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CARBURANTS

A la base de tous les carburants se retrouvent les éléments carbone et hydrogène qui se combinent à l'oxygène de l'air pour produire de la chaleur.

Les carburants liquides utilisés pour les moteurs des véhicules automobiles peuvent être classés en :

-     Carburants volatils, qui se vaporisent aux températures normales, et
-     Carburants non volatils, qui ne se vaporisent pas aux températures normales.

Les types de carburants volatils sont: l'essence, le benzol, l'alcool et le kérosène.     
       Ils sont utilisés dans les moteurs à allumage par étincelle.

Les carburants non volatils sont: le fioul et le gazole. Ils sont utilisés dans les moteurs à combustion par compression.

Tous ces carburants contiennent de l'hydrogène et du carbone (hydrocarbure) mais les alcools contiennent également de l'oxygène.

Les carburants volatils distillés à partir de pétrole brut sont principalement constitués de fractions dont le point d'ébullition se situe entre 55°C et 200°C. Au cours du processus de distillation, les fractions dans certaines plages de températures sont collectées et condensées. Le carburant connu sous le nom d'essence de craquage s'obtient en soumettant le pétrole brut à des températures et pressions élevées.

D'un point de vue chimique, les fractions de carburants appartiennent à trois séries : La formule CnH2n+2 signifie que, si la molécule contient 8 atomes de carbone, la valeur de n est 8 atomes de carbone, la valeur de n est 8, de sorte que la molécule aurait (2x8)+2 atomes = 18 atomes d'hydrogène. Donc CnH2 = C8H18.

Propriétés des carburants

Le point d'éclair est la température à laquelle le carburant émet une quantité de vapeur inflammable suffisante pour créer un éclair momentané lorsqu'une flamme est approchée de sa surface.

Le point de feu est la température à laquelle l'huile émet une quantité de vapeur suffisante pour continuer à brûler ; elle est supérieure de quelque 10°C au point d'éclair.

Le point d'ébullition est la température à laquelle le carburant bout ; elle varie sur une large plage de températures pour les différents carburants et constitue une forme de mesure de la volatilité.

La volatilité est une mesure de la vitesse d'évaporation d'un carburant et de la quantité de préchauffage nécessaire pour atteindre le seuil de transformation du liquide en gaz. Le préchauffage est étroitement lié au pouvoir calorifique latent. La plupart des carburants contiennent certaines fractions hautement volatiles ; ce sont elles qui permettent au moteur de démarrer facilement par temps froid. Lorsque le pouvoir calorifique latent est élevé, comme dans les carburants à base d'alcool et de benzol, il peut être difficile de démarrer les moteurs à froid. Cette difficulté est encore accrue par les longues tubulures d'admission froides dans lesquelles peut se produire de la condensation. Dans les climats très froids, les moteurs sont souvent démarrés à l'aide d'éther.

Le pouvoir calorifique d'un carburant est la quantité de chaleur libérée par une quantité unitaire de carburant après combustion complète. Les carburants contenant de l'hydrogène ont un pouvoir calorifique supérieur et inférieur (LCV et HCV). La valeur inférieure s'utilise pour calculer le rendement thermique d'un moteur étant donné que l'eau formée à partir de l'hydrogène se trouve sous forme de vapeur dans les gaz et ne libère sa chaleur latente qu'après avoir quitté la chambre de combustion et être passée dans le système d'échappement.

L'indice d'octane d'un carburant est sa résistance à la détonation. L'isooctane a un haut pouvoir antidétonant  et il lui a été attribué une valeur arbitraire de 100. L'heptane, qui détone facilement, a reçu la valeur de 0. L'indice d'octane de tout carburant est déterminé en testant ce dernier dans un "moteur de test standard" ; les résultats, particulièrement au moment où la détonation se produit, sont notés puis les mêmes résultats sont reproduits à l'aide d'un mélange d'isooctane et d'heptane ; le pourcentage d'isooctane dans le mélange représente l'indice d'octane du carburant testé. Par exemple, si le mélange contient 93% d'isooctane et 7% d'heptane, l'indice d'octane sera 93.

Les anti-détonants sont des substances ajoutées au carburant pour ralentir la vitesse de combustion et supprimer la détonation. L'additif habituel consiste en 0,04% de plomb tétraéthyle auquel on ajoute une faible quantité de brométhyle. Cet additif permet au plomb de quitter le moteur sous forme de vapeurs de bromure de plomb et réduit ainsi l'effet d'encrassement et de corrosion des dépôts de plomb sur les soupapes et les bougies. Une autre méthode pour supprimer la détonation consiste à utiliser comme carburant un mélange d'essence, de benzol et d'alcool.

L'essence a une composition d'environ 85 pour-cent de carbone et de 15 pour-cent d'hydrogène. C'est la présence d'hydrogène dans le carburant qui est la cause principale de détonation ; on observe particulièrement  ce phénomène dans les essences commerciales qui contiennent une proportion élevée de fractions de la série paraffines. Les carburants contenant un pourcentage élevé de fractions de la série aromatique sont moins susceptibles de détoner ; ils présentent un pouvoir calorifique latent plus élevé et conviennent parfaitement pour les moteurs à taux de compression élevé.

Le kérosène est un carburant qui n'est pas utilisé dans les moteurs des véhicules automobiles mais pour les moteurs des machines agricoles et des tracteurs. Sa température de distillation se situe entre 150°C et 290°C et il est par conséquent moins volatil que l'essence à la pression atmosphérique. Les moteurs utilisant ce type de carburant démarrent souvent à l'essence : cette dernière sert à réchauffer un dispositif permettant de vaporiser le kérosène.

Le benzol est un distillat du goudron de houille, un dérivé de la houille dans la production de gaz. Il s'agit d'un mélange de fractions de la série aromatique, principalement de benzène C6H6, qui se distille entre 80°C et 120°C. Le benzol est un carburant qui convient pour les moteurs à taux de compression élevé étant donné que sa tendance à détoner est inférieure à celle de l'essence.
 
Carburants d'origine végétale. Le méthanol et l'éthanol, dont les formules chimiques sont, respectivement, CH4O et C2H6O, sont fabriqués au départ de matières végétales et tous deux contiennent de l'oxygène. Ces deux carburants sont extrêmement volatils. Leurs pouvoirs calorifiques sont bien inférieurs à ceux des carburants hydrocarbonés et leur combustion totale nécessite un rapport air-carburant de 9 à 1. Leur pouvoir calorifique latent élevé empêche toute détonation à toutes les pressions de compression inférieures à 1380 kN/m² et, pour obtenir une chaleur suffisante pour réaliser une combustion complète et efficace, il faut un taux de compression situé entre 10 et 14.

Carburants non volatils. Ce sont les fiouls et les gazoles ; il en existe de nombreuses qualités, depuis les fiouls et gazoles légers utilisés pour les moteurs des véhicules automobiles, jusqu'aux fiouls et gazoles lourds utilisés dans les chaudières industrielles et les moteurs marins. Leur viscosité à 15°C varie de 55 à 750 secondes Redwood et leur densité relative se situe entre 0,75 et 0,9. La composition chimique d'un carburant adéquat pour les moteurs de véhicules routiers est d'environ C 87%, H 11%, O 1% et S 1%. La teneur en soufre doit être basse car il se forme de l'acide sulfurique pendant la combustion ; cet acide a une action corrosive sur les parois des cylindres du moteur.

Le point de solidification est la température à laquelle la paraffine commence à se déposer et diminue l'écoulement du fioul ; c'est la raison pour laquelle les filtres à carburant sont souvent placés à proximité du moteur chaud.

Le point d'éclair de tous les carburants est élevé et le risque d'incendie est faible.

L'indice de cétane est le pourcentage en volume de cétane dans un mélange de cétane C16H34 et d'alpha-méthyl-naphtalène C11H10 présentant la même qualité d'allumage qu'un carburant donné testé. La qualité d'allumage se détermine en faisant tourner un "moteur de test standard" dans des conditions spécifiques et en mesurant, à l'aide d'un indicateur, le nombre de degrés de l'angle de démarrage, entre le début de l'injection et le moment de l'augmentation rapide de la pression. Les carburants montrant l'angle de retard le plus petit autorisent un démarrage aisé, un fonctionnement souple et silencieux et un choc de combustion minimum ; ces carburants sont affectés d'un indice de cétane de 60 ou supérieur. Les carburants dont l'angle de retard est important offrent de mauvaises qualités d'allumage et sont affectés d'un indice de cétane de 30.

Dopants et additifs pour les fiouls. Il est possible d'augmenter l'indice de cétane d'un carburant en ajoutant une petite quantité, généralement moins de 5%, de nitrate d'amyle ou de nitrate d'éthyle ; ceci tend à réduire la température d'allumage et donc à diminuer la pression de combustion maximum.
 
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