L'huile moteur, généralement utilisée pour la lubrification des moteurs à combustion interne, est une huile minérale, semi-synthétique ou synthétique, très majoritairement dérivée du pétrole et enrichie en additifs techniques. Elle lubrifie, améliore l'étanchéité et contribue à évacuer la chaleur de friction et de combustion (projection sous les calottes de pistons pour les moteurs ) de façon que les pièces du moteur restent dans les tolérances de fonctionnement (dimensionnelles et de résistance mécanique). Dans certains cas, elle nettoie et inhibe la corrosion. Pour les moteurs , une fois la température de fonctionnement atteinte, la quantité d'huile contenue dans le carter parcourt l'intégralité du moteur plusieurs fois par minute. Sa fluidité est un critère important pour le fonctionnement correct des pompes que ce soit dans des moteurs ou .
Les frottements produisent inévitablement des particules de métal. Ces particules agissent comme un abrasif.
Dans un moteur , les plus grossières sont arrêtées par le filtre à huile, les autres se déposent dans le carter à huile sous forme de boues.
Dans un moteur , l'huile venant de contribuer à la lubrification est brûlée lors du moment moteur et évacuée avec les gaz brûlés lors du moment échappement.
L'huile crée un film lubrifiant entre les surfaces en mouvement, minimisant le contact et donc l'abrasion qui est le principal facteur d'usure. Elle limite aussi la chauffe et évite au dioxygène encore présent dans le mélange gazeux d'oxyder et corroder le métal (les métaux sont plus malléables et moins résistants à l'abrasion à haute température).
L'étude des lubrifiants, de l'usure et du frottement relève de la tribologie.
vignette|upright|Un bidon d'huile moteur
Les cinq groupes d'huiles Les huiles sont classées en cinq « groupes API ».. Les huiles appartenant aux , II et III proviennent du raffinage du pétrole (origine minérale). Contrairement à leur détergence, leur pouvoir mouillant et leur onctuosité en regard des métaux va le plus souvent décroissant avec le groupe.
Dans la plus grande majorité des cas, dans le commerce, un lubrifiant moteur qualifié de « minéral » est essentiellement à base d'huile du . Une huile semi-synthétique est composée d'huiles provenant des pour 80 % et du pour le reste. Un lubrifiant moteur qualifié de « synthétique » est un mélange composé en majorité d'huile du , agrémenté d'huiles de base provenant des à V dans différentes proportions.
Groupe I Ces huiles d'indice de viscosité de 80 à 120 sont les moins chères du marché. Elles sont raffinées à l'aide de solvants, à partir du pétrole brut. On dit que ces huiles sont « hydrotraitées ». Ce procédé inventé dans les années 1950 consiste en un ajout d'hydrogène à l'huile de base sous température élevée. Ce procédé enlève une partie des molécules azotées et soufrées mais n'est pas assez puissant pour enlever les molécules aromatiques.
Groupe II Les huiles de ce groupe présentent elles aussi un indice de viscosité , mais sont plus claires d'aspect que celles du , ainsi que plus résistantes à l'oxydation. Elles sont raffinées à partir du pétrole brut par hydrocraquage, un processus plus complexe que l'hydrotraitement du , proposé au grand public dès 1969. La majorité des huiles qualifiées de « minérales » proviennent de ce groupe. Les huiles qualifiées de « synthétiques » contiennent souvent une petite proportion d'huile du . L'hydrocraquage consiste en un ajout d'hydrogène à des températures et pressions plus élevées que l'hydrotraitement. Les molécules d'huile sont revues par le procédé, et souvent cassées en molécules plus petites. La plus grande majorité des molécules soufrées, azotées et des aromatiques sont enlevées de l'huile de base via ce procédé. En comparaison des huiles provenant du , ces huiles contiennent moins d'impuretés : moins de 10 % d'aromatiques, et moins de de molécules soufrées. Cette pureté supérieure rend l'huile plus inerte devant l'oxydation, ce qui lui permet de durer plus longtemps.
Groupe III 80 % des huiles vendues sous le terme de « synthétiques » contiennent pour majorité une huile de base issue de ce groupe, bien que son origine soit « minérale ». Elles proviennent d'un raffinage par hydrocraquage, puis hydroisomérisation, enfin hydrotraitement du pétrole brut, plus élaboré que celui des et II, et perfectionné jusque dans les années 1990. Ce procédé moderne d'« hydroisomérisation » a permis d'abaisser leur point de solidification à très basse température, et de les rendre très stables dans le temps face à l'oxydation. Les pétroliers qualifient en général ces huiles de « synthétiques », car du point de vue de leur performance, il est difficile de les différencier des huiles des et V, notamment des PAO. Leur indice de viscosité est supérieur à 120.
Groupe III+ On classe communément en groupe III+ les huiles de base synthétisées à partir de gaz (« GTL » ou « »). Elles auraient leur place dans le ou dans un groupe propre, car elles sont synthétisées : elles ne proviennent pas du traitement du pétrole par solvant contrairement aux huiles issues des à III. Comme les huiles du , Leur performance est proche des huiles PAO.
Groupe IV Ce groupe est réservé aux huiles polyalphaoléfiniques (PAO). Ce sont des huiles de synthèse. Elles ont une très bonne tenue aux hautes températures et une excellente fluidité à très basse température (d'où un fort indice de viscosité). Leur défaut est la faible solvabilité (capacité à maintenir les produits d'oxydation sous forme soluble) et leur tendance à durcir et rétrécir les élastomères (matière des joints modernes), lié à leur point d'aniline bas. Ce défaut est aujourd'hui corrigé par les additifs adaptés et les progrès réalisés dans les formules des caoutchoucs synthétiques.
Groupe V Ce groupe inclut l'ensemble des huiles qui ne font pas partie des catégories I à IV. Il contient par exemple les esters, silicones, PAG (polyalkylène glycol), polyolesters, huiles végétales. Les huiles du sont souvent compatibles avec les huiles du , du fait de leur grande détergence et solvabilité. Par exemple, les esters, qui ont tendance à assouplir les élastomères, compensent la tendance des PAO à les durcir. Ces huiles sont elles-aussi de synthèse, donc plus chères à produire que les huiles minérales.
Normalisation L'huile est largement utilisée dans la lubrification des moteurs, ainsi plusieurs organismes garantissent la qualité des différentes huiles grâce à des normes. Chaque huile ( huile de synthèse) est normalisée, répondant à un cahier des charges spécifique. Trois grands organismes mondiaux régissent la normalisation des huiles : la (SAE) est notamment à l'origine des différents grades de viscosité d'huile (0W, 25W, 20, 60, 5W30, 10W40) ; l' (API) s'occupe spécifiquement des normes d'huiles appliquées au marché américain ; cet institut a pour but de standardiser les spécifications techniques minimales de chaque huile ; l'Association des constructeurs européens d'automobiles (ACEA) s'occupe spécifiquement des normes d'huiles appliquées au marché européen et standardise les caractéristiques techniques des huiles.
Moteurs 4-temps vignette|L'indicateur de température d'huile moteur sur une Peugeot 406 Coupé. Dans un moteur 4-temps, une pompe, généralement à engrenages, actionnée par le moteur, aspire l'huile dans le carter inférieur et l'envoie sous pression à travers un clapet de décharge (en cas de surpression), puis un filtre. À la sortie du filtre, l'huile passe éventuellement par un radiateur, avant de circuler dans des canalisations internes au moteur, toujours sous pression afin de lubrifier au mieux les pièces qui en ont besoin. L'huile redescend ensuite par gravité dans le carter par des ouvertures spécifiques.
La température de l'huile peut atteindre dans les moteurs essence ou Diesel en fonctionnement normal, mais est en général limitée à ~ par des échangeurs (radiateur d'huile ou échangeur huile/eau) pour éviter toute dégradation.
La différence de dénomination entre les huiles pour moteurs essence et pour les Diesel est essentiellement un argument marketing. En réalité, à quelques exceptions près, elles conviennent à tout type de moteur, le niveau de protection apporté pour les moteurs Diesel ou essence apparaissant précisément dans la note de classification ACEA ou encore API (SX/CX, Essence/Diesel, X étant la note : plus la lettre est loin dans l'alphabet, plus la note est élevée)..
En Europe, pour classer les usages possibles des huiles, les industriels ont créé les normes ACEA qui se distinguent en quatre groupes : A pour les moteurs essence ; B pour les moteurs Diesel de tourisme ; C pour véhicules légers équipés de pot catalytique et filtre à particules ; E pour les moteurs Diesel de véhicules utilitaires et poids lourds. Chaque groupe de spécification comprend plusieurs niveaux de performance indiqués par un chiffre (1, 2, 3, 4, 5).
Par exemple, une huile répondant à la spécification ACEA A4/B4, ou mieux ACEA C3 si le moteur est équipé d'un filtre à particules ou d'un catalyseur, conviendra à un moteur essence performant ou à un Diesel turbocompressé.
Moteurs 2-temps Dans un moteur 2-temps, l'huile se trouve prémélangée à l'essence ou injectée grâce à une pompe dans les gaz frais selon un ratio allant de 50:0,75 (1,5 %) à 50:3,0 (6 %) selon les préconisations des constructeurs, la technologie employée ou la puissance moteur.
Passant par l'ensemble du groupe mobile du moteur, elle lubrifie les roulements et joints de l'embiellage, la jupe et la segmentation du piston ainsi que le cylindre puis, via les transferts, elle passe au-dessus du piston où elle continuera son action de lubrification avant d'être brûlée lors de l’inflammation, par la bougie, de la charge fraîche comprimée dans la chambre de combustion.
Outre le facteur essentiel de lubrification, cette particularité de combustion avec la charge fraîche placera le facteur de minimisation des dépôts des imbrûlés () restant dans la chambre de combustion, sur le piston et sa segmentation ainsi que l'échappement comme important pour les moteurs économiques à maintenance espacée. À l'inverse des huiles pour 2-temps de compétition, elles sont moins chargées en additifs. Leur point d'éclair est aussi beaucoup plus faible (très souvent inférieur à ).
Propriétés Viscosité : ce terme désigne la résistance à l'avancement du fluide. La viscosité d'une huile moteur diminue avec l'augmentation de la température. À l'inverse, toute huile devient de plus en plus visqueuse en refroidissant. Ainsi, on estime qu'en moyenne, la viscosité est divisée par sept en passant de à . L'huile doit être assez visqueuse pour maintenir un film protecteur assez épais, tout en restant assez fluide pour un fonctionnement correct des pompes. Dans un 4-temps : une huile trop visqueuse déclenche trop facilement le clapet de décharge du circuit d'huile, ce qui nuit au flux d'huile à l'intérieur de ce type de moteur, donc au refroidissement de ses pièces internes. D'autre part, une huile trop visqueuse est difficile à pomper au démarrage à froid, par températures négatives. une huile trop fluide établit un film d'huile trop fin entre les pièces en mouvement, et nuit à la longévité du moteur. En revanche, elle circule très librement dans le moteur, et évacue efficacement ses calories. Par conséquent, dans un moteur 4-temps, il est important d'adapter la viscosité du lubrifiant aux spécifications du moteur : ni trop fluide, ni trop visqueux. Index ou indice de viscosité : ce terme désigne la plus ou moins grande variation de viscosité d'une huile en fonction de sa température. Par exemple, les huiles minérales, très sensibles aux températures extrêmes, ont un index de viscosité proche de 120, alors que les huiles synthétiques les plus élaborées présentent un index de viscosité proche : leur viscosité varie moins avec la température, même si l'huile s'épaissit toujours en refroidissant.