Brevet FR2528064A1 — publié le 19831209

Carburant pour moteur à explosion constitué par le mélange d'un gaz carburant et d'un additif liquide L'invention concerne un carburant pour moteur à ex- plosion, constitué par le mélange d'un gaz carburant et d'un additif normalement liquide dans les conditions am- biantes de température et de pression choisi parmi les hydrocarbures, les alcools, les esters et les mélanges de ces produits. On connaît déjà des combustibles industriels corres- pondant à la composition ci,-dessus dans lesquels l'additif est présent pour une quantité comprise entre 28 grammes et 85 grammes par kilogramme de gaz combustible les appli- cations prévues pour de tels combustibles se situent dans la production de flammes très chaudes nécessaires par exem- ple pour les opérations de traitement des métaux telles que coupage, soudage, brasage, durcissement à la flamme, etc. En tout état de cause, ces combustibles connus sont impropres à être utilisés en tant que carburants pour mo- teurs à explosion en raison de la trop faible proportion d'additif présent dans le mélange et de l'insuffisance de leurs caractéristiques pour obtenir des performances sa- tisfaisantes. L'invention a donc essentiellement pour but de conce- voir un carburant pour moteur à explosion, constitué par un mélange de gaz carburant et d'un additif normalement liquide dans les conditions ambiantes de température et de pression, choisi parmi les hydrocarbures et/ou les alcools et/ou les esters. Un carburant conforme à l'invention se caractérise essentiellement par le fait que l'additif est présent dans le mélange à raison d'environ 100 à 300 grammes, de préfé- rence 100 à 200 grammes par kilogramme de carburant liqui- de. Une teneur en additif inférieure à environ 100 grammes par kilogramme de carburant liquide est insuffisante et le carburant possède des caractéristiques ordinaires; autrement dit, un tel carburant n'apporterait que peu d'avantages par rapport aux carburants couramment utili- sés. Par contre, si la teneur en additif était supérieure à environ 300 grammes par kilogramme de carburant liquide, les performances du nouveau carburant seraient exception- nelles, mais ce carburant serait trop difficile à maltri- ser (notamment température de vaporisation); l'utilisa- tion du mélange en tant que carburant pour moteur à explo- sion serait alors impossible dans la pratique. D'une façon surprenante, on a constaté, au cours d'essais, que le carburant de l'invention réunissait les avantages respectifs des carburants liquides (essences or- dinaires ou essences super) et des carburants gazeux li- quéfiés (gaz de pétrole liquéfiés GPL) sans en présenter les inconvénients: faible codt, peu polluant, pouvoir ca- lorifique supérieur, indice d'octane élevé, consommation réduite, reprises d'accélération du moteur supérieures, pouvoir lubrifiant supérieur au niveau des soupapes d'é- chappement, faibles dép 8 ts dans le moteur entraînant un entretien moindre, etc. Avantageusement, l'additif comprend, d'une part, un ou plusieurs hydrocarbures et, d'autre part, un ou plu- sieurs esters et/ou alcools, et la proportion du ou des hydrocarbures est très supérieure à celle du ou des esters et/ou alcoolso Dans un exemple de composition, le ou les hydrocarbu- res présents dans l'additif sont choisis parmi les alcanes en C 5 à 08 (notamment isopentane, n-pentane, néopentane, hexane et isomères, heptane, octane) présents à raison de 7 à 22 % en volume dans le gaz carburant, en fonction des propriétés recherchées De même, le ou les alcools et/ou le ou les esters présents dans l'additif sont choisis res- pectivement parmi les alcools en C 1 à C 4 (notamment al- cools méthyliques, éthyliques, propyliques, butyliques) et/ou des esters en C 2 à C 3 (notamment chlorure de méthy- le, chlorure d'éthyle) présents à raison de 1 à 7 % en vo- lume dans le gaz carburant, en fonction des propriétés recherchées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains exemples donnés uniquement à titre illustratif. Le carburant conforme à l'invention est constitué par le mélange d'un gaz carburant et d'un additif normalement liquide dans les conditions de température et de pression. Le gaz carburant est avantageusement constitué par du butane, du propane ou, de préférence, un mélange de ces 1 È deux produits Bien entendu, d'autres carburants gazeux, tels que du gaz naturel ou du GPL, peuvent être utilisés seuls, ou en combinaison entre eux ou avec le butane et/ou le propane. L'additif doit être liquide dans les conditions de température et de pression ambiantes Ils sont choisis parmi les hydrocarbures et/ou les alcools et/ou les es- ters. Les hydrocarbures qui peuvent 4 tre retenus dans le cadre de l'invention sont les alcanes à chaîne droite ou ramifiée et les cycloalcanes en 05 à C 20, les alcènes et alcines à chaîne droite ou ramifiée et les cycloalcènes et cycloalcines en C 5 à 20, les dérivés aromatiques monocy- cliques (benzènes) et polycycliques (naphtalènes, anthra- cènes et phénanthrènes), ainsi que les arènes en 07 à 020 (benzènes substitués par des radicaux à chaîne droite ou ramifiée). Les additifs hydrocarbonés les plus avantageux sont les alcanes à chatne droite ou ramifiée, les cycloalcanes, les alcènes et les cycloalcènes en C à C 8. 8 Les alcools qui peuvent Otre retenus sont les monoal- cools, les dialcools et les polyalcools en C 1 à 020 cor- respondant aux hydrocarbures susmentionnés. Les alcools préférés sont les mono-, di et polyal- cools correspondant aux hydrocarbures en C 1 à C 8 susmen- tionnés, par exemple les méthanols, éthanols, propanols, butanols, pentanols, hexanols, heptanols, octanols, penté- nols, hexénols, hepténols et octénolso Les esters qui peuvent être retenus sont les esters en 2 à 020 des acides carboxyliques aliphatiques et des acides carboxyliques aromatiques lorsqu'ils sont liquides dans les conditions normales de température et de pression ambiantes. Les esters préférés sont les esters en C 2 à C des alcools inférieurs en C 1 à C 4 et des acides carboxyliques aliphatiques inférieurs en Ci à C 40 Les additifs utilisables dans le cadre de l'invention sont des, composés non substitués, ne comportant que des atomes d'hydrogène et de carbone, et éventuellement d'oxy- gène dans le cas des alcools et des esters Il en résulte que, dans leur combustion, ces additifs ne fournissent que des sous-produits du carbone et de l'hydrogène. On notera également qu'un additif constitué par une chatne de 5 à 20 atomes de carbone convient d'une façon générale Par contre, lorsque la chaine contient moins de atomes de carbone, la chaleur de combustion du dérivé hydrocarboné de l'alcool ou de l'ester est très faible et l'additif ne peut pas améliorer sensiblement le gaz carbu- rant. Bien entendu, la quantité d'additif liquide introdui- te dans le gaz carburant peut varier: en général, la cha- leur de combustion et le transfert de chaleur efficace sont d'autant plus importants que la quantité d'additif est elle-même importante. Cependant, dans le cas de mélanges très riches conte- nant une quantité trop élevée d'additif, la combustion ne peut pas toujours s'effectuer de façon complète: dans ce cas, le rendement diminue et il en résulte également un accroissement du coût et de la quantité d'oxyde de carbone libérée De ce fait, la quantité d'additif introduite dans le gaz carburant doit être comprise entre 100 grammes et 300 grammes par kilogramme de carburant liquide Toute- fois, les meilleurs résultats semblent devoir être obtenus pour des quantités d'additif comprises entre 100 grammes et 200 grammes par kilogramme de carburant liquide. En outre, dans le cas o le carburant doit être uti- lisé de façon publique en France, il doit satisfaire à la législation relative aux carburants GPL qui prévoit la présence de propane dans une proportion comprise entre 19 et 50 % en volume. Dans le cas o le gaz carburant est constitué par un mélange butanepropane, l'additif peut avantageusement être composé d'un mélange d'un premier additif A 1, lui- mrme constitué d'un mélange d'hydrocarbures comprenant des alcanes en C 5 à 08 (notamment isopentane, n-pentane, néopentane, hexane et isomères, heptane, octane) présents 1 ô à raison de 7 à 22 % en volume dans le gaz carburant en fonction des propriétés recherchées -, et d'un second ad- ditif A 2, lui-m 4 me constitué d'un mélange d'alcools et/ou d'esters comprenant des alcools en C 1 à C 4 (notamment alcools méthylique, éthylique, propylique, butylique) et des esters en C 2 à C O (notamment chlorure de méthyle, chlorure d'éthyle) présents à raison de 1 à 7 % en volume dans le gaz carburant en fonction des propriétés recher- chées. Par exemple, les additifs A 1 et A 2 peuvent 4 tre choi- sis de la manière suivante: Additif A mthyl-2-butane 30 àenamélioration de mét -bu 30 à 100 % en volume l'indice d'octane néopentane 30 à 100 % et du facteur de puissance n-pentane 27 à 31 "% hexane et isomères 9 à 7 % " amélioration heptane 2 à 0,1 % " de puissance octane 2 à 0,1 % " Additif A 2 amélioration de alcool méthylique 100 à 50 % ") amélioration de l' indice d'octane alcool éthylique O à 50 % et du facteur de puissance On va maintenant donnrmer quelques exemples de carbu- rants constitués conformément à l'invention. Exemple 1 I propane butane additif A 1 additif A 2 dans laquelle composition: l'additif A 1 comprend isopentane 45 % n-pentane 45 % hexane et isomères b 10 % l'additif A 2 comprend alcool méthylique 90 % alcool éthylique 10 % % en volume % 9 % % i 1 % I en volume n If en volume t I Le carburant ainsi constitué possède un très bon in- dice d'octane (moteurs ayant un taux de compression supé- rieur à 9,5) et un bon indice de performance; il sera de préférence utilisé pour des moteurs industriels, plutôt que pour des moteurs de véhicules de particuliers faisant beaucoup de route. Exem Dle 2 propane butane additif A 1 additif A 2 dans laquelle composition: l'additif A comprend néopentane 41 isopentane 4 ' n-pentane 1 i hexane octane heptane l'additif A 2 comprend alcool méthylique 8 alcool éthylique 2 % 41 % 13 % 1 % % 0 % 0 % 8 % 1 % 1 % 0 % 0 % en volume n n H n I n en volume Il en volume Il il Un tel carburant possède un bon indice d'octane et un très bon indice de performance: il trouvera une utilisa- tion pour alimenter des moteurs ayant un taux de compres- sion normal (k 9,5), équipant des véhicules utilisés cou- ramment en cycles urbains et routiers. Exemple 3 propane 24 % en volume butane 51 % additif AI 20 % additif A 2 5 % dans laquelle composition: l'additif 4 comprend isopentane 50 % en volume néopentane 50 % l'additif A 2 comprend alcool méthylique 50 % en volume alcool éthylique 50 % Ce carburant possède un très bon indice d'octane et un très bon indice de performance il pourra donc Otre utilisé pour toutes les applications envisageables. D'une façon générale, les carburants conformes à l'invention réunissent les qualités respectives des carbu- rants liquides (essences ordinaires ou essences super) et des carburants gazeux tels que les gaz de pétrole li- quéfiés GPL, sans en présenter les inconvénients respec- tifs. Le carburant conforme à l'invention possède un indice d'octane équivalent à celui du carburant GPL classique commercialisé en France, dont l'indice d'octane est lui- m Ome supérieur à celui des carburants liquides. Le carburant de l'invention confère au moteur une puissance sensiblement équivalente à celle fournie par les carburants liquides, laquelle est supérieure d'environ 5 à 6 % à celle procurée par un carburant GPL classique. Le nouveau carburant autorise des accélérations du moteur comparables à celles obtenues avec les carburants liquides et très supérieures (de l'ordrede+ 15 %) à celles procurées par un moteur alimenté en carburant GPL classi- que. Alors qu'un carburant GPL classique génère une con- sommation par 100 kilomètres supérieure de 10 à 15 % à celle générée par l'emploi d'un carburant liquide classique (essence ordinaire ou essence super), le nouveau carburant génèret en cycle urbain, une consommation qui n'est que d'environ 3 % supérieure à celle enregistrée avec un carbu- rant liquide classique et qui est d'environ 7 % inférieure à celle enregistrée avec un carburant GPL classique. Alors que les carburants GPL classiques, pour ce qui concerne la pollution atmosphérique, possèdent des carac- téristiques extrêmement intéressantes vis-à-vis des carbu- rants liquides (oxyde de carbone rejeté réduit d'environ 90 %, hydrocarbures imbrlés et oxydes d'azote réduits d'environ 50 %, teneurs en plomb et en soufre pratiquement nulles), le carburant conforme à l'invention améliore en- core ces caractéristiques antipollution, notamment pour ce qui concerne le taux d'oxyde de carbone rejeté. Le nouveau carburant possède un pouvoir lubrifiant, au niveau des soupapes d'échappement, qui est nettement supérieur à celui des carburants GPL classiques, plus secs que les carburants liquides. Enfin, de même que les carburants GPL classiques, le carburant de l'invention, très propre, ne génère pas de formations carbonées (dépôt, vernis) et n'altère pas, lors de sa combustion, les qualités des huiles du moteur: il en résulte que les vidanges du moteur peuvent Etre beau- coup plus espacées que dans le cas d'un moteur alimenté en carburants liquides classiques. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Carburant pour moteur à explosion, constitué par un mélange d'un gaz carburant et d'un additif normalement liquide dans les conditions ambiantes de température et de pression choisi parmi les hydrocarbures, les alcools, les esters et les mélanges de ces produits, caractérisé en ce que l'additif est présent dans le mélange à raison d'envi- ron 100 à 300 grammes par kilogramme de carburant liquide. 2 Carburant selon la revendication 1 t caractérisé en ce que l'additif est présent dans le mélange de préfé- rence à raison d'environ 100 à 200 grammes par kilogramme de carburant liquide. 3 Carburant selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que l'additif comprend, d'une part, un hydro- carbure ou un mélange d'hydrocarbures et, d'autre part, un ester et/ou un alcool ou un mélange d'esters et/ou d'alcools, et en ce que la proportion d'hydrocarbure(s) est très supérieure à celle d'ester(s) et/ou d'alcool(s). 4 Carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que les hydrocarbures sont choisis parmi les alcanes en 05 à C 8 présents à raison de 7 à 22 % en volume dans le gaz carburant. Carburant selon la revendication 3 ou 4, caracté- risé en ce que les alcools sont choisis parmi les alcools en C 1 à C 4, en ce que les esters sont choisis parmi les esters en C 2 à C 3, et en ce qu'ils sont présents à raison de 1 à 7 % en volume dans le gaz carburant,