Brevet FR2981451A1 — publié le 20130419

PROCEDE DE SIMULATION D'ENCRASSEMENT D'UN INJECTEUR DIESEL TENANT COMPTE DES MECANISMES PHYSICO-CHIMIQUES INTERVENANT LORS DUDIT ENCRASSEMENT pool] La présente invention concerne en général un procédé de simulation d'encrassement d'un injecteur Diesel tenant compte des mécanismes physico-chimiques intervenant lors dudit encrassement. [0002] Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de simulation plus spécialement dédié à l'encrassement interne d'un injecteur Diesel, encrassement qui présente des caractères spécifiques et ne se produit que dans des conditions physico-chimiques particulières. [0003] La présente invention se positionne dans le contexte de l'amélioration des prestations moteurs par simulation de l'encrassement interne d'un injecteur. Cette simulation pourra servir à classer les systèmes d'injection ou les carburants selon leur propension à être favorable à l'encrassement de l'injecteur. [0004] Grâce à ces essais de simulation, le respect des réglementations émission et le maintien durable des performances et des prestations moteurs sont augmentés et il est possible de sélectionner les systèmes d'injection les mieux adaptés. Il est aussi notamment possible d'intégrer dans les cahiers des charges des pétroliers ou distributeurs de carburants, étant donné que les carburants contiennent fréquemment des additifs, une spécification des additifs à utiliser ou à proscrire afin de permettre de réduire les problèmes d'encrassement interne de l'injecteur. [0005] Les systèmes d'injection directe, notamment haute pression, dans les Diesel ont fait récemment de grand progrès et sont de plus en plus utilisés. Les systèmes d'injection directe utilisent fréquemment une rampe ou une sphère commune, sous forme d'un élément de forte épaisseur pouvant résister à de très hautes pressions, cet élément portant à ses extrémités le capteur de pression et le régulateur de pression. Le régulateur reçoit et stocke le gazole haute pression en provenance de la pompe et alimente en permanence les injecteurs toujours sous pression. [0006] Contrairement à l'encrassement habituel d'un injecteur par cokéfaction des gaz de combustion et du carburant au nez de l'injecteur et dans les buses de ce dernier, l'encrassement interne d'un injecteur Diesel s'effectue dans le corps de l'injecteur et sur toutes ses parties internes. Le dépôt vient réduire des jeux fonctionnels et ne permet pas de garantir les prestations d'injection. Cela peut conduire à un ralentissement des déplacements des composants internes affectant le temps d'injection des systèmes pression et temps, par exemple la rampe ou sphère commune dans un système d'injection à haute pression. [0007] Les effets d'un tel encrassement interne pour le véhicule sont de mauvais démarrages voire l'impossibilité de démarrer. Ces dépôts peuvent aussi ralentir la réponse des injecteurs de carburant et même les bloquer. Ceci entraîne un temps d'injection et/ou une quantité de carburant injectée non souhaitables avec comme conséquence des problèmes de non démarrage, de bruit, de surconsommation et de surémissions. [0oos] Le document JP-A-2001/065432 décrit un procédé de simulation créant des dépôts sur des injecteurs qui sont des injecteurs essence et non Diesel. Dans ce document, il est procédé pour accélérer la simulation à l'introduction de gaz chauds qu'ils soient des oxydes d'azote ou des oxydes de soufre ou issus de la combustion d'un moteur thermique dans un récipient en amont de l'injecteur contenant de l'essence, essence dont les propriétés ont été modifiées, ceci toujours pour accélérer la simulation. [0009] L'encrassement d'un injecteur essence n'est cependant pas similaire à l'encrassement d'un injecteur Diesel. En effet, les additifs présents dans les deux modes essence ou Diesel sont différents. De plus, les températures en injection essence sont inférieures à celles rencontrées en Diesel, ce qui fait que ce ne sont pas les mêmes réactions physico-chimiques qui se produisent lors d'un encrassement de l'injecteur. [0olo] Il existe de nombreux procédés de simulation d'encrassement interne d'un injecteur Diesel mais ceux-ci durent relativement longtemps. Par exemple, un procédé de simulation d'encrassement connu et en usage chez de nombreux constructeurs dure longtemps, approximativement 500 heures, et l'encrassement n'est reproduit que progressivement. D'autres procédés sont plus rapides en ne durant que 99 heures mais ne permettent pas un encrassement conséquent des injecteurs Diesel. [0011] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de concevoir un procédé de simulation d'encrassement d'un injecteur Diesel qui puisse se faire plus rapidement que ceux de l'état de la technique en mettant l'injecteur pendant la simulation dans les conditions optimales d'encrassement. [0012] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de simulation d'encrassement d'un injecteur Diesel, ladite simulation s'effectuant sur un moteur Diesel comprenant au moins un injecteur, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - détermination du ou des mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement et sélection d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur et/ou des fluides alimentant ledit moteur favorisant le ou lesdits mécanismes, - simulation sur ledit moteur de l'encrassement d'au moins un injecteur avec régulation du ou des paramètres sélectionnés, afin de reproduire les mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement. [0013] L'effet technique réside, du fait de la détermination préalable du ou des mécanismes physico-chimiques à la base de l'encrassement, dans la possibilité d'influer sur la rapidité et l'efficience de l'encrassement en régulant au moins un paramètre de fonctionnement du moteur et/ou des fluides alimentant ledit moteur. Le moteur est ainsi placé dans des conditions optimales pour que cet encrassement se fasse. En conséquence, le procédé de simulation dure moins longtemps et peut être mis en oeuvre plus facilement. [0014] Le procédé selon l'invention pourra en outre présenter au moins facultativement l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - l'encrassement étant un encrassement interne d'un injecteur Diesel, un premier groupe de mécanismes physico-chimiques déterminés comme intervenant dans ledit encrassement interne repose sur une réaction de saponification entre, d'une part, le sodium et, d'autre part, des acides gras, le sodium et les acides gras étant contenus dans différents additifs apportés au moteur. - un second groupe de mécanismes physico-chimiques déterminés comme intervenant dans ledit encrassement interne repose sur une réaction de polymérisation oxydative radicalaire et une réaction de nitro-oxydation d'additifs apportés au moteur. - pendant la simulation, le ou un des paramètres régulés des fluides alimentant ledit moteur est la température, au moins une des températures du liquide de refroidissement, de l'huile en entrée moteur, du carburant en entrée pompe et de l'air en entrée étant régulée afin de permettre les mécanismes physico-chimiques. - la température du liquide de refroidissement est maintenue entre 95°C et 130°C, la température d'huile en entrée moteur est maintenue entre 125°C et 170°C, la température du carburant en entrée pompe est maintenue de 30°C à 90°C et la température d'air en entrée est maintenue entre 30°C et 80 °C. - il est prévu d'ajouter des additifs dans ou de modifier le carburant utilisé lors de la simulation. - le carburant utilisé lors de la simulation est préalablement vieilli avec une stabilité à l'oxydation de 6 heures en Rancimat. - il est ajouté au carburant au moins un des additifs suivants : un additif pro-cétane tel l'EHN-2, du sodium, un additif à base de succinimide avec une quantité d'esters méthyliques d'acide gras. - au moins l'additif ajouté présente une concentration de 250 à 4.000 mg/kg si cet additif est l'additif pro cétane, une concentration de 1 à 40 mg/kg si cet additif est du sodium, une concentration de 50 à 2.000 mg/kg si cet additif est l'additif à base de succinimide. - il est prévu plusieurs cycles successifs avec une phase d'arrêt intercalée entre deux cycles successifs, un cycle se composant d'une succession de paliers de 12 à 50 minutes à un point de fonctionnement moteur permettant les réactions des mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement, entrecoupés de paliers de 2 à 30 minutes de ralenti. [0015] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif et sur lequel : - la figure 1 est une représentation schématique d'une courbe de la 15 charge moteur en fonction du temps pendant un cycle du procédé de simulation selon la présente invention. [0016] Le procédé de simulation d'encrassement d'un injecteur Diesel selon la présente invention, ladite simulation s'effectuant sur un moteur comprenant au moins un injecteur Diesel, comprend les étapes suivantes : 20 - détermination du ou des mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement et sélection d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur et/ou des fluides alimentant ledit moteur favorisant le ou lesdits mécanismes, - simulation sur le moteur Diesel de l'encrassement d'au moins un 25 injecteur avec régulation du ou des paramètres sélectionnés, afin de reproduire les mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement. [0017] Après la détermination du ou des mécanismes physico-chimiques intervenant dans l'encrassement, le procédé peut tenir compte de ces 30 mécanismes pour, lors de l'étape de régulation, imposer un ou des paramètres de simulation spécifiquement adaptés à la création d'un encrassement d'un injecteur Diesel. [0018] Ce ou ces paramètres peuvent être des paramètres représentatifs des conditions régnant à l'intérieur du moteur, par exemple des conditions de 5 température ou de pression. [0019] Ces paramètres peuvent être aussi un ou des paramètres d'au moins un fluide apporté au moteur. Par fluide, il est entendu aussi bien le carburant alimentant le moteur que l'huile moteur, le liquide de refroidissement ou l'air admis dans le moteur. Ces fluides peuvent présenter un ou des paramètres 10 spécifiques, comme la température ou la pression, favorisant l'encrassement d'un injecteur. Ces fluides peuvent aussi contenir des additifs qui ont été déterminés comme intervenant dans les réactions physico-chimiques provoquant l'encrassement. [0020] Avantageusement, le fluide préféré pour favoriser l'encrassement des 15 injecteurs Diesel est le carburant. Le carburant peut être vieilli et il peut y être ajouté des additifs participant aux réactions physico-chimiques provoquant l'encrassement. [0021] Dans ce qui va suivre, la présente invention va être décrite en relation avec un encrassement interne d'un injecteur Diesel. Il est à tenir compte que 20 si le procédé de simulation selon la présente invention est particulièrement bien adapté pour la simulation de l'encrassement interne d'un injecteur Diesel, notamment un injecteur haute pression, la présente invention n'est pas limitée à ce type d'encrassement. [0022] Lors de la première étape du procédé de simulation selon l'invention, il 25 a été déterminé deux groupes de mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement interne, ces groupes de mécanismes étant différents l'un de l'autre et nécessitant pour leur déclenchement des paramètres sensiblement différents. [0023] Le premier groupe provoque un encrassement du à une réaction de 30 saponification. Cette saponification est provoquée, notamment, par le sodium présent dans les additifs inhibiteurs de corrosion qui réagit avec des acides gras présents dans les additifs lubrifiants et/ou des biodiesel. [0024] Le second groupe provoque l'encrassement par polymérisation oxydative radicalaire et la nitro-oxydation de certains additifs. Comme tels additifs, on peut citer les polyisobutènesuccinimides non protégés comme certains détergents ou des additifs anti-corrosion. Ces additifs réagissent en présence de certains catalyseurs, tels que l'additif procétane ou certains métaux tels le cuivre ou le nickel. Ainsi, le ou les paramètres sélectionnés selon la présente invention peuvent avantageusement fournir un catalyseur pour au moins une des réactions physico-chimiques entrant en jeu lors de l'encrassement, donc un élément qui n'est pas un réactif pour de telles réactions mais qui contribue par sa présence à l'activation desdites réactions. [0025] La seconde étape du procédé prend en compte ces mécanismes physico-chimiques provoquant l'encrassement interne d'un injecteur contrairement à la pratique habituelle suivie par l'état de la technique. Ceci va permettre de réduire notoirement le temps de simulation en le faisant passer d'environ 500 heures, conformément à la plupart des procédés selon l'état de la technique, à un maximum de cinq jours. [0026] Dans la seconde étape comprenant, lors de la simulation, la régulation d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur et/ou des fluides alimentant ledit moteur, afin de reproduire les mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement, il est avantageusement tenu compte de la température du moteur et des divers fluides acheminés au moteur. [0027] Les conditions de température forment un des paramètres préférés, pouvant être pris unitairement ou en combinaison, afin de reproduire les différents mécanismes physico-chimiques de l'encrassement interne d'un injecteur. Les mécanismes physico-chimiques sont favorisés par des conditions de température sensiblement différentes pour les deux groupes et ceci même à l'intérieur d'un même groupe. Par exemple, pour le second groupe, la polymérisation oxydative se produit entre 120°C et 450°C en présence de radicaux libres et d'acides faibles alors que la nitro-oxydation s'effectue plutôt entre 80°C et 130°C. [0028] Pour permettre à toutes les réactions physico-chimiques de s'effectuer, le procédé selon la présente invention va réguler au moins la température d'au moins un fluide apporté au moteur, à savoir l'air, le liquide de refroidissement, l'huile ou le carburant. Avantageusement, les températures des quatre fluides sont régulées. [0029] Ainsi, il a été préféré une température de liquide de refroidissement entre 95°C et 130°C, préférentiellement 115°C - 118°C, une température d'huile en entrée moteur entre 125°C et 170°C, préférentiellement 155°C, une température de carburant en entrée pompe de 30°C à 90°C, préférentiellement 70°C et une température d'air en entrée, notamment en entrée répartiteur, de 30°C à 80°C, préférentiellement 65°C. [0030] La composition du carburant peut aussi être avantageusement modifiée pour favoriser l'encrassement interne des injecteurs et réduire le temps de simulation. [0031] Par exemple, il est préféré l'utilisation d'un carburant préalablement vieilli avec une stabilité à l'oxydation de 6h en Rancimat. Ceci permet de réduire le taux d'additifs antioxydants naturels ou non du carburant qui peuvent freiner la cinétique de formation des dépôts internes dans l'injecteur. Une circulation d'air dans le carburant peut aussi être envisagée, par exemple sous la forme d'un débit de 101/h. [0032] Afin d'accroître la cinétique de formation des dépôts internes dans les injecteurs, il est préférable d'ajouter entre 250 à 4.000 mg/kg, préférentiellement 2.000 mg/kg d'additif pro cétane tel l'EHN-2, de 1 à 40 mg/kg, préférentiellement 6 mg/kg de sodium, et de 50 à 2.000 mg/kg, préférentiellement 500 mg/kg d'un additif à base de succinimide au carburant, cet additif contenant préférentiellement 10% d'esters méthyliques d'acides gras. [0033] Pour le procédé, il est prévu avantageusement plusieurs cycles successifs avec une phase d'arrêt intercalée entre deux cycles successifs, un cycle se composant d'une succession de paliers de 12 à 50 minutes, préférentiellement 25 minutes, à un point de fonctionnement moteur permettant les réactions des mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement. Ces paliers sont entrecoupés de paliers de 2 à 30 minutes de ralenti, préférentiellement 5 minutes. Le cycle peut être répété plusieurs fois, par exemple 16 fois, un arrêt d'environ 8 heures pouvant être respecté entre chaque cycle. Cette succession de cycles peut durer jusqu'à cinq jours. [0034] Un test de redémarrage peut être prévu à chaque reprise. Dans la phase de redémarrage peuvent être suivis au moins un des paramètres suivants : la température à l'échappement du moteur, la durée d'injection et d'autres paramètres indicateurs d'un bon fonctionnement de l'injection. [0035] La tendance des carburants à participer à l'encrassement interne des injecteurs est caractérisée par la différence de temps d'injection ou la différence de positionnement du cylindre ou la différence de la vitesse en ralenti entre le début de la simulation et sa fin. Un encrassement peut être reconnu si le volume du carburant apporté au moteur varie dans une gamme prédéterminée ou si la position du cylindre varie de +/- 25 tours par minute à isotemps dans le cycle ou si la variation de vitesse au ralenti varie de plus de 70%. Il est alors considéré qu'il y a eu encrassement interne des injecteurs. [0036] La figure 1 montre une courbe de charge moteur en fonction du temps avec des paliers de fonctionnement en pleine charge Pc présentant une durée Dpc d'approximativement 25 minutes et des durées Dr pour des paliers de ralenti R intercalés entre des paliers de pleine charge Pc, ces durées de ralenti étant d'approximativement 5 minutes, ceci n'étant pas limitatif. [0037] Pour la régulation des fluides alimentant le moteur, il peut être procédé à un point de fonctionnement moteur permettant d'atteindre les températures de l'air, de l'huile, du liquide de refroidissement et du carburant citées plus haut. Ceci peut, par exemple, être obtenu par un moteur tournant de 1.750 tour/min à 4.500 tour/min, préférentiellement 3.750 tour/min. [0038] Les avantages de la présente invention sont nombreux. [0039] La présente invention permet la mise à disposition d'une simulation rapide pour réaliser une conception robuste d'un injecteur par essais sur de multiples types d'injecteurs. L'encrassement d'un injecteur peut être repéré dès le premier jour de simulation. [0040] La présente invention permet aussi: - de limiter les défaillances des moteurs en utilisation, de telles défaillances induisant des coûts de garantie pour les constructeurs, - de limiter les insatisfactions qualité des conducteurs, - d'assurer la pérennité de la dépollution des émissions, - de maintenir un niveau bas de consommation carburant, - de procurer une durabilité accrue des motorisations Diesel, - d'assurer une meilleure qualité de carburant en pouvant intégrer de nouvelles normes de carburant dans les cahiers des charges des raffineurs, des distributeurs de carburant et des fabricants d'additifs. [0041] L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. REVENDICATIONS1. Procédé de simulation d'encrassement d'un injecteur Diesel, ladite simulation s'effectuant sur un moteur Diesel comprenant au moins un injecteur, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - détermination du ou des mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement et sélection d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur et/ou des fluides alimentant ledit moteur favorisant le ou lesdits mécanismes, - simulation sur ledit moteur de l'encrassement d'au moins un injecteur avec régulation du ou des paramètres sélectionnés, afin de reproduire les mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement. 2. Procédé selon la revendication précédente, pour lequel l'encrassement étant un encrassement interne d'un injecteur Diesel, un premier groupe de mécanismes physico-chimiques déterminés comme intervenant dans ledit encrassement interne repose sur une réaction de saponification entre, d'une part, le sodium et, d'autre part, des acides gras, le sodium et les acides gras étant contenus dans différents additifs apportés au moteur. 3. Procédé selon la revendication précédente, pour lequel un second groupe de mécanismes physico-chimiques déterminés comme intervenant dans ledit encrassement interne repose sur une réaction de polymérisation oxydative radicalaire et une réaction de nitro-oxydation d'additifs apportés au moteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour lequel, pendant la simulation, le ou un des paramètres régulés des fluides alimentant ledit moteur est la température, au moins une des températures du liquide de refroidissement, de l'huile en entrée moteur, du carburant en entrée pompe et de l'air en entrée étant régulée afin de permettre les mécanismes physico-chimiques. 5. Procédé selon la revendication précédente, pour lequel la température du liquide de refroidissement est maintenue entre 95°C et 130°C, la température d'huile en entrée moteur est maintenue entre 125°C et 170°C, latempérature du carburant en entrée pompe est maintenue de 30°C à 90°C et la température d'air en entrée est maintenue entre 30°C et 80°C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour lequel il est prévu d'ajouter des additifs dans ou de modifier le carburant utilisé lors de la simulation. 7. Procédé selon la revendication précédente, pour lequel le carburant utilisé lors de la simulation est préalablement vieilli avec une stabilité à l'oxydation de 6 heures en Rancimat. 8. Procédé selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, pour lequel il est ajouté au carburant au moins un des additifs suivants : un additif pro-cétane tel l'EHN-2, du sodium, un additif à base de succinimide avec une quantité d'esters méthyliques d'acide gras. 9. Procédé selon la revendication précédente, pour lequel au moins l'additif ajouté présente une concentration de 250 à 4.000 mg/kg si cet additif est l'additif pro cétane, une concentration de 1 à 40 mg/kg si cet additif est du sodium, une concentration de 50 à 2.000 mg/kg si cet additif est l'additif à base de succinimide. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour lequel il est prévu plusieurs cycles successifs avec une phase d'arrêt intercalée entre deux cycles successifs, un cycle se composant d'une succession de paliers de 12 à 50 minutes à un point de fonctionnement moteur permettant les réactions des mécanismes physico-chimiques intervenant dans ledit encrassement, entrecoupés de paliers de 2 à 30 minutes de ralenti.25