Dans le cadre du perfectionnement des moteurs à combustion interne visant à répondre à des normes d'émissions et d'efficacité toujours plus strictes, les systèmes de commande Belt-in-Oil (BIO), également appelés courroies humides, gagnent en importance, en particulier dans les moteurs turbocompressés de petite taille et les groupes motopropulseurs hybrides. Ces systèmes offrent plusieurs avantages par rapport aux configurations à courroies sèches, notamment une réduction du frottement, du bruit et des vibrations (NVH) et une meilleure gestion thermique, ce qui rend les systèmes BIO particulièrement attractifs pour les équipementiers qui recherchent performances, durabilité et rendement énergétique.
Les systèmes BIO sont déjà utilisés dans plusieurs moteurs, notamment dans certaines versions du 1,0 L EcoBoost de Ford, du 1,2 L PureTech de Stellantis et de la famille de moteurs EA211 de Volkswagen. Cependant, l'intégration de la courroie dentée dans le circuit d'huile du moteur pose de nouveaux défis, notamment en termes de formulation du lubrifiant et de compatibilité des matériaux. Dans ces systèmes, le lubrifiant est essentiel pour garantir la durabilité de la courroie, réduire l'usure et assurer la propreté de l'huile.
Le rôle et les exigences des lubrifiants dans les systèmes Belt-in-Oil
Dans les systèmes de commande Belt-in-Oil (BIO), le lubrifiant n'est pas seulement un fluide auxiliaire, mais un composant essentiel qui influe directement sur l'efficacité, la durabilité et la fiabilité du système. Il forme un film d'huile continu entre la courroie et les poulies, réduisant ainsi le frottement, l'usure et les pertes d'énergie. En même temps, il dissipe la chaleur, évacue les contraintes thermiques et protège la courroie dentée contre l'oxydation, l'usure et les contraintes mécaniques.
L'immersion dans l'huile protège également la courroie de l'air et des impuretés, ce qui prolonge sa durée de vie et réduit le risque de fissures ou de délamination. Par rapport aux systèmes à courroies sèches, les configurations BIO offrent un fonctionnement plus silencieux, des intervalles de maintenance plus longs et une fiabilité accrue – souvent supérieure à 150'000 km avec un entretien correct et des lubrifiants de haute qualité.
Pour remplir efficacement ces fonctions, le lubrifiant doit répondre à des exigences spécifiques :
- Compatibilité avec les matériaux de la courroie afin d'éviter tout gonflement, ramollissement, durcissement ou détérioration.
- Stabilité au cisaillement pour maintenir la viscosité et la résistance du film sous contrainte mécanique.
- Stabilité thermique et oxydative pour résister à des températures moteur élevées.
- Le contrôle de la mousse par des additifs assure une lubrification stable en cas de ventilation induite par la courroie.
Ces conditions exigeantes nécessitent des lubrifiants spécialement adaptés pour répondre aux exigences mécaniques et chimiques des systèmes BIO.
Formulation, défis et qualification des lubrifiants pour courroies à bain d'huile
La formulation des lubrifiants pour les systèmes « Belt-in-Oil » doit trouver un équilibre entre stabilité thermique, compatibilité des matériaux et propreté. Pour répondre à ces exigences, les développeurs ont généralement recours à des huiles de base synthétiques telles que les polyalphaoléfines (PAO), qui sont souvent utilisées en raison de leur excellente stabilité thermique et oxydative.
Le pack d'additifs est tout aussi important. Il doit protéger à la fois les composants métalliques et élastomères, tout en contrôlant la mousse et en empêchant les dépôts. Parmi les additifs les plus importants, on trouve les agents antimousse qui empêchent la formation de mousse due au mouvement de la courroie, les additifs anti-usure qui protègent les surfaces métalliques et les agents dispersants qui empêchent les dépôts sur les courroies.
La formulation est toutefois un exercice d'équilibre délicat. Les additifs qui améliorent une propriété peuvent en altérer une autre. Par exemple, les agents nettoyants contribuent à maintenir le moteur propre, mais peuvent endommager les revêtements des courroies, les modificateurs de frottement améliorent l'efficacité, mais peuvent nuire à la traction de la courroie, et les agents anti-usure tels que le ZDDP protègent les métaux, mais peuvent endommager les élastomères et nuire aux systèmes de post-traitement.
Afin de garantir leurs performances et leur durabilité, les lubrifiants BIO doivent passer des tests de qualification rigoureux spécifiques aux équipementiers, qui vont au-delà des classifications API ou ACEA standard. Ces tests évaluent la compatibilité des matériaux des courroies, le comportement au frottement pour éviter le glissement, la protection contre l'usure des courroies et des engrenages, ainsi que le contrôle de la formation de mousse dans des conditions dynamiques. Les huiles présélectionnées sont soumises à des tests moteurs approfondis, suivis d'une analyse des indicateurs clés tels que la stabilité de la viscosité, l'indice d’acidité totale (TAN), l'indice de basicité totale (TBN) et l'oxydation afin de confirmer leurs performances à long terme.
Seuls les lubrifiants qui maintiennent leurs performances au regard de ces paramètres sont homologués pour une utilisation dans les systèmes BIO. Des problèmes pratiques, tels que l'usure prématurée des courroies et la contamination de l'huile, ont incité les équipementiers à revoir les spécifications des huiles, à améliorer les matériaux des courroies et à adapter les intervalles de maintenance. Ces expériences montrent l'importance d'une formulation précise, de tests rigoureux et d'une collaboration étroite avec les équipementiers pour garantir le succès à long terme des moteurs équipés de systèmes BIO.