Brevet FR2899279A1 — publié le 20071005

Procédé de limitation de l'encrassement des injecteurs d'un moteur à combustion interne, et circuit de circulation et de distribution du carburant pour sa mise en oeuvre. L'invention concerne les moteurs à combustion interne, notamment pour l'industrie automobile. Plus précisément, elle concerne les moyens de limiter l'encrassement des injecteurs qui introduisent le carburant dans les cylindres ou à proximité des cylindres du moteur. Lors de l'utilisation du véhicule, les injecteurs du moteur, tels que ceux utilisés sur les moteurs Diesel, s'encrassent progressivement par dépôt, sur leur io extrémité et dans leurs orifices de sortie, de produits résultant de la combustion du carburant, par exemple de gommes. Cet encrassement réduit progressivement le diamètre des orifices de sortie des injecteurs. Cela entraîne une perte de performances du moteur, une is augmentation du bruit qu'il produit, de possibles difficultés au démarrage, une augmentation de la consommation du carburant, ainsi qu'un dérèglement de la composition des émissions gazeuses du véhicule. Dans cette perspective, les normes antipollution à venir concernant notamment les émissions de NOx des véhicules seront difficiles à respecter. En 20 effet, la quantité de NOx émis décroît avec le diamètre des injecteurs, et la possibilité de disposer d'injecteurs à orifices de faible diamètre, de l'ordre de 95pm et moins, serait avantageuse. Elle permettrait, à peu de frais, de diminuer de 10 à 20% la quantité de NOx produite. Mais des diamètres aussi faibles ne sont pas actuellement utilisables car ils conduiraient à un encrassement trop 25 rapide des orifices. Si on ne peut pas diminuer le diamètre des injecteurs, il faudra, pour respecter les futures normes, prévoir des systèmes de post-traitement additionnels des gaz d'échappement, forcément complexes et coûteux. Le but de l'invention est de proposer un procédé simple et peu coûteux 30 de diminution de l'encrassement des orifices d'injecteurs de carburant, rendant possible une diminution du diamètre de leurs orifices. 2 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de limitation de l'encrassement des orifices des injecteurs de carburant d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que, lors des phases de fonctionnement du moteur, on génère de façon continue, au sein du carburant, des microbulles de 5 gaz inerte qui demeurent présentes lorsque le carburant traverse les orifices des injecteurs et diminuent la force de liaison entre les parois des injecteurs et les molécules des composés susceptibles de se déposer sur lesdites parois. Lesdites microbulles peuvent être générées par une méthode chimique. to Lesdites microbulles peuvent être générées par un agent effervescent mis au contact du carburant en amont des injecteurs et réagissant avec l'eau 82899279 contenue dans le carburant. Ledit agent effervescent peut être une combinaison d'un ou plusieurs perborates, percarbonates, carbonates, bicarbonates et d'un ou plusieurs acides 15 carboxyliques ou minéraux et d'une source alcaline ou d'une source d'hydrogène. L'agent effervescent peut être un composé de formule générale : R5 C Rs.1 R1 R3 C M ùC R2 R4 R7 O C C I y \OùZ R x Z - O avec : x=0ou 1 ; 20 y=0ou 1 ; M est N ou O; RI à R8 sont, de groupe comprenant H, OH, un hydrocarbure d'alcényle ramifié 25 sulfonate ou un sel de sulfonate ramifié ou linéaire, un acide carboxylique ramifié ou linéaire, un éther ramifié ou linéaire, une amine ramifiée ou linéaire, des manière indépendante, sélectionnés parmi le hydrocarbure d'alkyle ramifié ou linéaire, un ou linéaire, un alcool ramifié ou linéaire, un substituants de sel de carboxylate présentant un total d'unités de carbone inférieur ou égal à 6 et leurs mélanges ; - Z est sélectionné dans le groupe comprenant l'hydrogène et un métal alcalin. s Ledit agent effervescent peut être du bicarbonate de soude. Lesdites microbulles peuvent être générées par une méthode physique, consistant à imprimer au carburant, en amont des injecteurs, des mouvements aboutissant à des concentrations localisées des gaz dissous dans le carburant. io L'invention a également pour objet un circuit de circulation et de distribution du carburant d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est conçu pour la mise en oeuvre du procédé précédent. Il peut comporter en au moins un de ses points au moins une tablette d'un agent effervescent réagissant avec l'eau contenue dans le carburant. 15 Ladite ou lesdites tablettes peuvent être disposées dans le réservoir de carburant et/ou à l'intérieur de la pompe à carburant, et/ou à l'intérieur du filtre à carburant. Le circuit peut comporter un dispositif de génération de microbulles au sein du carburant, imprimant au carburant en amont des injecteurs des 20 mouvements aboutissant à des concentrations localisées des gaz dissous dans le carburant. Ledit dispositif peut être constitué par un tube pouvant tourner librement à l'intérieur d'une portion du tuyau du circuit de distribution de carburant lorsque le carburant circule dans le tuyau, ledit tube comportant à cet effet sur sa 25 paroi interne des ailettes disposées en hélice, et étant traversé par des orifices au niveau desquels sont créées les microbulles. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à provoquer la présence dans le carburant, lorsqu'il parvient aux extrémités des injecteurs, de microbulles de gaz inerte qui vont diminuer la force de liaison existant entre les molécules 30 des substances qui sont susceptibles de former des dépôts adhérents à la surface des injecteurs et à l'intérieur de leurs orifices. On diminue ainsi l'encrassement des injecteurs, et il devient possible de réduire le diamètre de leurs orifices à 95 pm ou moins. Cela autorise une diminution sensible de la formation de NOx, et permet d'éviter l'adjonction de systèmes coûteux de post-traitement des gaz de combustion qui seraient nécessaires pour respecter des normes antipollution sévères. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence à la figure 1 annexée, qui montre, vue en perspective sur la figure la, une portion de tuyau de carburant équipée d'un dispositif de production de microbulles selon l'invention. Ce dispositif est représenté en perspective avec io arrachement partiel sur la figure lb. La présence de microbulles de gaz dans le carburant lors de son passage à travers les injecteurs peut être obtenue de diverses façons. Elle doit cependant s'effectuer dans les conditions précises suivantes. Le gaz doit être inerte vis-à-vis du carburant, afin d'éviter un 15 vieillissement accéléré du carburant. Ce vieillissement pourrait entraîner la formation de dépôts diminuant la durée de vie du système d'injection. La présence du gaz doit être continue pendant le fonctionnement du moteur pour limiter la stratification du dépôt d'encrassement. En revanche, elle doit être interrompue lorsque le carburant n'est pas en circulation, sinon des 20 macro-bulles ou une interface liquide-gaz pourraient se former et diminuer la robustesse du circuit d'injection. Deux méthodes différentes sont proposées par les inventeurs pour obtenir la présence de microbulles de gaz au niveau des injecteurs, selon l'invention : une méthode chimique et une méthode physique. 25 La méthode chimique utilise le principe de la mise au contact du carburant d'agents effervescents réagissant avec l'eau présente dans le carburant. Dans les carburants habituels pour véhicules, on trouve toujours un peu d'eau, à une teneur généralement inférieure à 100 ppm. 30 Placer, sous forme de tablettes, des agents effervescents, c'est-à-dire des composés susceptibles de produire du gaz par réaction avec l'eau, en un ou plusieurs endroits du réservoir et/ou du circuit dans lequel circule le carburant, permet de réaliser la production de microbulles de gaz d'une manière continue lorsque le carburant circule et, donc, se renouvelle au contact desdits composés. Lorsque la circulation du carburant s'arrête, l'eau située au voisinage immédiat des composés est rapidement consommée, et en l'absence de renouvellement du carburant au contact des composés, la production de microbulles s'interrompt. Comme exemples d'agents effervescents utilisables selon l'invention, on peut citer les combinaisons de composés suivants : io - un ou des perborates, percarbonates, carbonates, bicarbonates ; - un ou des acides carboxyliques ou minéraux tels que l'acide citrique, l'acide sulfamique, l'acide malique ou l'acide maléique ; - une source alcaline (Na, Li, K) ou une source d'hydrogène, qui réagit avec la source acide en présence d'eau pour former un gaz. 15 Par combinaison des composés précédents, on comprend aussi bien les cas où ces composés sont à l'origine présents sous forme de molécules séparées, juxtaposées dans une tablette, que les cas où l'agent effervescent renferme une ou des molécules comportant plusieurs des fonctions des composés précités, voire toutes ces fonctions. 20 A titre d'exemples privilégiés d'agents effervescents utilisables dans le cadre de l'invention, on peut citer principalement : - le bicarbonate de soude NaHCO3 qui a l'avantage d'être un composé bon marché ; - les composés de formule générale : 25 R~ R3 R7 C M C C R2 R4 R8 z-o o C/ y \ o-z R5 C R6, x avec : - X=Oou 1 ; - y=0ou 1 ; - M est N ou O; - RI à R8 sont, de manière indépendante, sélectionnés parmi le groupe comprenant H, OH, un hydrocarbure d'alkyle ramifié ou linéaire, un hydrocarbure d'alcényle ramifié ou linéaire, un alcool ramifié ou linéaire, un sulfonate ou un sel de sulfonate ramifié ou linéaire, un acide carboxylique ramifié ou linéaire, un éther ramifié ou linéaire, une amine ramifiée ou linéaire, des substituants de sel de carboxylate présentant un total d'unités de carbone lo inférieur ou égal à 6 et leurs mélanges ; - Z est sélectionné dans le groupe comprenant l'hydrogène et un métal alcalin. Les composés présentant cette formule générale sont aisément industrialisables et présentent une bonne efficacité pour la mise en oeuvre de 15 l'invention. Un exemple particulier et préféré, car facilement industrialisable, est le composé (1) pour lequel x = y = 0, M = N, RI à R4 = -CH2-CH2OH , Z = Na. Sa formule est donc : CH2OH CH2OH O CH2 CIH2 CùC ùN ùC ùC Naù0/ CH \Où Na CH2 2 CH2OH CH2OH 20 Le composé est utilisé sous forme de tablettes que l'on place en un ou plusieurs endroits du réservoir ou du circuit de distribution de carburant, par exemple à l'intérieur de la pompe à carburant ou à l'intérieur du filtre à carburant. Placer la tablette hors du réservoir présente l'avantage que le carburant qui vient à son contact ne se renouvelle substantiellement et assurément que lorsque le 25 moteur fonctionne. Dans le réservoir, un tel renouvellement peut avoir lieu par (1) exemple lorsque le véhicule est à l'arrêt et subit des secousses créant une agitation dans le réservoir. Concernant la quantité d'agent effervescent à employer, elle est fonction, notamment, de la quantité de gaz que l'agent est susceptible de libérer dans un carburant donné, de teneur en eau donnée, et de la consommation de carburant du moteur. A titre d'exemple, on estime qu'un moteur diesel de véhicule consommant 81 de gazole de qualité courante aux 100km aura besoin d'environ 40g du composé (1) précité pour parcourir 30000km. Les tablettes de composé pourront être renouvelées à l'occasion des 10 opérations d'entretien courant du véhicule. Un exemple privilégié de la méthode physique proposée pour obtenir la présence de microbulles de gaz dans le carburant au niveau des injecteurs consiste à insérer à l'intérieur d'une portion du tuyau du circuit de carburant 1 un tube 2 d'une longueur de l'ordre de 2 à 20cm, de préférence 5 à 12cm, (par 15 exemple 10cm) qui est mis en rotation lors des mouvements du carburant. Ce mouvement de rotation conduit à des concentrations localisées des gaz dissous, et donc à la libération de microbulles. Ce tube est en un matériau métallique, céramique ou polymérique, résistant aux carburants et/ou aux biocarburants susceptibles d'être utilisés par le 20 véhicule auquel il est destiné. Il peut être, par exemple, réalisé dans le même matériau que le tube 1 du circuit de carburant. Entre le tube 2 et la paroi du tuyau de carburant 1 existe un jeu 3 rendant possible la rotation du tube 2 sans qu'il y ait de contact prolongé avec le tuyau 1. 25 Ce tube 2 est configuré de manière à ce que le défilement du carburant dans le tuyau 1, lors du fonctionnement du moteur, provoque sa centrifugation. A cet effet, dans l'exemple représenté, il comporte sur sa paroi interne 4 des ailettes 5 disposées en hélice, d'épaisseur de l'ordre de 0,02 à 0,15 mm 30 par exemple. 0,1 mm notamment est une valeur convenable. Bien entendu cette configuration n'est qu'un exemple, et d'autres configurations permettant la mise en rotation du tube 2 seraient envisageables. La surface du tube 2 comporte également des orifices 6, de diamètre 1 à 100pm par exemple, répartis en hélice sur toute sa surface. La fonction de ces orifices 6 est, conjointement à la rotation du tube 2, de permettre à leur niveau la création de zones riches en gaz dissous. La taille des orifices 6 va influer sur la taille des microbulles formées. Le tube 2 peut être implanté en tout point du circuit de carburant, mais de préférence en aval de la pompe et aussi proche que possible des injecteurs, io afin que les microbulles soient assurément toujours présentes dans le carburant lorsqu'il traverse les injecteurs et aient toujours la taille désirée. Comme les gaz formant les microbulles sont tout simplement des gaz initialement présents dans le carburant, on est assuré qu'ils sont inertes vis-à-vis de celui-ci et ne vont pas accélérer le vieillissement du carburant. Et comme les 15 microbulles ne sont formées que pendant les phases de circulation du carburant, et de manière continue, toutes les conditions énumérées plus haut dont le respect est nécessaire sont satisfaites. Qui plus est, ce résultat est obtenu sans apport extérieur d'énergie et sans intervention mécanique extérieure. Ce dispositif est simple, et l'utilisateur n'a à se soucier ni de ses conditions 20 d'utilisation, ni de son entretien. II a également l'avantage d'être utilisable dans le cas où le carburant aurait une trop faible teneur en eau pour que la méthode chimique précédente soit utilisable efficacement. Ce dispositif n'est qu'un exemple et pourrait être remplacé ou complété par un autre dispositif remplissant la même fonction de génération de 25 microbulles par une méthode physique de concentration des gaz dissous dans le carburant. L'invention s'applique principalement aux moteurs diesel de véhicules terrestres ou maritimes, mais peut aussi être utilisée sur tout type de moteur à combustion interne utilisant des injecteurs où les problèmes résolus par 30 l'invention sont susceptibles d'être rencontrés. REVENDICATIONS 1. Procédé de limitation de l'encrassement des orifices des injecteurs de carburant d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que, lors des phases de fonctionnement du moteur, on génère de façon continue, au sein du carburant, des microbulles de gaz inerte qui demeurent présentes lorsque le carburant traverse les orifices des injecteurs et diminuent la force de liaison entre les parois des injecteurs et les molécules des composés susceptibles de se déposer sur lesdites parois. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites io microbulles sont générées par une méthode chimique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites microbulles sont générées par un agent effervescent mis au contact du carburant en amont des injecteurs et réagissant avec l'eau contenue dans le carburant. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit agent 15 effervescent est une combinaison d'un ou plusieurs perborates, percarbonates, carbonates, bicarbonates et d'un ou plusieurs acides carboxyliques ou minéraux et d'une source alcaline ou d'une source d'hydrogène. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent effervescent est un composé de formule générale : R3 R7 O M C C C 1 1 y \OùZ R4 R~ Z - O R5 C 1 R6., P1 C R2 x 20 avec : - x=0ou1; - y=0ou 1 ; -MestNouO; 25 - RI à R8 sont, de manière indépendante, sélectionnés parmi le groupe comprenant H, OH, un hydrocarbure d'alkyle ramifié ou linéaire, un 2899279 io hydrocarbure d'alcényle ramifié ou linéaire, un alcool ramifié ou linéaire, un sulfonate ou un sel de sulfonate ramifié ou linéaire, un acide carboxylique ramifié ou linéaire, un éther ramifié ou linéaire, une amine ramifiée ou linéaire, des substituants de sel de carboxylate présentant un total d'unités de carbone 5 inférieur ou égal à 6 et leurs mélanges ; - Z est sélectionné dans le groupe comprenant l'hydrogène et un métal alcalin. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit agent effervescent est du bicarbonate de soude. to 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites microbulles sont générées par une méthode physique, consistant à imprimer au carburant, en amont des injecteurs, des mouvements aboutissant à des concentrations localisées des gaz dissous dans le carburant. 8. Circuit de circulation et de distribution du carburant d'un moteur à 15 combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour générer de façon continue, au sein du carburant, des microbulles de gaz qui demeurent présentes lorsque le carburant traverse les orifices des injecteurs de carburant du moteur. 9. Circuit de circulation et de distribution du carburant selon la 20 revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en au moins un de ses points au moins une tablette d'un agent effervescent réagissant avec l'eau contenue dans le carburant. 10. Circuit de circulation et de distribution du carburant selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite ou lesdites tablettes sont disposées 25 dans le réservoir de carburant et/ou à l'intérieur de la pompe à carburant, et/ou à l'intérieur du filtre à carburant. 11. Circuit de circulation et de distribution du carburant selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de génération de microbulles au sein du carburant, imprimant au carburant en amont des 30 injecteurs des mouvements aboutissant à des concentrations localisées des gaz dissous dans le carburant. 12. Circuit selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit dispositif est constitué par un tube (2) pouvant tourner librement à l'intérieur d'une portion du tuyau (1) du circuit de distribution de carburant lorsque le carburant circule dans le tuyau (1), ledit tube (2) comportant à cet effet sur sa paroi interne (4) des ailettes (5) disposées en hélice, et étant traversé par des orifices (6) au niveau desquels sont créées les microbulles.