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Perfectionnements aux moteurs à combustion interne à deux temps,¯.avec allumage par compression.
La présente invention est relative aux moteurs à combustion interne à deux temps dont l'allumage s'opère par compression et qui comportent, dans la paroi du cylindre, des lumières tangentielles commandées par le piston et, dans la tê'te du cylindre, une chambre de combustion dans laquelle à la fin de la course de compression ou point mort haut du piston, est refoulée en-substance l'entièreté de la charge d'air, c'est-à-dire autant de cet air que le permettent les considérations mécaniques.
Suivant 1'invention, dans un moteur de ce type, la chambre de combustion a la forme d'un corps de révolution dont l'axe est parallèle à l'axe du cylindre et elle présente en combinaison les particularités suivantes : une profondeur ou
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hauteur qui, mesurée dans la direction de l'axe, est de l'ordre de 1/3 à 1/2, par exemple 0,4 à 0,45, du diamètre maximum de la chambre ; une"embouchure" circulaire concen- trique à l'axe de la chambre et constituée par un passage à travers lequel, uniquement, la chambre communique avec le cy- lindre ; une lumière d'échappement comportant un siège pour une soupape à levée dans la paroi interne de la chambre en face de l'embouchure et concentriquement à celle-ci;
une lèvre an- nulaire en forme de bride dirigée vers l'intérieur dans l'em- bouchure et donnant à celle-ci un diamètre minimum qui est moindre que le diamètre maximum de la chambre mais pas moindre que le diamètre le plus petit de la lumière d'échappement; et un injecteur de combustible monté dans la tête de cylindre à côté de la chambre de combustion et de façon à débiter du com- bustible dans cette chambre suivant un axe tangent à un cercle dont le centre est situe dans l'axe de la chambre. Il sera habi- tuellement désirable que le diamètre minimum de l'embouchure soit approximativement égal au diamètre maximum du champignon de la. soupaped'échappement, mais pas plus petit.
Bien qu'il soit preférable de disposer la chambre de combustion centralement et, par suite, concentriquement au cylindre, ceci n'est pas une nécessité. Toutefois, si la chambre est excentrique, son emplacement doit être tel que l'orifice entier de l'embouchure s'ouvre dans le cylindre. La chambre ou tout au moins sa partie extérieure,est refroidie. Sa paroi en- tière, y compris l'embouchure et la lèvre, peut être d'une pièce avec la. tête du cylindre; suivant une variante, la. partie de la chambre qui est adjacente au cylindre, y compris la partie où se trouve l'embouchure, peut être formée dans et cons- tituée par un tampon rapporté calorifugé à travers lequel est ménagé le passage.
Ou bien encore, seuls le passage et l'em- bouchure, y compris la lèvre, peuvent être ménagés dans et cons-
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titués par une bague rapportée convenablement fixée tandis qu'en substance l'entièreté de la paroi de la chambre elle- même, sauf ces parties, est alors d'une pièce avec la tête ou culasse du cylindre. La fixation de la bague ou organe annulaire rapporté peut être exécutée comme montage calorifuge si on le désire. '
La face entière du piston peut être-en substance plate ou convexe. Suivant une variante et en vue d'augmenter le taux de compression, la partie extérieure de la face du piston peut avoir la forme d'un:. cône tronqué dont la partie centrale plate ou convexe est agencée pour coïncider apprôxi- nativement en diamètre avec l'embouchure de la chambre de com- bustion.
Une telle forme de la face du piston peut être utilisée là où la chambre de combustion est coaxiale au cylindre. Dans tous ces cas l'extrémité du cylindre entourant l'embouchure est conformée de manière à épouser la forme de la partie cor- respondante xx xx xxxxxx xxxxxxxxxxxxx de la face du piston, afin que le plus possible de la charge d'air soit refoulé dans la chambre et le passage à la fin de la course du piston au point mort haut. Avec un piston dont la face est en substance plate ou convexe dans son ensemble, on peut aussi prévoir. sur la face une protubérance de forme appropriée dont l'entièreté ou une partie peut pénétrer dans l'embouchure à la fin de la course du piston au point mort haut en vue d'augmenter le taux de compression.
Une protubérance ainsi ,agencée et ayant cette fonction peut avoir la forme d'un corps de révolution, quelque peu sem- blable à un cône tronqué, disposé sur la face autrement plate ou convexe du piston et conformé de manière à lui permettre de pé- nétrer dans l'embouchure de la chambre. Dans tous les cas où le piston comporte une protubérance, celle-ci doit être conformée de telle manière que lorsque le piston s'écarte de la chambre
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de combustion la section libre pour l'écoulement des gaz de la chambre dans le cylindre augmente rapidement.
La construction de la lumière d'échappement et de la soupape peut être de type courant, mais la soupape est, de préférence, du type "masqué".
La disposition tangentielle du jet de combustible injecte est telle que ce jet soit dirigé dans le sens du cou - rant du mouvement circulatoire de la charge d'air resultant de l'entrée de cette charge dans le cylindre à travers les lumiè- res disposées tangentiellement dans la paroi du cylindre. Le diamètre du cercle inscrit dans la chambre, auquel l'axe du jet de combustible est tangent, peut varier mais il approche de préférence la moitié du diamètre maximum de la chambre de combustion. Il est préférable d'employer un injecteur de combustible à ajutage fin. Bien que, pour des raisons cons- tructives, l'axe de l'injecteur entier puisse être incliné, de préférence d'un angle aussi faible que possible, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de la chambre, (inclinaison dirigée vers l'embouchure), cette inclinaison n'est pas indis- pensable.
Autrement dit, si la, construction le permet, il est préférable que l'axe du jet de combustible soit situé dans un plan, ou fasse un angle aussi faible que possible pa.r rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de la chambre, lequel plan à son tour coïncide autant que possible avec le plan qui coupe la chambre à son diamètre maximum.
Diverses constructions conformes à l'invention sont représentées à titre d'exemple sur les dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une élévation en coupe du cylindre, de la tête de cylindre et du piston d'une construction conforme à l'invention,
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Fig. 2 est une coupe par la ligne 2-2 de la fig.l, Fig. 3 est une coupe par la ligne 3-3 de la fig.l,et
Figs. 4, 5, 6 et 7 montrent en couple verticale des variantes de construction conformes à l'invention.
Dans la construction représentée'sur les figs. 1, 2 et 5, le moteur comprend un cylindre 1 refroidi par eau., garni intérieurement d'une chemise A1 et fermé à la partie supérieure par une tête de cylindre ou culasse B. ¯La face inférieure de la tête B est plate et le piston C coulissant dans la chemise A1 a une tête plate correspondante, la course du piston étant calculée de façon qu'à la fin de la course de compression la tête du piston s'approche de la tête du cylindre aussi près que c'est raisonnablement possible pour des raisons d'ordre mécanique.
La chemise Al présente une partie plus épaisse A2 dans laquelle sont ménagées une série de lumières d'admission tangentielles, communiquant avec une couronne de balayage A4 et destinées à être découvertes par le piston à ou près de son point mort bas.
Au milieu de la tête de cylindre B est ménagée une chambre de combustion 131-dans laquelle la majeure partie de la charge d'air est refoulée par le piston à la fin de la course de compression. La chambre de combustion Bl comporte à son extrémité supérieure une lumière d'échappement centrale D commandée par une soupape à levée D1 et communiquant avec un passage d'échappement D2 de la tête de cylindre, tandis qu'à son extrémité inférieure la chambre-de combustion com- munique avec le cylindre par une "embouchure" constituée par une lèvre E. Le contour intérieur de la chambre de combustion est un corps de révolution coaxial au cylindre, la paroi laté- rale de la chambre ayant une courbure douce depuis la lumière D jusqu'à l'embouchure ou lèvre E.
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Comme on peut le voir, le diamètre maximum de la chambre de combustion est plus grand que le diamètre de la lumière d'échappement D et que le diamètre minimum de l'embou- chure E, lequel à son tour n'est pas moindre que le diamètre de la soupape d'échappement D1. insi, le diamètre minimum de l'embouchure E pourrait avoir de 0,73 à 0,9 du diamètre maxi- mum de la chambre de combustion, tandis que la profondeur ou hauteur de la chambre mesurée suivant son axe et entre la face inférieure de la soupape Dl fermée et le plan dans lequel se trouve l'orifice proprement dit de l'embouchure E est de l'ordre de 0,4 à 0,45 du diamètre maximum de la chambre de combustion.
Comme on peut s'en rendre compte, la partie inférieure de la chambre de combustion est formée dans et constituée par un tampon rapporté El portant la lèvre E qui forme l'embouchure, ce tampon étant retenu en place par une bague filetée E2 qui porte contre un épaulement du tampon pour maintenir ce dernier contre un siège approprié ménagé dans la tête de cylindre. Le tampon est de préférence conformé de manière à n'avoir qu'un contact limité avec la bague E2 et avec la tête de cylindre, de sorte qu'il est isolé thermiquement de la tête de cylindre, dans une grande mesure.
La fig. 2 montre comment l'injecteur de combustible D3 est disposé dans la. tête de cylindre d'un côté de la. chambre de combustion et de telle façon que l'axe du jet de combusti- ble se trouve dans un plan perpendiculaire à l'axe de la cham- bre et soit tangent à un cercle dont le centre est situé sur l'axe de la chambre. Avantageusement,, le diamètre du cercle est approximativement la moitié du diamètre maximum de la chambre. Si on le désire, l'axe de l'injecteur peut être incliné légèrement de haut en bas vers la face de la tête de cylindre.
Cette inclinaison, toutefois, est conditionnée uniquement par
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la nécessité de monter l'injecteur à proximité de la face de la tête de cylindre., en raison des dimensions générales et en particulier de la hauteur de la chambre de combustion. Dans une telle disposition, l'inclinaison de l'axe de l'injecteur amène le jet de combustible à être dirigé vers une partie de la paroi de la chambre se trouvant à l'inférieur de la lèvre E et entre celle-ci et le plan transversal contenant le dia- mètre maximum de la chambre.
Considéré sous le rapport de la direction du tour- billonnement ou de la rotation-de la charge d'air que provoque son entrée tangentielle par les lumières A3, le combustible est injecté dans la même direction tangentielle, c'est-à-dire dans une direction dont on peut dire qu'elle est dans le sens du courant par rapport à la rotation générale de la charge d'air non seulement dans le cylindre, mais dans la chambre de com- bustion, puisque le mouvement de rotation persiste aprèsque la charge d'air a été refoulée dans la chambre de combustion.
Il est généralement préférable que la soupape d'échap- pement D1 soit du type couramment appelé "soupape masquée, c'est- à-dire que le siège de soupape est en retrait dans un renfonce- ment cylindrique formé dans la partie entourant la lumière D, et la périphérie de la soupape adjacente à sa face externe est cylindrique et montée avec un jeu convenable dans le renfonce- ment cylindrique de la lumière. -Ainsi,, un moteur conforme à la présente invention comprend avantageusement l'invention dé- crite et revendiquée dans la demande de même date, du même inven- teur,intitulée "Perfectionnements relatifs aux moteursà com- bustion interne à deux temps, avec allumage par compression".
Dans la variante représentée assez schématiquement sur la fig. 4, le moteur comprend un cylindre F dont la tête ou culasse F contient une chambre de combustion G dans laquelle /en substance la totalité de la charge est refoulée à la fin de
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la course de compression, par un piston F2. Dans cette construc- tion, la chambre de combustion G a la même forme générale que la chambre Bl représentée sur la, fig.l, mais toute la paroi interne de la, chambre de combustion est formée par une partie de la tête de cylindre, c'est-à-dire que le tampon rapporté E1 n'existe plus et la lèvre constituant l'embouchure de la chambre de combustion fait corps avec la paroi latérale de la dite cham- bre.
L'embouchure de la chambre de combustion formée par la lèvre Gl a, dans cette construction, un diamètre un peu plus grand que celui de l'embouchure formée par la lèvre E dans la construction représentée sur la fig.l et le piston F2 comporte une saillie F3 qui, à la fin de la course de compression du piston, pénètre dans cette embouchure comme c'est représenté.
De même que dans la construction représentée sur la fig.l, la paroi supérieure de la chambre de combustion est percée d'une lumière d'échappement centrale H commandée par une soupape à levée Hl et communiquant avec un conduit d'échap- pement H2 ménagé dans la. tête de cylindre la soupape étant avantageusement "masquée". Pour la facilité du dessin, l'in- jecteur de combustible J est représenté comme si son axe était radial par rapport à l'axe de la chambre de combustion.
En pratique, cependant., cet injecteur aura son axe tangent à un cercle ayant son centre dans l'axe de la chambre de combus- tion, de sorte que le combustible sera dirigé comme dans la construction représentée sur les figs. l, 2 et 3. Ainsi qu'on le voit, l'axe du jet a une légère inclinaison vers le bas re- lativement à des plans perpendiculaires à l'axe du cylindre.
Dans la construction montrée sur la fig.5, la dis- position générale est semblable à celle représentée sur la fig. 4, sauf que la face de la tête de cylindre qui entoure directement la lèvre ou embouchure Gl de la chambre de combus- tion est tronconique, la face supérieure du piston F2 étant
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tronconique de façon correspondante, comme c'est indiqué en F4, tandisque la partie centrale de la face de piston F5 est plate et ne comporte aucune saillie pénétrant dans 1-'embouchure de la chambre de combustion.
Dans la construction représentée sur la fig. 6, la disposition est semblable à celle représentée sur la fig. 5, sauf que la partie de la face de la tête de cylindre qui entoure directement la lèvre ou embouchure G1 de la chambre de combustion a une forme partiellement sphérique et la face du piston F2 a une forme partiellement sphérique correspon- dante comme c'est montré en F5.
Dans la construction représentée sur la fig.7, la disposition générale est semblable à celle montrée sur la fig.5 , sauf que la partie de la face du piston située à l'intérieur de la partie tronconique F4 comporte une saillie qui pénètre dans 1''embouchure de la chambre de combustion à la fin de la - course de compression.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements to two-stroke internal combustion engines, ¯. With compression ignition.
The present invention relates to two-stroke internal combustion engines the ignition of which takes place by compression and which comprise, in the cylinder wall, tangential slots controlled by the piston and, in the cylinder head, a cylinder head. combustion chamber in which at the end of the compression stroke or top dead center of the piston, the entire air charge is delivered in substance, that is to say as much of this air as possible mechanical considerations.
According to the invention, in an engine of this type, the combustion chamber has the shape of a body of revolution, the axis of which is parallel to the axis of the cylinder and it has in combination the following features: a depth or
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height which, measured in the direction of the axis, is of the order of 1/3 to 1/2, for example 0.4 to 0.45, of the maximum diameter of the chamber; a circular "mouth" concentric with the axis of the chamber and formed by a passage through which only the chamber communicates with the cylinder; an exhaust port including a seat for a lift valve in the inner wall of the chamber opposite and concentrically to the mouth;
an annular lip in the form of a flange directed inwardly into the mouth and giving the latter a minimum diameter which is less than the maximum diameter of the chamber but not less than the smallest diameter of the exhaust light; and a fuel injector mounted in the cylinder head next to the combustion chamber and so as to deliver fuel into this chamber along an axis tangent to a circle whose center is located in the axis of the chamber. It will usually be desirable that the minimum diameter of the mouthpiece be approximately equal to the maximum diameter of the mushroom of the. exhaust valve, but not smaller.
Although it is preferable to arrange the combustion chamber centrally and hence concentrically with the cylinder, this is not a necessity. However, if the chamber is eccentric, its location should be such that the entire orifice of the mouthpiece opens into the cylinder. The chamber, or at least its exterior part, is cooled. Its entire wall, including the mouthpiece and the lip, may be in one piece with the. cylinder head; according to a variant, the. part of the chamber which is adjacent to the cylinder, including the part where the mouth is located, may be formed in and constituted by a heat-insulated insert through which the passage is provided.
Or again, only the passage and the mouth, including the lip, can be provided in and cons-
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titués by an attached ring suitably fixed while in substance the entire wall of the chamber itself, except these parts, is then in one piece with the head or cylinder head of the cylinder. The fixing of the attached ring or annular member can be carried out as a heat-insulating assembly if desired. '
The entire face of the piston may be substantially flat or convex. According to a variant and with a view to increasing the compression ratio, the outer part of the face of the piston may have the shape of a :. truncated cone, the flat or convex central part of which is arranged to coincide approximately in diameter with the mouth of the combustion chamber.
Such a shape of the piston face can be used where the combustion chamber is coaxial with the cylinder. In all these cases, the end of the cylinder surrounding the mouthpiece is shaped so as to match the shape of the corresponding part xx xx xxxxxx xxxxxxxxxxxxx of the face of the piston, so that as much of the air charge as possible is discharged in the chamber and the passage at the end of the piston stroke at top dead center. With a piston whose face is substantially flat or convex as a whole, one can also provide. on the face a protuberance of appropriate shape, all or part of which can penetrate into the mouth at the end of the stroke of the piston at top dead center in order to increase the compression ratio.
A protuberance thus arranged and having this function may have the form of a body of revolution, somewhat similar to a truncated cone, disposed on the otherwise flat or convex face of the piston and shaped so as to allow it to stand. enter the mouth of the chamber. In all cases where the piston has a protuberance, this must be shaped in such a way that when the piston moves away from the chamber
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combustion the free area for the gas flow from the chamber into the cylinder increases rapidly.
The construction of the exhaust port and the valve may be of the standard type, but the valve is preferably of the "masked" type.
The tangential arrangement of the injected fuel jet is such that this jet is directed in the direction of the current of the circulatory movement of the air charge resulting from the entry of this charge into the cylinder through the lights arranged tangentially. in the cylinder wall. The diameter of the circle inscribed in the chamber, to which the axis of the fuel jet is tangent, may vary, but it preferably approaches half the maximum diameter of the combustion chamber. It is preferable to use a fine nozzle fuel injector. Although, for structural reasons, the axis of the entire injector may be inclined, preferably at as small an angle as possible, with respect to a plane perpendicular to the axis of the chamber, (inclination directed towards the mouth), this inclination is not essential.
In other words, if the construction allows it, it is preferable that the axis of the fuel jet be located in a plane, or make an angle as small as possible with respect to a plane perpendicular to the axis of the chamber. , which plane in turn coincides as much as possible with the plane which intersects the chamber at its maximum diameter.
Various constructions in accordance with the invention are shown by way of example in the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a sectional elevation of the cylinder, the cylinder head and the piston of a construction according to the invention,
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Fig. 2 is a section taken along line 2-2 of fig.l, Fig. 3 is a section through line 3-3 of fig.l, and
Figs. 4, 5, 6 and 7 show in vertical couple construction variants according to the invention.
In the construction shown in figs. 1, 2 and 5, the engine comprises a water-cooled cylinder 1, lined internally with a jacket A1 and closed at the top by a cylinder head or cylinder head B. ¯ The underside of the head B is flat and the piston C sliding in the sleeve A1 has a corresponding flat head, the piston stroke being calculated so that at the end of the compression stroke the piston head approaches the cylinder head as close as it is reasonably possible for mechanical reasons.
The jacket A1 has a thicker part A2 in which are formed a series of tangential intake ports, communicating with a scanning ring A4 and intended to be discovered by the piston at or near its bottom dead center.
In the middle of the cylinder head B is provided a combustion chamber 131-in which the major part of the air charge is discharged by the piston at the end of the compression stroke. The combustion chamber B1 has at its upper end a central exhaust port D controlled by a lift valve D1 and communicating with an exhaust passage D2 of the cylinder head, while at its lower end the chamber-de combustion communicates with the cylinder by a "mouth" formed by a lip E. The internal contour of the combustion chamber is a body of revolution coaxial with the cylinder, the side wall of the chamber having a gentle curvature from the lumen D to the mouth or lip E.
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As can be seen, the maximum diameter of the combustion chamber is larger than the diameter of the exhaust port D and the minimum diameter of the mouth E, which in turn is not less than the diameter of the exhaust valve D1. Thus, the minimum diameter of the mouth E could have 0.73 to 0.9 of the maximum diameter of the combustion chamber, while the depth or height of the chamber measured along its axis and between the lower face of the valve Dl closed and the plane in which the orifice itself of the mouth E is located is of the order of 0.4 to 0.45 of the maximum diameter of the combustion chamber.
As can be seen, the lower part of the combustion chamber is formed in and constituted by an added buffer El carrying the lip E which forms the mouth, this buffer being held in place by a threaded ring E2 which carries against a shoulder of the buffer to hold the latter against a suitable seat provided in the cylinder head. The pad is preferably shaped so as to have only limited contact with the ring E2 and with the cylinder head, so that it is thermally insulated from the cylinder head, to a great extent.
Fig. 2 shows how the fuel injector D3 is arranged in the. cylinder head on one side of the. combustion chamber and in such a way that the axis of the fuel jet lies in a plane perpendicular to the axis of the chamber and is tangent to a circle whose center is situated on the axis of the chamber . Advantageously, the diameter of the circle is approximately half the maximum diameter of the chamber. If desired, the axis of the injector can be tilted slightly up and down towards the face of the cylinder head.
This inclination, however, is conditioned only by
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the need to mount the injector close to the face of the cylinder head., due to the general dimensions and in particular the height of the combustion chamber. In such an arrangement, the inclination of the axis of the injector causes the jet of fuel to be directed towards a part of the wall of the chamber located below the lip E and between the latter and the transverse plane containing the maximum diameter of the chamber.
Considered from the point of view of the direction of the swirling or of the rotation-of the air charge which its tangential entry causes by the openings A3, the fuel is injected in the same tangential direction, that is to say in a direction which can be said to be in the direction of the current with respect to the general rotation of the air charge not only in the cylinder, but in the combustion chamber, since the rotational movement persists after the air charge has been forced back into the combustion chamber.
It is generally preferable that the exhaust valve D1 be of the type commonly referred to as a "mask valve, ie, the valve seat is recessed in a cylindrical recess formed in the portion surrounding the lumen. D, and the periphery of the valve adjacent to its outer face is cylindrical and fitted with suitable clearance in the cylindrical recess of the lumen. Thus, an engine according to the present invention advantageously comprises the invention described. and claimed in the application of the same date, by the same inventor, entitled "Improvements relating to two-stroke internal combustion engines with compression ignition".
In the variant shown fairly schematically in FIG. 4, the engine comprises a cylinder F whose head or cylinder head F contains a combustion chamber G in which / in substance all of the charge is discharged at the end of
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the compression stroke, by a piston F2. In this construction, the combustion chamber G has the same general shape as the chamber B1 shown in, fig.l, but the entire internal wall of the combustion chamber is formed by part of the cylinder head, that is to say that the insert E1 no longer exists and the lip constituting the mouth of the combustion chamber is integral with the side wall of said chamber.
The mouth of the combustion chamber formed by the lip Gl has, in this construction, a slightly larger diameter than that of the mouth formed by the lip E in the construction shown in fig.l and the piston F2 comprises a projection F3 which, at the end of the compression stroke of the piston, penetrates into this mouth as shown.
As in the construction shown in fig.l, the upper wall of the combustion chamber is pierced with a central exhaust port H controlled by a lift valve H1 and communicating with an exhaust duct H2 housed in the. cylinder head the valve being advantageously "masked". For ease of drawing, the fuel injector J is shown as if its axis were radial with respect to the axis of the combustion chamber.
In practice, however, this injector will have its axis tangent to a circle having its center in the axis of the combustion chamber, so that the fuel will be directed as in the construction shown in Figs. 1, 2 and 3. As can be seen, the axis of the jet has a slight downward slope relative to planes perpendicular to the axis of the cylinder.
In the construction shown in fig. 5, the general arrangement is similar to that shown in fig. 4, except that the face of the cylinder head which directly surrounds the lip or mouth Gl of the combustion chamber is frustoconical, the upper face of the piston F2 being
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correspondingly frustoconical, as indicated at F4, while the central part of the piston face F5 is flat and has no protrusion penetrating into the mouth of the combustion chamber.
In the construction shown in FIG. 6, the arrangement is similar to that shown in FIG. 5, except that the part of the face of the cylinder head which directly surrounds the lip or mouth G1 of the combustion chamber has a partially spherical shape and the face of the piston F2 has a corresponding partially spherical shape as is shown in F5.
In the construction shown in fig. 7, the general arrangement is similar to that shown in fig. 5, except that the part of the face of the piston located inside the frustoconical part F4 has a projection which penetrates into 1 '' mouth of the combustion chamber at the end of the - compression stroke.
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