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MOYEN POUR LE DEMARRAGE DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.
La présente Invention se rapporte au démarrage des moteurs à combustion interne et en particulier à des moyens de faciliter le démarrage de ces moteurs à froid
On sait que le démarrage des moteurs à combustion interne est plus difficile à obtenir quand la température du moteur et de l' ambiance s'abaisse et qu'on atteint finalement une température à laquelle le moteur refuse de démarrer sauf utilisation d'un moyen auxiliaire de démarrage
La température minimum de démarrage varie suivant les moteurs et dépendentre autres choses,du modèle de moteur,de son état mécanique et du carburant utilisé.
Certains moteurs Diesel sont difficiles à mettre en route à ce qu'on peut considérer les températures normales et à peu près tous les moteurs Diesel sont difficiles à mettre en route avec les carburants normal quand la température ambiante est voisine de -32 C.
Bien que la présente invention se propose principalement de faciliter le . démarrage des moteurs à combustion interne de tous types quand la température atteint -32 C. ou une valeur plus basse,elle donne également des résultats très favorables avec les moteurs difficiles a mettre en route quand la température atmosphérique est beaucoup plus élevée
On a antérieurement proposé d'effectuer le démarrage d'un moteur froid à l'aide d'un combustible de démariage,qui sert également à assurer la marche du moteur jusqu'au moment oû la température est telle qu'il fonctionne avec le carburant ordinaire. Ces carburants connus de démarrage peuvent comprendre,par exemple les ingrédients suivants;
environ 90% en volume d'un éther tel que l'éther di éthyliqueenviron 10% en volume d'une huile minérale lubrifiante environ 0,05 à 0,5% en poids d'un éther antioxydant tel que l'hydroquinone
Les carburants de démarrage sont de nature très volatile et facilement inflammables aux températures ambiantes. Les vapeurs émises par
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un tel carburant forment un mélange explosif quand elles atteignent une certaine concentration dans l'air. En raison de la volatilité du fluide, on peut facilement et rapidement atteindre accidentellement une telle concentration quand on ne le désire pas, surtout si le fluide est manipulé dans un récipient ouvert et d'une mauvaise étanchéité ou s'il est versé d'un récipient dans un appareil auxiliaire ou un moteur.
C'est en particulier le cas si l'opération est effectuée en espace clos ou restreint.
Il est désirable, quand on met en route un moteur froid, de n'utiliser que la quantité de carburant de démarrage suffisante pour la mise en route et l'entretien de la marche du moteur jusqu'au moment oû celui-ci peut fonctionner avec son carburant normal. Le carburant de démarrage est conçu pour mettre en route et faire fonctionner un moteur à froid, et s on continue à s'en servir quand le moteur s'est échauffé, les propriétés du carburant de démarrage sont telles qu'il peut provoquer la détonation dans les chambres de combustion à un degré tel que le moteur subirait des dommages mécaniques.
En outre, du point de vue de la sécurité, il n'est pas indiqué de laisser un excès quelconque de carburant de démarrage après la mise en route du moteur, en raison des risques que pourraient entraîner des fuites ou son évaporation. En raison de l'efficacité du carburant de démarrage décrit dans la présente invention, il est possible de disposer une quantité suffisante de carburant pour assurer le démarrage du moteur froid sous une volume restreint et de le disposer dans un emballage qui rend son magasinage et sa manipulation commode et sûre.
La présente invention fournit ainsi un carburant de démarrage nouveau et un moyen de l'enfermer dans un récipient, qu'on désignera dans la suite par le terme d'ampoule, duquel il peut être injecté dans un moteur d'une manière permettant son emploi efficace et le démarrage facile du moteur aux basses températures à l'aide d'une quantité minimum de carburant de démarrage. Le nombre d'ampoules de carburant de démarrage nécessaire pour mettre en route un moteur varie suivant la cylindrée du moteur, la température de démarrage et d'autres variables. Pour un petit moteur,il suffit de monter sur le moteur un chargeur permettant de décharger successivement une série d'ampoules une à une pour fournir une quantité suffisante de carburant de démarrage pour la mise en route et le fonc- tionnemen initial.
Dans le cas des gros moteurs, il peut être bon d'installer plusieurs chargeurs de manière à décharger simultanément plusieurs ampoules ou en succession rapide pour fournir la quantité voulue de carburant. la présente invention se propose de fournir un carburant de démarrage destiné à la mise en route des moteurs froids, ce carburant étant constitué par une combinaison d'agents combustibles normalement liquides et normalement gazeux ou en vapeurs, dans des conditions assurant leur action mutuelle en vue de fournir un carburant possédant de meilleures ca- ractéristiques de mise en marche.
Elle se propose aussi de fournir un récipient rempli d'une manière sensiblement totale d'agents favorisant la mise en route des moteurs froids, dans des conditions permettant de chasser les composés du récipient sous une pression et sous une forme telles qu'ils arrivent dans le moteur à l'état de pulvérisation facilement volatilisable pour former un mélange explosif dans les chambres de combustion.
Elle se propose de fournir un carburant très efficace pour assurer le démarrage des moteurs froids, ainsi qu'un dispositif permettant de le manipuler avec sécurité.
Elle se propose enfin de fournir une quantité mesurée d'un carburant de démarrage, renfermé hermétiquement sous pression dans un récipient durable et agencé de manière à en être libéré à la volonté de l'opérateur sous forme d'une fine pulvérisation. D'autres buts apparaîtront au cours de la description qui suit.
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A titre d'exemple d'un mode d'application du principe de l'in- vention, on le décrira à propos d'un carburant de démarrage contenant de l'éther diéthylique. On sait depuis un certain temps que cet éther peut être utilisé à titre de carburant de démarrage pour mettre en marche les moteurs à combustion interne dans lesquels le carburant normalement utilisé pour faire fonctionner le moteur n'assure pas efficacement le démarrage.
C'est en particulier le cas quand la température du moteur et l'atmosphère qui l'entoure sont inférieures au point auquel le combustible normal se volati- lise en quantité suffisante pour fournir la quantité de vapeurs propre à former avec l'air un mélange combustible dans la chambre de combustion ou, dans le cas des moteurs Diesel, inférieures au point où la température du mélange peut être élevée dans les chambres de combustion à une valeur suf- fisante par l'action de compression des pistons pour produire l'auto-allu- mage. La grande volatilité de l'éther éthylique et sa facile inflammabilité dans une large gamme de mélanges avec l'air justifient parfaitement son usa- ge à titre de carburant de démarrage pour assurer le démarrage des moteurs dans les cas où le carburant normal est inefficaceo Toutefois,
dans les conditions normales en hiver, on atteint des températures en certains points du globe ou l'éther diéthylique lui-même est ordinairement inefficace pour le démarrage à froid de certains types de moteurs.
La demanderesse a découvert que l'on peut préparer un carburant de démarrage plus efficace que l'éther en mélangeant ce dernier avec un gaz inflammable sous pression dans un dispositif duquel on peut libérer la combinaison carburante sous forme d'une fine pulvérisation, sous un état permettant une volatilisation et une combinaison plus facile avec l'air en vue de former un mélange explosif. le gaz inflammable est lui-même un produit combustible qui améliore la combustibilité du mélange et est choisi de manière à être comptable et combinable avec l'éther pour améliorer les caractéristiques présentées par le carburant de démarrage perfectionné.
Etant donné que le carburant de démarrage utilisé dans l'invention comprend des gaz inflammables et des liquides très volatils dont certains, comme l'éther diéthylique, peuvent dégager des vapeurs toxiques, on en place une charge déterminée dans un récipient approprié, où il peut être conservé hermétiquement sous pression de manière à éviter les fuites.
Un récipient approprié de ce type est une ampoule en acier étiré du type communément utilisé pour conserver l'anhydride carbonique sous pre ssiono Comme on le sait, une ampoule de ce type comprend généralement une partie cylindrique, fermée à une extrémité par un foad en une seule pièce avec ladite partie cylindrique et étirée à l'autre en un col formant une ouverture d'une dimension réduite Quand l'ampoule est remplie , on ferme l'ouverture hermétiquement par une cloison perforable, de façon à éviter toute fuite @
La décharge de l'ampoule contenant le carburant de démarrage s'obtient en pergant la cloison perforable de façon à pratiquer une ouverture par laquelle le contenu s'en échappe Le moyen de pergage peut être une aiguille creuse,
auquel cas l'aiguille effectuant l'ouverture fournit un conduit pour l'échappement du contenu de l'ampoule. Il est préférable que l'ampoule soit disposée dans un dispositif perceur clos qui renfermera les produits déchargés et les entraînera dans le tuyau ou analogue qui les conduira dans une partie appropriée du moteur, par exemple le collecteur d'admission. Il est entendu que la totalité du contenu de l'ampoule doit être déchargée dans le moteur et qu'il ne doit pas rester dans l'ampoule d'éther ou d'autres substances combustibles qui créeraient des conditions dangereuses.
Suivant une forme de l' invention, on place dans une ampoule d'açier d'une capacité de 10 cc environ, 7,5 cc environ d'éther diéthylique.
On introduit alors dans l'ampoule un gaz ou une vapeur inflammable sous pression et on ferme hermétiquement l'ampoule. On choisit un milieu gazeux facile à enflammer à basse température de manière que la totalité des sub-
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stances contenues dans l'ampoule soit constituée de substances qui amélio- rent l'aptitude du carburant de démarrage à mettre en route le moteur à froid. Le milieu gazeux doit également se combiner avec l'éther pour produire une dispersion finement divisée au moment du pergage de l'ampoule et du dégagement de son contenu. Le carburant de démarrage est donc constitué à la fois par le milieu liquide et le milieu gazeux.
On a constaté que si le milieu normalement gazeux est soluble dans une certaine mesure dans l'éther dans les conditions de pression existant dans l'ampoule scellée , on obtient une dispersion avantageuse au moment du dégagement du contenu de l'ampoule. Un agent gazeux que l'on a constaté être satisfaisant dans son application à l'invention est le méthane.
Ce gaz est soluble dans l'éther éthylique dans la proportion d'environ 0,05 mol de méthane par litre d'éther et par atmosphère de pression à al C.
Le méthane est une substance combustible et possède une gamme d'inflamma- bilité, vers 21 C et sous pression d'une atmosphère, comprise entre 5 et 15% en volume du mélange avec l'air. On peut utiliser le gaz naturel, qui est essentiellement formé de méthane, à titre de composant gazeux canbustible suivant l'invention.
On soumet une ampoule ouverte en acier de la capacité indiquée, contenant 7,5 ce. d'éther, à une pression de méthane ou de gaz naturel d'environ 42 kg./cm2 pendant deux secondes et on ferme l'ampoule alors qu'elle est sous pression. La pression exercée sur le milieu gazeux au moment du remplissage de l'ampoule et le temps pendant lequel on le soumet à cette pression peuvent varier.
Il est toutefois désirable d'injecter suffisamment -de gaz dans l'ampoule pour que, après qu'une partie s'est combinée avec l'éther, il reste encore suffisamment de pression à basse température, par exemple - 54 Co ou moins, pour chasser le contenu de l'ampoule dans le moteur
L'invention comprend également un carburant de démarrage dont le constituant liquide est composé des produits suivants :
EMI4.1
<tb>
<tb> Ether <SEP> diéthylique <SEP> 60 <SEP> à <SEP> 95% <SEP> en <SEP> volume
<tb> Alcool <SEP> méthylique <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> % <SEP> "
<tb> Polymère <SEP> d'oxyde <SEP> de <SEP> propylène <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 30% <SEP> "
<tb> Ether <SEP> anti-oxydant <SEP> 0,05 <SEP> à <SEP> 0.,5 <SEP> %en <SEP> poids
<tb> Colorant, <SEP> quantité <SEP> suffisante <SEP> pour <SEP> obtenir <SEP> l'intensité <SEP> de
<tb> couleur <SEP> désirée.
<tb>
Le polymère d'oxyde de propylène de la combinaison ci-dessus contribue à exercer certains effets favorables sur le carburant. Un de ces efforts résulte de la solubilité élevée de l' éther dans le polymère Quand on pulvérise le carburant de démarrage dans le moteur, une partie de l'éther est véhiculée en solution dans le polymère, avec lequel il se dépose sur les parois des chambres et conduits par lesquels passe le carburant, L'éther se dégage de la solution en un temps appréciable, ce qui fournit des vapeurs d'éthers d'une manière continue pour enrichir le mélange carburant présent dans la chambre de combustion après l'inflammation initiale , pendant que le moteur est en voie d'échauffement jusqu'à une température suffisamment élevée pour utiliser efficacement des carburants normaux.
Le polymère d'oxyde de propylène a également pour rble d'assurer un graissage de la partie supérieure du cylindre du moteur au cours de la mise en route, avant que le système de lubrification du moteur assure un graissage adéquat dans cette région. En particulier dans le cas des moteurs Diesel, non seulement le polymère lubrifie les surfaces de frottement métallique dont le lubrifiant normal s'est égoutté avant la mise en route,mais encore il fournit un milieu liquide d'étanchéité entre les segments de piston et les parois du cylindre et diminue l'échappement des gaz pendant les premiers coups de piston, de sorte que l'on peut utiliser l'effet compresseur com-
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plet des pistons pour créer dans les chambres de combustion des températures propres à l'allumage initial par compression.
Bien que l'on ait antérieurement suggéré l'usage d'une huile minérale pour parvenir à certains de ces buts, op a constaté qu'une matière de ce type ne convenait pas et était môme nuisible dans lessystèmes d'injection de carburant de démarrage présentant des joints et éléments d'appareil en caoutchouc ou matière caoutchouteuse, attendu que le caoutchouc est attaqué par le lubrifiant et rend le dispositif de décharge inefficace
L'alcool méthylique entrant dans la combinaison carburante a pour destination de se combiner avec l'eau ou la vapeur d'eau pouvant éventuellement figurer dans le système afin d'éviter la formation de cristaux de glace dans les passages étroits de l'appareil aux basses températures associées aux départs à froid.
Il est évident que le carburant de démarrage ne peut être efficace pour la mise en marche à froid du moteur que s'il atteint ses chambres de combustion sous la forme appropriée, au moment voulu, en quantité suffisante, et un givrage du système nuirait sérieusement à l'opération. On peut noter que l'alcool méthylique et le polymère d'oxy- de de propylène mentionnée ci-dessus sont combustibles dans le moteur dans les conditions normales de marche
L'addition de l'éther antioxydant dans la combinaison carburante a pour but d'empêcher la formation de peroxydes dans l'éther formant la base du carburant au cours de son magasinage.
Le colorant est ajouté pour faciliter l'examen.
La canposition préférée du constituant liquide que l'on vient de décrire est la suivante
Ether éthylique 87,5% en volume
Alcool méthylique 2,5% en volume
Acétate d'éther octylique du polypropylène glycol 10,0% en volume
Hydroquinone 0,05% en poids
Colorant rouge des goudrons de houille 2,4 go par hectolitre de fluide
Pour comparer l'efficacité de carburants de démarrage préparés conformément à l'invention avec un carburant de démarrage à base d'éther diéthylique sous pression de gaz inerte,
on remplit des ampoules d'acier identiques au moyen des produits suivants
EMI5.1
<tb>
<tb> Ampoule <SEP> Liquide <SEP> Gaz
<tb> A <SEP> Ether <SEP> Méthane
<tb> B <SEP> Carburant <SEP> à <SEP> base
<tb> d'éther <SEP> décrit
<tb> ci-dessus <SEP> Méthane
<tb> C <SEP> Ether <SEP> Anhydride <SEP> carbonique
<tb> D <SEP> Carburant <SEP> à <SEP> base
<tb> d'éther <SEP> décrit <SEP> Anhydride <SEP> carbonici-dessus <SEP> que
<tb>
Chaque ampoule contient 7,5 cco du composant indiqué et est soumise au gaz indiqué pendant deux secondes à une pression de 42 kg./cm2 et fermée hermétiquement sous pression, de la même manière, comme il a été dit.
On effectue des essais comparatifs dans des moteurs pour éva- luer l'action de démarrage des diverses ampoules. Le moteur utilisé dans
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ces essais est un Diesel Cate rpillar , six cylindres, quatre temps,avec alésage de 114 mm. et longueur de course de 140 mmo développant 65 CV à 1200 tours minutes.
On place le moteur dans une pièce froide et on abaisse progressivement la température à -34P5 Co pendant un temps suffisant pour que le moteur et ses parties ainsi que l'atmosphère environnante soient sensiblement à la même température, au départ et avant chaque essai de mise en marche du moteur, suivant la pratique courante dans ce genre d'essaio Un dispositif de décharge du type dont on a parlé est relié au moteur de manière à décharger le carburant de démarrage dans le collecteur d'admission d'air.
A une température de la chambre froide de -34 5 C. environ, sept ampoules du type A, c'est-à-dire contenant le carburant de démarrage éther éthylique-méthane déchargées successivement dans la conduite d'admission d'air du moteur assurent le démarrage en 25 seconds de lancement à la manivelle et à une vitesse de la manivelle de 188 tours/minuteo Sept ampoules contenant de l'éther sous pression d'anhydride carbonique (type C) déchargées successivement par le même appareil, dans le même moteur, à une vitesse de manivelle de 175 tours/minutes, ne mettent pas en marche le moteur et il est nécessaire de poursuivre la mise en route à lamanivelle pendant soixante secondes en utilisant au total onze ampoules avant que le moteur puisse démarrer.
D'autres essais effectués dans un autre moteur semblable au précédent, également vers -34 5 c. environ, montrent que six ampoules du type B assurent la mise en marche du moteur en 24 secondes à une vitesse de la manivelle de 119 tours/minutes, alors que 11 ampoules du type D ne parviennent pas à assurer le démarrage au bout de 45 secondes à 128 tours/ minutes.
On abaisse la température de la chambre froide à -40 C et on essaie de mettre en marche le premier moteur décrit au moyen d'ampoules du type Do On décharge vingt quatre ampoules dans le moteur au cours de 240 secondes de lancement à la manivelle, à 137 tours/minute , sans que le moteur démarre La décharge de 4 ampoules du type A dans le moteur à la même vitesse de lancement à la manivelle assure le départ en trente se- condes.
Pour montrer l'efficacité supérieure d'un carburant de démarrage comprenant des composants liquide s et gazeux comparativement aux carburants ne comportant qu'un liquide actif on effectue des essais dans une pièce froide sur un moteur Diesel à deux temps, six cylindres, de 114 mm d'alésage et de 127 mm. de longueur de course, développant 225 CV à la vitesse maximum de 2100 tours/minute Ce moteur est difficile à mettre en route avec les carburants normaux pour Diesel à -7 C. environ.
On relie la conduite d'admission d'air du moteur à un dispositif de décharge des ampoules sous pression, -ainsi qu'à un dispositif permettant d'envoyer le composant liquide seul à l'aide d'une pompe à main sous la forme de très fine pulvérisation dans le système Le composant liquide du carburant de démarrage dont on a donné la formule détaillée est utilisé dans les essais.
Le moteur étant environ à -19 C, on essaie de le mettre en marche à l'aide du composant liquide du carburant,en en utilisant 51 ce. que l'on refoule au moyen d'une pompe dans le moteur avant et pendant le lancement à la manivelle Le moteur ne démarre pas au cours des trente secondes de lancement à la manivelle Par contre quand on utilise les ampou- les contenant le composant liquide et le méthane sous pression, le moteur part à l'aide de deux ampoules, soit environ 20 ce. de carburant, en cinq secondes de lancement à la manivelle.
A titre d'autre exemple de l'invention,on associe le compo- sant liquide du carburant de démarrage à de l'éthylène comme composant gazeux ou en vapeur, dans des ampoules semblables à celles décrites dont le
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liquide canprend les constituants de la formule détaillée ci-dessus et dont le gaz est l'éthylène. L'éthylène se dissout facilement dans l'éther éthy- lique et sa gamme d'inflammabilité à 21 C. environ sous une pression d'une atmosphère est de 2,75 à 28,6 pour cent.environ en volume en mélange avec l'air. On expérimente ces ampoules dans un moteur Diesel 4 cylindres, 4 temps, de 114 mm. d'alésage et de 140 mm. de longueur de course, dévelop- pant 48 CV à 1200 tours/minute.
A la température de -34 5 C. environ, le moteur démarre avec sept ampoules en 60 secondes de lancement à la manivel- le à 128 tours/minute.
Comme on l' a dit, le principe de l'invention est applicable aux carburants de démarrage pour tous les types de moteurs à combustion in- terne, et bien que les exemples particuliers aient été limités aux moteurs
Diesel, il n'en résulte pas que l'invention soit limitée à leur fonctionnement. Pour montrer les avantages des carburants de démarrage suivant l'in- vention appliqués aux moteurs à essence, on effectue des essais comparés dans un moteur de ce type dans une pièce froide. On utilise à cet effet un moteur à essence de 4 cylindres, quatre temps, de 79,3 mm. d'alésage et de 89 mma de course, développant 15 chevaux à 3000 tours/minuta. Un appareil de décharge des ampoules sous pression est relié au collecteur d'admission du moteur.
On effectue la comparaison de la capacité de mise en marche du moteur à essence au moyen d'ampoules semblables, contenant chacune environ 7,5 cc de composant liquide du carburant décrit précédemment associé sous pression avec, respectivement, de l'anhydride carbonique, du méthane et de l'éthylène. Les pièces étant à environ -40 ., on décharge sept ampoules à anhydride carbonique dans le moteur au cours d'une période de lancement à la manivelle de 126 secondes à 239 tours/minute sans que le moteur démarre.
Dans des conditions de température comparables, deux ampoules au méthane assurent le démarrage en huit secondes à 241 tours/minute et dans un autre essai, trois ampoules au méthane assurent le démarrage en 39 secondes à 241 tours/minute Egalement dans des conditions de température comparables, trois ampoules à l'éthylène assurent le démarrage du moteur en 84 secondes à 253 tours/minutes.
Dans d'autres essais et avec d'autres moteurs à essence, on obtient le démarrage du moteur dans des chambres froides à des températures atteignant 54 C. à l'aide d'ampoules contenant le carburant liquide dont on a donné la composition et de l'éthylène sous pression.
L'invention n'est pas limitée aux substances , proportions ou conditions particulières indiquées dans les exemples décrits. On peut utiliser d'autres gaz ou vapeurs inflammables que ceux indiqués comme constituant gazeux du carburant de démarrage, par exemple l' éthane , l'acétylène ou l'hydrogène. On peut également utiliser des ampoules de carburant de démarrage suivant l'invention sous des pressions gazeuses dépassant 84 kg.cm2.