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Perfectionnements aux .combustibles pour moteurs à combustion interne
La prosente invention est relative à des procédés pour améliorer le fonctionnement des moteurs à combustion interne. Lorsqu'on a utilisé pour la propre fois le plomb-tétraéthyle came agent anti-détonant, les moteurs d'automobiles étaient du type à bas rendement; autrement dit la limite de vitesse était relativement basse, les conduits d'alimentation avaient des sections de passage relativement petites et on utilisait couram- mant le réchauffage des conduites ou tubulures d'admis- sion.
Dans ces conditions, le plomb-tétraéthyle était
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l'un des qpmpqsos djrti-détonants les plus efficaces et, co e -ç bien tdà .,, :;{dW -r² connus bien que d'autres c poséSfplomb- lkyle fussent connus d'une manière générale et que certains d'entre eux eussent été essayés, ces composés n'avaient pas le caractère pra- tique et industriel du plomb-tétraéthyle.
Il est bien connu depuis longtemps que :Ici. détonation ou le cognement dans un moteur donné est la conséquence d'une combustion anormale, que leur pr.oduc- tion et leur importance pour un cas donné de fonctionne- ment du moteur sont déterminées principalement, en l'ab- sence d'une addition de composés anti-détonants, par la composition chimique du combustible et qu'une amélioration des conditions produisant le cognement est principalement . obtenue par une étude du combustible de base et par des modifications apportées à ce combustible. Les essences sont des malanges d'hydrocarbures ayant des points d'ébul- lition et une structure moléculaire très divers.
Des es- sences habituelles du commerce comprennent des fractions à point d'ébullition bas dites "fractions légères" qui ont de bonnes propriétés anti-détonantes et des fractions à point d'ébullition plus élevé dites "fractions lourdes" .lui ont des propriétés anti-détonantes assez faibles.
On sait que le cognement dans les mo- teurs d'automobiles peut se produire aussi bien à vitesse élevee qu'a faiblevitesse etqu'un moteur donné peut co- gner pour des vitesses elevées et pour des vitesses basses,
On a constaté que des modifications dans les conditions de fonctionnement à l'intérieur d'un moteur, tous les au- tres facteurs restant les mêmes, ont une plus grande in- fluence sur le cognement à basse vitesse que les proprié- tés anti-détenantes relatives des différentes fractions composant le combustiblo. On a constate également que les "fractions lourdes", de valeur anti-détonante faible, ont
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peu d'influence habituellement sur la production et sur la gravité du cognement à basse vitesse.
Dans les conditions de cognement à vitesse élevée, les "fractions lourdes", avec les autre s fractions composant le combustible, déterminent la propriété totale ou d'ensemble anti-détonant d'un canbus- tible donné mais, à faible vitesse, ce sont habituellement les fractions les plus légères, ayant la meilleure propriété anti-détonante, qui règlent la production et la gravité du cognèrent.
Les caractéristiques des moteurs, des combustibles de base et des composés anti-détonants mélanges aux dits combustibles ont une relation entre elles en ce qui concerne la détennination de la production et de la gravité du cognement. On a reconnu que les différents composés anti- détonants plomb-alkyles ont certaines propriétés différentes qui, en ce qui concerne certaines propriétés des combustibles de base et certaines caractéristiques de construction du mo- teur, fournissent une base solide pour l'amélioration du fonctionnement du moteur. On a constaté aussi que ces carac- téristiques fondamentales peuvent avoir entre elles une rela- tion pour l'amélioration des qualités du moteur.
La présente invention a pour but d'établir une telle relation de manière qu'une amélioration des condi- tions de fonctionnement du moteur puisse être obtenue dans des conditions diverses de fonctionnement, pour des moteurs à combustion interne à bas rendement et pour des moteurs à combustion interne à haut rendement. Par moteurs à haut ren- dement on entend désigner des moteurs capables de fonctionner sous un taux de compression élevé entre des limites éloignées de vitesse de rotation.
On a constaté que des mélanges des trois dérivés du plomb-méthyl-éthyl peuvent être utilisés, avec ou sans d'autres plomb-alkyles, avec les divers types d'essence du commerce pour obtenir, dans des moteurs à vitesse variable,
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à bas rendement ou à rendement élevé, des résultats supé- rieurs à ceux qui peuvent être obtenus dans des conditions
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de fnnctionnaasnt très différentes avec un seul plomb- alkyle quelconque. Les trois dérivés du plomb-méthylrothyl mélangés sont le pl omb-tr imd thyl thyla , le plomb-diméthyle- diéthyle et le plonib-triéthylmàthyle.
Le problème du cogne- ment est plus difficile à récoudre avec les moteurs à ren- dement élevéet c'est dans ce domaine que la présente in- vention trouve sa plus grande utilité. Les plomb-alkyles choisis pour constituer le mélange plomb-alkyle peuvent varier de même que leurs proportions relatives afin de ré- pondre à diverses conditions telles que des différences dans la. manière dont la voiture est conduite, des condi-
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tions atmosphériques ou Ctdriquos, la nature du combus- tible de bas avec lequel est utilisé l'anti-detonlJJ1t, enfin la nature et l'état du moteur.
Lorsque le moteur doit fonctionner avec de grandes variations de certaines ou de
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la totalité des dites conditions, le mélange anti-détonant peut être choisi, conformément à l'invention, de manière qu'il donne un fonctionnement du moteur dans de bonnes conditions moyennes pour toute la gamme de marche.
Pour mieux faire comprendre l'inven-
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tion, on va néàintenant se référer au dessin annexé qui mon- tre les conditions de fonctionnement du moteur ainsi que les modifications des propriétés inti-détonantes des di-
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vers composés plor.1b-alkylee pour des conditions variables de fonctionnement du moteur.
La figure 1 est un diagramme donnas, le nombre d'octane du pourcentage d'une essence donnée du commercequiest fournieà l'état de vapeur aux cylindres par la conduite d'admission;
La figure 2 est une vue schématique, avec coupa partielle, d'une partie d'un moteur à six cylin-
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dres avec sa conduite d'admission, son aarburateur et ses
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pistons.
Ces derniers sont représentés tous dans leur po- sition de point mort bas, ce qui donne des volumes égaux à tous les cylindres, à l'effet d'illustrer la distribu- tion de combustible à trois des six cylindres lorsque le moteur tourne à faible vitesse et qu'une petite quantité de chaleur (ou une quantité nulle), est appliquée à la conduite d'admission;
La, figure 3 est un diagramme montrant, pour des conditions de distribution imparfaite du com- bustible, la variation de la tendance au cognement de ces trois cylindres d'un moteur polycylindrique lorsque le rapport air/combustible du carbunateur et le pourcentage de vaporisation du combustible sont modifiés;
La figure 4, enfin, est un diagramme représentant les courbes qui montrent le degré d'effica- cité des composés anti-détonants plomb-alkyles, lorsqu'on
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en plomb les ajoute, avec des concentrations dgàleé à une essence donnée et lorsqu'on les utilise dans le cylindre le moins bien alimente d'un moteur fonctionnant à basse vitesse, avec divers pourcentages de combustible quittant la con- duite d'admission à l'état de vapeur. La figure montre également une courbe semblable applicable à tous les cy- lindres du marne moteur dans des conditions de distribu- tion égale de combustible aux cylindres.
On a constaté que la meilleure utilisa- tion des agents anti-détonants dépend essentiellement de la manière dont le moteur distribue et utilise les mé- langes essence-air. Lorsque l'essence pénètre dans le courant d'air du carburateur d'un moteur à combustion in- terne, les portions les plus légères ou les plus volati- les de l'essence sont vaporisées et mélangées à l'air. le mélange air-vapeur de combustible et le combustible liquide non vaporisé pénètrent dans la conduite d'admis- sion où la température est habituellement assez élevée
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pour produire la vaporisation des parties les plus volati- les de la portion de combustible qui pénètre dans ladite conduite d'admission à l'état liquide.
Les parties les plus lourdes du combustible, sauf dans le cas de températures rarement atteintes dans les conduites d'admission pour un fonctionnement normal des moteurs d'automobiles, restent à l'état liquide jusqu'à ce qu'elles pénètrent dans les cylin- dres où elles sont normalement vaporisées en totalité avant que la. combustion ne commence. Le pourcentage de combustible vaporisé dans la conduite d'admission varie avec le type de moteur, avec la forme de la conduite d'admission et avec les conditions de fonctionnement du moteur.
Aux facteurs qui viennent d'être indi- qués et qui déterminent le cognaient dans des conditions de fonctionnement à vitesse constante se superposent ceux in- troduits par l'accélération. Lorsqu'on ouvre brusquement le papillon, l'inertie plus grande du combustible liquide le fait rester en arrière du mélange air-vapeur lors du passage du carburateur aux cylindres; il on résulte des ra- tés pendant les premiers tours, sauf pour ce qui est de la charge additionnelle de combustible fournie par le puits d'accélération dn carburateur, ou par d'autres dispositifs, immédiatement après l'ouverture du papillon.
Ce combustible additionnel pour l'accélération fournit des fractions légè- res additionnelles qui, conjointement avec celles contenues dans la charge pour vitesse constante, fournissent à tous les cylindres des mélanges ayant sensiblement le maximum de puissance.
Les fractions ou portions de combustible qui sont à l'état de vapeur lorsqu'elles quittent la con- àuite d'admission ont des nombres d'octane variables, nombre dépendant de la composition du. combustible et du pourcentage de combustible qui est vaporisé. La figure 1 montre comment, pour un combustible dôme, les nombres d'octane des fractions
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ou portions vaporisées quittant la conduite d'admission varient avec l'importance de la vaporisation dans la. con- duit,3 d'admission et dans le carburateur.
L'expression "nombre s d'octane" telle qu'elle est employée ici, est destinée a désigner la quan- ti té pour cent de triméthyl 2.2.4. pentane dans un mélange de triméthyl 2.2.4. pentane et d'heptane normal ayant la même tendance du cognement que le combustible ou la frac- tion de combustible en question si on les compare à leurs rapports maxima respectifs air-combustible produisant le cognement avec le papillon complètement ouvert et à basse vitesse.
Dans le diagramme de la figure 1, les ab- scissos montrent le pourcentage vaporisé d'une essence. Les ordonnées indiquent le nombre d'octane de la portion vapo- risée. La courbe montre que, lorsqu'une quantité de 55 % du combustible est vaporisée, le nombre d'octane de ces 55 % est environ 67. Lorsqu'une quantité de 80 % du combus- tible est vaporisée, le nombre d'octane de ces 80 % est environ 58. L'addition des fractions plus lourdes, par va- porisation, à la portion déjà vaporisée réduit de manière très nette le nombre d'octane de la portion de vapeur ré- sultante. Il s'ensuit que plus est petite la portion vapo- isée du combustible, plus son nombre d'octane est élevé.
La courbe de la figure 1 est représentative, -pratiquement, de toutes les essences se trouvant actuellement sur le mar- ché. Sur la figura 2, on a représenté schématiquement trois des cylindres d'un moteur à six cylindres, pris comme exem- ple, pour illustrer trois conditions différentes de mélange dans les cylindres. Sur cette figure, le moteur 10 emporte un carburateur 11, une conduite ou tubulure d'admission 12 à gravité, avec sa nourrice horizontale 13, les orifices d'admission 14, les orifices d'échappement 15 et les pistons 16. Les cylindres sont désignés par A, B et C. Les pistons )
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ne sont pas représentés dans leurs positions relatif a ner-
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ntl.1e S, reliés à un arbre vilebrequin.
Les trois piaton9-<!t retirésèntés dans leur position de point mort bas à l'effet ' d'illustrer la capacité égale des cylindres à recevoir une charge et d'illustrer la nature des changes reçues par les cylindres lorsque le moteur fonctionne, avec le' paillon entièrement ouvert, à faible vitesse. Des mélanges
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vape ur-air sont indiqués sur la figmre L par les hachures en traits interrompus, la concentration relative en vapeur
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étant indiquée par l'épaîsseur relative des traits interrom- pis.
Les fractions lourdes non vaporisées de l'essence sont indiquées sur la figure sous forne de gouttas 17 qui sont
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vaporisées en dernier lieu l3ns le cylindre pur la chaleur provenant des gaz d'échappeuent résiduels, des surfaces métalliquex et d'autres sources. Cette représentation est purement schamatiquo : elle ne prétend représenter ni la position ni des quantités.
. Dans la fonctionnement d'un moteur
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d'autanobile, la portion de combustible habituellement vapo- risée dans le carburateur et dans la tubulure d'admission (par exemple de 55 à 90 pour cent) est distribuée en quanti-
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tés sensiblement égu.les à tous les cylindres avec des quand- tités sensibienent égales d'air.
Dans la distribution des portions les plus lourdes du combustible, non vaporisées dans le carburateur ou dans la tubulure d'admission, il y a à considérer trois conditions importantes qui peuvent se pré- senter dans un moteur polycylindrique, à savoir :
1 / Un ou plusieurs cylindres A peuvent recevoir seulement des fractions légères vaporisées dans le carbura- teur et dans la tubulure d'admission et ne recevoir sensible- ment aucune quantité de fractions lourdes liquides;
2 / Un ou plusieurs cylindres B peuvent recevoir
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(tas frWàt1onà légères vaporisées et des fractions lourdes,
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liquides dans des proportions telles que la composition du combustible et le rapport du poids de l'air au poids du combustible soient sensiblement les mêmes que pour le mo- lange quittant le carburateur:
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3 */ Un ou plusieurs cylindres 0 peuvent . 4 fles fractions légères vaporisées et des fractions lourdes liqui- des dans le même rapport que pour le cas visé ci-dessus nous 2 / et, de plus, les factions lourdes liquides qui, dans des conditions de distribution parfaites, auraient pénétré dans les cylindres A. mentionnés en premier lieu.
Ces trois conditions sont la conséquence de la distribution inégale des portions liquides plue lourd:::' du combustible aux divers cylindres, la distribut' influencée 'par les dimensions et les formes de la @ @ulure d'admission, par la vitesse du moteur et par d'autres fac- teurs, Les fractions lourdes qui pénètrent dans les cylindres sous la forme liquide dans les doux derniers cas peuvent être vaporisées immédiatement au contact des surfaces chau- des du cylindre et du piston mais, en tous cas, elles sont habituellement Vaporisées 'Avant que la combustion ne commence, Les cylindres reçoivent sensiblement la même quantits d'air mais des quantités et des compositions différentes de combus- tible.
La richesse du mélange ou la quantité relative de com- bustible présente est indiquée sur la figure 2 par l'épais- seur plus grande deslignes interrompues formant les hachures.
Comme on le voit, le cylindre A a un rapport élevé de l'air
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..... au combustible, le cylindre b un rapport -ir/combustible/et le cylindre C un rapport air/combustible encore plus petit. le cylindre A reçoit le mélange le plus pauvre et le cylindre 0 le Mélange le plus riche. Le combustible additionnel du cylindre C, dont la présence fuit que ce mélange est le plus riche, est constitué par les fractions lourdes qui, duns les conditions de bonne distribution, suraient penetré dans le cylindre A, fractions qui, ainsi qu'on peut le voir sur la
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Îlguro 1, ont une ftliblc valeur onti-dotonanto.
Le cylin- dre ., iéui reçoit le r.1wlu.r.(,"O la plus pauvre, contient la pirtic du conbustible ,j,ya.nt la. noi Heure v --10 ur nnti- détonante nlL1Í r., en rnicon do la pauvre té !au noin.ngp, 11 1:1 tendance au CO:J1Q1!Hmt ,le celui-ci dans le cylindre A 8;:1. plus grande '100 'Jans le cylindro B. A ;:on tour la ten- dance ,U cO)'1#wnt du mjlan1B dons le cylindre B ont plus grande dans le cylindre C, lequel reçoit le ciélar.± le -plus richo, que ce In tinliT.16 ci-a-pros.
Cic conditions, .ains 1 que dos conditions intE,,rm3diains, ce .,:r6sont,p.nû normal±ment lorsque 10 cor:nxnt ce produit à fnibic vitale. ùn a ra connu ,,ue dans los conditions qui se 1Jrénontnt en ctt3, 1.. dintribution 1==àzplo du cor.1busti bIG qui vient d' être exposa n. lieu pour de CI 'fi tùD<Jô3a son sibler#nt conatantos du v6'bicul.9 1;ticf.Lmani -'0 kilotm à l'heure, Dans des condition:) moins r'lvcclÚef1 çar cY.:om', plo en hiver, ou bien ai uno quantité mcindro de chaleur est fournie à 1,. tubulure d'a#nission ou enaar oi l'on eaploie un combustible moins volatil, la distribution inéga-le du combuatible peut peraiotor pour des vitaomo plus élevées du véhicule.
Pour des vito3coa cenciblemont conc- tjitos dia véhicule et Sl1p6 ri au re c à 55 kilomètres à l'heu- re environ, 1-t viterwa du rnl1Ule"-! d'air et do 7u.pour do conbustiblo dU11;:: la tubullinc d'a.dr:1iocion est hab ituollo- ment aCr:1ez 610v6e pour ontraIner 1 portion liquide du cOT1bustible ot pour lu distribuer en quantités sansiblo- ment osiles à tous les cylindres. En ptirail cas, tous les cylindres reçoivent dos cliarjac qui sont conciblement les mêm9s et les charges de tous les cylindrae ont les ca- 1û.ot6rim..i.t1eo de le. charge du cylindre 13 sur la figure 2.
Uno distribution zoo du coctbuoti- ble à faible vitesse est obtenue abusai si la température
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de la, tubulure d'admission est surristrrunent élevée -pour
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vaporiser tout le combustible. Ceci peut se produire occa- sionnellement pendant la saison chaude.
Après qu'une voitu- re a été conduite à grande vitesse par temps chaud, la cha- leur engendrée dans le moteur est parfois suffisante pour déterminer la vaporisation complète du combustible dans la tubulure d'admission pendant le fonctionnement à faible vitesse ayant lieu immédiatement après, L'effet de la tem- pérature rendue plus élevée et de la vitesse accrue est l'amélioration de la distribution; par suite les limites de vitesse du moteur pour lesquelles une bonne distribution est obtenue sont déterminées par une combinaison de fac- teurs tels que la vitesse du moteur et la charge les condi- tions atmosphériques et le typa et l'état du moteur lui- même.
Dans le fonctionnement à vitesse cons- tante faible avec le papillon entièrement ouvert (par exem- ple lors de la montée d'une côte), les rapports air-combus- tible du carburateur des moteurs d'automobiles existant ac- tuellement sur le marché sont habituellement compris entre
10,0/1 et h,5/1; le rapport du mélange du cylindre le plus pauvre dans les mêmes conditions ne dépasse pas habituelle- mont 14,0/1 environ. Des rapports air-combustible compris entre ces limites sont utilises pour la production de la puissance maximum du moteur dans les conditions de distri- bution pauvre.
On a constaté que dans de telles condi- tions les divers cylindres reçoivent des mélangée ayant des rapports compris entre le plus pauvre, lequel est habituel- lement d'environ 14,0/1 et le plus riche, lequel est plus riche que le rapport air-combustible de 10,0/1 ou de 12,5/1.
Pendant la fermeture (ou étranglement) manuelle ou automa- tique dans les périodes de réchauffage du moteur ou par une température ambiante très basse, le s rapports air-com- bustible peuvent être beaucoup plus riches que 10,0/1. Ils sont habituellement plus riches aussi immédiatement aprè
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l'ouverture rapide du papillon pendant l'accélération.
Le nombre d'octane du combustible et le rapport du mélange sont des facteurs qui influencent le des- sin du moteur pour la production de la puissance maximum et pour l'obtention de l'économie. Le taux de compression le plus élevé qui peut être adopté sans cognement, ou "taux de
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compression utile ma.xira.ura" (T.C.U.ie.) donne une mesure de l'utilité de ces deux facteurs, lorsque les autres facteurs restent constants : la figure 3 montre le T. C. il.l.., des cylin- dres A, B et C de la figure 2 lorsque le rapport dir-coinbuo- tible donne par le carburateur et la vaporisation du combus- tible dans le carburateur et dans la tubulure d'admission sont modifiés.
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Le diagransaa de la figure 3 porte en abscisses l'échelle des rapports air-combuztible au carbu- mateur et des 'pource-nta8o s de combustible vaporisé quittant la tubulure d'admission. Le diagramme porte en ordonnées à gauche l'échelle des taux de compression utile maximum
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(T.C.V,1.1. ) et à droite l'échelle des rapports nir-combustible pour le cylindre C. Les courbes A, B et C du diagramme mon- trent le taux de compression utile maximum des cylindres A, B et C de la figure 2 lorsque le rapport air-combustible au carburateur et le pourcentage do combustible vaporisé quit- tant la tubulure d'admission sont modifiés.
Pour permettre la comparaison, et étant, donne que le rapport du mélange dans les cylindres les plus pauvres des moteurs d'automobi- les ne varie pas notablement, on a considéré ici seulement les cas où le rapport du mélange dans le cylindre le plus
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pauvre z1) est con,,tL,.nt et de l'ordre de 14,0/1. Pour que le cylindre A fonctionne avec ce rapport air-coifibus-tîble constant, '-1tù.Il d le pourcentage de combustible vaporisé da.'1:", le carburateur et dans la tubulure d'admission décroît, il est nécessaire que le rapport combustible u carburateur soit augmenté. On suppose que le cylindre B reçoit du com-
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bustible ;ayant la mêr# c cnpooition et a le même rapport
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de mélange que celui donné par le carburateur.
On suppose que le cylindre C reçoit le même combustible que le cylin- dre B, plus les portions liquides qui, dans des conditions de distribution parfaite, auraient pénétré dans le cylindre A. Le cylindre C a le mélange le plus riche et ses rapports de mélange sont lus sur l'échelle d'ordonnées de droite.
La courbe B de la figure 3 montre que le taux de compression utile maximum du cylindre B de la figure 2 varie lorsque le rapport du mélange dans le cylin- dre vrie lui-même. Pour un rapport air-combustible dans le cylindre d'environ 13,8/1, la tendance au cognement du mélange dans le cylindre est maximum., comme cela est indi- qué sur la courbe par le T.C.U.M.
le plus bas, Ce rapport air-combustible, pour lequel la tendance au cognement est maximum, est connu sous le nom de rapport air-combustible de cognement maximum.' Pour des rapports de mélanges plus riches ou plus pauvres que le rapport air-combustible de cognement maximum, la tendance au cognement du mélange dans le cylindre est moindre et la diminution de, cette tendance devient plus marquée lorsque le rapport du mélange est ren- du progressivement plus riche ou plus pauvre.
La courbe A montre que, lorsque le pourcentage de combustible vaporisé dans le carburateur et dans la tubulure d'admission décroît et que le rapport air- combustible au carburateur est rendu plus riche de manière correspondante pour maintenir constant le rapport air-com- bustible dans le cylindre A, le taux de compression utile maximum pour le cylindre A croît également, bien que son rapport air-combustible reste constant.
Ceci est dû au fait que le combustible entrant dans le cylindre A est constitué par de s fractions progressivement plus légères qui ont des nombres d'octane croissants de manière correspondant, L'ac- croissement résultant du T.C.U.M. dans le cylindre A dû à la valeur anti-détonante plus élevée de ces fractions,
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plus légères n'est pas aussi grand que l'accroissement cor- respondant du T.C.U.M. dans le cylindre B obtenu par l'en- richissement du mélange dans ces cylindres qui se produit en même temps.
Lorsque le pourcentage de combustible va- porisé dans le carburateur et dans la tubulure d'admission est diminué et que le mélange au carburateur est enrichi de maniera correspondante, le cylindre C reçoit une proportion croissante de fractions lourdes à nombre d'octane bas, ce qui fait que le nombre d'octane du combustibledans le cy- lindre C décroît. Toutefois la courbe C de la figure 3 mon- tre que, lorsque le mélange donné par le carburateur est enrichi, le cylindre C cogne progressivement moins. Ceci est dû au fait que, lorsque le mélange dans le cylindre est en- richi, la réduction résultante de la tendance au cognement est plus que suffisante pour compenser l'effet de l'abaisse- ment du nombre d'octane du combustible.
Le résultat est que, lorsque le moteur fonctionne avec une distribution pauvre, le T.C.U.M. du cylindre C est plus grand que pour le cylin- dre B ou le cylindre A. Le T.C.U.M. des divers cylindres va- rie davantage par l'effet des changements dans le rapport air-combustible dans le cylindre (dans des conditions de dis- tribution imparfaite)que par l'effet de changements dans la valeur relative anti-détonante des fractions lourdes et légères du combustible.
Les courbes A' , B' et C' de la figure 3 montrent le taux de compression utile maximum pour les cy- lindres A, B et C respectivement lorsque les combustibies des courbes A', B' et C' contiennent un plomb-alkyle à. rai- son de 3,00 grammes de plomb pour 3,785 litres de combusti- reçusble par le cylindre.
L'addition du plomb au combustible ne modifie ni l'allure générale des courbes pour les trois cylindres ni la position des 'courbes.les unes par rapport aux autres.'Le cylindre riche C, sans plombdans le combus-
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tible, a un taux de compression utile plus élevé que le cy- lindre pauvre A, avec du plorab dans le combustible, si une quantité inférieure à 75 % environ du combustible quitte la tubulure d'admission à l'état de vapeur.
Le cylindre A qui contient sensible- ment toutes les fractions légères de l'essence a le rapport de mélange le plus pauvre et il a le besoin le plus grand
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de l'aide des composés .nti-détonants plomb-alkyles. Dans un moteur polycylindrique, il peut y avoir plusieurs cylin- dres se trouvant dans les conditions du cylindre A et ces conditions se présentent successivement dans tous les cylin- dres pendant le fonctionnement. La solution idéale de ce problème, laquelle consisterait à distribuer l'agent anti- détonant suivant les besoins de chaque cylindre, ne serait pas réalisable en pratique.
Le résultat désirable le plus
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approché serait obtenu en utilisant un plomb-::llcyle assez volatil pour qu'il ce trouve à tout moment dans la partie vaporisée de la charge de combustible et pour qu'il soit ainsi distribua de manière égale à tous les cylindres. Un
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tel plozrb-al:cy,le n'existe pas.
D'autres facteurs importants, s'ajou- tant au facteur de la distribution du plomb-alkyle aux cy-
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lindres, sont l'effet anti-détonant inhérent aux divers plomb -\..11\:
y1es (effet anti-détonant par unité de poids de plomb) et la variation de l'effet anti-détenut inhérent à chaque substance dans des conditions différentes de fonction- nement. On a constaté que l'avantage apparent des plomb -
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,.1.'.cyl.es à point d'ébullition bas lors de la distribution pauvre est compensé, dans une mesure variable, par l'effet mti-dfitonmt propre relativement bas de ces alkyles pendant la bonne distribution.
On a constaté également qu'il y a avantage à utiliser un mélange contenant certains plomb - alkyles à point d'ébullition bas et certains plomb -alkyles
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-lui ont un effet anti-djtonant propre plus élevé et dont
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l'effet anti-déton,,nt varie moins lorsque les conditions de
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fonctionnement changent, même si ces derniers plomb - alkyles ont un point d'ébullition plus levé. Les'cour- bes de la figure 4 montrent les nombres d'octane des por- tions vaporisées de mélanges du combustible de base de la. figure 1 et certains des plomb -alkyle solans les trois conditions de fonctionnement caractéristiques du cylindre A, à savoir : avec 53 % (distribution pauvre, courbe E);
87 % (bonne distribution, courbe F) et 100 % (distribu- tion parfaite, courbe D) du combustible quittant la tu- bulure d'admission à l'état de vapeur. Le cas de 100 % du combustible quittant la tubulure d'admission à l'état de vapeur pour le cylindre A est également caractéristi- que du même cas pour les cylindres B et C. Sur la figure 4 l'une des échelles d'abscisses indique certains des plomb-alkyles par le nombre d'atomes de carbone dans les
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molécules de plomb-alkyles jusques et y compris 1 atomes de carbone; l'autre échelle d'abscisses indique les points d'êbullition correspondants de ces alkyles sous une pres- sion de 13 millimètres de mercure. L'échelle des ordonnées indique les nombres d'octane.
Dans tous les cas le combus-
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tible de base quittant le carburLLteur contient un seul p!.omb-alkyle avec une concentration de 3,00 grammes de plomb pour 3,785 litres. Les divers plomb -alkyles dont les caractéristiques sont données par les courbes D, E et F sont représentés sur les dites courbespar des nombres
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de référence. de la manière suivante :
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1. tétraméthyle 6. Tri3thylpropyle 2. Trim6thyléthyle 'T. Diéthyldipropyle 3. Dimàthyldiéthyle B. Ethyltripropyle 4. ;.1thyltriéthyle 9.
Tétrapropyle
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<tb> 5. <SEP> Tétraéthyle
<tb>
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le. courbe u inclique ic nombre <1'00- tine du mélange de combustible et de composé anti-détonant dans tous les cylindres d'un moteur tournant à faible .
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vitesse avec une distribution prl'ate, Dans ces conditions.
1 teneur en composé an%1;dàtàt -du combustible et la. composition du eorabus,'bl', dans chacun fdes'!lindre-s sont les menas que d4n-e le csüatib,e. quittant. -é, ctrburcr.te u3c, Cette oourbe montre 1 'a,cacj:té 'rola-t! vo- a ' pluab-alkyle s pour une faible vitesse du. motet lorsque .le problème de la distribution ne se po ce pa;' ele- sera- d6?lxgnée -ci-après eous le non de courbe de la valeur miti-détonants inhuronte à faible vitesse. Cett#T courbe servir4 de-courbë de râôren- ce. On a constata que les composés plomb-,tlkyl-e anti-déto- nunts contenant à la fois des radicaux méthyl et propyl nor- ml, comme le plomb triméthylpropyles et tous les composés renfermant des radicaux isopropyl, comno le plaub dithyl- diisopropyle, ont un 'ef fet anti-df"tonunt propre moindre que les composés représentés sur la courbe 1i de la figure 4.
En Toison du fait que ces composés à effet anti-détonant propre inférieur est une utilité pratiqua moindre, on a
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simplifié le diagramme de la figure 4 en les supprimant.
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La plomb triàthylmùthyle a la valeur ant,-dton.n é propre L plus élevée dans les conditions de alreho à faible vitesse r4pésentde. par la courbe 1) et 14 effet an%1-Ààtownt propre des autres plomb-alkyles di- minue lorsque le nombre d'atomes de carbone est Luomntj6 ou diminué. Parmi les alkyles représentés sur la courbe D, le,plomb tétmnéthyle a la valeur anti-'dé tenante propre la plus basse.'Un a constaté que, dans certaines a-essences du comme rce, le composé à 7 atomes de carbone (plomb trié-' t3ayLac; thyl e ) st un peu meilleur que 10 composé a 8 atomes de carbone (plomb t6trathyle), tandis que cLn,-, d'autres essences du cocmorca, le composé a 8 .atomes de carbone est oeilleur que le composé à 7 atomes de carbone.
Un tous cas 1 différence entre ces deux corps est petite et ils peu- veatr'en cons4enee.-êt-re-coaid4s;-es-
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valeur.
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la courbe!!: montre l'effet anti-détonmt relatif dgs mêmes plomb-alkyles, dans le même cas de vi- tasse réduite, lorsqu'une quantité de 53 % seulement de combustible est débitée à l'état de vapeur par la tubulure d'admission au cylindre A. de la figure 2. Le plomb tétramé- thyle donne l'effet anti-détonant le plus grand et l'effi- cacité des autres alkyles décroît progressivement lorsque le nombre d'atomes de carbone dans la molécule augmente.
L'effet anti-détonant plus grand des alkyles ayant un petit nombre d'atomes de carbone est dû à la plus grande volati- litéde ces composés en raison de laquelle un pourcentage plus élevé est distribué avec la partie du combustible se trouvant à l'état de vapeur. La courbe P est une courbe semblable pour les conditions de fonctionnement du moteur dans lequel il est distribué, au cylindre A de la figure 2, 87 % du combustible à l'état de vapeur. On remarquera, d'après ces trois courbes, que, lorsque les conditions de fonctionnement du moteur sont modifiées, dans le sens d'une distribution parfaite du combustible, Inefficacité du plomb tétraméthyle et du plomb triméthyléthyle diminue sur la courbe correspondante D, tandis que l'efficacité des autres alkyles augmente sur ladite courbe.
L'efficacité élevée des plomb-alkyles à petit nombre d'atomes de carbone est constatée dans la marche à faible vitesse, lorsqu'on conduit en hiver avant que le moteur soit chaud. Lorsque le moteur s'échauffe, les conditions de fonctionnement approchent de celles don- nées sur la courbeD. L'effet apparent élevé du plomb tétraméthyle peut être utile pour une courte période seu- lement de conduite. L'importance du problème de la distri- bution et l'utilité des plomb-alkyles sont accentuées pen- dant l'accélération du moteur.
Au cours des premiers tours suivant l'ouverture rapide du papillon, tous les cylindres reçoivent presque uniquement du combustible vaporisa par
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suite les plomb-alkyles sont efficaces pendant cette période parce qu'ils sont vaporises et du'ils pénètrent dans les cy- lindres avec le combustible vaporisé, Une bonne volatilité de l'alkyle est désirable pour remplir cette condition.
aux vitesses plus élevais du moteur ou auxtempératures plus élevées de la tubul-ure d'admission, lorsqu'une distribution -sensiblement uniforme du combustible
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se produit, 1'-agent mti-d6tonLnt est -diA3tr-ibué d'une manière sensiblement é>1* et l'efficacité, propre anti-détonante constitue le facteur de contrôle parce que, aux vitesses éle- vées, les moteurs sont habituellement très sensibles 9. de
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petits changements dans la valeur anti-détontinte du combusti- ble. -Aux vitesses élevées du véhicule, dans des conditions de distribution parfaite , les plombkylo s conteont de 8 à 12 atomes de carbone ont sensiblement les valeurs iinti-déto- nante-s propres représentées sur la. courbe D.
Les composés à 6 et 7 atomes de carbone ont une valeur d.nti-dl3toD4Ilte légè- rement infurieure à celle du composé à 8 atomes de carbone-, los composés à. 4 et 5 .Atomes de carbone ont une efficacité propre considémblemant inférieure à celle indiquée par la
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courbe % le plomb tétrswéthyle étant'le composé qui subit la plus grande perte de son efficacité propre lorsque la vi- tosse du moteur est augmentée.
En raison de la perte plus grande de leur propriété anti-détonante propre pour les vi-
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tesses élevées du véhicule, le plomb tétraméthfle et le ,plomb trim5.thyldthyle n'ont 'pas une efficacité totale aussi élevée par rapport au plomb djr06thylQ.iÓthyle' t au plomb triéthylmé- thyle que cela est indiqué par les points"-représentant ces composés sur la courbe D. Les points d'ébullition des compo- sés renf-exm.mt 6 (ou plus de -6) atomes de carbone sont un obstacle à leur utilisation dans des conditions d< distribu-- -ti-vn x,a.uvrn,. ..-a-c;a s W.t a' éh l.tion ¯ des plomb-alky4s ont une relation avec les pondit ions de fonctionnement du moteur et non avec les points d'ébullition
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des diverses fractions des combu3ti blss..
L'addition d'un agent anti-détonant à un con- bustible de base élève le T.C.U.;',1. d'un moteur utilisant co combustible. On a constate que le meilleur agent anti-détonant
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est un mélange de plomb-alkylec qui donne l'accroissaient le plus grand et le plus uniforme du ï . C. U...:, dans un moteur pour toute la gamme des conditions de fonctionnement dans la- quelle il est utilisé. On a reconnu également que ce mélange
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doit contenir une quantité appréciable d'un plomb-j-lkyle ayant une efficacité nnti-<1<µton:uate propre élevée pour une gamme étendue de vitesses du moteur et un point d'ébullition aussi bas que possible compatible avec cette exigence; le coraposé à 7 -tomes de carbone, c'est-à-dire le plomb triéthyl-
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m3thy1e répond au riieux à ces conditions.
Ont reconnu que ce ni6l,.4nm doit contenir aussi une quantité appréciable d'un plomb-alkylo ayant un point d'ébullition bas, une efficacité relativement élevée dans des conditions do distribution pauvre et une efficacité anti-d3ton,,nte propre \lui ne soit hS trop basse pour une gwune étendue de vitesses du moteur. C'es't le composé à 5 atomes de carbone, le plomb triméthylethy le, qui répond le mieux à ces conditions. Le composé à 6 ato- raes de carbone, le plor.2b diméthyldijthyle, a un point d'ébul- lition relativemont bas et une efficiàcité -\J1ti-détonnte re- l-tive<;i nt élevoe et sensiblement uniforme pour une @omme étendue de vitesses du moteur; aussi a-t-on reconnu que ce . composé devait être utilisé dans le mélange en proportion
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i..ppréct...ùlC3, ou 1")Ôriie dominante.
Pour satisfaire aux conditions no:ru1..J. es les plus différentes (le fonctionnement, le mélange préféré ad formé, en volume, (le :;5 pour cent de plomb tritn J. thyllthyle, 45 pour cent de p10rfb diméthyldidthylc et 30 pour cent de plomb triëthylm0thyle. Avec ce mélange on utilise un ou plusieurs composés tels que des halogénures organiques. Il est préférable d'utiliser, en volune, dans le mélange final, 23 pour cent de dibromure d'éthylène, 14 pour cent de dichlo-
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rare d'éthylène et 63 pour cent du mélange de plaab-ultyles. la quantité d'un tel mêlant, qui est ajoutée aux combustibles, dépend de la composition de ceux-
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ci et'de l'anélioration que l'on désire apporter à la valeur antiood±tonan%e des dits combustibles.
A, 3,%5 litres d'une essence moyenne du commerçât telle qu'elle est mise sur le
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marché aux Etats-Unis d'Amérique, la. demanderesse ajoute jusqu'à. 4,5 cm3 du mélange final ; toutefois on peut adopter des concentrations plus fortes.
Dans la pratique de l'invention, un mé- lange combustible-'air est comprimé, dans un moteur à combus- tion interne, à une pression supérieure à la pression criti-
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que du combustible de base -et le mélange combustible-.ir est allume, avec le mélange de ploqnb-.lkyle s, avec une réduc- tion résultante de la tendance nu cogngnent. Le mélange fi- nal contenant les plomb-alkyles peut être mélangé au combus- tible de base pour former un nouveau combustible traite ou bien il peut être injecte dans la tubulure d'admission. Dans le premier cas, le mélange final est carburé et distribué
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avec le 1wlge.., ccmbusti ble-a.ir.
Le -plomb tétran-thyle et le plomb tétra6thyle peuvent être utilisés dans le mélange; lors- qu'on utilise ces 4emioers, le mu, préféré est formé, en volume, de 4,0 pour cent de plomb tétraméthylet 23 pour cent de plomb triméthyléthyle, 40 pour cent de plomb diméthyldié-
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thyle, 27 pour cent de plomb triÓthy1mÓthyle et 6 pour cent de plomb tétraéthyle.
Les proportions des méthyléthyla-p1omb- alkyles, et celles des composés tétramcthyle et tétraéthyle (si ces derniers sont utilisés) peuvent varier pour satisfai-
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re à diverses limites de conditions elimatériquoo, de conditions de fonctionnement et de types de moteurs,. fur temps froid ou lorsque des conditions de conduite à vitesse 'rela- tivement réduite dominent, une plus grande proportion des
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oompo#Q là point d'ébullition plus bas et une plus petite proportion des composés plomb-alkyles à point d'ébullition
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plus haut peuvent être adoptées.
Si l'on utilise dans le mélange du plomb tétrthyle, il est préférable d'adopter une faible concentration pour ce corps et, mené par le temps le plus froid, de maintenir ce corps à une concentration inférieure à 15 pour cent. Par temps chxud ou lorsque des conditions de conduite à vitesse relativement élevée domi- nent. une proportion plus élevée des composas à point d'ébul- lition élevé, en particulier du plomb tétraéthyle, et une proportion plus petite dos composés à point d'ébullitibn plus bas peuvent être utilisées. Les proportions exactes à ddopter dépendent des conditions particulières auxquelles on doit satisfaire.
D'autres plomb-alkyles peuvent être uti-
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lisés dans le mélange .is>o' ilo s'y trouvent, il est préfé- rable de les utiliser à dos teneurs relativement basses, Les hâlogànures organiques peuvent être utilisés avec tous ces mélanges. L'agent anti-détonant primaire ou de base
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est le mélange des trois dérivés mcthyléthyl du plomb, c'est- à-dire du plomb triméthyléthyle, du plomb dimcthyldiéthyle et du plomb triéthylrn;thyle. Cet agent primaire ou de base peut être utilisé seul ou avec d'autres composés anti-détonants
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qui modifient l'efficacité anti-détonimte obtenue par divers manges de ces trois composés.
Lorsqu' on ajoute du plomb
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tétrméthyle, il est préférable que sa concentration ne dé- passe pas 15 pour cent calculés sur le plomb présent.
Ainsi, qu'il a été dit plus haut, le plomb triéthylméthyle et le plomb tétraéthyle sont sensiblement équivalents, sauf pour ce qui est du point d'ébullition et la différence entre les points d'ébullition de ces deux com- posés est de peu d'importance par temps chaud.
Pour ces rai-
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sons, le plomb tétra6thyle est pris comme équivalant au plomb triéthylméthyle dans un mélange a.nti-détonant pour temps eluud et un tel mélange peut contenir une quotité re- lativement grande de l'unde ces composés ou des deux. Sa,,%
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pour le cas de ce mélange destiné à la saison chaude, il est
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préférable que la quantité des autres composes antidétonants soit relativement petite, de manière à modifier simplement
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les propriétés de l'agent <n%1-dé%oncm% primaire ou de base.
On a constaté que., lorsqu'on utilise le ou les mélanges décrits ci-dessus, dans les conditions de
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distribution impurflaite du combustible décrit à propos des cylindres A, B et C, le cognement dans le cylindre A est induit à un minimum compatible avec un bon fonctionnement du moteur pour toute la gamme des conditions de marche.
'Le problème de la, distribution et de l'u-
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tilisation dez plomb-,Iicyles, camne unti-détouants, h. été appliqué à un combustible de base du type représenta sur la figure 1, Dans le cas de combustible-de base ayant une courbe
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caractéristique sensiblement aplatie, c'est-à-dire dont tou- tes les fractions ont un nombre d'octane sensiblement 6gal, lu 'l'. C.1), , du cylindre il. de la figure 2- reste constant lors- que le rapport air-cooebustible varie au carburateur et i-tmene 7. courbe de la figure 3 à tendra vers une ligne sensible- ment droite et horont:...le.
Lorsque le rapport air-combustible au carburateur est rendu plus riche que celui donnant le
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cogmment niaxicwà, le 'l.C.it., des cylindres B et C croît plus vite que dans le cas du combustible de la figure 1 étant donné quel'on n'a pas l'effet nuisible de fractions lourdes de valeur anti-détonante basse. Par suite, le cylindre A, par rapport aux cylindres B et C, a un besoin plus grand de
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l'aide des composés anti-détonants plomb-..lkyles.
Lorsque le combustible de base a une courbe cuiuct6riotique avec une pente opposée à celle de la courbe de la figure 1, c'est-à-dire lorsqu'il contient des fractions lourdes avec une valeur anti-détonante plus.élevée quo celle des fractions Idgeres, le T. C. U.1J. du cylindre 4 de la figure 2 décroît lorsque le rapport air-coMbustible an (1j..rburtQUX' est rendu plus riche que celui donnant le cogne-(. ,
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ment maximum; le T.C.U.M. des cylindres B et C augmente plus rapidement que dans l'un quelconque des cas précédents parce que les fractions lourdes de valeur anti-détonante élevée sont ajoutées. Par suite le cylindre A a un bosoin aussi grand que possible de l'aide des plomb-alkyles.
On a constaté que l'utilisation des combustibles des deux derniers types décrits ne modifie pas de manière apprécia- ble le problème du choix du meilleur mélange de plomb-alky- les. la courbe D de la figure 4 est applica- ble aux combustibles de base qui constituent, de loin, la majeure partie des essences vendues aux Etats-Unis d'Améri- que. Un petit nombre d'essences peu usuelles ont des cour- bes de valeur anti-détonante plomb-alkyle propre qui diffè- rent de la courbe D de la figure 4 par le fait que le compo- sé d'efficacité maximum est autre que le composé contenant 7 ou 8 atomes de carbone. On ci. reconnu cependant avec ces combustibles que les mélanges préférés ci-dessus décrits donnent les meilleurs résultats totaux.
L'invention trouve sa plus grande utilité dans les moteurs à haut rendement. Elle est utile également dans les moteurs à bas rendement, particulièrement en hiver ou dans des conditions de fonctionnement variables. On comprendra, d'après la description qui vient d'en être don- née, que l'invention ne porte pas seulement sur le procéda consistant à faire fonctionner un moteur à essence par com- bustion de l'essence avec le ou les mélunges anti-détonants précités, mis qu'elle vise également les divers mélanges anti-détonants décrits, soit seuls, soit en mélange avec l'essence.
Il est bien entendu aussi que l'invention n'est pas seulement applicable au cas de l'essence, telle que l'essence ordinaire du commerce, mais aussi à des mé- longes d'essence et d'autres combustibles, par exemple des mélanges alcool-essence ou benzol-essence.
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Fuel improvements for internal combustion engines
The present invention relates to methods for improving the operation of internal combustion engines. When lead tetraethyl was first used as an anti-detonating agent, automobile engines were of the low efficiency type; in other words, the speed limit was relatively low, the supply conduits had relatively small passage sections and the reheating of the inlet conduits or pipes was commonly used.
Under these conditions, lead-tetraethyl was
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one of the most effective djrti-detonating qpmpqsos and, as well. ,,:; {dW -r² known although others were known in general and some of If they had been tried, these compounds did not have the practical and industrial character of lead-tetraethyl.
It has long been well known that: Here. detonation or knocking in a given engine is the consequence of abnormal combustion, as their production and importance for a given case of engine operation is determined mainly, in the absence of a addition of anti-detonating compounds, by the chemical composition of the fuel and that an improvement in the conditions producing the knock is mainly. obtained by a study of the base fuel and by modifications made to this fuel. Gasolines are mixtures of hydrocarbons with a wide variety of boiling points and molecular structure.
Typical commercial gasolines include low boiling fractions called "light ends" which have good anti-detonation properties and higher boiling fractions termed "heavy ends" which have anti-detonating properties. - rather weak amazing.
It is known that knocking in automobile engines can occur at both high and low speeds, and a given engine can jam at high speeds and at low speeds,
It has been found that changes in the operating conditions within an engine, all other factors remaining the same, have a greater influence on low speed knock than the anti- knock properties. relative holders of the different fractions composing the combustiblo. It was also found that the "heavy fractions", of low anti-detonating value, have
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usually little influence on the production and severity of the knock at low speed.
Under high speed knock conditions, the "heavy ends", along with the other fractions composing the fuel, determine the total or overall anti-detonation property of a given canbus but, at low speed, they are. usually the lightest fractions, having the best anti-detonation property, which regulate the output and severity of the knock.
The characteristics of engines, base fuels and anti-detonating compounds mixed with said fuels are interrelated with respect to the determination of the production and severity of knock. It has been recognized that the various lead-alkyl anti-detonating compounds have certain different properties which, with respect to certain basic fuel properties and engine construction characteristics, provide a solid basis for improving engine operation. engine. It has also been observed that these fundamental characteristics can have a relation between them for the improvement of the qualities of the engine.
It is the object of the present invention to establish such a relationship so that an improvement in engine operating conditions can be obtained under various operating conditions, for low efficiency internal combustion engines and for low-efficiency engines. high efficiency internal combustion. The term “high-efficiency engines” is intended to denote engines capable of operating at a high compression ratio between remote limits of speed of rotation.
It has been found that mixtures of the three lead-methyl-ethyl derivatives can be used, with or without other lead-alkyls, with the various types of commercial gasoline to obtain, in variable-speed engines,
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at low or high efficiency, results superior to those which can be obtained under
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very different functions with any single lead alkyl. The three mixed lead-methylrothyl derivatives are lead-trimd thyl thyla, lead-dimethyl-diethyl and plonib-triethylmethyl.
The knocking problem is more difficult to solve with high efficiency motors and it is in this field that the present invention finds its greatest utility. The lead-alkyls chosen to make up the lead-alkyl mixture can vary as well as their relative proportions to meet various conditions such as differences in the. the way the car is driven, the conditions
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atmospheric conditions or Ctdriquos, the nature of the base fuel with which the anti-detonator is used, and finally the nature and condition of the engine.
When the engine must operate with large variations in some or
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Under all of the said conditions, the anti-detonating mixture can be chosen, in accordance with the invention, so that it gives operation of the engine under good average conditions for the entire operating range.
To better understand the invention
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tion, we will nonetheless refer to the appended drawing which shows the operating conditions of the engine as well as the modifications of the inti-detonating properties of the di-
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to plor.1b-alkyl compounds for varying engine operating conditions.
Figure 1 is a graph, giving the octane number of the percentage of a given commercial gasoline that is supplied in a vapor state to the cylinders through the intake line;
Figure 2 is a schematic view, partially cut away, of part of a six-cylinder engine.
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dres with its intake pipe, its aarburetor and its
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pistons.
These are all shown in their bottom dead center position, which gives equal volumes to all cylinders, to illustrate the distribution of fuel to three of the six cylinders when the engine is running low. speed and that a small amount of heat (or zero amount) is applied to the intake duct;
Fig. 3 is a diagram showing, for imperfect fuel distribution conditions, the variation in the knocking tendency of these three cylinders of a multi-cylinder engine when the air / fuel ratio of the carbunor and the vaporization percentage of the fuel. fuel are changed;
FIG. 4, finally, is a diagram showing the curves which show the degree of effectiveness of the anti-detonating lead-alkyl compounds, when
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lead is added to them, in offsetting concentrations in a given gasoline and when used in the less well-supplied cylinder of a low-speed engine, with varying percentages of the fuel leaving the intake line at the bottom. 'state of vapor. The figure also shows a similar curve applicable to all the cylinders of the engine under conditions of equal distribution of fuel to the cylinders.
It has been found that the best use of anti-detonating agents depends primarily on how the engine distributes and uses gasoline-air mixtures. When gasoline enters the air stream of the carburetor of an internal combustion engine, the lighter or more volatile portions of the gasoline are vaporized and mixed with air. the fuel vapor-air mixture and the unvaporized liquid fuel enter the intake line where the temperature is usually quite high
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to produce vaporization of the more volatile parts of the fuel portion which enters said inlet line in the liquid state.
The heavier parts of the fuel, except in the case of temperatures rarely reached in the intake pipes for normal operation of automobile engines, remain in the liquid state until they enter the cylinders. dres where they are normally vaporized in full before the. combustion does not begin. The percentage of fuel vaporized in the intake line varies with the type of engine, with the shape of the intake line, and with engine operating conditions.
The factors which have just been indicated and which determine the impact in operating conditions at constant speed are superimposed on those introduced by acceleration. When the throttle is suddenly opened, the greater inertia of the liquid fuel causes it to stay behind the air-vapor mixture as it passes from the carburetor to the cylinders; misfiring occurs during the first few laps, except for the additional charge of fuel supplied by the carburetor acceleration shaft, or other devices, immediately after the throttle opens.
This additional acceleration fuel provides additional light fractions which, together with those contained in the constant speed charge, provide all cylinders with mixtures of substantially maximum power.
The fractions or portions of fuel which are in the vapor state when they leave the inlet pipe have varying octane numbers, the number depending on the composition of the. fuel and the percentage of fuel that is vaporized. Figure 1 shows how, for a dome fuel, the octane numbers of the fractions
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or vaporized portions leaving the inlet line vary with the amount of vaporization in the. pipe, 3 intake and into the carburetor.
The term "octane number" as used herein is intended to denote the percent amount of trimethyl 2.2.4. pentane in a mixture of trimethyl 2.2.4. normal pentane and heptane having the same knock tendency as the fuel or fuel fraction in question when compared to their respective maximum air-fuel ratios producing the knock with the throttle fully open and at low speed.
In the diagram of figure 1, the abscissos show the vaporized percentage of a gasoline. The ordinates indicate the octane number of the vaporized portion. The curve shows that when 55% of the fuel is vaporized, the octane number of this 55% is about 67. When 80% of the fuel is vaporized, the octane number of This 80% is about 58. The addition of the heavier fractions, by vaporization, to the already vaporized portion greatly reduces the octane number of the resulting vapor portion. It follows that the smaller the vaporized portion of the fuel, the higher its octane number.
The curve of FIG. 1 is representative, -practically, of all the species currently on the market. In figure 2, three of the cylinders of a six-cylinder engine have been schematically shown, taken as an example, to illustrate three different mixing conditions in the cylinders. In this figure, the engine 10 carries a carburetor 11, a gravity intake pipe or manifold 12, with its horizontal feeder 13, the intake ports 14, the exhaust ports 15 and the pistons 16. The cylinders are designated by A, B and C. The pistons)
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are not shown in their relative positions
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ntl.1e S, connected to a crankshaft.
The three piatons have been removed from their bottom dead center position to illustrate the equal capacity of the cylinders to receive a load and to illustrate the nature of the changes received by the cylinders when the engine is running, with the 'straw fully open, at low speed. Mixtures
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vape ur-air are indicated on figure L by the dashed hatching, the relative vapor concentration
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being indicated by the relative thickness of the broken lines.
The unvaporized heavy fractions of gasoline are shown in the figure under the form of drops 17 which are
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Lastly vaporized in the cylinder for heat from residual exhaust gases, metal surfaces and other sources. This representation is purely schamatiquo: it does not claim to represent either position or quantities.
. In the operation of an engine
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of an automobile, the portion of fuel usually vaporized in the carburetor and in the intake manifold (e.g. 55 to 90 percent) is distributed in quantity.
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substantially equal to all cylinders with equal sensitively air amounts.
In the distribution of the heaviest portions of the fuel, not vaporized in the carburettor or in the intake manifold, there are three important conditions to be considered which may occur in a multi-cylinder engine, namely:
1 / One or more cylinders A can receive only light fractions vaporized in the carburetor and in the intake manifold and not receive substantially any quantity of liquid heavy fractions;
2 / One or more cylinders B can receive
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(frWàt1onà light vaporized heaps and heavy fractions,
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liquids in proportions such that the composition of the fuel and the ratio of the weight of the air to the weight of the fuel are substantially the same as for the mixture leaving the carburetor:
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3 * / One or more cylinders 0 can. 4 fles vaporized light fractions and heavy liquid fractions in the same ratio as for the case referred to above we 2 / and, moreover, the heavy liquid fractions which, under perfect conditions of distribution, would have entered the cylinders A. mentioned first.
These three conditions are the consequence of the uneven distribution of the larger liquid portions of the fuel to the various cylinders, distributing it 'influenced' by the dimensions and shapes of the intake manifold, by the speed of the engine. and by other factors. The heavy fractions which enter the cylinders in liquid form in the latter cases may be vaporized immediately on contact with the hot surfaces of the cylinder and the piston, but in any case they are Usually Vaporized Before combustion commences, the cylinders receive substantially the same amounts of air but different amounts and compositions of fuel.
The richness of the mixture or the relative quantity of fuel present is indicated in FIG. 2 by the greater thickness of the interrupted lines forming the hatches.
As can be seen, cylinder A has a high air ratio
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..... to fuel, cylinder b has an -ir / fuel / ratio and cylinder C an even smaller air / fuel ratio. cylinder A receives the leanest mixture and cylinder 0 the richest mixture. The additional fuel of cylinder C, whose presence leaks that this mixture is the richest, consists of the heavy fractions which, under the conditions of good distribution, would have penetrated into cylinder A, fractions which, as can be seen see on the
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Îlguro 1, have an onti-dotonanto value ftliblc.
The cylinder., Iéui receives the r.1wlu.r. (, "O the poorest, contains the pirtic of the fuel, j, ya.nt the. Noi Hour v --10 ur nnti- detonating nlL1Í r., in rnicon do the poor té! au noin.ngp, 11 1: 1 tendency to CO: J1Q1! Hmt, this one in cylinder A 8;: 1. greater '100' Jans cylinder B. A;: we turn the trend, U cO) '1 # wnt of the mjlan1B in the cylinder B have greater in the cylinder C, which receives the celar. ± the-richest, than this In tinliT.16 above .
These conditions, as well as intE, rm3dain conditions, are, normally, when 10 such as this product is vital. We have known ,, ue under the conditions which are 1Jrénontnt in ctt3, 1 .. dintribution 1 == atzplo of the cor.1busti BIG which has just been exposed n. place for CI 'fi tùD <Jô3a son sibler # nt conatantos du v6'bicul.9 1; ticf.Lmani -'0 kilotm per hour, In conditions :) less r'lvcclÚef1 çar cY.:om', plo in winter, or have a mcindro quantity of heat is supplied to 1 ,. a # nission tubing or enaar where a less volatile fuel is deployed, the unequal distribution of the fuel can affect the vehicle's higher vitaomo.
For vito3coa cenciblemont conc- tjitos dia vehicle and Sl1p6 ri au re c at about 55 kilometers per hour, 1-t viterwa du rnl1Ule "-! Air and do 7u. For do conbustiblo dU11; :: la a.dr tubullinc: 1iocion is usually aCr: 1ez 610v6e to collect 1 liquid portion of the fuel and to distribute it in amounts without osil obstruction to all cylinders. In this case, all cylinders receive cliarjac backing which are concisely the same and the charges of all cylinders have the ca- 1û.ot6rim..i.t1eo of the. charge of cylinder 13 in FIG. 2.
A zoo distribution of the low-speed coctbuoti- ble is obtained abusai if the temperature
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of the intake manifold is excessively high -for
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vaporize all the fuel. This can happen occasionally during the hot season.
After a car has been driven at high speed in hot weather, the heat generated in the engine is sometimes sufficient to determine the complete vaporization of fuel in the intake manifold during low speed operation occurring immediately. Afterwards, the effect of the temperature made higher and the speed increased is the improvement of the distribution; therefore the engine speed limits for which good distribution is obtained are determined by a combination of factors such as engine speed and load atmospheric conditions and the type and condition of the engine itself .
In low constant speed operation with the throttle fully open (for example when going up a hill), the air-fuel ratios of the carburetor of automobile engines currently on the market are usually between
10.0 / 1 and h, 5/1; the mixture ratio of the leaner cylinder under the same conditions usually does not exceed about 14.0 / 1. Air-fuel ratios within these limits are used to produce maximum engine power under lean delivery conditions.
It has been found that under such conditions the various cylinders receive blends having ratios between the poorest, which is usually about 14.0 / 1, and the richest, which is richer than the ratio. air-fuel 10.0 / 1 or 12.5 / 1.
During manual or automatic closing (or throttling) in periods of engine warm-up or in very low ambient temperatures, the air-fuel ratios can be much richer than 10.0 / 1. They are usually richer also immediately after
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the fast opening of the throttle during acceleration.
The fuel octane number and the mixture ratio are factors which influence the engine's design for producing maximum power and for obtaining economy. The highest compression ratio that can be adopted without knocking, or "
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useful compression ma.xira.ura "(TCUie.) gives a measure of the usefulness of these two factors, when the other factors remain constant: figure 3 shows the TC il.l .., of cylinders A, B and C of Figure 2 when the dir-coinbuotible ratio given by the carburetor and the vaporization of fuel in the carburetor and in the intake manifold are changed.
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The diagransaa of FIG. 3 shows on the abscissa the scale of the air-fuel ratios at the carburetor and of the percentages of vaporized fuel leaving the intake manifold. The diagram shows the scale of the maximum useful compression ratios on the y-axis.
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(TCV, 1.1.) And on the right the scale of the fuel-fuel ratios for cylinder C. Curves A, B and C in the diagram show the maximum useful compression ratio of cylinders A, B and C in figure 2 when the air-fuel ratio at the carburetor and the percentage of vaporized fuel leaving the intake manifold are changed.
For the sake of comparison, and given that the mixture ratio in the poorest cylinders of automobile engines does not vary appreciably, we have considered here only those cases where the mixture ratio in the poorest cylinder.
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poor z1) is con ,, tL, .nt and of the order of 14.0 / 1. For cylinder A to operate with this constant air-coifibus-tîble ratio, '-1tù.Il d the percentage of vaporized fuel da.'1: ", the carburetor and in the intake manifold decreases, it is necessary that the fuel to carburettor ratio is increased Assume that cylinder B receives com-
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bustible; having the same # c cnpooition and has the same report
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of mixture than that given by the carburetor.
Assume that cylinder C receives the same fuel as cylinder B, plus the liquid portions which, under conditions of perfect distribution, would have entered cylinder A. Cylinder C has the richest mixture and its ratios. mixture are read on the right ordinate scale.
Curve B of Figure 3 shows that the maximum useful compression ratio of cylinder B of Figure 2 varies as the mixture ratio in the cylinder itself changes. For an air-fuel ratio in the cylinder of about 13.8: 1, the tendency for the mixture to knock in the cylinder is maximum., As indicated on the curve by the T.C.U.M.
This lowest air-fuel ratio, for which the knock tendency is maximum, is known as the maximum knocking air-fuel ratio. ' For mixture ratios richer or leaner than the maximum knocking air-fuel ratio, the knocking tendency of the mixture in the cylinder is less and the decrease in, this tendency becomes more marked when the mixture ratio is returned. progressively richer or poorer.
Curve A shows that when the percentage of fuel vaporized in the carburetor and in the intake manifold decreases and the air-fuel ratio at the carburetor is correspondingly made richer to keep the air-fuel ratio constant in cylinder A, the maximum useful compression ratio for cylinder A also increases, although its air-fuel ratio remains constant.
This is because the fuel entering cylinder A is made up of progressively lighter fractions which have correspondingly increasing octane numbers. The resulting increase in T.C.U.M. in cylinder A due to the higher anti-detonation value of these fractions,
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lighter is not as great as the corresponding increase in T.C.U.M. in cylinder B obtained by the enrichment of the mixture in these cylinders which occurs at the same time.
When the percentage of fuel vaporized in the carburettor and in the intake manifold is decreased and the mixture at the carburetor is enriched correspondingly, cylinder C receives an increasing proportion of heavy fractions with low octane number, this which causes the number of octane of the fuel in cylinder C to decrease. However, curve C in FIG. 3 shows that, when the mixture given by the carburetor is enriched, cylinder C gradually knocks less. This is because when the mixture in the cylinder is enriched, the resulting reduction in knocking tendency is more than sufficient to compensate for the effect of lowering the octane number of the fuel.
The result is that when the engine is running with lean timing, the T.C.U.M. of cylinder C is larger than for cylinder B or cylinder A. The T.C.U.M. of the various cylinders varies more by the effect of changes in the air-fuel ratio in the cylinder (under conditions of imperfect distribution) than by the effect of changes in the relative anti-detonation value of the heavy fractions and light fuel.
Curves A ', B' and C 'of figure 3 show the maximum useful compression ratio for cylinders A, B and C respectively when the fuels of curves A', B 'and C' contain a lead-alkyl at. The reason is 3.00 grams of lead per 3.785 liters of fuel received by the cylinder.
The addition of lead to the fuel does not change either the general shape of the curves for the three cylinders or the position of the curves with respect to each other. The rich cylinder C, unleaded in the fuel
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tible, has a higher useful compression ratio than the lean cylinder A, with plorab in the fuel, if less than about 75% of the fuel leaves the intake manifold in the vapor state.
Cylinder A, which contains substantially all of the light fractions of gasoline, has the poorest mixture ratio and needs the greatest amount.
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using lead-alkyl anti-detonating compounds. In a multi-cylinder engine, there may be several cylinders under the conditions of cylinder A and these conditions occur in all of the cylinders successively during operation. The ideal solution to this problem, which would consist in dispensing the anti-detonating agent according to the needs of each cylinder, would not be practical.
The most desirable result
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approximated would be obtained by using a lead - :: llcyl volatile enough to be found at all times in the vaporized portion of the fuel charge and thus to be distributed equally to all cylinders. A
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tel plozrb-al: cy, the does not exist.
Other important factors, adding to the factor in the distribution of lead-alkyl to cy-
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linders, are the anti-detonating effect inherent in various lead - \ .. 11 \:
y1es (anti-detonation effect per unit weight of lead) and the variation of the anti-detonation effect inherent in each substance under different operating conditions. It was found that the apparent benefit of lead -
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Low boiling point cylinders during lean dispensing is compensated, to a varying extent, by the relatively low inherent mti-dfitonmt effect of these alkyls during good dispensing.
It has also been found that it is advantageous to use a mixture containing certain lead - low boiling point alkyls and certain lead - alkyls.
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-they have a higher clean anti-djtonant effect and whose
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the anti-deton effect varies less when the conditions of
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operation change, even if the latter lead - alkyls have a higher boiling point. The curves in Figure 4 show the octane numbers of the vaporized portions of mixtures of the base fuel. Figure 1 and some of the lead-alkyl solans the three operating conditions characteristic of cylinder A, namely: with 53% (lean distribution, curve E);
87% (good distribution, curve F) and 100% (perfect distribution, curve D) of the fuel leaving the inlet tube in the vapor state. The case of 100% of the fuel leaving the inlet manifold in the vapor state for cylinder A is also characteristic of the same case for cylinders B and C. In figure 4 one of the abscissa scales indicates some of the lead-alkyls by the number of carbon atoms in the
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lead-alkyl molecules up to and including 1 carbon atoms; the other abscissa scale indicates the corresponding boiling points of these alkyls under a pressure of 13 millimeters of mercury. The ordinate scale indicates the octane numbers.
In all cases, the fuel
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The base fuel leaving the carburetor contains a single p! .omb-alkyl with a concentration of 3.00 grams of lead per 3.785 liters. The various lead-alkyls whose characteristics are given by curves D, E and F are represented on said curves by numbers
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reference. as follows :
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1. tetramethyl 6. Tri3thylpropyl 2. Trim6thylethyl 'T. Diethyldipropyl 3. Dimàthyldiethyl B. Ethyltripropyl 4.; .1thyltriethyl 9.
Tetrapropyl
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<tb> 5. <SEP> Tetraethyl
<tb>
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the. curve u inclines ic number <1'00- tine of mixture of fuel and anti-detonating compound in all cylinders of a low-running engine.
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speed with a prl'ate distribution, Under these conditions.
1 compound content an% 1; dàtàt -du fuel and the. composition of the eorabus, 'bl', in each fdes'! lindre-s are the menas that d4n-e csüatib, e. leaving. -é, ctrburcr.te u3c, This oourb shows 1 'a, cacj: té' rola-t! vo- a 'pluab-alkyl s for a low rate of du. motet when .the distribution problem does not arise; ' This will be shown below as the curve number for the miti-detonants value which is shocking at low speed. This curve serves as a de-curvature of râôrence. It was found that the anti-detonating lead-, alkyl-e compounds containing both methyl and propyl-nor- ml radicals, such as trimethylpropyl lead and all compounds containing isopropyl radicals, such as plaub dithyl- diisopropyle, have a lower own anti-df "tonunt effect than the compounds shown on curve 11 of Figure 4.
In view of the fact that these compounds with a lower clean anti-detonating effect are of less practical utility, we have
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simplified the diagram of Figure 4 by deleting them.
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Triathylmethyl lead has the highest ant, -dton.n é clean L value under the conditions of alreho at low velocity at present. by the curve 1) and 14 the effect an% 1-Ààtownt specific to other lead-alkyls decreases when the number of carbon atoms is Luomntj6 or decreased. Of the alkyls shown on curve D, lead tetmnethyl has the lowest self-contained anti-dehydration value. It has been found that in some of the a-gasolines of the same as rce, the 7-carbon compound (lead triet3ayLac; ethyl e) is somewhat better than 10 8-carbon compound (lead tetrathyl), while in other coconut gasolines, the 8-carbon compound is better than 8 carbon compound. compound with 7 carbon atoms.
In any case, the difference between these two bodies is small and they can be cons4enee.-et-re-coaid4s; -es-
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value.
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the curve !!: shows the relative anti-detonation effect of the same lead-alkyls, in the same case of reduced vi- cup, when a quantity of only 53% of fuel is delivered in the vapor state through the pipe inlet to cylinder A. in Figure 2. Tetramethyl lead gives the greatest anti-detonation effect and the efficiency of other alkyls gradually decreases as the number of carbon atoms in the molecule increases. .
The greater anti-detonating effect of alkyls having a small number of carbon atoms is due to the higher volati- lity of these compounds due to which a higher percentage is distributed with the part of the fuel lying at the bottom. vapor state. Curve P is a similar curve for the operating conditions of the engine in which it is distributed, to cylinder A of FIG. 2, 87% of the fuel in the vapor state. It will be noted, from these three curves, that, when the operating conditions of the engine are modified, in the direction of a perfect distribution of the fuel, the inefficiency of tetramethyl lead and trimethylethyl lead decreases on the corresponding curve D, while the efficiency of the other alkyls increases on said curve.
The high efficiency of low carbon lead alkyls is seen in low speed running, when driving in winter before the engine is warm. When the engine warms up, the operating conditions approach those given in curveD. The apparent high effect of tetramethyl lead may be useful for only a short period of driving. The importance of the distribution problem and the usefulness of the lead alkyls are accentuated during engine acceleration.
During the first revs following the rapid opening of the throttle, all cylinders receive almost only fuel vaporized by
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Therefore, the lead alkyls are effective during this period because they are vaporized and enter the cylinders with the vaporized fuel. Good alkyl volatility is desirable to meet this condition.
at higher engine speeds or higher intake manifold temperatures, when a substantially uniform distribution of fuel
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occurs, the mti-d6tonLnt-agent is -diA3tr-ibuted in a substantially e> 1 * manner and the clean anti-detonation efficiency is the controlling factor because, at high speeds, the motors are usually very sensitive 9.of
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small changes in the anti-detent value of the fuel. -At high vehicle speeds, under conditions of perfect distribution, the leadkylos contain 8 to 12 carbon atoms have substantially the own inti-detonating values shown on the. curve D.
Compounds with 6 and 7 carbon atoms have a slightly lower d.nti-dl3toD4Ilte value than the compound with 8 carbon atoms -. 4 and 5 Carbon atoms have an inherent efficiency considerably lower than that indicated by the
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curve% tetrswethyl lead being the compound which undergoes the greatest loss of its own efficiency when the engine speed is increased.
Due to the greater loss of their own anti-detonating property for the vis-
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tetramethyl lead and trim5thyldthyl lead do not have as high a total efficiency compared to djr06ethylQ.ióthyl lead and triethylmethyl lead as indicated by the dots "- representing these compounds on curve D. The boiling points of compounds renf-exm.mt 6 (or more than -6) carbon atoms are an obstacle to their use under distributed conditions - -ti-vn x , a.uvrn ,. ..- ac; as Wt a 'éh l.tion ¯ of lead-alkyls have a relation with the operating weight of the engine and not with the boiling points
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of the various fractions of the blss combu3ti ..
Addition of an anti-detonating agent to a base fuel raises the T.C.U .; ', 1. of an engine using co fuel. It has been found that the best anti-detonating agent
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is a mixture of lead-alkylec which gives the largest and most uniform growth of ï. C. U ...:, in an engine for the whole range of operating conditions in which it is used. It was also recognized that this mixture
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must contain an appreciable amount of a lead-j-alkyl having a high nnti- <1 <µton: clean uate efficiency for a wide range of engine speeds and as low a boiling point as possible compatible with this requirement; the corapose with 7-carbon atoms, that is to say the triethyl lead-
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m3thy1e best meets these conditions.
Recognized that this ni6l.4nm must also contain an appreciable amount of a lead-alkylo having a low boiling point, a relatively high efficiency under poor dispensing conditions and a clean anti-d3ton efficiency. hS is too low for a wide range of engine speeds. It is the compound with 5 carbon atoms, lead trimethylethyl, which responds best to these conditions. The compound of 6 carbon atoms, plor.2b dimethyldijthyl, has a relatively low boiling point and a relative anti-detonation efficiency <; i nt high and substantially uniform for a @ as range of engine speeds; also we recognized that this. compound had to be used in the mixture in proportion
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i..ppréct ... ùlC3, or 1 ") Ôriie dominant.
To satisfy conditions no: ru1..J. are the most different (operation, the preferred mixture has been formed, by volume, (the:; 5 percent tritn J. thyllthyle lead, 45 percent p10rfb dimethyldidthylc and 30 percent triethylmothyl lead. With this mixture one uses one or more compounds such as organic halides It is preferable to use, by volume, in the final mixture, 23 percent ethylene dibromide, 14 percent dichlo-
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rare ethylene and 63 percent of the plaab-ultyl mixture. the amount of such a mixture, which is added to the fuels, depends on the composition of these
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This is the improvement which it is desired to bring to the antiood ± tonan% e value of said fuels.
A, 3,% 5 liters of an average commercial gasoline as placed on the
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market in the United States of America, the. plaintiff adds up. 4.5 cm3 of the final mixture; however, higher concentrations can be adopted.
In the practice of the invention, a fuel-air mixture is compressed, in an internal combustion engine, to a pressure above the critical pressure.
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that base fuel - and the fuel mixture - is ignited, along with the fuel mixture, with a resulting reduction in the tendency to knock. The final mixture containing the lead-alkyls can be mixed with the base fuel to form a new treated fuel or it can be injected into the intake manifold. In the first case, the final mixture is carburized and distributed
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with the 1wlge .., ccmbusti ble-a.ir.
Tetranethyl lead and tetrathyl lead can be used in the mixture; When using these 4emioers, the preferred mu is formed, by volume, of 4.0 percent tetramethyl lead and 23 percent trimethylethyl lead, 40 percent dimethyldial lead.
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thyl, 27 percent triÓthylmÓthyl lead and 6 percent tetraethyl lead.
The proportions of the methylethyla-p1omb-alkyls, and those of the tetramcthyl and tetraethyl compounds (if the latter are used) may vary to satisfy.
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re to various limits of weather conditions, operating conditions and types of engines. in cold weather or when relatively low speed driving conditions prevail, a greater proportion of
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oompo # Q there lower boiling point and a smaller proportion of the boiling lead-alkyl compounds
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above can be adopted.
If tetrthyl lead is used in the mixture, it is better to adopt a low concentration for that body and, in colder weather, keep that body at a concentration below 15 percent. In cold weather or when relatively high speed driving conditions prevail. a higher proportion of the high boiling point compounds, especially tetraethyl lead, and a smaller proportion of the lower boiling point compounds can be used. The exact proportions to adopt depend on the particular conditions to be met.
Other lead-alkyls can be used.
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When used in the mixture are found therein, it is preferable to use them in relatively low levels. Organic halides can be used with all of these mixtures. The primary or basic anti-detonating agent
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is the mixture of the three methylethyl derivatives of lead, that is to say of lead trimethylethyl, lead dimcthyldiethyl and lead triethylrn; thyl. This primary or base agent can be used alone or with other anti-detonating compounds
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which modify the anti-detonimt efficiency obtained by various eats of these three compounds.
When we add lead
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tetrmethyl, it is preferable that its concentration does not exceed 15 percent calculated on the lead present.
Thus, as has been said above, triethylmethyl lead and tetraethyl lead are substantially equivalent, except for the boiling point and the difference between the boiling points of these two compounds is small. important in hot weather.
For these reasons
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Thus, tetraethyl lead is taken as equivalent to triethylmethyl lead in an eluudated anti-detonating mixture and such mixture may contain a relatively large amount of one or both of these compounds. Her,,%
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for the case of this mixture intended for the hot season, it is
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preferable that the amount of other anti-knock compounds be relatively small, so as to simply modify
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the properties of the <n% 1 -de% oncm% primary or base agent.
It was found that., When using the mixture (s) described above, under the conditions of
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impure distribution of the fuel described in connection with cylinders A, B and C, knocking in cylinder A is induced to a minimum compatible with good engine operation for the full range of running conditions.
'The problem of the distribution and u
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use of lead-, Iicyles, camne unti-detouants, h. been applied to a base fuel of the type shown in Figure 1, In the case of base fuel having a curve
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characteristic substantially flattened, that is, all fractions of which have a substantially 6 equal octane number, l 'l'. C.1),, of cylinder il. of Figure 2- remains constant as the air-fuel ratio varies at the carburettor and the curve of Figure 3 will tend towards a substantially straight line and upwards: ... the.
When the air-fuel ratio at the carburetor is made richer than that giving the
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cogmment niaxicwà, the l.C.it. of cylinders B and C grows faster than in the case of the fuel of figure 1, since heavy fractions of low anti-detonation value are not detrimental. Therefore, cylinder A, compared to cylinders B and C, has a greater need for
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using anti-detonating compounds lead - .. alkyls.
When the base fuel has a cooking curve with an opposite slope to that of the curve in Figure 1, that is to say when it contains heavy fractions with a higher anti-detonation value than that of the fractions. Idgeres, the TCU1J. of cylinder 4 of FIG. 2 decreases when the air-fuel ratio an (1j..rburtQUX 'is made richer than that giving the knock- (.,
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maximum ment; the T.C.U.M. of cylinders B and C increases faster than in any of the preceding cases because heavy ends of high anti-detonation value are added. As a result, cylinder A has as much of the help of the lead-alkyls as possible.
It has been found that the use of fuels of the last two types described does not appreciably modify the problem of choosing the best mixture of lead-alkyls. curve D in figure 4 is applicable to base fuels which constitute by far the majority of gasoline sold in the United States of America. A small number of unconventional gasolines have their own lead-alkyl anti-detonating value curves which differ from curve D in Figure 4 in that the maximum efficiency compound is other than compound containing 7 or 8 carbon atoms. We here. However, it is recognized with these fuels that the preferred blends described above give the best overall results.
The invention finds its greatest utility in high efficiency motors. It is also useful in low efficiency engines, particularly in winter or under varying operating conditions. It will be understood, from the description which has just been given, that the invention does not relate only to the process consisting in operating a gasoline engine by combustion of gasoline with the mixture (s). the aforementioned anti-detonants, in that it also relates to the various anti-detonant mixtures described, either alone or in a mixture with gasoline.
It is also of course understood that the invention is not only applicable to the case of gasoline, such as ordinary commercial gasoline, but also to gasoline and other fuels, for example. alcohol-gasoline or benzol-gasoline mixtures.