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Perfectionnements aux moteurs à combustion interne.
Dans l'industrie des moteurs à combustion ihterne,on a cherché depuis longtemps à établir un moteur qui,en ce qui concerne son fonctionnement, soit l'équivalent d'un moteur à essence mais puisse fonctionner à l'aide de carburants moins chers sans carburateur et sans quon ait besoin d'une compression élevée pour enflammer le carburant.les dispositifs proposés jusqu'a ce jour à cet effet n'ont donné aucun résultat pratique,principalement à cause des dif ficultés éprouvées pour enflammer le carburant à toutes les char- ges par les types usuels d'appareils d'allumage.
I1 a déjà été proposé,dans les moteurs de ce type d'injecter le carburant pendant la première partie de la course de compression ou même avant le commencement de cette course,dans une masse d'air tournant à l'intérieur du cylindre. Il est vrai qu'on peut aussi obtenir dans ce cas,à l'aide d'injecteurs de carburant convenable¯ ment disposés un mélange satisfaisant et uniforme.
Toutefois,on remarquera que ce procédé présente deux inconvénients graves : 1) il est impossible d'éviter que,dans un moteur de ce gebre, pendant la période d'injection et la période de compression qui suit, du carburant atteigne la paroi relativement froide du cylindre et se mélange à eet endroit avec 1 huile de graissage,
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ce carburant :.tant ainsi perdupour la combustion ; 2) la faible quantité de combustible requise au ralenti se mélange et est distribuée avec la masse d'air entière,ce qui rend le mélan ge trop pauvre pour pouvoir s'allumer de façon certaine.
Un des buts de cette invention est d'établir un moteur à huile dass lequel l'huile, après avoir été mélangée avec de l'air, peut être enflammée par une bougie d'allumage électrique usuelle ou un dispositif d'inflammation analogue, quelle que soit la charge du moteur à l'instant envisagé. n autre but de l'invention est d'établir un moteur de ce genre qui,en addition au fait que l'allumage est assuré à toutes les chai ges y compris la charge nulle,offre la pression effective moyenne la plus grande susceptible de pouvoir être obtenue avec le carburan envisagé.
Pour réaliser le but mentionné en premier lieu tout en surmon- tant les difficultés inhérentes aux moteurs bien connus du genre envisagé, on injecte le carburant pendant la dernière partie de la course de compression,c'est à dire dans un espace correspondant sensiblement à la chambre de combustion proprement dite,de telle manière qu'il n'atteigne pas la paroi froide du cylindre /ni la culasse du cylindre,pas plus que le dispositif d'allumage, surtout lorsque celui-ci est constitué par une bougie d'allumage électrique et qu'il ne puisse atteindre directement que la tête de piston chaude ou un rebord faisant saillie sur cette tête,ou encore un écran ou organe analogue prévu à l'extrémité supérieure de la chambre du cylindre.
En outre,le carburant est injecté successivement a un état très subdivisé dans une ou plusieurs parties ou sections rétrécies d'une masse d'sir rotative,l'allumage étant effectué au moment où l'une ou plusieurs des dites parties ou sections passent devant un ou plusieurs dispositifs d'allumage.
A vitesse constante le débit du carburant injecté est constant indépendamment de la charge. La quantité de carburant moindre cor- respondant à une charge réduite sera par conséquent injectée dans
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un temps plus court qu'â pleine charge. Toutefois,la vitesse de rotation de l'air est indépendante de la charge à vitesse cons- tante. Par suite,une ou plusieurs parties mineures de la masse d'air seront chargées de carburant aux charges faibles ou nulles.
Quelle que soit la charge il y aura donc toujours certaines sec- tions de la masse d'air qui seront assez riches en carburant pour produire l'allumage de façon certaine dans tous les cas.
Pour réaliser le second but susmentionné de l'invention,c'est à dire rendre possible l'obtention de la pression effective moyen- ne maximum,il est nécessaire que le mélange du carburant avec l'air soit terminé avant que l'allumage ait lieu. Si tel n'était pas le cas,par exemple si l'allumage avait lieu après que la pre- miére partie seulement du combustible injecté s'est mélangée avec l'air nécessaire,la combustion (ou explosion) aurait lieu dans une section restreinte de la chambre de combustion et il en résul- terait un grend accroissement de pression et une compression lo- cale correspondante de l'air.
Pour la partie restante du carburant partie qui peut encore être en cours d'injection,la quantité d'air dont on dispose serait par suite très faible en comparaison avec la masse d'air qui aurait été utilisable si l'allumage n'avait pas eu lieu. Cette fraction de carburant a par conséquent de la diffi culte à trouver la quantité d'oxygène qui lui convient,et il en résulte une combustion incomplète,et,d'une façon correspondante, une pression effective moyenne inférieure à celle qui peut être obtenue dans des conditions de mélange et de combustion idéales.
Suivant une caractéristique de l'invention,on réalise les condi- tions nécessaires pour obtenir le maximumde pression effective moyenne en réglant la rotation de l'air,l'injection du carburant et l'allumage de telle sorte que, à pleine charge, la masse d'air rotative entière soit uniformément chargée de carburant avant que l'allumage ait lieu. les dessins représentent plusieurs formes de réalisation de l'invention .
Fig. @ est une coupe verticale faite à trav rs la partie supé- rieure du cylindre d'un moteur établi suivant l'invention.
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Fig. 2 est une coupe transversale de la chambre de cylindre de ce moteur.
Fig.3 et 4 sont des coupes verticales faites à travers la chambre de combustion d'autres constructions de moteur suivant l'invention.
Figs.5 et 6 sont respectivement une coupe verticale à travers la partie supérieure du cylindre d'une variante et une coupe horizontale à travers la chambre de combustion de cette variante.
Fig. 7 est une coupe horizontale analogue d'une autre varian- te.
Dans la construction des fig.1 et 2, 1 est le cylindre, le piston, 3 la culasse du cylindre,la chambre du cylindre reçoit la forme d'un corps de révolution. Dans la culasse sont montées une soupape d'injection d'huile 4,une soupape d'admission d'air 5 et une soupape d'échappement indiquée en 6 dans la fig.
La soupape à air est munie d'un écran 7 s'étendant environ autour de la moitié de la périphérie de la soupape pour donner à l'air admis un mouvement de rotation dans un sens défini. a tête de piston est munie d'une saillie 8 s'étendant vers le haut et recourbée d'une façon correspondant Il la face interne de la paroi du cylindre. Dans la paroi du cylindre adjacente à cette saillie (dans la position la plus haute du piston) est montée une bougie d'allumage électrique 9.
Les positions relatives et le réglage des diverses pièces sont choisies de telle sorte que lorsque l'orifice de la soupape à'air est dirigé vers la saillie 8,l'air pénétrant à travers 5 soit contraint à effectuer une rotation à l'intérieur de la chambre du cylindre, les électrodes de la bougie d'allumage 9 étant protégées par la saillie 8 contre l'influence directe du courant d'air rotatif. L'injecteur 4 est situé derrière la soupape à air 5 par rapport à la saillie 8 et son orifice est dirigé vers cette saillie.
Le carburant est injecté avec une force suffisante pour être distribué à un état finement divisé dans la masse d'air rotative .La masse d'air entraine les particules de carburant
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et se mélange avec elles. Le mélange ainsi produit sera alors al- lumé aussitôt qu'il passera devant la bougie 9.
Dans les moteurs desfig. 1 et 2,ainsi peut être que dans celui de la fig. 7,il convient que le réglage de la pompe , carburant en vue d'utiliser la masse d'air entière de la façon la plus favo¯ râblé,soit tel que l'injection se termine au même point de la ma- nivelle,quelle que soit la charge,le commencement de l'injection étant avancé à mesure que la charge augmente. Ainsi,! pleine char ge la masse d'air entière intersectera le jet de carburant,l'allu- mage,étant réglé de façon à avoir lieu quand la dernière fraction de carburant injectée,correspondant a la charge nulle,passe devant la bougie.
L'allumage est ainsi réalisé d'une faon certaine même aux faibles charges ou à charge nulle, c'est a dire quand la quan- tité de carburant injectée est excessivement faible,étant donné que cette faible quantité de carburant ne peut se mélanger qu'avec une quantité relativement faible d'air avant l'allumage.
Le fait de placer le dispositif d'allumage derrière le bord de la saillie 8 empêche le dispositif d'être exposé directement à l'action du courant d'air potatif et des particules d'huile qu'il renferme. Si on le désire,le dispositif d'allumage peut être monté dans la culasse au-dessus de la saillie 8 et peut, en pareil cas être convenablement isolé. De plus, la saillie 8 joue aussi le rôle d'empêcher les particules d'huile d'être projetées sur la paroi refroidie du cylindre qui se trouve derrière cettesaillie.
La forme de réalisation de fig. 3 ne différe de la précédente qu'en ce que la saillie 8 s'étend vers le bas à partir de la culas- se.
La forme d'exécution de fig. 4 ne differe de celle des fig.
1 et 2 qu'en ce que l'injecteur 4 est inséré dans la paroi du cylindre.
La forme de réalisation des fig. 5 et 6 concerne principalement les moteurs dans lesquels le réglage de la pompe de distribution de carburant est disposé de telle sorte que l'injection commence au même angle du vilebrequin quelle que soit 1 charge,mais se termine plus ou moins tard, suivant que la charge est plus ou moins
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grande. On remarquera que la quantité de carburant injectée en premier lieu correspond à une charge nulle et passera sensible- ment autour de la chambre de combustion entière avant d'être allumée par le dispositif d'allumage 9.
La différence entre cette cembusti- construction et celle précédemment décrite réside dans le fait que la saillie 8 est remplacée par un rebord supé- rieur du piston,lequel rebord s'étend presque sur la périphérie entière dudit piston,le dispositif d'allumage occupant aussi une position différente par rapport à l'injecteur. Le rebord 8 présen. te à un point (à gauche sur le dessin) une échancrure servant à exposer la bougie 9,L'injecteur 4 est inséré dans la culasse près de la bougie . Cette culasse porte aussi la soupape à air usuelle 5 et la soupape d'échappement; usuelle 6,la première étang munie d'un rebord 7 sur une partie de sa périphérie pour communi- quer un mouvement de rotation à l'air pénétrant dans la chambre de combustion.
Dans 1,air ainsi animé d'un mouvement de rotation de l'huile combustible est injectée par la tuyère 4 pendant la dernière partie de la course de compression,l'injection ayant lieu sous forme d'un ou plusieurs jets et de telle sorte que tout ou ense sensiblement tout le carburant vienne dans la cuvette supé/- rieure constituée par le rebord 8 dupiston.Ceci empéche le car- burant d'entrer en contact avec la paroi refroidie du cylindre.
La rotation de l'air,l'injection du carburant et l'allumage sont réglés de telle sorte que,à pleine charge, c'est a dire avec le maximum de carburant injecté, le mélange du carburant avec l'air scit échauffé avant que l'allumage ait eu lieu,celui-ci se produi sant au moment où la partie du carburant injecté qui correspond à la charge nulle passe devant la bougie d'allumage. la combustion s'effectue sous forme d'une explosion, et le moment auquel cette explosion a lieu est choisi de telle sorte que la pression d,ex- plosion la plus élevée se trouve atteinte au point mort supérieur ou vers ce point.
Les caractéristiques spécifiées ci-dessus assureront la pres- sion effective moyenne la. plias haute possible avec des huilea relativement lourdes.
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Aux f aibl es esarges,c'est à dire avec une faible quanti t é de carburant injectée et une courte période d'injection,le carburant se mélangera avec l'air dans une section très limitée de la masse d'air,vue dans le sens périphérique, pour donner un nuage de carbu- rant,qui tournera avec l'air sans s'étaler sensiblement dans le sens périphérieuet sera allumé au moment où il passe devant la @ bougie d'allumage.
Dans les formes de réalisation décrites plus haut,le carburant est supposé être injeeté dans une seule direction principale. Il s'ensuit qu'il convient que la vitesse de rotation de l'air soit très élevée, afin que le mélange puisse être terminé avant l'allu- mage ,le carburant étant en même temps injecté de façon qu'il n'at teigne pas la paroi defroidie du cylindre.
Pour que le carburant puisse être injecté dans la ehambre de combustion proprement dite à une vitesse de rotation modérée de l' air, on peut appliquer la méthode de fig. 7 c'est à dire une injec tion dans deux directions faisant un angle entre elles. Ceci per- met d'effectuer l'injection pendant un très petit angle de la rotation du vilebrequin et dans une direction parallèle ou presque parallèle à la tête du piston. En pareil cas,bien entendu,la bougie n'allume d'allumage directement qu'un des deux jets de carburant,comme il ressort de fig. 7, mais on peut prévoir une seconde bougie d'allu- mage si cela est désirable ou nécessaire.
On remarquera qu'on peut,sans s'écarter de l'esprit de l'inven- tion,effectuer l'injection suivant plus de deux directions,si on le désire, Lorsquµ'on lait usage de deux ou plus de deux injecteurs ces injecteurs peuvent être placés a des distances angulaires égale et recevoir le carburant d'une pompe commune, ou bien chaque injec teur peut comporter sa propre pompe. Ceci permet d'obtenir la char- ge maximum avec une faible vitesse de rotation de l'air.
On remarquera en outre que diverses autres modifications peu- vent être apportées sans s'écarter de l'esprit de l'invention.a position et la construction des divers éléments peuvent être modi- fiées. Ainsi par exemple le dispositif d'allumage peut être situé' dans une position comprise entre cellesindiquées par lesfig. 2 et
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6. La pompe à carburant peut être réglée en conséquence par exemple de façon que la quantité de carburant correspondant à la charge nulle soit injectée à un poittde la rotation du vilebrequin situé à mi-distance entre le commencement et la fin de l'injection a plei ne charge.
L'essentiel est que l'allumage soit réglé de façon à se produire quand la quantité de carburant qui correspond à la charge nulle passe devant le dispositif d'allumega et de façon que, à pleine charge,tout ou à peu près tout le carburant requis ait été injecté quand l'allumage a lieu.Une autre modification consisterait à remplacer la saillie 8 par un anneau fixé à la paroi du cylindre cet anneau constituant ainsi la paroi périphérique de la chambre de combustion au point mort supérieur.
Dans les constructions re- présentées,l'allumage est effectué par une bougie d'allumage , Au lieu de cette méthode,on pourrait appliquer toute autre méthode d'allumage convenable,par exemple l'allumage â incandescence ,en employant une source de chauffage électrique ou autre.
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Improvements to internal combustion engines.
In the internal combustion engine industry, attempts have long been made to establish an engine which, as far as operation is concerned, is the equivalent of a gasoline engine but can run on less expensive fuels without carburetor and without the need for high compression to ignite the fuel. the devices proposed so far for this purpose have not given any practical results, mainly because of the difficulties experienced in igniting the fuel in all tanks - managed by the usual types of ignition devices.
It has already been proposed, in engines of this type, to inject the fuel during the first part of the compression stroke or even before the start of this stroke, into a mass of air rotating inside the cylinder. It is true that a satisfactory and uniform mixture can also be obtained in this case with the aid of suitably arranged fuel injectors.
However, it will be noted that this method has two serious drawbacks: 1) it is impossible to avoid that, in an engine of this gebre, during the injection period and the compression period which follows, fuel reaches the relatively cold wall. of the cylinder and mixes with 1 lubricating oil there,
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this fuel:. being thus lost for combustion; 2) the small amount of fuel required at idle mixes and is distributed with the entire air mass, making the mixture too lean to be able to ignite reliably.
One of the aims of this invention is to provide an oil engine in which the oil, after being mixed with air, can be ignited by a conventional electric spark plug or similar ignition device, which whatever the load of the engine at the instant considered. Another object of the invention is to establish an engine of this type which, in addition to the fact that ignition is ensured at all the chai ges including the zero load, offers the mean effective pressure which is the greatest likely to be able to be obtained with the envisaged carburan.
In order to achieve the object mentioned in the first place while overcoming the difficulties inherent in well-known engines of the type envisaged, the fuel is injected during the last part of the compression stroke, that is to say in a space corresponding substantially to the pressure. combustion chamber proper, in such a way that it does not reach the cold wall of the cylinder / or the cylinder head, nor the ignition device, especially when this consists of a spark plug electric and that it can only directly reach the hot piston head or a flange projecting from this head, or even a screen or the like provided at the upper end of the cylinder chamber.
In addition, the fuel is successively injected in a very subdivided state into one or more parts or narrowed sections of a rotating air mass, ignition being effected when one or more of said parts or sections pass in front. one or more ignition devices.
At constant speed, the flow rate of the injected fuel is constant regardless of the load. The smaller quantity of fuel corresponding to a reduced load will therefore be injected into the
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a shorter time than at full load. However, the rotational speed of the air is independent of the constant speed load. As a result, one or more minor parts of the air mass will be loaded with fuel at low or no loads.
Whatever the load, there will therefore always be certain sections of the air mass which will be rich enough in fuel to produce ignition reliably in all cases.
In order to achieve the aforementioned second object of the invention, that is to say to make it possible to obtain the maximum average effective pressure, it is necessary that the mixture of fuel with air be completed before ignition has taken place. location. If this were not the case, for example if the ignition took place after only the first part of the injected fuel has mixed with the necessary air, combustion (or explosion) would take place in a restricted section. combustion chamber and a large increase in pressure and corresponding local compression of the air would result.
For the remaining part of the fuel which may still be being injected, the quantity of air available would therefore be very small in comparison with the mass of air which would have been usable if the ignition had not occurred. This fraction of fuel therefore has difficulty in finding the correct amount of oxygen, and incomplete combustion results, and correspondingly, an average effective pressure lower than that which can be obtained in ideal mixing and combustion conditions.
According to one characteristic of the invention, the conditions necessary to obtain the maximum mean effective pressure are achieved by adjusting the rotation of the air, the injection of the fuel and the ignition so that, at full load, the entire rotating air mass is uniformly charged with fuel before ignition takes place. the drawings show several embodiments of the invention.
Fig. @ is a vertical section taken through the upper part of the cylinder of an engine built according to the invention.
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Fig. 2 is a cross section of the cylinder chamber of this engine.
Figs. 3 and 4 are vertical sections made through the combustion chamber of other engine constructions according to the invention.
Figs.5 and 6 are respectively a vertical section through the upper part of the cylinder of a variant and a horizontal section through the combustion chamber of this variant.
Fig. 7 is a similar horizontal section of another variant.
In the construction of Figs. 1 and 2, 1 is the cylinder, the piston, 3 the cylinder head, the cylinder chamber takes the form of a body of revolution. In the cylinder head are mounted an oil injection valve 4, an air intake valve 5 and an exhaust valve indicated at 6 in fig.
The air valve is provided with a screen 7 extending approximately around half of the periphery of the valve to give the intake air a rotational movement in a defined direction. The piston head is provided with a projection 8 extending upwardly and bent in a corresponding manner to the inner face of the cylinder wall. In the wall of the cylinder adjacent to this projection (in the highest position of the piston) is mounted an electric spark plug 9.
The relative positions and adjustment of the various parts are chosen such that when the orifice of the air valve is directed towards the protrusion 8, the air entering through 5 is forced to rotate within. the cylinder chamber, the electrodes of the spark plug 9 being protected by the projection 8 against the direct influence of the rotating air current. The injector 4 is located behind the air valve 5 with respect to the projection 8 and its orifice is directed towards this projection.
The fuel is injected with sufficient force to be distributed in a finely divided state into the rotating air mass. The air mass entrains the fuel particles
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and mixes with them. The mixture thus produced will then be ignited as soon as it passes in front of the candle 9.
In the engines desfig. 1 and 2, so perhaps that in that of FIG. 7, the adjustment of the fuel pump in order to use the entire air mass in the most favorable way, should be such that the injection ends at the same point on the level, which whatever the load, the start of injection being advanced as the load increases. So,! full load the entire air mass will intersect the fuel jet, ignition being adjusted so as to take place when the last fraction of fuel injected, corresponding to zero load, passes in front of the spark plug.
Ignition is thus achieved with certainty even at low loads or at zero load, that is to say when the quantity of fuel injected is excessively low, given that this small quantity of fuel can only be mixed. 'with a relatively small amount of air before ignition.
Placing the ignition device behind the edge of the projection 8 prevents the device from being directly exposed to the action of the current of the potative air and of the particles of oil which it contains. If desired, the ignition device can be mounted in the cylinder head above the projection 8 and can in such a case be suitably insulated. In addition, the protrusion 8 also plays the role of preventing oil particles from being thrown onto the cooled wall of the cylinder which is behind this protrusion.
The embodiment of FIG. 3 differs from the previous one only in that the projection 8 extends downwards from the yoke.
The embodiment of FIG. 4 does not differ from that of FIGS.
1 and 2 only that the injector 4 is inserted into the cylinder wall.
The embodiment of FIGS. 5 and 6 mainly relates to engines in which the adjustment of the fuel dispensing pump is arranged so that the injection begins at the same angle of the crankshaft regardless of the load, but ends later or later, depending on whether the load is more or less
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big. It will be noted that the quantity of fuel injected in the first place corresponds to a zero charge and will pass substantially around the entire combustion chamber before being ignited by the ignition device 9.
The difference between this construction and that previously described lies in the fact that the projection 8 is replaced by an upper rim of the piston, which rim extends almost over the entire periphery of said piston, the ignition device also occupying a different position relative to the injector. The ledge 8 is present. te at a point (on the left in the drawing) a notch serving to expose the spark plug 9, The injector 4 is inserted into the cylinder head near the spark plug. This cylinder head also carries the usual air valve 5 and the exhaust valve; standard 6, the first pond provided with a rim 7 on part of its periphery to impart a rotational movement to the air entering the combustion chamber.
In 1, air thus animated by a rotational movement of the fuel oil is injected by the nozzle 4 during the last part of the compression stroke, the injection taking place in the form of one or more jets and in such a way all or substantially all of the fuel flows into the upper / - upper cup formed by the piston flange 8. This prevents the fuel from coming into contact with the cooled cylinder wall.
The rotation of the air, the fuel injection and the ignition are adjusted so that, at full load, i.e. with the maximum amount of fuel injected, the fuel is mixed with the heated scit air before ignition has taken place, this occurring when the part of the injected fuel which corresponds to the zero charge passes in front of the spark plug. combustion takes place in the form of an explosion, and the time at which this explosion takes place is chosen so that the highest explosion pressure is reached at or near upper dead center.
The characteristics specified above will ensure the average effective pressure la. high folds possible with relatively heavy oil.
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At low levels, i.e. with a small amount of fuel injected and a short injection period, the fuel will mix with the air in a very limited section of the air mass, seen in the peripheral direction, to give a cloud of fuel, which will rotate with the air without spreading appreciably in the peripheral direction, and will be ignited as it passes in front of the spark plug.
In the embodiments described above, the fuel is assumed to be injected in only one main direction. It follows that the speed of rotation of the air should be very high, so that the mixture can be completed before ignition, the fuel being at the same time injected in such a way that it does not have to be ignited. do not moth the cold cylinder wall.
So that the fuel can be injected into the combustion chamber proper at a moderate air speed, the method of fig. 7 ie an injection in two directions forming an angle between them. This allows injection to be carried out during a very small angle of crankshaft rotation and in a direction parallel or nearly parallel to the piston head. In such a case, of course, the spark plug directly ignites one of the two fuel jets, as can be seen from fig. 7, but a second spark plug can be provided if this is desirable or necessary.
It will be noted that one can, without departing from the spirit of the invention, carry out the injection in more than two directions, if desired. When using two or more injectors these injectors can be placed at equal angular distances and receive fuel from a common pump, or each injector can have its own pump. This allows the maximum load to be obtained with a low air rotational speed.
It will further be appreciated that various other modifications can be made without departing from the spirit of the invention. The position and construction of the various elements can be modified. Thus, for example, the ignition device can be located in a position between those indicated by lesfig. 2 and
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6. The fuel pump can be adjusted accordingly, for example so that the quantity of fuel corresponding to the zero load is injected at a point in the rotation of the crankshaft located halfway between the beginning and the end of the injection. full load.
The main thing is that the ignition be regulated so as to occur when the quantity of fuel which corresponds to the zero load passes in front of the igniter and so that, at full load, all or almost all the fuel required has been injected when ignition takes place. Another modification would consist in replacing the projection 8 by a ring fixed to the wall of the cylinder, this ring thus constituting the peripheral wall of the combustion chamber at the upper dead center.
In the constructions shown, ignition is effected by a spark plug. Instead of this method, any other suitable method of ignition could be applied, for example, incandescent ignition, employing a heating source. electric or other.