Une condition essentielle au fonctionnement du moteur Diesel est la disponibilité et la qualité du gazole. Pour assurer un fonctionnement exempt de défaillances, le carburant et les moteurs doivent être techniquement adaptés entre eux. Le carburant devrait être partout et à tout moment bon marché et disponible sans problème.
Les moteurs diesel sont conçus pour des gazoles répondant aux réglementations nationales et internationales (en Europe DIN EN 590).
Carburants Diesel conventionnels
Les gazoles conventionnels, tel qu'ils sont utilisés depuis de nombreuses années à travers le monde dans les moteurs diesel rapides, sont des liaisons d'hydrocarbures qui résultent de la distillation fractionnée du pétrole brut entre 180 °C et 360 °C dans les raffineries. Ces liaisons d'hydrocarbures peuvent avoir des structures moléculaires très différentes et présenter par conséquent des propriétés différentes.
Structure chimique du gazole
Les possibilités de liaison du carbone C tétravalent avec l'hydrogène H monovalent sont multiples. Il existe des chaînes linéaires et des chaînes aux ramifications plus ou moins complexes ainsi que plusieurs cycles pouvant être saturés ou insaturés. Le nombre de liaisons multiples varie également.
Les alcanes sont des hydrocarbures saturés à chaînes dont la formule brute est CnH2n+2. Ils sont également appelés paraffines et constituent une grande partie du gazole. Les paraffines normales (linéaires) ont une bonne auto-inflammabilité et un bon dégagement de fumée, mais leur fluidité à froid est mauvaise. En raison de la faible densité, le pouvoir calorifique volumétrique est également faible. Les isoparaffines (ramifiées) ont par contre une auto-inflammabilité défavorable, mais un meilleur comportement à froid.
Les alcènes sont des hydrocarbures insaturés à chaînes (linéaires ou ramifiées) caractérisés par la présence d'au moins une liaison double. Avec une liaison double, ils ont la formule brute CnH2n. Également appelés oléfines, ils ont un comportement semblable à celui des isoparaffines, mais ils peuvent entraîner la formation de substances solides polymères au cours de leur vieillissement.
Les cycloalcanes sont des hydrocarbures saturés cycliques dont la formule brute est CnH2n. Ces liaisons connues sous le nom de cycloparaffines ou mieux encore sous le nom de naphtènes ont une auto-inflammabilité médiocre, mais un bon comportement à froid de la visco-élasticité. La densité et la valeur de chauffage volumétrique sont moyennes.
Les aromatiques, hydrocarbures cycliques à doubles liaisons conjuguées, ont une faible auto-inflammabilité, un mauvais dégagement de fumée et un comportement à froid de la visco-élasticité médiocre. La densité et la valeur de chauffage volumétrique sont élevées.
Exigence, propriétés, valeurs caractéristiques (DIN EN 590)
Les propriétés du gazole nécessaires au fonctionnement du moteur ne peuvent être ni décrites, ni déterminées à l'aide de valeurs caractéristiques. Ces données caractéristiques, qui se basent généralement sur des méthodes de contrôle normalisées, sont certes utilisables mais pas satisfaisantes dans tous les cas pour définir les critères de qualité importants nécessaires à l'utilisation du gazole et à la combustion dans le moteur. C'est avec un nombre défini de ces valeurs caractéristiques, dont les valeurs limite sont déterminées, que l'on établit les normes préconisant les exigences minima.
L'ajout d'additifs au gazole pour améliorer la qualité est absolument nécessaire et le fabricant de carburant en porte l'entière responsabilité (voir à ce sujet la feuille 119.0 "Additifs et additifs secondaires pour carburants").
Facilité d'inflammation
La facilité d'inflammation est une des propriétés essentielles du gazole. Cette propriété ne peut cependant pas être forcément comparée à la résistance à la détonation des essences. Au point de vue technique, la facilité d'inflammation est l'opposé du pouvoir antidétonant.
L'auto-inflammabilité s'exprime en indice de cétane, mesuré suivant ISO 5165 (moteur CFR) ou DIN 51773 (moteur d'essai BASF) dans un moteur d'essai normalisé et dans des conditions de contrôle déterminées. L'indice de cétane d'un gazole indique que dans ces conditions, l'auto-inflammabilité de ce gazole correspond à l'auto-inflammabilité d'un mélange de cétane (hexadécane) et de heptaméthylnonane (DIN 51773 utilise ici 1-méthylnaphtalène). Cette méthode a fait ses preuves pour les gazoles conventionnels. "L'indice de cétane calculé" fréquemment utilisé est par contre une valeur obtenue par calcul qui dépend de facteurs physiques (par ex. de la densité, des caractéristiques d'ébullition). Sa signification est limitée.
Le retard à l'allumage, c'est-à-dire le laps de temps entre l'injection et l'auto-allumage du gazole, est une grandeur pour l'auto-inflammabilité. Une bonne facilité d'inflammation, donc un indice de cétane élevé, signifie un faible retard à l'allumage. Cela est surtout important au démarrage du moteur, en particulier au démarrage à froid. Le bruit du moteur, la régularité de marche, dépend également de la qualité d'allumage. L'indice de cétane minimum est fixé à 51 par la norme DIN EN 590. Les carburants courants de bonne qualité ont cependant un indice supérieur.
Ébullition
L'ébullition du gazole se situe entre env. 180 °C et 360 °C, les différences étant cependant considérables dans le monde entier. Le comportement du moteur diesel ne dépend cependant pas autant de l'ébullition du carburant que le moteur à essence. Si toutefois une trop grande proportion de gazole ne s'évapore qu'à partir d'une température d'env. 350 °C ou si la fin de l'ébullition est trop proche de 380 °C ou dépasse cette température, cela entraîne une grande formation de fumée. L'extension de l'ébullition vers le bas ne pose aucun problème, bien qu'elle ait cependant ses limites.
La norme européenne sur le gazole connaît trois valeurs limites, à savoir
jusqu'à 250 °C, évaporation de 65 % vol. maximum
jusqu'à 350 °C, évaporation de 85 % vol. minimum
95 % vol. à 360 °C maximum
Teneur en soufre
La teneur en soufre des gazoles dépend de la provenance du pétrole brut ainsi que des possibilités de désulfuration des raffineries et est limitée par des normes/lois.
Elle constitue l'une des applications essentielles pour le gazole et est donc traitée sur une feuille séparée 136.0 "Soufre dans les carburants Diesel". D'une manière générale, la teneur en soufre devrait être aussi faible que possible.
La réduction de la teneur en soufre dont il est ici question et qui a été réalisée au cours des dernières années non seulement dans l'espace économique européen, mais aussi dans l'espace économique nord-américain, a soulevé le problème du pouvoir lubrifiant du gazole (voir le point Pouvoir lubrifiant). Cela s'explique par le fait que le processus de désulfuration implique également la réduction des composants du carburant ayant de bonnes propriétés lubrifiantes. Le pouvoir lubrifiant du carburant peut être cependant suffisamment amélioré par l'ajout d'additifs appropriés.
Comportement à froid
À des températures extérieures très basses, une précipitation de cristaux de paraffine peut altérer la fluidité du gazole.
Les liaisons d'hydrocarbures les plus avantageuses, d'un point de vue général, pour une motorisation diesel présentent un grand inconvénient : elles ne sont pas résistantes au froid, c'est-à-dire qu'elles forment des structures cristallines dès que la température passe légèrement sous 0°. Ces cristaux de paraffine qui se collent colmatent le filtre à carburant, les conduites de carburant et le système d'injection diesel, rendant ainsi un fonctionnement impossible. Il est fréquemment possible de démarrer, mais le moteur s'étouffe par la suite. Le moteur n'en tire aucun dommage et après un réchauffement correspondant, le carburant redevient fluide.
Pour parer à ces perturbations, on trouve sur le marché, pendant les mois d'hiver, des gazoles d'hiver ayant une meilleure fluidité à froid, Pour de bonnes propriétés à froid, il faut un carburant de base de première qualité et des additifs fluidifiants ajoutés par les fabricants avec professionnalisme. Ces gazoles conviennent, dans la majorité des cas, aux températures extérieures habituelles.
Nous recommandons de n'utiliser que des gazoles hiver adaptés au climat local.
En cas de trajets dans des régions plus froides, il faudrait utiliser du gazole hiver, disponible toute l'année dans certains marchés, en passant à la pompe soit avant le trajet, soit à l'arrivée sur place. Des informations sur le gazole hiver disponible toute l'année peuvent être obtenues auprès des gérants de station-service.
Des mesures sont prises pour les véhicules Mercedes-Benz afin de faire chauffer rapidement le carburant. Si la qualité du carburant n'est pas appropriée et se combine à de très faibles températures, il est possible cependant que le filtre se bouche.
Au niveau de la technique de mesure, on essaie de déterminer le comportement à froid des gazoles entre autres avec le point de trouble (cloud point), le point d'écoulement (pour point) et la filtrabilité (point d'obturation du filtre à froid ou cold filter plugging point). Ces paramètres n'apportent cependant aucune certitude concernant la température limite à laquelle un véhicule peut encore être utilisé en toute fiabilité.
Aujourd'hui, on se réfère de façon générale à la "valeur limite de la filtrabilité" selon le "point d'obturation du filtre à froid" (EN 116) pour analyser les performances à froid. Cette méthode, appelée CFPP, permet de déterminer la température la plus basse à laquelle une quantité de carburant indiquée s'écoule ou peut être aspirée à travers un filtre défini, pendant une certaine période. Selon la norme allemande, les valeurs suivantes s'appliquent pour le CFPP :
Période, remarque | Fluidité, valeur CFPP | Remarque |
du 15 avril au 30 septembre | 0 °C | Gazole d'été |
du 1e mars au 14 avril ou du 1e octobre au 15 novembre | -10 °C | Carburant de transition |
du 16 novembre au 28 février (ou 29 février les années bissextiles) | -20 °C | Gazole d'hiver |
Le point de trouble est supérieur à la valeur CFPP et définit la température du début de la précipitation de cristaux. En principe, une utilisation du gazole par temps froid peut donc être restreinte si la valeur CFPP est dépassée, en particulier en cas de froid prolongé.
Pour toutes les VP Mercedes-Benz et tous les véhicules industriels, l'addition de pétrole ou de kérosène pour améliorer la résistance aux basses températures n'est plus autorisée en raison d'éventuels effets négatifs sur le système d'injection diesel résultant d'un pouvoir lubrifiant insuffisant. L'utilisation d'essence n'est pas autorisée pour ne pas dégrader le pouvoir lubrifiant du carburant et pour des raisons de sécurité (abaissement du point d'inflammation).
Il existe depuis longtemps des additifs fluidifiants sur le marché, vendus en tant qu'additifs (secondaires). Un ajout à posteriori n'apporte pas en général l'effet souhaité. Se ravitailler en gazole présentant une résistance aux basses températures suffisante est donc essentiel pour utiliser le véhicule l'hiver en toute fiabilité.
Pour les zones arctiques, il existe un gazole grand froid présentant une extrême résistance aux basses températures. Il se distingue du gazole des zones tempérées par ses propriétés à froid mais surtout par sa densité, sa viscosité et son comportement à l'ébullition.
Densité
En Europe, la densité du gazole doit se situer entre 820 et 845 kg/m3 à 15 °C. Jusqu'à la fin de l'année 1999, une valeur de 860 kg/m3 était autorisée comme valeur limite maximum. Dans le monde entier, il existe encore des marchés autorisant de telles valeurs élevées, parfois même ne donnant aucune indication pour la densité.
Les fournisseurs et fabricants de carburant tiennent à conserver une plage de valeurs aussi large que possible de la densité admissible.
Un intervalle spécifié le plus étroit possible est souhaitable, étant donné que le pouvoir calorifique évolue normalement avec une augmentation de la densité, même si le carburant est acheté au volume et si la pompe d'injection mesure le volume. Il est impossible, pour un réglage défini de la pompe d'injection, d'obtenir la performance nécessaire avec un carburant très léger (faible densité) et de respecter les exigences en matière d'émissions avec un carburant très lourd (forte densité).
Viscosité
La viscosité, c'est-à-dire la consistance du gazole, est responsable de l'écoulement, empêche l'usure du système d'injection diesel et influence la formation d'aérosols dans la chambre de combustion. Selon la norme EN, elle peut, mesurée à 40 °C, être comprise entre 2,0 et 4,5 mm2/s. En règle générale, cette grande plage de tolérance n'est de préférence pas exploitée.
Additifs
L'utilisation de gazoles contenant de bons additifs constitue une mesure nécessaire, et bon marché à long terme, pour garantir la longévité et la propreté des moteurs et du système d'alimentation en carburant, le maintien de bonnes teneurs en gaz polluants ainsi que pour obtenir un bon comportement de marche.
En ce qui concerne l'approvisionnement en carburants de ce genre, le client particulier est dépendant de ce que les stations-service dans lesquelles il souhaite faire le plein proposent des produits contenant des additifs ; d'après nos recherches, ceci est le cas pour les grands distributeurs et s'applique aussi dans la plupart des cas pour les stations-service "indépendantes" n'étant pas liées à des grossistes importants. Les clients grosse flotte devraient faire attention à la livraison de carburants additivés lors de négociations bilatérales.
Nous soulignons expressément que le coût légèrement plus élevé du carburant est, à notre avis, plus que compensé par les économies réalisées au niveau de l'entretien, de la maintenance et des réparations. Les réclamations typiques pouvant être évitées au moyen de carburant bien additivé sont par exemple le calaminage des buses d'injection, les dommages dus à l'usure et à la corrosion dans l'ensemble du système d'alimentation en carburant. En outre, l'environnement est moins pollué grâce aux valeurs de gaz d'échappement en permanence plus favorables.
L'ajout d'additifs dans le carburant est encore plus important lorsque l'on considère le problème du pouvoir lubrifiant des carburants pauvres en soufre (voir le point "Pouvoir lubrifiant"). Dans ces cas, l'ajout optimal d'additifs n'est pas considéré comme une option mais comme une nécessité.
Le fournisseur, en tant responsable de la qualité du carburant, devrait effectuer l'ajout d'additifs. L'utilisation d'additifs secondaires (voir à ce sujet la feuille 119.0) s'effectue aux risques et périls de l'exploitant du véhicule, car leur emploi peut déroger à la garantie légale du fournisseur du véhicule et du carburant.
Stockage et débit
Les recommandations suivantes s'adressent en premier lieu à ceux de nos clients qui possèdent leur propre station-service.
Le gazole est un support énergétique précieux. Pour que son utilisation dans un véhicule se passe sans problème et réponde aux attentes du client, il convient de respecter certaines règles techniques de base.
Il ne faut jamais alterner les carburants dans les réservoirs. Il faut donc éviter de remplir un réservoir de gazole puis d'essence en alternance. En cas de besoin, installer (au moins) deux réservoirs de carburant bien séparés pour les deux types de carburant. Le non-respect de cette règle aboutit à des effets inévitables de contamination.
Ce sont en particulier les clients qui ne s'approvisionnent pas très souvent en Diesel qui devraient consommer entièrement leurs réserves en carburant d'été et de transition avant la livraison de la qualité hiver.
Le réservoir enterré ne doit contenir ni eau, ni saleté. Ceci est particulièrement valable avant le plein du gazole d'hiver. S'il est encrassé, il faut faire nettoyer le réservoir. Les réservoirs enterrés doivent être contrôlés régulièrement !
En passant de l'approvisionnement en carburant sans additifs à celui de carburant contenant des additifs, il est préalablement nécessaire de veiller à ce que les réservoirs soient propres. Les détergents contenus dans le carburant additivé, qui servent à maintenir propres les systèmes de carburant des véhicules, peuvent également transporter des particules de saletés des réservoirs de stockage au système d'alimentation en carburant du véhicule et ainsi contribuer à un colmatage rapide des filtres.
Le non-respect de ces règles peut entraîner le colmatage prématuré du filtre à carburant et des problèmes de conduite en hiver.
Point d'inflammation/classe de danger
Lorsqu'il est mesuré conformément à ISO 2719, le point d'inflammation du gazole doit être supérieur à 55 °C. Le point d'inflammation est la température à laquelle les vapeurs du gazole peuvent s'enflammer au moyen d'une source d'ignition. Cela est certes sans importance pour la combustion du moteur, mais essentiel pour une manipulation du gazole en toute sécurité. Grâce à la détermination de cette valeur, des conditions de transport assouplies s'appliquent pour le gazole.
Quelques faibles mélanges d'essence suffisent déjà à faire sensiblement baisser le point d'éclair du gazole. Alors que le point d'éclair du gazole est supérieur à celui de l'essence, la température d'auto-allumage du gazole est plus basse que celle de l'essence.
Pureté
Le gazole doit être exempt d'acides organiques et de corps étrangers solides et être clair à température ambiante.
Pour éviter toute corrosion, la teneur en eau ne doit pas être supérieure à 200 mg/kg. Pour éviter la présence de liaisons métallo-organiques favorisant l'usure dans le gazole, la teneur admissible en cendres a été fixée à 0,01 % poids maxi.
Les composants du gazole présentant une tendance au calaminage peuvent provoquer des problèmes considérables dans le moteur tels que le calaminage des injecteurs, par exemple, ou des dépôts importants dans la chambre de combustion. C'est la raison pour laquelle les résidus de coke sont limités à 10 % des résidus de distillation.
Pouvoir lubrifiant
La réduction de la teneur en soufre qui a été réalisée au cours des dernières années en vue de protéger l'environnement a soulevé le problème du pouvoir lubrifiant du gazole, car les agents naturels d'amélioration de la lubrification du gazole sont retirés lors de l'hydrogénation nécessaire du distillat moyen.
Après la réduction de la teneur en soufre dans le gazole, il a été impératif d'ajouter des additifs améliorant la lubrification afin d'éviter l'usure de l'équipement d'injection qui se produisait par le passé. Il n'est maintenant plus nécessaire d'ajouter ces additifs améliorant la lubrification dans les gazoles contenant de l'ester méthylique d'acides gras ("FAME"), car le FAME améliore lui-même le pouvoir lubrifiant du gazole.
Dans la norme EN 590, le pouvoir lubrifiant est réglé par les exigences posées par le test "HFRR" ("High Frequency Reciprocating Rig Test"), dans lequel une bille sous charge sur une plaque est soumise à des oscillations provoquées, le gazole à contrôler servant alors de moyen de lubrification. Ce test est décrit dans la méthode de contrôle ISO 12156-1. La valeur limite maximale admissible du pouvoir lubrifiant lors du test HFRR a été déterminée à 460 µm à une température de 60 °C pour l'Europe.
Bien que la méthode soit acceptée dans une large mesure dans la branche, la précision et le degré de pertinence (autrement dit le rapport avec la pratique) du test font encore l'objet de critiques.
Teneur en FAME
La norme EN 590 autorise expressément, depuis l'édition 2009, l'ajout de 7 % vol. maximum d'ester méthylique d'acides gras ("FAME"). Cela ne doit avoir aucune influence négative sur la qualité du gazole, c'est-à-dire que les exigences posées par la norme EN 590 doivent, comme toujours, être respectées. Il convient de retenir notamment qu'en Europe, seule une qualité FAME est autorisée pour effectuer le mélange, cette qualité devant répondre aux prescriptions de la norme EN 14214 concernant FAME. Pour de plus amples informations à ce sujet, voir la feuille 135.0 "Ester méthylique d'acides gras (FAME) comme gazole".
Micro-organismes dans le gazole
En cas de teneur élevée en eau avec formation d'une propre phase d'eau dans le réservoir de carburant, une prolifération microbiologique est possible (contamination microbiologique du gazole). De longues durées d'immobilisation favorisent une pollution microbiologique. En plus des sécrétions corrosives des micro-organismes, des boues biologiques se forment et peuvent colmater le système d'alimentation en carburant.
Les symptômes suivants indiquent la présence de micro-organismes dans le réservoir d'un véhicule ou enterré :
Remplacement fréquent du filtre à carburant nécessaire à la suite de pertes de performances, de la présence de substances gélatineuses dans le filtre
Apparition renforcée de corrosion à l'intérieur du réservoir
Divers
Presque toutes les propriétés ou caractéristiques précédemment indiquées dépendent les unes des autres. Ceci est particulièrement valable pour la densité, l'ébullition, la viscosité, le point d'éclair, le comportement à froid et la facilité d'inflammation. Lorsqu'une propriété est modifiée, les autres varient également par la force des choses.