Les huiles pour moteurs à gaz plus chargées en cendres génèrent-elles des moteurs encrassés?

Dans l’industrie des moteurs à gaz stationnaires, il existe de nombreuses « légendes » et « règles empiriques » sur les lubrifiants. Souvent, ces « règles » sont très importantes parce qu’elles orientent le développement des huiles pour moteurs à gaz, mais elles contribuent aussi à une mauvaise interprétation des performances des huiles pour moteurs à gaz stationnaires. Quelques exemples de ces légendes sont « plus de cendres », « renouveler à un TBN de 50% » et « Le groupe II est meilleur que le groupe I ». Il est très important de remettre en question ces légendes pour réaliser des innovations en formulant des huiles pour moteurs à gaz stationnaires plus efficiantes. J’ai rédigé une série d’articles au sujet de ces légendes. Ce troisième article traite de la règle plus de cendres = plus de dépôts. N’hésitez pas à partager, à commenter ou à me contacter.

Joris Van der List – Technology Manager

Remise en question des légendes concernant les huiles pour moteurs à gaz stationnaires : (Article 3 sur 3)

Est-ce que des huiles pour moteur à gaz plus riches en cendres signifient toujours des dépôts plus importants ?

La règle empirique la plus persistante dans l’industrie des moteurs à gaz stationnaires est probablement la règle selon laquelle les huiles moteur à gaz ayant une teneur en cendres plus élevée provoquent davantage de dépôts dans le moteur. C’est aussi la raison pour laquelle, historiquement, la limite de cendres sulfatées pour les applications de gaz naturel a été d’un maximum de 0,5% de la masse. Cette valeur est considérée comme une huile à teneur en cendres faible à moyenne.

Examen approfondi des cendres sulfatées

Tout d’abord, il est bon de clarifier ce que sont vraiment les cendres sulfatées. Les cendres sulfatées sont une mesure de la teneur en métal d’un lubrifiant; il s’agit essentiellement de la quantité de résidus qui reste après la combustion des moteur à gaz stationnaires. Il convient de noter que les différents métaux contribuent différemment à la teneur en cendres sulfatées.

Élément Facteur (= apport en cendres)
Baryum (Ba) 1,7
Calcium (Ca) 3,4
Magnésium (Mg) 5,0
Zinc (Zn) 1,5
Cuivre (Cu) 1,3
Sodium (Na) 3,1
Plomb (Pb) 1,5
Bore (B) 3,2
Molybdène (Mo) 1,5

Notez que les rapports d’analyses de surveillance de l’état de l’huile montrent la teneur en additifs et en métaux d’usure de l’huile. Sur la base de ces données et du facteur d’apport de cendres, la teneur en cendres sulfatées d’une huile pour moteurs à gaz peut être calculée. Pour donner un exemple, considérons une huile avec les métaux additifs suivants :

Élément : Teneur en additifs : Apport en cendres

(= Taux de traitement x Facteur)

Calcium (Ca) 0,12 % de masse 0,408 (= 0,12 · 3,4)
Zinc (Zn) 0,04 % de masse 0,06 (= 0,04 · 1,5)
Bore (B) 0,01 % de masse 0,032 (= 0,01 · 3,2) +
0,5 % de masse

Outre le calcul, la teneur en cendres sulfatées peut également être mesurée selon la méthode ASTM D 874.

Il est également important de comprendre que les détergents sont l’un des principaux contributeurs de cendres, mais que de multiples additifs utilisé contribuent également à la teneur en cendres sulfatées. Les principales sources de cendres sulfatées sont les dispersants, les détergents, les détergents surbasiques et les additifs anti-usure.

Des huiles plus riches en cendres peuvent rendre les moteurs plus propres

Pour en revenir à la règle selon laquelle une teneur plus élevée en cendres entraîne plus de dépôts, il y a une certaine logique, car lorsque les additifs des détergents métalliques brûlent, ils forment des cendres qui peuvent se déposer sur les pièces du moteur comme les pistons, les culasses et les tiges des soupapes. Bien qu’une petite quantité de dépôt sur les soupapes puisse aider à prévenir l’enfoncement des sièges de soupapes, une trop grande quantité peut créer des dépôts indésirables et nocifs.

Cependant, dans le fonctionnement des moteurs à gaz, l’huile peut générer différents types de dépôts tels que boues, vernis, laques et résidus de cendres. Les trois premiers sont contrôlés par les additifs détergents/dispersants. Cela signifie qu’avec une formulation nouvelle technologie des huiles pour moteurs à gaz, la tendance aux dépôts peut être considérablement améliorée par rapport aux huiles traditionnelles. Par conséquent, il existe sur le marché de très bons produits à haute teneur en cendres et à « technologie propre » avec une action remarquable à la baisse des dépôts.

Cette affirmation peut être confirmée par des essais au banc en laboratoire. L’exemple ci-dessous montre le résultat d’un test Panel Coker (tests de capacité de détergence), durant lequel l’huile est projetée par une broche sur une plaque d’aluminium à une température comparable à celle d’une chambre de combustion (>300 °C). Les photos des plaques d’aluminium proviennent d’un test finalisé.

higher ash gas engine oils
• Huile moteur à gaz (GEO) formulée à partir d’huile de base de groupe III 0.8 % Cendres sulfatées « technologie propre »
higher ash gas engine oils
GEO formulée avec des huiles base Groupe II 0,5 % de cendres sulfatées
higher ash gas engine oils
GEO formulée avec des huiles base Groupe III 0,5 % de cendres sulfatées

Les résultats confirment que l’huile de « technologie propre » est plus performante que les autres produits, même si le taux de cendres est plus élevé (0,8% de cendres) que les huiles traditionnelles contenant 0,5% de cendres sulfatées.

Mais qu’en est-il de la consommation d’huile ?

La consommation d’huile joue également un rôle majeur dans la tendance aux dépôts, une plus grande consommation entraîne une plus grande combustion d’huile dans la chambre de combustion. Concernant les moteurs à gaz modernes, la consommation d’huile peut être très faible, jusqu’à 0,05 g/kWh dans certains cas.

Dans le débat concernant la consommation d’huile, il est important d’inclure l’aspect de la performance des huiles usagées. Lorsque l’huile est neuve ou que le moteur vient d’être révisé en profondeur, la consommation d’huile est généralement sous contrôle et il est donc essentiel d’évaluer la tendance de la consommation d’huile sur une plus longue période.

Les huiles qui évitent le laquage des chemises, le polissage des alésages et l’éraflure des chemises ont une consommation d’huile plus faible dans le temps.

Notez l’exemple dans le graphique ci-dessous où le moteur à gaz a été lubrifié par un produit traditionnel pendant 45 mois, après la révision du moteur le propriétaire a opté pour une huile moteur à gaz moderne. La différence entre les deux produits n’est pas la consommation d’huile juste après la révision, ou lorsqu’elles sont neuves, la différence de consommation reste faible dans le temps.

higher ash gas engine oils
The reason why oil consumption remains at a low level is the increased performance of the oil over time to prevent liner lacquering and bore polishing.

La raison pour laquelle la consommation d’huile reste faible réside dans l’augmentation de la performance de l’huile au fil du temps afin d’éviter le laquage des chemises et le polissage des alésages. En fait, les huiles pour moteurs à gaz stationnaires nouvelles formulations à haute teneur en cendres (≈ 0,8% de masse) « technologie propre » peuvent empêcher la formation de dépôts dans la chambre de combustion, par exemple sur la culasse, le dessus des pistons, les chemises et les soupapes. C’est l’un des éléments clés de la prévention du préallumage, du cognement et du gommage des segments, mais il permet également d’obtenir de meilleures performances lors du contrôle de la consommation d’huile sur la durée.

Adieu à la légende

Il existe encore sur le marché de nombreuses huiles pour moteurs à gaz traditionnelles auxquelles on peut appliquer la règle « plus de cendres égale plus de dépôts ». Mais, en s’appuyant sur une formulation nouvelle technologie, les produits à plus forte teneur en cendres offrent des performances supplémentaires en termes de propreté du moteur, de contrôle de la consommation d’huile et d’augmentation des intervalles de vidange. Certains motoristes ont déjà homologué des huiles à plus forte teneur en cendres telles que Q8 Mahler G8 et Q8 Mahler GR8 pour les moteurs fonctionnant au gaz naturel, même dans les moteurs à pistons en acier à haute pression moyenne effective. Ces huiles surpassent largement les performances huiles traditionnelles contenant 0,5 % de cendres et gardent le moteur plus propre. Les industriels fabriquant les moteurs et ceux produisant les lubrifiants devraient réévaluer cette légende afin d’améliorer les recommandations d’huiles pour favoriser l’utilisation de meilleurs lubrifiants.

N’hésitez pas à partager, à commenter ou à me contacter pour en discuter plus en détail.

Joris van der List

De notre expert Joris van der List

Aprés 8 ans de service à notre institut de recherche Q8, Joris van der List a rejoint la division lubrifiants (Q8Oils) en 2011 pour devenir notre expert technique dans le marché de l'Energie (avec un cursus d'ingénieur mécanique).

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