La sagesse conventionnelle affirme que les huiles moteur qui augmentent l’économie de carburant permettent moins de friction et prolongent la vie du moteur. L’objectif de cet article est de remettre en question la sagesse conventionnelle, notamment en ce qui concerne les huiles moteur modernes (GF-3 ILSAC/API Starburst).
Économie de carburant : Does Anyone Really Care?
D’abord, nous devons faire face au fait que le consommateur américain ne se soucie généralement pas de l’économie de carburant, sauf pendant les périodes économiques difficiles. Le véhicule de tourisme le plus vendu est la camionnette Ford Série F. Cinq des dix véhicules les plus vendus sont des camions, et les camions dépassent les voitures.
Certains de ces camions sont appelés véhicules utilitaires sport, autrement appelés SUV, parce que leurs propriétaires ne veulent pas admettre qu’ils sont des camions. La masse (taille, poids) de ces véhicules n’est pas propice à une grande économie de carburant.
Figure 1. Usure des roulements
En outre, considérez comment la plupart des véhicules sont conduits. Quiconque accélère lentement ou conduit à la vitesse limite pour économiser de l’énergie est un danger pour lui-même et pour les autres conducteurs qui sont beaucoup plus pressés.
Les constructeurs automobiles, eux, sont préoccupés par l’économie de carburant. Le constructeur risque de grosses amendes si la flotte de voitures qu’il produit ne respecte pas les exigences de la Corporate Average Fuel Economy (CAFE) que leur impose le gouvernement fédéral.
La marche vers les huiles plus minces
Les huiles plus minces sont utilisées de nos jours pour trois raisons : Elles permettent d’économiser du carburant dans les moteurs d’essai, les règles de viscosité ont changé et les fabricants recommandent des grades plus minces.
La séquence VI-B est l’essai utilisé pour évaluer l’économie de carburant pour la spécification GF-3. Le moteur d’essai VI-B est équipé d’une came à rouleaux alors que l’ancien essai de la Séquence VI utilisait une came à glissière. L’ancien essai Sequence VI répondait bien aux modificateurs de friction, mais la Séquence VI-B répond aux huiles plus minces.
Le rendement énergétique de l’huile d’essai est comparé à celui d’une huile de référence dans l’essai Sequence VI-B. Pour réussir, l’huile d’essai doit améliorer l’économie de carburant de un à deux pour cent, selon le grade de viscosité. La SAE 5W-20 doit produire un rendement énergétique relatif plus élevé que la SAE 5W-30.
Il est intéressant de noter que l’huile de référence est une SAE 5W-30 entièrement synthétique PAO. Pour se qualifier pour le GF-3 Starburst, les huiles minérales ordinaires devaient battre l’économie de carburant de l’huile de référence entièrement synthétique. (Il semble qu’il y ait plus à l’économie de carburant qu’une huile de base magique.)
Un autre facteur d’économie de carburant est le cisaillement temporaire des polymères. Ces polymères sont des additifs connus sous le nom d’améliorateurs (ou modificateurs) d’indice de viscosité. Les polymères sont des matières plastiques dissoutes dans l’huile pour fournir des caractéristiques de multiviscosité. Tout comme certains plastiques sont plus durs, plus fragiles ou plus résistants à la chaleur que d’autres, différents polymères ont des caractéristiques différentes.
Les polymères sont d’énormes molécules avec de nombreuses branches. Lorsqu’elles sont chauffées, elles se déroulent et s’étalent. Les branches s’enchevêtrent avec celles d’autres molécules de polymère et piègent et contrôlent de nombreuses petites molécules d’huile. Par conséquent, une quantité relativement faible de polymère peut avoir un effet énorme sur la viscosité de l’huile.
Lorsque l’huile est forcée entre un roulement et un tourillon, de nombreux polymères ont tendance à s’aligner les uns sur les autres, un peu comme des cuillères gigognes. Lorsque cela se produit, la viscosité diminue. Puis, lorsque l’huile progresse dans le roulement, les molécules de polymère s’enchevêtrent à nouveau et la viscosité revient à la normale. Ce phénomène est appelé cisaillement temporaire.
Parce que le test de la séquence VI-B répond aux réductions de viscosité, les formulateurs d’huile comptent sur le cisaillement du polymère pour passer le test. Un polymère stable au cisaillement rend la réussite du test d’économie de carburant GF-3 beaucoup plus difficile.
De nouvelles règles définissant les exigences d’écoulement à froid des grades de viscosité SAE (SAE J300) sont entrées en vigueur en juin 2001. Les constructeurs automobiles craignaient que les systèmes d’injection modernes ne permettent au moteur de démarrer à des températures inférieures à celles auxquelles l’huile peut s’écouler dans la pompe à huile. Par conséquent, les nouvelles règles ont eu un effet diluant sur l’huile.
Les constructeurs automobiles recommandent maintenant des huiles plus minces pour leurs véhicules que par le passé. Il y a des années, SAE 10W-40 était le grade de viscosité le plus couramment recommandé, migrant ensuite vers SAE 10W-30. La SAE 5W-30 est maintenant la plus populaire, mais Ford et Honda recommandent la SAE 5W-20. Il est probable que l’adoption plus généralisée de la SAE 5W-20 et d’autres huiles minces puisse se produire pour aider à se conformer aux exigences CAFE.
En raison de la modification des exigences en matière d’écoulement à froid et du test d’économie de carburant poussant les formulateurs vers le bas du grade de viscosité, les huiles SAE 10W-30 d’aujourd’hui ressemblent davantage aux huiles SAE 5W-30 d’hier (spécification GF-1). De plus, les constructeurs automobiles ont tendance à recommander des huiles plus minces. Cela semble ridicule. Les VLT et les camions, avec leurs quatre roues motrices intrinsèquement moins efficaces et leur aérodynamique de mur de briques, ont besoin de moteurs puissants et gourmands en carburant pour déplacer leur masse rapidement. En réponse, les constructeurs automobiles recommandent d’utiliser des huiles minces pour économiser du carburant. Incroyable !
Viscosité et usure
Les huiles minces ont moins de traînée, et donc moins de friction et d’usure. N’est-ce pas ? Peut-être dans le moteur d’essai ou les moteurs qui connaissent un fonctionnement normal. Mais des huiles un peu plus épaisses peuvent offrir plus de protection pour des opérations plus sévères comme la conduite à travers les montagnes, la traction d’un bateau, les conditions poussiéreuses, les trajets courts, les hauts régimes, la surcharge, la surchauffe et le surrefroidissement.
Figure 2. Usure des segments
Toute particule abrasive égale ou supérieure à l’épaisseur du film d’huile provoque une usure. Les filtres sont nécessaires pour que les contaminants restent petits. L’autre côté de l’équation est l’épaisseur du film d’huile. Les films d’huile plus épais peuvent accueillir des contaminants plus grands.
La température a un effet important sur la viscosité et l’épaisseur du film. Comme point de référence, une augmentation d’un grade SAE de la viscosité est nécessaire pour surmonter l’influence d’une augmentation de 20 °F de la température du moteur. À un point de référence donné, il existe une différence d’environ 20°F entre les grades de viscosité SAE 30, 40 et 50. Le SAE 20 est un peu plus proche du 30 que les autres sauts, car le SAE 30 doit être supérieur de 30°F au SAE 20 pour avoir une viscosité à peu près équivalente.
En d’autres termes, un SAE 20 à 190°F a à peu près la même viscosité cinématique qu’un SAE 30 à 220°F, qui est à peu près la même viscosité qu’un SAE 40 à 240°F. Cette approximation fonctionne bien dans la plage de température comprise entre 190°F et 260°F. On pourrait être surpris de la légère différence entre les huiles à viscosité directe et les huiles à viscosité multiple ayant le même numéro de dossier (par exemple, SAE 30, SAE 5W-30 et SAE 10W-30).
Si une huile SAE 50 à 260°F est aussi mince qu’une huile SAE 20 à 190°F, imaginez à quel point le film d’huile devient mince lorsque vous utilisez une SAE 5W-20 et que votre moteur surchauffe. Quand un moteur surchauffe, le film d’huile devient dangereusement mince et peut se rompre.
Ford se heurte à ses exigences CAFE et recommande l’huile SAE 5W-20 pour la plupart de ses moteurs aux États-Unis. Il affirme que la SAE 5W-20 est optimale pour le rendement énergétique et l’usure.
Pour déterminer si les huiles SAE 5W-20 offrent le même niveau de protection que les huiles SAE 5W-30, Dagenham Motors en Angleterre, l’un des plus grands concessionnaires Ford en Europe, a été consulté. La norme SAE 5W-30 est exigée pour la garantie en Angleterre, et la SAE 5W-20 n’est même pas disponible. Si la SAE 5W-20 était meilleure à la fois pour l’économie de carburant et l’usure, pourquoi Ford ne la recommanderait-elle pas pour ses mêmes moteurs en Europe ?
Modifications des propriétés anti-usure
Un autre changement qui s’est produit dans les huiles moteur pour voitures particulières avec GF-2 et GF-3 est une limite plus stricte du phosphore, qui fait partie de l’additif anti-usure phosphate de zinc (ZDDP). Les constructeurs automobiles craignent que le phosphore ne se dépose sur les surfaces du convertisseur catalytique et ne réduise sa durée de vie.
C’est un problème compliqué, et les dépôts dépendent de la chimie spécifique du ZDDP et de la formulation de l’huile finie. L’industrie n’a pas réussi à concevoir un test moteur pour les tendances de formation de dépôts sur le convertisseur catalytique d’une huile. Par conséquent, les constructeurs automobiles ont fixé une limite arbitraire pour l’huile moteur de 0,1 pour cent de phosphore.
Les additifs anti-usure sont importants en l’absence d’un film hydrodynamique, comme dans la commande des soupapes. Les additifs anti-usure sont activés par la chaleur de friction, ce qui les fait réagir avec la surface chaude et former une barrière chimique contre l’usure.
Le mécanisme par lequel les dépôts de phosphore se forment sur les surfaces des convertisseurs catalytiques n’est pas entièrement compris. Il n’y a pas de corrélation directe avec la volatilité de l’huile ou la consommation d’huile. En revanche, si l’usure du moteur entraîne une augmentation de la consommation d’huile, le risque de formation de dépôts de phosphore dans le convertisseur augmenterait considérablement. Il semble que la prévention de l’usure et de la consommation d’huile devrait être une priorité.
Dans le passé, les formulateurs d’huile pouvaient fabriquer un produit haut de gamme en ajoutant simplement plus de ZDDP. Une démarche similaire aujourd’hui aboutirait à une formulation d’huile qui ne supporterait pas les garanties des nouvelles voitures.
Pensée à court terme
A mesure que l’usure augmente, l’efficacité d’un moteur diminue. L’usure de la commande des soupapes modifie légèrement le calage et le mouvement des soupapes. L’usure des segments et des chemises affecte la compression. L’usure nuit au rendement énergétique et à la puissance de sortie de manière imperceptible au début, mais ensuite la différence d’économie de carburant entre une SAE 10W-30 et une SAE 5W-20 est à peine perceptible. L’efficacité continue de diminuer à mesure que l’usure progresse. Peut-être que l’optimisation de la protection contre l’usure est le moyen de réduire la consommation de carburant pendant la durée de vie du moteur.
Certes, les moteurs qui ont connu une usure importante des segments et des chemises bénéficient d’huiles plus épaisses. L’utilisation d’une huile plus épaisse entraîne une augmentation de la compression, une amélioration des performances et une réduction de la consommation d’huile.
Les huiles à kilométrage élevé constituent une catégorie relativement nouvelle d’huiles moteur pour voitures particulières. Ces produits contiennent généralement plus d’additifs détergents/dispersants et anti-usure que les huiles pour voitures neuves. Ils contiennent généralement un agent de gonflement des joints et sont disponibles dans des grades de viscosité plus épais que ceux recommandés par la plupart des voitures neuves. « Un kilométrage élevé » semble être défini par « dès que votre voiture n’est plus sous garantie ».
Que faut-il utiliser
Bien que les huiles plus minces avec moins d’additif anti-usure surpassent les produits plus robustes dans le test d’économie de carburant de 96 heures, il n’est pas clair que ces produits économisent du carburant sur la durée de vie utile du moteur.
Chaque fluide est un compromis. Les huiles recommandées par les constructeurs automobiles semblent compromettre la protection contre l’usure dans des conditions sévères pour gagner en économie de carburant et en durabilité du catalyseur. Il est important de reconnaître que l’utilisation d’un produit qui offre une plus grande protection contre l’usure compromettra très probablement votre garantie. Les huiles plus épaisses compromettent également le débit à température froide, ce qui peut être préoccupant selon le climat et la saison.
La meilleure protection contre l’usure est probablement un produit un peu plus épais (tel que SAE 10W-30 ou 15W-40) et contenant plus d’additifs anti-usure que les huiles qui supportent la garantie. La meilleure huile pour votre véhicule dépend de vos habitudes de conduite, de l’âge de votre moteur et du climat dans lequel vous conduisez, mais ce n’est pas nécessairement le type d’huile spécifié dans le manuel du propriétaire ou estampillé sur la jauge.
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