Étude : Additifs avancés pour carburant de rechange essentiels pour les moteurs GDI.

Les moteurs essence à injection directe (GDI) constituent une alternative de plus en plus populaire à la technologie d’injection de carburant au port (PFI) et ont connu une adoption rapide dans l’industrie automobile au cours des dernières années. Dans un moteur GDI, le carburant est injecté directement dans la chambre de combustion à haute pression, offrant une puissance élevée à partir d’un moteur plus petit, une efficacité thermique et une consommation de carburant plus économique.

Des coûts plus élevés peuvent freiner la croissance dans certains pays en développement, mais cela n’a pas empêché le GDI de devenir la technologie prédominante dans les installations de moteurs les plus récentes. Les moteurs GDI ont été installés dans 53 % des véhicules de l’année modèle 2021 en Amérique du Nord, selon le rapport 2022 de l’EPA sur les tendances automobiles. Cependant, il existe quelques inconvénients. Des températures et des pressions plus élevées peuvent entraîner une oxydation de l’huile, des dépôts et la formation de suie et compromettre la durée de vie utile d’une huile moteur. 

Les dépôts de carbone peuvent nuire aux performances des injecteurs GDI. L’accumulation de dépôts sur la pointe de l’injecteur peut affecter les caractéristiques de pulvérisation du carburant, empêchant ainsi l’atomisation et la dispersion des gouttelettes de carburant. Non traité, un véhicule peut subir des pertes de puissance, une baisse de la consommation de carburant et une augmentation des émissions de particules. Les dépôts sur les injecteurs GDI ont également été associés à des phénomènes de combustion anormaux tels que le pré-allumage stochastique (SPI). 

Pour relever ces défis, certains propriétaires de véhicules se sont tournés vers des détergents pour essence de rechange contenant des additifs de contrôle des dépôts (DCA). Cependant, tous ces additifs ne sont pas égaux. Comme l’a souligné le Dr Chung-Hao Kuo de Chevron Oronite lors de la conférence SAE sur les groupes motopropulseurs, les carburants et les lubrifiants à Cracovie, en Pologne, en septembre 2022, il existe un besoin urgent de reformuler les additifs pour carburant du marché secondaire spécifiquement pour les moteurs GDI.

Les recherches de Kuo sur les additifs pour carburants de rechange ont révélé une lacune importante sur le marché. De nombreux détergents pour l’élimination des dépôts ont été initialement conçus pour les moteurs à injection de carburant portuaire (PFI), laissant les moteurs GDI mal desservis. Bien que des initiatives telles que le programme de licences d’essence TOP TIER™ guident les conducteurs vers des carburants de haute qualité, elles ne répondent pas aux besoins spécifiques des produits du marché secondaire.

L’objectif de la recherche était d’améliorer la compréhension de la manière dont le passage de la technologie des moteurs du PFI au GDI affecte la formulation de l’AFA. L’étude Oronite a analysé divers produits AFA, révélant que de nombreux produits commerciaux manquaient des détergents nécessaires pour relever les défis spécifiques au GDI. 

« Notre document de recherche souligne que la plupart des détergents anti-dépôts sur le marché ont été formulés pour les moteurs PFI au cours de la dernière décennie, avec un développement limité ciblant spécifiquement les moteurs GDI », explique Kuo.  

Les recherches d’Oronite ont analysé cinq produits AFA, notamment des produits commerciaux et une nouvelle technologie additive. Les produits 1 et 2 étaient des produits AFA commerciaux composés principalement d’huile de base d’hydrocarbures et ne contenaient aucun détergent actif. Le produit 3, une polyoxybutyl polyéther amine, comprenait 1 210 mg d’azote basique (BN) par traitement de bouteille de rechange et un solvant diluant. Les deux derniers produits, 4 et 5, étaient des produits expérimentaux, avec une teneur équivalente en BN et en résidus non volatils (NVR), ainsi qu’une technologie d’additifs alternative conçue pour être plus efficace dans les moteurs GDI.

La conception expérimentale comprenait une série de protocoles et de mesures pour évaluer la restriction des injecteurs et les performances de nettoyage, y compris une inspection visuelle pour observer l’impact sur les dépôts au sommet des injecteurs, ainsi que les impacts sur les particules (PM). 

L’étude a observé l’importance cruciale du BN dans la gestion de l’encrassement des injecteurs. Lors des tests effectués sur un support de moteur GM LHU 2012, les produits 1 et 2 n’ont offert aucun avantage en matière de nettoyage sur les dépôts lors de nombreux tests de moteurs. À l’inverse, le produit 3, qui contenait un détergent polymère PEA à base d’azote, a présenté de bonnes performances, avec un pourcentage de nettoyage des injecteurs de 61,8 %. Kuo a noté que des dépôts étaient toujours présents dans les lamages après une inspection visuelle d’images en gros plan.

Kuo a souligné la performance de « sortie » des produits expérimentaux (4 et 5) avec des valeurs de nettoyage des injecteurs de 78,5 % et 100 % respectivement, augmentant le pourcentage de débit d’injecteur propre et laissant moins de dépôts sur la surface de l’injecteur. Même si ces produits ont été formulés spécifiquement pour les moteurs GDI, ils sont rétrocompatibles avec les moteurs PFI, selon la recherche.

Les effets d’un produit AFA commercial (3) sur les émissions de particules ont été évalués dans un moteur Buick Regal tout au long d’un cycle d’essai FTP-72 (Federal Test Procedure) de 7,5 milles suivi d’un nettoyage à 1 réservoir (CU) de 563 kilomètres. dans une installation de cumul de kilométrage. Aucune différence statistique dans les émissions de PM n’a été observée en utilisant le produit 3 par rapport aux injecteurs sales, ce qui indique que le produit n’a pas réduit les émissions de PM, malgré la présence de la chimie polymère DCA.

Des tests supplémentaires sur les dépôts d’injecteurs sur les émissions de particules ont été réalisés sur les produits 1, 3, 4 et 5 sur un support moteur en utilisant un Honda 1,5 L. Le test consistait en un sale up (DU) de 50 heures, suivi d’un CU de 50 heures utilisant l’ensemble d’additifs pour carburant.

Le produit 1 a continué à afficher des performances médiocres, sans réduction perceptible des émissions de particules. Après remplacement du carburant à 50 heures, le produit 3 a généré une première réduction des émissions de particules à 60 heures avant d’augmenter à nouveau progressivement jusqu’à la fin du test. Dans l’ensemble, une réduction de 30 % des particules par rapport aux valeurs maximales à l’heure 50 a été observée. Cela souligne l’importance d’un emballage de détergent contenant de l’azote, explique Kuo.   

Des résultats plus prometteurs ont été démontrés dans les produits expérimentaux. Le produit 4 a présenté une réduction spectaculaire des particules jusqu’à l’heure 60, avec des réductions continues jusqu’à la fin du test. Une réduction de 83 % par rapport au pic à 50 heures a été observée. Le carburant additivé du produit 5 a entraîné une réduction de 65 % des émissions de particules jusqu’à l’heure 80, suivie d’un niveau d’émissions stable jusqu’à la fin des tests.

L’étude Oronite a conclu que les produits AFA existants ne sont pas en mesure d’atteindre les performances requises pour nettoyer efficacement les dépôts des injecteurs GDI. La nouvelle technologie a démontré l’élimination efficace du colmatage des injecteurs GDI, conduisant à une réduction ultérieure des émissions de particules.  (fuelsandlubes. 30/08/2023)