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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.