FR3103815A1 - Utilisation de diols comme additifs de détergence - Google Patents

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Abstract

La présente invention a pour objet l’utilisation, pour améliorer les propriétés de détergence d’une composition de carburant liquide comprenant un ou plusieurs additifs de détergence, d’un additif constitué d’un ou plusieurs composé(s) hydrocarboné(s) comprenant de 2 à 10 atomes de carbone et deux fonctions hydroxyle. La présente invention porte également sur un procédé d’amélioration de la propreté et/ou de nettoyage d’au moins une partie interne d’un moteur à combustion interne alimenté par un carburant liquide comprenant un ou plusieurs additifs de détergence, consistant à ajouter à ladite composition de carburant un tel composé hydrocarboné.

Description

Utilisation de diols comme additifs de détergence
La présente invention concerne l’utilisation de composés particuliers de la famille des diols en tant qu’additifs de détergence dans des compositions de carburants.
La présente invention concerne également un procédé ou une méthode d’amélioration de la propreté et/ou de nettoyage d’au moins une partie interne d’un moteur à combustion interne mettant en œuvre ces composés particuliers.
ETAT DE L'ART ANTERIEUR
Les carburants liquides de moteurs à combustion interne contiennent des composants pouvant se dégrader au cours du fonctionnement du moteur. La problématique des dépôts dans les parties internes des moteurs à combustion est bien connue des motoristes. Il a été montré que la formation de ces dépôts a des conséquences sur les performances du moteur et notamment a un impact négatif sur la consommation et les émissions de particules. Les progrès de la technologie des additifs de carburant ont permis de faire face à cette problématique. Des additifs dits détergents utilisés dans les carburants ont déjà été proposés pour maintenir la propreté du moteur en limitant les dépôts (effet «keep-clean» en anglais) ou en réduisant les dépôts déjà présents dans les parties internes du moteur à combustion (effet «clean-up» en anglais). On peut citer à titre d’exemple le document US4171959 qui décrit un additif détergent pour carburant essence contenant une fonction ammonium quaternaire. Le document WO2006135881 décrit un additif détergent contenant un sel d'ammonium quaternaire utilisé pour réduire ou nettoyer les dépôts notamment sur les soupapes d'admission. Néanmoins, la technologie des moteurs évolue sans cesse et les exigences sur les carburants doivent évoluer pour faire face à ces avancées technologiques des moteurs à combustion. En particulier, les nouveaux systèmes d’injection directe essence ou Diesel exposent les injecteurs à des conditions plus sévères en pression et température ce qui favorise la formation de dépôts. En outre, ces nouveaux systèmes d’injection présentent des géométries plus complexes pour optimiser la pulvérisation, notamment, des trous plus nombreux ayant des diamètres plus petits mais qui, en revanche, induisent une plus grande sensibilité aux dépôts. La présence de dépôts peut altérer les performances de la combustion, et notamment augmenter les émissions polluantes et les émissions de particules. D’autres conséquences de la présence excessive de dépôts ont été rapportées dans la littérature, telles qu’une augmentation de la consommation de carburant et des problèmes de maniabilité.
La prévention et la réduction des dépôts dans ces nouveaux moteurs sont essentielles pour un fonctionnement optimal des moteurs d'aujourd'hui. Il existe donc un besoin de proposer des additifs détergents pour carburants favorisant un fonctionnement optimal des moteurs à combustion, notamment mais non limitativement pour les nouvelles technologies moteur.
Il subsiste également un besoin de solutions de détergence universelles, qui permettent de prévenir ou réduire les dépôts sur les paries internes des moteurs à combustion interne, quelle que soit la technologie du moteur et/ou la nature du carburant.
OBJET DE L’INVENTION
La demanderesse a découvert que des composés particuliers du type des diols, tels que définis ci-après, possèdent des propriétés remarquables et inattendues, en ce qu’ils améliorent l’efficacité des additifs détergents utilisés dans les compositions de carburant.
Ces composés présentent un effet de type «booster» des propriétés détergentes des additifs de détergence classiques, c’est-à-dire que leur ajout même en très faible quantité (par exemple inférieure à 50 ppm en poids) permet d’augmenter de manière remarquable les performances de détergence desdits additifs.
En d’autres termes, l’ajout des composés selon l’invention dans une composition de carburant, qu’elle soit de type diesel ou essence, comprenant au moins un additif de détergence, a pour effet d’augmenter les propriétés détergentes de ladite composition. Ils permettent de maintenir la propreté du moteur, en particulier en limitant ou en évitant la formation des dépôts (effet «keep-clean» en anglais) ou en réduisant les dépôts déjà présents dans les parties internes du moteur à combustion (effet «clean-up» en anglais).
Les avantages additionnels associés à l’utilisation comme additifs pour carburants des composés selon l’invention sont:
- un fonctionnement optimal du moteur,
- une réduction de la consommation de carburant,
- des émissions de polluants réduites, et
- une économie due à moins d'entretien du moteur.
La présente invention a ainsi pour objet l’utilisation, pour améliorer les propriétés de détergence d’une composition de carburant liquide comprenant un ou plusieurs additifs de détergence, d’un additif constitué d’un ou plusieurs composé(s) hydrocarboné(s) comprenant de 2 à 10 atomes de carbone et deux fonctions hydroxyle.
L’invention a également pour objet un procédé ou méthode d’amélioration de la propreté et/ou de nettoyage d’au moins une partie interne d’un moteur à combustion interne alimenté par un carburant liquide comprenant un ou plusieurs additifs de détergence, consistant à ajouter à ladite composition de carburant un additif constitué d’au moins un composé hydrocarboné comprenant de 2 à 10 atomes de carbone et deux fonctions hydroxyle.
De préférence, le composé selon l’invention est incorporé dans la composition de carburant à une teneur minimale de 5 ppm en poids, et à une teneur pouvant aller jusqu’à 500 ppm en poids.
De préférence, la composition de carburant liquide est choisie parmi les carburants hydrocarbonés, les carburants non essentiellement hydrocarbonés, et leurs mélanges. Avantageusement, le carburant hydrocarboné est choisi parmi les essences et les gazoles, également appelés carburant Diesel.
Selon un mode de réalisation préféré, le composé selon l’invention est utilisé dans le carburant liquide pour maintenir la propreté et/ou nettoyer au moins une des parties internes dudit moteur à combustion interne.
En particulier, ledit composé est utilisé dans le carburant liquide pour limiter ou éviter la formation de dépôts dans au moins une des parties internes dudit moteur et/ou réduire les dépôts existant dans au moins une des parties internes dudit moteur.
Avantageusement, les dépôts sont localisés dans au moins une des parties internes choisie parmi le système d’admission du moteur, la chambre de combustion et le système d’injection de carburant.
En particulier, le composé selon l’invention est utilisé pour éviter et/ou réduire la formation de dépôts liés au phénomène de cokage (ou «coking») et/ou les dépôts de type savon et/ou vernis.
Le composé selon l’invention permet également de réduire la consommation de carburant du moteur à combustion interne.
Il permet en outre de réduire les émissions de polluants, en particulier, les émissions de particules du moteur à combustion interne.
Selon un premier mode de réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur à allumage commandé, également connu sous l’appellation de moteur essence.
Selon un second mode de réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur à allumage par compression, également connu sous l’appellation de moteur Diesel.
D’autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de l’invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description et des exemples qui suivent.
Dans ce qui va suivre, et à moins d’une autre indication, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans les expressions « compris entre » et « allant de … à … ».
Par ailleurs, les expressions « au moins un » et « au moins » utilisées dans la présente description sont respectivement équivalentes aux expressions « un ou plusieurs » et « supérieur ou égal ».
Enfin, de manière connue en soi, on désigne par composé ou groupe en CNun composé ou un groupe contenant dans sa structure chimique N atomes de carbone.
L’additif selon l’invention :
L’invention met en œuvre en tant qu’additif un composé hydrocarboné comprenant de 2 à 10 atomes de carbone et deux fonctions hydroxyle.
De préférence, ce composé a pour formule CnH2n+2O2, avec n un nombre entier allant de 2 à 10.
Selon un mode de réalisation préféré, n va de 3 à 8, plus préférentiellement de 4 à 8; mieux encore n désigne 5 ou 6, et plus préférentiellement encore n désigne 6.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, ledit composé est l’hexylène glycol.
L’utilisation
Le composé selon l’invention est utilisé comme additif pour améliorer les performances de détergence d’une composition de carburant. On entend par là que l’incorporation, y compris en très faible quantité, du composé selon l’invention dans le carburant liquide comprenant un additif détergent autre que le composé selon l’invention, produit un effet sur la propreté des moteurs alimentés par ledit carburant, comparativement au même carburant ne comprenant pas le composé selon l’invention.
Avantageusement, l’utilisation dudit composé dans la composition de carburant permet, comparativement au carburant liquide ne comprenant pas un tel composé, de limiter ou d’éviter la formation d’au moins un type de dépôts tels que décrits ci-après, et/ou de réduire au moins un type dépôts existants.
En particulier, l’utilisation des composés selon l’invention dans un carburant liquide permet de maintenir la propreté d’au moins une des parties internes du moteur à combustion interne et/ou de nettoyer au moins une des parties internes du moteur à combustion interne.
L’utilisation dudit composé comme additif dans le carburant liquide permet notamment de limiter ou d’éviter la formation de dépôts dans au moins une des parties internes dudit moteur (effet «keep-clean» en anglais) et/ou de réduire les dépôts existant dans au moins une des parties internes dudit moteur (effet «clean-up» en anglais).
Avantageusement, l’utilisation dudit composé comme additif dans le carburant liquide permet d’observer à la fois les deux effets, de limitation (ou de prévention) et de réduction de dépôts (effets «keep-clean» et «clean-up»).
On distingue les dépôts en fonction du type de moteur à combustion interne et de la localisation des dépôts dans les parties internes dudit moteur.
Selon un premier mode de réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur à allumage commandé ou moteur essence, de préférence à injection directe (DISI en anglais « Direct Injection Spark Ignition engine »). Les dépôts visés sont localisés dans au moins une des parties internes dudit moteur à allumage commandé. La partie interne du moteur à allumage commandé maintenue propre (keep-clean) et/ou nettoyée (clean-up) est, avantageusement, choisie parmi le système d’admission du moteur, en particulier les soupapes d’admission (IVD en anglais « Intake Valve Deposit »), la chambre de combustion (CCD en anglais « Combustion Chamber Deposit » ou TCD en anglais « Total Chamber Deposit ») et le système d’injection de carburant, en particulier les injecteurs d’un système d’injection indirecte (PFI en anglais « Port Fuel Injector ») ou les injecteurs d’un système d’injection directe (DISI).
Selon un second mode de réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur à allumage par compression ou moteur Diesel, de préférence un moteur Diesel à injection directe, en particulier un moteur Diesel à système d’injection Common-Rail (CRDI en anglais « Common Rail Direct Injection »). Les dépôts visés sont localisés dans au moins une des parties internes dudit moteur Diesel.
Avantageusement, les dépôts visés sont localisés dans le système d’injection du moteur Diesel, de préférence, localisés sur une partie externe d’un injecteur dudit système d’injection, par exemple le nez de l’injecteur et/ou sur une partie interne d’un injecteur dudit système d’injection (IDID en anglais « Internal Diesel Injector Deposits »), par exemple à la surface d’une aiguille d’injecteur.
Les dépôts peuvent être constitués de dépôts liés au phénomène de cokage (« coking » en anglais) et/ou des dépôts de type savon et/ou vernis (en anglais « lacquering »).
Le ou les composé(s) selon l’invention tels que décrits précédemment peuvent avantageusement être utilisés dans le carburant pour réduire et/ou éviter la perte de puissance due à la formation des dépôts dans les parties internes d’un moteur Diesel à injection directe, ladite perte de puissance pouvant être déterminée selon la méthode d’essai moteur normée CEC F-98-08.
Ledit ou les composé(s) selon l’invention peuvent, avantageusement, être utilisés dans le carburant pour réduire et/ou éviter la restriction du flux de carburant émis par l’injecteur d’un moteur Diesel à injection directe au cours de son fonctionnement, ladite restriction de flux pouvant être déterminée selon la méthode d’essai moteur normée CEC F-23-1-01.
D’une manière plus générale, il existe plusieurs méthodes bien connues d’évaluation des performances de détergence d’une composition de carburant, parmi lesquelles on peut citer, outre les méthodes d’essai normées CEC F-98-08 et CEC F-23-1-01 précitées qui sont réalisées sur des moteurs Diesel, les méthodes d’essai normées CEC F-05-A-93 et CEC F-20-A-98 qui sont réalisées sur des moteurs à allumage commandé.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’utilisation des composés selon l’invention permet également de réduire la consommation de carburant du moteur à combustion interne.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, l’utilisation des composés selon l’invention permet également de réduire les émissions de polluants, en particulier les émissions de particules du moteur à combustion interne.
Les composés selon l’invention peuvent être ajoutés dans le carburant liquide au sein d’une raffinerie et/ou être incorporés en aval de la raffinerie, éventuellement en mélange avec d'autres additifs sous forme d’un package d'additifs.
Les ou les composé(s) selon l’invention sont avantageusement utilisés dans la composition de carburant à une teneur totale d’au moins 5 ppm en poids, par rapport au poids total de ladite composition.
De préférence, le ou les composés selon l’invention sont utilisés à une teneur totale allant de 5 à 500 ppm en poids, de préférence de 10 à 200 ppm en poids, de préférence de 10 à 100 ppm en poids, plus préférentiellement de 10 à 50 ppm en poids, plus préférentiellement de 20 à 50 ppm en poids, et mieux encore de 20 à 40 ppm en poids, par rapport au poids total de la composition de carburant.
La composition de carburant
La composition de carburant dans laquelle le ou les composés selon l’invention sont employés comme additifs comprend typiquement au moins une coupe d’hydrocarbures liquide issue d’une ou de plusieurs sources choisies parmi le groupe consistant en les sources minérales, les sources animales, végétales et synthétiques.
On choisira, de préférence, le pétrole comme source minérale.
La composition de carburant est avantageusement choisie parmi les carburants hydrocarbonés et les carburants non essentiellement hydrocarbonés, et leurs mélanges.
On entend par carburant hydrocarboné, un carburant constitué d’un ou de plusieurs composés constitués uniquement de carbone et d’hydrogène.
On entend par carburant non essentiellement hydrocarboné, un carburant constitué d’un ou de plusieurs composés constitués non essentiellement de carbone et d’hydrogène c’est-à-dire qui contiennent également d’autres atomes, en particulier des atomes d’oxygène.
Les carburants hydrocarbonés comprennent notamment des distillats moyens de température d'ébullition allant de 100 à 500°C ou les distillats plus légers ayant une température d’ébullition dans la gamme des essences. Ces distillats peuvent par exemple être choisis parmi les distillats obtenus par distillation directe d'hydrocarbures bruts, les distillats sous vide, les distillats hydrotraités, les distillats issus du craquage catalytique et/ou de l'hydrocraquage de distillats sous vide, les distillats résultant de procédés de conversion type ARDS (en anglais «atmospheric residue desulfuration») et/ou de viscoréduction, les distillats issus de la valorisation des coupes Fischer Tropsch. Les carburants hydrocarbonés sont typiquement les essences et les gazoles (également appelé carburant Diesel).
Avantageusement, la composition de carburant est choisie parmi les essences et les gazoles.
Les essences comprennent, en particulier, toutes compositions de carburant pour moteur par allumage commandé disponibles dans le commerce. On peut citer à titre d’exemple représentatif, les essences répondant à la norme NF EN 228. Les essences ont généralement des indices d’octane suffisamment élevés pour éviter le phénomène de cliquetis. Typiquement, les carburants de type essence commercialisés en Europe, conformes à la norme NF EN 228 ont un indice d’octane moteur (MON en anglais «Motor Octane Number») supérieur à 85 et un indice d’octane recherche (RON en anglais «Research Octane Number») d’un minimum de 95. Les carburants de type essence ont, généralement, un RON allant de 90 à 100 et un MON allant de 80 à 90, les RON et MON étant mesurés selon la norme ASTM D 2699-86 ou D 2700-86.
Les gazoles (carburants Diesel) comprennent, en particulier, toutes compositions de carburant pour moteur Diesel disponibles dans le commerce. On peut citer, à titre d’exemple représentatif, les gazoles répondant à la norme NF EN 590.
Les carburants non essentiellement hydrocarbonés comprennent notamment les oxygénés, par exemple les distillats résultant de la conversion BTL (en anglais «biomass to liquid») de la biomasse végétale et/ou animale, pris seuls ou en combinaison; les biocarburants, par exemple les huiles et/ou esters d'huiles végétales et/ou animales; les biodiesels d'origine animale et/ou végétale et les bioéthanols.
Les mélanges de carburant hydrocarboné et de carburant non essentiellement hydrocarboné sont typiquement les gazoles de type Bxou les essences de type Ex.
On entend par gazole de type Bxpour moteur Diesel, un carburant gazole qui contient x% (v/v) d’esters d’huiles végétales ou animale (y compris huiles de cuisson usagées) transformés par un procédé chimique appelé transestérification, obtenu en faisant réagir cette huile avec un alcool afin d'obtenir des esters d’acide gras (EAG). Avec le méthanol et l’éthanol, on obtient, respectivement, des esters méthyliques d’acides gras (EMAG) et des esters éthyliques d’acides gras (EEAG). La lettre "B" suivie par un nombre indique le pourcentage d’EAG contenu dans le gazole. Ainsi, un B99 contient 99% de EAG et 1% de distillats moyens d’origine fossile (source minérale), le B20, 20% de EAG et 80% de distillats moyens d’origine fossile etc.... On distingue donc les gazoles de type B0qui ne contiennent pas de composés oxygénés, des gazoles de type Bx qui contiennent x% (v/v) d’esters d’huiles végétales ou d’acides gras, le plus souvent esters méthyliques (EMHV ou EMAG), x désignant un nombre allant de 0 à 100. Lorsque l’EAG est utilisé seul dans les moteurs, on désigne le carburant par le terme B100.
On entend par essence de type Expour moteur par allumage commandé, un carburant essence qui contient x% (v/v) d’oxygénés, généralement de l’éthanol, du bioéthanol et/ou l’éthyl-tertio-butyl-éther (ETBE), x désignant un nombre allant de 0 à 100.
La teneur en soufre de la composition de carburant est, de préférence, inférieure ou égale à 1000 ppm, de préférence inférieure ou égale à 500 ppm, et plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 ppm, voire même inférieure à 10 ppm et avantageusement sans soufre.
Les additifs détergents
La composition de carburant selon l’invention comprend un ou plusieurs additif(s) détergent(s), qui peuvent être choisis parmi les additifs de détergence pour carburants usuellement employés. Ces derniers sont des composés bien connus de l’homme du métier.
Les additifs détergents peuvent être notamment (mais non limitativement) choisis dans le groupe constitué par les amines, les succinimides, les alkénylsuccinimides, les polyalkylamines, les polyalkyles polyamines, les polyétheramines, les sels d’ammoniums quaternaires, les dérivés du triazole, et les bases de Mannich, et plus préférentiellement parmi les bases de Mannich, les sels d’ammoniums quaternaires, et les polyisobutylène mono- ou poly-amines (ou PIB-amines), plus préférentiellement encore parmi les sels d’ammoniums quaternaires et mieux encore parmi les polyisobutylènes succinimides fonctionnalisés par un groupement ammonium quaternaire, les amides d’acides gras fonctionnalisés par un groupement ammonium quaternaire et leurs dimères tels que les composés di-(alkylamido-propyl-ammonium quaternaire) décrits par exemple dans la demande de brevet Européen No 18306589.5, et les alkylamidoalkyle bétaïnes à chaîne grasse.
Des exemples d’additifs détergents sont donnés dans les documents suivants: EP0938535, US2012/0010112, WO2012/004300, US4171959 et WO2006135881.
On peut également avantageusement employer des copolymères blocs formés d’au moins un motif polaire et un motif apolaire, tels que par exemple ceux décrits dans la demande de brevet FR 1761700 au nom de la Demanderesse.
Selon un mode de réalisation préféré, la composition de carburant comprend au moins un additif détergent constitué d’un sel d’ammonium quaternaire, obtenu par réaction avec un agent de quaternisation d’un composé azoté comprenant une fonction amine tertiaire, ce composé azoté étant le produit de la réaction d’un agent d’acylation substitué par un groupement hydrocarboné et d’un composé comprenant au moins un groupement amine tertiaire et au moins un groupement choisi parmi les amines primaires, les amines secondaires et les alcools.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, ledit composé azoté est le produit de réaction d'un dérivé d'acide succinique substitué par un groupement hydrocarboné, de préférence un anhydride polyisobutényl-succinique, et d'un alcool ou d'une amine primaire ou secondaire comportant également un groupe amine tertiaire.
Des tels additifs détergents, ainsi que des combinaisons préférées d’additifs détergents les comprenant, sont notamment décrits dans la demande de brevet WO 2015/124584 au nom de la demanderesse.
De préférence, la teneur totale en additif(s) détergent(s) de la composition de carburant (sans inclure les composés hydrocarbonés selon l’invention) va de 5 à 5000 ppm en poids, de préférence de 10 à 1000 ppm en poids, et mieux encore de 20 à 250 ppm en poids, par rapport au poids total de la composition de carburant.
De préférence, le ratio entre la teneur pondérale totale en composé(s) hydrocarboné(s) selon l’invention d’une part et la teneur pondérale totale en additif(s) détergents d’autre part va de 1:50 à 1:1, de préférence de 1:20 à 1:1, plus préférentiellement de 1:20 à 1:2, et mieux encore de 1:20 à 1:3.
Les autres additifs
La composition de carburant selon l’invention peut également comprendre d’autres additifs, en plus du ou des additifs détergents et du ou des composés hydrocarbonés selon l’invention.
Ce ou ces autres additifs peuvent être par exemple choisis, de manière non limitative, parmi les additifs anti-corrosion/antioxydants, les additifs dispersants, les additifs désémulsifiants, les agents anti-mousse, les biocides, les réodorants, les additifs procétane, les modificateurs de friction, les additifs de lubrifiance ou additifs d'onctuosité, les agents d'aide à la combustion (promoteurs catalytiques de combustion et de suie), les additifs de tenue à froids et notamment les agents améliorant le point de trouble, le point d'écoulement, la TLF («Température limite de filtrabilité»), les agents anti-sédimentation, les agents anti-usure, les traceurs, les solvants/huiles porteuses, et les agents modifiant la conductivité.
Parmi ces additifs, on peut citer en particulier :
a) les additifs procétane, notamment (mais non limitativement) choisis parmi les nitrates d'alkyle, de préférence le nitrate de 2-éthyl hexyle, les peroxydes d'aryle, de préférence le peroxyde de benzyle, et les peroxydes d'alkyle, de préférence le peroxyde de ter-butyle;
b) les additifs anti-mousse, notamment (mais non limitativement) choisis parmi les polysiloxanes, les polysiloxanes oxyalkylés, et les amides d'acides gras issus d'huiles végétales ou animales. Des exemples de tels additifs sont donnés dans EP861882, EP663000, EP736590;
c) Les additifs fluidifiants à froid (CFI en anglais «Cold Flow Improver») choisis parmi les copolymères d'éthylène et d'ester insaturé, tels que copolymères éthylène/acétate de vinyle (EVA), éthylène/propionate de vinyle (EVP), éthylène/éthanoate de vinyle (EVE), éthylène/méthacrylate de méthyle (EMMA), et éthylène/fumarate d'alkyle décrits, par exemple, dans les documents US3048479, US3627838, US3790359, US3961961 et EP261957;
d) les additifs de lubrifiance ou agents anti-usure, notamment (mais non limitativement) choisis dans le groupe constitué par les acides gras et leurs dérivés ester ou amide, notamment le monooléate de glycérol, et les dérivés d'acides carboxyliques mono- et polycycliques. Des exemples de tels additifs sont donnés dans les documents suivants: EP680506, EP860494, WO98/04656, EP915944, FR2772783, FR2772784;
e) les additifs de point de trouble, notamment (mais non limitativement) choisis dans le groupe constitué par les terpolymères oléfine à chaîne longue/ester (méth)acrylique /maléimide, et les polymères d'esters d'acides fumarique /maléique. Des exemples de tels additifs sont donnés dans FR2528051, FR2528051, FR2528423, EP112195, EP172758, EP271385, EP291367;
f) les additifs polyfonctionnels d'opérabilité à froid choisis dans le groupe constitué par les polymères à base d'oléfine et de nitrate d'alkényle tels que décrits dans EP573490;
g) les additifs anti-corrosion tels que par exemple les dimères d’esters d’acides gras et les aminotriazoles.
Ces additifs additionnels peuvent être présents en quantité allant, pour chacun, de 10 à 1 000 ppm (chacun), de préférence de 50 à 500 ppm en poids, par rapport au poids total de la composition de carburant.
Le procédé ou méthode
Le procédé ou méthode d’amélioration de la propreté et/ou de nettoyage d’au moins une partie interne d’un moteur à combustion interne alimenté par un carburant liquide comprenant un ou plusieurs additifs de détergence, consiste à ajouter à ladite composition de carburant un additif constitué d’au moins un composé hydrocarboné tel que décrit ci-avant.
La combustion de cette composition de carburant ainsi additivée dans un moteur à combustion interne produit un effet sur la propreté du moteur, comparativement à une composition de carburant contenant les mêmes ingrédients à l’exception dudit (desdits) composé(s) hydrocarboné(s).
La combustion de cette composition de carburant permet, en particulier, de prévenir et/ou de réduire l’encrassement des parties internes du moteur. Ces effets sur la propreté du moteur sont tels que décrits précédemment dans le cadre de l’utilisation.
Selon un mode de réalisation préféré, un procédé de maintien de la propreté («keep-clean») et/ou de nettoyage («clean-up») d’au moins une des parties internes d’un moteur à combustion interne comprend:
a) l’ajout, à une composition de carburant comprenant au moins un additif de détergence, d’un ou plusieurs composés hydrocarbonés tel que décrit ci-dessus; puis
b) la combustion de la composition de carburant résultant de l’étape a) dans le moteur à combustion interne.
Selon un premier mode de réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur à allumage commandé, de préférence à injection directe (DISI).
La partie interne maintenue propre et/ou nettoyée du moteur à allumage commandé est, de préférence, choisie parmi le système d’admission du moteur, en particulier les soupapes d’admission (IVD), la chambre de combustion (CCD ou TCD) et le système d’injection de carburant, en particulier les injecteurs d’un système d’injection indirecte (PFI) ou les injecteurs d’un système d’injection directe (DISI).
Selon un second mode de réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur Diesel, de préférence un moteur Diesel à injection directe, en particulier un moteur Diesel à système d’injection Common-Rail (CRDI).
La partie interne maintenue propre (keep-clean) et/ou nettoyée (clean-up) du moteur Diesel est, de préférence, le système d’injection du moteur Diesel, de préférence une partie externe d’un injecteur dudit système d’injection, par exemple le nez de l’injecteur et/ou une des parties internes d’un injecteur dudit système d’injection, par exemple la surface d’une aiguille d’injecteur.
Selon une variante préférée, l’étape (a) ci-avant est précédée d’une étape préalable de détermination de la teneur en composé(s) hydrocarboné(s) à incorporer à ladite composition de carburant pour atteindre une spécification donnée relative aux propriétés de détergence de la composition de carburant.
Cette étape préalable relève de la pratique courante dans le domaine de l’additivation des carburants et implique de définir au moins une caractéristique représentative des propriétés de détergence de la composition de carburant ainsi qu’une valeur cible.
La caractéristique représentative des propriétés de détergence du carburant dépendra du type de moteur à combustion interne, par exemple Diesel ou par allumage commandé, du système d’injection directe ou indirecte et de la localisation dans le moteur des dépôts visés pour le nettoyage et/ou le maintien de la propreté.
Pour les moteurs Diesel à injection directe, la caractéristique représentative des propriétés de détergence du carburant peut, par exemple, correspondre à la perte de puissance due à la formation des dépôts dans les injecteurs ou la restriction du flux de carburant émis par l’injecteur au cours du fonctionnement dudit moteur.
La caractéristique représentative des propriétés de détergence peut également correspondre à l’apparition de dépôts de type lacquering au niveau de l’aiguille de l’injecteur (IDID).
Des méthodes d’évaluation des propriétés détergentes des carburants ont largement été décrites dans la littérature et relèvent des connaissances générales de l’homme du métier. On citera, à titre d’exemple non limitatif, les essais normalisés ou reconnus par la profession ou les méthodes décrites dans la littérature suivants:
Pour les moteurs Diesel à injection directe:
- la méthode DW10, méthode d’essai moteur normée CEC F-98-08, pour mesurer de la perte de puissance des moteurs Diesel à injection directe
- la méthode XUD9, méthode d’essai moteur normée CEC F-23-1-01 Issue 5, pour mesurer la restriction de flux de carburant émise par l’injecteur
- la méthode décrite par la demanderesse dans la demande WO2014/029770 page 17 à 20, pour l’évaluation des dépôts lacquering (IDID).
Pour les moteurs par allumage commandé à injection indirecte:
- la méthode Mercedes Benz M102E, méthode d’essai normée CEC F-05-A-93, et
- la méthode Mercedes Benz M111, méthode d’essai normée CEC F-20-A-98.
Ces méthodes permettent de mesurer les dépôts sur les soupapes d’admission (IVD), les tests étant généralement réalisés sur une essence Eurosuper répondant à la norme EN228.
Pour les moteurs par allumage commandé à injection directe:
- la méthode décrite par la demanderesse dans l’article «Evaluating Injector Fouling in Direct Injection Spark Ignition Engines», Mathieu Arondel, Philippe China, Julien Gueit; Conventional and future energy for automobiles ; 10th international colloquium ; January 20-22, 2015, p.375-386 (Technische Akademie Esslingen par Techn. Akad. Esslingen, Ostfildern), pour l’évaluation des dépôts de type coking sur l’injecteur,
- la méthode décrite dans le document US20130104826, pour l’évaluation des dépôts de type coking sur l’injecteur.
La détermination de la quantité de composé(s) selon l’invention à ajouter à la composition de carburant pour atteindre une spécification donnée est réalisée typiquement par comparaison avec la composition de carburant mais sans le (les) composé(s) selon l’invention
Le procédé de maintien de la propreté (keep-clean) et/ou de nettoyage (clean-up) peut également comprendre une étape c) supplémentaire après l’étape b), de vérification de la cible atteinte et/ou d’ajustement du taux d’additivation avec le(les) composé(s) selon l’invention.
Les composés hydrocarbonés selon l’invention présentent des propriétés remarquables en tant que boosters d’efficacité des additifs détergents dans un carburant liquide, en particulier dans un carburant gazole ou essence. Ces composés sont particulièrement remarquables notamment parce qu’ils sont efficaces pour une large gamme de carburants liquides, pour plusieurs types de motorisations et contre différents types de dépôts qui se forment dans les parties internes des moteurs à combustion interne.
Les exemples ci-après sont donnés à titre d’illustration de l’invention, et ne sauraient être interprétés de manière à en limiter la portée.
Exemple 1 :Tests de détergence de type «keep clean» dans un carburant Diesel
Les performances en termes de détergence ont été évaluées en utilisant le test moteur XUD9, consistant à déterminer la perte de débit définie comme correspondant à la restriction du flux d'un gazole émis par l'injecteur d'un moteur Diesel à préchambre au cours de son fonctionnement, selon la méthode d'essai moteur normée CEC F-23-1 -01.
L'objectif du test XUD9 est d'évaluer l'aptitude de l'additif et/ou de la composition d'additifs testé(s) à maintenir la propreté, effet dit « keep clean », des injecteurs d'un moteur Peugeot XUD9 A/L à quatre cylindres et à injection à préchambre Diesel, en particulier d'évaluer son aptitude à limiter la formation de dépôts sur les injecteurs.
Le test a été effectué sur un gazole vierge de type B7 répondant à la norme EN590, additivé avec un additif de détergence connu constitué d’un sel d’ammonium quaternaire obtenu par réaction de l’oxyde de propylène avec le produit de la réaction d'un anhydride polyisobutényl-succinique dont le groupement polyisobutylène (PIB) a une masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) de 1000 g/mol et de la diméthyl-aminopropylamine, à un taux de traitement de 37,5 ppm en poids (37,5 mg/kg). Le gazole ainsi additivé est dénommé gazole G.
Le test a été effectué avec le gazole G d’une part, et avec le gazole G additivé de 20 ppm en poids d’hexylène glycol d’autre part.
On débute le test avec un moteur Peugeot XUD9 A/L à quatre cylindres et à injection à préchambre Diesel équipé d'injecteurs propres dont on a déterminé le débit au préalable. Le moteur suit un cycle d'essai déterminé pendant 10 heures et 3 minutes (répétition du même cycle 134 fois). En fin d'essai, le débit des injecteurs est à nouveau évalué. La quantité de carburant nécessaire à l'essai est de 60L. La perte de débit est mesurée sur les quatre injecteurs. Les résultats sont exprimés en pourcentage de perte de débit pour différentes levées d'aiguille. Usuellement on compare les valeurs d'encrassement à 0,1 mm de levée d'aiguille car elles sont plus discriminantes et plus précises et répétables (répétabilité < 5%). L'évolution de la perte de débit avant / après essai permet de déduire la perte de débit en pourcentage. Compte tenu de la répétabilité de l'essai, un effet détergent significatif est affirmable pour une réduction de perte de débit soit un gain en débit supérieure à 10 points (>10%).
Les résultats obtenus figurent dans le tableau 1 ci-dessous:
Gazole Perte de débit (%)
G (comparatif) 10,7%
G + 20 ppm d’hexylène glycol (invention) 0,5%
Les résultats ci-dessus montrent que l’ajout de l’hexylène glycol conduit à des performances en détergence en termes de prévention de l’encrassement des injecteurs du moteur (effet «keep-clean») significativement supérieures.
Exemple 2 :Tests de détergence de type «clean up» dans un carburant Diesel
Les deux phases consécutives suivantes ont été effectuées, en reproduisant pour chaque phase la méthode d’essai décrite dans l’exemple 1 ci-avant:
- Phase 1 d’encrassement (ou «dirty up») avec un carburant diesel classique de type B7, conforme à la norme EN 590 et ne contenant aucun additif détergent. La perte de débit évaluée après cette première phase est de 80%.
- Phase 2 de nettoyage (ou «clean up») avec le carburant candidat.
Le test a été effectué en utilisant comme carburant candidat en phase 2 le gazole G d’une part, et le gazole G additivé de 20 ppm en poids d’hexylène glycol d’autre part, tels que décrits dans l’exemple 1 ci-avant.
Les résultats obtenus figurent dans le tableau 2 ci-dessous:
Gazole Perte de débit (%)
G (comparatif) 51,6%
G + 20 ppm d’hexylène glycol (invention) 21,9%
Les résultats ci-dessus montrent que l’ajout de l’hexylène glycol conduit à des performances en détergence en termes de réduction de l’encrassement des injecteurs du moteur (effet «clean up») très nettement supérieures.

Claims (14)

  1. Utilisation, pour améliorer les propriétés de détergence d’une composition de carburant liquide comprenant un ou plusieurs additifs de détergence, d’un additif constitué d’un ou plusieurs composé(s) hydrocarboné(s) comprenant de 2 à 10 atomes de carbone et deux fonctions hydroxyle.
  2. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit composé hydrocarboné a pour formule CnH2n+2O2, avec n un nombre entier allant de 2 à 10.
  3. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que n va de 3 à 8, plus préférentiellement de 4 à 8; mieux encore n désigne 5 ou 6, et plus préférentiellement encore n désigne 6.
  4. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit composé hydrocarboné est l’hexylène glycol.
  5. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les composé(s) hydrocarboné(s) sont utilisés à une teneur totale allant de 5 à 500 ppm en poids, de préférence de 10 à 200 ppm en poids, de préférence de 10 à 100 ppm en poids, plus préférentiellement de 10 à 50 ppm en poids, plus préférentiellement de 20 à 50 ppm en poids, et mieux encore de 20 à 40 ppm en poids, par rapport au poids total de la composition de carburant.
  6. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition de carburant est choisie parmi les carburants hydrocarbonés, les carburants non essentiellement hydrocarbonés, et leurs mélanges.
  7. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition de carburant est choisie parmi les essences et les gazoles.
  8. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les additif(s) détergent(s) sont choisis dans le groupe constitué parles amines, les succinimides, les alkénylsuccinimides, les polyalkylamines, les polyalkyles polyamines, les polyétheramines, les sels d’ammoniums quaternaires, les dérivés du triazole, et les bases de Mannich, de préférence parmi les bases de Mannich, les sels d’ammoniums quaternaires, et les polyisobutylène mono- ou poly-amines (ou PIB-amines), plus préférentiellement encore parmi les sels d’ammoniums quaternaires et mieux encore parmi les polyisobutylènes succinimides fonctionnalisés par un groupement ammonium quaternaire, les amides d’acides gras fonctionnalisés par un groupement ammonium quaternaire et leurs dimères tels que les composés di-(alkylamido-propyl-ammonium quaternaire), et les alkylamidoalkyle bétaïnes à chaîne grasse.
  9. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la teneur totale en additif(s) détergent(s) différents desdits composés hydrocarbonés dans la composition de carburant va de 5 à 5000 ppm en poids, de préférence de 10 à 1000 ppm en poids, et mieux encore de 20 à 250 ppm en poids, par rapport au poids total de la composition de carburant.
  10. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ratio entre la teneur pondérale totale en composé(s) hydrocarboné(s) d’une part et la teneur pondérale totale en additif(s) détergent(s) d’autre part va de 1:50 à 1:1, de préférence de 1:20 à 1:1, plus préférentiellement de 1:20 à 1:2, et mieux encore de 1:20 à 1:3.
  11. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour limiter ou éviter la formation de dépôts dans au moins une des parties internes d’un moteur à combustion interne et/ou pour réduire les dépôts existants dans au moins une des parties internes d’un moteur à combustion interne.
  12. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moteur à combustion interne est un moteur à allumage commandé ou moteur essence.
  13. Utilisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que le moteur à combustion interne est un moteur à allumage par compression ou moteur Diesel.
  14. Procédé d’amélioration de la propreté et/ou de nettoyage d’au moins une partie interne d’un moteur à combustion interne alimenté par un carburant liquide comprenant un ou plusieurs additifs de détergence, consistant à ajouter à ladite composition de carburant un additif constitué d’au moins un composé hydrocarboné tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1 à 4.
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