Une brève histoire des dispersants et des besoins futurs

Les dispersants maintiennent les matières insolubles et la suie en suspension dans l'huile afin qu'elles puissent être éliminées lors de la prochaine vidange d'huile. Ils empêchent les déchets de s'agglomérer, provoquant des dépôts autour du moteur et réduisant l'efficacité opérationnelle.  

Dans les moteurs à essence, la formation de boues dans des conditions d'arrêt et de marche à basse vitesse et à basse température peut poser problème. Des matériaux polaires et des contaminants insolubles dans l’huile s’accumulent dans l’huile. Si rien n’est fait, ils provoquent la formation de boues et de vernis dans les zones les plus froides du moteur, créant ainsi des problèmes de fonctionnement. 

Les dispersants contrôlent l'augmentation de la viscosité provoquée par la formation de suie, principalement dans les moteurs HDD, mais également dans certains moteurs essence à injection directe. La suie est créée pendant le processus de combustion et pénètre dans l’huile en vrac, provoquant un épaississement de l’huile. 

Les moteurs au gaz naturel peuvent être très sensibles aux niveaux de cendres lubrifiantes. Ils existent dans de nombreux modèles et fonctionnent avec une grande variété de sources de carburant. Les lubrifiants avec peu ou pas de cendres s'appuient sur des dispersants sans cendres pour assurer un contrôle maximal des insolubles et des dépôts. 

Les liquides de transmission automatique contiennent généralement un certain niveau de dispersion. Ricardo Bloch, un ingénieur chimiste industriel à la retraite basé aux États-Unis, a déclaré à Lubes'n'Greases que la fonction du dispersant est "de garder les embrayages exempts de débris en dispersant les sous-produits d'oxydation. Si les embrayages sont bouchés ou vitrés, la transmission ne passera pas à temps. Ces facteurs rendent ces dispersants différents des dispersants du carter". 

Chimie dispersante

Les dispersants conventionnels sont des matériaux organiques constitués d'une queue polymère soluble dans l'huile, généralement du polyisobutylène, et d'un groupe polaire attaché. Le groupe polaire est constitué d'un groupe pontant, généralement l'anhydride maléique, et d'un groupe fonctionnel normalement à base d'azote. 

Le type de dispersant conventionnel le plus courant utilise le PIB comme groupe soluble dans l'huile. Le poids moléculaire est une variable clé pour les propriétés de dispersance. "Le PIB est fabriqué par oligomérisation de l'isobutylène et est disponible dans une variété de poids moléculaires allant de quelques centaines à des dizaines de milliers", a déclaré Bloch.

"Le groupe polymère doit être soluble dans l'huile et le groupe polaire doit se fixer aux déchets présents dans l'huile afin qu'ils restent dans la solution pétrolière", a-t-il ajouté. "Si le groupe polymère alkyle est trop petit, le dispersant n'est pas capable de maintenir la matière insoluble dispersée." 

Pour transformer le PIB en dispersant, il est greffé avec de l'anhydride maléique (pont) pour former de l'anhydride polyisobutylène succinique. La réaction avec l'anhydride maléique peut être « thermique », en utilisant du PIB hautement réactif (HR-PIB) ou facilitée avec du chlore gazeux. Plus d'un anhydride maléique peut être ajouté à une molécule de PIB pour maximiser la fonctionnalité par molécule.

PIBSA réagit ensuite avec une amine pour donner une fonctionnalité. Le type et le niveau d'azote de l'amine sont une autre variable et, dans de nombreux dispersants, il s'agit d'une polyamine. D'autres modifications, comme l'ajout de bore, peuvent être apportées pour modifier les propriétés.

Des modificateurs de viscosité dispersants sont utilisés dans certaines formulations d’huile moteur. Ils n'utilisent pas de polymère PIB, mais plutôt un polymère standard, comme un copolymère d'oléfine, qui réagit avec l'anhydride maléique pour devenir fonctionnel. Ceux-ci ont des chaînes beaucoup plus longues que les dispersants conventionnels.

Les polyméthacrylates dispersants utilisent un monomère de méthacrylate d'alkyle pour créer un groupe polymère soluble dans l'huile. Le groupe acide carboxylique dans le monomère est utilisé comme pont pour ajouter les groupes fonctionnels contenant de l'azote. Le groupe pont et la fonctionnalité sont régulièrement attachés le long de la chaîne polymère.

Les propriétés du dispersant PMA peuvent varier en fonction du choix du monomère à base de méthacrylate, du poids moléculaire du polymère ainsi que du type et du niveau d'azote du groupe amine fonctionnel. Ils combinent le processus d'amélioration des caractéristiques de viscosité du fluide avec le contrôle de la dispersance. La technologie PMA VM est utilisée dans les fluides de transmission en raison de ses très bonnes propriétés de fluidité à basse température par rapport aux autres types de VM. Les PMA peuvent être combinés avec le reste de l’ensemble d’additifs en un seul ensemble de performances de transmission stable.

Une brève histoire des dispersants

Les dispersants ont commencé à être largement utilisés dans les années 1950, en plus des technologies plus anciennes des dialkyldithiophosphates de zinc et des détergents métalliques pour les lubrifiants de carter. "Lorsque les voitures roulaient sur de courtes distances, des boues se formaient, ce qui était amélioré par l'utilisation de dispersants PIBSA/PAM de faible poids moléculaire", a déclaré Bloch.

L'utilisation de dispersants a augmenté entre 1970 et 2000, notamment en réponse à l'introduction de l'essai de moteur de voiture particulière Séquence V pour les boues et les vernis à basse température. La technologie de dispersant prédominante était basée sur le PIB, qui était chloré pour ajouter de l'anhydride maléique, puis réagi avec des amines. « Les PMA dispersants ont été introduits dans les années 1960, suivis par les OCP dispersants à la fin des années 1970. » dit Bloch. "Ces matériaux étaient efficaces pour gérer les boues et les vernis à basse température."

Depuis 2000, l'accent a été mis davantage sur la gestion de la suie, car les moteurs diesel ont pris une plus grande part de marché des ventes de voitures particulières à l'échelle mondiale et les moteurs HDD ont créé des charges de suie plus élevées. « À la fin des années 1990, la présence de suie dans le diesel était une conséquence des efforts des constructeurs pour contrôler les émissions de NOX », a déclaré Rolfe Hartley de Sangemon Consulting, basé aux États-Unis, à Lubes'n'Greases. « Un calage moteur retardé a abaissé les températures de combustion maximales, entraînant une combustion incomplète et de la suie. »

Il a ajouté : "La recirculation des gaz d'échappement refroidis (EGR) a également été utilisée pour réduire les NOX ; cependant, cela a entraîné l'introduction de condensats hautement acides dans l'huile, aggravant l'épaississement de la suie." 

Une technologie de dispersant de poids moléculaire plus élevé a été développée et a montré une meilleure capacité de traitement de la suie. Les formulateurs ont équilibré les composants dispersants pour couvrir les boues et les vernis à basse température et la gestion de la suie à haute température, ce qui a entraîné une augmentation des taux de traitement des dispersants et des mélanges de dispersants. 

Les dispersants sont utilisés depuis un certain temps dans les huiles pour cylindres marins à 2 temps, bien que la détergence ait historiquement joué un rôle plus important. 

L'utilisation de dispersants VM a diminué dans les huiles moteur à mesure que la volatilité des huiles de base s'est améliorée avec l'introduction des huiles de base API Groupe II et Groupe III et l'amélioration des dispersants conventionnels. Les protocoles d'essais moteurs pour le dispersant VM sont complexes car le niveau de dispersance de la formulation varie en fonction du taux de traitement du VM pour chaque grade de viscosité. Une dispersance constante nécessite un niveau fixe de VM dispersant et l’ajout d’un deuxième VM non dispersant pour atteindre un niveau de viscosité cible.

Une plus grande sensibilisation à l'environnement concernant la teneur en chlore résiduel des lubrifiants a conduit à l'introduction de limites de chlore dans certaines spécifications des lubrifiants OEM. "Les constructeurs automobiles craignaient que les composés chlorés contenus dans le lubrifiant puissent donner naissance à des dioxines dans les gaz d'échappement", a déclaré Trevor Gauntlett, consultant basé au Royaume-Uni, à Lubes'n'Greases. "Les dioxines sont très stables ; beaucoup sont persistantes, bioaccumulables et toxiques, voire potentiellement cancérigènes." 

Des dispersants à base de HR-PIB étaient nécessaires pour respecter ces limites de chlore, et ils ont également montré des avantages en termes de performances de lubrifiant moteur de qualité supérieure. Par conséquent, le HR-PIB a connu une croissance significative de la demande, remplaçant le PIB chloré par les dispersants.  

Exigences futures en matière de dispersion

Les moteurs actuels des nouveaux lubrifiants de carter incluent la réduction des émissions et l’amélioration de l’économie de carburant. Les dispersants n'ont pas d'impact significatif sur le matériel de contrôle des émissions, comme les catalyseurs d'échappement et les filtres à particules, et ne contribuent pas aux contraintes chimiques des cendres sulfatées, du soufre et du phosphore. Ils constituent donc des composants bénéfiques dans les formulations limitées en émissions. La recherche d’huiles à faible viscosité pour améliorer l’économie de carburant constitue un défi pour les dispersants, car ils contribuent de manière significative à l’épaississement de la viscosité à basse température. Les chercheurs cherchent à conserver les avantages du contrôle des boues, des vernis et de la suie tout en réduisant la contribution des polymères à l'épaississement de la viscosité. 

"Il n'est pas nécessaire de prévoir une plus grande dispersion à basse ou haute température pour les nouvelles spécifications nord-américaines des voitures particulières, étant donné le niveau élevé de protection actuel", a déclaré Steve Haffner de la société américaine SGH Consulting à Lubes'n'Greases. L’utilisation de moteurs diesel pour voitures particulières est en déclin significatif ; les véhicules diesel ne représentaient que 17 % des ventes de voitures neuves dans l’UE en 2021. 

"Les niveaux de suie dans l'huile sont considérablement réduits grâce aux dispositifs de post-traitement des gaz d'échappement", a déclaré Hartley. "Des niveaux de suie plus faibles dans l'huile signifient qu'un contrôle supplémentaire de la suie n'est pas nécessaire." 

Les moteurs hybrides, qui disposent à la fois d’un moteur à combustion interne et d’un moteur électrique, constituent un domaine d’intérêt croissant. Une durée de fonctionnement réduite du moteur ou un fonctionnement à basse température dans les hybrides peuvent créer des problèmes de condensation et de boues, offrant ainsi la possibilité d'un meilleur contrôle de la dispersance. 

Pour le disque dur, Haffner a déclaré qu '«on s'attend à ce que le niveau de protection actuel soit égal ou supérieur à celui dont les équipementiers ont besoin dans leurs nouveaux moteurs, donc les dispersants existants ou des versions plus optimisées seront suffisants». 

Hartley était d’accord. "Les émissions de NOX sont désormais contrôlées par une réduction catalytique sélective à l'urée, éliminant ainsi le besoin de retarder le calage ou d'utiliser l'EGR dans les conceptions de moteurs les plus avancées", a-t-il déclaré. "Ces moteurs produisent moins de suie dans l'huile, nécessitant moins de dispersion." 

Hartley a ajouté : « La principale raison pour laquelle les taux de traitement par dispersant dans les disques durs restent élevés est qu'ils doivent être rétrocompatibles avec les conceptions de moteurs antérieures. »

La demande de HR-PIB continue de croître avec la baisse significative de l’utilisation de dispersants chlorés. Gauntlett a commenté : "Pour les fabricants, le problème se pose que le chlore lui-même est un gaz toxique hautement réactif, qui peut provoquer une irritation de la peau, des yeux et des voies respiratoires à des concentrations assez faibles. Comme il réagit avec le fer et certains polymères, il nécessite un équipement spécialisé pour le transport, le stockage et la fabrication. "

Le dispersant VM pour carter réduit la quantité de dispersant conventionnel dans la formulation pour améliorer le rendement énergétique. Cependant, les qualités à très faible viscosité nécessitent peu ou pas de VM, de sorte que la dispersance réalisable est faible. La résistance des clients aux machines virtuelles dispersantes demeure. Les produits ont tendance à être uniques, la sécurité de l'approvisionnement est donc une préoccupation, tout comme le stock supplémentaire de VM dans les usines de mélange.

Pour les huiles pour moteurs marins, l'évolution vers des carburants à faible teneur en soufre, l'utilisation accrue de qualités distillées et de nouvelles conceptions de moteurs signifient que l'utilisation de dispersants efficaces gagne en importance. Cela doit être équilibré avec le besoin continu de détergence lors de la formulation de nouveaux produits.

Pour les ATF, encore une fois, l’économie de carburant est un facteur clé, ainsi qu’une plus grande compatibilité électrique et matérielle dans les transmissions électroniques. La viscosité devient très faible, limitant le besoin et l'utilisation possible de VM dans les transmissions électroniques.  Cependant, les PMA dispersants peuvent toujours jouer un rôle en assurant une meilleure protection contre l’oxydation, potentiellement au prix d’une conductivité électrique plus élevée. Des propriétés de friction peuvent également être nécessaires si la transmission électronique est équipée d'embrayages ou de synchroniseurs.  

HUILE D'AVIATION VICTORY® 100AW

HUILE MOTEUR MONOGRADE DISPERSANTE SANS CENDRE AVEC ADDITIF ANTI-USURE POUR MOTEURS À PISTONS D'AÉRONEFS

Phillips 66® Victory Aviation Oil 100AW est une huile moteur monograde sans cendre, dispersante, pré-mélangée avec la concentration appropriée d'additif anti-usure/anti-usure (LW-16702) exigée par les bulletins de service Lycoming 446E et 471B et l'instruction de service 1409C. Il est recommandé pour une utilisation dans les moteurs d'avion à pistons opposés et à pistons radiaux où l'usure des poussoirs à came est un problème.

Il existe deux types de base d'huiles aviation approuvées par la FAA et utilisées dans les moteurs à pistons des avions de l'aviation générale.

1. Minéral pur

2. Dispersant sans cendre (AD)

De nombreux moteurs Lycoming utilisent de l'huile minérale pure à des fins de « rodage » avec un moteur neuf, reconstruit ou révisé. Les opérateurs doivent alors passer à l'huile AD une fois le « rodage » terminé. Dans les moteurs qui utilisent de l'huile minérale pure au-delà de la période de rodage normale (25 à 50 heures), un passage ultérieur à l'huile AD doit être effectué avec prudence car les dépôts de boue détachés peuvent obstruer les passages d'huile. Les filtres à huile doivent être vérifiés après chaque vol jusqu'à ce que les caillots de boue n'apparaissent plus.

Les moteurs Lycoming qui doivent être rodés avec de l'huile AD comprennent tous les modèles turbocompressés, le O-320-H et le O/LO-360-E.

Étant donné que les huiles dispersantes sans cendre modernes approuvées par la FAA contiennent déjà des additifs qui les rendent supérieures à l'huile minérale pure, l'utilisation d'additifs d'huile supplémentaires dans les moteurs Lycoming a été très limitée. Le seul additif approuvé par Lycoming est la référence Lycoming LW-16702, un additif d'huile anti-rayures et anti-usure. La politique régissant l'utilisation de cet additif d'huile est précisée dans les dernières révisions des bulletins de service 446 et 471, ainsi que dans l'instruction de service 1409. Ces publications approuvent l'utilisation du LW-16702 pour tous les moteurs à pistons Lycoming, à l'exception de ceux qui utilisent un embrayage à friction et un système d'huile moteur commun pour la transmission et l'embrayage. L'utilisation du LW-16702 est requise dans certains modèles de moteurs. Ces modèles sont les 0-320-H, O-360-E, LO-360-E, TO-360-E, LTO-360-E, TIO et TIGO-541.

Une huile moteur propre est essentielle à une longue durée de vie du moteur, et le filtre à huile à plein débit constitue une amélioration supplémentaire par rapport aux anciennes méthodes de filtration. En général, l'expérience d'entretien a montré que l'utilisation de filtres à huile externes peut augmenter le temps entre les vidanges d'huile, à condition que les éléments filtrants soient remplacés à chaque vidange d'huile. Cependant, l'exploitation dans des zones poussiéreuses, des climats froids et des vols peu fréquents avec de longues périodes d'inactivité nécessiteront des vidanges d'huile proportionnellement plus fréquentes malgré l'utilisation du filtre à huile.. L'huile et l'élément du filtre à huile doivent être régulièrement remplacés toutes les 50 heures de fonctionnement du moteur, et le filtre doit être ouvert afin d'examiner les matériaux emprisonnés dans le filtre à la recherche de signes de dommages internes au moteur. Dans les moteurs neufs ou récemment révisés, de petites particules de copeaux métalliques peuvent être trouvées, mais celles-ci ne sont pas dangereuses. Le métal découvert après les deux ou trois premières vidanges d'huile doit être traité comme une indication qu'un problème grave se développe et une enquête approfondie doit être entreprise. Le filtre à huile n'élimine pas les contaminants tels que l'eau, les acides ou les boues de plomb de l'huile. Ces contaminants sont éliminés en changeant l'huile.

Le filtre à huile est encore plus important pour les moteurs à haute compression ou à puissance plus élevée. Certains constructeurs aéronautiques ont connu de bons succès avec les petits moteurs quatre cylindres à faible compression sans utiliser de filtre à plein débit. D’une manière générale, ces moteurs sont également capables d’atteindre leur durée de vie prévue en révision à condition que l’huile soit régulièrement changée et que l’exploitation et la maintenance soient effectuées conformément aux recommandations du fabricant de la cellule et du moteur.

La dernière révision de l'instruction de service Lycoming 1014 donne des recommandations concernant les huiles lubrifiantes, les intervalles de vidange d'huile et le rodage du moteur. Les pilotes et les mécaniciens doivent savoir quel poids, quel type et quelle marque d'huile est utilisé dans le moteur en cours d'entretien. A chaque vidange, ces informations spécifiques doivent être consignées dans le carnet moteur. Sauf mesure temporaire en cas d’urgence, différentes huiles ne doivent pas être mélangées. Un mélange constant et indiscriminé d'huiles peut créer des problèmes de consommation d'huile élevée ou des anneaux de commande d'huile et des tamis à huile obstrués.

La consommation d’huile est une tendance très importante à surveiller en matière de santé du moteur. L'opérateur et le personnel de maintenance doivent connaître l'historique général de la consommation d'huile pendant la durée de vie du moteur. Il est typique d'un moteur lors de la mise en place de nouveaux segments de piston que la consommation d'huile peut être irrégulière ou élevée ; mais une fois les bagues en place, généralement dans les 25 à 50 premières heures, la consommation d'huile devrait se stabiliser en dessous des limites maximales établies par le fabricant. Plus tard, au cours de la durée de vie du moteur, s'il y a une augmentation notable de la consommation d'huile sur une période de 25 heures, cela pourrait être un signal de danger possible et nécessiter une enquête. Les crépines et le filtre à huile doivent être soigneusement observés pour détecter tout signe de métal. Le personnel de maintenance doit effectuer un contrôle de compression des cylindres à l'aide d'un équipement à pression différentielle et également examiner l'intérieur des cylindres avec un endoscope ou une lampe à col de cygne pour détecter toute condition inhabituelle.