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Moteur à combustion interne à injection directe du combustible (sans air) et à dispositif d'allumage particuler.
L'invention concerne le mode d'injection de combus- tible liquide vers la fin de la course de compression dans des moteurs comportant un dispositif d'allumage particulier, dont la charge d'air effectue un mouvement giratoire dans la chambre de combustion jusqu'au commencement de l'allumage.
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Il importe beaucoup, pour les moteurs de ce genre, surtout lorsqu'il s'agit de moteurs à grande vitesse, que la charge d'air de chaque chambre de combustion soit complètement uti- lisée pour que l'on obtienne la plus grande production de force possible avec le minimum de consommation de combustible.
L'invention permet d'améliorer l'injection du com- bustible principalement en faisant en sorte que deux jets de combustible au moins, partant d'un dispositif d'injection au moins, soient injectés sous des angles différents par rap- port à la surface interieure du fond de la chambre de combus- tion, ces angles étant appelés plus loin angles de profondeur.
On entendra ici par angle de profondeur l'angle que l'axe de gravité d'un jet de combustible fait avec la surface intérieure du fond de la chambre de combustion lorsque l'injection a lieu dans de l'air calme.
Conformément à l'invention les jets peuvent être injectés sous des angles de profondeur différents, aussi bien qu'avec des forces de pénétration différentes.
Le type dedispositif d'injection adopté est sans importance pour la mise en pratique de l'invention. On peut par exemple utiliser avantageusement un gicleur dit ouvert com- portant un ou plusieurs trous d'injection (gicleur multiple) et des soupapes de refoulement montées dans la conduite d'arri- vée du combustible et empêchant le combustible et les gaz de rentrer dans cette conduite. En donnant une tome et une dis- position appropriéesaux trous de sortie, on peut, ainsi que ce- la est connu en général, obtenir pour le jet de combustible sortant toute direction angulaire et toute force de pénétration que l'on désire.
La force de pénétration est une mesure de la qualité de la pulvérisation du jet injecté; en général, plus la force de pénétration est petite, meilleure est la pulvérisa-
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tration d'un jet de combustible, par exemple le procédé de Riehm, décrit- dans la Revue de la Société des Ingénieurs allemands (Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure), vol. 68,1924, page 641, ou le procédé de Robertson Matthews décrit dans Power, vol.62, 1929, page 567.
Un mode de réalisation de l'invention ayant fait ses preuves pour des moteurs à grande vitesse à injection de combustible dans une charge d'air animée d'un mouvement giratoire et à dispositif d'allumage particulier se caracté- rise en ce que deux jets de combustible sont injectés par un gicleur multiple sous deux angles de profondeur différents et le cas échéant aussi avec des forces de pénétration diffé- rentes, de façon que le jet injecté à peu près dans le sens du mouvement de l'air animé d'un mouvement giratoire dans la chambre de combustion, jet qu'on appellera le jet concurrent, a un angle de profondeur plus grand et le- cas échéant une force de pénétration plus petite que l'autre jet, qui sera appelé le jet secondaire.
L'invention permet de faire en sorte que la charge d'air animée d'un mouvement giratoire dans une chambre de combustion soit bien chargée de combustible; en outre, cel- les des parties de la charge d'air qui se trouvent près du dispositif d'allumage au moment de l'allumage peuvent rece- voir unmélange plus riche et s'allumant bien.
Ceci est im- portant pour la marche aux faibles charges, lorsque la quantité de combustible injectée est petite, Le bon mélange de l'air et du combustible a pour conséquence une combustion rapide et complète de toute la charge du cylindre, de sorte que la puissance et la consommation de combustible sont considérablement améliorées, surtout pour les moteurs à gtande vitesse, par rapport aux résultats obtenus jusqu'ici dans
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dans les moteurs de même type où l'injection du combustible a lieu d'une autre façon.
On décrira maintenant l'invention en détail en se référant aux exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés, dans lesquels de nombreux perfectionnements et de nombreuses améliorations que l'on peut obtenir grâce à l'invention sont également nettement visibles.
Figs 1 & 3 sont des coupes longitudinales axiales de moteurs à combustion interne à injection du combustible et à dispositif d'allumage particulier,
Figs 2 et 4 sont des vues par dessous des fonds de cylindres par les lignes II-II et IV-IV respectivement defigs 1 et 3,
Figs 5 à 12 sont des croquis partiels d'autres modes de réalisation de l'invention.
Dans toutes les figures les mêmes pièces sont dési- gnées par les mêmes numéros de référence,
En fig.l, 1 est un cylindre de moteur, cylindre dans lequel se meut le piston 2, qui comporte un col 3; Dans le fond 11 du cylindre se trouvent le gicleur 4 pour l'injec- tion du combustible et la bougie d'allumage 5. Pendant la course d'aspiration du piston 2, l'air frais entre dans le cylindre 1 par le canal 6, qui débouche tangentiellement et par la soupape 7, qui est commandée comme d'habitude.. Par suite de l'introduction tangentielle, la charge d'air effectue un mouvement giratoire continu dans le cylindre jusqu'au commencement de l'allumage, le sens de ce mouvement étant indiqué par la flèche 8.
La position de la soupape d'échappement 17 a été indiquéeen fig.2, Le gicleur d'in- jection du combustible est un gicleur dit multiple, au mo-
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gicleur représenté en élévation en figs 1 et 2 est in gicleur ouvert à deux trous d'injection. Le combustible est refoulé par une pompe non représentée et arrive par la conduite 12.
Dans le porte-gicleur 13 se trouvent des soupapes de re- f oulement non visibles qui laissent le combustible arriver au gicleur, mais qui empèchent tout retour de combustible ou de gaz dans la conduite 12. L'un des deux trous d'injec- tion du gicleur a une forme telle que le jet 9 injecte dans le sens du courant d'air entre dans la charge d'air sous un angle deprofondeur a. Dans cet exemplede réalisation le jetsecondaire 10 sortant du gicleur est dirigé contre le courant d'air et il est injecté sous un angle de profondeur plus petit b. Pour un moteur dont la chambre de compression a environ 45 mm de hauteur et 81 mm de diamètre, on a cons- taté qu'un angle a. d'environ 25 et un angle b d'environ 18 sont très avantageux.
Les angles à ou b ne devraient jamais être inférieurs à 10. environ. La grandeur de la différence entre les angles & et b est donnée par les conditions de marche, car la grandeur et la forme de la chambre de com- bustion, l'agencement des dispositifs d'injection et d'allu- mage, la vitesse de rotation de l'air dans la chambre de compression et la vitesse du piston ont une influence consi- dérable sur cette différence.
L'action favorable de l'injection qui vient d'être décrite en détail et qui a lieu sous des angles différents est probablement basée en premier lieu sur le fait que le jet 9 injecté à peu près dans le sens de rotation du courant d'air est dévié vers le haut, parce que l'air effectue aussi, en plus du mouvement de rotation, un mouvement provoqué par lepiston et dirigé dans le sens de l'axe du cylindre, Par contre, le jet secondaire 10 est recourbé en arrière par l'air qui vient à sa rencontre et dirigé vers le bas sous son
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son commencement. Le jet 9 injecté plus bas remplit donc de combustible les douches d'air supérieures de la chambre de combustion, et le jet 10 forme un brouillard qui se trouve plus ou moins au-dessous.
La bougie qui, dans cet exemple, est montée dans le fond du cylindre est entourée, par le jet concurrent et au moment del'allumage, d'un mélange s'allumant bien et brûlant rapidement, qui enflamme aussi rapidement toutes les autres parties de la charge contenue dans la chambre de combustion.
Il est parfois très avantageux d'injecter le jet concurrent 9 avec une force depénétration plus petite, ctest à dire avec une pulvérisation plus fine que pour le jet secondaire 10; en fig.2 les brouillards 3 et 10 sont représentés correspondant à une force de pénétration plus petite gour le jet 9.
Enin les angles .c et d, fig.2, qui seront appelés loin plus/angles de divergence, peuvent aussi être différents.
L'angle de divergence indique la divergence de la projection hrizontale d'un jet par rapport à un diamètre du cylindre passant par le gicleur perpendiculairement à l'axe du cu- lindre. Dans le moteur figs. 1 et 2 les angles c et d sont égaux entre eux.
Figs 3 et 4 représententle même moteur que figs 1 et 2, sauf que ce moteur comporte une chambre de compression plus profonde. L'injection du combustible par le gicleur 4 a lieu de façon que l'angle de profondeur a du jet concur- rent soit plus petit que l'angle b du jet secondaire. Pour les moteurs dont la chambre de comoression a une hauteur à peu près égale ou supérieure à 75% du diamètre moyen de la chambre de compression, on a reconnu en effet qu'il est utile d'inverser la disposition indiquée en fig,l pour les
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faut que la déviation que les jets subissent après leur entrée dans la charge d'air animée d'un mouvement giratoire soit secondée plus ou moins par la direction des jets, pour que le résultat, t'est à dire la pénétration du combustible dans toutes les parties de la charge d'air, soit bien atteint. Dans un moteur dont la chambre de compression avait une hauteur d'environ 64 mm et un diamètre d'environ 85mm, c'est à dire: hauteur. 0,75 x diamètre, l'angle a pour le jet concurrent était de 18 et l'angle b de 28 .
Pour les moteurs dont la chambre de combustion est profonde, une pul- v4risation plus fine pour le jet concurrent que pour le jet secandaire, et/ou différents angles de divergence peuvent aussi être utiles. Pour le moteur représenté par figs. 3 et 4, l'angle de divergence c du jet 9 est de 30 , et l'angle d du jet 10 est de 20'.
Dans les modes de réalisation représentas par figs.
5 à 12 toutes les pièces du moteur qui concordent avec celles de Figs . 1 à 4 portent les mêmes numéros de référence, de sorte qu'il n'est pas nécessaire dé décrire encore une fois tout les détails ici.
Figs. 5 et 6 concernent un moteur dont la chambre de compression est à peu près hémisphérique, cette forme étant obtenue par une conformation a-ppropriée du fond du piston 2. L'air entre dans le cylindre par le canal 6, qui débouche tangentiellement, et par la soupape d'admission 7, et il y effectue le mouvement giratoire indiqué par la flèche 8 . Le ccmbustible est injecté en deux jets 9 et 10, sous les angles de profondeur a et à,par le gicleur multiple 4 monté dans le fond 11 de la chambre de combustion. Le jet concurrent 9 a le plus petit angle de profondeur et le plus grand angle dedivergence c.
La pulvérisation des deuxjets de.¯combustible peut également être différente, le jet con- current devant avoir une force de pénétration plus petite que celle du jet secondaire, comme cela est indiqué en fig.6
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par les brouillards de combustible 9 et 10.
Fig.7 représente une chambre de combustion oblique produite par l'inclinaison du fond du piston. A la fin de la course de compression l'air entre dans la partie la plus profonde 16 de la chambre de combustion, à l'endroit où se trouve la bougie 5. Les jets de combustible 9 et 10 forment deux brouillards de combustible sensiblement super- posés dans la partie la plus profonde 16, les jets sortant du gicleur 4 étant injectés en partie sous le plus petit angle a et en partie sous le plus grand angle $ et sous les angles de divergence c=d égaux pour les deux jets,
Figs. 9 et 10 représentent un moteur à charge d'air animée d'un mouvement giratoire et à dispositif d'allumage particulier, ce moteur comportant deux gicleurs 4a et 4b montés sur le pourtour de la chambre de compression.
Les deux gicleurs injectent chacun un jet concurrent, mais sous des angles de profondeur différents, dans la charge d'air animée d'un mouvement giratoire. Le jet 9 sortant du gicleur 4a qui se trouve à peu près eh face du dispositif d'allumage 5 a le plus grand angle de profondeur a et le cas échéant la plus petite force de pénétration, c'est à dire une pulvérisation plus fine que celle du jet secondaire 10.
Figs. Il et 12 sont des vues d'un moteur à injection centrale. Le gicleur multiple est monté à peu près au milieu entre les deux soupapes 7 et 17 du cylindre, et à peu près dans l'axe de rotation de l'air animé d'un mouvement giratoire dans la chambre de combustion qui est en forme de W. Un mouvement giratoire est imprimé, par exemple au moyen d'un écran, non représenté, monté d'un côté du plateau de la sou- pape, à l'air qui entre par la soupape 7. En outre, deux dispositifs d'allumage 5a et 5b sont montés dans le fond/ou
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cylindre, sur le pourtour de celui-ci, et à peu près dia- métralement opposés. Le combustible est injecté en quatre jets dans la charge d'air animée d'un mouvement giratoire.
Les jets 9a et 9b fournissent du combustible aux parties de la charge d'air qui se trouvent près des bougies 5a et 5b au moment de l'allumage. Ces jets ont chacun l'angle de profondeur a et le cas échéant une force de pénétration plus petite que collèges jets secondaires 10a et 10b, dont les angles de profondeur b sont plus grands que a. Tous les angles pourraient différer entre eux, De cette façon, toutes les couches de la charge d'air de la chambre de combustion sont chargées de combustible et utilisées complètement pour la production de la force,
Les moteurs représentés en figs. 1 à 12 ne sont pas les seuls auxquels l'invention puisse être appliquée; cest pourquoi l'invention n'est pas limitée aux modes de réalieation décrits, REVENDICATIONS.
1.- Moteur à combustion interne dans lequel deux ou plus de deux jets de combustible sont injectés directement (sans air comprimé) dans l'air contenu dans la chambre de combustion e animé d'un mouvement giratoire, l'injection ayant lieu vers la fin de la course de compression au moyen d'au moins un dispositif d'injection, et ces jets étant enflammés par au moins un dispositif d'allumage particulier, moteur caractérisé en ce qu'au moins deux jets de canbus- tible sont injectés sous des angles de profondeur diffé- rente (a,b).
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Internal combustion engine with direct fuel injection (airless) and particulate ignition system.
The invention relates to the method of injecting liquid fuel towards the end of the compression stroke in engines comprising a particular ignition device, the air charge of which performs a gyratory movement in the combustion chamber up to at the start of ignition.
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It is very important for engines of this kind, especially in the case of high speed engines, that the air charge of each combustion chamber is fully utilized in order to obtain the greatest output. of force possible with minimum fuel consumption.
The invention makes it possible to improve the injection of the fuel mainly by ensuring that at least two fuel jets, from at least one injection device, are injected at different angles with respect to the fuel. interior surface of the bottom of the combustion chamber, these angles being referred to below as depth angles.
Depth angle will be understood here to mean the angle that the axis of gravity of a fuel jet makes with the inner surface of the bottom of the combustion chamber when the injection takes place in still air.
According to the invention the jets can be injected at different depth angles, as well as with different penetrating forces.
The type of injection device adopted is irrelevant to the practice of the invention. It is for example advantageous to use a so-called open nozzle comprising one or more injection holes (multiple nozzle) and discharge valves mounted in the fuel inlet pipe and preventing the fuel and gases from entering the inlet. this conduct. By giving the outlet holes a suitable size and arrangement, as is generally known, any desired angular direction and penetrating force can be obtained for the outgoing fuel jet.
The penetration force is a measure of the spray quality of the injected jet; in general, the smaller the penetrating force, the better the spray
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tration of a fuel jet, for example the Riehm process, described in the Revue de la Société des Ingénieurs Allemands (Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure), vol. 68,1924, page 641, or the process of Robertson Matthews described in Power, vol. 62, 1929, page 567.
An embodiment of the invention which has proved its worth for high speed engines with injection of fuel into a gyrating air charge and with a particular ignition device is characterized in that two jets of fuel are injected by a multiple nozzle at two different depth angles and possibly also with different penetrating forces, so that the jet injected roughly in the direction of the air movement driven by a gyratory movement in the combustion chamber, a jet which will be called the competitor jet, has a greater depth angle and, where appropriate, a smaller penetrating force than the other jet, which will be called the secondary jet.
The invention makes it possible to ensure that the charge of air animated by a gyratory movement in a combustion chamber is properly loaded with fuel; in addition, those parts of the air charge which are near the ignition device at the time of ignition may receive a richer mixture and ignite well.
This is important for operation at low loads, when the quantity of fuel injected is small. The correct mixing of air and fuel results in rapid and complete combustion of the entire cylinder charge, so that the power and fuel consumption are considerably improved, especially for high speed engines, compared to the results obtained so far in
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in engines of the same type where fuel injection takes place in another way.
The invention will now be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, in which numerous improvements and numerous improvements which can be obtained by virtue of the invention are also clearly visible.
Figs 1 & 3 are axial longitudinal sections of internal combustion engines with fuel injection and special ignition device,
Figs 2 and 4 are views from below of the cylinder heads by lines II-II and IV-IV respectively defigs 1 and 3,
Figs 5 to 12 are partial sketches of other embodiments of the invention.
In all the figures the same parts are designated by the same reference numbers,
In fig.l, 1 is an engine cylinder, cylinder in which moves the piston 2, which has a neck 3; In the bottom 11 of the cylinder are the nozzle 4 for injecting fuel and the spark plug 5. During the suction stroke of piston 2, fresh air enters cylinder 1 through channel 6 , which opens tangentially and through valve 7, which is controlled as usual. As a result of the tangential introduction, the air charge performs a continuous gyratory movement in the cylinder until the start of ignition, the direction of this movement being indicated by arrow 8.
The position of the exhaust valve 17 has been indicated in fig. 2, The fuel injection nozzle is a so-called multiple nozzle, at the mo-
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nozzle shown in elevation in figs 1 and 2 is an open nozzle with two injection holes. The fuel is delivered by a pump (not shown) and arrives via line 12.
In the nozzle holder 13 there are non-visible discharge valves which allow the fuel to reach the nozzle, but which prevent any return of fuel or gas to the line 12. One of the two injection holes tion of the nozzle has a shape such that the jet 9 injects in the direction of the air stream entering the air charge at an angle of depth a. In this exemplary embodiment the secondary jet 10 exiting the nozzle is directed against the air stream and it is injected at a smaller depth angle b. For an engine whose compression chamber is about 45 mm high and 81 mm in diameter, an angle α has been observed. of about 25 and an angle b of about 18 are very advantageous.
The angles at or b should never be less than approximately 10.. The magnitude of the difference between the angles & and b is given by the operating conditions, since the size and the shape of the combustion chamber, the arrangement of the injection and ignition devices, the speed The rotation rate of the air in the compression chamber and the piston speed have a considerable influence on this difference.
The favorable action of the injection which has just been described in detail and which takes place from different angles is probably based in the first place on the fact that the jet 9 injected roughly in the direction of rotation of the current of air is deflected upwards, because the air also performs, in addition to the rotational movement, a movement caused by the piston and directed in the direction of the axis of the cylinder, On the other hand, the secondary jet 10 is bent backwards by the air that comes its way and directed down beneath its
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its beginning. The lower injected jet 9 therefore fills the upper air showers of the combustion chamber with fuel, and the jet 10 forms a mist which lies more or less below.
The spark plug which in this example is mounted in the bottom of the cylinder is surrounded, by the competitor jet and at the time of ignition, with a well igniting and rapidly burning mixture, which also quickly ignites all the other parts of the cylinder. the charge contained in the combustion chamber.
It is sometimes very advantageous to inject the competing jet 9 with a smaller penetrating force, that is to say with a finer spray than for the secondary jet 10; in fig. 2 the mists 3 and 10 are shown corresponding to a smaller penetrating force on the jet 9.
Finally the angles .c and d, fig. 2, which will be called far plus / angles of divergence, can also be different.
The angle of divergence indicates the divergence of the horizontal projection of a jet from a diameter of the cylinder passing through the nozzle perpendicular to the axis of the cylinder. In the engine figs. 1 and 2 the angles c and d are equal to each other.
Figs 3 and 4 represent the same engine as figs 1 and 2, except that this engine has a deeper compression chamber. The injection of fuel through the nozzle 4 takes place so that the depth angle a of the competing jet is smaller than the angle b of the secondary jet. For engines whose comoression chamber has a height approximately equal to or greater than 75% of the mean diameter of the compression chamber, it has in fact been recognized that it is useful to reverse the arrangement indicated in fig, l for the
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The deflection that the jets undergo after entering the air charge animated by a gyratory movement must be assisted more or less by the direction of the jets, so that the result, i.e. the penetration of the fuel into all parts of the air charge, is well reached. In an engine whose compression chamber had a height of about 64mm and a diameter of about 85mm, ie: height. 0.75 x diameter, angle a for the competitor jet was 18 and angle b was 28.
For engines with a deep combustion chamber, finer spray for the competing jet than for the secandary jet, and / or different angles of divergence may also be useful. For the engine represented by figs. 3 and 4, the angle of divergence c of the jet 9 is 30, and the angle d of the jet 10 is 20 '.
In the embodiments represented by figs.
5 to 12 all the parts of the engine which agree with those of Figs. 1 to 4 have the same reference numbers, so it is not necessary to describe all the details here again.
Figs. 5 and 6 relate to an engine whose compression chamber is approximately hemispherical, this shape being obtained by an a-ppropriée conformation of the bottom of the piston 2. The air enters the cylinder through the channel 6, which emerges tangentially, and by the intake valve 7, and it performs the gyratory movement there indicated by the arrow 8. The fuel is injected in two jets 9 and 10, at the depth angles a and at, by the multiple nozzle 4 mounted in the bottom 11 of the combustion chamber. Competitor jet 9 has the smallest depth angle and the largest angle of divergence c.
The atomization of the two fuel jets can also be different, the competing jet having to have a smaller penetrating force than that of the secondary jet, as shown in fig. 6
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by fuel mists 9 and 10.
Fig.7 shows an oblique combustion chamber produced by the inclination of the bottom of the piston. At the end of the compression stroke the air enters the deepest part 16 of the combustion chamber, where the spark plug 5 is located. The fuel jets 9 and 10 form two substantially super fuel mists. - placed in the deepest part 16, the jets coming out of the nozzle 4 being injected partly at the smallest angle a and partly at the largest angle $ and at the angles of divergence c = d equal for the two jets,
Figs. 9 and 10 show an air charge engine driven by a gyratory movement and with a particular ignition device, this engine comprising two nozzles 4a and 4b mounted on the periphery of the compression chamber.
The two jets each inject a competing jet, but at different depth angles, into the gyrating air charge. The jet 9 coming out of the nozzle 4a which is located approximately eh opposite the ignition device 5 has the greatest depth angle a and, where appropriate, the smallest penetrating force, i.e. a finer spray than that of the secondary jet 10.
Figs. He and 12 are views of a central injection engine. The multiple nozzle is mounted approximately in the middle between the two valves 7 and 17 of the cylinder, and approximately in the axis of rotation of the air driven by a gyratory movement in the combustion chamber which is in the form of W. A gyratory movement is imparted, for example by means of a screen, not shown, mounted on one side of the valve plate, to the air which enters through the valve 7. In addition, two control devices ignition 5a and 5b are mounted in the bottom / or
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cylinder, on the periphery of this one, and approximately diametrically opposed. The fuel is injected in four jets into the gyrating air charge.
Jets 9a and 9b provide fuel to those parts of the air charge which are near spark plugs 5a and 5b at the time of ignition. These jets each have the depth angle a and, where appropriate, a smaller penetration force than secondary jets 10a and 10b, the depth angles b of which are greater than a. All the angles could differ from each other, In this way all the layers of the air charge of the combustion chamber are loaded with fuel and used completely for the production of force,
The motors shown in figs. 1 to 12 are not the only ones to which the invention can be applied; this is why the invention is not limited to the embodiments described, CLAIMS.
1.- Internal combustion engine in which two or more fuel jets are injected directly (without compressed air) into the air contained in the combustion chamber and animated by a gyratory movement, the injection taking place towards the end of the compression stroke by means of at least one injection device, and these jets being ignited by at least one particular ignition device, engine characterized in that at least two jets of canbus- tible are injected under angles of different depth (a, b).