Compréhension des mécanismes de formation de dépôts en fond de première gorge de piston de moteurs Diesel

Understanding mechanisms of deposit formation in the first ring grooves of Diesel engine pistons

• Auteur / Autrice : Moussa Diaby
• Direction : Michel Sablier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Craquage

Moteurs diesel

Lubrifiants

Mots clés libres

Gorge de piston

Thermo-oxydation

Résumé

La dégradation rapide des huiles moteurs et la formation accrue de dépôts dans les moteurs Diesel sont une des conséquences majeures de l’utilisation de la technologie de Recirculation des Gaz d’Echappement (EGR, pour “Exhaust Gas Recirculation”) et de la sévérité des conditions de marche (température et pression) des moteurs Diesel. Ce travail de thèse avait pour objectif de comprendre les mécanismes de formation de dépôts en fond de première gorge de piston des moteurs Diesel. Dans cette optique, les dépôts formés dans les gorges de piston à l’issu d’essais d’endurance réalisés sur bancs-moteurs ont été analysés. Ces analyses ont montré que les dépôts, de types « gras » ou « secs » selon la sévérité des tests, provenaient principalement de la dégradation des lubrifiants. Des essais de thermo-oxydation du lubrifiant SAE 5W-30 utilisé pour les essais « moteurs », réalisés dans un four tubulaire fonctionnant à pression atmosphérique, ont mis en évidence la consommation d’additifs anti-oxydants simultanément avec la carbonisation du lubrifiant. De plus, la température a été identifiée comme le facteur le plus influent dans le processus de dégradation. Une étude analogue réalisée avec le squalane (C30H62), hydrocarbure modèle, choisi pour simuler la base de l’huile, a permis de construire un modèle cinétique qui peut être utilisé comme un outil prédictif pour le suivi du vieillissement du lubrifiant. L’adaptation de cette étude aux conditions de la première gorge de piston des moteurs Diesel, par le biais d’un micro-réacteur spécialement conçu à cet effet, a permis de montrer l’influence de la pression dans le processus de dégradation. Deux voies réactionnelles compétitives ont donc été proposées : (1) l’oxydation de la base d’huile et polymérisation des produits d’oxydation conduisant à la formation de vernis ; et (2) le craquage thermique des hydrocarbures de la base d’huile formant des intermédiaires réactionnels propices à des réactions de type Diels-Alder associées à des réactions de désoxygénation et de déshydrogénation qui conduisent à la formation de composés aromatiques polycycliques, précurseurs des particules carbonées