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" Procédé de fabrication de carburants pour moteurs à explosions."
Dans les moteurs ordinaires pour véhicules au- tomobiles le carburant n'est pas complètement vaporisé par le carburateur. Une partie de carburant, soit à cause de la faible longueur du parcours entre le carburateur et le mo- teur, soit par suite du refroidissement produit dans l'air par l'évaporation d'une partie du carburant même, entre dans le moteur sous forme de gouttelettes très fines. Celles--ci se transforment en vapeur seulement lorsqu'elles viennent en contact avec les parois chauffées du moteur et par suite de la chaleur produite par la compression.
Si le carburant a un point d'ébullition élevé ou une faible volatilité, la carburation de l'air par cette seconde partie de carburant ne s'effectue pas complètement.
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Dans ce cas, le carburant n'est pas totalement brûlé, les gouttelettes ne pouvant pas s'enflammer pendant la courte durée d'une course des pistons sont refoulées dans les tuyaux d'échappement où leur combustion continue, en échauffant ain- ' si d'une façon excessive les soupapes d'échappement et les tuyaux d'évacuation des gaz brûlés, Dans ces conditions le rendement thermique est naturellement très mauvais.
Ce phénomène se remarque à un degré plus ou moins considérable,'dans presque tous les carburants usuels. Même avec l'essence, qui a été considérée jusqu'à présent comme .la meilleur des carburants, on le rencontre à un certain degré et ses effets diminuent à mesure que l'essence est plus légère, c'est-à-dire plus sa volatilité est grande et plus son point d'ébullition est bas.
Avec les carburants artificiels, c'est-à-dire les mélanges de plusieurs substances combustibles et volatiles on remarque les mêmes inconvénients. Si parmi leurs composants, il y a - même en petites- quantités - des combustibles peu volatiles et ayant un point d'ébullition élevé, comme le pé- trole, le naphte, les huiles moyennes et lourdes de goudron, la décaline, la tétraline, etc., on remarque que la carbura- tion est difficile et que le rendement thermique du moteur est mauvais, tandisqu'on observe un échauffement considéra- ble des organes d'échappement.
Suivant le procédé formant l'objet de la présente invention, on peut éliminer en grande partie cet inconvénient et obtenir une carburation presque absolument totale de l'air et atteindre un rendement thermique élevé, tout en introdui- sant dans la fabrication des carburants des matières ayant un point d'ébullition élevé en quantités relativement con- sidérables.
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Ce procédé est basé sur l'application de deux pro- priétés usuelles de toute substance volatile, dont jusqu'à présent on n'a pas tenu compte-dans la fabrication-des car- burants artificiels.
Ces deux propriétés consistent dans le phénomène d'entraînement qui se vérifie aussi bien pour l'ébullition que pour l'évaporation.
1 - Lorsqu'on fait bouillir rapidement un mélange de deux ayant des points d'ébullition rapprochés, la substance bouillant à une température plus élevée est entraînée à bouillir à une température inférieure à son point d'ébullition usuel, tandisque la substance bouillant à une température plus basse tend à dépasser cette température.
En augmentant la rapidité de l'ébullition on remarque que les deux températures tendent à se rapprocher d'une température d'ébullition moyenne,
Par contre, si les deux températures d'ébullition sont éloignées l'une de l'autre, ce phénomène ne se produit point et on remarque la séparation presque totale des deux substances.
Toutefois, si ces substances sont reliées entre elles, dans le mélange, par plusieurs autres substances ayant des points d'ébullition intermédiaires et graduellement crois- sants l'un par rapport à l'autre, on remarque un entraîne- ment successif d'une substance à l'autre avec ce résultat qu'on obtient un rapprochement entre les températures d'ébul- lition extrêmes, rapprochement qui sera d'autant plus consi- dérable que l'ébullition est plus rapide. Dans ce cas aussi les deux températures extrêmes tendentà se rapprocher d'une température moyenne déterminée par la moyenne des tempéra- tures d'ebullition des différentes substances,- en tenant
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compte des quantités respectives de ces substances entrant - dans le mélange.
Cette température moyenne, par conséquent, sera d'autant plus basse que la quantité de substances bouil- lant à une faible température sera plus grande, et plus basse ' la température d'ébullition du premier terme de l'échelle.
2 - Lorsquon fait .±rapidement évaporer à tempéra- ture ordinaire un mélange de deux substances,on obtient la séparation presque absolue de ces substances lcrsque leurs degrés de volatilité sont très éteignes. Si au contraire les degrés de volatilité sont très rapprochés, on rencontre le phénomène d'entraînement tout comme dans le cas de l'ébul- lition, c'est-à-dire qu'on remarque que la substance la plus volatile entraîne la moins volatile, de sorte que celle-ci peut être évaporée en un temps moindre qu' il ne faudrait si elle était évaporée seule.
En outre une substance peu volatile, mélangée avec une substance très volatile, peut également être entraînée en évaporation plus rapidement lorsque la première est reliée à la deuxième par une série de substances ayant des volati- lités intermédiaires et graduellement croissantes. Aussi, dans ce cas, le phénomène de l'entraînement est d'autant plus remarquable que le pourcentage des substances très vo- latiles est plus grand par rapport au pourcentage des sub- stances moins volatiles, et plus élevée la volatilité du premier terme de l'échelle, c'est-à-dire de la substance qui doit commencer l'évaporation.
Lors de Il évaporation rapide d'un semblable mé- lange on remarque, aussi bien dans les vapeurs que dans le liquide non encore évaporé, la présente de tous les composants du mélange.
En. raison de ce qui précède, on comprend aisément que ces deux propriétés peuvent être avantageusement utilisées dansla fabrication des carburants.
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Lorsqu'un carburant passe par le carburateur, la volatilité des substances qui le composent a la plus grande importance, tandis que dans le cylindre ce qui entre essen- tiellement en jeu est la température d'ébullition.
Dans les carburants (on en a déjà proposé plusieurs) contenant de l'alcool ou du benzol avec de la tétraline, du pétrole, du naphte, etc., on remarque dans le carburateur la réparation presque absolue des substances les plus volatiles (alcool ou benzol) des autres relativement très peu volatiles.
Les premières carburent l'air, tandisque les autres entrent à l'état de gouttelettes dans le cylindre du moteur, où elles se vaporisent en faible partie en raison de sa tempé- rature élevée, tandisque, pour la plus grande partie - ne pouvant point atteindre la température d'ébullition - , elles' brûlent superficiellement pour une combustion lente qui va s'achever dans le tuyau d'échappement.
On obtient des résultats bien différents si les substances plus volatiles et bouillant à une faible tempéra- ture comma l'alcool et le benzol (T. éb. 80 C, environ) sont mélangées avec les substances moins volatiles et ayant un point d'ébullition élevé comme- la tétraline (T.éb.205 C. environ), le pétrole (T.éb.150 - 250 C. environ) par l'en- tremise d'une série de substances en chaîne ayant des volati- lités diminuant graduellement et des températures d'ébullition rapprochées et graduellement croissantes, comme par exemple :
l'heptane (T.éb.98 C. le toluol (T.éb.lll C.), les huiles amylacées (116 - 137 C.), le xylol (138 - 143 c.0, le méthyl-cycle-hessanol (160 - 170 Ce la décaline (185 ), etc.
Avec un carburant fabriqué de la façon indiquée on ne remarque pas de séparation de substances pendant le pas-
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sage dans le carburateur. Quoique l'air contienne toujours une quantité prépondérante des substances les plus volatiles, il contient aussi des pourcentages relativement considéra- bles des substances les moins volatiles. La partie non éva- porée qui se trouve sous la forme de gouttes très fines contient encore tous les composants du mélange. En entrant dans le moteur, les substances bouillant à une température plus basse, en raison du phénomène d'entraînement, forcent aussi les substances.ayant un point d'ébullition élevé de bouillir à une température plus faible, en les vaporisant ainsi complètement.
Avec des mélanges fabriqués comme on vient de le dire, et en proportionnant convenablement lespourcentages . des différents composants on peut atteindre dans plusieurs cas une amélioration même très remarquable du rendement ther- mique du moteur..
Les substances susindiquees, servant àréaiser l'entraînement des substances ayant un point d'abullition élevé, ont été citées simplement à titre d'exemple. Plusieurs autres substances combustibles et volatiles convenablement choisies peuvent être employées dans le même but; certaines fractions déterminées de carburants naturels, telles que des mélanges d'hydrocarbures du pétrole, etc.... - peuvent aussi bien convenir.
De même, les substances à point d'ébullition élevé, sur lesquelles se produit l'entraînement, ou bien celles qui constituent la partie bouillant à une faible température, peuvent être différentes de celles qu'on vient de citer.
Le procédé de fabrication de carburants artificiels formant l'objet de la présente invention peut aussi être em- ployé pour amender'des essences, ou carburants naturels ana-
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logues, contenant des pourcentages trop élevés de substances . bouillant à, température élevée ou dans lesquels existe une disproportion entre les volatilités des composants bouillant aux différentes températures, en vue d'obtenir un rendement meilleur.
Le phénomène d'allumage spontané dans les moteurs qui produit le cognement caractéristique des pistons, est dû à la séparation nette des substances plus volatiles et plus inflammables du carburant des substances moins volatiles.
En reliant convenablement les premières aux secon- des, et en facilitant ainsi la vaporisation des substances moins inflammables, on diminue l'inflammabilité de l'air carburé et l'inconvénient susmentionné est éliminé. Avec quelque types d'essences convenablement compensées il est même possible d'augmenter la compression du moteur, en amé- liorant encore par ce moyen son rendement.
Par le procédé Indiqué ci-dessus, on peut fabri- quer aussi des carburants pour les moteurs comportant des dispositifs particuliers pour le chauffage soit du carbu- rant, soit de l'air carburé. Dans ce cas on peut augmenter considérablement le pourcentage de substances bouillant à. haute température.
Le même procédé peut finalement être appliqué pour fabriquer des carburants ou amender le naphte et les huiles lourdes destinées aux moteursà haute compression du type Diesel, en vue d'en améliorer le rendement.
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"Process for manufacturing fuels for internal combustion engines."
In ordinary motor vehicle engines, the fuel is not completely vaporized by the carburetor. Part of the fuel, either because of the short distance between the carburetor and the engine, or as a result of the cooling produced in the air by the evaporation of part of the fuel itself, enters the engine under very fine droplet form. These turn into vapor only when they come into contact with the heated walls of the engine and as a result of the heat produced by compression.
If the fuel has a high boiling point or low volatility, the carburization of air by this second part of the fuel does not take place completely.
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In this case, the fuel is not completely burned, the droplets which cannot ignite during the short duration of a stroke of the pistons are forced back into the exhaust pipes where their combustion continues, thus heating up excessively the exhaust valves and flue gas discharge pipes. Under these conditions the thermal efficiency is naturally very poor.
This phenomenon is observed to a greater or lesser degree in almost all common fuels. Even with gasoline, which has hitherto been considered the best of fuels, it is encountered to a certain degree and its effects diminish as gasoline is lighter, i.e. more its volatility is greater and the lower its boiling point.
With artificial fuels, that is to say mixtures of several combustible and volatile substances, the same drawbacks are noticed. If among their components there are - even in small quantities - fuels which are not very volatile and have a high boiling point, such as petroleum, naphtha, medium and heavy tar oils, decalin, tetralin , etc., it is noted that carburetion is difficult and that the thermal efficiency of the engine is poor, while considerable heating of the exhaust components is observed.
According to the process forming the object of the present invention, this drawback can be largely eliminated and almost absolutely complete carburization of the air can be obtained and a high thermal efficiency can be achieved, while at the same time introducing materials into the manufacture of fuels. having a high boiling point in relatively large amounts.
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This process is based on the application of two usual properties of any volatile substance, which heretofore has not been taken into account in the manufacture of artificial fuels.
These two properties consist of the entrainment phenomenon which is verified both for boiling and for evaporation.
1 - When rapidly boiling a mixture of two having close boiling points, the substance boiling at a higher temperature is caused to boil at a temperature below its usual boiling point, while the substance boiling at a higher temperature lower temperature tends to exceed this temperature.
By increasing the speed of boiling we notice that the two temperatures tend to approach an average boiling point,
On the other hand, if the two boiling temperatures are far from each other, this phenomenon does not occur and we notice the almost total separation of the two substances.
However, if these substances are linked together, in the mixture, by several other substances having intermediate boiling points and gradually increasing with respect to each other, we notice a successive entrainment of a substance to another with the result that one obtains a reconciliation between the extreme boiling temperatures, a reconciliation which will be all the more considerable as the boiling is more rapid. In this case also the two extreme temperatures tend to approach an average temperature determined by the average of the boiling temperatures of the different substances, - taking
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account of the respective quantities of these substances entering - in the mixture.
This average temperature, therefore, will be the lower the greater the quantity of substances boiling at a low temperature, and the lower the boiling point of the first term of the scale.
2 - When a mixture of two substances is rapidly evaporated at ordinary temperature, the almost absolute separation of these substances is obtained when their degrees of volatility are very low. If, on the contrary, the degrees of volatility are very close together, we encounter the phenomenon of entrainment just as in the case of boiling, that is to say that we notice that the most volatile substance entails the least volatile, so that it can be evaporated in a shorter time than would be necessary if it were evaporated on its own.
In addition, a low volatile substance mixed with a very volatile substance can also be evaporated more rapidly when the first is connected to the second by a series of substances having intermediate and gradually increasing volatility. Also, in this case, the entrainment phenomenon is all the more remarkable as the percentage of very volatile substances is greater compared to the percentage of less volatile substances, and the higher the volatility of the first term of the scale, that is, of the substance which is to start evaporation.
During the rapid evaporation of such a mixture, the presence of all the components of the mixture is noticed, both in the vapors and in the liquid which has not yet evaporated.
In. Because of the above, it is easily understood that these two properties can be advantageously used in the manufacture of fuels.
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When a fuel passes through the carburetor, the volatility of its constituent substances is of the utmost importance, while in the cylinder what is most important is the boiling temperature.
In fuels (several have already been proposed) containing alcohol or benzol with tetralin, petroleum, naphtha, etc., one notices in the carburetor the almost absolute repair of the most volatile substances (alcohol or benzol) from others which are relatively low in volatility.
The former fuel air, while the others enter as droplets into the cylinder of the engine, where they vaporize in small part due to its high temperature, while, for the most part - not being able to reach the boiling temperature -, they 'burn superficially for a slow combustion which will end in the exhaust pipe.
Very different results are obtained if substances which are more volatile and boil at a low temperature, such as alcohol and benzol (T. eb. 80 C, approximately) are mixed with the substances which are less volatile and have a boiling point. high as- tetralin (T.b. 205 C. approximately), petroleum (T.b. 150 - 250 C. approximately) by the intrusion of a series of chain substances with decreasing volati- lities gradually and near and gradually increasing boiling temperatures, for example:
heptane (T.b. 98 C. toluol (T.b.lll C.), starchy oils (116 - 137 C.), xylol (138 - 143 c.0, methyl-ring-hessanol (160 - 170 This decalin (185), etc.
With a fuel manufactured in the manner indicated, no separation of substances is noticed during the pass.
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sage in the carburetor. Although air always contains a preponderant amount of the more volatile substances, it also contains relatively considerable percentages of the less volatile substances. The non-evaporated part, which is in the form of very fine drops, still contains all the components of the mixture. On entering the engine, substances boiling at a lower temperature, due to the entrainment phenomenon, also force the substances having a high boiling point to boil at a lower temperature, thereby vaporizing them completely.
With mixtures produced as we have just said, and by appropriately proportioning the percentages. of the various components, even a very remarkable improvement in the thermal efficiency of the engine can be achieved in several cases.
The above-mentioned substances, serving to facilitate the entrainment of substances having a high boiling point, have been cited merely by way of example. Several other suitably selected combustible and volatile substances may be employed for the same purpose; certain specific fractions of natural fuels, such as mixtures of petroleum hydrocarbons, etc. - may also be suitable.
Likewise, the substances with a high boiling point, on which the entrainment occurs, or those which constitute the part boiling at a low temperature, may be different from those just mentioned.
The process for the manufacture of artificial fuels forming the object of the present invention can also be employed to modify gasolines, or natural fuels ana-.
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logues, containing too high percentages of substances. boiling at high temperature or in which there is a disproportion between the volatilities of the components boiling at different temperatures, in order to obtain a better performance.
The spontaneous ignition phenomenon in engines, which produces the characteristic knocking of pistons, is due to the clear separation of the more volatile and more flammable substances of the fuel from the less volatile substances.
By properly connecting the first to the second, and thus facilitating the vaporization of less flammable substances, the flammability of the fuel air is reduced and the above-mentioned drawback is eliminated. With some types of gasoline suitably compensated it is even possible to increase the engine compression, thereby further improving its efficiency.
By the process indicated above, it is also possible to manufacture fuels for engines comprising special devices for heating either fuel or air fuel. In this case the percentage of substances boiling in can be considerably increased. high temperature.
The same process can finally be applied to manufacture fuels or to amend naphtha and heavy oils intended for high compression diesel engines, with a view to improving their efficiency.
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