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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique BM 2 750 − 1 Lubriﬁants pour moteurs thermiques Normes générales par Jean AYEL Professeur honoraire à l’École nationale supérieure du pétrole et des moteurs ’une manière générale, les huiles pour moteurs répondent à des classiﬁca- tions, à des spéciﬁcations et à des cahiers des charges émanant d’organis- mes nationaux ou internationaux, de constructeurs de véhicules automobiles ou de moteurs industriels et, parfois, de grands utilisateurs comme les armées nationales ou les grandes administrations. Ces documents sont destinés soit à homologuer (normes), soit à qualiﬁer (classiﬁcations) les produits. On distingue les classiﬁcations des spéciﬁcations ou cahiers des charges : — les premières sont données à titre informel et n’ont pas un caractère obliga- toire ; elles ne constituent que des recommandations d’emploi ; — les secondes, en revanche, présentent un certain caractère « législatif » puisque les constructeurs ou les organismes d’utilisateurs les intègrent dans leurs préconisations. Dans cet article, nous allons présenter les classiﬁcations et les spéciﬁcations des organismes. Celles émanant des constructeurs seront données dans l’article [BM 2 751]. Cette étude concernant les lubriﬁants pour moteurs thermiques se compose de trois parties : — [BM 2 750] Lubrifiants pour moteurs thermiques. Normes générales — [BM 2 751] Lubrifiants pour moteurs thermiques. Spécifications des constructeurs — [BM 2 752] Lubrifiants pour moteurs thermiques. Marché et consommation. 1. Contraintes imposées aux lubriﬁants ................................................ BM 2 750 – 2 2. Organismes de normalisation............................................................... — 3 3. Classiﬁcation SAE .................................................................................. — 3 4. Spéciﬁcations européennes ACEA .................................................... — 6 4.1 Spéciﬁcations CCMC ................................................................................... — 6 4.2 Spéciﬁcations ACEA.................................................................................... — 7 4.2.1 Spéciﬁcations ACEA de 1996............................................................. — 7 4.2.2 Codes de pratique ATIEL et ATC........................................................ — 7 4.2.3 Spéciﬁcations ACEA de 1998 ............................................................ — 7 4.2.4 Spéciﬁcations ACEA de 1999............................................................. — 8 4.2.5 Spéciﬁcations ACEA de 2002............................................................. — 8 5. Classiﬁcations API................................................................................... — 11 5.1 Classiﬁcations API pour les moteurs à essence (catégories « S ») ......... — 12 5.2 Classiﬁcations API pour les moteurs Diesel (catégories « C ») ............... — 12 5.3 Système de certiﬁcation API et code de pratique CMA ........................... — 13 5.4 Labels « économie d’énergie » API............................................................ — 14 6. Classiﬁcations ILSAC.............................................................................. — 16 7. Conclusion ................................................................................................. — 16 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. BM 2 750 D LUBRIFIANTS POUR MOTEURS THERMIQUES ________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. BM 2 750 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique 1. Contraintes imposées aux lubriﬁants De tous les mécanismes, les moteurs thermiques alternatifs sont, sans nul doute, les plus difﬁciles à lubriﬁer. En effet, ces machines renferment pratiquement tous les composants mécaniques exis- tants : guidages linéaires pistons-cylindres et tiges de soupapes-gui- des de soupapes, paliers cylindriques lisses, butée, ensembles cames-poussoirs ou cames-patins de basculeurs, engrenages, chaî- nes-roues dentées, roulements à billes ou à rouleaux, systèmes hydrauliques de rattrapage de jeu et actionneurs de déphasage d’arbre à cames, pompes à huile, clapets, etc. De plus, ces divers organes fonctionnent dans des conditions tribologiques extrême- ment variables. Les pressions de contact peuvent atteindre 1 GPa, les vitesses de glissement varient de zéro à plusieurs dizaines de mètres par seconde et les températures d’huile se situent entre la température ambiante (pouvant descendre jusqu’à – 35 °C) et des valeurs pouvant atteindre 300 °C dans les parties les plus chaudes du moteur. On rencontre donc, dans les moteurs, tous les régimes de lubriﬁcation (hydrodynamique, élastohydrodynamique, limite et mixte) entre des surfaces en contact surfacique ou hertzien soumi- ses à un mouvement alternatif, rotatif continu ou oscillant. Les conditions d’ambiance sont quelquefois poussiéreuses, donc abrasives (engins de travaux publics, matériels agricoles, pistes non revêtues…) et toujours corrosives à cause de la combustion des hydrocarbures et autres composés du carburant générant des pro- duits acides d’oxydation, de l’eau, des oxydes d’azote et autres déri- vés nitrés, des composés soufrés si le carburant renferme cet élément, etc. Une faible partie des gaz brûlés passe de la chambre de combustion dans le carter d’huile et dans les parties lubriﬁées du moteur en traversant la segmentation, jamais parfaitement étanche. Ces gaz, que l’on appelle gaz de blow-by, entrent en contact intime avec l’huile et accélèrent fortement sa dégradation par oxydation, nitro-oxydation et déplétion d’additifs. Ce sont bien ces conditions tribologiques difﬁciles qui font que les huiles pour moteurs sont des produits de haute technologie, aux fonctions multiples, qui doivent sans cesse s’adapter aux progrès techniques et aux évolutions des contraintes environnementales, pour offrir, à leurs utilisateurs, des moteurs plus sobres, moins pol- luants, plus ﬁables, plus durables tout en étant plus performants en termes de puissance et surtout de couple moteur spéciﬁque et, enﬁn, plus faciles d’entretien. Ces évolutions conduisent toutes à un accroissement des contraintes imposées au lubriﬁant. I Augmentation sensible des températures d’huile 150 °C, voire 170 °C, sont des températures moyennes que l’on rencontre de plus en plus souvent dans les carters et 270 °C, voire 300 °C, sont des températures ponctuelles pouvant être atteintes dans des zones critiques comme le fond de première gorge de seg- ment ou le palier du turbocompresseur côté turbine. Il en résulte, outre une oxydation accélérée de l’huile (la vitesse d’oxydation des hydrocarbures double tous les 10 K), des risques de défaillance gra- ves comme l’usure adhésive sévère (grippage) des segments, des paliers ou des organes de distribution à cause d’une trop faible vis- cosité du ﬁlm d’huile. Il peut aussi en résulter l’encrassement d’organes par des dépôts carbonés comme le gommage des seg- ments, le blocage du circuit d’huile des turbocompresseurs, la for- mation de dépôts sur les cordons de feu des moteurs Diesel entraînant de l’usure par polissage des cylindres, etc. I Conditions de circulation des véhicules plus sévères Ces conditions sont devenues plus sévères à cause de l’extension des réseaux autoroutiers et, surtout, des difﬁcultés croissantes du traﬁc urbain induisant des phases de fonctionnement à froid alter- nant avec des phases de fonctionnement à chaud mais à vitesse modérée. Ces conditions sont d’une extrême sévérité pour l’usure adhésive des organes de distribution, pour l’usure corrosive des cylindres et pour la formation de boues capables d’engluer les par- ties les plus froides du moteur. I Développement d’huiles dites « économiseuses » Elles sont de plus en plus ﬂuides, comme des huiles de grades SAE 0W-30 et même 0W-20 par exemple, qui permettent, par réduc- tion des pertes par frottement, d’économiser un peu de carburant tout en facilitant les démarrages à froid. En revanche, l’emploi d’hui- les trop ﬂuides risque de se traduire par des fragilités de ﬁlm d’huile pouvant entraîner de l’usure, par des pertes par évaporation des fractions volatiles de l’huile de base et par une plus grande sensibi- lité à la thermo-oxydation. I Réduction des émissions de polluants à l’échappement Cette réduction impose de nouvelles contraintes aux huiles telle la réduction de la teneur en éléments susceptibles d’empoisonner les catalyseurs des pots d’échappement : phosphore de l’additif antiusure, soufre des huiles de base, des additifs antiusure et déter- gents, chlore de certains additifs dispersants, etc. De même, la pré- sence de baryum provenant d’additifs détergents de conception ancienne est interdite. De plus, la dépollution des moteurs impli- quant une combustion en mélange pauvre, plus chaude et plus riche en oxydes d’azote, aggrave l’oxydation de l’huile par un mécanisme de nitro-oxydation. Les nouveaux systèmes d’injection directe des moteurs Diesel donnent lieu à une modiﬁcation de la nature et de la structure des particules de suie qui peut entraîner des problèmes de dispersion et d’usure. Sur ces mêmes moteurs, la généralisation de la recircula- tion des gaz d’échappement (EGR) accroît la tendance à l’oxydation de l’huile et à la formation de dépôts. I Simpliﬁcation et rationalisation du graissage des véhicules Ces deux contraintes entraînent le développement d’huiles mix- tes essence- Diesel, d’huiles multifonctionnelles pour les matériels agricoles et de travaux publics. Or, les exigences de lubriﬁcation aussi différentes – et souvent contradictoires – des moteurs Diesel suralimentés, des transmissions chargées avec organes de friction immergés et des circuits hydrauliques compliquent sérieusement la tâche du formulateur du ﬂuide unique. I Recherche d’un meilleur agrément de conduite des véhicules Cela se traduit par la formulation de produits plus ﬂuides à basses températures, et contenant des additifs réducteurs de frottement pour démarrer plus facilement à froid, ou d’huiles multiusages contenant des additifs modiﬁcateurs de frottement pour éviter le phénomène de stick-slip (ou frottement saccadé), générateur de bruit et de vibrations. I Évolution des carburants La diminution de la teneur en soufre des gazoles, la suppression du plomb dans les essences, le développement des carburants gazeux (GPL, GNV) peuvent donner lieu, dans certains cas, à des problèmes aggravés d’usure ou d’oxydation. I Évolution des matériaux et de la technologie des moteurs Cette évolution fait apparaître de nouvelles contraintes pour le lubriﬁant. Ainsi, comme il a été dit précédemment, la recirculation des gaz d’échappement augmente la pollution de l’huile. L’injection directe d'essence provoque un lavage des soupapes uploads/Industriel/ ayel-jean-lubrifiants-pour-moteurs-thermiques-normes-generales.pdf