Caractérisation des dépôts sur les pistons : Influence du lubrifiant et de la combustion

Characterisation of carbon deposits on pistons. Role of lubricant and combustion

• Auteur / Autrice : Delphine Pavon Baldassare
• Direction : Jean-Michel Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pulvérisation cathodique

Spectroscopie de perte d'énergie des électrons

Automobiles -- Moteurs -- Pistons et segments de piston

Mots clés libres

Dépôts carbonés

Suies

Xps

Particules graphitiques creuses

Résumé

L'objectif de mon travail de thèse a été de mener une caractérisation approfondie des dépôts se formant sur les pistons afin d'appréhender au mieux leur mécanisme de formation. Ces dépôts peuvent en effet provoquer une augmentation de la consommation d'huile conduisant à des rejets d'hydrocarbures pouvant perturber les post-traitements. Les essais moteurs, réalisés sur un moteur diesel poids lours D12D Volvo, ont permis de tester la performance de deux lubrifiants de formulations différentes. Nous avons conclu par cotation des pistons que la formation des dépôts était maximale dès les premières heures de l'essai moteur et qu'elle ne dépendait pas de la formulation du lubrifiant utilisé. Aux vues des résultats analytiques obtenus pas Spectroscopie de Photoélectrons (XPS) et Microscopie Electronique à Balayage et en Transmission (MEB, MET), les dépôts sont constitués en majorité de carbone (70 %m) incluant le carbone de l'huile oxydée et les suies, 20 %m de produits inorganiques de dégradation des additifs de l'huile et de 10 %m de particules d'usure (fer, chrome, aluminium). Nous avons ainsi montré qu'il n'y avait pas de cinétique ni chimique, ni morphologique de la formation des dépôts issus de la première gorge pendant l'essai moteur. Nous avons mis en évidence la présence de particules graphitiques creuses dans les dépôts et les suies, qui semblent intéressantes de par leur ressemblance avec les oignons de carbone, dont le rôle lubrifiant a récemmenty été montré.

The aim of my thesis was to leau a precise characterization of deposits on pistons to improve the understanding of their formation. Deposits increase oil consumption, leading to hydrocarbon releases, which are injurious for post treatments. Engine tests, carried out with Volvo D12D heavy duty diesel engine, allowed to test performane of two lubricants with different formulation. We noted by piston rating that deposits formation was maximum at the first hours of engine test. Moreover, it didn't depend on oil formulation. According to analytical results obtained by X-ray Pholoelectron Spectroscopy (XPS), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM), deposits are mainly made of carbon (wt%70) including oxidized oil carbon and soot, wt%20 of inorganic products due to oil additives degradation and wt%10 of wear (iron, chronium, aluminium). We found that there was neither chemical nor morphologic kinetic for first groove deposits formation during engine test. We showed by TEM the presence of graphitic hollow particles into deposits and soot, which one seem interesting because of the resemblance with carbon onions.