Carburant pour moteur à explosion constitué par le mélange d'un gaz carburant et d'un additif liquide

Abstract

 L'invention concerne un 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'environ 160 à 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux, ce carburant étant destiné à être combiné avec de l'air atmosphérique en tant que comburant.

Description

[0001] L'invention concerne un carburant pour moteur à explosion, constitué par le 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 et les mélanges de ces produits.

[0002] On connaît déjà des combustibles industriels correspondant 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 applications prévues pour de tels combustibles se situent dans la production de flammes très chaudes nécessaires par exemple pour les opérations de traitement des métaux telles que coupage, soudage, brasage, durcissement à la flamme, etc.

[0003] En tout état de cause, ces combustibles connus sont impropres à être utilisés en tant que carburants pour moteurs 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 satisfaisantes.

[0004] L'invention a donc essentiellement pour but de concevoir 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 mélanges de ces produits.

[0005] Un carburant conforme à l'invention se caractérise essentiellement par le fait que l'additif est présent dans le mélange à raison d'environ 160 à 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux, ce carburant étant destiné à être combiné avec de l'air atmosphérique en tant que comburant.

[0006] Si la teneur en additif était inférieure à environ 160 grammes par mètre cube de carburant gazeux, la proportion d'additif serait insuffisante et le carburant posséderait des caractéristiques ordinaires ; autrement dit, un tel carburant n'apporterait que peu d'avantages par rapport aux carburants couramment utilisés.

[0007] Par contre, si la teneur en additif était supérieure à environ 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux, les performances du nouveau carburant seraient exceptionnelles, mais ce carburant serait trop difficile à maîtriser (notamment température de vaporlsation) ; l'utilisation du mélange en tant que carburant pour moteur à explosion serait alors impossible dans la pratique.

[0008] 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 ordinaires ou essences super) et des carburants gazeux liquéfiés (gaz de pétrole liquéfiés GPL) sans en présenter les inconvénients s faible coût, peu polluant, pouvoir calorifique supérieur, indice d'octane élevé, consommation réduite, reprises d'accélération du moteur supérieures, pouvoir lubrifiant supérieur au niveau des soupapes d'échappement, faibles dépôts dans le moteur entraînant un entretien moindre, etc.

[0009] De préférence, le gaz carburant est un mélange de propane, d'isobutane, de normalbutane et éventuellement d'éthane et/ou de leurs dérivés insaturés.

[0010] Pour les applications envisagées, il est intéressant que le gaz carburant soit liquéfié.

[0011] Avantageusement, l'additif comprend, d'une part, un hydrocarbure ou un mélange d'hydrocarbures et, d'autre part, un alcool ou un mélange d'alcools, et la proportion du ou des hydrocarbures est très supérieure à celle du ou des alcools.

[0012] Dans un exemple de composition, le ou les hydrocarbures présents dans l'additif sont choisis parmi les paraffiniques, isoparaffiniques, cycloparaffiniques et aromatiques en C₅ à C₈ (notamment isopentane, n-pentane, néopentane, hexane et isomères, heptane, octane) présents à raison de 4 à 11 % en volume dans le gaz carburant liquéfié, en fonction des propriétés recherchées. De même, le ou les alcools présents dans l'additif sont choisis parmi les alcools en C₁ à C₄ (notamment alcools méthyliques, éthyliques, propy- liques, butyliques) présents à raison de moins de 1,1 % en volume dans le gaz carburant liquéfié, en fonction des propriétés recherchées.

[0013] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains exemples donnés uniquement à titre illustratif.

[0014] Le carburant conforme à l'invention est destiné à brd- ler avec un comburant constitué par l'air atmosphérique et est constitué par le mélange d'un gaz carburant de préférence liquéfié et d'un additif normalement liquide dans les conditions de température et de pression.

[0015] Le gaz carburant est avantageusement constitué par du butane, du propane, de l'isobutane, du normalbutane et éventuellement de l'éthane et/ou leurs dérivés insaturés. 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.

[0016] L'additif doit être liquide dans les conditions de température et de pression ambiantes et il est choisi parmi les hydrocarbures et/ou les alcools.

[0017] Les hydrocarbures qui peuvent être retenus dans le cadre de l'invention sont les alcanes à chaîne droite ou ramifiée et les cycloalcanes en C₅ à C₂₀, les alcènes et alcines à chaîne droite ou ramifiée et les cycloalcènes et cycloalcines en C à C₂₀, les dérivés aromatiques monocycliques (benzènes) et polycycliques (naphtalènes, anthracènes et phénanthrènes), ainsi que les arènes en C₇ à C₂₀ (benzènes substitués par des radicaux à chaîne droite ou ramifiée).

[0018] Les additifs hydrocarbonés les plus avantageux sont les alcanes à chaîne droite ou ramifiée, les cycloalcanes, les alcènes et les cycloalcènes en C₅ à C₈ (paraffiniques, isoparaffiniques, cycloparaffiniques et aromatiques).

[0019] Les alcools qui peuvent être retenus sont les monoal- cools, les dialcools et les polyalcools en C₁ à C₄ correspondant aux hydrocarbures susmentionnés.

[0020] Les alcools préférés sont les mono-, di- et polyalcools correspondant aux hydrocarbures en C₁ à C₈ susmentionnés, par exemple les méthanols, éthanols, propanols, butanols, pentanols, hexanols, heptanols, octanols, penté- nols, hexénols, hepténols et octénols.

[0021] Les alcools les plus avantageux sont les alcools en C₁ à C₄.

[0022] 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'oxygène dans le cas des alcools. Il en résulte que, dans leur combustion, ces additifs ne fournissent que des sous-produits du carbone et de l'hydrogène.

[0023] 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 ohaîne contient moins de 5 atomes de carbone, la chaleur de combustion du dérivé hydrocarboné de l'alcool est très faible et l'additif ne peut pas améliorer sensiblement le gaz carburant.

[0024] Bien entendu, la quantité d'additif liquide introduite dans le gaz carburant peut varier : en général, la chaleur de combustion et le transfert de chaleur efficace sont d'autant plus importants que la quantité d'additif est elle-même importante.

[0025] Cependant, dans le cas de mélanges très riches contenant 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 160 et 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux.

[0026] En outre, dans le cas où le carburant doit être utilisé 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.

[0027] Dans le cas où le gaz carburant est constitué par un mélange butane-propane, l'additif peut avantageusement être composé d'un mélange d'un premier additif A₁, lui-même constitué d'un mélange d'hydrocarbures - comprenant des aloanes en C₅ à C₈ (notamment isopentane, n-pentane, néopentane, hexane et isomères, heptane, octane) présents à raison de 4 à 11 % en volume dans le gaz carburant liquéfié en fonction des propriétés recherchées -, et d'un second additif A₂, lui-même constitué d'un mélange d'alcools - comprenant des alcools en C₁ à C₄ (notamment alcools méthylique, éthylique, propylique, butylique) - présents à raison de moins de 1,1 % en volume dans le gaz carburant en fonction des propriétés recherchées.

[0028] Par exemple, les additifs A₁ et A₂ peuvent être choisis de la manière suivante : Additif A₁

Additif A₂

[0029] On va maintenant donner quelques exemples de carburants constitués conformément à l'invention.

Exemple 1

[0030] 

[0031] dans laquelle composition :

[0032] Le carburant ainsi constitué possède un très bon indice d'octane (moteurs ayant un taux de compression supérieur 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.

Exemple 2

[0033] 

dans laquelle composition - l'additif A₁ comprend

[0034] Un tel carburant possède un bon indice d'actane et un très bon indice de performance il trouvera une utilisation pour alimenter des moteurs ayant un taux de compression normal (<9,5), équipant des véhicules utilisés couramment en cycles urbains et routiers.

Exemple 3

[0035] 

[0036] dans laquelle composition :

[0037] Ce carburant possède un très bon indice d'octane et un très bon indice de performance : il pourra donc être utilisé pour toutes les applications envisageables.

[0038] D'une façon générale, les carburants conformes à l'invention réunissent les qualités respectives des carburants liquides (essences ordinaires ou essences )super) et des carburants gazeux tels que les gaz de pétrole-liquéfiés GPL, sans en présenter les inconvénients respectifs.

[0039] 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-même supérieur à celui des carburants liquides.

[0040] 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.

[0041] Le nouveau carburant autorise des accélérations du moteur comparables à celles obtenues avec les carburants liquides et très supérieures (de l'ordre de +15 %) à celles procurées par un moteur alimenté en carburant GPL classique.

[0042] Alors qu'un carburant GPL classique génère une consommation 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 génère, en cycle urbain, une consommation qui n'est que d'environ 3 % supérieure à celle enregistrée avec un carburant liquide classique et qui est d'environ 7 % inférieure à celle enregistrée avec un carburant GPL classique.

[0043] Alors que les carburants GPL classiques, pour ce qui concerne la pollution atmosphérique, possèdent des caractéristiques extrêmement intéressantes vis-à-vis des carburants liquides (oxyde de carbone rejeté réduit d'environ 90 %, hydrocarbures imbrûlés et oxydes d'azote réduits d'environ 50 %, teneurs en plomb et en soufre pratiquement nulles), le carburant conforme à l'invention améliore encore ces caractéristiques antipollution, notamment pour ce qui concerne le taux d'oxyde de carbone rejeté.

[0044] 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.

[0045] 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 être beaucoup plus espacées que dans le cas d'un moteur alimenté en carburants liquides classiques.

[0046] 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 et les mélanges de ces produits, caractérisé en ce que l'additif est présent dans le mélange à raison d'environ 160 à 240 grammes par mètre cube de carburant gazeux, ce carburant étant destiné à être combiné avec de l'air atmosphérique en tant que comburant.

2 - Carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz carburant est un mélange de propane, d'isobu- tane, de normalbutane et éventuellement d'éthane et/ou de leurs dérivés insaturés.

3 - Carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz carburant est liquéfié.

4 - Carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'additif comprend, d'une part, un hydrocarbure ou un mélange d'hydrocarbures et, d'autre part, un alcool ou un mélange d'alcools, et en ce que la proportion d'hydrocarbure(s) est très supérieure à celle d'alcool(s).

5 - Carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que les hydrocarbures sont choisis parmi les paraffiniques, isoparaffiniques, cycloparaffiniques et aromatiques en C₅ à C₈ présents à raison de 4 à 11 % en volume dans le gaz carburant liquéfié.

6 - Carburant selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les alcools sont choisis parmi les alcools en C₁ à C₄ et en ce qu'ils sont présents à raison de moins de 1,1% en volume dans le gaz carburant liquéfié.