Problèmes de carburant diesel les plus courants

SÉRIE DE QUESTIONS SUR LES CARBURANTS DE PERFORMANCE DE BELL: LES PROBLÈMES LES PLUS COURANTS EN MATIÈRE DE CARBURANT DIESEL

RÉSUMÉ

Le carburant diesel, le carburant de choix pour la plupart des industries du transport et de la navigation de plaisance au pays, est plus exposé que l’essence aux problèmes de combustion incomplète, de dépôts et de faibles émissions. Les dépôts sur les injecteurs, les soupapes et les chambres de combustion peuvent tous avoir des effets négatifs sur les performances du véhicule et du bateau. Le carburant diesel de la variété à très faible teneur en soufre a un pouvoir lubrifiant beaucoup moins naturel qu’avant, et tous les carburants diesel n ° 2 ont le potentiel de poser des problèmes de gélification par temps froid. La tendance à stocker du carburant diesel entraîne un risque de dégradation par oxydation, d’accumulation d’eau nocive dans le réservoir de stockage et d’infestation microbienne de l’alimentation en carburant, ce qui nécessite l’utilisation d’un biocide pour éliminer l’infection.

INTRODUCTION

Le carburant diesel alimente la plupart des transports routiers, ferroviaires et grandes flottes maritimes du pays (ainsi que de nombreux bateaux de plaisance). En Europe, les voitures diesel sont plus fréquentes qu’ici aux États-Unis. Pour être sûr, le diesel offre des avantages sur l’essence comme carburant de véhicule. Les moteurs diesel ont tendance à être plus efficaces, en s’appuyant sur l’allumage par compression que sur l’allumage par étincelle. Ils durent aussi plus longtemps, ce qui explique en partie pourquoi ils sont universellement préférés pour les grandes applications industrielles.

En tant qu’utilisateur de carburant diesel, qu’il s’agisse d’un camion ou d’un bateau, vous pouvez être conscient de certains problèmes liés au territoire. Les problèmes courants que rencontrent les utilisateurs de carburant avec le diesel sont:

DÉPÔTS DE CHAMBRE DE COMBUSTION

Le carburant diesel ne brûle pas aussi proprement que l’essence. Cela est dû en partie au fait que le diesel est composé de molécules de chaîne hydrocarbonée plus grosses et plus lourdes. Les molécules plus grandes contiennent plus d’énergie que les molécules plus courtes (car elles contiennent plus de liaisons carbone pour casser et libérer l’énergie thermique), mais elles ont aussi plus de chance de ne pas se consumer complètement. Quand ils ne brûlent pas complètement, ils peuvent former des dépôts dans la chambre de combustion. Lorsque les dépôts s’accumulent dans la chambre de combustion, ils modifient le volume de la chambre et augmentent par la suite l’indice de cétane minimal nécessaire au moteur pour maintenir une combustion parfaite au point mort haut et une combustion maximale au bon moment. Le même effet se produit également dans les moteurs à essence, où les dépôts dans la chambre de combustion augmentent l’indice d’octane minimum de plusieurs points au début de la vie du moteur.

Les dépôts dans la chambre de combustion peuvent également agir à la fois comme isolants et comme éponges combustibles. Des dépôts excessifs modifieront la vitesse à laquelle la chaleur peut s’échapper du cylindre, emprisonnant la chaleur à l’intérieur et augmentant les températures. Lorsque cela se produit, les émissions d’oxyde d’azote (NOx) augmentent, ce qui est terrible pour la qualité de l’air.

Les dépôts excessifs dans la chambre perturbent la combustion et les performances idéales en absorbant le carburant et en perturbant le bon écoulement de l’air dans le cylindre. Typiquement, ces dépôts peuvent s’accumuler dans la zone du bol du piston. Cela modifie le flux d’air à l’intérieur de la chambre loin du débit idéal conçu lorsque le moteur a été conçu, et cela conduit le moteur loin de la combustion idée. Le combustible absorbant se produit parce que les dépôts de la chambre sont poreux avec un réseau de fissures et de crevasses qui peuvent agir comme éponges.

Cela dit, les dépôts dans les chambres de combustion ont tendance à avoir un effet plus important sur les performances et la puissance du moteur que sur le kilométrage. Les études sur les véhicules ne montrent pas les dépôts dans la chambre de combustion pour réduire significativement la consommation de carburant; les dépôts d’injecteur et de soupape ont un effet beaucoup plus important sur l’économie de carburant.

DÉPÔTS D’INJECTEUR

Tous les moteurs diesel utilisent une forme d’injection de carburant. La plupart des petits moteurs diesel utilisaient un système appelé injection indirecte (ID1) tandis que les gros moteurs utilisaient l’injection directe (DI). Aujourd’hui, la plupart des diesels de voiture de tourisme modernes sont passés à DI pour des raisons d’économie de carburant. L’IDI a tendance à être plus fluide et plus silencieux, tandis que l’ID est plus économe en carburant. L’injecteur de carburant pulvérise le carburant diesel dans de l’air comprimé chaud et le mélange s’enflamme automatiquement. Le dosage efficace, l’atomisation et le mélange air-combustible sont des conditions essentielles pour une bonne combustion et particulièrement important pour les faibles niveaux d’émissions d’échappement.

Motifs de pulvérisation des injecteurs bouchés ou clairs

Les injecteurs diesel modernes sont conçus selon des normes rigoureuses et font partie intégrante du processus d’optimisation de la combustion du carburant. Leurs caractéristiques d’écoulement sont réglées pour permettre une petite injection pilote de carburant pour initier la combustion, puis injecter progressivement plus de carburant dans le mélange en combustion. Une telle approche fournit un faible taux de montée en pression et une combustion plus douce.

Mécanisme de formation des dépôts d’injecteur dans les moteurs diesel

Les carburants essence et diesel sont composés de composants qui bouillent sur une large plage de températures (la gamme diesel est supérieure à celle de l’essence). Lorsque le moteur est à l’arrêt, le carburant restant dans ou à proximité des pointes d’aiguille se mélange avec les restes d’huile moteur non brûlée et est soumis à des températures élevées de trempage. De telles températures élevées conduisent à la formation d’espèces radicalaires, puis à une combinaison d’auto-oxydation, de réarrangement chimique et de dégradation du combustible restant – et de dépôts qui se forment à l’intérieur de l’injecteur.

Le carburant diesel n’a pas les mêmes spécifications de contrôle des dépôts d’injecteur que l’essence. Par conséquent, il peut être utile pour le consommateur d’utiliser un traitement de carburant après-vente pour éliminer ces dépôts et empêcher leur formation.

Effet des dépôts sur les injecteurs de diesel

Les injecteurs de carburant propres sont essentiels pour un fonctionnement efficace du moteur diesel. Un jet bien dispersé maximise le mélange air-carburant, tandis qu’une bonne atomisation assure une combustion rapide et efficace. Tous les carburants diesel, mais en particulier ceux contenant des produits issus des procédés de conversion en raffinerie, ont tendance à former une petite quantité de coke dans l’espace annulaire de l’injecteur. On pense que ce coke est causé par la décomposition thermique de composés instables dans le combustible. C’est un problème si commun que les injecteurs sont conçus pour tolérer un certain niveau de coke. Cependant, de nombreux carburants diesel actuels provoquent des niveaux excessifs de cokéfaction de l’injecteur, perturbant le jet de carburant et dégradant l’atomisation.

Des émissions plus élevées, des moteurs plus bruyants et une diminution de l’économie de carburant sont le résultat, comme le montrent les études sur les véhicules contrôlés. Ces études montrent une diminution de 15% de l’économie de la ville et une diminution de 5% de l’autoroute (selon les protocoles d’essai de l’EPA). Pour le protocole de conduite FTP, les résultats sont une réduction de 2 à 11% de l’économie de carburant par rapport au protocole de conduite FTP, en fonction du niveau de branchement (8-30%).

Une autre étude définitive a utilisé des injecteurs encrassés collectés sur deux types différents de véhicules sur le terrain pour montrer les changements de performance basés sur des ensembles d’injecteurs avec des niveaux d’encrassement moyens variés et des plages d’encrassement. Dans les pires conditions de restriction moyenne de débit de 30%, avec un écart correspondant de 30% entre les meilleurs et les pires injecteurs, l’auteur a montré: une augmentation de 700% des émissions d’hydrocarbures (HC)

Dans les injecteurs à encrassement élevé, les recherches montrent que le moteur compense et peut faire en sorte que certains cylindres reçoivent trop de carburant et que certains reçoivent trop peu (riche et pauvre). Une fois nettoyée, une amélioration de 10,5% entraîne des temps d’accélération de 40 à 100 km / h et une amélioration de 15,8% des temps de 80 à 100 km / h. Ceci est confirmé par d’autres études de véhicules parallèles, où les injecteurs obstrués montrent une réduction de la puissance du moteur jusqu’à 22% et une pénalité de 1,3 à 2,8 secondes dans les essais d’accélération.

DÉPÔTS D’ADMISSION ET DE VALVE DE PORT

Exemple montrant l’effet des additifs détergents sur les dépôts des soupapes d’admission par rapport au carburant non modifié.

Une mauvaise combustion du carburant et un gasoil stratifié qui s’est décomposé au cours du stockage (en raison de l’accumulation d’eau, de l’âge ou d’une contamination microbienne) peuvent entraîner l’accumulation de dépôts sur les soupapes du moteur. Les problèmes de perte de puissance, d’économie de carburant, de démarrage, de démérite de conduite, de diminution de la puissance (accélération des temps d’accélération) et d’augmentation des émissions peuvent en résulter.

Les dépôts dans les soupapes peuvent également provenir d’un mélange de contaminants environnementaux et de problèmes mécaniques dans des moteurs plus anciens, comme le soufflage d’un moteur (soupape PCV usée), le refoulement du cylindre (usure insuffisante), la recirculation des gaz d’échappement ( dans les gros moteurs de camions de transport) et l’huile de lubrification, tous ces éléments peuvent se combiner pour former des dépôts sur les tiges de soupape et le dessous de la soupape.

Typiquement, le plus grand effet de ces dépôts vient quand ils deviennent assez grands pour bloquer physiquement le passage du collecteur et limiter l’écoulement d’air et de carburant dans le cylindre. Cela était très courant lorsque les carburateurs étaient répandus, ce qui entraînait une accélération, une puissance, une consommation de carburant et des émissions accrues. Mais même un faible niveau d’accumulation de dépôts peut affecter le kilométrage et les émissions, puisque le dépôt peut agir comme une éponge, absorbant le carburant dans les pores du dépôt, puis libérant le carburant par évaporation ou désorption (dégagement de combustible absorbé). Cela perturbe le flux de carburant à l’intervalle de temps approprié dans le cylindre et réduit le rendement d’évaporation des gouttelettes, créant ainsi un déséquilibre dans le mélange carburant / air dans le cylindre. Et cela signifie que le moteur ne fonctionne pas ou ne brûle pas le carburant de manière optimale.

Ainsi, les problèmes typiques rencontrés dans les moteurs à injection de carburant portuaire modernes qui présentent des dépôts de soupapes sont une mauvaise maniabilité (en particulier lors du démarrage à froid et pendant le réchauffage) et de faibles performances d’émissions. Les études de véhicules utilisant des procédures de conduite standard comme le CRC montrent une corrélation linéaire entre le niveau de dépôts de soupapes et les «démérites de maniabilité», qui sont un indice lié à la performance des véhicules sur la «maniabilité». Il peut être clairement démontré que l’accumulation de dépôt de soupape affecte les performances de conduite du véhicule et que cela empire au fur et à mesure que les dépôts s’accumulent.

LUBRICITÉ

Le terme «pouvoir lubrifiant» désigne la puissance de lubrification du carburant lorsqu’il circule dans le moteur. La plupart des consommateurs ne pensent qu’à l’huile moteur (leur mélange 10W30 typique) en considérant la lubrification du moteur. Mais les technologies de moteur diesel ont longtemps compté sur le pouvoir lubrifiant du carburant diesel pour empêcher certains types de pièces de moteur de s’user trop rapidement. Les pompes à carburant et les injecteurs utilisent tous deux les lubrifiants naturellement présents dans le carburant diesel après la distillation à la raffinerie.

Récemment, le gouvernement fédéral a modifié la Loi sur l’assainissement de l’air pour imposer des réductions de la teneur maximale en soufre du carburant diesel routier. Réduire le soufre dans le carburant est bon pour l’environnement,car il signifie moins de soufre laissant le véhicule sous forme d’émissions de SO2 ou SO3 (ce qui peut conduire à des pluies acides). Mais les procédés chimiques utilisés pour enlever le soufre du carburant – l’hydrotraitement – réduisent drastiquement la capacité du carburant à faible teneur en soufre à lubrifier les pièces du moteur qui dépendaient d’une telle lubrification (car il détruit chimiquement les molécules organiques complexes qui remplissent la fonction ). De plus, les injecteurs et les pompes à carburant s’usent plus rapidement, ce qui entraîne des coûts d’entretien plus élevés.

Ce problème est le plus prononcé dans l’industrie du camionnage longue distance, où les véhicules parcourent plusieurs centaines de milliers de kilomètres par année.

PERFORMANCE MÉTÉO FROID

La performance par temps froid est un gros problème pour les camionneurs diesel qui vivent et travaillent dans les climats nordiques froids. Le carburant diesel, qui est un mélange de molécules à base de carbone, contient des molécules de “paraffine” complexes dans le cadre de sa composition. Ces cires contribuent à la valeur énergétique du carburant. Mais quand le carburant devient froid, ces cires vont sortir de la solution, rendant le carburant trouble. Une fois hors de la solution, ils collent ensemble pour former des cristaux de cire de plus en plus grands. Cet effet augmente le temps plus froid. Finalement, suffisamment de cire flotte dans le carburant pour que le carburant se gonfle et que la cire bouche le filtre à carburant, coupant le débit de carburant et mettant le véhicule à l’écart.

C’est la raison pour laquelle les exploitants de moteurs diesel utilisent un produit «améliorant le flux à froid» par temps froid. Ce genre de produits empêche le carburant de gélifier en empêchant les cristaux de cire en suspension de coller ensemble. Ils restent suffisamment petits pour pouvoir traverser le filtre à carburant sans problème, où ils sont brûlés dans la chambre de combustion avec le reste du carburant. Si vous vivez dans les froids du nord, il serait sage d’envisager ce genre de traitement si vous ne l’avez pas déjà fait.

Le temps froid peut également rendre difficiles les gros moteurs diesel. Les moteurs diesel reposent sur la compression pour chauffer l’air dans le cylindre (le gaz comprimé, toutes choses étant égales par ailleurs, devient plus chaud que la même quantité de gaz dans un plus grand volume d’espace). Les moteurs à essence n’ont pas les mêmes problèmes de démarrage à froid parce qu’ils ont l’aide d’une bougie d’allumage pour forcer le combustible à brûler. Mais dans un moteur diesel, il n’y a pas d’étincelle, et le moteur doit tourner plusieurs fois afin d’accumuler suffisamment de chaleur et de pénétrer dans les parois du cylindre de sorte que l’auto-inflammation du carburant se produise. C’est pourquoi les gros camions sont difficiles à démarrer en hiver.

Les carburants diesel avec des indices de cétane plus élevés sont plus faciles à démarrer par temps froid parce qu’une plus grande partie de la molécule de taille différente brûle au bon moment. Certains conducteurs peuvent bénéficier d’un traitement de carburant à base de cétane afin d’obtenir ces effets sans les frais supplémentaires d’un carburant diesel à indice de cétane plus élevé.

STABILISATION DU CARBURANT DIESEL ET RUPTURE DU TEMPS

Tout produit pétrolier – essence, diesel, mazout, gaz naturel – réagira avec les choses dans l’environnement auquel il est exposé, comme l’eau, les métaux et la lumière. La lumière agit comme catalyseur pour accélérer les réactions d’oxydation – où l’oxygène réagit avec les molécules de carburant et les fait réagir avec d’autres molécules – combustibles ou non – conduisant à la formation de polymères réagissant avec d’autres polymères dans les réactions en chaîne. Au fil du temps, le carburant commence à se séparer et à se fragmenter, ces molécules «lourdes» s’agglomérant et coulant au fond du mélange (car ce sont les molécules les plus lourdes).

Le carburant qui s’est oxydé et stratifié de la sorte perd une partie ou la majeure partie de sa capacité à brûler à un niveau optimal. Cela signifie une mauvaise combustion du moteur, une combustion incomplète, la formation de dépôts, un carburant plus imbrûlé ou partiellement brûlé quittant la chambre de combustion (émissions médiocres) et une économie de carburant moins qu’optimale (parce que le carburant stratifié ne donne pas le maximum valeur énergétique à la combustion que le carburant frais fait). Dans l’ensemble, ce n’est pas la meilleure situation pour le conducteur d’un véhicule ou d’un bateau qui est confronté à ce genre de problème de carburant.

Qu’est-ce qui cause ou contribue le plus souvent à l’instabilité et à la panne du carburant? Comme mentionné précédemment, l’exposition à l’eau ou à l’air peut déclencher ou accélérer l’oxydation du carburant. L’eau et l’air sont d’excellents donneurs d’oxygène et l’oxygène est le principal responsable de l’oxydation. L’exposition à certains types de métaux (comme le cuivre) lorsque le carburant traverse un système de stockage et de distribution de carburant – ceci peut également déclencher et accélérer l’oxydation, bien que ces métaux agissent comme des catalyseurs et que l’oxygène provienne d’une autre source (pas habituellement un problème dans le système de stockage de carburant ou le réservoir typique). L’exposition à la lumière, comme l’exposition aux métaux, est un facteur catalytique, car la lumière du soleil (et la chaleur contribue à déclencher les réactions d’oxydation), ce qui explique pourquoi le diesel gaspillé dans un bocal en verre reste exposé au soleil. – les réactions d’oxydation provoquent le changement de couleur Enfin, si le réservoir a une contamination microbienne (plus tard), ces acides dégagés par les processus biologiques microbiens attaquent le carburant et accélèrent sa dégradation.

La question de la stabilisation et du stockage est un problème plus important pour le diesel que pour l’essence, car il est beaucoup plus courant de stocker du carburant diesel pendant de longues périodes. Les fournisseurs de carburant et les clients industriels qui stockent du carburant et qui ont besoin de le garder au frais utiliseront un inhibiteur d’oxydation – un stabilisateur de carburant – pour interférer avec ces réactions nocives et garder le carburant frais. Les consommateurs qui stockent du carburant (comme le propriétaire du bateau qui laisse du carburant dans son réservoir pendant la période d’hivernage du bateau) sont invités à faire de même.

CONSTRUCTION D’EAU

L’accumulation d’eau dans les réservoirs de carburant diesel est un problème universel à travers le pays. Presque tout le carburant diesel stocké laissé pour n’importe quelle quantité de temps se retrouvera avec de l’eau dans le fond du réservoir; C’est un problème encore plus important pour les bateaux et les réservoirs de stockage maritime. L’eau coule au fond du réservoir parce que l’eau est plus lourde que le diesel. De plus, vous n’avez même pas besoin d’un réservoir de stockage pour que cela se produise – l’eau s’accumule même dans les réservoirs de carburant des camions de longue distance. Le coupable dans toutes ces situations est la ventilation du réservoir à l’air extérieur. L’air extérieur rempli de vapeur d’eau se déplace dans et hors du réservoir. Dans les réservoirs de stockage, l’eau de l’air se condense et roule sur le côté du réservoir lorsque l’air se refroidit le soir. Dans les véhicules diesel, le changement de température provient du retour du carburant diesel chaud dans le réservoir après avoir été utilisé pour refroidir les injecteurs. Les injecteurs deviennent chauds en raison de leurs énormes pressions. Le moteur utilise du carburant diesel qui circule dans le réservoir pour dissiper une partie de cette chaleur. Le carburant maintenant chaud est ensuite renvoyé au réservoir de carburant. Cette différence de température provoque une condensation d’eau dans cet environnement, même lorsque le carburant n’est pas “stocké” techniquement pendant longtemps.

Alors, quel est le problème avec l’accumulation d’eau? En quoi est-ce important? Cela compte pour les raisons suivantes:

• Comme indiqué ci-dessous, l’eau qui s’accumule dans un réservoir augmente le risque d’infestation microbienne – bactéries et champignons qui peuvent perturber le système d’alimentation en carburant.
• L’eau dans un réservoir de carburant de véhicule ou de bateau peut être aspirée et circulée dans l’injecteur chaud. Quand il atteint la pointe chaude, l’eau se dilate de 40 fois en volume, ce qui provoque l’éclatement de l’injecteur et la mise à l’écart du véhicule. Pas une bonne chose quand vous êtes coincé et faire face à un travail de réparation.
• L’eau dans le carburant accélère l’oxydation et la décomposition du carburant.
• L’eau contribue à la corrosion du réservoir

Toutes ces raisons sont assez bonnes pour contrôler l’accumulation d’eau dans le réservoir; Ceci est généralement fait en utilisant une sorte de traitement de carburant concentré.

CONTAMINATION MICROBIENNE

Le stockage du carburant diesel pendant de longues périodes les rend également plus sensibles à la contamination par des micro-organismes comme les bactéries et les champignons. Cela se produit lorsque le carburant stocké est contaminé avec de l’eau; Cela se produit dans les réservoirs de stockage qui sont ventilés vers l’extérieur. L’air humide circule dans et hors du réservoir de stockage, et lorsque l’air se refroidit la nuit, le changement de température provoque la condensation de l’humidité de l’air dans le réservoir. Puisque l’eau est plus lourde que le diesel, l’eau s’accumule au fond du réservoir. Cela fournit l’environnement nécessaire pour que les microbes se développent et s’épanouissent dans le carburant – ils vivent à l’interface avec l’eau et le carburant, et tirent leurs éléments et nutriments nécessaires à la fois du combustible et de l’eau. Très vite, vous avez une infestation microbienne qui produit des «tapis» visqueux qui flottent au-dessus du carburant. Les microbes se multiplient, excrétant les acides de leurs processus biologiques qui à la fois corrodent le réservoir de carburant et accélèrent la décomposition du carburant diesel, vous laissant avec un réservoir de carburant de mauvaise qualité.

Comme vous pouvez le deviner, la contamination microbienne est plus fréquente dans les situations où le carburant est stocké pendant de longues périodes de temps, et aussi plus commun dans les situations marines où le réservoir de carburant est autour de l’eau. Comment savez-vous si vous avez un réservoir infesté? Vous remarquerez probablement une course difficile et de mauvaises performances avec votre véhicule ou votre bateau. Les filtres à carburant se bouchent plus souvent et (si vous avez un réservoir de stockage, vous pouvez voir le carburant), vous devriez être en mesure de voir la boue flottant sur le carburant (avec des odeurs sulfureuses). Tous ces indicateurs sont forts que le réservoir de carburant diesel a un problème microbien.

Il existe un certain nombre de produits additifs pour carburant diesel qui prétendent éliminer les infestations microbiennes du carburant simplement en contrôlant l’eau. C’est là que le diable est dans les détails. Une fois qu’un réservoir a une infestation active, simplement enlever l’eau seule ne désinfectera pas le réservoir. Vous pourriez mettre du carburant frais dans le réservoir et, avec le temps, les microbes reviendraient en force. Pour tuer une infestation active, vous devez utiliser un produit biocide, qui agit comme un pesticide ou un désinfectant pour tuer et détruire activement les bactéries et les champignons. Cependant, cela ne veut pas dire que les produits qui contrôlent l’accumulation d’eau sont inutiles dans ce contexte. Le contrôle de l’accumulation d’eau est une mesure préventive. En empêchant l’eau de s’accumuler dans le réservoir, il est beaucoup moins probable que vous ayez une infestation. Donc, l’utilisation d’un additif qui contrôle l’eau est une bonne idée lorsqu’il est utilisé dans le cadre d’un régiment de maintenance préventive pour le carburant. Mais enlever l’eau ne tue pas une infestation si elle prend racine dans votre carburant.

CONCLUSION

La conception de Rudolph Diesel d’un moteur qui brûle du carburant à base de compression (au lieu d’un allumage par étincelle) est le moteur dominant utilisé dans l’industrie lourde, le transport long-courrier et la navigation de plaisance. Les consommateurs qui possèdent des voitures diesel aiment l’économie de carburant exceptionnelle. Utiliser un peu de soin et un bon entretien ménager (et un bon additif pour carburant diesel ) en prenant soin de votre carburant diesel ne vous laissera pas déçu par les résultats.

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