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"Procédé et appareil pour l'injection de combustible dans les chambres de combustion"
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour l'injection de combustible liquide dans les chambres de combustion, et a pour but de rendre l'in- vention faisant l'objet du brevet anglais N II3.065, délivré le 7 Août 1917 à Joseph Otto FISHER, applicable aux chambres de combustion et endroits analogues devant être alimentés par un courant continu de combustible ame- né à la tuyère du brûleur et chassé à travers celle-ci, par opposition à l'alimentation intermittente requise pour les moteurs à combustion interne suivant le brevet précité.
Dans ce but, le procédé d'injection de combustible liquide dans une chambre de combustion ou autre endroit
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susceptible de brûler un courant continu de combustible consiste, selon l'aspect le plus général de la présente invention, à amener le combustible de manière continue et sous pression dans un injecteur, à communiquer au combus- tible ainsi amené un mouvement giratoire ou tourbillonnant, et à injecter de manière continue l'entièreté ou une partie seulement de ce combustible tourbillonnant dans la chambre de combustion.
L'invention comprend également un appareil sus- ceptible de permettre l'exécution du procédé en question, comprenant essentiellement un dispositif destiné à amener le combustible de manière continue et sous pression dans un injecteur, à communiquer un mouvement giratoire ou tour- billonnant au combustible, et à injecter de manière conti- nue l'entièreté ou une partie seulement de ce combustible tourbillonnant dans la chambre de combustion.
Afin de bien faire comprendre l'invention et d'en rendre aisée l'exécution, on la décrira ci-après plus en détail avec référence aux dessins annexés, desquels :
Fig. 1 est une vue d'un injecteur conforme à l'invention, en coupe longitudinale,
Fig. 2 représente, en élévation, un obturateur faisant partie de l'injecteur,
Fig. 3 est une vue de face de cet obturateur,
Fig. 4 en est une vue de derrière,
Fig. 5 représente séparément, en coupe suivant la ligne x-x de la fig. 6, un bec de tuyère,
Fig. 6 en est une vue de derrière,
Fig. 7 en est une vue de face,
Fig. 8 représente séparément une cuvette, vue de face,
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Fige 9 représente schématiquement une canalisation de circulation convenant aux fins de l'invention,
Fig. 10 est une vue analogue d'une canalisation de circulation quelque peu modifiée, et
Fig.
11 est une vue analogue d'une canalisation de circulation qu'on peut adopter lorsqu'on utilise plusieurs injecteurs ou jeux d'injecteurs.
Ces dessins montrent que l'injecteur conforme à l'invention comprend un tuyau extérieur 1, et un tuyau intérieur 2 dont le diamètre externe est tel, par rapport au diamètre interne du tuyau extérieur, qu'il subsiste un espace 3 entre ces deux éléments.
Comme c'est indiqué en 4, le métal de l'extrémité du tuyau 1 associé à la tuyère est d'épaisseur réduite, et fileté pour recevoir (Fig. 1) l'extrémité taraudée d'une cuvette 5.
Comme c'est indiqué en 6, l'extrémité correspon- dante du tuyau 2 n'affleure pas l'extrémité d'épaisseur réduite 4 du tuyau 1. Cette extrémité d'épaisseur réduite 4 est chanfreinée (Fig.l), de manière à constituer un siège contre lequel porte un obturateur 8 comprenant, de préfé- rence, un corps circulaire 9 (Fig.2) comportant une face chanfreinée 10, destinée à coopérer avec le siège 7, et une douille 11 de faible longueur, solidaire du corps 9 et faisant saillie d'une de ses faces. Le corps 9 de l'ob- turateur est percé de deux séries de canaux, les canaux intérieurs 12 étant ménagés de manière à se trouver à l'intérieur de la douille 11, et les canaux extérieurs 13 étant disposés de manière à se trouver en dehors de cette douille, dans le but qui sera exposé ci-dessous.
Il est
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à noter (Fig. 1) que la douille de l'obturateur 8 s'emboîte étroitement sur le tuyau 2., dont l'extrémité reste légè- rement ecartée de la face postérieure de l'obturateur 8, par suite du contact des sièges coopérants 7, 10. Ces sièges complémentaires constituent également un joint sensiblement étanche, par lequel le combustible ne peut fuir.
En contact étroit avec la face antérieure de l'obturateur 8, et coopérant avec celle-ci, se trouve un bec de tuyère 14 comportant (Figs. 5 à 7) un corps au centre duquel sont ménagés une cavité ou chambre conique 15 et un orifice d'éjection 16, et dans la face postérieure duquel plusieurs rainures 17 sont formées de manière à déboucher tangentiellement dans la chambre conique 15, ces rainures étant reliées entre elles à leur extrémité extérieure par un canal annulaire 18, avec lequel coin- cident les canaux 13 de l'obturateur 8.
L'obturateur 8 et le bec de tuyère 14 sont tous deux maintenus en posi- tion par la cuvette 5, laquelle présente une forme inté- rieure telle qu'elle est susceptible de les loger, les maintenir et les centrer, ainsi que le montre clairement la Fig. 1, cette dernière fonction s'accomplissant grâce aux sièges complémentaires 7, 10, et du fait que la cuvet- te 5 et le bec de tuyère 14 s'emboîtent étroitement. La cuvette 5 présente dans sa paroi antérieure un trou central suffisamment grand pour loger la partie avant du bec de tuyère 14, tout en laissant subsister autour d'elle un interstice annulaire 21. Un interstice annulaire 22 subsiste également entre la cuvette 5, et le corps de l'obturateur 8 et celui du bec de tuyère 14.
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Si on considère maintenant l'extrémité opposée de l'injecteur, on voit que les conduits extérieur et intérieur 1, 2, ainsi que l'espace 3, sont emprisonnés dans une pièce agrandie 28, constituant une crosse vis- sée sur l'extrémité filetée et amincie 29 du conduit exté- rieur l, cette extrémité 29 et un évidement de la crosse 28 formant entre eux une chambre 30 qui communique avec l'espace 3. Un conduit 31 d'admission de combustible débouche dans cette chambre 30.
Le tuyau intérieur 2'est susceptible d'être vissé dans un conduit 32 formé dans la crosse 28, ce conduit débouchant dans une deuxième chambre 33, dont une paroi est fermée par un bouchon fileté 34, communiquant avec un orifice de retour de combustible 35.
Le fonctionnement de l'injecteur décrit ci- dessus peut se résumer comme suit:
Le combustible sous pression pénètre dans le conduit 31, traverse la chambre 30 vers l'espace 3, atteint et traverse ensuite la série extérieure de canaux 13 de l'obturateur 8, atteint le canal annulaire 18, suit les rai- nures tangentielles 17 du bec de tuyère 14 débouchant dans ce canal, et pénètre dans la chambre conique 15 avec le mouvement giratoire ou tourbillonnant que lui ont imprimé les rainures 17, disposées tangentiellement.
De la chambre 15, le combustible traverse l'orifice éjecteur 16, et est injecté dans une chambre de combustion, sous une chaudière par exemple, ou utilisé de toute autre manière voulue.
Tout excédent de combustible ne sortant pas par l'orifice d'éjection 16 est renvoyé dans la canalisation de
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circulation de combustible, ou dévié vers celle-ci, par la série intérieure de canaux 12 de l'obturateur 8, par le tuyau intérieur 2, la chambre 33 et le conduit de retour 55.
Outre le mouvement giratoire ou tourbillonnant précité, on peut communiquer au combustible pénétrant dans la chambre 15 du bec de tuyère 14 une vitesse dépassant la vitesse de circulation normale du système. La vitesse dépend de la différence entre la pression de fluide dans le canal annulaire 18 et la chambre 15, ainsi que de la super- ficie des rainures tangentielles 17.
On décrira maintenant la canalisation de circula- tion de combustible, avec référence aux figs. 9, 10 et 11.
Sur la fig. 9, 40 désigne un réservoir de combus- tible, 41 un tuyau destinéà conduire le combustible de ce réservoir à une pompe 42, 43un conduit reliant cette pompe à un dispositif de chauffage 44, et 45 un tuyau reliant le dispositif de chauffage à l'injecteur 46, ce tuyau étant raccordé au conduit 31, de la fig. l. Au conduit de retour 35 (Fig. 1) on raccorde un tuyau 48 relié à une vanne de réglage 49, d'où un tuyau 50 renvoie l'excédent de combus- tible dans le réservoir 40. Lorsque la pompe de circulation 42 est en action, elle aspire le combustible du réservoir 40 et le refoule sous pression dans la chambre 15 du bec de tuyère 14, par les canalisations précitées.
Le passage du combustible par les rainures tangentielles 17 du bec de tuyère 14 communique à celui-ci, dans la chambre 15, un mouvement giratoire ou tourbillonnant. Si on le désire, on peut donner une vitesse plus grande au combustible dans cette chambre 15, qu'ailleurs dans la canalisation.
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A l'aide de la pompe 42, on peut refouler dans le réservoir 40, par les canalisations précitées, l'excé- dent de combustible ne traversant pas l'orifice 16 de la tuyère, et il est à noter qu'à l'aide de la vanne de réglage 49, intercalée entre les tuyaux 48 et 50, on peut déterminer la quantité de combustible renvoyé dans les tuyaux de retour de la canalisation et, par conséquent, la -quantité ou le pourcentage de combustible pouvant pas- ser par l'orifice 16 de la tuyère après avoir pénétré dans la chambre 15. Le réglage de la vanne 49, de manière à renvoyer une plus ou moins grande quantité de combus- tible de la chambre 15, permet de modifier le débit dans des limites très étendues.
On a constaté en pratique, que sans qu'on change le bec de la tuyère, cette modification peut atteindre 90% du débit maximum de l'injecteur, lorsque la vanne de dérivation est fermée.
Le dispositif selon l'invention supprime donc les limitations très nettes auxquelles est soumis le rendement du pulvérisateur mécanique ordinaire, lequel ne peut fonctionner de manière satisfaisante à un débit faible, s'il est réalisé en vue d'un rendement élevé.
Le mouvement giratoire du combustible continue sans s'affaiblir, dans la chambre centrale de la tuyère de l'appareil selon l'invention quel que soit le débit voulu du brûleur; autrement dit, au lieu de chasser par l'orifice de la tuyère tout le combustible pénétrant dans la chambre centrale, comme c'est le cas dans tous les autres pulvéri- sateurs mécaniques, on fait dévier ou dériver de la chambre centrale une partie du courant d'huile pour la refouler
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dans le réservoir, et le débit effectif, ou la quantité d'huile injectée dans la chambre de combustion dépend simplement du rapport existant entre le pourcentage d'huile ainsi renvoyé par dérivation, et la quantité totale d'huile pénétrant dans l'appareil.
De même donc que la quantité d'huile pénétrant dans la chambre centrale par les rainures tangentielles est toujours à son maximum, le tourbillonne- ment de l'huile et l'effet de pulvérisation restent à leur maximum également, ce qui se différencie radicalement du cas des pulvérisateurs mécaniques ordinaires.
La figure 10 représente une forme quelque peu modifiée de la canalisation de circulation de la fig. 9, la modification consistant en ce qu'au lieu d'être raccordé au réservoir 40, le tuyau de retour du combustible débouche directement dans le tuyau d'amenée 41.
Il n'est pas essentiel d'inclure le dispositif de chauffage 44 dans les deux canalisations de circulation qu'on a décrites, et on peut le supprimer si les circnns- tances le permettent.
La fig. 11 représente la disposition qu'on adopte lorsqu'on désire incorporer deux batteries d'injecteurs A, B dans la canalisation de circulation. Dans ce cas, le conduit d'amenée principal 45 du combustible comporte deux séries de tuyaux d'amenée secondaires 60, 61, embranchés sur lui, dont les premiers alimentent individuellement les injecteurs de la batterie A, et les seconds ceux de la batterie B. Au tuyau principal 63 de retour de com- bustible sont raccordés deux embranchements 64, 65,dont un pour chacune des batteries,, et d'autres embranchements
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66, 67 sont reliés à chaque injecteur individuellement les embranchements 66 partant des injecteurs de la batte- rie A, et les embranchements 67 Les injecteurs de la batte- rie B.
Entre ces embranchements 66, 67 et le tuyau princi- pal 63 de retour de combustible, c'est-à-dire dans les embranchements 64, 65, sont intercalés respectivement les vannes 68,69 de réglage des batteries, grâce auxquelles on peut régler et doser à volonté la quantité de combus- tible renvoyée de chaque batterie et, par conséquent, la quantité de combustible que celle-ci consomme. 70 est une vanne de commande principale, située dans le tuyau principal 63 de retour de combustible, grâce à laquelle on peut commander les deux batteries simultanément, lors- que les vannes 68,69 sont large ouvertes.
Comme on le voit aisément, cette disposition permet de commander simultanément les deux batteries d'injecteurs, en action- nant et en réglant la vanne principale 70, ou de commander séparément les batteries A, B en actionnant et en réglant les vannes 68 ou 69 suivant les besoins.
Bien entendu, on peut étendre cette disposition à tout nombre voulu d'injecteurs ou de batteries d'injec- teurs.
Il a déjà été proposé d'amener du combustible liquide sous pression dans un injecteur, de manière conti- nue, d'imprimer un mouvement giratoire ou tourbillonnant au combustible dans l'injecteur, et d'injecter dans une chambre de combustion l'entièreté du combustible amené dans l'injecteur, des moyens étant prévus pour dériver ou faire dévier une partie du combustible, si nécessaire, avant que celui-ci n'atteigne l'injecteur. Il est donc bien
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entendu que l'expression "l'entièreté ou une partie seulement de ce combustible tourbillonnant" employée ci-dessus et dans les revendications ne s'applique pas aux procédés ou appareils destinés à injecter du combustible liquide de manière continue , qui sont seulement susceptibles d'injecter l'entièreté du combustible amené dans l'injec- teur.
REVENDICATIONS
1. Procédé d'injection de combustible liquide dans une chambre de combustion, consistant à amener le com- bustible de manière continue et sous pression dans un injec- teur, à imprimer au combustible ainsi amené un mouvement gi- ratoire ou tourbillonnant, puis à injecter de manière con- tinue l'entièreté ou une partie seulement de ce combustible tourbillonnant dans la chambre de combustion.
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"Method and apparatus for injecting fuel into combustion chambers"
The present invention relates to a method and apparatus for injecting liquid fuel into combustion chambers, and its object is to make the invention the subject of British Patent No. II3.065, issued August 7, 1917. to Joseph Otto FISHER, applicable to combustion chambers and the like to be supplied by a direct current of fuel supplied to and driven through the burner nozzle, as opposed to the intermittent supply required for gas engines. internal combustion according to the aforementioned patent.
For this purpose, the method of injecting liquid fuel into a combustion chamber or other place
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capable of burning a direct current of fuel consists, according to the most general aspect of the present invention, in bringing the fuel continuously and under pressure into an injector, in imparting to the fuel thus brought in a gyratory or swirling movement, and continuously injecting all or only part of this swirling fuel into the combustion chamber.
The invention also comprises an apparatus capable of allowing the execution of the process in question, comprising essentially a device intended to supply the fuel continuously and under pressure in an injector, to impart a gyratory or whirling motion to the fuel. , and continuously injecting all or part of this swirling fuel into the combustion chamber.
In order to make the invention fully understood and to make it easier to carry out, it will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings, of which:
Fig. 1 is a view of an injector according to the invention, in longitudinal section,
Fig. 2 shows, in elevation, a shutter forming part of the injector,
Fig. 3 is a front view of this shutter,
Fig. 4 is a rear view,
Fig. 5 shows separately, in section along the line x-x of FIG. 6, a nozzle nozzle,
Fig. 6 is a view from behind,
Fig. 7 is a front view,
Fig. 8 shows separately a cuvette, front view,
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Fig. 9 schematically represents a circulation pipe suitable for the purposes of the invention,
Fig. 10 is a similar view of a somewhat modified circulation line, and
Fig.
11 is a similar view of a circulation pipe which can be adopted when using several injectors or sets of injectors.
These drawings show that the injector according to the invention comprises an outer pipe 1, and an inner pipe 2, the outer diameter of which is such, relative to the inner diameter of the outer pipe, that there remains a space 3 between these two elements. .
As indicated in 4, the metal of the end of the pipe 1 associated with the nozzle is of reduced thickness, and threaded to receive (Fig. 1) the threaded end of a bowl 5.
As indicated at 6, the corresponding end of pipe 2 is not flush with the reduced thickness end 4 of pipe 1. This reduced thickness end 4 is chamfered (Fig.l), so to constitute a seat against which bears a shutter 8 comprising, preferably, a circular body 9 (FIG. 2) comprising a chamfered face 10, intended to cooperate with the seat 7, and a sleeve 11 of short length, integral with the body 9 and projecting from one of its faces. The body 9 of the shutter is pierced with two series of channels, the interior channels 12 being arranged so as to be located inside the sleeve 11, and the exterior channels 13 being arranged so as to lie in the middle. outside of this socket, for the purpose which will be discussed below.
It is
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Note (Fig. 1) that the shutter sleeve 8 fits tightly onto the pipe 2., the end of which remains slightly removed from the rear face of the shutter 8, due to the contact of the seats cooperating 7, 10. These additional seats also constitute a substantially tight seal, through which the fuel cannot leak.
In close contact with the anterior face of the shutter 8, and cooperating therewith, is a nozzle nozzle 14 comprising (Figs. 5 to 7) a body at the center of which are formed a cavity or conical chamber 15 and a ejection orifice 16, and in the rear face of which several grooves 17 are formed so as to open out tangentially into the conical chamber 15, these grooves being interconnected at their outer end by an annular channel 18, with which the shutter channels 13 8.
The shutter 8 and the nozzle 14 are both held in position by the cup 5, which has an internal shape such as to be able to accommodate, maintain and center them, as shown. clearly in FIG. 1, this latter function being accomplished by virtue of the complementary seats 7, 10, and of the fact that the cup 5 and the nozzle spout 14 fit together closely. The bowl 5 has in its front wall a central hole large enough to accommodate the front part of the nozzle 14, while leaving around it an annular gap 21. An annular gap 22 also remains between the bowl 5, and the body of the shutter 8 and that of the nozzle 14.
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If we now consider the opposite end of the injector, we see that the outer and inner conduits 1, 2, as well as the space 3, are trapped in an enlarged part 28, constituting a butt screwed onto the end. threaded and tapered 29 of the outer duct 1, this end 29 and a recess in the cross member 28 forming between them a chamber 30 which communicates with the space 3. A fuel inlet duct 31 opens into this chamber 30.
The inner pipe 2 ′ can be screwed into a duct 32 formed in the cross member 28, this duct opening into a second chamber 33, one wall of which is closed by a threaded plug 34, communicating with a fuel return orifice 35 .
The operation of the injector described above can be summarized as follows:
The pressurized fuel enters the duct 31, passes through the chamber 30 towards space 3, reaches and then passes through the outer series of channels 13 of the shutter 8, reaches the annular channel 18, follows the tangential grooves 17 of the shutter. nozzle 14 opening into this channel, and enters the conical chamber 15 with the gyrating or swirling movement imparted to it by the grooves 17, arranged tangentially.
From the chamber 15, the fuel passes through the ejector orifice 16, and is injected into a combustion chamber, under a boiler for example, or used in any other desired manner.
Any excess fuel that does not exit through the ejection port 16 is returned to the fuel pipe.
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circulation of fuel, or diverted to it, through the interior series of channels 12 of the shutter 8, through the interior pipe 2, the chamber 33 and the return duct 55.
In addition to the aforementioned gyratory or swirling movement, it is possible to impart to the fuel entering the chamber 15 of the nozzle 14 a speed exceeding the normal circulation speed of the system. The speed depends on the difference between the fluid pressure in the annular channel 18 and the chamber 15, as well as on the area of the tangential grooves 17.
The fuel circulation pipe will now be described, with reference to figs. 9, 10 and 11.
In fig. 9, 40 designates a fuel tank, 41 a pipe intended to lead the fuel from this tank to a pump 42, 43 a pipe connecting this pump to a heater 44, and 45 a pipe connecting the heater to the heater. injector 46, this pipe being connected to the conduit 31, of FIG. l. To the return pipe 35 (Fig. 1) is connected a pipe 48 connected to a regulating valve 49, from which a pipe 50 returns the excess fuel to the tank 40. When the circulation pump 42 is on. action, it sucks the fuel from the tank 40 and delivers it under pressure into the chamber 15 of the nozzle 14, via the aforementioned pipes.
The passage of the fuel through the tangential grooves 17 of the nozzle 14 imparts thereto, in the chamber 15, a gyrating or swirling movement. If desired, the fuel can be given a greater speed in this chamber 15 than elsewhere in the pipe.
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Using the pump 42, the excess fuel not passing through the orifice 16 of the nozzle can be pumped back into the reservoir 40, via the aforementioned pipes, and it should be noted that at using the adjustment valve 49, interposed between pipes 48 and 50, it is possible to determine the quantity of fuel returned to the return pipes of the pipeline and, consequently, the quantity or percentage of fuel that can pass through it. the orifice 16 of the nozzle after having entered chamber 15. The adjustment of the valve 49, so as to return a greater or less quantity of fuel from the chamber 15, makes it possible to modify the flow rate within very strict limits. expanses.
It has been observed in practice that without changing the nozzle of the nozzle, this modification can reach 90% of the maximum flow rate of the injector, when the bypass valve is closed.
The device according to the invention therefore eliminates the very clear limitations to which the efficiency of the ordinary mechanical sprayer is subject, which cannot operate satisfactorily at a low rate, if it is produced with a view to high efficiency.
The gyratory movement of the fuel continues without weakening, in the central chamber of the nozzle of the apparatus according to the invention, whatever the desired flow rate of the burner; in other words, instead of expelling all the fuel entering the central chamber through the orifice of the nozzle, as is the case in all other mechanical sprayers, part of the fuel is diverted or diverted from the central chamber. current of oil to push it back
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in the tank, and the effective flow, or the quantity of oil injected into the combustion chamber, simply depends on the ratio existing between the percentage of oil thus returned by bypass, and the total quantity of oil entering the device.
Just as the quantity of oil entering the central chamber through the tangential grooves is always at its maximum, the swirling of the oil and the spraying effect also remain at their maximum, which is radically different from the case of ordinary mechanical sprayers.
Figure 10 shows a somewhat modified form of the circulation line of fig. 9, the modification consisting in that instead of being connected to the tank 40, the fuel return pipe opens directly into the supply pipe 41.
It is not essential to include the heater 44 in the two circulation lines which have been described, and it can be omitted if the circumstances permit.
Fig. 11 shows the arrangement which is adopted when it is desired to incorporate two batteries of injectors A, B in the circulation pipe. In this case, the main fuel supply duct 45 comprises two series of secondary supply pipes 60, 61, connected to it, the first of which supply individually the injectors of battery A, and the second those of battery B To the main fuel return pipe 63 are connected two branches 64, 65, one of which is for each of the batteries, and other branches.
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66, 67 are individually connected to each injector the branches 66 starting from the injectors of battery A, and the branches 67 The injectors of battery B.
Between these branches 66, 67 and the main fuel return pipe 63, that is to say in the branches 64, 65, are respectively interposed the valves 68,69 for adjusting the batteries, thanks to which it is possible to adjust and dosing at will the amount of fuel returned from each battery and, therefore, the amount of fuel it consumes. 70 is a main control valve, located in the main fuel return pipe 63, by which the two batteries can be controlled simultaneously, when the valves 68,69 are wide open.
As can easily be seen, this arrangement makes it possible to control the two banks of injectors simultaneously, by actuating and adjusting the main valve 70, or to control the coils A, B separately by operating and adjusting the valves 68 or 69. as needed.
Of course, this arrangement can be extended to any desired number of injectors or injector batteries.
It has already been proposed to feed liquid fuel under pressure into an injector in a continuous manner, to impart a gyratory or swirling movement to the fuel in the injector, and to inject the entire combustion chamber into a combustion chamber. fuel supplied to the injector, means being provided for diverting or diverting part of the fuel, if necessary, before the latter reaches the injector. It is therefore good
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understood that the expression "all or a part only of such swirling fuel" employed above and in the claims does not apply to methods or apparatus for continuously injecting liquid fuel, which are only capable of 'inject all of the fuel supplied to the injector.
CLAIMS
1. A method of injecting liquid fuel into a combustion chamber, consisting in bringing the fuel continuously and under pressure into an injector, in imparting to the fuel thus brought in a gyratory or swirling movement, then in continuously injecting all or only part of this swirling fuel into the combustion chamber.