Carburant pour moteur alternatif—AVGAS

Les moteurs alternatifs brûlent de l'essence, également connue sous le nom d'AVGAS. Il est spécialement formulé pour être utilisé dans les moteurs d'avions. La combustion libère de l'énergie dans le carburant, qui est convertie en mouvement mécanique du moteur. L'AVGAS de toute variété est principalement un composé d'hydrocarbure raffiné à partir de pétrole brut par distillation fractionnée. L'essence d'aviation est différente du carburant raffiné destiné à être utilisé dans les avions à turbine. L'AVGAS est très volatil et extrêmement inflammable, avec un point d'éclair bas. Le carburant pour turbine est un carburant de type kérosène avec un point d'éclair beaucoup plus élevé, il est donc moins inflammable.

Les moteurs d'avion doivent fonctionner dans une large gamme de conditions exigeantes. Ils doivent être légers et produire une puissance importante dans une large gamme de températures atmosphériques et de fonctionnement du moteur. L'essence utilisée doit supporter une combustion ininterrompue sur toute cette plage et doit vraiment brûler plutôt que d'exploser ou de détoner. Cela garantit une dérivation de puissance maximale et une usure minimale du moteur. Au fil des ans, AVGAS s'est décliné en différentes formules. Celles-ci sont principalement liées à la quantité d'énergie pouvant être produite sans que le carburant n'explose. Les moteurs plus gros à haute compression nécessitent un carburant avec une plus grande quantité de production d'énergie potentielle sans détonation que les petits moteurs à faible compression.

Volatilité 

L'une des caractéristiques les plus importantes d'un carburant pour avion est sa volatilité. La volatilité est un terme utilisé pour décrire la facilité avec laquelle une substance passe de liquide à vapeur. Pour les moteurs alternatifs, un carburant hautement volatil est souhaité. L'essence liquide envoyée au carburateur du système d'induction du moteur doit se vaporiser dans le carburateur pour brûler dans le moteur. Le carburant à faible volatilité se vaporise lentement. Cela peut entraîner un démarrage difficile du moteur, un échauffement lent et une mauvaise accélération. Cela peut également entraîner une distribution inégale du carburant dans les cylindres et une dilution excessive de l'huile dans le carter des moteurs équipés de systèmes de dilution d'huile. Cependant, le carburant peut également être trop volatil, provoquant une détonation et un bouchon de vapeur. 

L'AVGAS est un mélange de nombreux composés d'hydrocarbures, chacun avec des points d'ébullition et une volatilité différents. Une chaîne droite de composés volatils crée un carburant qui se vaporise facilement pour le démarrage, mais fournit également de la puissance à travers les plages d'accélération et de puissance du moteur.

Blocage de vapeur 

Le bouchon de vapeur est une condition dans laquelle l'AVGAS se vaporise dans la conduite de carburant ou d'autres composants entre le réservoir de carburant et le carburateur. Cela se produit généralement par temps chaud sur les avions équipés de pompes à carburant entraînées par moteur qui aspirent le carburant du ou des réservoirs. Le bouchon de vapeur peut être causé par un carburant excessivement chaud, une basse pression ou une turbulence excessive du carburant circulant dans le système de carburant. Dans chaque cas, le carburant liquide se vaporise prématurément et bloque le flux de carburant liquide vers le carburateur. 

L'essence d'avion est raffinée pour avoir une pression de vapeur comprise entre 5,5 livres par pouce carré (psi) et 7,0 psi à 100 ° F. À cette pression, un système de carburant d'avion est conçu pour fournir du carburant liquide au carburateur lorsqu'il est extrait du réservoir par une pompe à carburant entraînée par moteur. Mais les températures dans le système de carburant peuvent dépasser 100 ° F sous le capot du moteur par une journée chaude. Le carburant peut se vaporiser avant d'atteindre le carburateur, surtout s'il est aspiré sous une basse pression, ou s'il tourbillonne en naviguant dans un virage serré dans le tube. Pour aggraver les choses, lorsqu'un avion monte rapidement, la pression sur le carburant dans le réservoir diminue alors que le carburant est encore chaud. Cela provoque une augmentation de la vaporisation du carburant qui peut également entraîner un bouchon de vapeur.

Diverses mesures peuvent être prises pour éviter le bouchon de vapeur. L'utilisation de pompes de suralimentation situées dans le réservoir de carburant qui forcent le carburant liquide sous pression vers le moteur est la plus courante.

Givrage du carburateur 

Au fur et à mesure que le carburant se vaporise, il puise de l'énergie dans son environnement pour changer d'état de liquide à vapeur. Cela peut être un problème si de l'eau est présente. Lorsque le carburant se vaporise dans le carburateur, l'eau contenue dans le mélange air-carburant peut geler et se déposer à l'intérieur du carburateur et du système d'admission de carburant. La buse de décharge de carburant, le papillon des gaz, le venturi ou simplement les parois du système d'admission peuvent tous développer de la glace. Au fur et à mesure que la glace se forme, elle limite le débit air-carburant et provoque une perte de puissance du moteur. Dans les cas graves, le moteur s'arrête de tourner. 

Le givrage du carburateur est le plus courant à des températures ambiantes de 30 à 40 ° F, mais peut se produire à des températures beaucoup plus élevées, en particulier dans des conditions humides. La plupart des avions sont équipés d'un chauffage du carburateur pour aider à éliminer cette menace causée par la forte volatilité du carburant et la présence d'humidité.

Carburants aromatiques 

Le marché de l'essence d'aviation représente une part relativement petite du marché global de l'essence. Les producteurs d'AVGAS sont peu nombreux. Auparavant, lorsque cela était moins le cas, des quantités considérables d'hydrocarbures aromatiques étaient parfois ajoutées pour augmenter les performances du mélange riche d'AVGAS. Il était principalement utilisé dans les moteurs à pistons de grande puissance, tels que les avions de la catégorie militaire et de transport. Des tuyaux et des joints spéciaux étaient nécessaires pour l'utilisation de carburants aromatiques. Ces additifs ne sont plus disponibles.

Détonation 

La détonation est l'explosion rapide et incontrôlée du carburant due à la pression et à la température élevées dans la chambre de combustion. La charge air-carburant s'enflamme et explose avant que l'étincelle du système d'allumage ne l'allume. Parfois, une détonation se produit lorsque le carburant est allumé via la bougie d'allumage mais explose avant qu'il n'ait fini de brûler. 

Le moteur n'est pas conçu pour résister aux forces causées par la détonation. Il est fait pour tourner en douceur en faisant brûler le mélange air-carburant dans la chambre de combustion et se propager directionnellement à travers le haut du piston. Lorsqu'il le fait, un transfert en douceur de la force développée par le carburant en combustion pousse le piston vers le bas. La détonation du carburant envoie à la place une onde de choc de force contre le haut du piston, qui à son tour est transférée à travers le piston à l'axe de piston, à la bielle et au vilebrequin. Le fonctionnement de la vanne est également affecté par cette onde de choc. Bref, l'explosion de carburant détonnant dans la chambre de combustion transfère brutalement l'énergie contenue dans le carburant dans tout le moteur, causant des dommages.

Les carburants d'aviation sont raffinés et mélangés pour éviter la détonation. Chacun a un point d'allumage et une vitesse de combustion à des rapports de mélange carburant-air spécifiques sur lesquels les fabricants s'appuient pour concevoir des moteurs pouvant fonctionner sans détonation. Un moteur détonant sur le terrain doit faire l'objet d'une enquête. Un cliquetis ou un cognement est un signe de détonation. Ceci est souvent plus difficile à détecter dans un avion que dans une automobile en raison du bruit de bout d'hélice. La détonation provoque une augmentation de la température de la culasse. 

Si elle est ignorée ou autorisée à continuer, la détonation peut éventuellement entraîner une panne de moteur. Les causes de détonation comprennent un carburant incorrect, une température déjà élevée du moteur à des réglages de puissance élevés, tels que le décollage, le pré-allumage du carburant, des opérations prolongées avec un mélange extrêmement pauvre et un fonctionnement à des tours par minute (tr/min) élevés avec une faible vitesse. 

Allumage de surface et pré-allumage 

Un dépôt pointu ou un point chaud incandescent dans la chambre de combustion peut provoquer l'allumage du carburant avant que la bougie ne l'allume. La détonation peut provoquer la formation d'une telle zone, tout comme un isolant de bougie d'allumage fissuré ou un bord de soupape pointu. Le résultat pourrait être l'allumage du carburant avant que le piston ne soit au bon endroit pendant son mouvement vers le point mort haut de la course de compression. La période de combustion prolongée du carburant peut augmenter les températures et la pression dans la chambre de combustion au point où le carburant explose. La propagation incorrecte répétée de la flamme et la détonation peuvent causer de graves dommages au moteur et éventuellement une panne de moteur.

Le personnel d'entretien doit s'assurer que le bon carburant est utilisé et que le moteur fonctionne correctement. Les bougies d'allumage et les soupapes doivent être vérifiées pour l'usure. Les signes de dépôts et de détonation doivent également être examinés et traités.

Octane et cote de performance 

Les indices d'octane et les chiffres de performance sont donnés aux carburants pour décrire leur résistance à la détonation. Les carburants avec une pression critique élevée et un indice d'octane ou de performance élevé ont la plus grande résistance. Un système de référencement permet de coter le carburant. Un mélange de deux hydrocarbures, l'iso-octane (C8H18) et l'heptane (C7H16), est utilisé. Divers rapports des deux hydrocarbures dans un mélange entraînent des propriétés antidétonation proportionnelles. Plus il y a d'iso-octane dans le mélange, plus sa résistance à la détonation est élevée.  

Lorsqu'un carburant a la même pression critique qu'un mélange de référence de ces deux hydrocarbures, on dit qu'il a un indice d'octane qui est le même que le pourcentage d'isooctane dans ce mélange de référence. Un carburant à indice d'octane 80 a la même résistance à la détonation qu'un mélange à 80 % d'iso-octane et 20 % d'heptane ; un carburant à indice d'octane 90 a la même résistance à la détonation qu'un mélange à 90 % d'iso-octane et 10 % d'heptane ; et un carburant à indice d'octane 100 a la même résistance à la détonation qu'un iso-octane pur à 100 %. Ainsi, en comparant la tendance d'un carburant à détoner à des mélanges de référence d'iso-octane et d'heptane, des indices d'octane de 80 à 100 peuvent être établis. Le carburant à indice d'octane le plus élevé possible avec ce système de mesure est le carburant à indice d'octane 100.

Pour augmenter les caractéristiques antidétonation du carburant, des substances peuvent être ajoutées. Le plomb tétraéthyle (TEL) est l'additif le plus courant qui augmente la pression et la température critiques d'un carburant. Cependant, des additifs supplémentaires, tels que le dibromure d'éthylène et le phosphate de tricrésyle, doivent également être ajoutés afin que le TEL ne laisse pas de dépôts solides dans la chambre de combustion.

La quantité de TEL ajoutée à un carburant peut être augmentée pour augmenter les caractéristiques antidétonation de 80 à 100 octanes et plus. Les références aux caractéristiques d'octane supérieures à 100% d'iso-octane sont faites en référençant les propriétés anti-détonation du carburant à un mélange d'iso-octane pur et de quantités spécifiques de TEL. Les mélanges spécifiques d'iso-octane et de TEL se voient attribuer des indices d'octane arbitraires supérieurs à 100. En plus d'augmenter les caractéristiques antidétonation d'un carburant, le TEL lubrifie également les soupapes du moteur.

Les chiffres de performance sont également utilisés pour caractériser les caractéristiques antidétonation du carburant. Un nombre de performance se compose de deux nombres (par exemple, 80/87, 100/130, 115/145) dans lesquels des nombres plus élevés indiquent une plus grande résistance à la détonation. Le premier chiffre indique l'indice d'octane du carburant dans un mélange carburant-air pauvre, et le deuxième chiffre indique l'indice d'octane du carburant dans un mélange riche.

En raison de la petite taille du marché mondial de l'essence d'aviation, un seul carburant à faible teneur en plomb à indice d'octane 100 (100LL) est souhaité comme seul AVGAS pour tous les avions équipés de moteurs à pistons. Cela pose des problèmes dans les moteurs conçus à l'origine pour fonctionner avec du carburant 80/87; le carburant à faible teneur en plomb à indice d'octane 100 contient toujours plus de plomb que le carburant à indice d'octane 80. L'encrassement des bougies d'allumage est courant et des temps plus courts entre les révisions se sont produits. D'autres moteurs conçus pour le carburant 91/96 ou le carburant 100/130 fonctionnent de manière satisfaisante sur 100LL, qui contient 2 millilitres de TEL par gallon (assez pour lubrifier les soupapes et contrôler la détonation). A des fins environnementales, AVGAS sans TEL est recherché pour la flotte aérienne du futur. 

Identification du carburant 

Les constructeurs d'aéronefs et de moteurs désignent des carburants approuvés pour chaque aéronef et chaque moteur. Consultez les données du fabricant et utilisez uniquement le carburant qui y est spécifié. 

L'existence de plus d'un carburant rend impératif que le carburant soit identifié de manière positive et ne soit jamais introduit dans un système de carburant qui n'est pas conçu pour cela. L'utilisation de colorants dans le carburant aide les aviateurs à surveiller le type de carburant. 100LL AVGAS est l'AVGAS le plus facilement disponible et utilisé aux États-Unis. Il est teint en bleu. Du carburant à indice d'octane 100 ou 100/130 peut encore être disponible, mais il est teint en vert.

80/87 AVGAS n'est plus disponible. Il a été teint en rouge. De nombreux certificats de type supplémentaires ont été délivrés pour des combinaisons de moteurs et de moteurs/cellules qui permettent l'utilisation d'essence automobile dans les moteurs conçus à l'origine pour l'AVGAS rouge. Un carburant AVGAS relativement nouveau, 82UL (sans plomb), a été introduit pour être utilisé par ce groupe de moteurs à compression relativement faible. Il est teint en violet.

115/145 AVGAS est un carburant conçu pour les gros moteurs à pistons hautes performances de l'époque de la Seconde Guerre mondiale. Il est disponible uniquement sur commande spéciale auprès des raffineries et est également teint en violet.

La couleur du carburant peut être mentionnée dans les anciens manuels d'entretien. Toutes les qualités de carburéacteur sont incolores ou de couleur paille. Cela les distingue des AVGAS de toute sorte qui contiennent un colorant d'une certaine couleur. Si le carburant AVGAS n'est pas d'une couleur reconnaissable, la cause doit être recherchée. Certains changements de couleur peuvent ne pas affecter le carburant. D'autres fois, un changement de couleur peut être un signal que les carburants ont été mélangés ou contaminés d'une manière ou d'une autre. Ne laissez pas un avion voler avec du carburant inconnu à bord.

Identifier le carburant et s'assurer que le bon carburant est livré dans les réservoirs de stockage, les camions-citernes et les réservoirs de carburant des avions est un processus facilité par l'étiquetage. Des décalcomanies et des marquages ​​​​utilisant les mêmes couleurs que les couleurs AVGAS sont utilisées. Les camions de livraison et les tuyaux sont marqués, tout comme les bouchons de carburant des réservoirs d'avion et les zones de remplissage. Les buses de tuyau de remplissage de carburéacteur sont trop grandes pour s'adapter à une ouverture de remplissage de réservoir AVGAS.

Pureté 

L'utilisation de filtres dans les différentes étapes de transfert et de stockage de l'AVGAS élimine la plupart des sédiments étrangers du carburant. Une fois dans les réservoirs de carburant de l'avion, les débris doivent se déposer dans les puisards de vidange des réservoirs de carburant pour être éliminés avant le vol. Les filtres et les crépines du système de carburant de l'avion peuvent capturer avec succès tous les sédiments restants.  

La pureté de l'essence d'aviation est le plus souvent compromise par l'eau. L'eau s'installe également dans les puisards avec suffisamment de temps. Cependant, l'eau n'est pas éliminée par les filtres et les crépines de l'avion aussi facilement que les particules solides. Il peut entrer dans le carburant même lorsque l'avion est stationné sur la rampe avec les bouchons de carburant en place. L'air dans l'espace de vapeur du réservoir au-dessus du carburant liquide contient de la vapeur d'eau. Les fluctuations de température provoquent la condensation de la vapeur d'eau sur la surface intérieure des réservoirs et la sédimentation dans le combustible liquide. Finalement, cela se dépose dans le puisard, mais une partie peut rester dans le carburant lorsque l'avion doit voler.

La procédure appropriée pour minimiser l'entrée d'eau dans le carburant de l'avion consiste à remplir les réservoirs de carburant de l'avion immédiatement après chaque vol. Cela minimise la taille de l'espace de vapeur au-dessus du carburant liquide et la quantité d'air et de vapeur d'eau associée présente dans le réservoir. Lorsqu'une quantité excessive d'eau est aspirée dans le système d'alimentation en carburant, elle passe à travers les gicleurs du carburateur où elle peut interrompre le bon fonctionnement du ou des moteurs.

Si de l'eau est entraînée ou dissoute dans le carburant, elle ne peut pas être éliminée en vidant le(s) puisard(s) et les bols de filtre avant le vol. Cependant, il peut y avoir suffisamment d'eau pour que le givrage soit un problème. Au fur et à mesure que l'avion monte et que le carburant est extrait des réservoirs, l'alimentation en carburant se refroidit. L'eau entraînée et dissoute dans le carburant est chassée de la solution et devient de l'eau libre. S'il est suffisamment froid, des cristaux de glace se forment plutôt que de l'eau liquide. Ceux-ci peuvent obstruer les filtres et perturber le débit de carburant vers les moteurs. L'AVGAS et le carburéacteur ont tous deux ce type de problème d'impureté de l'eau conduisant à un givrage qui doit être surveillé et traité.

Des additifs antigivrage pour carburant peuvent être ajoutés au carburant en vrac et également directement dans le réservoir de carburant de l'avion, généralement pendant le ravitaillement en carburant. Ce sont essentiellement des solutions de diéthylène glycol qui agissent comme antigel. Ils se dissolvent dans l'eau libre à la sortie du carburant et abaissent son point de congélation.