Brevet FR3039834A1 — publié le 20170210

COMPOSITIONS LUBRIFIANTES POUR PREVENIR OU DIMINUER LE PRIE-ALLUMAGE DANS UN MOTEUR L'invention concerne l'utilisation d'une composition lubrifiante pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur. Plus particulièrement, l'invention concerne l'utilisation d'une composition lubrifiante comprenant au moins une huile de base et au moins un polyalkylene glycol (PAG) pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur, de préférence dans un moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile. La présente invention concerne également un procédé pour prévenir ou diminuer le pré-10 allumage dans un moteur, de préférence dans un moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile, mettant en oeuvre cette composition lubrifiante. La présente invention concerne également l'utilisation d'un polyalkylene glycol (PAG) dans une composition lubrifiante pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur, de préférence dans un moteur de véhicules, notamment de véhicules automobiles. 15 Arrière plan technologique Dans des conditions idéales, une combustion normale dans un moteur à allumage par étincelle se produit quand un mélange de combustible, et notamment de carburant et d'air 20 est enflammé dans la chambre de combustion à l'intérieur du cylindre par la production d'une étincelle provenant d'une bougie d'allumage. Une telle combustion normale est généralement caractérisée par l'expansion du front de flamme à travers la chambre de combustion d'une manière ordonnée et maîtrisée. Cependant, dans certains cas, le mélange air I carburant peut être prématurément enflammé 25 par une source d'inflammation avant l'allumage par l'étincelle de la bougie, ce qui conduit à un phénomène connu sous le nom de pré-allumage. Or, il est préférable de réduire voire de supprimer le pré-allumage, car cela se traduit généralement par la présence d'une forte augmentation des températures et des pressions dans la chambre de combustion, et ainsi avoir un impact négatif significatif sur l'efficacité et 30 les performances globales d'un moteur. De plus, le pré-allumage peut causer des dommages significatifs aux cylindres, pistons, bougies et soupapes dans le moteur et dans certains cas, peut même aboutir à une panne de moteur, voire à une casse de moteur. Récemment, le pré-allumage à basse vitesse (Love Speed Pre-Ignition en anglais ou "LSPI") a été identifié, notamment par les constructeurs automobiles, comme un problème potentiel 35 pour les moteurs de taille réduite (ou moteurs downsizés). Le LSPI se produit généralement à de faibles vitesses et charges élevées, et peut entraîner de graves dommages aux pistons et I ou aux cylindres. 3039834 2 Ainsi il serait souhaitable de disposer d'un lubrifiant pouvant prévenir ou diminuer le risque de pré-allumage, y compris le LSPI. Des solutions consistant à diminuer la teneur en calcium ou augmenter la teneur en dithiophosphate de zinc ou dithiocarbamate de molybdène dans un lubrifiant ont été décrites 5 (Takeuchi et al, "Investigation of Engine OU Effect on Abnormal Combustion in Turbocharged Direct Injection Spark Ignition Engines," SAE Inf. J. Fuels Lubr. 5(3):1017-1024, 2012, ; Hirano et al, "Investigation of Engine OH Effect on Abnormal Combustion in Turbocharged Direct Injection - Spark Ignition Engines (Part 2)," SAE Technical Paper 2013-01-2569, 2013). Toutefois, ces solutions restent aujourd'hui insuffisantes pour réduire significativement le pré-allumage et difficiles à mettre en oeuvre, notamment dans les pays où un niveau important de basicité est exigé sur les carburants. De plus, des problèmes de stabilité des lubrifiants ou de compatibilité avec les systèmes de post-traitement sont associés à ces solutions. La demande WO 2015023559 décrit une méthode pour réduire le pré-allumage par ajout, dans un lubrifiant, d'un additif permettant de retarder l'allumage, ledit additif étant choisi parmi des composés organiques comprenant au moins un noyau aromatique. Toutefois, ces composés organiques légers pourraient entraîner une augmentation excessive de la volatilité du lubrifiant. Un objectif de la présente invention est donc de fournir des composés ainsi qu'une composition lubrifiante comprenant ces composés palliant tout ou partie aux inconvénients précités. Un autre objectif de la présente invention est de fournir une composition lubrifiante permettant de prévenir ou de réduire le pré-allumage dans un moteur et dont la formulation est facile à mettre en oeuvre. Un autre objectif de la présente invention est de fournir une composition lubrifiante permettant de prévenir ou de réduire le pré-allumage dans un moteur tout en conservant des propriétés satisfaisantes voire améliorées de lubrification. Un autre objectif de la présente invention est de fournir un procédé de lubrification permettant de prévenir ou de réduire le pré-allumage dans un moteur. Résumé de l'invention 3039834 3 L'invention ainsi a pour objet l'utilisation d'une composition lubrifiante comprenant au moins une huile de base et au moins un polyalkylene glycol (PAG) pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur. 5 De manière surprenante, la demanderesse a constaté que la présence d'au moins un PAG dans une composition lubrifiante permet à la composition lubrifiante, une fois mise en oeuvre dans un moteur, de prévenir ou de diminuer le pré-allumage dans le moteur. Ainsi la présente invention permet de formuler des compositions lubrifiantes présentant à la fois une bonne stabilité et de bonnes propriétés de prévention ou de réduction du pré-10 allumage une fois mise en oeuvre dans un moteur. Avantageusement, les compositions lubrifiantes selon l'invention présentent de bonnes propriétés de prévention ou de réduction du pré-allumage une fois mise en oeuvre dans un moteur sans avoir besoin de les associer avec d'autres solutions techniques permettant de 15 prévenir ou de diminuer le pré-allumage, et notamment des solutions techniques nécessitant de réduire la teneur en calcium ou entraînant une augmentation excessive de la volatilité de la composition lubrifiante. Avantageusement, les compositions lubrifiantes selon l'invention présentent de bonnes 20 propriétés de prévention ou de réduction du pré-allumage une fois mise en oeuvre dans un moteur et dont la formulation est facile à mettre en oeuvre. Dans un mode de réalisation de l'invention, le PAG est obtenu par polymérisation ou copolymérisation d'oxydes d'alkylène comprenant de 3 à 8 atomes de carbone, dont au 25 moins un oxyde de butylène. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le PAG est un PAG de formule (A) H H Y2 30 R2x (A) dans laquelle 3039834 4 Y, et Y2 représentent, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène, ou un groupement hydrocarboné, de préférence un groupement CI-C30 alkyl ou alkylphényl ; e n représente un entier supérieur ou égal à 2, préférentiellement 5 inférieur à 500, plus préférentiellement de 2 à 200, encore plus préférentiellement de 2 à 60 ou de 5 à 30 ou de 7 à 20, avantageusement de 7 à 15.; - x représente un ou plusieurs entiers allant de 1 à n ; - les groupements R2'_1 et R2x représentent, indépendamment les 10 uns des autres, un atome d'hydrogène ou un groupement hydrocarboné comprenant entre 1 et 6 atomes de carbone, préférentiellement un groupement Ci-C6 alkyl linéaire ou ramifié. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le PAG est un PAG de formule (A) dans laquelle la somme des nombres d'atomes de carbone de R2x., et R2x est égale à 2 pour au 15 moins une valeur de x. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le PAG est un PAG de formule (A) dans laquelle : - Y2 représente un atome d'hydrogène ; e R2,0 et R2x, identiques ou différents, représentent 20 indépendamment un atome d'hydrogène ou un groupement C1- C2-alkyl. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le PAG est un PAG de formule (B) R1 J 0 H 0 (B) 25 dans laquelle - R1 représente un groupement C8-C12-alkyl linéaire ou ramifié ; - p représente un nombre allant de 2 à 10, de préférence de 2 à 6 ; - q représente un nombre allant de 2 à 10, de préférence de 2 à 6. 3039834 5 Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la teneur en poids de PAG, par rapport au poids total de la composition lubrifiante, va de 5 à 50%, de préférence de 10 à 40%, avantageusement de 15 à 30%. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la composition lubrifiante comprend en 5 outre un additif choisi parmi choisi les modificateurs de frottements, les détergents, les additifs anti-usure, les additifs extrême-pression, les améliorants de l'indice de viscosité, les dispersants, les antioxydants, les améliorants du point d'écoulement, les anti-mousse, les épaississants et leurs mélanges. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la composition lubrifiante est utilisée pour 10 prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur de véhicule, de préférence de véhicule automobile. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la composition lubrifiante est utilisée pour prévenir ou diminuer le pré-allumage à basse vitesse (LSPI) dans un moteur, de préférence de véhicule, avantageusement de véhicule automobile. 15 L'invention concerne également un procédé pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur, ledit procédé comprenant au moins une étape de mise en contact d'une pièce mécanique du moteur avec une composition lubrifiante telle que définie ci-dessus. L'invention concerne également l'utilisation d'un polyalkylene glycol (PAG) dans une composition lubrifiante comprenant au moins une huile de base pour prévenir ou diminuer le 20 pré-allumage dans un moteur. Description détaillée de l'invention Les pourcentages indiqués ci-dessous correspondent à des pourcentages en masse de 25 matière active. La composition lubrifiante utilisée selon l'invention comprend au moins un polyalkylene gycol (PAG). 30 Le PAG peut être un polymère ou un copolymère (statistique ou blocs) d'oxydes d'alkylène, qui peuvent être notamment préparés selon les méthodes décrites dans la demande WO 2009/134716, page 2 ligne 26 à page 4 ligne 12, par exemple par attaque d'un initiateur alcool sur la liaison époxy d'un oxyde d'alkylène et propagation de la réaction. Dans un mode de réalisation de l'invention, le PAG est obtenu par polymérisation ou 35 copolymérisation d'oxydes d'alkylène comprenant de 3 à 8 atomes de carbone, dont au 3039834 6 moins un oxyde de butylène, notamment choisi parmi le 1,2-oxyde de butylène ou le 2,3-oxyde de butylène, de préférence le 1,2-oxyde de butylène. Parmi ces PAG, les copolymères d'oxyde de butylène et d'oxyde de propylène sont 5 particulièrement préférés. La demande WO 20111011656, paragraphes [011] à [014] décrit un mode de préparation, les caractéristiques, et les propriétés (notamment de solubilité et de miscibilité dans les huiles de base) de tels PAG copolymères d'oxyde de butylène et d'oxyde de propylène, Ces PAG peuvent être préparés, par réaction d'un ou plusieurs alcools avec un mélange 10 d'oxyde de butylène et d'oxyde de propylène. De manière avantageuse, les PAG sont préparés avec un mélange d'oxyde de butylène et d'oxyde de propylène où le rapport massique entre oxyde de butylène et oxyde de propylène est d'une valeur allant de 3 :1 à 1 :3, de préférence allant de 3 :1 à 1 :1. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les PAG sont préparés à partir d'alcool 15 comportant de 8 à 12 atomes de carbone. Le 2-éthylhexanol et le dodécanol, seuls ou en mélange, et en particulier le dodécanol, sont particulièrement préférés. Selon un mode préféré de l'invention, les PAG selon l'invention sont tels que leur rapport molaire carbone sur oxygène est supérieur à 3 :1, préférentiellement allant de 3 :1 à 6 :1. Ceci confère notamment auxdits PAG des propriétés de polarité et d'indice de viscosité 20 particulièrement adaptés à une utilisation en huile moteur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les PAG sont préparés avec un mélange d'oxyde de butylène et d'oxyde de propylène où le rapport massique entre oxyde de butylène et oxyde de propylène est supérieur à 3:1, de préférence supérieur à 5:1, plus 25 préférentiellement supérieur à 8 :1, avantageusement allant de 8 :1 à 10 :1. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le PAG est obtenu par polymérisation d'oxydes de butylène uniquement, notamment choisi parmi le 1,2-oxyde de butylène ou le 2,3-oxyde de butylène, de préférence le 1,2-oxyde de butylène. 30 Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le PAG est un PAG de formule (A) 35 3039834 7 H o CH-- 0 ri R2x_l R2x V., Y2 (A) dans laquelle - Y1 et Y2 représentent, indépendamment Fun de l'autre, un atome d'hydrogène, ou un groupement hydrocarboné, de préférence un groupement Ci-C30 alkyl ou aikylphényl ; 10 - n représente un entier supérieur ou égal à 2, préférentiellement inférieur à 500, plus préférentiellement de 2 à 200, encore plus préférentiellement de 2 à 60 ou de 5 à 30 ou de 7 à 20, avantageusement de 7 à 15.; - x représente un ou plusieurs entiers allant de 1 à n ; - les groupements R2x4 et R représentent, indépendamment les uns des autres, un atome 15 d'hydrogène ou un groupement hydrocarboné comprenant entre 1 et 6 atomes de carbone, préférentiellement un groupement C1-C6 aikyl linéaire ou ramifié. Dans un mode de réalisation préféré, les groupements R2x_1 et R2x représentent, indépendamment les uns des autres, un groupement C1-C6 aikyl linéaire. 20 Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, au moins un des groupements Rbo et R2x représente un atome d'hydrogène. Avantageusement R2x représente un atome d'hydrogène. 25 Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la somme des nombres d'atomes de carbone de R2x1 et R est d'une valeur allant de 1 à 6. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la somme des nombres d'atomes de carbone de R2x..1 et R2), est égale à 2 pour au moins une valeur de x. 30 Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le PAG est un PAG de formule (A) dans laquelle : - Y2 représente un atome d'hydrogène ; 3039834 8 - R2x.1 et R2x, identiques ou différents, représentent indépendamment un atome d'hydrogène ou un groupement C1-C2-alkyl. Avantageusement, le PAG est un PAG de formule (B) 0 --- H (B) dans laquelle - RI représente un groupement C8-C12-alkyl linéaire ou ramifié ; - p représente un nombre allant de 2 à 10, de préférence de 2 à 6 ; 10 - q représente un nombre allant de 2 à 10, de préférence de 2 à 6. Les PAG sont préférentiellement des PAG légers caractérisés par une viscosité cinématique mesurée à 100°C selon la norme ASTM D445 allant de 1 à 12 mrn2fs, de préférence de 2 à 7 mm2/s. 15 Préférentiellement, l'indice de viscosité (Viscosity Index en anglais ou VI mesuré selon la norme NFT 60136) des PAG utilisés dans l'invention est supérieur ou égal à 100, préférentiellement supérieur ou égal à 120. 20 De manière préférée, la composition lubrifiante utilisée selon l'invention comprend une teneur en poids de PAG, par rapport au poids total de la composition lubrifiante, allant de 5 à 50%, de préférence de 10 à 40%, avantageusement de 15 à 30%. Comme exemples de PAG pouvant être utilisés dans la composition lubrifiante utilisée selon 25 l'invention, on peut citer les PAG décrits dans les documents WO 2012/070007 ou WO 2013/164457. La composition lubrifiante utilisée selon l'invention comprend également au moins une huile de base. 30 3039834 9 De manière générale, la composition lubrifiante utilisée selon l'invention peut comprendre tout type d'huile de base lubrifiante minérale, synthétique ou naturelle, animale ou végétale, connue de l'Homme du métier. Les huiles de base utilisées dans les compositions lubrifiantes selon l'invention peuvent être 5 des huiles d'origines minérales ou synthétiques appartenant aux groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) (tableau A) ou leurs mélanges. Teneur en Teneur en Indice de saturés soufre viscosité (VI) Groupement I Huiles minérales 0,03 % 80 5VI REVENDICATIONS1. Utilisation d'une composition lubrifiante comprenant au moins une huile de base et au moins un polyalkylene glycol (PAG) pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur. 2. Utilisation selon la revendication 1 dans laquelle le PAG est obtenu par polymérisation ou copolymérisation d'oxydes d'alkylène comprenant de 3 à 8 atomes de carbone, dont au moins un oxyde de butylène. 3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle le PAG est un PAG de formule (A) 10 15 H H -0 Y2 Y1--E---- 0 C C 20 RZA._1 R2x (A) dans laquelle - Y1 et Y2 représentent, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène, ou un groupement hydrocarboné, de préférence un groupement C1-C30 alkyl ou alkylphényl ; 25 - n représente un entier supérieur ou égal à 2, préférentiellement inférieur à 500, plus préférentiellement de 2 à 200, encore plus préférentiellement de 2 à 60 ou de 5 à 30 ou de 7 à 20, avantageusement de 7 à 15.; - x représente un ou plusieurs entiers allant de 1 à n ; - les groupements R2x_1 et R2x représentent, indépendamment les uns des autres, un 30 atome d'hydrogène ou un groupement hydrocarboné comprenant entre 1 et 6 atomes de carbone, préférentiellement un groupement C1-C6 alkyl linéaire ou ramifié. 3039834 17 4. Utilisation selon rune quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle le PAG est un PAG de formule (A) dans laquelle la somme des nombres d'atomes de carbone de R2x.1 et R2' est égale à 2 pour au moins une valeur de x. 5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans laquelle le PAG est un PAG de formule (A) dans laquelle : - Y2 représente un atome d'hydrogène ; - R2x,1 et R2', identiques ou différents, représentent indépendamment un atome d'hydrogène ou un groupement Cl-C2-alkyl. 6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le PAG est un PAG de formule (B) R-1.......f_ o CH3 1-13C1"/ (B) dans laquelle - R1 représente un groupement C8-C12-alkyl linéaire ou ramifié ; - p représente un nombre allant de 2 à 10, de préférence de 2 à 6 ; - q représente un nombre allant de 2 à 10, de préférence de 2 à 6. 7. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la teneur en poids de PAG, par rapport au poids total de la composition lubrifiante, va de 5 à 50%, de préférence de 10 à 40%, avantageusement de 15 à 30%. 8. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la composition lubrifiante comprend en outre un additif choisi parmi choisi les modificateurs de frottements, les détergents, les additifs anti-usure, les additifs extrême-pression, les améliorants de l'indice de viscosité, les dispersants, les 3039834 18 antioxydants, les améliorants du point d'écoulement, les anti-mousse, les épaississants et leurs mélanges. 9. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur de véhicule, de préférence de véhicule automobile. 10. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes pour prévenir ou diminuer le pré-allumage à basse vitesse (LSPI) dans un moteur, de préférence de 10 véhicule, avantageusement de véhicule automobile. 11. Utilisation d'un polyalkylene glycol (PAG) dans une composition lubrifiante comprenant au moins une huile de base pour prévenir ou diminuer le pré-allumage dans un moteur. 15