Domaine technique
[0001] La présente invention est relative à la lubrification de moteurs de véhicules à motorisation
hybride et de véhicules à motorisation micro-hybride équipés du système «Stop-and-Start».
Arrière plan technique
[0002] Les préoccupations environnementales et la recherche d'économies sur les ressources
en énergies fossiles ont conduit au développement de véhicules à moteurs électriques.
Toutefois, ces derniers sont limités en puissance, en autonomie, et nécessitent un
très long temps de rechargement des batteries.
[0003] Les systèmes de motorisation hybride remédient à ces inconvénients en mettant en
œuvre un moteur électrique et un moteur à combustion interne thermique classique,
en série, en parallèle ou en combiné.
[0004] Dans un véhicule hybride, le démarrage est assuré par le moteur électrique. Jusqu'à
une vitesse de l'ordre de 50 km/h, c'est le moteur électrique qui assure la traction
du véhicule. Dès lors qu'une vitesse plus élevée est atteinte ou qu'une accélération
forte est demandée, le moteur à combustion interne thermique prend le relais. Lorsque
la vitesse diminue ou lors des arrêts du véhicule, le moteur à combustion interne
thermique s'arrête et le moteur électrique prend le relais. Ainsi le moteur à combustion
interne thermique des véhicules hybrides subit un nombre importants d'arrêts et de
redémarrages comparativement à un moteur à combustion interne thermique de véhicules
conventionnels.
[0005] Par ailleurs, certains véhicules sont équipés d'un dispositif d'arrêts et de redémarrages
automatiques (aussi appelé système «Stop-and-Start»dans la terminologie anglo-saxonne,
cette terminologie sera utilisée ci-dessous). Ces véhicules sont généralement considérés
comme des véhicules « micro-hybrides ». En effet, ces véhicules sont équipés d'un
moteur à combustion interne thermique et d'un alterno-démarreur ou d'un démarreur
renforcé qui assurent l'arrêt et le redémarrage du moteur à combustion interne thermique
lorsque le véhicule s'immobilise. Les moteurs à combustion interne thermique des véhicules
microhybrides équipés du système « Stop-and-Start », comme les moteurs à combustion
interne thermique des véhicules hybrides, subissent donc un nombre importants d'arrêts
et de redémarrages comparativement à un moteur à combustion interne thermique de véhicules
conventionnels.
[0006] Ainsi, le moteur à combustion interne thermique des véhicules hybrides ou des véhicules
micro-hybrides subit, au cours de sa durée de vie, un nombre d'arrêts et de démarrages
beaucoup plus importants que celui d'un véhicule classique. Ceci engendre potentiellement,
pour les moteurs à combustion interne thermique des véhicules hybrides et micro-hybrides,
des problèmes d'usure spécifiques, en particulier sur le long terme. Ces problèmes
d'usure spécifiques sont notamment visibles au niveau des coussinets des têtes de
bielles. L'usure des coussinets dans un moteur à combustion thermique des véhicules
hybrides et micro-hybrides s'avère donc plus importante que dans un moteur à combustion
thermique des véhicules classiques.
[0007] Il est bien connu de l'homme du métier que le moyen envisagé en premier lieu pour
réduire l'usure des coussinets consisterait à augmenter la viscosité du lubrifiant
afin d'améliorer le maintien du film d'huile à la surface des coussinets.
[0008] Par ailleurs, des compositions anti-usure comprenant un modificateur de frottement
ont été décrites.
[0009] La demande
WO2011045773 décrit l'utilisation d'une huile moteur de viscosité cinématique à 100°C selon la
norme ASTM D445 comprise entre 16 et 27 cSt, comprenant au moins un ester de formule
(a) pour la lubrification des moteurs à combustion interne des véhicules à motorisations
hybrides, dont le couple maximum, mesuré entre 1000 et 3000 tours/minute, est supérieur
à 1000 N.m. L'ester de formule (a) est un modificateur de frottement organique. L'utilisation
de ce modificateur de frottement organique particulier permet de diminuer l'usure
des coussinets de têtes de bielle du moteur. Cependant la réduction de l'usure peut
encore être améliorée.
[0010] Par ailleurs, les documents
WO 2010/046620 et
US 2011/071062 décrivent des compositions comprenant un composé organomolybdène en tant que modificateur
de frottement. Toutefois, ces documents n'enseignent ni ne suggèrent l'utilisation
de telles compositions pour réduire spécifiquement l'usure des coussinets dans un
moteur à combustion thermique des véhicules hybrides et micro-hybrides. Il est par
ailleurs bien connu de l'homme du métier que les solutions anti-usure applicables
à un moteur à combustion thermique d'un véhicule classique ne sont pas systématiquement
transposables dans un moteur à combustion thermique d'un véhicule hybride et micro-hybride.
[0011] Il existe donc un besoin pour le développement de compositions lubrifiantes permettant
un fonctionnement fiable des moteurs à combustion interne thermique des véhicules
hybrides et micro-hybrides équipés du système Stop-and-Start, et en particulier susceptibles
de réduire l'usure, en particulier l'usure des coussinets, en particulier l'usure
des coussinets des têtes de bielle, dans les moteurs à combustion interne thermique
desdits véhicules.
[0012] De façon surprenante, la demanderesse a constaté que l'utilisation, dans les moteurs
à combustion interne thermique des véhicules à motorisations hybrides et micro-hybrides
équipés du système Stop-and-Start, de compositions lubrifiantes comprenant certains
modificateurs de friction inorganiques permettaient de diminuer considérablement l'usure
des coussinets présents dans lesdits moteurs, ceci sans augmenter la viscosité des
compositions, ce qui rend possible leur mise en service en conditions réelles, ce
qui permet d'augmenter la durée de vie du moteur, d'augmenter l'intervalle de temps
entre les changements de pièces du moteur.
Brève description
[0013] L'invention concerne l'utilisation d'une composition lubrifiante comprenant au moins
une huile de base et au moins un composé organomolybdène pour réduire l'usure des
coussinets et pour la lubrification de surfaces métalliques, de surfaces polymériques
et/ou de surfaces de carbone amorphe, des moteurs à combustion interne thermique des
véhicules à motorisation hybride et/ou microhybride.
[0014] Une composition lubrifiante comprenant au moins une huile de base et au moins un
composé organomolybdène, est également décrite, pour réduire l'usure des coussinets
et pour la lubrification de surfaces métalliques, de surfaces polymériques et/ou de
surfaces de carbone amorphe, des moteurs à combustion interne thermique des véhicules
à motorisation hybride et/ou microhybride.
[0015] Les véhicules à motorisation micro-hybrides sont équipés d'un alterno- démarreur
ou d'un démarreur renforcé.
[0016] De préférence, l'utilisation de la composition lubrifiante permet de réduire l'usure
du moteur à combustion interne thermique, en particulier l'usure des coussinets du
moteur à combustion interne thermique, en particulier l'usure des coussinets de bielle
du moteur à combustion interne thermique.
[0017] De préférence, l'utilisation de la composition lubrifiante permet d'augmenter la
durée de vie du moteur à combustion interne thermique, en particulier la durée de
vie des coussinets du moteur à combustion interne thermique, en particulier la durée
de vie des coussinets de bielle du moteur à combustion interne thermique.
[0018] De préférence, l'utilisation de la composition lubrifiante permet d'augmenter l'intervalle
de temps entre les changements de pièces du moteur à combustion interne thermique,
en particulier l'intervalle de temps entre les changements des coussinets du moteur
à combustion interne thermique, en particulier l'intervalle de temps entre les changements
des coussinets de bielle du moteur à combustion interne thermique.
[0019] De préférence, la composition lubrifiante comprend de 0,1 à 10% en masse, par rapport
à la masse totale de composition lubrifiante, de composé organomolybdène, de préférence
de 0,5 à 8%, plus préférentiellement de 1 à 5%, encore plus préférentiellement de
2 à 4%.
[0020] De préférence, les composés organomolybdène sont choisis parmi les dithiocarbamates
et/ou les dithiophosphates de molybdène, pris seuls ou en mélange.
[0021] Selon un mode de réalisation, les composés organomolybdène sont choisis parmi les
dithiocarbamates de molybdène, de formule (I) :
dans laquelle R
1, R
2, R
3, R
4 sont indépendamment l'un de l'autre des groupements alkyles, linéaires ou ramifiés,
saturés ou insaturés, comportant de préférence de 4 à 18 atomes de carbone, préférentiellement
de 8 à 13.
[0022] Selon un autre mode de réalisation, les composés organomolybdène sont choisis parmi
les dithiophosphates de molybdène, de formule (II) :
dans laquelle R
5, R
6, R
7, R
8 sont indépendamment l'un de l'autre des groupements alkyles, linéaires ou ramifiés,
saturés ou insaturés, comportant de préférence de 4 à 18 atomes de carbone, préférentiellement
de 8 à 13.
[0023] Selon un mode de réalisation, la surface métallique est un alliage.
[0024] De préférence, l'alliage est de l'acier.
[0025] De préférence, l'alliage comprend comme élément de base de l'étain (Sn), du plomb
(Pb), du cuivre (Cu), de l'aluminium (Al), du cadmium (Cd), de l'argent (Ag) ou du
zinc (Zn).
[0026] De préférence, un alliage comprenant du plomb (Pb) et du cuivre (Cu).
[0027] De préférence, la surface polymérique comprend du polytétrafluoroéthylène.
[0028] De préférence, la viscosité cinématique à 100°C de la composition lubrifiante, mesurée
selon la norme ASTM D445, est comprise entre 5,6 et 12,5 cSt.
Description détaillée
[0029] La présente invention a pour objet la réduction de l'usure des coussinets et la lubrification
des moteurs à combustion interne thermique des véhicules à motorisation hybride ou
micro-hybride.
[0030] On entend ici par véhicules à motorisation hybride, les véhicules faisant appel à
deux stockages d'énergie distincts capables de mouvoir lesdits véhicules. En particulier,
les véhicules hybrides associent un moteur à combustion interne thermique et un moteur
électrique, ledit moteur électrique participant à la traction du véhicule. Le principe
de fonctionnement des véhicules hybrides est le suivant:
- lors des phases stationnaires (où le véhicule est immobile), les deux moteurs sont
à l'arrêt,
- au démarrage, c'est le moteur électrique qui assure la mise en mouvement de la voiture,
jusqu'à des vitesses plus élevées (25 ou 30 km/h),
- lorsque des vitesses plus élevées sont atteintes, le moteur à combustion interne thermique
prend le relais,
- en cas de grande accélération, on observe la mise en marche des deux moteurs à la
fois, qui permet d'avoir des accélérations équivalentes au moteur de même puissance,
voire supérieures,
- optionnellement, en phase de décélération et de freinage, l'énergie cinétique est
utilisée pour recharger les batteries.
[0031] Ainsi, dans les véhicules hybrides, le moteur à combustion interne thermique subit,
au cours de sa durée de vie, un nombre d'arrêts et de démarrages beaucoup plus importants
que dans un véhicule classique (phénomène de «Stop-and-Start»).
[0032] On entend ici par véhicule à motorisation micro-hybride, des véhicules comprenant
un moteur à combustion interne thermique, mais pas de moteur électrique comme les
véhicules hybrides, le caractère « hybride » étant apporté par la présence du système
Stop and Start apporté par un alterno-démarreur ou un démarreur renforcé qui assurent
l'arrêt et le redémarrage du moteur thermique lorsque le véhicule s'immobilise puis
redémarre.
[0033] La présente invention vise plus préférentiellement la lubrification des moteurs à
combustion interne thermique des véhicules équipés de système hybrides ou micro-hybrides
circulant en milieu urbain, où le phénomène Stop-and-Start et l'usure résultante sont
accrus.
[0034] L'usure engendrée par ces arrêts et redémarrages fréquents sera visible au niveau
des différentes pièces en contact avec le lubrifiant : piston, segment, axe de piston,
bossage d'axe de piston, pied de bielle, tête de bielle, coussinets de bielle, maneton,
tourillon, palier de ligne d'arbre, coussinets de ligne d'arbre ou coussinets de tourillon
ou coussinets de vilebrequin, axe de chaine, denture de pompe à huile, engrenage,
arbre à came, palier d'arbre à came, poussoirs de distribution, rouleau de linguet,
butée hydraulique pour rattrapage de jeu, axe de turbocompresseur, palier de turbocompresseur.
[0035] Dans un moteur automobile, il existe une partie fixe comprenant le bloc-moteur, la
culasse, le joint de culasse, la chemise et diverses pièces assurant l'assemblage
et l'étanchéité de ces différentes pièces. Il existe aussi une partie mobile comprenant
le vilebrequin, la bielle et ses coussinets, le piston et ses segments.
[0036] Le rôle de la bielle est de transmettre au vilebrequin les efforts reçus par le piston,
en transformant un mouvement rectiligne alternatif en un mouvement circulaire dans
un seul sens.
[0037] Une bielle comporte deux alésages circulaires, l'un de petit diamètre, appelé pied
de bielle, et l'autre de grand diamètre appelé tête de bielle. Entre ces deux alésages,
se trouve le corps de la bielle qui relie le pied de bielle et la tête de bielle.
[0038] Le pied de bielle est engagé autour de l'axe du piston, la friction entre le pied
de bielle et l'axe du piston est réduite par l'interposition entre les deux pièces
mobiles d'une bague circulaire recouverte ou constituée de métal anti-friction (bronze,
par exemple), ou de roulements (à aiguilles le plus souvent).
[0039] La tête de bielle, elle, enserre le maneton du vilebrequin. La friction entre l'ensemble
tête de bielle et maneton est réduite par l'existence d'un film d'huile et l'interposition
entre la tête de bielle et le maneton, de coussinets. On parle dans ce cas de coussinets
de tête de bielle.
[0040] Le vilebrequin est une pièce en rotation. Son positionnement et son maintien sont
réalisés par un certain nombre de paliers, dits tourillons. On a donc une pièce fixe,
le palier de vilebrequin, qui enserre une partie mobile, le tourillon de vilebrequin.
Une lubrification entre ces deux pièces est impérative et des coussinets sont mis
en place afin de permettre de résister aux efforts appliqués sur ces paliers. On parle
dans ce cas de coussinets de tourillon (ou coussinets de ligne d'arbre ou coussinets
de vilebrequin).
[0041] Le rôle du coussinet dans le cas d'une tête de bielle ou d'un tourillon, est de permettre
une bonne rotation de l'arbre du vilebrequin. Les coussinets sont des coquilles minces
ayant la forme d'un demi-cylindre. Ce sont des pièces qui sont extrêmement sensibles
aux conditions de lubrification. S'il y a un contact entre le coussinet et l'arbre
tournant, maneton ou tourillon, l'énergie dégagée entraîne de manière systématique
une usure importante ou une casse du moteur. L'usure générée peut en outre jouer le
rôle d'amplificateur du phénomène et de la gravité du contact.
[0042] Dans le cadre d'arrêts et de redémarrage fréquents, comme c'est le cas pour les véhicules
à motorisation hybride ou micro-hybride, les coussinets sont soumis à des ruptures
et réamorçages fréquents du film d'huile. Ainsi à chaque arrêt/redémarrage a lieu
un contact entre les interfaces métalliques et c'est la fréquence d'occurrence de
ces contacts qui est problématique pour les coussinets.
[0043] Les coussinets sont soumis à plusieurs types d'usure dans les moteurs. Les différents
types d'usure rencontrés dans les moteurs sont : l'usure adhésive ou l'usure par contact
métal-métal, l'usure abrasive, l'usure corrosive, l'usure par fatigue, ou les formes
complexes d'usure (corrosion de contact, érosion par cavitation, usures d'origine
électrique). Les coussinets sont soumis en particulier à l'usure adhésive, l'invention
est plus particulièrement utile pour améliorer ce type d'usure mais l'invention peut
néanmoins s'appliquer aux autres types d'usure citées ci dessus.
[0044] Les surfaces qui seront sensibles à l'usure, en particulier la surface des coussinets,
sont des surfaces de type métallique, ou des surfaces de type métalliques revêtues
d'une autre couche qui peut être, soit un polymère, soit une couche de carbone amorphe.
L'usure se produit à l'interface entre lesdites surfaces qui entrent en contact lorsque
le film d'huile devient insuffisant.
[0045] La surface de type métallique peut être une surface constituée d'un métal pur tel
que l'étain (Sn) ou le plomb (Pb). La plupart du temps, la surface de type métallique
sera un alliage de type métallique, à base d'un métal et d'au moins un autre élément
métallique ou non. Un alliage fréquemment utilisé est l'acier, alliage de fer (Fe)
et de carbone (C). Les coussinets utilisés dans l'industrie automobile, sont la plupart
du temps des coussinets dont le support est en acier, support revêtu ou non d'un autre
alliage métallique.
[0046] Les autres alliages métalliques constituant les surfaces métalliques selon l'invention,
sont des alliages comprenant comme élément de base de l'étain (Sn), du plomb (Pb),
du cuivre (Cu) ou de l'aluminium (Al). Le cadmium (Cd), l'argent (Ag) ou le zinc (Zn)
peuvent aussi être des éléments de base des alliages métalliques constituant les surfaces
métalliques selon l'invention. A ces éléments de base vont s'ajouter d'autres éléments
choisis parmi l'antimoine (Sb), l'arsenic (As), le chrome (Cr), l'indium (In), le
magnésium (Mg), le nickel (Ni), le platine (Pt) ou le silicium (Si).
[0047] Des alliages préférés sont basés sur les combinaisons suivantes Al/Sn, Al/Sn/Cu,
Cu/Sn, Cu/Al, Sn/Sb/Cu, Pb/Sb/Sn, Cu/Pb, PB/Sn/Cu, Al/Pb/Si, Pb/Sn, Pb/In, Al/Si,
Al/Pb. Les combinaisons préférées sont les combinaisons Sn/Cu, Sn/AI, Pb/Cu ou Pb/AI.
[0048] Les alliages à base de cuivre et de plomb sont des alliages préférés, ils sont aussi
appelés alliages en cupro-plomb ou métal blanc.
[0049] Selon un autre mode de réalisation, les surfaces concernées par l'usure sont des
surfaces de type polymérique. La plupart du temps, les coussinets seront en acier
et comprendront en plus cette surface polymérique. Les polymères utilisables, sont
soit des thermoplastiques tels que les polyamides, les polyéthylènes, les fluoropolymères
tels que les tétrafluoroéthylènes, en particulier les polytétrafluoroéthylènes (PTFE),
soit des thermodurcissables tels que les polyimides, les phénoplastes.
[0050] Selon un autre mode de réalisation, les surfaces concernées par l'usure sont des
surfaces de type carbone amorphe. La plupart du temps, les coussinets seront en acier
et comprendront en plus cette surface de type carbone amorphe. Les surfaces de type
carbone amorphe sont aussi appelées DLC, ou Diamond Like Carbon ou Diamond Like Coating,
dont les carbones sont d'hybridations sp
2 et sp
3.
[0051] Les surfaces concernées par l'usure ne sont pas des surfaces de type céramique. Ce
type de revêtements en céramique est très peu utilisé dans le domaine des véhicules
du fait de leur fragilité et des contraintes de recyclabilité appliquées aux moteurs
modernes.
[0052] Les compositions lubrifiantes utilisées dans l'invention comprennent au moins un
modificateur de frottement choisi parmi les composés organomolybdène. Ces composés
sont, comme leur nom l'indique, des composés à base de molybdène, de carbone et d'hydrogène,
mais on trouve aussi dans ces composés du soufre et du phosphore, et aussi de l'oxygène
et de l'azote.
[0053] Les composés organomolybdène selon l'invention sont par exemple, les dithiophosphates
de molybdène, les dithiocarbamates de molybdène, les dithiophosphinates de molybdène,
les xanthates de molybdène, les thioxanthates de molybdène, et divers complexes organique
du molybdène tels que les carboxylates de molybdène, les esters de molybdène, les
amides de molybdène, pouvant être obtenu par réaction d'oxyde de molybdène ou de molybdates
d'ammonium avec des corps gras, des glycérides ou des acides gras, ou des dérivés
d'acides gras (esters, amines, amides...).
[0054] Des composés organomolybdène convenant pour les compositions lubrifiantes selon la
présente invention sont par exemple décrits dans la demande
EP2078745, du paragraphe [0036] au paragraphe [062].
[0055] Les composés organomolybdène préférés sont les dithiophosphates de molybdène et/ou
les dithiocarbamates de molybdène.
[0056] En particulier, les dithiocarbamates de molybdène se sont avérés très efficaces pour
réduire l'usure des coussinets. Ces dithiocarbamates de molybdène ont pour formule
générale la formule générale (I) suivante dans laquelle R
1, R
2, R
3 ou R
4 sont indépendamment l'un de l'autre des groupements alkyles linéaires ou ramifiés,
saturés ou insaturés, comprenant de 4 à 18 atomes de carbone, préférentiellement de
8 à 13.
[0057] De même pour les dithiophosphates de molybdène. Ces dithiophosphates de molybdène
ont pour formule générale la formule générale (II) suivante dans laquelle R
5, R
6, R
7 ou R
8 sont indépendamment l'un de l'autre des groupements alkyles linéaires ou ramifiés,
saturés ou insaturés, comprenant de 4 à 18 atomes de carbone, préférentiellement de
8 à 13.
[0058] Les compositions lubrifiantes selon l'invention peuvent comprendre entre 0,1 et 10%
en masse, par rapport à la masse totale de composition lubrifiante, de composé organomolybdène,
de préférence entre 0,5 et 8%, plus préférentiellement entre 1 et 5%, encore plus
préférentiellement entre 2 et 4%.
[0059] De façon surprenante, la demanderesse a mis en évidence que l'emploi de ces composés
organomolybdène, dans une huile moteur, permet de réduire considérablement l'usure
des coussinets de bielle sur les moteurs de véhicules hybrides ou micro-hybrides,
sans modifier la consommation de carburant ou en réduisant la consommation de carburant.
[0060] Les composés organomolybdène utilisables selon l'invention comprennent de 1 à 30%
en masse de molybdène, par rapport à la masse totale de composé organomolybdène, de
préférence de 2 à 20%, plus préférentiellement de 4 à 10%, encore plus préférentiellement
de 8 à 5%.
[0061] Les composés organomolybdène utilisables selon l'invention comprennent de 1 à 30%
en masse de soufre, par rapport à la masse totale de composé organomolybdène, de préférence
de 2 à 20%, plus préférentiellement de 4 à 10%, encore plus préférentiellement de
8 à 5%.
[0062] Les composés organomolybdène utilisables selon l'invention comprennent de 1 à 10%
en masse de phosphore, par rapport à la masse totale de composé organomolybdène, de
préférence de 2 à 8%, plus préférentiellement de 3 à 6%, encore plus préférentiellement
de 4 à 5%.
[0063] Les compositions lubrifiantes utilisées selon la présente invention comprennent une
ou plusieurs huiles de base, représentant généralement de 50% à 90% en masse, par
rapport à la masse totale de la composition lubrifiante, de préférence de 60% à 85%,
plus préférentiellement de 65 à 80%, encore plus préférentiellement de 70 à 75%.
[0064] La ou les huiles de base utilisées dans les compositions lubrifiantes selon la présente
invention peuvent être des huiles d'origine minérales ou synthétiques des groupes
I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents
selon la classification ATIEL) telle que résumée ci-dessous, seules ou en mélange.
|
Teneur en saturés |
Teneur en soufre |
Indice de viscosité (VI) |
Groupe I Huiles minérales |
< 90 % |
> 0.03 % |
80 ≤ VI < 120 |
Groupe II Huiles hydrocraquées |
≥ 90 % |
≤ 0.03 % |
80 ≤ VI < 120 |
Groupe III Huiles hydrocraquées ou hydro-isomérisées |
≥ 90 % |
≤ 0.03 % |
≥ 120 |
Groupe IV |
Polyalphaoléfines (PAO) |
Groupe V |
Esters et autres bases non incluses dans bases groupes I à IV |
[0065] Ces huiles peuvent être des huiles d'origine végétale, animale, ou minérales. Les
huiles de base minérales selon l'invention incluent tous types de bases obtenues par
distillation atmosphérique et sous vide du pétrole brut, suivies d'opérations de raffinage
tels qu'extraction au solvant, désalphatage, déparaffinage au solvant, hydrotraitement,
hydrocraquage et hydroisomérisation, hydrofinition.
[0066] Les huiles de bases des compositions selon la présente invention peuvent également
être des huiles synthétiques, tels certains esters d'acides carboxyliques et d'alcools,
ou des polyalphaoléfines. Les polyalphaoléphines utilisées comme huiles de base, sont
par exemple obtenues à partir de monomères ayant de 4 à 32 atomes de carbone (par
exemple octène, decène), et une viscosité à 100°C comprise entre 1,5 et 15 cSt (mesurée
selon la norme ASTM D 445). Leur masse moléculaire moyenne en poids est typiquement
comprise entre 250 et 3000 (mesurée selon la norme ASTM D5296).
[0067] Des mélanges d'huiles synthétiques et minérales peuvent également être employés,
par exemple lorsqu'on formule des huiles multigrades permettant d'éviter les problèmes
de démarrage à froid.
[0068] Les compositions lubrifiantes peuvent comprendre des polymères améliorants d'indice
de viscosité (améliorant VI), tels que par exemple les esters polymères, les Oléfines
Copolymères (OCP), les homopolymères ou copolymères du styrène, du butadiène ou de
l'isoprène, les polyméthacrylates (PMA).
[0069] Les compositions lubrifiantes selon la présente invention peuvent contenir de l'ordre
de 0 à 20 %, ou encore de 5 à 15 % , ou de 7 à 10 % en masse, par rapport à la masse
totale de la composition lubrifiante, de polymères améliorants de l'indice de viscosité
(améliorant VI), par exemple choisis parmi les esters polymères, les Oléfines Copolymères
(OCP), les homopolymères ou copolymères du styrène, du butadiène ou de l'isoprène,
les polyméthacrylates (PMA).
[0070] Préférentiellement, les compositions lubrifiantes selon l'invention ont préférentiellement
une valeur d'indice de viscosité ou VI, mesuré selon ASTM D2270 supérieur à 130, préférentiellement
supérieur à 140, préférentiellement supérieur à 150.
[0071] Préférentiellement, les compositions lubrifiantes selon l'invention ont une viscosité
cinématique (KV100) à 100°C selon la norme ASTM D445, comprise entre 3,8 cSt et 26,1
cSt, de préférence entre 5,6 et 12,5 cSt, ce qui correspond d'après la classification
SAE J 300 à des grades 20 (5,6 à 9,3 cSt) ou 30 (9,3 à 12,5 cSt) à chaud.
[0072] Préférentiellement, les compositions lubrifiantes selon l'invention sont des huiles
moteur multigrades de grade 0W ou 5W à froid, et 20 ou 30 à chaud selon la classification
SAE J 300.
[0073] Les compositions lubrifiantes pour moteurs utilisées selon l'invention peuvent en
outre contenir tous types d'additifs adaptés à une utilisation comme huile moteur.
Ces additifs peuvent être introduits isolément et/ou inclus dans des paquets d'additifs
utilisés dans les formulations des lubrifiants commerciaux, de niveaux de performance
tels que définis par l'ACEA (Association des constructeurs Européens d'Automobiles)
et/ou l'API (American Petroleum Institute). Ces paquets d'additifs (ou compositions
additives) sont des concentrés comportant environ 30% en poids d'huile de base de
dilution.
[0074] Ainsi, les compositions lubrifiantes selon l'invention peuvent contenir notamment
et non limitativement des additifs anti-usure et extrême pression, des antioxydants,
des détergents surbasés ou non, des améliorants de point d'écoulement, des dispersants,
des anti-mousse, des épaississants...
[0075] Les additifs anti-usure et extrême-pression protègent les surfaces en frottement
par formation d'un film protecteur adsorbé sur ces surfaces. Le plus couramment utilisé
est le dithiophosphate de zinc ou ZnDTP. On trouve également dans cette catégorie
divers composés phosphorés, soufrés, azotés, chlorés et borés.
[0076] Il existe une grande variété d'additifs anti-usure, mais la catégorie la plus utilisée
dans les huiles pour moteur est celle des additifs phosphosoufrés 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)(OR
9)(OR
10))
2, ou R
9 et R
10 sont des groupements alkyl, linéaires ou ramifiés, saturés ou insaturés, comportant
préférentiellement de 1 à 18 atomes de carbone. Le ZnDTP est typiquement présent à
des teneurs de l'ordre de 0,1 à 2% en masse, par rapport à la masse totale de la composition
lubrifiante.
[0077] Les phosphates d'amines, les polysulfures, notamment oléfines soufrées, sont également
des additifs anti-usure employés couramment.
[0078] Les additifs anti-usure et extrême-pression sont généralement présents dans les compositions
pour lubrifiants moteur à des teneurs comprises entre 0,5 et 6% en masse, préférentiellement
comprises entre 0,7 et 2%, préférentiellement entre 1 et 1,5%, par rapport à la masse
totale de la composition lubrifiante.
[0079] Les antioxydants retardent la dégradation des huiles en service, dégradation qui
peut se traduire par la formation de dépôts, la présence de boues, ou une augmentation
de la viscosité de l'huile. Ils agissent comme inhibiteurs radicalaires ou destructeurs
d'hydropéroxydes. Parmi les antioxydants couramment employés, on trouve les antioxydants
de type phénolique et/ou aminés.
[0080] Les antioxydants phénoliques peuvent être sans cendre, ou bien être sous forme de
sels métalliques neutres ou basiques. Typiquement, ce sont des composés contenant
un groupement hydroxyle stériquement encombré, par exemple lorsque deux groupements
hydroxyles sont en position ortho ou para l'un de l'autre, ou que le phénol est substitué
par un groupe alkyl comportant au moins 6 atomes de carbone.
[0081] Les composés aminés sont une autre classe d'antioxydants pouvant être utilisés, seuls
ou éventuellement en combinaison avec les composés phénoliques. Des exemples typiques
sont les amines aromatiques, de formule R
11R
12R
13N, où R
11 est un groupement aliphatique, ou un groupement aromatique éventuellement substitué,
R
12 est un groupement aromatique éventuellement substitué, R
13 est l'hydrogène, ou un groupement alkyl ou aryl, ou un groupement de formule R
14S(O)
xR
15, où R
14 et R
15 sont des groupes alkylène, alkenylène, ou aralkylène, et x est égal à 0, 1 ou 2.
[0082] Des alkyl phénols sulphurisés ou leurs sels de métaux alcalins et alcalino terreux
sont également utilisés comme antioxydants.
[0083] Une autre classe d'antioxydants est celle des composés cuivrés solubles dans l'huile,
par exemples les thio- ou dithiophosphates de cuivre, les sels de cuivre et d'acides
carboxyliques, les dithiocarbamates, sulphonates, phénates, acétylacétonates de cuivre.
Les sels de cuivre I et II, d'acide ou d'anhydride succiniques sont utilisés.
[0084] Ces composés, seuls ou en mélange, sont typiquement présents dans les compositions
lubrifiantes pour moteur dans des quantités comprises entre 0,1 et 5% en masse, préférentiellement
entre 0,3 et 2%, encore plus préférentiellement entre 0,5 et 1,5%, par rapport à la
masse totale de la composition lubrifiante.
[0085] Les détergents réduisent la formation de dépôts à la surface des pièces métalliques
par dissolution des produits secondaires d'oxydation et de combustion, et permettent
la neutralisation de certaines impuretés acides provenant de la combustion et se retrouvant
dans l'huile.
[0086] Les détergents communément utilisés dans la formulation de compositions lubrifiantes
sont typiquement des composés anioniques comportant une longue chaîne hydrocarbonée
lipophile et une tête hydrophile. Le cation associé est typiquement un cation métallique
d'un métal alcalin ou alcalino-terreux.
[0087] Les détergents sont préférentiellement choisis parmi les sels de métaux alcalins
ou alcalino-terreux d'acides carboxyliques, sulfonates, salicylates, naphténates,
ainsi que les sels de phénates, préférentiellement de calcium, magnésium, sodium ou
baryum.
[0088] Ces sels métalliques peuvent contenir le métal en quantité approximativement stoechiométrique
ou bien en excès (en quantité supérieure à la quantité stoechiométrique). Dans ce
dernier cas, on a affaire à des détergents dits surbasés.
[0089] Le métal en excès apportant le caractère surbasé au détergent se présente sous la
forme de sels métalliques insolubles dans l'huile, par exemple carbonate, hydroxyde,
oxalate, acétate, glutamate, préférentiellement carbonate, préférentiellement de calcium,
magnésium, sodium ou baryum.
[0090] Les compositions lubrifiantes selon la présente invention peuvent contenir tous types
de détergents connus de l'homme du métier, neutres ou bien surbasés. Le caractère
plus ou moins surbasé des détergents est caractérisé par l'indice de base BN (base
number ou BN en terminologie anglo-saxonne), mesuré selon la norme ASTM D2896, et
exprimé en mg de KOH par gramme. Les détergents neutres ont un BN compris environ
entre 0 et 80 mg KOH/g. Les détergents surbasés ont, eux, des valeurs de BN typiquement
de l'ordre de 150 mg KOH/g et plus, voire 250 mg KOH/g ou 450 mg KOH/g ou plus. Le
BN de la composition lubrifiante contenant les détergents est mesuré par la norme
ASTM D2896 et exprimé en mg de KOH par gramme de lubrifiant.
[0091] Préférentiellement, les quantités de détergents inclus dans les huiles moteur selon
l'invention sont ajustées de manière à ce que le BN desdites huiles, mesuré selon
la norme ASTM D2896, soit compris entre 5 et inférieur ou égal à 20 mg de KOH par
gramme d'huile moteur, préférentiellement entre 8 et 15 à mg de KOH par gramme d'huile
moteur
Les additifs abaisseurs de point d'écoulement améliorent le comportement à froid des
huiles, en ralentissant la formation de cristaux de paraffine. Ce sont par exemple
des polyméthacrylates d'alkyle, polyacrylates, polyarylamides, polyalkylphénols, polyalkylnaphtalènes,
polystyrène alkylé. Ils sont généralement présents dans les huiles selon l'invention
à des teneurs comprises entre 0,1 et 0,5% en masse, par rapport à la masse de composition
lubrifiante.
[0092] Les dispersants comme par exemples succinimides, PIB (polyisobutène) succinimides,
Bases de Mannich assurent le maintien en suspension et l'évacuation des contaminants
solides insolubles constitués par les produits secondaires d'oxydation qui se forment
lorsque l'huile moteur est en service. Le taux de dispersant est typiquement compris
entre 0,5 et 10% en masse, préférentiellement entre 1 et 5%, par rapport à la masse
totale de la composition lubrifiante.
[0093] Une méthode pour réduire l'usure des coussinets et pour lubrifier des surfaces métalliques,
des surfaces polymériques et/ou des surfaces de carbone amorphe, des moteurs à combustion
interne thermique des véhicules à motorisation hybride et/ou microhybride par l'utilisation
d'une composition lubrifiante comprenant au moins une huile de base et au moins un
composé organomolybdène est également décrite. L'ensemble des caractéristiques et
préférences présentées pour la composition lubrifiante selon l'invention s'applique
également à la méthode selon l'invention.
Exemples
[0094] On a simulé l'aggravation sur l'usure des coussinets d'un moteur muni d'un système
Stop-and-Start par un essai consistant en une succession de 12000 cycles arrêt/démarrage
pendant 150 heures:
- 1) Démarrage moteur,
- 2) Fonctionnement 10 secondes sur point de ralenti,
- 3) Arrêt moteur,
Reprise de la séquence 1 à 3.
[0095] Le système testé comprend un moteur diesel 4 cylindres de couple maximum 200 N.m
de 1750 à 2500 tours/min. Il est de type Stop-and-Start et comprend un alterno-démarreur
entre l'embrayage et la boite de vitesse du véhicule. L'huile moteur est maintenue
aux environs de 100°C dans ces essais. L'usure est suivie par une technique usuelle
de radiotraceurs, consistant à irradier la surface des coussinets de bielle dont on
veut tester l'usure, et à mesurer en cours d'essai l'augmentation en radioactivité
de l'huile moteur, c'est-à-dire la vitesse de chargement de l'huile en particules
métalliques irradiées. Cette vitesse est directement proportionnelle à la vitesse
d'usure des coussinets.
[0096] Les résultats se basent sur l'analyse comparative de ces vitesses d'endommagement
(huile de référence et huile à tester) et sont validés par un encadrement avec une
huile de référence afin d'intégrer des éléments d'adaptation de surface positif ou
négatif à la vitesse d'endommagement.
[0097] Les vitesses d'endommagement des huiles testées sont toutes comparées à la vitesse
d'endommagement de l'huile de référence et quantifiées sous forme de ratio % de vitesse
nommé Usure dans le Tableau I ci-dessous.
[0098] La composition lubrifiante A est une composition lubrifiante de référence de grade
5W30.
[0099] La composition lubrifiante B est une composition lubrifiante additivée avec un anti-usure
connu le ZnDTP, dithiophosphate de zinc de formule (III) suivante dans laquelle R
16 est un groupement alkyl comprenant de 1 à 24 atomes de carbones.
[0100] La composition lubrifiante C est une composition lubrifiante additivée avec un anti-usure
connu le ZnDTC, un diamyldithiocarbamate de zinc .
[0101] La composition lubrifiante D est une composition lubrifiante selon l'art antérieur,
et en particulier selon la demande
WO2011045773, dans laquelle le modificateur de frottement organique de type ester qui répond à
la formule générale (a) R(OH)
m(COOR'(OH)
p(OOCR")
q)
n avec m égal à 1, p égal à 0, q égal à 0, n égal à 3 et R' est un groupement éthyle.
[0102] La composition lubrifiante E est une composition lubrifiante selon l'invention avec
comme modificateur de frottement un composé organomolybdène de formule générale (I)
avec R
1, R
2, R
3, R
4 qui sont des groupes alkyles de 13 et/ou 18 atomes de carbone, la quantité de molybdène
en masse, par rapport à la masse du composé, est de 10%, la quantité de soufre en
masse, par rapport à la masse du composé, est de 11%.
[0103] La composition lubrifiante F est une composition lubrifiante selon l'invention avec
comme modificateur de frottement un composé organomolybdène de formule générale (II)
avec R
5, R
6, R
7, R
8 qui sont des groupes alkyles de 8 atomes de carbone, la quantité de molybdène en
masse, par rapport à la masse du composé, est de 9%, la quantité de soufre en masse,
par rapport à la masse du composé, est de 10,1%, la quantité de phosphore en masse,
par rapport à la masse du composé, est de 3,2%.
[0104] Les compositions massiques et propriétés des compositions lubrifiantes testées sont
regroupées dans le tableau I ci-dessous :
Tableau I
|
A |
B |
C |
D |
E |
F |
Huile de base* |
70% |
70% |
70% |
70% |
70% |
70% |
Paquet d'additifs |
12,3% |
12,3% |
12,3% |
12,3% |
12,3% |
12,3% |
Polymère |
16,6% |
16,6% |
16,6% |
16,6% |
16,6% |
16,6% |
Anti-oxydant |
0,8% |
0,8% |
0,8 % |
0,8 % |
0,8% |
0,8 % |
PPD |
0,3% |
0,3% |
0,3% |
0,3% |
0,3% |
0,3% |
ZnDTC |
- |
1% |
- |
- |
- |
- |
ZnDTP |
- |
- |
1% |
- |
- |
- |
HO-C-(COOEt)3 |
- |
- |
- |
1% |
- |
- |
MoDTC |
- |
- |
- |
- |
1% |
- |
MoDTP |
- |
- |
- |
- |
- |
1% |
HTHS, mPa.s, ASTM D4741 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
KV100, cSt, ASTM D445 |
12,04 |
11,75 |
11,77 |
11,54 |
11,79 |
11,74 |
CCS -30°C, mPa.s, ASTM D5293 |
6360 |
6340 |
6348 |
6402 |
6351 |
6353 |
Grade SAE |
5W30 |
5W30 |
5W30 |
5W30 |
5W30 |
5W30 |
Usure |
100% |
72% |
74% |
68% |
50% |
48% |
* hors huile de base de dilution du paquet d'additifs |
[0105] L'huile de base utilisée est un mélange d'huiles de base de groupe III, d'indice
de viscosité égal à 171.
[0106] Le polymère utilisé est un polymère styrène/butadiène linéaire de masse M
w égale à 139 700, de masse M
n égale à 133 000, d'indice de polydispersité égal à 1,1, de PSSI (indice de stabilité
au cisaillement permanent ou Permanent Shear Stability Index en terminologie anglo-saxonne)
égal à 15, à 8% de matière active dans une huile de base de groupe III.
[0107] L'anti-oxydant est un anti-oxydant aminé de structure alkylarylamine.
[0108] Le PPD (ou Pour Point Depressant en terminologie anglo-saxonne) ou Abaisseur de Point
d'Ecoulement est de type polyméthacrylate.
[0109] Le paquet d'additifs utilisé comprend des additifs anti-usure, anti-oxydants, dispersants
et détergents classiques.
[0110] La composition lubrifiante A est prise comme référence.
[0111] Les essais avec la composition lubrifiante B ont montré un taux d'usure important,
corroboré par des observations visuelles (usure de 72 %). De même pour la composition
lubrifiante C (usure de 74). L'utilisation du modificateur de frottement organique
dans la composition lubrifiante D permet de réduire l'usure (usure de 68 %), mais
ceci peut être amélioré. Ainsi l'utilisation des modificateurs de frottement organomolybdènes
dans les compositions lubrifiantes E et F permettent d'améliorer ce résultat et d'obtenir
des niveaux d'usure inférieurs ou égaux à 50%.