Brevet FR2505355A1 — publié le 19821112

La présente invention concerne des compositions d'huile lubrifiante qui offrent de nettes améliorations en ce qui concerne l'économie de carburant L'invention a plus particulièrement trait à des compositions d'huiles lubrifiantes qui contiennent de très faibles proportions d'un ester d'acide gras du glycérol comme additif pour l'écono- mie de carburant L'industrie a pour objectif actuel de trouver des compositions d'huiles lubrifiantes qui offrent des améliorations en ce qui concerne les économies de car- burant dans des véhicules à moteur à essence et à moteur diesel Pour atteindre cet objectif actuel, on développe une nouvelle catégorie d'additifs communément appelés additifs d'économie de carburant qui ont pour principale fonction d'accroître le nombre de kilomètres pouvant être parcourus par unité de volume de carburant. Attendu que les compositions d'huiles lubrifiantes d'actua- lité sont des formulations complexes, ces additifs doivent être compatibles avec les autres composants desdites com- positions et ne doivent pas altérer les nombreuses autres fonctions d'additifs classiques pour lubrifiants, telles que le pouvoir dispersant, la stabilité de la viscosité, l'inhibition de la corrosion et de l'oxydation, etc. Des exemples de brevets récents reflétant des développements dans ce domaine sont les brevets des Etats- Unis d'Amérique N O 4 201 684 et N O 4 208 293 Ces brevets illustrent l'utilisation d'amides d'acides gras et d'amides sulfurés comme additifs exerçant un effet bénéfique par économie de carburant, comme démontré par les résultats de réduction de la friction La présente invention a trait à l'utilisation d'esters d'acides gras du glycérol comme additifs pour l'économie de carburant, notamment des esters de glycérol d'acides gras en C 16 à C 18 Il existe dans la littérature des publications décrivant l'utilisation de ces matières dans des compositions d'huiles lubrifiantes, comme indiqué ci-dessous. Les demandes de brevets de la République Fédé- rale d'Allemagne N O P-2 949 910 et P-2 949 940 au nom de Chevron Research Company, publiées toutes deux le 3 Juillet 1980, révèlent l'utilisation d'esters d'acides gras du glycérol comme additifs pour l'économie de carburant Ces publications correspondent aux demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique N' 970 698 et N O 970 699 déposées toutes deux le 18 Décembre 1978 au nom de Liston Ces références affirment que l'addition de 0,25 à 2 % en poids, de préférence 0,40 à 1,25 % en poids, d'un ester d'acide gras permet de réaliser une économie de carburant de 2 à 3 % tant dans des moteurs à essence que dans des moteurs diesel. Les esters de glycérol de l'acide oléique sont préconisés. La demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne N O P-2 949 940 précitée illustre la forme de réalisation préconisée montrant l'utilisation de l'ester de glycérol au même taux de traitement conjointement avec des additifs consistant en dihydrocarbyldithiophosphates de zinc En contraste avec les enseignements de ces références, la présente invention, qui résulte de l'essai sur moteurs de compositions entièrement formulées, est basée sur la dé- couverte du fait que de très faibles taux d'esters de glycérol, à savoir jusqu'à environ 0,2 % en poids, offrent une performance optimale exprimée par l'évaluation réelle des données d'économie de carburant Aucun avantage ne peut être obtenu du fait de l'utilisation de quantités relativement plus fortes et, dans quelques cas, des déficits importants peuvent apparaître en ce qui concerne la stabi- lité des formulations ou par une performance insuffisante. Une autre référence décrivant l'utilisation d'esters de polyols d'acides carboxyliques dans des compo- sitions d'huiles lubrifiantes est le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 933 659 qui concerne un fluide fonctionnel à plusieurs composants dont l'un peut être un ester de polyol utilisé comme modificateur de friction ou un amide d'acide gras utilisé pour la même fonction La principale application mentionnée dans cette référence est l'applica- tion à des fluides de transmission automatique Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 273 891 fait connaître des additifs anti-usure comprenant un mélange d'acides dimères et d'un ester partiel d'un alcool polyhydroxylique, l'additif étant considéré comme améliorant le pouvoir lubrifiant ainsi que comme additif fonctionnant dans la catégorie anti-usure. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 3 112 271 fait con- naître l'utilisation du mono-oléate de glycérol comme additif d'extrêmepression comme le font également les brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 3 112 269 et N O 3 041 284 Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 2 493 483 révèle des lubrifiants pour moteurs de marine, qui renferment un ester partiel de glycérol ou d'autres esters de polyols d'acides gras en quantités de 0,05 à 1 %. D'autres références faisant connaître des esters de polyols d'acides gras sont représentées par le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 2 788 326 qui attribue à ces composés des vertus de lubrifiants d'extrême-pression et le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 2 527 889 qui montre que les mêmes esters de polyols, tels que le mono-oléate de glycérol, sont utiles comme agents anti-corrosifs dans des huiles de turbine et dans des carburants diesel. La découverte sur laquelle la présente inven- tion est basée réside dans le fait qu'il existe une plage déterminée de concentrations d'additifs, en relation avec l'utilisation d'esters de polyols dans des compositions d'huiles lubrifiantes pour moteurs, qui confère un degré d'économie de carburant, par unité de poids d'additif, encore inégalé dans l'art antérieur lorsque des esters de glycérol sont utilisés dans une huile lubrifiante entière- ment formulée et soumis à des essais d'évaluation sur un moteur à allumage par étincelle Un fait tout aussi impor- tant est que d'autres effets et propriétés désirables d'huiles lubrifiantes, par exemple la compatibilité, la détergence et le pouvoir dispersant, ne sont pas atténués. En conséquence, la présente invention propose des compositions d'huiles lubrifiantes favorisant l'économie de carburant, qui comprennent une huile de viscosité lubri- fiante et, comme additif d'économie de carburant, une pro- portion de 0,05 à 0,2 % en poids d'un ester partiel de glycérol d'un acide gras en C 16 à C 18, offrant ainsi une amélioration de l'économie de carburant d'environ 1 à 3 %, comparativement à la même composition d'huile lubrifiante ne contenant pas l'additif d'économie de carburant. Les compositions d'huiles lubrifiantes de la présente invention comprennent des formulations d'huiles lubrifiantes tant monogrades que multigrades pour des moteurs à essence et diesel (allumage par compression). Ainsi, dans la pratique de la présente invention, les compositions d'huiles lubrifiantes contiennent des systèmes d'additifs formulés de manière à satisfaire aux exigences de viscosité ou à d'autres spécifications comme en néces- site la qualification comme huile lubrifiante pour moteur à essence ou comme huile lubrifiante diesel Une formula- tion d'huile lubrifiante monograde contient normalement des quantités classiques d'un dispersant sans cendres, d'un détergent métallique normal ou basique, d'un additif anti-usure et d'un anti-oxydant et une huile multigrade contient, en plus des additifs ci-dessus, un agent amélio- rant l'indice de viscosité ou un agent modificateur de viscosité En plus de ces additifs principaux, de très petites proportions d'autres additifs à fonctions spéciales, par exemple des agents abaissant le point d'écoulement, des inhibiteurs de rouille, des agents anti-mousse, etc, sont incorporées de manière classique aux compositions d'huiles lubrifiantes. L'additif d'économie de carburant de la présente invention est de préférence un mono-ester ou un di-ester de glycérol d'un acide gras saturé ou non saturé en C 16 à C 18 tel que l'acide oléique ou l'acide linoléique On a trouvé que le rendement optimal était obtenu pour un taux d'environ 0,2 % en poids et que l'utilisation d'une quantité plus grande pouvait-même nuire à la performance globale de la composition d'huile lubrifiante. Des formulations d'huiles pour moteurs avec lesquelles la présente invention est en rapport sont des formulations qui contiennent une quantité dominante d'une huile lubrifiante et des quantités efficaces d'additifs classiques en plus de l'additif d'économie de carburant mentionné ci-dessus Les pourcentages d'additifs mentionnés dans le présent mémoire sont donnés sur base pondérale par rapport au poids total de la formulation d'huile lubrifiante, sauf spécification contraire. Ces additifs classiques comprennent un disper- sant sans cendres qui est normalement un additif dispersant contenant de l'azote, comprenant des sels, amides, imides et esters solubles dans les huiles, obtenus à partir d'aci- des monocarboxyliques et dicarboxyliques de haut poids moléculaire et de diverses amines portant un atome d'azote d'amine ou hétérocyclique, avec au moins un groupe amido ou hydroxy capable de former un sel, un amide ou un ester. On apprécie les produits de réaction entre une polyoléfine (oléfine en C 2 à C 5) telle que l'anhydride polyisobutényl- succinique et une alkylène-polyamine telle que la tétra- éthylènepentamine La portion polyisobutényle comprend entre 50 et 250 atomes de carbone Les alkylène-polyamines sont celles qui répondent à la formule: NH 2 (CH 2)n(NH(CH 2)n)m-NH 2 dans laquelle N a une valeur de 2 à 3 et m est un nombre de O à 10 Des mélanges d'alkylène-polyamines qui se rap- prochent de la tétraéthylènepentamine sont des matières utilisées dans le commerce Des dispersants sont générale- ment utilisés en quantités d'environ 0,1 à 10 % en poids, de préférence d'environ 0,5 à 5 % en poids sur la base du poids de la composition d'huile lubrifiante. Des détergents utiles dans les formulations comprennent les sels métalliques normaux, basiques ou rendus surbasiques, à savoir les sels de calcium, magnésium, etc, d'acides naphténiques du pétrole, d'acides sulfoniques du pétrole, d'acides alkylbenzènesulfoniques,d'alkylphénols, d'alkylène-bisphénols, d'acides gras solubles dans les huiles, etc Les matières préconisées sont les phénates, phénates sulfurés et/ou sulfonates de calcium ou de magné- sium normaux ou rendus surbasiques, et ces additifs déter- gents contenant un métal sont normalement utilisés en quan- tités de 1 à 3 % en poids sur la base du poids total des compositions d'huiles lubrifiantes. Des exemples d'inhibiteurs d'oxydation conve- nables sont des phénols à encombrement tels que le 2,6- ditertio-butyl-para-crésol, des amines, le phénol sulfuré et des alkylphénothiazines; habituellement, une huile lubrifiante contient environ 0,01 à 3 % en poids d'inhibi- teur d'oxydation, selon son efficacité. Des exemples avantageux d'agents abaissant le point d'écoulement, qui sont ordinairement présents en quantités d'environ 0,01 à 1 % en poids, comprennent des hydrocarbures aromatiques alkylés par des paraffines, des polymères et copolymères oléfiniques, des polymères et copolymères d'acrylates et de méthacrylates. Des additifs anti-usure sont généralement les dihydrocarbyldithiophosphates de zinc solubles dans les huiles totalisant au moins 5 atomes de carbone, le groupe alkyle étant de préférence en C 2 à C 8 Ils sont normalement présents en quantités de 0,01 à 5 % en poids, de préférence de 0,5 à 1,5 % en poids, dans l'huile lubrifiante. Des exemples convenables d'agents classiques améliorant l'indice de viscosité ou modifiant la viscosité sont les polymères oléfiniques tels qu'un polybutène, des copolymères d'éthylène et de propylène, des polymères et copolymères hydrogénés et des terpolymères de styrène avec de l'isoprène et/ou du butadiène,des polymères d'acrylates ou de méthacrylates d'alkyle, des copolymères de méthacry- lates d'alkyle avec la N-vinylpyrrolidone ou un méthacrylate de diméthylamino-alkyle, des polymères post-greffés d'éthy- lène-propylène avec un monomère actif tel que l'anhydride maléique que l'on peut encore faire réagir avec un alcool ou une alkylènepolyamine, des polymères de styrène et d'anhydride maléique exposés à une post- réaction avec des alcools et des amines, etc Ces additifs sont utilisés en quantités d'environ 1,5 à 15 % en poids, selon les spéci- fications de viscosité exactes désirées. Des huiles de base hydrocarbonées convenables sont les huiles minérales de viscosité lubrifiante, comme mesuré d'après la norme ASTM D-455, d'environ 2 à 40, et de préférence de 5 à 20 centistokes à 99 C. Ces additifs classiques sont utilisés en quan- tités normalement nécessaires pour assumer leurs fonctions d'auxiliaires dans une composition d'huile lubrifiante moteur formulée De très petites quantités d'autres addi- tifs à fonction spéciale, tels que des agents anti-mousse ou des inhibiteurs de rouille, peuvent aussi être présentes dans une composition d'huile lubrifiante entièrement for- mulée. D'autres détails de la présente invention res- sortent des exemples suivants, donnés à titre non limitatif. Exemple 1 L'huile de référence utilisée dans cet exemple était une huile lubrifiante minérale moteur formulée W 30 monograde (correspondant à l'huile ASTM "HR"), qui avait été additionnée de 0,2 % en poids d'un additif d'économie de carburant consistant en un mono-oléate de glycérol (MOG) ou en un mélange (MOG/DOG) de mono-oléate de glycérol et de dioléate de glycérol dans un rapport en poids de 3 parties de MOG pour 2 parties de DOG dans ledit mélange L'huile de référence contenait 2,10 % en poids de dispersant, 1,10 % en poids d'anti-oxydant, 1,00 % en poids de détergent métallique basique, 1,95 % en poids d'additif anti-usure, 0, 21 % en poids d'agent abaissant le point d'écoulement et 0,001 % en poids d'agent anti- mousse Ce type d'huile de référence, qui est généralement admis par l'industrie pour l'établissement des données d'économie de carburant, offre une base de comparaison reproductible par rapport à laquelle les crédits d'écono- mie de carburant peuvent être mesurés, et on la considère comme donnant des résultats d'essai qui reflètent avec précision l'effet d'un additif d'économie de carburant donné. L'économie de carburant a été évaluée d'après l'essai de laboratoire pour l'économie de carburant de moteur intitulé "Laboratory Engine Fuel Economy Test (LEFET)" résumé ci-dessous: L'essai d'économie de carburant utilisé est une méthode d'essai sur moteur à allumage par étincelle. Le moteur est un moteur Chevrolet à huit cylindres en V, de 5,0 litres, couplé à un dynamomètre électrique refroidi par l'eau On fait fonctionner le moteur avec un carter sec en utilisant des pompes à huile extérieures L'une des pompes envoie de l'huile au collecteur d'huile depuis un carter extérieur et une seconde pompe vidange le carter et renvoie l'huile au carter extérieur Les conditions dans lesquelles le moteur fonctionne sont les suivantes: Condition Vitesse Charge Température ( C) (tr/min) (en kg) Fluide de refroidis Huile sement 1 (ralenti)a 800 181,6 80 98 b 2 ( 48,27 km/h) 1200 204,3 80 98 3 ( 48,27 km/h)a 1200 408,6 80 98 4 ( 88,50 km/h)b 2200 408,6 80 98 a charge du moteur plus forte que la charge pourcentage tats obtenu E pour MOG que le tableau J sur route. b charge du moteur équivalant à la charge sur route. Les résultats sont exprimés par un crédit de par rapport à l'huile de référence Les résul- à un taux de traitement de 0,2 % en poids tant pour le mélange MOG/DOG, sont reproduits sur I suivant. TABLEAU I Résultats de l'essai LEFET Crédit d'économie de carburant, % Condition du moteur MOG MOG/DOG 1 4,0 2,6 2 2,5 3,0 3 1,5 1,8 4 0,9 0,6 Moyenne pondérée 1,9 1,8 Exemple 2 (a) Des évaluations comparatives effectuées en utilisant des quantités élevées du mélange MOG/DOG, c'est- à-dire aux taux de 0,3 % en poids et de 0,5 % en poids, n'ont montré aucune amélioration du crédit d'économie de carburant pour le traitement aux taux indiqués,et dans quelques cas, on a observé un effet nuisible sur les crédits d'économie de carburant ou sur d'autres critères de performance des huiles lubrifiantes, par exemple de plus forte tendance à la formation d'un dépôt sur les pistons ou des résultats médiocres dans des essais de corrosion des paliers. (b) Un essai d'évaluation du coefficient de friction (CF) utilisant un appareil d'essai d'usure à quatre billes Roxana, conformément à la méthode décrite dans la norme ASTM D 226-67, à 110 C, 2,5 tr/min, 15 kg et 3 kg, a été effectué avec une huile minérale formulée (huile de base) contenant des quantités classiques de dispersant ( 2,12 %), de sulfonate métallique basique ( 1,02 %), d'agent anti-oxydant ( 0,72 %), d'additif anti-usure ( 1,96 %) et d'agent améliorant l'indice de viscosité (présent seule- ment au taux de 8,7 % en poids dans les huiles d'essai 5 et 6 pour évaluer la compatibilité), à laquelle on avait ajouté des quantités variables du mélange DOG/MOG Les résultats donnés sur le tableau II ci- après montrent qu'il n'y a essentiellement pas d'autre avantage de réduction de la friction à des taux supérieurs à 0,2 % en poids et au taux de 0,9 % en poids, on a observé dans cet essai la formation d'un trouble mettant en évidence une insta- bilité ou une incompatibilité potentielle. TABLEAU II Résultats concernant le CF Huile d'essai CF ( 15 kg) CF ( 3 kg) Compatibilité 1 Huile de base 0,23 0,19 limpide 2 Huile de base + 0,1 % de DOG/MOG 0,18 0,14 limpide 3 Huile de base + 0,2 % de DOG/MOG 0,11 0,11 limpide 4 Huile de base + 0,3 % de DOG/MOG 0,11 0,11 limpide 5.* Huile de base + 0,4 % de DOG/MOG 0,11 0,11 limpide 6.* Huile de base + 0,9 % de DOG/MOG 0,10 0,10 trouble 1 O * Une proportion de 8,7 % en poids d'un agent améliorant l'indice de viscosité était présente seulement dans les formulations 5 et 6, attendu que la compatibilité a été importante à ces concentrations. Exemple 3 (a) L'essai d'économie de carburant en laboratoire de l'exemple 1 a été répété en utilisant une huile miné- rale multigrade 10 W 40 contenant 0,09 % en poids du mélange MOG/DOG comme additif d'économie de carburant L'huile con- tenait environ 14 % en poids d'un dispersant du type fonc- tionnel améliorant l'indice de viscosité, 0,5 % de disper- sant, 1,85 % de détergent métallique basique, 0,75 % en poids d'additif anti-usure et 0,75 % d'anti-oxydant. Le tableau III fait apparaître les crédits d'économie de carburant par rapport à l'huile utilisée comme référence dans l'exemple 1. TABLEAU III Résultats de l'essai LEFET sur huile multi- _ grade Condition du moteur Crédit d'économie de car- burant, % 1 5,9 2 0,5 3 0,9 4 1,1 Moyenne pondérée 1,8 (b) En utilisant la même huile qu'en (a) dans l'exemple 3, les résultats d'économie de carburant obtenus au laboratoire ont été confirmés dans la méthode de déter- mination de l'économie de carburant intitulée "Proposed ASTM 5 Car Interim Fuel Economy Procedure" qui a utilisé le cycle EPA de certification pour 5 véhicules automobiles ayant des moteurs de 2,3 litres, 2,8 litres, 3,7 litres, 3,8 litres et 5,0 litres Un crédit moyen d'économie de carburant de 1,64 % pour les 5 véhicules a été obtenu dans une série d'essais d'économie de carburant. REVENDICATIONS 1 Composition d'huile lubrifiante, caractérisée en ce qu'elle comprend une quantité principale d'une huile de viscosité lubrifiante à laquelle est incorporée une proportion d'environ 0,05 à environ 0,20 % en poids d'un ou plusieurs esters partiels de glycérol d'un acide gras en C 16 à C 18, ledit ester offrant une amélioration de l'éco- nomie de carburant d'environ 1 à 3 %. 2 Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'acide gras est l'acide oléique. 3 Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit ester partiel est un mélange de mono-oléate de glycérol et de dioléate de glycérol. 4 Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle contient 0,1 à 0,2 % en poids dudit ester partiel. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée 'en ce que ladite com- position d'huile lubrifiante contient un dispersant sans cendres, un additif détergent métallique, un dihydrocar- byldithiophosphate de zinc utilisé comme additif anti- usure, et un anti-oxydant. 6 Composition suivant la revendication 5, caractérisée en ce que ladite composition d'huile lubri- fiante contient un agent améliorant l'indice de viscosité. 7 Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est une composition d'huile lubrifiante pour moteur à essence. 8 Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est une composition d'huile lubrifiante pour moteur diesel.