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FONCTIONS DES HUILES MOTEURS de 1 à 12.
Les huiles moteurs modernes sont soigneusement mises au point par des ingénieurs
et des chimistes pour jouer plusieurs rôles importants. Un moteur ne peut donner un
rendement efficace que si l’huile remplit les fonctions suivantes :
•(1) Faciliter le démarrage
•(2) Disperser la suie efficacement
•(3) Lubrifier les pièces du moteur et prévenir l’usure
• (4)Réduire le frottement
• (5)Protéger les pièces contre la rouille et la corrosion
• (6)Aider à éviter la formation de boues et de vernis
• (7)Prévenir les dépôts dans la chambre de combustion
• (8)Refroidir les pièces du moteur
•(9) Maintenir l’étanchéité et ainsi les pressions de la chambre de combustion
•(10) Empêcher la formation de mousse
•(11) Offrir une économie de carburant
• (12)Protéger contre le préallumage à basse vitesse
(1)Faciliter le démarrage
La facilité de démarrage dépend non seulement de l’état de la batterie, de l’allumage
et de la qualité du carburant, mais également de la fluidité de l’huile moteur. Une huile
trop visqueuse à la température de démarrage peut nuire au mouvement des pièces
mobiles et empêcher ainsi le moteur de tourner assez vite pour démarrer et continuer
de tourner.Comme toutes les huiles épaississent par temps froid, une huile conçue pour l’hiver
doit être suffisamment fluide pour permettre des vitesses de démarrage appropriées
à la plus basse température prévue. Elle doit également être suffisamment fluide pour
pouvoir atteindre rapidement les paliers et empêcher l’usure de ceux-ci. De plus, l’huile
doit être suffisamment épaisse pour assurer une bonne protection du moteur quand ce
dernier atteint sa température de service.
(2)Disperser la suie efficacement
La suie est un sous-produit de la combustion du carburant dans les moteurs diesel et dans
certains moteurs à essence à injection directe. Il s’agit de particules carbonées noires qui ne
se dissolvent pas dans l’huile lubrifiante, mais qui peuvent être maintenues en suspension et
éliminées au moment des vidanges. Si la suie n’est pas bien dispersée dans une huile, elle
peut en causer l’épaississement au-delà de son grade de viscosité SAE. De plus, la suie peut
s’agglomérer en particules assez volumineuses pour causer une usure abrasive, et lorsque
l’accumulation de suie dans une huile devient trop importante, elle se dépose sous forme de
boues. La suie agglomérée ou l’épaississement excessif de l’huile peuvent occasionner une
pression élevée à l’entrée du filtre à huile. Cette situation risque de déclencher l’ouverture du
clapet de dérivation du filtre et permettre la circulation d’huile non filtrée dans le moteur.
Les huiles moteurs formulées pour lutter contre la suie sont capables d’en disperser
de grandes quantités sans s’épaissir. Une bonne dispersion de la suie l’empêche de
s’agglomérer en grosses particules, prévient l’usure abrasive et inhibe la formation de boues.
Depuis de nombreuses années, l’Environmental Protection Agency (EPA) des États-
Unis impose des limites strictes relativement aux émissions d’oxydes d’azote (NOx)
et de particules des camions autoroutiers et des autobus. Grâce à l’action combinée
des moteurs de conception nouvelle, du carburant diesel à très faible teneur en soufre
(DTFTS) et des nouvelles huiles moteurs de haute technologie, les émissions de ces
nouveaux véhicules sont réduites de 98 %. En outre, la réglementation prévoit une
réduction de 97 % de la teneur en soufre du carburant diesel à usage routier, de
500 ppm (parties par million) à 15 ppm, afin que le carburant n’endommage pas les
nouveaux dispositifs de post-traitement des gaz d’échappement, en particulier les
filtres à particules diesel (FPD) qui sont conçus pour emprisonner les particules de suie
et réduire encore davantage les émissions.
(3)Lubrifier les pièces du moteur et prévenir l’usure
Lorsque le moteur a démarré, l’huile doit circuler rapidement et lubrifier toutes
les pièces en mouvement pour empêcher le contact métal contre métal et, par
conséquent, l’usure, le rayage et le grippage des pièces du moteur. Les films d’huile
qui recouvrent les paliers et les parois des cylindres sont sensibles au mouvement,
à la pression et à l’alimentation en huile. L’huile doit circuler continuellement, de façon
à maintenir un film sur ces surfaces.
Comme nous l’avons déjà mentionné, une huile doit être suffisamment légère à la
température de démarrage pour assurer la rapidité de ce dernier, et suffisamment
visqueuse aux températures maximales de service pour assurer la séparation des
composants lubrifiés et la protection du moteur.
Lorsque l’huile atteint les pièces mobiles, elle doit les lubrifier pour empêcher
l’usure des surfaces. Les spécialistes en lubrifiants définissent plusieurs classes de
lubrification.La lubrification par film épais ou hydrodynamique assure la permanence d’un film
d’huile entre les surfaces en mouvement. La viscosité de l’huile à sa température de
service constitue le facteur déterminant qui maintient un film continu entre ces pièces.
La viscosité doit demeurer suffisamment élevée pour empêcher le contact métal
contre métal. Comme les métaux ne se touchent pas en régime hydrodynamique,
l’usure est négligeable, à moins que les pièces ne soient éraflées par des particules
aussi ou plus épaisses que le film d’huile. Les tourillons de vilebrequin, les bielles, et
les arbres à cames fonctionnent habituellement dans des conditions de lubrification
hydrodynamique.Dans certaines conditions, il est impossible de maintenir un film d’huile continu
entre les pièces en mouvement et il y a, par conséquent, un contact métal contre
métal intermittent entre les points élevés (aspérités) des surfaces de glissement. Les
spécialistes en lubrifiants parlent alors de « lubrification limite ». Dans ce cas, le film
d’huile ne supporte qu’une partie de la charge. Le film d’huile est rompu, entraînant un
contact métal contre métal important. Quand cela se produit, le frottement entre les
surfaces peut alors produire suffisamment de chaleur pour faire fondre l’un ou l’autre
ou même les deux métaux en contact et les souder ensemble. S’il n’y a pas d’additifs
spéciaux dans l’huile, les surfaces grippent sur-le-champ, deviennent rugueuses ou
des fragments de métal s’en détachent.
Des conditions de lubrification limite sont présentes au démarrage et à l’arrêt, et
souvent pendant le fonctionnement d’un moteur neuf ou remis à neuf. La lubrification
limite se présente également autour du segment de piston supérieur où l’apport d’huile
est moins grand, les températures sont élevées et le mouvement du piston s’inverse.
Sans protection avec des additifs, il y aurait une usure excessive ou un grippage des
deux surfaces.
(4)Réduire le frottement
La lubrification hydrodynamique assure la permanence d’un épais film d’huile entre
les pièces de moteur en mouvement pour empêcher le contact métal contre métal. Le
mouvement relatif de ces pièces lubrifiées doit être suffisamment puissant pour vaincre
l’effet de frottement du lubrifiant. La viscosité de l’huile doit être suffisamment élevée
pour maintenir un film ininterrompu, sans toutefois dépasser certaines limites puisqu’il
faudrait alors une force plus grande pour vaincre cette résistance à l’écoulement.
Les constructeurs automobiles préconisent des plages de viscosité en fonction des
températures ambiantes prévues. Ils peuvent ainsi s’assurer que le lubrifiant offrira une
viscosité appropriée, sans être excessive, dans des conditions normales de service.
Lorsque l’huile est contaminée, sa viscosité change. L’huile devient plus visqueuse
lorsqu’elle est exposée à la suie, aux saletés, aux éléments oxydants ou aux boues, et
moins visqueuse lorsqu’elle est diluée par du carburant. Le changement de viscosité
dans un sens ou dans l’autre peut éventuellement endommager le moteur. Voilà
pourquoi il faut maintenir les contaminants à des niveaux très bas. La meilleure façon
d’y parvenir consiste à vidanger l’huile et à remplacer le filtre aux intervalles prévus. Si
une huile moteur ne disperse pas adéquatement les contaminants, le filtre à huile se
bouchera et sera contourné, permettant aux contaminants d’endommager les pièces
internes du moteur.
La quantité et la nature des additifs chimiques sont importantes pour réduire le
frottement en régime de lubrification limite dans des conditions d’extrême pression.
Le dosage adéquat de l’ensemble des additifs présents dans l’huile moteur moderne
est essentiel pour répondre à toutes les exigences de lubrification d’un moteur. Le
formulateur d’huile ne peut obtenir cet équilibre critique des composés qu’après des
recherches exhaustives accordant une place importante aux essais sur moteurs, en
laboratoire et en service courant.
(5)Protéger les pièces contre la rouille et la corrosion
Pour chaque litre de carburant brûlé par le moteur, il se forme plus d’un litre d’eau.
Quoique la plus grande partie de cette eau soit sous forme de vapeur et évacuée par
le système d’échappement, une certaine quantité se condense sur les parois des
cylindres ou passe autour des segments des pistons et se trouve emprisonnée, du
moins temporairement, dans le carter. Ce problème survient généralement par temps
froid avant que le moteur ne se soit réchauffé.
En plus de l’eau et des sous-produits issus d’une combustion incomplète, d’autres
gaz de combustion corrosifs s’échappent par les segments et se condensent ou
se dissolvent dans l’huile moteur. Si l’on ajoute à ces derniers les acides provoqués
par l’oxydation normale de l’huile, on se rend compte que les risques de rouille et de
corrosion sont très grands.
La durée de vie des pièces du moteur dépend en partie de la capacité de l’huile
moteur de neutraliser ces substances corrosives. Grâce aux nombreuses recherches,
des composés chimiques solubles dans l’huile efficaces ont été mis au point. Ces
composés sont ajoutés à l’huile moteur en cours de fabrication pour protéger les
pièces vitales du moteur contre la corrosion.
(6)Aider à éviter la formation de boues et de vernis
Lorsqu’on met au point des huiles moteurs modernes de haute qualité, un des
principaux objectifs visés est non seulement de garder les pièces du moteur propres,
mais aussi d’empêcher la formation de dépôts de boues et de vernis qui pourraient
nuire à son bon fonctionnement.
La formation de dépôts de boues dans le moteur survient habituellement lorsque
ce dernier fonctionne à basse température. Ces dépôts sont issus de l’eau de
condensation, des saletés et des produits provenant de la détérioration de l’huile et d’une
combustion incomplète. Les particules qui forment ces dépôts sont souvent si petites
qu’aucun filtre à huile ne peut les retenir. Comme elles sont beaucoup plus petites que
l’épaisseur du film d’huile qui recouvre les pièces du moteur, elles n’usent ni n’endommagent
celles-ci, du moment qu’elles demeurent petites et bien dispersées. Toutefois, à mesure
qu’augmente leur quantité dans l’huile en service, elles tendent à s’agglomérer, à former des
masses plus importantes et à restreindre l’écoulement de l’huile.
La formation de boues est aggravée par la vapeur d’eau qui se condense dans le
carter lorsque le moteur fonctionne à basse température. La vitesse à laquelle les
boues s’accumulent dans l’huile moteur augmente en fonction de plusieurs conditions
d’utilisation du moteur. Des facteurs comme un mélange air-carburant riche au
démarrage ou un volet de départ coincé, un filtre à air encrassé ou des ratés au
moment de l’allumage contribuent tous à accélérer la vitesse d’accumulation de boues
dans l’huile.
Les huiles minérales pures possèdent une capacité très limitée d’empêcher ces
contaminants de se coaguler et de former des dépôts de boues dans le moteur.
Dans les huiles moteurs modernes, ce travail est accompli par l’ajout de détergentsdispersants.
Ces additifs gardent les principales pièces du moteur propres et
maintiennent les contaminants d’huile suspendus en particules si fines qu’elles peuvent
être évacuées au moment des vidanges d’huile et des remplacements de filtre.
Les détergents-dispersants sont également très efficaces pour empêcher les
dépôts de vernis dans le moteur. Les substances qui forment le vernis réagissent
chimiquement ou se combinent avec l’oxygène présent dans le carter pour former des
composés chimiques complexes. Ces composés qui continuent de réagir entre eux
ainsi qu’avec l’oxygène dans les parties les plus chaudes du moteur, en particulier les
soupapes de recirculation des gaz d’échappement (RGE) et les capteurs d’oxygène,
sont cuits par la chaleur du moteur et se solidifient sur les pièces les plus chaudes
de ce dernier. Les poussoirs hydrauliques, les segments de piston et les paliers sont
particulièrement sensibles aux dépôts de vernis. L’accumulation, à ces endroits, de
matières formant du vernis nuit au bon fonctionnement du moteur.
Les moteurs ne peuvent tolérer d’accumulations excessives de boues et de vernis sur
leurs pièces sensibles. Les boues s’accumulent sur les crépines des pompes à huile et
restreignent la circulation de l’huile jusqu’aux principales pièces du moteur, provoquant
ainsi l’usure rapide de celles-ci. Des segments de piston coincés ou ralentis par
l’accumulation de vernis empêchent le moteur d’atteindre sa pleine puissance. Des
segments racleurs encrassés ou obstrués empêchent l’évacuation de l’excès de
lubrifiant des parois du cylindre et provoquent ainsi une consommation excessive
d’huile.
(7)Prévenir les dépôts dans la chambre de combustion
Une certaine quantité d’huile doit atteindre la partie supérieure du piston pour lubrifier
les segments et les parois du cylindre. Cette huile est par la suite exposée à la chaleur
et aux flammes de combustion qui en détruisent une certaine quantité.
Grâce à des techniques modernes de raffinage, on obtient des huiles qui, dans ces
conditions, brûlent proprement en laissant très peu ou pas de dépôts de carbone. Les
détergents-dispersants incorporés aux huiles moteurs modernes assurent la liberté
de mouvement des segments de piston dans leur gorge, ce qui permet de maintenir
les pressions de compression et de réduire la quantité d’huile qui atteint la chambre
de combustion. Non seulement la consommation d’huile est-elle réduite, mais plus
important encore, les dépôts dans la chambre de combustion sont restreints.
L’accumulation excessive de dépôts dans la chambre de combustion nuit au
fonctionnement du moteur. Les dépôts qui se forment sur les bougies d’allumage
peuvent les encrasser. L’accumulation excessive des dépôts provoque des cliquetis,
des cognements ou d’autres problèmes de combustion qui réduisent l’efficacité et
l’économie du moteur. Comme ces dépôts agissent également comme des écrans de
chaleur, les pistons, les segments, les bougies d’allumage et les soupapes ne sont pas
refroidis de façon appropriée. Cette situation peut endommager les pièces ou entraîner
des défaillances, nécessitant un remplacement ou une révision prématuré.
Pour empêcher l’accumulation excessive de dépôts dans la chambre de combustion,
l’huile moteur doit remplir deux fonctions importantes :
• L’huile doit garder les segments libres pour que ces derniers restreignent la quantité
d’huile qui atteint la chambre de combustion.
• La quantité d’huile qui atteint la chambre de combustion doit brûler le plus
proprement possible.
(8)Refroidir les pièces du moteur
La plupart des gens pensent que c’est seulement le fluide qui circule dans le système
de refroidissement qui refroidit les pièces du moteur. En fait, ce fluide n’assure
qu’environ 60 % du refroidissement. Il ne refroidit que la partie supérieure du moteur,
soit la culasse, les parois des cylindres et les soupapes. Le vilebrequin, les paliers et
les coussinets de bielle, l’arbre à cames et ses bagues, les pignons de distribution, les
pistons et plusieurs autres pièces de la partie inférieure du moteur sont directement
refroidis par la circulation d’huile. Toutes ces pièces comportent des limites de
température de service qui ne doivent jamais être dépassées. Certaines pièces
peuvent résister à des températures assez élevées tandis que d’autres, comme les
paliers et les coussinets de bielle, doivent fonctionner à une température relativement
basse pour ne pas être endommagées. L’huile en circulation absorbe la chaleur
et la véhicule jusqu’au carter ou au refroidisseur d’huile. Par la suite, le liquide de
refroidissement ou l’air ambiant élimine la chaleur excessive.
Pour assurer ce procédé de refroidissement, de grandes quantités d’huile doivent
circuler constamment jusqu’aux paliers et aux autres pièces du moteur, pour
ensuite retourner dans le carter où elle se refroidit avant de circuler de nouveau. Si
l’alimentation en huile est interrompue, ces pièces s’échauffent rapidement en raison
de l’augmentation du frottement et des températures de combustion. Lorsqu’un palier
fait défaut ou « brûle », c’est que les températures étaient suffisamment élevées pour
faire fondre le métal.
Même si, pour bien lubrifier, il ne faut qu’une petite quantité d’huile à un moment et
à un endroit donnés, la pompe à huile doit faire circuler de nombreux litres d’huile par
minute. Les additifs chimiques incorporés dans l’huile et les propriétés physiques de
celle-ci ont peu d’effet sur sa capacité de refroidissement. Ce qui importe, c’est la
circulation continue de grandes quantités d’huile dans tout le moteur et sur les pièces
chaudes de celui-ci. Cette circulation continue est assurée par le fonctionnement de
pompes à huile de grande puissance et par des canalisations d’huile d’un diamètre
approprié au volume requis. Ces canalisations ne peuvent assurer convenablement
la circulation si des dépôts les obstruent partiellement ou complètement. Quand cela
se produit, l’huile ne peut plus circuler ni refroidir convenablement et une défaillance
du moteur peut s’ensuivre. Voilà une autre raison pour laquelle il faut vidanger l’huile
et remplacer le filtre avant que le niveau de contaminants ne devienne trop élevé. Un
bon refroidissement exige également que le niveau d’huile dans le carter ne descende
jamais au-dessous de la ligne de niveau d’huile minimal (« add oil ») de la jauge. Ceci
afin d’assurer un temps de rétention suffisant de l’huile dans le carter.
(9)Maintenir l’étanchéité et ainsi les pressions de la chambre de combustion
Les surfaces des segments, des gorges des segments et des parois des cylindres ne
sont pas tout à fait lisses. Lorsqu’on les examine sous un microscope, ces surfaces
présentent de minuscules rugosités. C’est pour cela que les segments ne peuvent
d’eux-mêmes empêcher complètement les hautes pressions de combustion et de
compression de s’échapper vers la partie basse pression du carter et, par conséquent,
de réduire la puissance et l’efficacité du moteur. L’huile moteur remplit ces rugosités
sur les surfaces des bagues et les parois des cylindres, et contribue à conserver les
pressions de compression et de combustion. Étant donné que le film d’huile à ces
points est plutôt mince (en général, moins de 0,025 mm d’épaisseur), il ne peut
pas compenser l’usure excessive existante des bagues, des gorges des segments
ou des parois des cylindres. Lorsque de telles conditions sont déjà présentes, la
consommation d’huile peut être élevée. Elle peut également être élevée dans un
moteur neuf ou remis à neuf jusqu’à ce que les rugosités sur ces surfaces se soient
lissées suffisamment pour permettre à l’huile de former le bon joint.
(10)Empêcher la formation de mousse
À cause des nombreuses pièces qui se déplacent rapidement dans le moteur, l’air qui
se trouve dans le carter est constamment mélangé à l’huile. Cela crée de la mousse,
c’est-à-dire tout simplement beaucoup de bulles d’air qui peuvent facilement s’affaisser
ou pas. Ces bulles d’air émergent normalement jusqu’à la surface et éclatent, mais
l’eau et certains autres contaminants ralentissent la vitesse à laquelle ce phénomène
se déroule, et il en résulte de la mousse.
La mousse n’est pas un bon conducteur de chaleur, donc, si la quantité de mousse est
excessive, le refroidissement du moteur en pâtira, car la chaleur ne sera pas dissipée.
La mousse n’a pas non plus une grande capacité à supporter une charge et a un effet
négatif sur le fonctionnement des poussoirs et des paliers des vannes hydrauliques.
Ceci est dû au fait qu’elle contient de l’air, et que l’air est facilement compressible. D’un
autre côté, l’huile exempte d’air est pratiquement incompressible.
De nombreux moteurs sont dotés de dispositifs de calage variable, d’injecteurs de
carburant, d’électrovannes de commande et de nombreux autres dispositifs qui exigent
une circulation d’huile haute pression pour fonctionner correctement. L’entraînement de
mousse ou d’air dans l’huile cause des modes de défaillance et arrête le moteur.
(11)Offrir une économie de carburant
,Étant donné que l’huile lubrifiante exécute l’ensemble des fonctions décrites ci-dessus,
le résultat général est une économie de carburant. L’efficacité mécanique du moteur
est optimisée en offrant une faible résistance aux frottements parmi les pièces mobiles
et à mouvement alternatif. La perte d’énergie dans les composants du moteur est
réduite et cela entraîne une moindre vidange du système de carburant.
(12)Protège contre le préallumage à basse vitesse
Le préallumage à basse vitesse est un phénomène récurrent dans les moteurs
à essence à injection directe et dans les moteurs à essence suralimentés à injection
directe. Il se produit lorsque l’essence transpire au mauvais moment du cycle de
combustion dans certaines conditions de basse vitesse et soumises à une charge
élevée. L’équilibre des additifs dans l’huile lubrifiante atténuera le risque de préallumage
à basse vitesse, qui se manifeste sous forme de « cognement » du moteur. Sans
protection, dans de graves cas, une panne de moteur catastrophique peut avoir lieu.
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