Brevet FR2906299A1 — publié le 20080328

Système de réduction de la quantité de qazole dans l'huile de lubrification d'un moteur. La présente invention concerne un système de réduction de la quantité de gazole dans l'huile de lubrification d'un moteur Diesel de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel moteur Diesel dont la ligne d'échappement est munie de moyens de dépollution associés à des moyens de régénération mettant en oeuvre des post-injections de carburant dans les cylindres de celui-ci et dans lequel le moteur est également associé à un bac à huile et à un condenseur de séparation gazole/huile muni de moyens d'évacuation des vapeurs de gazole. On sait que les moteurs Diesel de véhicules automobiles sont associés à des moyens de traitement de leurs émissions polluantes, ces moyens de traitement comprenant par exemple des pièges à NOx, des filtres à particules, des catalyseurs d'oxydation, etc. Ces différents systèmes ont été développés pour permettre à ces véhicules et plus particulièrement à ces moteurs, de fonctionner en respectant des normes de dépollution de plus en plus sévères. Ainsi par exemple, des systèmes de dépollution des gaz d'échappement comportant des moyens de type piège à NOx sont actuellement très prometteurs. Cependant, la gestion de leur efficacité nécessite de générer une atmosphère de gaz alternativement pauvre et riche pour procéder à la purge des espèces gazeuses NOx et SOx présentes dans la ligne d'échappement et qu'ils adsorbent dans leur structure. A cet effet, on utilise une ou plusieurs post-injections de gazole dans les chambres de combustion du moteur. Il en résulte une quasi totale consommation de l'oxygène des gaz d'échappement, permettant ainsi de porter la richesse de ces gaz d'échappement traversant le piège, au-delà de 1, mais également une dilution progressive de l'huile de lubrification du moteur par du gazole. Ce phénomène de dilution de l'huile de lubrification est essentiellement dû au phasage tardif de la ou des post-injections à mettre en oeuvre, pour passer en richesse supérieure à 1, et à la condensation du gazole en phase gaz sur les parois cylindre. Les jets de gazole atteignent alors les parois des chambres de combustion et diluent le film d'huile présent sur celles-ci. Le mélange huile/gazole résultant 2906299 2 passe alors facilement au travers de l'étanchéité de la segmentation des pistons et parvient ainsi dans le bac à huile du moteur. Ce phénomène de dilution est similaire à celui qui est conséquent aux stratégies de contrôle moteur mises en oeuvre pour permettre par exemple la 5 régénération des filtres à particules, puisque de la post-injection est également requise pour chauffer les gaz d'échappement à un niveau de température suffisant pour permettre d'atteindre la température de combustion des suies carbonées retenues sur un tel filtre à particules. Au bout de 20000 kilomètres, le taux de dilution mesuré sur les 10 applications série en véhicule, est généralement compris entre 4 et 6 %. Une motorisation de véhicule automobile comportant un filtre à particules et un système de post-traitement de NOx est donc fortement soumise au phénomène de dilution de son huile de lubrification, du fait de la grande fréquence de purge des NOx qu'il est nécessaire de mettre en oeuvre (par 15 rapport aux fréquences de régénération d'un filtre à particules), pour maintenir l'efficacité de conversion des NOx du catalyseur (en moyenne une purge toutes les 1 à 3 minutes) et du besoin d'ajouter des phases de purge des sulfates. Pour ces dernières, les fréquences de purge sont moins importantes que celles des régénérations du filtre à particules, mais les niveaux de post-injection 20 doivent à la fois permettre de monter les gaz d'échappement à haute température (supérieure à 650 C) et à richesse supérieure à 1. La résultante des effets purges de NOx + purges de SOx + régénération FAP conduit à une dilution de l'huile de lubrification par du gazole qui dépasse généralement 30% en masse sur 30000 kilomètres, si aucune correction n'est 25 apportée pour la réduire au cours du fonctionnement du moteur, alors que la limite acceptable pour les huiles de lubrification des moteurs Diesel actuellement utilisées, se situe en dessous de 9%. Ces niveaux de dilution de carburant dans l'huile ont alors plusieurs conséquences: 30 -une baisse de viscosité de l'huile qui a des récupérations sur la pression d'huile (cisaillement de l'huile, grippage moteur ou casse moteur), -accélération du vieillissement de l'huile (oxydation), 2906299 3 -corrosion des matériaux ayant un impact sur l'étanchéité du circuit d'huile, et - dilution de la teneur en additifs introduits dans l'huile de lubrification pour accroître ses performances physiques et chimiques. 5 Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes. L'invention est basée sur la constatation que ces problèmes, en particulier la chute de la viscosité de l'huile de lubrification, peuvent être résolus en éliminant de l'huile les molécules de faible encombrement. L'invention a donc pour objet un système de réduction de la quantité de 10 gazole dans l'huile de lubrification d'un moteur Diesel de véhicule automobile, dont la ligne d'échappement est munie de moyens de dépollution associés à des moyens de régénération mettant en oeuvre des post-injections de carburant dans les cylindres de celui-ci et dans lequel le moteur est également associé à un bac à huile et à un condenseur de séparation gazole/huile muni de moyens 15 d'évacuation des vapeurs de gazole, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de séparation sélectifs permettant d'éliminer de l'huile de lubrification les hydrocarbures linéaires volatiles et, disposés en contact avec ceux-ci, des moyens de réception des hydrocarbures linéaires volatiles séparées. On entend par hydrocarbures linéaires volatiles désigner les 20 hydrocarbures aliphatiques, saturés ou insaturés, comportant généralement moins de 25, et de préférence 10 à 20 atomes de carbone. Ces espèces sont de petite taille et constituent donc les composantes les plus légères du gazole. Elles contribuent de ce fait le plus à modifier les propriétés de l'huile de lubrification, notamment en termes de viscosité. 25 De manière générale, on choisira les moyens de séparation de sorte qu'ils présentent outre la sélectivité recherchée également une perméabilité suffisante. Les moyens de séparation appropriés sont notamment les membranes poreuses, aussi appelées tamis moléculaires, lesquelles sont capables de séparer des molécules sur la base de leur taille et forme moléculaire. 30 Les membranes poreuses seront choisies en matériau inerte vis-à-vis de l'huile et robuste au frittage. A titre d'exemple, on peut mentionner les métaux, oxydes métalliques, polymères organiques ou inorganiques, les céramiques, verres, graphites. Les membranes poreuses peuvent être constituées d'un seul 2906299 4 ou de plusieurs matériaux, auquel cas elles sont appelées membranes composites. Plusieurs types de membranes poreuses sont connus, notamment les membranes poreuses de type carbone, verre, céramique et zéolithe. 5 Les membranes de carbone sont généralement préparées par décomposition d'un composé organique polymère qui produit une couche carbonée ayant une structure poreuse. Les granulés de carbone sont depuis de nombreuses années employés commercialement pour la séparation moléculaire par adsorption. Cependant ces membranes présentent une résistance limitée à 10 des atmosphères oxydantes. Les membranes poreuses en verre peuvent être préparées avec des diamètres de pores de 3 à 300 nm, par exemple par le procédé Vycor . Bien que la résistance thermique du verre poreux ne soit plus assurée au-delà de 575 K, il peut être utilisé dans le présent système, la température moyenne de l'huile étant 15 de 285K. Les membranes céramiques sont essentiellement composées d'oxydes métalliques tels que SiO2, AI2O3, ZrO2, TiO2, CaO. Ce sont généralement des systèmes asymétriques comprenant un support multicouche macroporeux et mésoporeux assurant la résistance mécanique de l'ensemble, lequel porte une 20 couche mince microporeuse ou mésoporeuse. Cette couche mince constitue la membrane qui contrôlera pratiquement le transfert de matière. En général, la couche mince est obtenue par des procédés de type sol-gel, les pores étant alors constitués par les vides intergranulaires. Les membranes à base de zéolithe peuvent également être utilisées. Les 25 zéolithes sont des aluminosilicates hydratés contenant des ions alcalins ou alcalin-terreux. La structure cristalline des zéolithes déshydratées comporte des canaux dont le diamètre se situe dans la plage des micropores, voire ultramicropores (diamètre des pores 50 nm), mésoporeuses (diamètre des pores 2 à 50 nm) et microporeuses (diamètre des pores REVENDICATIONS 1. Système de réduction de la quantité de gazole dans l'huile de lubrification d'un moteur Diesel de véhicule automobile, dont la ligne d'échappement (5) est munie de moyens de dépollution (6) associés à des moyens de régénération mettant en oeuvre des post-injections de carburant dans les cylindres de celui-ci et dans lequel le moteur (1) est également associé à un bac à huile (17) et à un condenseur (18) de séparation gazole/huile muni de moyens (19) d'évacuation des vapeurs de gazole, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (22) de séparation sélectifs permettant d'éliminer de l'huile de lubrification les hydrocarbures linéaires volatiles et, disposés en contact avec lesdits moyens de séparation, des moyens de réception (23) des hydrocarbures légers volatiles séparés. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre en amont des moyens de séparation un piège pour particules submicroniques (21). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de séparation (22) comprennent une membrane poreuse. 4. Système selon la revendications 3, caractérisé en ce que la membrane poreuse est choisie parmi une membrane de type carbone, verre, céramique et zéolithe. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de réception (23) comprennent un liquide mis- cible avec les hydrocarbures légers volatiles séparés. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la le liquide est un hydrocarbure portant un ou plusieurs groupes polaires, tels que des groupes hydroxyle, amine, nitrile ou carboxyle. 7. Système selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le liquide est un hydrocarbure portant un ou plusieurs groupes alkyle ramifiés en C3 à C6, notamment isopropyle. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de réception comprennent un matériau poreux. 2906299 12 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau poreux est sous forme de billes. 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est assemblé sous forme de cartouche.