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Principes fondamentaux du diesel

Tout d'abord, un moteur diesel fonctionne selon le principe de "l'allumage par compression". Un moteur à allumage par compression commence le cycle de combustion sans avoir besoin d'un système d'allumage externe. Ce qui rend un moteur diesel attrayant pour les clients potentiels, c'est qu'il est beaucoup plus efficace qu'un moteur à essence. Cela est dû à plusieurs facteurs:

• Les moteurs diesel fonctionnent à un taux de compression beaucoup plus élevé
• La densité énergétique du carburant diesel est beaucoup plus élevée qu'une quantité équivalente d'essence
• Dans l'ensemble, les moteurs diesel sont plus efficaces thermiquement que les moteurs à essence
• Les moteurs diesel sont très maigres (avec excès d'air)
• Les moteurs diesel fonctionnent avec la manette des gaz en position ouverte, ce qui réduit les pertes par pompage

Afin d'allumer le carburant sans étincelle, le taux de compression doit être relativement élevé. Le taux de compression sur la plupart des moteurs à essence varie de 8: 1 jusqu'à 12: 1. D'autre part, les rapports de compression sur les moteurs diesel vont de 16: 1 jusqu'à environ 22: 1 pour la plupart des moteurs de voitures particulières.

Un avantage direct d'un taux de compression plus élevé est l'efficacité thermique accrue. Par rapport à un moteur à essence de cylindrée comparable, les moteurs diesel modernes génèrent plus de pression dans les cylindres pendant la phase de compression. La valeur moyenne de «pression moyenne du cylindre» d'un moteur diesel turbocompressé est de 8 à 22 bars, alors qu'un moteur à essence turbo comparable ne fait que 11 à 15 bars environ.

Une valeur de pression moyenne plus élevée en combinaison avec la densité d'énergie plus élevée du carburant diesel se traduit par plus de pression pendant la combustion. Cette pression de combustion plus élevée est responsable d'un couple de sortie beaucoup plus élevé. Ce couple supplémentaire est disponible à un régime relativement bas par rapport à un moteur à essence.

Le contrôle de la charge d'un moteur diesel n'est pas effectué en régulant la quantité d'air comme sur un moteur à essence. Au contraire, le moteur diesel est "étranglé" par la quantité de carburant injectée. Ce type de contrôle de charge signifie que le papillon des gaz est la plupart du temps ouvert pendant toutes les phases du moteur.

Comme la manette des gaz est toujours ouverte, il y a toujours assez d'oxygène disponible pour brûler tout le carburant injecté. Ceci permet alors au moteur de fonctionner dans un état très pauvre qui contribue également à une efficacité accrue du moteur diesel.

En comparaison, les moteurs à essence doivent fonctionner à une valeur lambda aussi proche de 1 que possible. Un moteur diesel peut fonctionner à un niveau de lambda de 1 à 2 en charge et jusqu'à 10 au ralenti ou dans des conditions de faible charge.

Un avantage supplémentaire d'avoir la manette des gaz ouverte pendant la plupart des phases de fonctionnement du moteur est la réduction des pertes de pompage. Cela a le même effet bénéfique que Valvetronic sur un moteur à essence.

En résumé, les premières conceptions de moteurs diesel étaient déjà beaucoup plus efficaces que la technologie actuelle des moteurs à essence. Cependant, des développements assez récents dans la technologie des moteurs et de l'injection de carburant ont contribué à des avancées majeures dans le succès du moteur diesel.

En particulier, les moteurs BMW «Performance Diesel» modernes apportent un surcroît d'économie et de performance. Le moteur diesel déjà éprouvé a été amélioré et optimisé pour répondre à la promesse de la marque «The Ultimate Driving Machine».

Comparaison de moteur diesel à moteur à essence

Pour que le moteur diesel démarre son cycle de combustion, le carburant doit être allumé par la chaleur de compression. Le combustible utilisé doit pouvoir s'enflammer spontanément (sans l'aide d'une étincelle provenant d'une source d'allumage externe). Ainsi, le carburant requis pour un moteur diesel doit avoir des propriétés spéciales pour être compatible avec le bon fonctionnement du moteur. La meilleure façon d'illustrer cela est de comparer les deux moteurs et le carburant utilisé.

Ce qui suit est une comparaison d'un moteur à essence par rapport à un moteur diesel:

Comparaison du cycle de combustion

Tout comme un moteur à essence, le moteur diesel utilise le cycle 4 temps. La séquence familière de; Intake> Compression> La puissance et l'échappement sont sensiblement les mêmes sur un moteur diesel. La différence est principalement dans la façon dont le carburant est allumé et quand le carburant est introduit dans la chambre de combustion.

L'autre domaine dans lequel les moteurs diesel diffèrent est le taux de compression. Le moteur à essence typique a des taux de compression compris entre 8: 1 et environ 12: 1. D'autre part, les moteurs diesel ont un taux de compression typique entre 16: 1 et 22: 1. Le taux de compression plus élevé est nécessaire pour comprimer suffisamment la charge d'air et augmenter la température jusqu'au point d'allumage.
Les illustrations ci-dessous montrent la séquence du cycle de combustion sur un moteur à essence conventionnel avec "injection de collecteur".

Cycle de combustion du diesel

Dans l'exemple ci-dessus, le cycle de combustion du moteur à essence a été discuté. En revanche, la séquence ci-dessous décrit le cycle de combustion du moteur diesel. Cela aidera à la compréhension de la comparaison du moteur diesel / essence.

Propriétés du carburant diesel

Avant de parler d'injection de carburant diesel ou de systèmes de carburant, il est nécessaire d'expliquer les propriétés du carburant diesel et comment il diffère de l'essence. Bien que les deux combustibles soient distillés à partir du pétrole brut, ils ont chacun leurs propres utilisations et applications et ne devraient jamais être échangés.

Gas-oil

Comme pour l'essence, le carburant diesel est un sous-produit de la distillation du pétrole brut. Le carburant diesel est un hydrocarbure ayant des propriétés chimiques différentes de l'essence. Le carburant diesel fait partie des «distillats moyens» dérivés du pétrole brut. Cela signifie que le carburant diesel est "plus lourd" que l'essence mais "plus léger" que l'huile utilisée pour la lubrification (c'est-à-dire l'huile de moteur). Les moteurs diesel présentent de nombreux avantages, en raison des propriétés du carburant utilisé. Certains de ces avantages comprennent:

• Efficacité thermique - Le carburant diesel produit plus de puissance que l'essence. En d'autres termes, le carburant diesel a une teneur énergétique plus élevée.

Un gallon d'essence contient environ 125 000 BTU d'énergie thermique. En comparaison, un gallon de carburant diesel contient environ 147 000 BTU. Cet avantage dans l'efficacité thermique, ajoute à l'économie de carburant accrue.

• Durabilité accrue - Grâce aux propriétés lubrifiantes du carburant diesel, la durée de vie des segments est considérablement augmentée. L'essence a une plus grande qualité de détergent qui tend à réduire la durée de vie des segments. Il n'est pas rare que les véhicules de tourisme légers à moteur diesel aient un moteur de plus de 200 000 milles.

• Émissions améliorées - Le carburant diesel contient plus d'atomes de carbone par gallon et émettra donc plus de CO2 par gallon. Cependant, l'efficacité accrue d'un moteur diesel permet une réduction globale du CO 2 (par mile). En comparaison, les moteurs diesel sont plus maigres (avec un excès d'air), et produisent des niveaux plus faibles de HC, CO et CO2. La plus faible volatilité du carburant diesel permet de réduire les émissions par évaporation dans l'ensemble. La seule zone où les moteurs diesel n'excellent pas sont les NOX et les particules (PM). Mais, la nouvelle technologie permet aux moteurs diesel de se conformer aux normes d'émission en vigueur.

Types de carburant diesel

Le terme «carburant diesel» est un terme générique, il désigne tout carburant pour un moteur à allumage par compression. Comme mentionné précédemment, le carburant diesel est dérivé des «distillats moyens» du pétrole brut. Il existe d'autres produits similaires dans cette gamme, comme le kérosène, le carburéacteur et le mazout domestique, pour n'en nommer que quelques-uns. Cependant, chacun de ces produits est conçu pour une application spécifique. En théorie, ces produits supplémentaires peuvent fonctionner dans une application diesel, mais ce n'est pas recommandé. Le carburant diesel a des propriétés spécifiques qui sont conçues pour offrir la meilleure fiabilité, la meilleure économie de carburant et la plus grande compatibilité avec les composants du moteur et du système de carburant.

En ce qui concerne les voitures particulières, il existe deux principaux types de carburant diesel. Ce sont la catégorie 1 et la catégorie 2. Habituellement appelé carburant diesel n ° 1 et carburant diesel n ° 2. Généralement, la catégorie 2 est utilisée pour les voitures particulières et est la plus largement disponible.

La différence entre le carburant diesel n ° 1 et n ° 2 est traitée ci-dessous:

• Le diesel n ° 1 a environ 95% de la teneur en BTU en tant que diesel n ° 2.

• Le diesel n ° 1 a une viscosité plus faible et fournit moins de lubrification aux composants du système de carburant tels que la pompe à carburant et les injecteurs.

• Le diesel n ° 1 a un point d'épilation plus bas que le n ° 2 et offrira une température ambiante plus basse.

• Le diesel n ° 1 a généralement un indice de cétane légèrement inférieur au n ° 2, mais il est supérieur à la note minimale de 40.

Carburant d'hiver

Les compagnies pétrolières offrent généralement des carburants «d'hiver» et «d'été» sur une base saisonnière. Le carburant d'hiver est créé en mélangeant une quantité spécifique de carburant diesel n ° 1 à une quantité de carburant diesel n ° 2. Cela abaisse le point de congélation (épilation à la cire) pour empêcher le colmatage des filtres à carburant ou le carburant ne cause aucun problème de démarrage par temps froid.

Dans l'industrie du camionnage lourd, il y a eu d'autres méthodes pour «hivériser» le carburant diesel. Certaines de ces méthodes comprennent l'ajout de kérosène ou d'autres carburants pour améliorer la capacité de démarrage par temps froid. Cependant, ceci n'est pas recommandé pour les voitures particulières et peut, en fait, endommager le moteur ou le circuit d'alimentation. Par conséquent, la seule méthode recommandée consiste à acheter du carburant diesel auprès d'un détaillant réputé.

Cote de cétane

Lors de l'évaluation de l'essence, le terme «octane» a été utilisé pour désigner la qualité antidétonante d'un carburant. L'indice d'octane se réfère à la résistance à l'inflammation prématurée sous pression. Lorsque l'indice d'octane est plus élevé, le carburant est plus résistant au pré-allumage et donc au cognement du moteur. Par conséquent, un indice d'octane plus élevé est plus souhaitable. Par exemple, les indices d'octane actuels varient de 87 à 93 pour les voitures particulières disponibles dans le commerce.

Dans les applications Diesel, le terme «cétane» est utilisé pour évaluer la qualité du carburant.

Cependant, les objectifs de qualité du carburant souhaités sont différents pour le diesel.

L'indice de cétane du carburant diesel se rapporte plutôt à la «facilité d'allumage». Après tout, un moteur diesel est un moteur à «allumage par compression» et, par conséquent, il est plus important que le carburant diesel brûle facilement sous pression. Les cotes de cétane sont comprises entre 0 et 100. 100 est un indicateur de cétane pur (n-hexadécane), ou le plus com- bustible. La plupart des carburants diesel disponibles dans le commerce ont un indice de cétane d'environ 45. Une cote de 40 est généralement considérée comme la note minimale absolue pour les véhicules de tourisme d'aujourd'hui. Les véhicules BMW les plus récents auront besoin d'un indice de cétane de 51. Vérifiez toujours le manuel du propriétaire pour voir les exigences de carburant minimum et le nombre de cétane recommandé. Un indice de cétane plus élevé contribue également à un meilleur démarrage, surtout par temps froid. Lorsque cela est possible, il est toujours préférable d'utiliser du carburant avec un indice de cétane plus élevé. De plus, un indice de cétane plus élevé équivaut à une réduction des émissions de NO X et des matières particulaires.

Propriétés de temps froid

Comme pour tous les carburants distillés à partir de pétrole brut, il existe une présence de paraffine. Cette cire

le contenu dépend du type de carburant. Puisque le carburant diesel est un «distillat moyen» de pétrole brut, il y a plus de composés de paraffine présents. Ces composés cireux s'écoulent bien à des températures ambiantes normales. Cependant, dans les températures de fonctionnement à froid, ces composés commencent à se solidifier et peuvent limiter le débit de carburant, ce qui entraîne un démarrage difficile.
Point de trouble
Le point de trouble est la température à laquelle le carburant commencera à se solidifier. Les composés de paraffine commencent à cristalliser et le carburant devient trouble. La capacité du carburant à circuler est entravée, mais est toujours capable de se déplacer dans le système. Le point de trouble du carburant diesel n ° 2 est d'environ 20 degrés Fahrenheit (-7 degrés C).

Point d'écoulement

Le point d'écoulement est la température à laquelle le carburant ne circulera plus.
Il est généralement de 6 à 10 degrés Fahrenheit en dessous du point de trouble.

Point de bouchage du filtre à froid (CFPP)

Le carburant diesel est un hydrocarbure qui contient des cires de paraffine. À des températures chaudes, ces cires circuleront facilement dans le circuit d'alimentation. Cependant, à basse température ambiante, ces cires auront tendance à se solidifier. Cette situation fait que le carburant commence à se solidifier. En raison de la teneur en paraffine dans les distillats moyens comme le carburant diesel, il est possible, à basse température, que le carburant se solidifie. Le CFPP est d'environ -4 degrés F (-20 degrés C).

Mesures du climat froid

La plupart, sinon la totalité, des véhicules modernes équipés de moteurs diesel utilisent des mesures pour chauffer le carburant et réduire la possibilité de formation de cire et de gel. Les mesures comprennent un filtre à carburant chauffé et des bougies de préchauffage. Ces systèmes seront discutés dans les modules de formation ultérieurs.

Additifs de carburant diesel

Lorsque le carburant diesel est raffiné, de nombreux additifs sont utilisés pour améliorer les qualités du carburant. Ces additifs peuvent être introduits au niveau de la raffinerie ou au niveau de la distribution. Un tel additif est un agent "anti-mousse" qui aide lors du ravitaillement du véhicule en réduisant l'accumulation de mousse lorsque le carburant est aéré.

Des détergents sont ajoutés pour permettre au carburant diesel d'aider au nettoyage des composants du moteur et du système d'alimentation en carburant. Ces détergents compor- tent la possibilité d'une accumulation de sédiments ou de "gomme" qui peut être préjudiciable au système d'alimentation en carburant. Les systèmes modernes d'injection de carburant diesel haute pression sont sensibles à toute accumulation de saleté ou de vernis. La Californie exige l'utilisation de carburant diesel peu aromatique. Des additifs sont utilisés dans ce cas pour abaisser la qualité aromatique du carburant. À l'avenir, d'autres États pourraient exiger l'utilisation de carburant diesel «à faible teneur en composés aromatiques».

Certains additifs supplémentaires comprennent:

• Améliorants du nombre de cétane
• Fumigènes
• Additifs de fonctionnement à basse température
• Biocides (pour empêcher la croissance des microbes dans le carburant)
• Inhibiteurs de corrosion
• Colorants (pour l'identification)
• Additifs de lubrification

Les colorants

Les colorants sont ajoutés au carburant diesel pour l'identification. Il y a deux raisons principales pour lesquelles le carburant doit être identifié. L'IRS exige que le carburant diesel soit identifié à des fins fiscales et l'EPA exige que le carburant soit identifié pour la qualité du carburant (c'est-à-dire la teneur en soufre).

Pour se conformer au code des impôts, le carburant est généralement teint en rouge pour un usage agricole. Le carburant utilisé pour l'équipement agricole n'est pas aussi lourdement taxé que celui qui est utilisé pour les «véhicules routiers. L'utilisation de «red-diesel» dans une voiture ou un camion est une violation du code des impôts et ne doit donc pas être utilisée.

Le carburant dit "diesel rouge" est également teint pour montrer une preuve visible de carburant "à haute teneur en soufre".

À partir de 2007, le carburant diesel utilisé dans les nouvelles voitures est supposé être «ULSD» ou Ultra-low Sulphur Diesel. L'EPA exige qu'une quantité spécifique de colorant rouge soit utilisée dans tout carburant qui n'est pas de la variété ULSD.

La teneur en soufre de ce carburant a été considérablement réduite pour aider les véhicules modernes à répondre aux exigences d'émission. Par conséquent, le «diesel rouge» ne devrait pas être utilisé dans un véhicule «sur route».

Microbes

Lorsque le carburant est raffiné, les températures élevées atteintes au cours de ce processus «stérilisent» le carburant. Cependant, après que le carburant a refroidi, il est possible que les microorganismes se développent.

Ceci est possible car il y a généralement de l'eau présente dans le carburant diesel qui provient de la condensation et pendant les phases de transfert / distribution.

Les microbes se nourrissent de l'interface entre l'eau et le carburant. Ces colonies peuvent prospérer en l'absence de lumière. Certains microbes sont également anaérobies, ce qui signifie qu'ils peuvent survivre en l'absence d'oxygène.

Ces microbes peuvent se multiplier en colonies qui peuvent devenir suffisamment grandes pour obstruer les composants du système d'alimentation. La meilleure façon de combattre ces organismes est de garder le carburant aussi propre que possible et de réduire ou d'éliminer la présence d'eau.

Les distributeurs de carburant diesel utilisent des biocides pour attaquer les microbes et réduire leur nombre.

Contient du soufre

Le soufre est un élément naturel présent dans le pétrole brut. Grâce au procédé de raffinage, divers composés soufrés se trouvent et sont présents dans le produit final. Jusqu'en 1985, peu d'attention a été accordée à la teneur en soufre du carburant diesel.

La présence de soufre dans le carburant diesel contribue aux émissions indésirables de particules de suie et de particules présentes dans les gaz d'échappement des moteurs diesel. Ainsi, à partir de 1985, l'EPA et le CARB ont commencé à réglementer la teneur en soufre du carburant diesel. Cela a conduit à l'utilisation de carburant diesel à faible teneur en soufre.

Jusqu'en 2007, les règlements sur les carburants diesel exigeaient l'utilisation du «diesel à faible teneur en soufre» ou du LSD. La teneur en soufre du LSD est de 500 parties par million. Le carburant LSD était compatible avec la technologie diesel à ce moment-là, mais il y avait encore d'importantes émissions de particules (PM).

Pour l'année modèle 2007, l'EPA a imposé l'utilisation de carburant diesel à très faible teneur en soufre ou ULSD. Ce nouveau carburant représente une diminution de 97% de la teneur en soufre. La teneur maximale en soufre dans le DTFTS est de 15 ppm. À titre de comparaison, cela équivaut à environ 1 once de soufre pour un camion-citerne entier de carburant diesel.

L'une des raisons pour lesquelles le carburant ULSD est nécessaire est d'être compatible avec la dernière génération de véhicules «diesel propre». Ces véhicules comprennent un filtre à particules diesel (DPF) qui est utilisé dans le système d'échappement pour piéger et réduire les émissions de particules. L'utilisation du DTFTS contribue grandement à la réduction de l'émission de particules.

L'utilisation de carburant LSD dans un véhicule nécessitant un DTFTS peut endommager le filtre à particules et entraîner des niveaux d'émission non désirés et des dommages inutiles. Ainsi, seul le carburant ULSD devrait être utilisé en particulier sur les véhicules équipés d'un DPF.

Lors du ravitaillement en carburant d'un véhicule nécessitant un DTFTS, assurez-vous de vérifier l'étiquette située sur la pompe. Cette étiquette devrait être dans un endroit visible. Ci-dessus, est un exemple de l'étiquette correcte pour le carburant ULSD sur la gauche. Le droit est un exemple de carburant LSD (avant 2007). En décembre 2010, toutes les stations-service doivent se conformer aux exigences du DTFTS. À partir du 12/10, le carburant LSD ne sera plus disponible pour l'utilisation sur autoroute.

Les véhicules qui requièrent du LSD pourront fonctionner sur ULSD sans aucune modification. Le carburant ULSD répond à toutes les exigences de lubrification pour les véhicules fabriqués avant 2007.
Lubricité

L'une des qualités du carburant diesel est qu'il fournit la lubrification nécessaire pour les composants du moteur et du système de carburant. Par nature, le carburant diesel est très gras et est plus visqueux (plus épais) que l'essence. C'est pourquoi le carburant diesel est parfois appelé le mazout.

Certains composants tels que les injecteurs et la pompe haute pression ne fonctionneront pas correctement sans lubrification. La présence de composés de soufre et de soufre contribue aux qualités globales de lubrification du carburant.

la lubricité du carburant. Ainsi, les véhicules plus anciens pourront utiliser le DTFTS sans aucune modification ou préoccupation.

Grades

Le carburant ULSD sera disponible pour les qualités Diesel # 1 et Diesel # 2.

Utilisation hors route

Actuellement, le DTFS n'est pas requis pour l'utilisation hors route. Cela comprend l'équipement agricole, l'utilisation de locomotives et de bateaux. Le DTLSD ne sera pas requis pour ces applications avant 2010. Jusqu'à cette date, le carburant LSD contenant 500 ppm de soufre sera disponible (voir l'étiquette ci-dessous).

Point d'éclair et auto-allumage

Le point d'éclair d'un carburant représente la température la plus basse à laquelle il pourra être allumé. L'essence et le carburant diesel ont des propriétés différentes, et donc des points d'éclair différents.

Un moteur à essence ou un moteur à «allumage par étincelle» a besoin d'un carburant qui peut être allumé par une étincelle, mais qui ne «s'auto-enflamme» pas sous la chaleur de la compression. Essence dont le point d'éclair est inférieur au fait que le carburant diesel peut être allumé plus facilement avec une source d'inflammation extérieure, c'est-à-dire une étincelle ou une flamme nue. Le point d'éclair de l'essence est à environ -43 degrés Celsius (-45 F), ce qui fonctionne bien dans un moteur à essence, mais pas dans un moteur diesel. Un point d'éclair bas rend également l'essence plus dangereuse à manipuler.

L'essence, cependant, a une température d'auto-inflammation plus élevée qui aide le carburant à résister à l'auto-inflammation dans un moteur à essence. La température d'auto-inflammation de l'essence est d'environ 256 degrés C ou 475 degrés Fahrenheit.

Le carburant diesel a un point d'éclair beaucoup plus élevé d'environ 52 degrés C ou plus. Ce point d'éclair varie entre les types de carburant, à savoir le diesel n ° 1 ou n ° 2. En revanche, la température d'auto-inflammation du carburant diesel est de 210 degrés C ou 410 degrés Fahrenheit. Cette qualité particulière de carburant diesel est compatible avec un moteur "à allumage par compression".

Mélange de carburant

Parmi les autres caractéristiques des carburants automobiles, le point d'éclair et la température d'auto-inflammation sont peut-être les principales raisons pour lesquelles ces carburants ne devraient jamais être mélangés. Mélanger de l'essence dans du carburant diesel abaissera le point d'éclair rendant le carburant dangereux à manipuler. De plus, le point d'éclair et la température d'auto-inflammation de l'essence nuiraient au fonctionnement d'un moteur diesel, même en cas de dommage au moteur.

En ce qui concerne un moteur diesel, il est également important de savoir que l'essence a peu de propriétés de lubrification suffisantes pour les composants du système de carburant diesel. Ceci est particulièrement préoccupant pour la pompe à carburant haute pression qui peut être endommagée lorsque de l'essence est introduite dans le système de carburant.

L'inverse est également vrai lors de l'alimentation incorrecte d'un véhicule à essence avec du carburant diesel. Des dommages irréparables au moteur peuvent entraîner des milliers de dollars.

Diesel

En plus du carburant utilisé pour faire fonctionner un moteur diesel, il y a également des considérations qui doivent être prises en compte concernant l'huile de graissage dans un moteur diesel. Comme la température de la chambre de combustion d'un moteur diesel est supérieure à celle d'un moteur à essence, la température de l'huile est également plus élevée. Ainsi, les huiles moteur utilisées dans les moteurs diesel doivent pouvoir supporter la demande de température plus élevée. En plus de la demande de service déjà élevée sur l'huile de moteur diesel, les moteurs diesel BMW sont turbocompressés, ce qui augmente encore les exigences de l'huile moteur.

Aux Etats-Unis, les huiles lubrifiantes sont évaluées par l'intermédiaire de l'American Petroleum Institute (API). Les moteurs, qu'ils soient à essence ou à diesel, ont chacun leur propre classification en ce qui concerne les huiles lubrifiantes.

L'huile de graissage utilisée dans les moteurs diesel actuels doit être conforme à la réglementation concernant la teneur en soufre.
Pour l'huile à moteur correcte pour les moteurs diesel, toujours se référer au manuel d'utilisation approprié ou au "Manuel des spécifications des fluides d'exploitation".