EP0811047A1 - Utilisation d'un compose de cerium pour la protection des moteurs a combustion interne - Google Patents

Utilisation d'un compose de cerium pour la protection des moteurs a combustion interne

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EP0811047A1
EP0811047A1 EP96904885A EP96904885A EP0811047A1 EP 0811047 A1 EP0811047 A1 EP 0811047A1 EP 96904885 A EP96904885 A EP 96904885A EP 96904885 A EP96904885 A EP 96904885A EP 0811047 A1 EP0811047 A1 EP 0811047A1
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fuel
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internal combustion
concentration
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Jacques Lemaire
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Rhone Poulenc Chimie SA
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    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the present invention relates to a method of protecting internal combustion engines.
  • Another cause of degradation of the surfaces of the engine is due to the oxidation, sometimes selective, of the constituent metals of the alloys used, this is why another object of the present invention is to provide an additive which makes it possible to reduce the phenomena of oxidation on the surface of parts brought into contact with the combustion gases of a hydrocarbon fuel.
  • Another object of the present invention is to provide an additive of the above type which makes it possible to lighten the specifications weighing on the alloys constituting the moving parts of the engines.
  • an additive containing at least one Cerium compound for the protection of engines against wear and oxidation which compound is chosen to so that it is soluble or pseudo-soluble in liquid hydrocarbons and introduced into the fuel supplying the internal combustion engine at a concentration so as to form a solution, a sol, a suspension or an emulsion of a compound of Cerium and this at a concentration such that cerium is present in the said fuel at a concentration at least equal to 5, preferably 10 PPM (by mass).
  • pseudo-soiuble refers to suspensions or emulsions which, although not constituting solutions in the strict sense of the term, have sufficient stability in hydrocarbons that during the use of a full tank under conditions normal, no significant change in sensation or suspension takes place.
  • the concentration of Cerium in the fuel is between 10 and 500, preferably from 50 to 200 parts per million (by mass).
  • cerium III salts it is conceivable to obtain good protections from solutions of cerium III salts provided that the latter are stable in conventional fuels and in particular conventional gas oils. If one does not master the form in which they are shortly after their introduction into the fuel generally diesel, it is preferable to add the cerium compound at the last moment or in an extemporaneous manner.
  • cerium compound When said cerium compound is chosen from cerium IV compounds, it also has the advantage of being accessible at high concentration levels which reduces the size of the reservoir, which is necessary in the event of extemporaneous introduction. Thus it is possible to obtain a concentration of up to 15% in cerium frequently 20%, even 30%.
  • Another advantage of tetravalent compounds is greater stability than that of trivalents.
  • the good preferred protections are those obtained by combustion of a fuel, or fuel, (containing or not additives, such as diesel) containing at least one cerium IV compound (in the form of a sol or solution) such as for example those described in the European patent application filed in the name of the applicant under N * 83401 152.0.
  • the soils obtained by dilution preferably extemporaneous, in a fuel, or fuel of a concentrated soil (at least 15 to 20% of cerium oxide (CeO2)) in a fraction petroleum such as that sold under the brand Solvesso® 150 and stabilized by fatty acids from C15 to C25, preferably linear, such as oleic, linoiic and linolenic or stearic acids, the hydrodynamic size of the particles forming the soil being advantageously between 1 and 20 miilimicron.
  • a fuel or fuel of a concentrated soil (at least 15 to 20% of cerium oxide (CeO2)) in a fraction petroleum such as that sold under the brand Solvesso® 150 and stabilized by fatty acids from C15 to C25, preferably linear, such as oleic, linoiic and linolenic or stearic acids, the hydrodynamic size of the particles forming the soil being advantageously between 1 and 20 miilimicron.
  • the concentration of cerium in the fuel, and in particular diesel, is advantageously between 10 and 200 ppm, preferably between 50 and 150 ppm.
  • This technique of bringing Cerium into contact with the surface to be protected of an alloy can be transposed to other applications than that of engines, it makes it possible in particular to protect any surface brought into contact with a flame formed by a liquid hydrocarbon containing Cerium compounds, which are soluble or pseudo-soluble.
  • this protection can be acquired once and for all or renewed from time to time.
  • This protection is particularly sensitive and effective when applied to alloys containing a trivatent metal either of the chromium family or of the aluminum family, preferably chromium and aluminum.
  • Another object of the present invention is to provide a method of protecting motors.
  • Cerium is at least equal to 10 P.P.M.
  • the duration of the preconditioning of the engine must be such that the quantity of Cerium deemed to have passed through the engine is at least equal to 1, advantageously to 10 grams, preferably to 20 g per liter. displacement.
  • the duration of said conditioning can be modulated by varying the concentration of cerium in the fuel of the internal combustion engine.
  • concentration of cerium does not exceed 10 grams per liter, preferably 1 g per liter of fuel. If you want to condition the engine using conventional fuel, you must reach at least fifty hours, preferably one hundred hours, but preconditioning is in fact only normal operation during which the protection of the engine by cerium is little or not assured.
  • the wear performances were measured by the analysis of metallic traces in the oil used (here iron).
  • This test uses an Oldsmobile (1983) 4.3 V6 diesel engine under cyclic conditions for 130 hours.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de protection des moteurs à combustion interne. Lequel composé est choisi de manière qu'il soit soluble ou pseudo-soluble dans les hydrocarbures liquides et introduit dans le carburant alimentant le moteur à combustion interne à une concentration de manière à former une solution, un sol, une suspension ou une émulsion d'un composé du cérium et ce à une concentration telle que le cérium soit présent dans ledit carburant à une concentration au moins égale à 5 de préférence à 10 P.P.M. (en masse). Application à la lutte anticorrosion.

Description

UTILISATION D ' UN COMPOSE DE CERIUM POUR LA PROTECTION DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.
La présente invention a pour objet un procédé de protection des moteurs à combustion interne.
Elle a plus particulièrement pour objet l'application d'un additif à base de Cerium à la protection des moteurs contre l'usure et l'oxydation. Parmi les problèmes à résoudre pour augmenter la longévité des moteurs il convient de faire une place particulière à l'arrachement progressif des matériaux constitutifs des pièces en mouvement du moteur.
En particulier, cette élimination des couches superficielles des matériaux est particulièrement aiguë pour les parties qui sont en contact avec les gaz de combustion interne avant ou après la phase de combustion.
Ces gaz sont en effet très agressifs vis-à-vis des alliages constitutifs des chambres d'explosion, ce qui conduit à utiliser des matériaux de plus en plus sophistiqués, très coûteux et ce sans que cela permette de résoudre les problèmes. Parmi les agressions que subit le moteur, on peut citer d'une part celle purement mécanique occasionnée par le frottement de deux pièces en mouvement de dureté similaire et celle liée aux variations de dimension en raison de la différence de température considérable entre un moteur au repos et un moteur en marche. C'est pourquoi un des buts de la présente invention est de fournir des additifs qui permettent de supprimer ou de réduire l'abrasion réciproque des pièces en mouvement.
Une autre cause de dégradation des surfaces du moteur est due à l'oxydation, parfois sélective, des métaux constitutifs des alliages utilisés, c'est pourquoi un autre but de la présente invention est de fournir un additif qui permette de réduire les phénomènes d'oxydation à la surface des pièces mises en contact avec les gaz de combustion d'un combustible hydrocarboné.
Un autre but de la présente invention est de fournir un additif du type précédent qui permette d'alléger le cahier des charges pesant sur les alliages constitutifs des pièces en mouvement des moteurs.
Ces buts, et d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints par l'utilisation d'un additif contenant au moins un composé de Cerium pour la protection des moteurs contre l'usure et l'oxydation lequel composé est choisi de manière qu'il soit soluble ou pseudo-soiuble dans les hydrocarbures liquides et introduit dans le carburant alimentant le moteur à combustion interne à une concentration de manière à former une solution, un sol, une suspension ou une émulsion d'un composé du Cerium et ce à une concentration telle que le cerium soit présent dans le dit carburant à une concentration au moins égale à 5 de préférence à 10 P.P.M.(en masse).
L'expression de "pseudo-soiuble" vise les suspensions ou les émulsions qui, bien que ne constituant pas des solutions au sens strict du terme, ont une stabilité dans les hydrocarbures suffisante pour que pendant l'utilisation d'un plein dans des conditions normales, aucune modification significative de l'émuision ou de la suspension n'ait lieu.
Avantageusement, la concentration en Cerium du combustible est comprise entre 10 et 500, de préférence de 50 à 200 parties par million (en masse).
II est envisageable d'obtenir des bonnes protections à partir de solutions de sels de cerium III à condition que ces dernières soient stables dans les carburants usuels et notamment les gazoles usuels. Si l'on ne maîtrise pas la forme sous laquelle ils sont peu de temps après leur introduction dans le combustible en général le gazole, il estpréférable d'ajouter le composé du cerium au dernier moment ou de manière extemporanée.
Lorsque ledit composé du cerium est choisi parmi les composés de cerium IV, il présente en outre l'avantage d'être accessible à des niveaux de forte concentration ce qui réduit la taille du réservoir, nécessaire en cas d'introduction extemporanée. Ainsi il est possible d'obtenir de concentration pouvant atteindre 15% en cerium fréquemment 20%, voire 30%.
Un autre avantage des composés tétravalents est une la stabilité supérieure à celle des trivalents.
Les bonnes protections préférées sont celles obtenues par combustion d'un combustible, ou carburant, (contenant ou non des additifs, comme le gazole) contenant au moins un composé du cerium IV (sous forme de sol ou de solution) tel que par exemple ceux décrits dans la demande de brevet européen déposée au nom de la demanderesse sous le N* 83401 152.0.
Il a été montré au cours de l'étude qui a mené à la présente invention qu'avantageusement ledit composé du cerium IV est choisi parmi les sois.
Pour obtenir une bonne protection, on préfère brûler les sols obtenus par dilution, de préférence extemporanée, dans un combustible, ou carburant d'un sol concentré (au moins 15 à 20% d' oxyde de cerium (CeÛ2)) dans une fraction pétrolière telle que celle vendue sous la marque Solvesso ® 150 et stabilisé par des acides gras de C15 à C25 de préférence linéaires tels que les acides oléiques, linoiéiques et linoléniques ou stéarique, la taille hydrodynamique des particules formant le sol étant avantageusement comprise entre 1 et 20 miilimicron.
La concentration en cerium dans le combustible, et notamment le gazole, est avantageusement comprise entre 10 et 200 ppm de préférence entre 50 et 150 ppm.
Cette technique de mise en contact du Cerium avec la surface à protéger d'un alliage est transposable à d'autres applications qu'à celle des moteurs, elle permet notamment de protéger toute surface mise en contact avec une flamme formée par un hydrocarbure liquide contenant des composés du Cerium, qui eux sont solubles ou pseudo-solubles.
Lorsqu'il n'y a pas abrasion cette protection peut être acquise une fois pour toute ou être renouvelée de temps à autre.
Cette protection est particulièrement sensible et efficace lorsqu'elle est appliquée à des alliages contenant un métal trivatent soit de la famille du chrome, soit de la famille de l'aluminium, de préférence le chrome et l'aluminium.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé de protection des moteurs.
Ce but est atteint par un procédé qui comporte les étapes successives ou simultanées suivantes :
-introduction dans le combustible du moteur à combustion interne d'un composé organo-soluble ou pseudo-organo-soiuble du Cerium ;
-conditionnement du moteur par mise en marche de ce dernier ;
-alimentation par la suite du moteur par des carburants dont la teneur en
Cerium est au moins égales à 10 P.P.M.
Pour obtenir de bons résultats et que l'effet soit détectable, la durée du préconditionnement du moteur doit être telle que la quantité de Cerium réputée avoir transite dans le moteur soit au moins égale à 1 avantageusement à 10 grammes de préférence à 20 g par litre de cylindrée.
Ainsi selon la présente invention on peut moduler la durée dudit conditionnement en jouant sur la concentration du cerium dans le carburant du moteur à combustion interne. Toutefois il est souhaitable que la concentration en cerium n'excède pas 10 gramme par litre de préférence 1g par litre de carburant. Si l'on désire conditionner le moteur en utilisant le carburant usuel il faut atteindre au moins une cinquantaine d'heures, de préférence une centaine d'heure mais le préconditionnemment ne constitue en fait qu'une marche normale pendant laquelle la protection du moteur par le cerium n'est que peu ou pas assurée.
L* exemple non limitatif suivant illustre l'invention.
EXEMPLE
Ce test a été prévu pour évaluer les effets des propriétés du fioul et de ses additifs sur l'usure du moteur.
Les performances d'usures ont été mesurées par l'analyse des traces métalliques dans l'huile utilisée (ici le fer).
Ce test utilise un moteur diesel V6 4.3 Oldsmobile (1983) dans des conditions cycliques, pendant 130 heures.
On donne ci-après les paramètres critiques d'utilisation.
Cycle du Test Tour/Minute Température Temps de de l'Huile l'ODération
Etape 1 1780 120'C max. 10 minutes
Etape 2 I 1200 120'C max. 5 minutes
Après chaque période de 40 heures, le moteur est arrêté pendant une période de 20 heures. Les résultats sont tous rassemblés dans le tableau suivant
teneur en fer (en PPM) dans l'huile après x heure(s) de marches
40h 80h 120h 160h I 200h sans additif 130 220 330 380 430 avec additif 110 180 230 240 260
20* 40* 100 140 170
écart non significatif
** additif ajouté à raison de 100 PPM (en cerium contenu) de sol organique de diamètre hydrodynamique 10 nm (sol oléique)

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d'un additif contenant au moins un composé de Cerium pour la protection des moteurs contre l'usure et l'oxydation caractérisé par le fait que lequel composé est choisi de manière qu'il soit soiuble ou pseudo-soiuble dans les hydrocarbures liquides et introduit dans le carburant alimentant le moteur à combustion interne à une concentration de manière à former une solution, un sol, une suspension ou une émulsion d'un composé du Cerium et ce à une concentration telle que le cerium soit présent dans le dit carburant à une concentration au moins égale à 5 de préférence à 10 P.P.M.(en masse).
2. Utilisation selon la revendication 1 , caractérisée par le fait que la concentration en Cerium du combustible est comprise entre 10 et 500, de préférence de 50 à 200 parties par million (en masse).
3. Utilisation selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que ledit composé du cerium est choisi parmi les composés de cerium IV.
4. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ledit composé du cerium IV est choisi parmi les sols.
5. Utilisation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les sols sont obtenus par dilution, de préférence extemporanée, dans un combustible, ou carburant, d'un sol concentré
6. Procédé de protection des moteurs caractérisée par le fait qu'il comporte les étapes successives ou simultanées suivantes :
- introduction dans le combustible du moteur à combustion interne d'un composé organo-soluble ou pseudo-organo-soluble du Cerium ;
- conditionnement du moteur par mise en marche » ce dernier ; - alimentation par la suite du moteur par des carburants dont la teneur en Cerium est au moins égales à 10 P.P.M.
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