Qu'est-ce que la « rétention des propriétés d'économie de carburant » d'un moteur diesel? La question survient souvent dans le cadre de discussions entourant les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement sous réglementation fédérale et leur incidence sur l'économie de carburant d'un véhicule. Plus précisément, l'accumulation de cendres non combustibles dans le filtre à particules des moteurs diesel se traduit par une augmentation de la consommation de carburant dans des conditions normales, comparativement aux conditions présentant une accumulation plus faible de cendres. Qu'est-ce qui cause cette perte d'économie de carburant et comment cette situation peut-elle être renversée pour permettre la rétention des propriétés d'économie de carburant?

Afin de comprendre le concept de rétention des propriétés d'économies de carburant, commençons par un moteur qui sort tout juste de la chaîne de montage. Comme le constatent la plupart des observateurs de l'industrie, la technologie et la conception des moteurs diesel de poids lourds ont considérablement évolué au cours de la dernière décennie afin de satisfaire aux exigences de plus en plus strictes de l'EPA sur les émissions et l'économie de carburant. Par conséquent, chaque nouvelle génération de moteurs offre un meilleur rendement énergétique que la précédente. Ceci s'avère particulièrement vrai des moteurs lancés depuis 2017, lorsque les tout derniers règlements de l'EPA et de la NHTSA concernant les émissions de gaz à effet de serre (GES) sont entrés en vigueur. Lorsqu'un nouveau véhicule quitte l'usine, son moteur fonctionne  au maximum de sa capacité sur le plan de l'économie de carburant.

Au fil du temps, l'économie de carburant de départ se dégradera à mesure que le moteur deviendra moins efficace. L'un des principaux coupables de la dégradation de l'économie de carburant est l'accumulation de cendres dans le filtre à particules des moteurs diesel. Bien sûr, l'encrassement de ce filtre présente également plusieurs autres effets négatifs. Par exemple, cela peut nuire au rendement du système de post-traitement et au moteur, et même causer des dommages si la situation est négligée trop longtemps. Les filtres à particules des moteurs diesel exigent des nettoyages fréquents, ce qui cause un temps d'arrêt pour les équipements et des coûts en main-d'œuvre. Concentrons-nous toutefois sur son incidence négative sur la consommation de carburant — une grande préoccupation, tout spécialement pour les exploitants de parcs de véhicules sur route.

Comment l'encrassement du filtre à particules des moteurs diesel nuit à l'économie de carburant

Les additifs métalliques non brûlés présents dans l'huile à moteur sont la principale cause d'accumulation de cendres dans le filtre à particules d'un moteur diesel. Aujourd'hui, les huiles à moteur diesel répondant à la norme API CK-4 ne peuvent contenir plus de 1 % de cendres sulfatées. Alors que de plus en plus de cendres s'accumulent dans le filtre à particules, le moteur devra utiliser une plus grande quantité de carburant pour fonctionner qu'il ne le devrait normalement dans les mêmes conditions de conduite avec une accumulation de cendres minimales. Deux facteurs issus de l'encrassement du filtre à particules sont responsables de cette augmentation de la consommation de carburant : une contrepression accrue et une fréquence plus élevée du nettoyage du filtre à particules, aussi appelé régénération.

La contrepression est l'effet qui se produit lorsqu'une accumulation de cendres et de suie prend tellement de place dans le filtre à particules qu'elle bloque le flux des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement s'accumulent alors dans le système de post-traitement, résistant au moteur et le forçant à travailler plus fort pour « pousser » les gaz d'échappement à l'extérieur. Plus le moteur travaille dur, plus il brûle de carburant.

La régénération est le processus qui vise à brûler la suie du filtre à particules en faisant fonctionner le moteur à haute température. Souvent cela se produit durant la conduite normale sur l'autoroute, lorsqu'un camion roule à grande vitesse, ce qui s'appelle alors régénération « passive ». Toutefois, les exploitants ne peuvent pas uniquement compter sur la régénération passive et le moteur peut avoir besoin qu'on déclenche une régénération dite « active ». Ceci consiste à injecter du carburant pur directement dans le filtre à particules pour en élever la température suffisamment pour brûler la suie. Dans certains cas, le véhicule indiquera la nécessité d'une régénération « forcée ». Dans ce cas, le moteur doit rouler à des régimes extrêmement élevés alors que le véhicule est à l'arrêt. À nouveau, le moteur travaille plus dur et brûle plus de carburant, mais le véhicule ne bouge pas, ce qui ramène forcément les milles au gallon à zéro. Plus l'accumulation de cendres et de suie dans le filtre à particules est importante, plus les régénérations forcées seront nécessaires, et ce, plus fréquemment, et plus les régénérations seront longues, ce qui augmentera forcément la consommation de carburant.

La pénalisation de l'économie de carburant — et comment l'atténuer

L'augmentation de la contrepression et la régénération plus fréquente empêchent le moteur d'offrir son rendement maximal sur le plan de l'économie de carburant. Nous appelons ça la « pénalisation » de l'économie de carburant. Si l'accumulation de cendres atteint 25 % de la capacité totale du filtre, cette pénalisation peut se situer entre 3 % et 6 %, soit de trois à six gallons de carburant supplémentaires pour chaque tranche de 100 gallons de carburant consommée, comparativement à un moteur fonctionnant à son efficacité maximale. La contrepression, elle, est responsable d'environ 23 % de la pénalisation totale de l'économie de carburant, alors que les régénérations forcées le sont d'environ 77 %.

Limiter ou ralentir l'accumulation dans le filtre à particules contribuera donc à restaurer une partie de cette économie de carburant perdue. En d'autres mots, le moteur retiendra davantage ses propriétés d'économie de carburant qu'il n'en perdra. D'où l'expression « rétention des propriétés d'économie de carburant ». Réduire les cendres n'améliore pas l'économie de carburant, mais ça ramène plutôt ses propriétés à un niveau plus proche de celui de son efficacité maximale.

À quel point? Dans une étude exhaustive publiée par SAE International, les chercheurs de Chevron ont comparé les effets du vieillissement sur un filtre à particules de moteur diesel par une huile moteur traditionnelle contenant 1 % de cendres sulfatées et par une huile à très faible teneur en cendres contenant 0,4 % de cendres sulfatées[1]. Cette étude confirme que de « réduire les cendres sulfatées dans l'huile assure une réduction proportionnelle de leur accumulation dans le filtre à particules ». De plus, l'analyse conclut que « l'huile à très faible teneur en cendres procure un avantage important sur le plan du contrôle de la contrepression exercée sur le filtre à particules », ce qui se traduit par « une économie de carburant avantagée de jusqu'à 1,9 % dans les systèmes vieillissants ».

Dans le cadre de tests supplémentaires sur les effets de la régénération, il a été établi que la consommation de carburant était plus élevée de 5 % avec l'huile traditionnelle qu'avec l'huile à très faible teneur en cendres. Combinés, « les effets de la contrepression et de la régénération totalisent 3 % des avantages de rétention des propriétés d'économie de carburant pour la durée de vie d'une huile à très faible teneur en cendres ».

Autrement dit, un avantage de rétention des propriétés d'économie de carburant de 3 % peut soit éradiquer soit atténuer de moitié la pénalisation de l'économie de carburant de 3 % à 6 %. Bien que ces pourcentages puissent paraître marginaux, ils s'additionnent pour donner des économies de carburant substantielles lorsqu'on tient compte d'un parc de camions dont chacun cumule en moyenne 100 000 milles de route chaque année*.

Et ce n'est là qu'une partie de l'histoire. Réduire l'accumulation de cendres dans le filtre à particules signifie des intervalles d'entretien et de nettoyages plus longs, moins de temps d'arrêt et un risque plus faible de dommage au moteur, ce qui se traduit par une durée de vie prolongée de vos équipements.

Les constructeurs de camions et les exploitants de parcs de camions se débattent depuis longtemps avec les normes de plus en plus strictes en matière d'économie de carburant et d'émissions. Le lancement de l'huile moteur DeloMD 600 ADF, fabriquée à partir de la technologie brevetée de lubrifiant à très faible teneur en cendres de Chevron, est l'une des façons de soulager une partie de ce fardeau économique sur les parcs de véhicules.

* Les économies réelles varieront en fonction du type de véhicule, du chargement et d’autres conditions de conduite.

^[1] Whitacre, S. et Van Dam, W., « Enhanced Fuel Economy Retention from an Ultra-Low Ash Heavy Duty Engine Oil », SAE Technical Paper 2019-01-0732, 2019, doi:10.4271/2019-01-0732.