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Carburants.
La présente invention concerne un carburant pour moteurs à quatre temps à allumage par étincelles. Plus par-
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t '.X;;J ; -n.;,,)mv.11 tl eil,- se rapporte à un carburant qui contient comme additifs des polymères de même que certains de leurs dérives en une quantité efficace pour réduire ou supprimer les dépôts gênants sur les soupapes d'admission et autour leurs orifices dans un moteur à explosion. L'invention concerne également un procédé pour inhiber la formation de tels dépôts.
Les moteurs à explosion courants sont sujets à une accumulation sensible de dépôts tenaces sur les soupapes d'ad-
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espion et çiC)i1)' (la LI.ours tâ.'"'4':a l' 11, en est t pll1,'tiQUJ.1.ôx'mn(lnli i11rw:t dos rlfik'11 :; : r..âa)i3: en t8tf 'm; ù4pôt:; gênent '1'alla coup le .fonctionnement convenable du système clyadnilssion de car- burante Lorsqu'ils se sont (.Hc,uuulÓ5, ào ixotour accuse une porto sensible do uiusw1aa,a un ralenti iyyeeuller et les sou- papes peuvent même griller.
Lorsque le dépôt continue de s'acou- muierg il peut s'en détucher des fragments qui sont entralnéa dans la e;au:abxe de cotnbustion où ils peuvent provoquer une dé- gradation océanique supplémentaire du moteur.
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De nombroux travaux ont visé suc déterminer la nature et la cause de ces dépôts. Ces dépôts sont constitues par les sous-produits de la combustion du carburant et de lu détériora-
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tion du lub;>ifJ,avt,, Certains Li;.uvaux (.)fit indique que les amé... liorants d'iiiài<;<: lç..,<J,;t:\);1:i. t,() que contiennent les huiles lu-' brillantes cons de liants peux. les dépôts et que cer-
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tains aiiéliorants d'indice de viscosité sont plus nuisibles que d'autres.
Les polymethaerylatcsajoutes comme améliorants d'indice de viscosité sont des composés qui contribuent sensible- ment à l'accumulation du dépôt, L'analyse du fonctionnement du moteur montre comment la dégradation de l'huile lubrifiante contribue à former des
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dépôts dans le collecteur d'tldmlss10l1e En effet, un moteur d'explosion contient une réserve d'huile lubrifiante dans le carter. Lorsque le moteur fonctionna la majeure partie de
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â,hll:a.E rt1 carte? ,. .:. 'd. .'ée ver le aiaut 5\11' les pièces . biles du moteur c-t sur les parois des cylindres. Toutefois une fraction de l'huile est pompée dans les parties supérieures du moteur pour leur lubrification.
Dans un moteur à soupapes en tête un petit courant de l'huile pompée vers le haut du mo- teur est amené de manière ininterrompue sur les queues des sou-
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papes d'admission et de sortie pour qu'elles soient lubrifiées de manière permanente dans leurs guides pendant le fonctionnement du moteur. L'huile qui ruisselle sur la queue de la soupape d'admission et sur d'autres parties de la tête de soupape est apparemment pyrolysée aux températures atteintes et forme des dépôts dans lesquels l'améliorant d'indice de viscosité sert de liant.
Cette difficulté particulière n'est pas sensible dans le collecteur d'échappement ni autour des soupapes d'échappement.
Il en est ainsi en partie parce que les soupapes d'échappement reçoivent moins d'huile et peut-être à cause des températures élevées régnant dans le collecteur d'échappement qui soit em- pêchent l'accumulation des dépôts., soit provoquent leur com- bustion ininterrompue lorsqu'ils se sont formés.
On a découvert à présent qu'une quantité mineure de certaines polyoléfines et de leurs dérivés hydrogénés en solu- tion dans un carburant est efficace pour éliminer les dépôts et empêcher leur formation sur les soupapes d'admission et leurs orifices dans un moteur à explosion à quatre temps à allumage par étincelles. Plus spécialement, un carburant qui comprend un mélange d'hydrocarbures de l'intervalle d'ébullitLon des essen- ces ainsi qu'environ 0,01 à 0,20 % d'une polyoléfine ou d'une polyoléfine hydrogénée d'un poid,3 moléculaire moyen d'environ
500 à 3500, tel qu'on peut le mesurer par osmométrie, est efficace pour éliminer ces dépôt;3.
Les polyoléfines utilisées dans le carburant faisant l'objet de l'invention sont des *,polymères formés de monooléfines et de dioléfines ou des copolymè:res de monooléfines et de dio- léfines d'un poids moléculaire moyen d'environ 500 à 3500.
Los mélanges de polyoléfines ayant un poids moléculaire moyen de cet intervalle sont efficaces aussi. Les oléfines qu'on peut
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utiliser pour former ces polymères sont notamment l'éthylène, le propylène, le butylène, l'isobutylène, l'amylène, l'hexylène, le butadiène et l'isoprène. De manière générale, les oléfines à partir desquelles'ces polymères sont produits sont des hyùro- , carbures non saturés de 2 à 6 atomes de carbone. Les polymères issus du propylène et du butylène sont préférés particulièrement aux fins de l'invention.
D'autres polyoldfines qu'on peut uti- liser sont celles obtenues par cracking de polymères et copoly- mères oléfiniques do poids moléculaire élevé en produit dont le poids moléculaire tombe dans l'intervalle ci-dessus,
Les dérivés de ces polymères qu'on obtient en les saturant par hydrogénation sont également efficaces et entrent aussi dans le cadre de l'invention. Par "polyoléfines" et "polymères oléfini- ques", on entend également leurs dérives hydrogénés.
Le carburant de base utilisé suivant l'invention est un mélange d'hydrocarbures de l'intervalle d'ébullition des essences. Ce carburant peut être formé par des paraffines en chaîne droite ou ramifiée,des cycloparaffines, des oléfines et des hydrocarbures aromatiques, éventuellement en mélange quelcon- que. Ce carburant peut dériver d'un naphte de distillation directe,d'une essence de polymérisation, d'une essence naturel- le, d.'hydrocarbures ayant subi un cracking catalytique ou thermique ou d'une essence de reforming catalytique. La composition du carburant de base n'est pas critique et son indice d'octane n'a aucun effet sensible. L'invention permet d'utiliser tout carbu- rant de base classique.
Ce carburant peut contenir les divers additifs habituels. Par exemple, il peut comprendre un anti- détonant comme un tétraalkyl-plomb tel que le tétraéthyl-plomb, le tétraméthyl-plomb,le tétrabutyl-plomb, éventuellement en mé- lange,etc. Le tétraéthyl-plomb pour essences, qui est un mélange
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disponible dans le commerce, contient du chlorure d'éthylène et . du bromure d'éthylène qui ont la propriété d'éliminer le plomb de la chambre de combustion sous forme d'halogénures de plomb volatils. Le carburant peut comprendre aussi l'un ou l'autre des additifs de dégivrage.,Inhibiteurs de corrosion,colorants, lubrifiants pour hauts de cylindres et autres qui sont classiques.
Les nouveaux carburants suivant l'invention sont prépares par mélange' d'une quantité convenable de la polyoléfine ci- dessus avec l'essence de base. La quantité d'additif incorporée est critique pour de bons résultats. L'additif doit être pris à raison d'environ 0,01 à 0,20 % en volume. L'additif donne d'excellents résultats lorsqu'il est pris à raison de 0,05 à 0,15 % du volume du carburant. La concentration préférée de l'additif est d'environ 0,06 à 0,12 % en volume.
Le poids moléculaire de la polyoléfine ou de la polyoléfine hydrogénée est critique aussi pour la préparation d'un carburant conforme à l'invention qui soit efficace. Pour que ces carburants soientefficaces, il faut que la polyoléfine ou la polyoléfine hydrogénée aient un poids moléculaire moyen de 500 à 3500, comme on peut le déterminer par osmométrie. On obtient des carburants hautement efficaces, au moyen de polyoléfines et po- lyoléfines hydrogénées d'un poids moléculaire préféré de 650 à 2600. On peut obtenir des carburants très efficaces à l'aide de polyoléfines d'un poids moléculaire relativement bas, c'est- à-dire de 500 à 995.
Deux essais ont été appliqués pour l'appréciation de l'in- hibition des dépôts par les nouveaux carburants de l'invention.
L'un d'eux est un essai au banc dynamométrique sur un moteur Buick Wildcat. Le second est un essai de formation de dépôts dans le système d'admission sur un moteur Buick Wildcat 1964.
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L'essai permet d'apprécier les dépôts sur les soupapes d'admis- sion et leurs orifices.
L'essai au banc dynamométrique est exécuté sur un moteur dressai Buick V-8 de 7 litres de 1964 muni d'une soupape de ven- tilation forcée du carter et monté sur un banc dynamométrique permettant la mesure de la vitesse, de l'effort imposé et de la température. Cet essai consomme environ 1325 litres d'essen- ce et 15,2 litres d'huile.
Avant chaque essaie les culasses sontcomplètement remises en état et le moteur est muni de nouvelles soupapes d'ad- mission. Il faut veiller spécialement à ce que le jeu entre la soupape et son guide soit maintenu à une valeur de 89 à 114 microns. En outre, les largeurs des sièges de soupapes sont maintenues entre 1,19 et 1,98mm. Le bloc moteur est complètement révisé suivant les indications du manuel d'entretien Buick 1964 lorsque la perte de compression et la consommation d'huile deviennent excessives.
On introduit 3,78 litres d'huile dans le moteur qu'on fait tourner pendant 15 minutes à 1500 tours/minute. Après avoir laisser s'écouler l'huile on en remet 3,78 litres et on commence les essais sur le carburant. On fait fonctionner le moteur suivant un cycle de quatre phases de 6 heures pendant 16 cycles .au total soit 96 heures,comme indique ci-après.
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<tb>
Phase <SEP> Moment <SEP> dans <SEP> le <SEP> cycle <SEP> Durée <SEP> en <SEP> Mode <SEP> de <SEP> fonction-
<tb>
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¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ )MMes.. , nemen. t
EMI6.3
<tb> 1 <SEP> 0-1 <SEP> 1 <SEP> ralenti
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1-4 <SEP> 3 <SEP> charge <SEP> de <SEP> route
<tb>
<tb> 3 <SEP> 4-5 <SEP> 1 <SEP> charge <SEP> importante
<tb>
<tb> 4 <SEP> 5-6 <SEP> 1 <SEP> repos
<tb>
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<tb> Mode <SEP> de <SEP> fonction- <SEP> Ralenti <SEP> Charge <SEP> de <SEP> route <SEP> Charge <SEP> im-
<tb>
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nement ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯#. portante Vitesse, tours/minute 1000t15 2250t15 22501'
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<tb> Puissance <SEP> au <SEP> frein
<tb> (chevaux) <SEP> 0 <SEP> 30¯1,5 <SEP> 75¯1,5
<tb>
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Rapport air:carburant 1î,50,!i 12,20,4 12, 2 El.
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<tb>
Avance <SEP> à <SEP> l'allumageb,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> @BTDC <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> 34
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contre-pression <SEP> d'é- <SEP> 89a
<tb>
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chappenent, Em Hg 5$ 25 - 2,5 89 Température d'air à + . ..# * l'admission, OC 60,0- 1,,2 60,0-12 60,0¯1,2 Température deàu, OC 93,3 1,,2 î3,3â.,: 9333.2 Température de l'huile c+-) 119 i dans le carter, OC 93,3" 112,8-1,2 112JO811,2 avaleur normale non vérifiée
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bL'ava...'1ce moyenne à l'allumage e:t de 6 BT DC à 600 tours/minute.
Au terme d'un essai, on démonte les culasses et les soupapes et on examine les soupapes pour apprécier l'importance des dépôts à leur surface. Les dépôts sur les soupapes d'admis- sion reçoivent un indice de 10 à 1. L'indice 10 correspond à une soupape parfaitement propre et l'indice 1 à une soupape portant un dépôt extrêmement épais. Les dépôts autour des ori- fices reçoivent les Indices T pour trace, L pour léger, pour moyen et F pour fort.
On exécute l'essai de formation de dépôts dans le système d'admission sur un moteur d'essai Buick Wildcat 1964 V-8 de 7 litres. Tous les essais sont conduits dans des conditions correspondant à une vitesse de route de 113 km/heure pour une durée de 56 heures (6300 km). L'entretien du moteur et le rin-
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çage sont exécutés comme dans l'essai dyna..llométrique. Les sou- papes d'admission et leurs orifices sont appréciés suivant la
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même échelle que ci-dessus.
On utilise dans les exemples suivants deux carburants de base. Le carburant de base A est un supercarburant typique contenant 0,79 ml de tétraéthylplomb par litre. Cette essence comprend 27% de composés aromatiques, 15,5% de composés défini-' ques et 57,5% d'hydrocarbures aliphatiques, suivant l'analyse FIA. Cette essence a un point d'ébullition initial ASTM de 30,6 C et un point d'ébulliticn final ASTM de 197,8 C ainsi qu'un indice d'octane recherche de 101,0.
Le carburant de base B est analogue au carburant de base A, mais contient 0,5% en volume d'un mélange d'un inhibi- teur de corrosion dans de l'huile minérale.
Dans les essais ci-dessus, les deux, carburants témoins, c'est-à-dire le carburant de base A et le carburant de base B sans additif donnent des dépôts aux soupapes de 5,9 à 6,1. Une amélioration de l'indice jusqu'à 6,4 est qualifiée de sensible et jusqu'à 7,0 ou davantage de très sensible.
Le tableau 1 indique les résultats de.l'essai de for-, mation des dépôts dans le système d'admission.
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TABLEAU 1 Essai de formation des dépôts dans le-admission
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Blase C.hRBURJ:.i''j X t-. CARBURAT DE BASE ÉÎÎkµ1 Additif, concentration --B'E¯¯ #@moléculaire 0.05$ 0 07%¯¯ 0, le 0 Indi- Indi- Indi- Indi- Indi- Indi- Indi- Indi- Indi- Indi- %ÔÎÎi ce sou- ce 0- ce sou- ce 0- ce sou- ce 0¯ ce scu- ce 0- ce sou- ce 0- ce sou- ce pape rifice pape rifice pape rifice pape rifice pape rifice pare i-i Essais 1 à 4 polyprop5r!ène 800 6,4 M 7,9 ce-L 8,3 L ##### 8,6 au Essai.s 5 à 7 pclypropylene 975 7,6 L-11 9,1 T 9,0 T
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<tb> Essai <SEP> 8 <SEP> polypropylène <SEP> 1120. <SEP> 8,5 <SEP> T-L <SEP> 9.
<SEP> 1 <SEP> 9,0
<tb> Essai <SEP> 9 <SEP> polypropylène <SEP> 897 <SEP> 8,2 <SEP> L
<tb> Essais <SEP> 10,11 <SEP> polypropylène <SEP> 1150 <SEP> 7,4 <SEP> L <SEP> 8,2 <SEP> T
<tb> Essai <SEP> 12 <SEP> polypropylène <SEP> J370 <SEP> 8,0 <SEP> L
<tb> Essai <SEP> 13 <SEP> polypropylène <SEP> 2560 <SEP> 7,7 <SEP> M
<tb>
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Essai 14 polj,<ôutene 300 5,4 F Essai 15 polybutene 730 7,5 Essais 16.18 polybutene 1100 7.±1 q,6' #.j 8'7 71 Essai polybutene 1100 ., :; 1:
J;f., :;6 8 7 Essai 19 pol;1Tbutene 1900 9,3 Essai 20 polybutène - " hyc'.rogené 1100 Essai polybutene-1 800 8,o '**.ig Essai 22 copolyciere ana 7,8 C3-C 4 1010 8,2 L ë@ à Essai 23 copolyrtère µ..ll eth{" ' 1t ene-bu-
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<tb> tylene <SEP> 810 <SEP> 7,9 <SEP> T-L <SEP> @
<tb> Témoin <SEP> Pas <SEP> d'additif <SEP> 5,9 <SEP> F <SEP> 5,9 <SEP> F
<tb>
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Inefficacité remarquable des carburants contenant dans les concentrations indiquées les polyoléfines et polyolé- fines hydrogénées ayant le poids moléculaire précisé est donc démontrée-, Il en est de même de l'inefficacité des carbu- rants contenant du polypropylène de bas poids moléculaire.
Les résultats du tableau 2 donnent les résultats .des essais au banc dynamométrique.
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TABLEAU 2
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Essai dynë.J1loIJétrioue,
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<tb> Additif, <SEP> CARBURAT <SEP> DE <SEP> BASE <SEP> B <SEP>
<tb>
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poids .doioculair'e 0 Coiicentrctj,on 07
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<tb> Indi- <SEP> Indi- <SEP> Indi- <SEP> Indi- <SEP> Indi- <SEP> Indice <SEP> sou- <SEP> ce <SEP> o- <SEP> ce <SEP> sou- <SEP> ce <SEP> o- <SEP> ce <SEP> sou- <SEP> ce <SEP> opape <SEP> rifice <SEP> pape <SEP> rifice <SEP> pape <SEP> rifice
<tb>
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Essai 24 po1j.prop,r1èn 1120 7,8 T-L
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<tb> Essais <SEP> 25,26 <SEP> polypropylène <SEP> 1150 <SEP> 7,8 <SEP> M <SEP> 7,9 <SEP> L
<tb> Essai <SEP> 27 <SEP> polybutène <SEP> 1100 <SEP> 7,1
<tb>
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Essai 28 npianse de O,0375% de polypropylène 800 et de 0,0375% de polyprcpylane 1370, 1035 1,2
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<tb> Témoin <SEP> (Pas <SEP> d'additif) <SEP> 6,
1 <SEP> F
<tb>
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Les indices élevés attribués aux soupapes font ressor- tir la haute efficacité des carburants de l'invention.
On avait déjà essaya d'ajouter à l'essence des polymères ayant des poids moléculaires convenables en quantités suffisantos pour diminuer la fluidité et ralentir l'écoulement dans le carbura- teur. Ainsi, suivant le brevet américain n 2.049.062, on la viscosité cinématique de l' essence de 4% en y ajoutant des polymères d'un poids moléculaire de 2000 à 270.000. La viscosi- té cinématique du carburant de base n'est pas sensiblement aug- mentée par les polyoléfines et polyoléfines hydrogénées ajoutées conformément à l'invention. Une quantité d'un polymère qui élè- ve la viscosité d'un carburant de Moins de 1% est sensiblement inefficace pour épaissir ce carburant.
La viscosité des deux carburants de base et des nou- veaux carburants de l'inventi.on a été déterminée. La viscosi- té cinématique est mesurée en stokes à diverses températures pour les carburants de base ci-dessus et les carburants de l'in- vontion qui en dérivent.
TABLEAU 3 Effet du polypropylène d'un poids moléculaire de 800 sur la vis- cosité des carburants.
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<tb>
Composition <SEP> du <SEP> carburant <SEP> Viscosité <SEP> en <SEP> stokes <SEP>
<tb>
<tb> 25,0 C <SEP> 37,8 C
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> base <SEP> A <SEP> 0,589 <SEP> 0,529
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> base <SEP> A <SEP> + <SEP> 0,05% <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> 800 <SEP> 0,591 <SEP> 0,528
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> base <SEP> A <SEP> + <SEP> 0,1% <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> 800 <SEP> 0,593 <SEP> 0,530
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> buse <SEP> A <SEP> + <SEP> 0,2% <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> 800 <SEP> 0,593 <SEP> 0,529
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> base <SEP> B <SEP> 0,599
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> base <SEP> B <SEP> + <SEP> 0,05% <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> 800 <SEP> 0,598
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> base <SEP> B <SEP> + <SEP> 0,07% <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> 800 <SEP> 0,
602
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> base <SEP> B <SEP> + <SEP> 0,1% <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> 800 <SEP> 0,601
<tb>
<tb> Carburant <SEP> de <SEP> baseB+0,2 <SEP> de <SEP> polypropylène <SEP> 800 <SEP> 0,601 <SEP> '
<tb>
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Ces exemples font ressortir que l'accroissement de viscosité est parfois nul et qu'il est sinon sensiblement inférieur à 1% et en général inférieur à 0,5 %.
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R E¯VJBN PI C A T 1 0 K S.
1 - Carburant caractérisé en ce qu'il comprend un mélange d'hydrocarbures de l'intervalle d'ébullition des es- sences et environ 0,01 à 0,20 % en volume d'une polyoléfine ou de cette même polyoléfine hydrogénée d'un poids moléculaire d'environ 500 à 3500.