Brevet FR2724942A1 — publié le 19960329

PROCEDE DE MISE EN OEUVRE DE MOTEUR DIESEL, DISPOSITIF METTANT EN OEWRE CE PROCEDE ET UTILISATION D'ADDITIF POUR AUGMENTER LA PUISSANCE. La présente invention a pour objet une technique pour augment la puissance maximum d'un moteur diesel. Les moteurs diesel déjà largement prédominants pour les moteurs de forte puissance tels que pour les poids lourds, la traction ferroviaire, la propulsion marine et les groupes électrogènes, sont maintenant de plus en plus utilisés pour les véhicules utilitaires légers et les véhicules particuliers. Une de leur limitation principale réside un rapport poids/puissance maximale, voire un rapport volumelpuissance maximale moins favorable que celui des véhicules à essence. La puissance dépend du débit du carburant et de celui du gaz comburant Ou plus exactement elle dépend du débit de celui qui est sous stoechiométrique par rapport à l'autre. Les moteurs diesel, contrairement au moteur à essence, fonctionnent toujours en défaut de carburant par rapport à la stoechiométrie. Ce défaut de carburant s'exprime usuellement par la richesse, C > , définie comme étant le rapport de la masse de carburant à la masse de comburant admise dans les cylindres, divisé par ce que serait ce même rapport en conditions stoechiométriques ("carburants et moteurs J.C. GUIBET Editions TECHNIP 1987, P 52). Ainsi ce rapport est toujours inférieur à l'unité dans le cas des moteurs Diesel. La quasi totalité des véhicules Diesel fonctionnent toujours à des valeurs de Q > inférieure à 3/4 et les constructeurs limitent délibérément la valeur de C > aux alentours de 0,7 dans le véhicules qu'ils mettent sur le marché. La raison de cette limitation est liée à qualité de la combustion au delà d'un seuil situé aux alentours de 0,7, et qui dépend au deuxième ordre des spécificités du moteur, la qualité de la combustion se dégrade ce qui s'observe par une montée brutale (parfois qualifiée d'exponentielle pour souligner le caractère brutal du phénomène en fonction de la richesse) du débit de suies produite. C'est pourquoi un des buts de la présente invention est de foumir un procédé qui permette d'augmenter la puissance maximum délivrable par le moteur Diesel. Un autre but de la présente invention est de foumir un procédé du type précédent qui ne nuise pas au rendement énergétique du moteur. Un autre but de la présente invention est de foumir un procédé qui permette d'éviter la dégradation de la combustion, et ce même à des niveaux de richesse élevés. Ces buts et d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints au moyen dun procédé de mise en oeuvre d'un moteur Diesel dans lequel on introduit dans la chambre de combustion un adjuvant de combustion contenant au moins un métal de transition et par le fait que le réglage de la richesse (C > ) maximum du mélange entre le carburant et le gaz comburant est augmentée d'une valeur comprise entre 2 et 25 % de la valeur initiale. Ainsi, au cours de l'étude qui a mené à la présente invention, il a été montré que, avec l'adjuvant de combustion, la combustion était tellement améliorée que ron assistait pas à cette montée brutale de l'émission de suies. On peut même préciser que le facteur de division de la qualité des suies provoques par l'introduction de l'adjuvant augmentait brutalement dans la zone C > max initiale du moteur et étaient d'un ordre de grandeur plus élevé dans les zones élevées et "interdites" de la richesse C > . II est notable que rendement énergétique n'est pas significativement altéré dans cette zone de richesse. Avantageusement, ladite augmentation est comprise entre et 1/20 et 115, de préférence entre 3/40 et 3120. II est souhaitable que la dite augmentation soit telle que la dite richesse maximum (C > max) soit comprise entre 3/4 et 1, avantageusement entre 4/5 et 19/20, de préférence entre 4/5 et 19/20. Ledit métal de transition est choisi parmi les éléments présentant une sous-couche d ou une sous-couche f en cours de remplissage et les mélanges en contenant On préfère que ledit adjuvant contienne au moins un élément choisi parmi ceux présentant une sous-couche f en cours de remplissage. Selon les études qui ont men à la présente invention on à pu montré que les meilleurs résultats étaient obtenu lorsque ledit adjuvant contient au moins un élément choisi parmi le lanthane et les lanthanides. Les lanthanides préférés sont les lanthanes le cérium et le néodyme et leurs mélanges. Pour obtenir une excellente réduction de la quantité de suies produites, ledit adjuvant contient au moins un élément choisi parmi le cérium et le lanthane. Selon la présente invention, il a été également montré que rélément de transition était un élément susceptible de potentialiser, ou d'etre potentialisé par, d'autres éléments susceptibles de catalyser les oxydations de produits carbonés, (notamment les autres éléments de transition) et ceux induisant des défauts dans le réseau cristallin de roxyde d'élément de transition. Notamment il a été ainsi montré que les éléments de transition, c'est-à La teneur en élément(s) de transition rapporté à la somme des éléments métalliques contenus dans l'adjuvant est en général comprise entre 5 % et 95 %. Avantageusement elle est au moins égale à 50 %, de préférence à 80 %. Ces valeurs sont appIicables mutatis mutandis lorsque ron choisi un des éléments, ou mélanges d'éléments, préférés selon la présente description. Les éléments potentialisant, ou potentialisés par, élément de transition sont introduits comme peut l'être cet élément. L'introduction des composés à base d'élément(s) de transition peut être réalisée notamment par l'incorporation d'additif(s), lesquels sont des composés à base d'élément(s) de transition dans le carburant destiné à être introduit dans le moteur. Une autre possibilité consiste à introduire au moins partiellement l'élément de transition sous diverses formes par l'intermédiaire de l'air, et notamment de l'air lorsque est mélangé avec des gaz d'échappement du moteur, lorsqu'une fraction des gaz d'échappement est recyclée dans le moteur. Dans ce cas, les composés de élément de transition incorporés dans les suies recyclées sont introduits dans le moteur. Selon une mise en oeuvre préférée de la présente invention, ledit adjuvant est introduit au moins partiellement par le truchement de gazole alimentant le moteur et contenant au moins un additif qui soit à base d'un élément de transition et qui se transforme au cours de la combustion en adjuvant de cette demière. Ainsi un des moyens les plus pratiques pour introduire l'élément de transition dans le circuit du moteur consiste à l'introduire dans le carburant un additif comportant le dit élément de transition soit sous forme de sel, soit sous forme de sol, soit enfin sous les deux formes (notamment quand on désire doper le cérium, il est possible de mélanger un sol de cérium IV avec un sel soluble dans le gazole). Avantageusement ces composés, sels ou sols, ne comportent que des produits non nocifs pour la combustion ou pour l'environnement. Ainsi, il est préférable que les sels ou les sols soient préparés à partir de composés hydrocarbonés tels que les sels d'acide carboné, qu'ils soient du type carboxylique ou du type composés à hydrogène mobile tels que par exemple les acétylacétonates. On peut également envisager des composés de type acide à base de soufre tels que les acides sulfuriques (sulfates acides d'alcoyle ou barye) ou bien des acides de type sulfonique. Toutefois ces demiers acides présentent rinconvénient d'augmenter b teneur en soufre du carburant D'une manière générale, les sels d'acide carboxylique de C2 à C20, de préférence de C4 à C15, sont parmi les mieux adaptés à cet usage. Surtout lorsque l'élément de transition est une terre rare ou un mélange de terres rares, II est avantageux que la forme sous laquelle élément de transition est introduire, induise la formation d'agrégats de cristallites d'oxyde d'élément de transition où la plus grande dimension dudit agrégat est comprise entre 20 angströms et 10000 angstrbns (2 et 1000 nm), de préférence entre 100 et 5 000 angströms (10 et 500 nm), pour lequel la taille des cristallites est comprise entre 20 et 250 angströms (2 et 25 nm), de préférence entre 50 et 200 angströms (5 et 20 nm). Selon une mise en oeuvre de la présente invention, ledit adjuvant est introduit partiellement sous la forme de suies dégagées par un cycle de combustion antérieur et recyclées vers la chambre de combustion. Dans la plupart des moteurs commercialisés à ce jour, il est avantageux d'introduire I'élément de transition, avec son éventuel cortège d'impureté(s) et dadjuvant(s), à un débit compris entre 2 et 500 ppm par rapport à celui du carburant Ces valews sont exprimées en métal contenu. Avantageusement, on utilise des débits relatifs de 5 à 200 ppm, de préférence de 10 à 100 ppm. Certains moteurs à combustion inteme produisent ou devraient produire, moins de suies. Cela permet, de réduire les quantités d'élément de transition à introduire; dans le carburant, quand ce mode d'introduction a été privilégié; et d'une manière plus générale dans la chambre de combustion. Cette réduction se fait au prorata de la production de suies. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en oeuvre d'un moteur diesel alimenté par du gazole contenant un additif caractérisé par le fait que l'on introduit dans la chambre de combustion un adjuvant de combustion contenant au moins un métal de transition et par le fait que le réctage du moteur correspond à une richesse (phi) maximum du mélange entre le carburard et le gaz comburant augmentée d'une valeur comprise entre 2 et 25 % de la valeur initiale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite augmentation est comprise entre 5 et 20 %, avantageusement entre 3/40 et 3120 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la dite richesse maximum (phi max) est comprise entre 314 et 1. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite richesse maximum est comprise entre 4/5 et 19120. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ledit métal de transition est choisi parmi les éléments présentant une souscouche d ou une sous-couche f en cours de remplissage et les mélanges en contenant 6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que ledit adjuvant contient au moins un élément choisi parmi ceux présentant une sous-couche f en cours de remplissage. 7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ledit adjuvant contient au moins un élément choisi parmi les lanthanides. 8. Procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que ledit contient au moins un élément choisi parmi le cérium et le lanthane. 9. Procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ledit moteur est alimenté par du gazole et que ron introduit le dit adjuvant de manière que le rapport entre la somme des métaux de transition contenus dans ledit adjuvant et le gazole soit compris entre 2 et 500 PPM (masse). 10. Procédé selon les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que ron choisit ledit rapport entre la somme des métaux de transition contenus dans ledit adjuvant et le gazole de manière qu'il soit compris entre 5 et 200 PPM (masse). Il. Procédé selon les revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que ledit adjuvant est introduit au moins partiellement par le truchement de gazole alimentant le moteur et contenant au moins un additif qui soit à base d'un élément de transition et qui se bansfomre en adjuvant de combustion au cours de cette dernière. 12. Procédé selon les revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que ledit cuvant est introduit au moins partiellement sous la forme de suies dégagées par un cycle de combustion antérieur et recyclées vers la chambre de combustion. 13. Utilisation d'additif à base de métaux de transition pour augmenter la puissance d'un moteur diesel , caractérisé par le fait que ledit moteur est réglé de manière que h richesse maximum (phi max) du mélange entre le carburant et le gaz comburant soit comprise entre 3/4 et 1. 14. Utilisation selon la revendication 1X, caractérisé par le fait que ledit moteur est réglé de manière que la richesse maximum (phi max) du mélange entre le carburant et le gaz comburant soit comprise entre 4/5 et 19/20. 15. Dispositif comportant un motew diesel et un réservoir contenant du gazole alimentant le dit moteur diesel , caractérisé par le fait que ledit motew est réglé de manière que la richesse maximum (phi max) du mélange entre le carburant et le gaz comîxirant soit comprise entre 314 et 1 et que ledit gazole contient au moins un additif qui soit à base d'un élément de transition.