements LSPI additionnée de 0,5. L’impact de la composition lubrifiante sur le paramètre LSPI est évalué en comparant l’index LSPI associé à cette composition et en tenant compte de la déviation standard calculée sur les 24 segments moteur.
Résultats
Le nombre de phénomènes LSPI a été comptabilisé selon la méthode définie ci-dessus, pour chacune des compositions de référence A0 et selon l’invention A1.
Les résultats sont présentés dans le tableau 3 ci-dessous.
Composition A0 A1
Nombre d’événements LSPI 3,5 +/- 0,4 2,6 +/- 0,3
Les résultats montrent que la composition lubrifiante A1 selon l’invention, comprenant un composé apte à libérer du formaldéhyde dans la chambre de combustion, présente des propriétés de réduction du LSPI améliorées par rapport à une composition lubrifiante de référence A0, ne comprenant pas un tel composé précurseur de formaldéhyde.

Claims (12)

  1. Composition lubrifiante pour moteur, notamment pour moteur de véhicule automobile, comprenant au moins une huile de base et au moins un composé apte à libérer, dans les conditions de température et de pression de la chambre de combustion du moteur, du formaldéhyde.
  2. Composition lubrifiante selon la revendication 1, dans laquelle le composé apte à libérer du formaldéhyde est choisi parmi les composés N-méthylols, telle que la diméthylol urée, la triméthylol urée, la diméthylol guanidine, la triméthylol mélamine, l’hexaméthylol mélamine ou encore la 1,3,5,5-tetraméthylimidazolidine-2,4-dione ; le bisulfite formaldéhyde de sodium, la méthénamine, les formes polymérisées du formaldéhyde, tel que le paraformaldéhyde, les trioxanes, en particulier le 1,3,5-trioxane, et les dérivés de trioxane.
  3. Composition lubrifiante selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le composé apte à libérer du formaldéhyde est un trioxane, en particulier le 1,3,5-trioxane.
  4. Composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le ou lesdits composés aptes à libérer du formaldéhyde sont présents en une teneur allant de 0,2 à 5 % massique, en particulier de 0,5 à 2 % massique et plus particulièrement d’environ 1 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
  5. Composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une huile de base choisie parmi les huiles de groupe III, les huiles de groupe IV de la classification API et leurs mélanges, en particulier au moins une huile de base de groupe III.
  6. Composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un additif supplémentaire choisi parmi les antioxydants, les détergents, les améliorants de l’indice de viscosité, les modificateurs de frottements, les additifs anti-usure, les additifs extrême-pression, les dispersants, les améliorants du point d’écoulement, les anti-mousse, les épaississants et leurs mélanges.
  7. Utilisation, dans une composition lubrifiante destinée à un moteur, d’un composé apte à libérer, dans les conditions de température et de pression de la chambre de combustion du moteur, du formaldéhyde, à titre d’additif pour prévenir et/ou diminuer le pré-allumage, en particulier le pré-allumage à basse vitesse (LSPI).
  8. Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle ledit composé apte à libérer le formaldéhyde est tel que défini selon l’une quelconque des revendications 2 à 4.
  9. Utilisation selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle ladite composition lubrifiante est telle que définie selon l’une quelconque des revendications 5 et 6.
  10. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour prévenir et/ou diminuer le pré-allumage, en particulier à basse vitesse (LSPI), dans un moteur de véhicule, en particulier dans un moteur de véhicule automobile.
  11. Utilisation d’une composition lubrifiante telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, pour prévenir et/ou diminuer le pré-allumage, en particulier le pré-allumage à basse vitesse (LSPI), dans un moteur, en particulier dans un moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile.
  12. Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle le moteur est un moteur de véhicule automobile à essence, un moteur fonctionnant au gaz, un moteur fonctionnant au gaz et à l’essence ou un moteur fonctionnant au gaz et au gazole.
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