Bulletin des usines de guerre
Histoire de l'E85 / Superéthanol du XIXe siècle à nos jours
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| Camionnette de l'armée française 1917 |
Auteur : France. Sous-secrétariat d'État de l'artillerie et des munitions. Ministère de l'armement et des fabrications de guerre.
Éditeur : Ministère de l'armement et des fabrications de guerre (Paris)
Date d'édition : 1918-06-03
L’armée et le Ministère de l'armement et des fabrications de guerre posent les bases de la carburation FlexFuel en 1917 en France.
Préambule
Tout y est sauf la sonde lambda et l'injection.
Chaleur latente de vaporisation, rapport air/carburant, démarrage, température d'air d'admission, taux de compression, avance de l'allumage, pouvoir calorifique , réservoir auxiliaire, réchauffement du carburateur...
Ce rapport militaire rectifie aussi les erreurs de rapport stœchiométriques et propose une listes de modifications à effectuer, des astuces ... il est toujours d'actualité de nos jours, à part que l'injection électronique n'avait pas été inventée.
Il faut remplacer de nos jours benzine/benzol pour Sans-Plomb avec leurs caractéristiques propres et on retrouve tous les repères.
N.B. : vous remarquerez qu’on ne parle pas du tout d’essence ou de pétrole … comme quoi, on n’a pas besoin des Majors et de l’OPEP.
Glossaire
Benzine :
En 1823, un savant nommé Mitscherlich, en distillant du benjoin avec de la chaux, avait obtenu un liquide volatil sentant très bon. Inconnu jusque là, il donna à ce liquide le nom de BENZINE. En 1836, Mansfield obtint, en distillant des goudrons provenant d'usines à gaz un liquide semblable à celui obtenu par son prédécesseur et dont il conserva le nom.
Benzol :
C’est le nom commercial donné à la benzine du goudron de houille. Ce fut longtemps un sous-produit de la distillation (pyrolyse) de la houille en coke et en gaz de houille utilisé comme carburant. Mélange toxique de benzène , de toluène et de xylène1.
Alcool-moteur / éthanol :
Essence :
Produit de la distillation du pétrole. Pas de plomb dans le carburant à l'époque, mais plutôt de l'éthanol ou du benzol pour limiter les cliquetis.
RAPPORT
sur l'emploi de l'alcool comparé à la benzine comme combustible dans les moteurs d'automobiles
Ce rapport, daté du 4 août 1917, a été établi par l'ingénieur B. Stephan, assistant à l'Ecole technique supérieure de Delft, à la suite d'une demande du commandant du dépôt du service automobile de l'armée en Hollande (De Auto, 23 et 30 août, 6 septembre 1917).
Il a pour objet les essais qui ont été faits sur quelques autos, camions et motocyclettes en vue de l'emploi de l'alcool comme combustible dans les moteurs d'automobiles, en remplacement de la benzine uniquement employée dans ces véhicules.
Commencés en 1916, sous l'empire d'une menace de pénurie de benzine, ces essais furent arrêtés quand on fut certain de disposer à nouveau d'une quantité suffisante de ce combustible, raison pour laquelle M. Stephan proposa lui-même de ne pas continuer les essais, dont, dit-il, il attendait peu de résultats. Ils ont été repris en 1917.
L'alcool employé ne fut pas dénaturé à la façon ordinaire, c'est-à-dire avec l'esprit de bois (alcool méthylique), mais avec du benzol.
Toutefois les considérations générales et les conclusions du rapport, comme on le verra, peuvent être appliquées aux alcools dénaturés de la façon ordinaire.
Propriétés générales
Les deux alcools inférieurs de la série sont : l'alcool méthylique, ou encore alcool ou esprit de bois ; alcool éthylique ou alcool ordinaire.
Pouvoirs calorifiques de ces deux alcools :
- 5.300 cal. par kil. pour l'alcool méthylique.
- 6.360 cal. par kil. pour l'alcool éthylique.
Celui de la benzine est de 10.800 cal. par kil. ce qui montre que, à égalité de transformation de la chaleur en travail, la consommation en alcool est notablement plus grande que celle de la benzine.
Pratiquement, pour l’usage des moteurs, seul l'alcool éthylique doit être pris en considération, entr'autres parce que l'alcool méthylique peut donner lieu à corrosion dans une mesure plus grande que l'alcool éthylique.
Etant donné que l'alcool contient toujours de l'eau, son pouvoir calorifique est inférieur à celui de l'alcool chimiquement pur.
Pour l'alcool :
- à 95 p. 100 il est de 6.000 cal. par kilogr.
- à 93 p. 100 il est de 5.875 cal. par kilogr.
- à 90 p. 100 il est de 5.665 cal. par kilogr.
- à 85 p. 100 il est de 5.318 cal. par kilogr.
- à 80 p. 100 il est de 4.970 cal. par kilogr.
La présence de cette eau rend difficile l'emploi de l'alcool dans les moteurs d'automobiles avec un carburateur à pulvérisation ordinaire, et cela d'autant plus qu'il y a plus d'eau, de sorte que, sans addition d'autres combustibles, l'alcool de moins de 90 p. 100 ne peut être employé avec succès, dans les moteurs qui ne sont pas construits spécialement pour cet emploi.
L'alcool ne brûle pas facilement, c'est-à-dire sans l'appoint d'une très grande quantité d'air.
Ce fait bien connu a souvent donné lieu à des malentendus ; en effet, on avait conclu, à tort, que, comme l'alcool exige un plus grand excès d'air que la benzine, il fallait pour un poids égal d'alcool ou de benzine, fournir plus d'air lorsqu'on utilisait l'alcool. Ce qui suit prouvera le contraire.
En effet, pour la benzine, l'appel d'air est de 1,4 à 1,5 fois, et pour l'alcool, 1,8 à 1,9 fois la quantité d'air théoriquement nécessaire à la combustion complète.
Cette quantité théorique est pour la benzine 12,2 mètres cubes par kilogr. et, par conséquent, en pratique, il lui faut 17 à 18,5 mètres cubes pour briller, tandis que pour l'alcool à 95 p. 100, elle est de 6,6 mètres cubes, ce qui fait que celui-ci n'a donc besoin que de 12,54 mètres cubes d'air par kilogr. pour sa combustion complète.
Il existe une seconde condition que doit remplir l'alcool utilisé comme combustible de moteur et qui découle de la façon dont il se comporte à la vaporisation.
En se basant sur le nombre de calories nécessaires pour vaporiser 1 kilogr. de benzine et d'alcool supposés à la température de 20 degrés, on trouve que l'alcool, pour être entièrement vaporisé, a besoin de 288 calories et la benzine de 109 calories par kilogr., soit donc pour le premier combustible 2,6 fois plus de calories que pour le second.
La conséquence est que l'alcool, contrairement à la benzine, ne peut être employé dans un moteur dans lequel on n'a pas mis tous ses soins à réaliser un réchauffement très intense.
Une partie de combustible, dans un moteur avec carburateur à pulvérisation, viendra toujours se vaporiser dans le cylindre mémo du moteur. Par suite de cette circonstance, une partie de la chaleur de vaporisation sera toujours prélevée à l'intérieur du cylindre.
Celui-ci se refroidit ainsi proportionnellement à la quantité de chaleur qui lui a été enlevée et conséquemment la température du gaz, pendant la course de compression, monte d'autant moins. Ceci permet de comprimer davantage, tout en restant en dessous de la température pour laquelle il y a danger d'inflammation spontanée.
D'où suit que, dans un moteur à alcool, on peut pousser la compression plus loin que dans un moteur à benzine.
La vitesse de propagation de combustion est pour l'alcool moins grande que pour la benzine, et cela, dans une proportion d'autant plus forte que la compression est plus faible.
Un moteur à alcool a donc besoin de plus d'avance à l'allumage qu'un moteur à la benzine, pour une même vitesse du piston.
Pour conclure, on peut donc poser les conditions essentielles ci-après à remplir par un moteur à alcool.
1. Moteur à haute compression (presque 2 fois plus haute que dans un moteur à benzine).
2. Carburateur avec réchauffement qui permette de former un mélange d'air et de combustible avec un grand excédent d'air.
3. Avance à l'allumage importante.
Moyen pour améliorer les propriétés défavorables de l'alcool par voie de mélange avec le benzol.
Les propriétés défavorables de l'alcool sont :
- La tendance à la corrosion ;
- Le faible pouvoir calorifique ;
- Une vaporisation difficile, tandis qu'en même temps le degré de compression le plus avantageux est de beaucoup supérieur à celui de la benzine.
Par un mélange de l'alcool avec la benzine, on peut obtenir à l'usage des moteurs (et spécialement pour les moteurs qui, à l'origine, ne sont pas spécialement construits pour utiliser l'alcool, tels que les moteurs à la benzine) un combustible de valeur qui remédie à ces désavantages.
Le benzol augmente aussi le pouvoir calorifique de l'alcool. Il a en effet un pouvoir calorifique de 9300 cal. par kilogr. donc beaucoup plus grand que celui de l'alcool, : Un mélange d'alcool et de benzol à raison de 30 p. 100 de benzol, soit deux parties en poids d'alcool et une partie de benzol porte donc le pouvoir calorifique à 7270 calories par kilogr., un chiffre notablement plus élevé que si l'on emploie uniquement de l'alcool.
Enfin le benzol seul peut supporter uns plus forte compression que la benzine c'est-à-dire normalement environ 6,5-7,5 atmosphères. Cette compression est toutefois plus basse que celle que peut tolérer l'alcool, de sorte qu'un mélange benzol alcool n'est susceptible que d'une compression inférieure à celle de l'alcool seul.
La différence entre la compression d'un moteur benzine et celle qu'on peut obtenir par le susdit mélange n'est donc pas si grande que si, au lieu de celui-ci, l'on employait l'alcool seul.
L'alcool qui fut employé pour les essais dont il s'agit dans le présent rapport, contenait 9 à 10 p. 100 de benzol.
N. B.
1° L'auteur du rapport ne mentionne aucunement un inconvénient du mélange, c.a.d.. l’encrassement des machines auquel il donna lieu par suite de la présence du benzol, et qui a souvent porté à faire usage simplement de l'alcool seul, qui n'a pas cet inconvénient ;
2° Pour être complet, il convient pourtant de mentionner qu'il est très possible d'améliorer notablement la qualité d'un combustible pour moteur par divers mélanges d'alcool et de benzine, par exemple : deux parties d'alcool, une partie de benzol et une partie de benzine.
Ce mélange a donné des résultats favorables.
La benzine a l'avantage de faciliter la mise en marche des moteurs et de permettre, par temps froid, que le mélange se comporte favorablement.
Un mélange d'alcool directement avec la benzine est bien possible, mais a l'inconvénient de donner lieu, au cas d'un long arrêt, à une séparation partielle des combustibles.
Le procédé récent qui consiste à traiter l'alcool avec le carbure de calcium a le même but. Par l'action de l'eau contenue dans l'alcool, il se forme en réalité de l'acétylène qui est dissous et qui, par son grand pouvoir calorifique, augmente celui de l'alcool, tandis que, du même coup, celui-ci contient moins d'eau. Il est probable que la préparation se fait sous pression attendu que les essais sous la pression atmosphérique seule donnent peu de résultats,
Conditions à remplir pour qu'un moteur à benzine marche à l'alcool.
La question à résoudre à présent est la suivante : les conditions qui font l'objet de la conclusion du chapitre 1er sont-elles conciliables avec l'emploi de l'alcool dans Un Moteur ordinaire à benzine.
1° Première condition (haute compression).
On voit tout de suite que l'on ne peut satisfaire à la première condition. Un moteur à benzine est construit pour une basse compression et ne peut être approprié, en général, sans inconvénient pour une forte compression (du moins pour une compression aussi élevée que celle nécessaire à l'alcool).
Dans ces derniers temps on en est arrivé à des moteurs à benzine où l'on peut pousser la compression aussi loin que possible notamment dans les moteurs qu'on désigne sous le nom de moteurs poussés), et c'est pourquoi ces moteurs modernes sont mieux appropriés que les anciens types, quand ils sont employés avec utilisation d'alcool.
Dans certaines circonstances, il peut même en résulter un avantage, entr'autres dans les cas où un moteur à benzine, par suite d’une trop haute compression, a des tendances à cogner.
Si l'on emploie, dans ce cas, de l'alcool, ces tendances disparaîtront instantanément (du moins si elles sont uniquement la conséquence d'une trop forte compression).
2° Deuxième condition. — (Carburateur à grand réchauffement — Mélange des gaz à fort excédent d'air).
De même, le carburateur à benzine ne satisfait pas à la deuxième condition. En premier lieu, celui-ci est approprié à la benzine, c'est-à-dire que le niveau indiqué par le flotteur aussi bien que le rapport entre la section de l'orifice du gicleur et celle du passage d'air est calculé pour la benzine. En second lieu, le réchauffement du carburateur à benzine, même s'il existe, n'est pas suffisant pour l'alcool.
Est-il donc nécessaire d'avoir un carburateur spécial à alcool pour rendre le fonctionnement possible ? En principe, non, car, moyennant certains changements, le carburateur peut être convenablement approprié pour l'emploi de l'alcool, pourvu qu'il ne soit pas de construction trop ancienne.
a) Voyons d'abord la question du niveau.
Celui-ci est établi pour une benzine d'un certain poids spécifique, par exemple 0,72.
Si nous venons donc, avec de l'alcool à 93 p. 100 dont le poids spécifique est de 0,82, le flotteur coupera plutôt l'alimentation et le niveau baissera trop. Pour ramener le niveau à la même hauteur, il faut donc employer un flotteur plus lourd.
On peut réaliser facilement cette condition en plaçant une petite plaque sur le flotteur, plaque qui embrasse la tige de celui-ci et dont le poids est réglé de manière que le flotteur atteigne exactement le poids voulu.
La détermination du poids exact d'un tel petit disque ne peut se faire de meilleure façon que par tâtonnements.
b) La question du niveau étant résolue, il s'agit à présent de traiter celle qui se rapporte à la proposition exacte de combustibles à employer.
Si l'on a affaire à un carburateur moderne du type connu sous le nom d'automatique, par exemple : le Zénith, Solex, Pallas, Méco, etc. dans lequel il existe un gicleur spécial, dit de stationnement, qui, en cas de marche lente du moteur, a pour but d'amener à celui-ci un mélange suffisamment riche, il n'y aura pas lieu habituellement d'apporter de modifications à ce gicleur auxiliaire, parce que celui-ci est calculé de manière à fournir précisément ce mélange assez riche en cas d'allure lente du moteur.
Il en est tout autrement avec le gicleur principal et, à plus forte raison, dans les carburateurs qui n'ont qu'un gicleur.
Il faudra évidemment modifier le rapport mutuel des deux éléments : entrée du combustible et entrée d'air, car, ainsi que nous l'avons dit, si la benzine brûle avec 18,5 mètres cubes d'air par kilogr., il n'en faut que 12,5 à l'alcool et celui-ci reçoit encore, dans ce cas, un très grand excédent d'air.
Or, ce combustible, dans un moteur avec carburateur à pulvérisation est aspiré par l'air carburant qui remplit le cylindre à la course d'aspiration.
- Nous pouvons donc affirmer en cas d'emploi de l'alcool que l'air, dans le carburateur, doit prendre 1,5 fois autant de combustible en poids, c'est-à-dire environ 1,3 fois en volume que lors de l'emploi de la benzine.
Les proportions sont donc totalement modifiées.
Comment opérer les modifications nécessaires ?
Pour certains carburateurs où les ouvertures du gicleur sont réglables par une aiguille, on peut ouvrir le gicleur un peu plus. Pour des carburateurs avec gicleur ordinaire, on peut agrandir légèrement l'orifice de celui-ci, auquel cas il ne faut pas oublier qu'il y aura lieu ultérieurement, quand on en reviendra à la benzine, de rendre à l'orifice son diamètre primitif.
Parfois il sera possible, si l'on en a à sa disposition, de placer un gicleur à plus grand orifice, et dans certains carburateurs, dans lesquels la quantité de combustible qui passe par le gicleur est, en fait, commandée par un diffuseur placé à cet effet, de remplacer celui-ci par un autre de diamètre plus grand (p. ex. Zénith, Méco, Pallas, etc.).
La quantité de combustible qui sort par le gicleur est pourtant encore influencée, indépendamment de l'ouverture du passage d'air, par la dépression provoquée autour de l'orifice du gicleur. On peut donc aussi obtenir une alimentation plus grande en augmentant cette dépression, c'est-à-dire, en étranglant l'air, en d'autres termes en diminuant la section d'entrée de l'air principal. Pour certains carburateurs automatiques comme par exemple le Zenith, et dans les types qui dérivent de celui-ci, cela peut se faire assez facilement, parce que l'organe qu'on appelle « petite cheminée à air » et qui est situé autour du gicleur, est amovible et peut être remplacé par un autre plus petit.
Pour d'autres carburateurs, on peut, quand c'est nécessaire, boucher partiellement les ouvertures du passage d'air.
Pour un très grand nombre de carburateurs on cherche à maintenir la proportion de mélange exacte, pour un nombre variable de révolutions, puisqu'un certain volume d'air additionnel est amené en proportion d'autant plus grande que le moteur tourne plus vite.
Pour des carburateurs du type avec soupape ou bague rotative pour l'air additionnel on peut donc agir aussi sur cet air supplémentaire, soit en renforçant le ressort qui commande la soupape (en le tendant ou en plaçant un ressort plus fort), soit en bouchant partiellement les ouvertures d'admission de cet air.
Par les procédés précités on peut donc, en cas d'emploi de l'alcool, régler la proportion de combustible et d'air. La meilleure solution dépend pourtant de chaque cas particulier. C'est donc une question de jugement et d'essai, mais en même temps, toutefois, on fera bien de suivre les indications qui sont données plus loin au sujet du réchauffement, avant de se lancer trop avant dans les modifications.
La voie à suivre est, en somme, la suivante : provisoirement, on ne touche pas au gicleur et l'on commence par l'air. Si l'on a un carburateur avec alimentation d'air additionnel, on commence par agir sur celle-ci.
Si cela ne suffit pas (tenir compte aussi de ce qui se dira plus loin sur le réchauffement), c'est-à-dire si le moteur ne fonctionne pas bien (s'il cogne par retour dans le carburateur), on agira sur les ouvertures de passage d'air principal.
Les essais doivent toujours être faits sur routes de façon à pouvoir contrôler si la voiture tire, etc.
Si l'on n'arrive pas, de cette manière, à un résultat satisfaisant, on peut encore voir, avant d'apporter des modifications au gicleur même, si une surélévation du niveau dans la chambre du flotteur jusqu'au-dessus du niveau primitif ne peut être parfois d'un certain secours.
Au maximum, on peut régler ce niveau de telle façon que le combustible forme juste une goutte au-dessus du gicleur sans déborder.
Nonobstant les indications qui précèdent, l'on n'obtient pourtant pas encore un résultat suffisant, si l'on ne peut arriver à un meilleur réchauffement que dans un carburateur à benzine. L'alcool a, en effet, une si grande chaleur de vaporisation qu'un réchauffement est absolument nécessaire.
C'est pour cela, d'ailleurs, que l'on doit procéder aussi aux divers essais de fonctionnement du carburateur dans un moteur chaud et non froid.
Quand le carburateur est froid, on aura de la peine à mettre le moteur en marche, en cas d'utilisation de l'alcool, surtout en saison froide, même si le carburateur a déjà été mis au point. Même si le moteur peut marcher avec l'alcool quand il existe un gicleur de stationnement, on ne pourra pas encore, lors d'une température quelque peu froide, obtenir qu'il continue à marcher.
C'est pourquoi il est recommandé dans chaque cas, quand on veut faire usage de l'alcool, d'avoir à la voiture un réservoir auxiliaire de benzine grâce auquel on puisse mettre le moteur en marche à toute époque de l'année et le laisser marcher jusqu'au moment où il s'est réchauffé.
Que doit-on faire ensuite pour obtenir le réchauffement nécessaire ? En général, il est recommandable de réchauffer en tout cas l'air principal. On peut le faire en laissant circuler cet air le long du tuyau d'échappement et en l'amenant vers le carburateur par une conduite entourée de cordes d'amiante.
Dans le cas où il n'y a pas de dispositif de l’espèce ; on peut le réaliser facilement soi-même.
Souvent il apparaîtra nécessaire, dans des moteurs à prise d'air additionnel, de réchauffer celui-ci de la même manière.
Cela n'est pas toujours aussi facile, par exemple, dans des carburateurs G. et A. ,
Jarnac, Cudel, etc., qui sont assez compliqués.
Habituellement on obtient beaucoup par ce réchauffement d'air, mais pourtant on peut encore avoir un meilleur résultat en chauffant le combustible quand il est encore à l'état liquide, par exemple en enroulant la conduite d'alimentation de quelques tours autour du tuyau d'échappement. Il convient toutefois, dans ce cas, de prévoir une dérivation directe, de façon que l'on puisse à volonté avoir une communication ou bien directe avec le carburateur, ou bien par les spires d'échappement autour du tuyau d'échappement.
On doit pouvoir se servir de l'une ou de l'autre à volonté. Il peut en effet se présenter, au cas où la conduite d'alimentation entoure le tuyau d'échappement, que celle-ci s'échauffe trop, après quelque temps de roulage, ce qui peut offrir des inconvénients et même des dangers. Dans cette éventualité on doit pouvoir établir une communication directe.
Si l'on ne voit pas d'inconvénient à placer une tuyauterie quelque peu encombrante, on peut ainsi placer une deuxième enveloppe autour de la chambre du flotteur et la faire traverser par une partie des gaz d'échappement.
Certains carburateurs ont déjà un réchauffement de la chambre du carburateur, soit par l'eau de circulation du moteur, soit par les gaz d'échappement.
Dans le premier cas, il n'y a rien à y changer ; dans le second il peut être nécessaire, au cas d'emploi de l'alcool, d'augmenter le diamètre de la tuyauterie de communication du tuyau d'échappement avec la deuxième enveloppe susdite.
Troisième condition. (Avance à l'allumage).
Comme nous l'avons déjà fait remarquer, l'alcool peut supporter une avance à l'allumage plus grande que la benzine; c'est pourquoi il est recommandé d'en produire l'inflammation un peu. plus tôt que pour celle-ci. Si on le fait en provoquant plus tôt l'étincelle, on ne doit pas oublier, dans le cas où l'on en revient à la benzine, de ramener le déclenchement à la magnéto à sa position primitive.
