TITRE : ADDITIF DE CARBURANT POUR RÉDUIRE LA PRÉ-INFLAMATION À BAS RÉGIME DANS LES MOTEURS À ESSENCE À INJECTION DIRECTE

La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2207538 déposée le 22.07 2022 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine des carburants de véhicules automobiles. L’invention concerne notamment les additifs pour carburant destinés aux moteurs à essence à injection directe.

Technique antérieure

Les moteurs à essence à injection directe actuels connaissent un problème d’injection connu sous le nom de pré-inflammation à bas régime, également connu sous l’acronyme anglais « LSPI » (Low Speed Pre-lgnition).

En effet, il s’agit d’un phénomène négatif dans lequel l’inflammation du mélange combustible a lieu avant l'allumage commandé par la bougie (mode de combustion nominal), résultant d’une propagation de la pré-inflammation au reste de la chambre de combustion. Ce phénomène s'accentue à forte charge ou à pressions moyennes élevées et à faible régime du moteur, déclenchant des pressions dans la chambre de combustion pouvant dépasser les 200 bars. L’occurrence de la pré-inflammation peut donc être destructrice pour les organes internes des moteurs à essence.

Il est à noter que le phénomène de pré-inflammation est différent d’autres phénomènes liés à une combustion anormale, tels que les auto-inflammations par exemple, couramment appelés cliquetis, ces derniers sont des cognements entraînant une résonance de l'explosion sur les parois de la chambre de combustion et du piston.

Cependant, le potentiel d'endommagement des pré-inflammations est nettement plus élevé que dans le cas des cliquetis par exemple. La pré-inflammation limite considérablement les performances des moteurs modernes. Parmi les causes principales du phénomène de pré-inflammation, on compte l’architecture du moteur et ses conditions de roulage, les propriétés physicochimiques du lubrifiant utilisé, ainsi que la composition et la qualité de l’essence utilisée. En effet, une qualité du carburant médiocre est considérée comme l’une des causes principales de la pré-inflammation.

Il est possible de remédier à une mauvaise qualité du carburant en additivant ce dernier avec des molécules spécifiques. En parallèle, des études ont montré que la composition du carburant joue également un rôle dans le processus de création de pré-inflammation.

Cependant, jusqu'à présent, et avec l’utilisation des additifs ayant principalement un but de nettoyage des chambres de combustion, seuls des effets négatifs desdits additifs sur la tendance à l'allumage ont été constatés.

D’autre part, il a été démontré que les gouttelettes de l’huile moteur présentes dans la chambre de combustion jouent un rôle dans l’occurrence du phénomène négatif.

À cet effet, des huiles moteur spéciales ayant une tendance plus faible aux préinflammations ont été développées ces dernières années.

Toutefois, l’utilisation de telles huiles ne permet pas de réduire efficacement le risque de l’occurrence des pré-inflammations. En effet, les détergents courants, qui sont utilisés pour le nettoyage des injecteurs, ont un effet indésirable, de même que certains types d'hydrocarbures qui font partie de la composition du carburant, tel que des n-paraffines lourdes.

Une autre solution existante qui pourrait éventuellement permettre la réduction du phénomène de pré-inflammation consiste à réduire les performances du moteur, i.e. réduction du régime ou du taux de compression, mais l'inconvénient de cette solution est une diminution du rendement moteur conduisant à une augmentation des émissions de CO2.

Le document de brevet publié EP 3 420 054 A1 divulgue un additif pour carburant permettant de nettoyer les chambres à combustion d’un moteur à combustion interne, le document décrit en outre que l'utilisation d'un mélange de diarylamine en combinaison avec un antioxydant dans un carburant pourrait réduire les événements de pré-inflammation dans une chambre de combustion partiellement carbonisée. Cependant, la solution proposée par le document EP 3 420 054 A1 présente une marge d’amélioration afin de réduire davantage le phénomène de pré-inflammation avec notamment des carburants ayant une mauvaise qualité et dans des chambres de combustion présentant des résidus de combustion et pour lesquelles on ne désire pas forcément un nettoyage.

Exposé de l'invention

La présente invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer un additif configuré pour être mélangé à de l’essence dans un réservoir de véhicule automobile, ledit additif améliorant notamment la qualité du carburant et étant capable de limiter voire d’éliminer le phénomène négatif de pré-inflammation dans le but de garantir la longévité du moteur.

À cet effet, l’invention a pour objet un additif de carburant destiné à réduire les phénomènes de pré-inflammation, ledit additif comprend une fonction chimique active comprenant au moins un dérivé de diphénylamine, remarquable en ce que ledit additif comprend en outre pour la fonction chimique active un composé de diarylamine et un solvant utilisé pour modifier ou dissoudre la fonction chimique, ledit solvant comprenant de l’isoparaffine.

Préférentiellement, l’additif est configuré pour être introduit dans un réservoir de véhicule automobile lors du remplissage dudit réservoir avec un carburant afin que ce dernier soit mélangé avec l’additif de l’invention.

Un dérivé est un composé chimique provenant d'un autre composé, à la suite de transformations opérées sur ce dernier.

Selon un mode de réalisation, le dérivé de diphénylamine et le composé de diarylamine forment chacun la moitié de la concentration en volume de la fonction chimique.

Selon un mode de réalisation, le dérivé de diphénylamine comprend un mélange d'un produit de réaction de diphénylamine et de 2,4,4-triméthylpentène.

Selon un mode de réalisation, le composé de diarylamine est du N-[(1 ,1 ,3,3- Tetramethylbutyl)phenyl]naphthalen-1 -amine. Selon un mode de réalisation, le solvant est un mélange d’isoparaffine ayant un point d'ébullition supérieur à 40°C et de Méthyl tert-butyl éther (MTBE).

Selon un mode de réalisation, le solvant comprend une concentration de 30% à 60% en volume par rapport au volume total de l’additif.

Selon un mode de réalisation, le solvant comprend une concentration de 50% à 60% en volume par rapport au volume total de l’additif.

Selon un mode de réalisation, le solvant comprend une concentration de 55% en volume par rapport au volume total de l’additif.

Dans ce dernier mode de réalisation, le solvant comprend 20% d’isoparaffine en volume par rapport au volume total de l’additif et 35% de Méthyl tert-butyl éther (MTBE) en volume par rapport au volume total de l’additif.

Selon un mode de réalisation, l’additif comprend en outre au moins un antioxydant phénolique, ledit antioxydant phénolique est du butylhydroxytoluene ou du méthyl-3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphényl)propionate ou un mélange isomérique de C7-9- Alkyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphényl)propionate.

Selon un mode de réalisation, l’antioxydant phénolique comprend une concentration de 10% en volume par rapport au volume total de l’additif.

L’invention a également pour objet l’utilisation d’un additif de carburant dans un réservoir à carburant d’un véhicule automobile pour réduire les phénomènes de préinflammation, ledit additif étant selon l’invention.

Selon un mode de réalisation, le carburant est de l’essence, et le ratio de l’additif à l’essence utilisé dans le réservoir est compris entre 1 :200 et 1 :300.

L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur à essence à injection directe, un réservoir à carburant, ce réservoir comportant de l’essence comprenant en outre un additif selon l’invention.

Avantageusement, le mélange de l'additif dans le carburant améliore nettement sa qualité et réduit considérablement les phénomènes de pré-inflammation voire élimine ces derniers. À cet effet, la longévité du moteur du véhicule automobile est préservée. Il est donc possible grâce à l’invention, de pouvoir vendre des véhicules automobiles ayant des moteurs à essence modernes, dans des pays où la qualité du carburant n'est pas suffisante et/ou mauvaise.

Brève description des dessins

[Fig 1] est un graphique illustrant l’occurrence du phénomène de pré-inflammation d’un moteur à essence avec et sans utilisation de l’additif de l’invention.

Description détaillée

Il a été démontré, par la présente invention, que l’utilisation d’un additif de carburant comprenant une fonction chimique active et un solvant comprenant de l’isoparaffine utilisé pour dissoudre la fonction chimique, permet de réduire les phénomènes de pré-inflammation dans les chambres à combustion des moteurs essence à injection directe.

Dans la présente description, le phénomène des pré-inflammations sera désigné par LSPI.

Plusieurs essais expérimentaux ont été effectués avec une série de formulations chimiques différentes afin d’élaborer l’additif de l’invention. En effet, il a été démontré que la température d'inflammation d'un mélange, i.e. mélange d’huile avec le carburant et l’additif, avait une corrélation avec la fréquence des LSPI lors des essais réalisés, étant donné que le LSPI est lié à l'inflammation du carburant.

Toutefois, il a été remarqué que la corrélation entre la fréquence des LSPI et la température d’inflammation du carburant n'est pas toujours présente, notamment à une pression normale de fonctionnement dans une chambre de combustion d’un moteur à essence, i.e. entre 8 et 12 bars, puisque les processus d'évaporation du mélange jouent un rôle important pour les résultats dans ces conditions.

À cet égard, la température d'inflammation du mélange a été mesurée sous pression en utilisant la méthode DSC, i.e. acronyme anglais de « Differential Scanning Calorimetry », à une pression de 10 bars.

Dans les conditions de mesure de la méthode DSC, l'évaporation du mélange n'affecte pas les résultats autant qu'à des pressions normales et une corrélation plus forte entre les températures d'inflammation du mélange et la fréquence des LSPI a été remarquée. Dans les essais expérimentaux réalisés, une combinaison de plus d'un dérivé de diphénylamine avec une combinaison de plusieurs antioxydants phénoliques ayant une différence significative dans les points d'ébullition, a diminué encore plus la température d'allumage du carburant sous pression.

Plus précisément, l’additif développé suite aux différents essais, comprend une fonction chimique active comprenant un dérivé de diphénylamine, ce dérivé comprenant un mélange d'un produit de réaction de diphénylamine et de 2,4,4- triméthylpentène et un composé de diarylamine.

De préférence, le composé de diarylamine correspond à du N-[(1 , 1 ,3,3- Tetramethylbutyl)phenyl]naphthalen-1 -amine. Le N-[(1 , 1 ,3,3- Tetramethylbutyl)phenyl]naphthalen-1 -amine, désigné ici comme un composé de diarylamine, est un dérivé du naphthyl-phenyl-amine.

Préférentiellement, l’additif comprend entre 20% et 50 % en volume de fonction chimique par rapport au volume total dudit additif. Préférentiellement, le dérivé de diphénylamine et le composé de diarylamine forment chacun la moitié de la concentration en volume de la fonction chimique. Par exemple, si l’additif comprend 35% de fonction chimique par rapport au volume total dudit additif de fonction chimique par rapport au volume total dudit additif, l’additif comprendra 17,5% en volume de dérivé de diphénylamine, qui comprend de préférence le mélange d'un produit de réaction de diphénylamine et de 2,4,4-triméthylpentène et 17,5% en volume de composé de diarylamine qui correspond de préférence au N-[(1 ,1 ,3,3- Tetramethylbutyl)phenyl]naphthalen-1 -amine.

L’additif de l’invention comprend également un solvant permettant de dissoudre la fonction chimique, et ayant une concentration comprise entre 30% à 60% en volume dans l’additif.

Le solvant correspond à un mélange d’isoparaffine ayant un point d'ébullition supérieur à 40°C, avec du 2-méthoxy-2-méthylpropane encore désigné Méthyl tert- butyl éther (MTBE).

L’additif comprend en outre un antioxydant phénolique, ce dernier étant préférentiellement du butylhydroxytoluene ou du méthyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4- hydroxyphényl)propionate ou un mélange isomérique de C7-9-Alkyl-3-(3,5-di-tert- butyl-4-hydroxyphényl)propionate . De préférence, la concentration en volume de l’antioxydant phénolique dans l’additif est d’environ 10%, le terme environ signifie ±20% de la valeur nominale.

La figure 1 est un graphique illustrant l’occurrence des LSPI d’un moteur à essence avec et sans utilisation de l’additif de l’invention.

En effet, le graphique de la figure 1 résulte d’un essai expérimental réalisé avec la formulation chimique de l’additif de l’invention et avec des concentrations de 55 vol% en solvant, 35 vol% de fonction chimique et 10 vol% d’antioxydant phénolique. Dans cet essai, le solvant comprend 20% en volume par rapport au volume total de l’additif d’isoparaffine et 35% de MTBE en volume par rapport au volume total de l’additif.

L’essai expérimental a été réalisé sur un moteur essence à injection directe latérale et ayant 4 cylindres, et afin de simuler des conditions d’utilisation réelles, l’additif de l’invention a été testé avec une huile moteur de bonne qualité et une autre huile considérée comme étant de mauvaise qualité.

Le ratio de mélange de l’additif à l’essence est de préférence compris entre 1 :200 et 1 :300, et encore plus préférentiellement de 1 :250, i.e. utilisation d’un litre d’additif pour 250 litres d’essence par exemple.

Parallèlement, la combustion du mélange a été observée en utilisant un carburant essence de mauvaise qualité et avec l’additif de l’invention, ainsi qu’avec ledit carburant, mais sans l’additif.

En référence à la figure 1 , les chambres de combustion du moteur a connu plusieurs pressions P, et les LSPI ont eu lieu uniquement en utilisant le carburant ne comprenant pas l’additif, notamment dans pressions allant de 110 à 150 bars.

En effet, l’occurrence N des LSPI de la figure 1 concerne uniquement le carburant de mauvaise qualité n’ayant pas été mélangé avec l’additif de l’invention.

Dans le même essai, aucun LSPI n’a eu lieu en utilisant un mélange de carburant de mauvaise qualité avec l’huile de bonne ou mauvaise qualité ainsi que l’additif de l’invention, et cela, peu importe la pression de la chambre de combustion.

Dans cette configuration, l'additif améliore nettement la qualité du carburant médiocre et élimine les phénomènes de pré-inflammation (LSPI). Avantageusement, le mélange de l’additif de l’invention avec un carburant de mauvaise qualité permet de préserver la santé mécanique globale et la longévité des moteurs à essence modernes des véhicules automobiles.