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Procédé de commande de l'arrivée du combustible à un moteur à combustion interne et dispositif pour sa mise en oeuvre.
La présente invention comprend un procédé et un dispositif de réglage et de synchronisation commandant l'arrivée du combustible à la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et sert à obtenir la coopération en parallèle des facteurs fondamentaux déterminant 1' écoulement du combustible et son débit.
Les principaux facteurs déterminant la quantité
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du combustible écoulé sont:
1) l'aire de la section de l'orifice de restriction c'est-à-dire du gicleur;
2) la différence de pression utilisée pour effectuer l'écoulement du liquide;
3) le facteur "temps", c'est-à-dire le -temps pendant lequel le combustible peut s'écouler.
Il semble que, à moins que ces trois facteurs fondamehtaux agissent en parallèle sur toute l'étendue du fonctionnement, on ne peut s'attendre à une exactitude du réglage du combustible dont le débit doit s'adapter aux importantes variations de vitesse et de charge aux- quelles sont soumis les moteurs à combustion interne avec allumage électrique, plus particulièrement ceux destinés à la traction.
Un examen des procédés connus employés pour les moteurs à combustion interne fait voir que deux seulement des trois facteurs y agissent en parallèle; pour l'ali- mentation par injection, les facteurs 1 et 3 et pour l'alimentation par aspiration, les facteurs 1 et 2.
Dans l'alimentation par aspiration, tandis que le courant d'air à l'entrée de l'appareil d'alimentation' commence à l'instant où la pression est amenée au-dessous de la pression atmosphérique sous l'action du déplacement du piston, le combustible lui ne commencara à s'écouler que lorsque la différence de pression entre l'intérieur
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et l'extérieur du gicleur aura atteint une certaine valeur de seuil. Cette valeur dépend entre autres choses de l'orifice du gicleur, de la position de l'accélérateur et de la vitesse du moteur. Des dispositifs de compensation ont été introduits, ayant pour objet de maintenir le rapport air-combustible dans de larges limites d'utili- sation, mais ces dispositifs n'ont pas donné entière satisfaction et ne peuvent être considérés que comme un grossier compromis.
Il semble que l'importance des pertes du système connu à carburateur peut être attribuée principalement au réglage inexact ou, autrement dit, à la commande inexacte de l'écoulement du combustible. En effet, de la quantité du combustible qui peut avoir été prélevée sur le dispo- sitif d'alimentation par l'aspiration d'un piston, une bonne portion, plus ou moins bien pulvérisée, ne peut pas atteindre la chambre de combustiopendant la course d' aspiration ; elle reste stagnante dans le système d'amenée dans des conditions telles qu'elle est de peu ou d'aucune utilité. Dans certains cas, le combustible arrivé à l'état stationnaire peut être refoulé par un courant inverse.
Cet état de choses varie naturellement avec la vitesse du moteur et l'ouverture de l'accélérateur.
Un phénomène semblable dans ses effets existe en/fin d'admission dans les moteurs à combustion interne à cylindres multiples, présentant une période d'admission
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de l'une des soupapes recouvrant la période d'admission d'une autre soupape, si la dépression dans un cylindre dont la soupaped'admission connivence à s'ouvrir est plus importante que la dépression dans un autre cylindre dont la soupape d'admission est en train de se fermer. La partie postérieure, autrement dit "la queue'de la charge, atteint un état de stagnation fonction de la vitesse du moteur et de l'importance de la charge.
Les moyens utilisés jusqu'à présent pour remédier à cet état de chose entraînent un sacrifice dans le rendement volumétrique. Il semble, de ce qui précède que, pour bien faire, la queue de la charge ne doive pas contenir de combustible.
On a trouvé que si le combustiole est introduit dans un courant d'air de vitesse relativement grande, on obtient un excellent degré de pulvérisation. On s'est rendu compte aussi qu'il n'est pas recommandable de per- mettre au combustible d'atteindre la chambre à combustion avant que la vitesse du piston approche de son maximum durant sa course d'aspiration. Il semble donc que la partie ini- tiale ou la"pointe" de la charge ne doive pas contenir de combustible, elle non plus.
On sait que plus la dépression est accentuée, meilleure est la pulvérisation, il en résulte que dans le cas de l'alimentation par .carburateur, le moment le plus favoraole à la pulvérisation du combustible est celui @
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correspondant à la partie centrale de la courbe représentant le déplacement du piston en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin et pour une rotation de 180 à partir du "point mort haut" du piston, c'est-à-dire correspondant à la partie de cette courbe où la dépression est approxi- mativement constante. Il est aisé de déterminer le temps correspondant à l'angle du vilebrequin , correspondant lui- même au déplacement du piston créant la dépression néces- saire à l'écoulement du combustible dans les conditions désirées.
On a trouvé d'autre part que la quantité de la charge peut être réglée dans une certaine mesure par le maintien approximatif du rapport de la vitesse du moteur à l'orifice du gicleur ou à la section libre de l'accéléra- teur. Différentes formes de vannes d'aspiration sont souvent employées dans ce but, mais leurs désavantages sont bien connus.
Afin d'obtenir un réglage précis et économique du combustible, il semble qu'il soit essentiel que la conduite entre le point de réglage et la chambre de combustion soit exemple de combustible à la terminaison de chaque course d' aspiration du piston, en effet, en raison des variations inévitables, tout combustible stagnant dans cette conduite ne peut être raisonnablement considéré comme contribuant à la charge subséquente.
L'invention a pour objet un procédé et un disposi- tif de réglage et de synchronisation du débit du combustible n --
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applicable à l'alimentation obviant aux différents défauts précités en limitant par un organe commandé la période d'écoulement du combustible.
Dans ce but de synchronisation, la difiérence de pression occasionnant l'écoulement du combustible est annulée périodiquement de façon à inter- dire périodiquement cet écoulement, ou, ce qui revient au même, à ne permettre cet écoulement que pendant une période correspondant à une portion déterminée du mouve- ment de rotation du vilebrequin, Plus précisément, on fait en sorte que cette annulation de différence, ou autrement dit cette égalisation de pression, soit réalisée pendant une portion choisie de la course d'aspiration du piston, et correspondant à un angle de 60 environ de la rotation du vilebrequin.
Cette égalisation peut être produite préférable- ment par le jeu d'une soupape, d'un distrubuteur à tiroir rotatif creux par exemple, entraîné par le vilebrequin et qui étaolit périodiquement une communication de certains points de l'appareil d'alimentation entre eux. Cette soupape peut être actionnée périodiquement par la rotation du vilebrequin et par l'intermédiaire d'organes de liaison.
L'égalisation de pression de part et d'autre de l'orifice du gicleur peut être réalisée de différentes manières: 1) Par la mise à l'ambiance de l'espace entourant le gicleur (appelée chambre de gicleur) c'est-à-dire a l'atmosphère, si la chambre à combustible elle-
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même est soumise à la pression atmosphérique.
2) Par la mise en communication de- la chambre de gicleur avec la partie supérieure de la chambre à combustible. Dans ce cas, si la chambre à combustible est munie d'un évent suffisant, la pression atmosphé- rique s'établira approximativement aussi dans la chambre du gicleur. Par contre, si la chambre à combustible n'a pas d'évent la dépression règnant dans la chambre du gicleur s'établira dans la chambre à combustible, et si la chambre à combustible est soumise à une pression autre que l'atmosphère, provo- quée par exemple par l'action d'une machine pneu- matique, cette même pression sera transmise à la chambre du gicleur.
C'est de cette opération de synchronisation que dépend l'augmentation considérable du- rendement du moteur constatée par comparaison aux procédés connus de commande du/combustible.
Le dessin annexé montre schématiquement à titre d'exemple, deux formes de réalisation d'un dispositif pour la mise en oauvre du procédé.
La fig. 1 est une vue de côté en élévation et en coupe partielle, représentant un appareil d'alimentation en combustible, et un mécanisme de commande;
La fig. 2 est une vue en bout par rapport à la fig.
1 et en coupe partielle suivant la ligne II-II de la fig. 1;
La fig. 3 illustre schématiquement une autre forme
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d'exécution de l'objet de l'invention.;
Les fig. 4 et 5 sont des schémas partiels semblables à celui de la fig. 3.
Dansles diverses figures, les mêmes organes sont indiqués par des chiffres identiques.
En référence aux figures 1 à 6, 1 désigne le corps du dispositifde réglage et de mélange appelé ci- dessous "l'appareil", 2 désignant la chambre à combustible, 3 l'entrée de l'air et 4 la sortie de la charge, 5 étant une'bride u moyen de laquelle l'appareil est branché de la façon usuelle sur l'entrée du manifold d'un moteur à combustion interne.
L'appareil communique avec un boîtier 6 de soupape rotative dont le rotor 7 commande la période pendant laquelle on permet à la différence de pression d' occasionner l'écoulement du combustible à travers l'orifice d'un gicleur 10 La communication avec l'atmosphère est établie pendant le reste du temps par le conduit 8 à la chambre 9 du gicleur 10, ces deux derniers organes étant situés au-dessous de l'appareil et faisant corps avec lui.
Le combustible est amené au gicleur 10 par un conduit 11 venant de la chambre à comoustible 2 où son niveau est maintenu par exemple au moyen d'un flotteur 12, approxisativeement à la hauteur de l'orifice du gicleur 10.
Ce dernier est entouré d'une paroi 13 faisant corps avec l'appareil et formant une chambrette à l'intérieur de la
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chambre 9 dans laquelle la pression atmosphérique est établie périodiquement sous l'action du tiroir rotatif 7.
La paroi 13 est perforée à sa partie inférieure en 14.
L'appareil peut aussi commander le débit d'un combustible gazeux ; ce cas, il est branché sur un réservoir à gaz ou sur un autre dispositif d'alimenta- tiop.
Le tiroir rotatif 7 est entraîné en rotation continue par le vilebrequin par des organes de liaison dont un accouplement attaquant l'arbre 16 en 15. Le rotor 7 a la forme d'un fourreau tournant à l'intérieur du boîtier 6 communiquant avec l'atmosphère en 17, il commande l'orifice 18 d'aboutissement du conduit 8. On a donné au dit orifice 18 la forme d'une fente allongée, comme le montre la fig. l, parce qu'on a trouvé qu'il était judicieux de raccourcir le plus possible le temps d'ouverture et de fermeture de la communication avec 1' atmosphère.
Les organes usuels dans les dispositifs connus, tels que la vanne d'accélérateur et son mécanisme de commande, ne sont pas représentés.
Les fig. 3,4 et 5 illustrent une forme d'exé- cution de l'objet de l'invention, dans laquelle un tiroir rotatif 7, tournant dans un 'boîtier 6, commande deux con- duits 19 et 20, l'un d'eux, 19, menant à une chambre en- tourant un gicleur 10 et l'autre, 20, à la partie supérieure d'une chambre à combustible 2, ou à toute autre canalisation @
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d'alimentation en combustible qui peut être mise en communication avec l'atmosphère, comme le fait voir par exemple la fig. 3 par'l'évent 21 de la chambre à combustiole
2.
En partant de la position où les lumières des conduits 19 et 20 sont fermées, comme le montre la fig. 3, la rotation du rotor 7 dans le sens de la flèche Fl, établira par un évidement 22 la communication entre eux des conduits 19 et 20 effectuant l'égalisation approximative des pressions de part et d'autre de l'orifice du gicleur 10, amenant ainsi l'arrêt du jet de combustible. En continuant sa rotation, le rotor fera communiquer les deux conduits avec l'atmosphère.
L'utilisation d'un carburateur ordinaire confine à l'emploi de benzine, tandis que l'appareil objet de l'invention permet l'utilisation de combustible plus lourd, tel que la benzine additionnée de pétrole, donnant au moteur pratiquement la même capacité de puissance pour la même consommation totale de combustible que pour la marche avec la benzine seule.
La fig. 6 représente schématiquement une autre forme d'exécution de l'objetde l'invention. Il y estfait usage d'une soupape à clapet. Lécorps de soupape est con- stitué par un étrier stationnaire 23, armé d'une lame élastique 24 formant clapet, fixée en 25 et tendant à s' appliquer, par son élasticité, sur le bord 26 de l'étrier dans lequel est trafiquée une ouverture 27 départ du con-
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duit 8, aboutissant à la chambre 9 du gicleur 10. Sur le clapet 24, agit en 28 un poussoir 29 actionné par une came 30 solidaire d'un arbre auxiliaire 31, entraîné en rotation et par le vilebrequin et par l'intermédiaire d'organes de liaison.
En référence à ce qui a été dit précédemment, la came 30 est orientée de façon que pendant la période où l'écoulement.du combustible est désirée, le clapet 24 garde la position représentée en traits pleins, obturant l'ouverture 27 ; tandis que durant tout le temps où le com- bustible ne doit pas s'écouler, le clapet 24 prend la position 32 indiquée en pointillé, sous l'action du poussoir 29 mû par la came 30. On voit en effet que, dans cette position 32, le clapet établit la communication de la chambre 9 du gicleur avec l'atmosphère, égalisant ainsi approximativement les pressions de part et d'autre de 1' orifice 10 du gicleur.
Au lieu d'une lame élastique, il est évident qu'on peut employer un clapet articulé, armé d'un ressort de rappel ou même une soupape semblable à celles utilisées pour les cylindres d'un moteur à combustion interne outoute autre soupape.
Il va de soi que l'application du procédé n'est pas limité aux formes représentées par le dessin et que par exemple, dans le cas d'un moteur multi-cylindres, plusieurs soupapes peuvent être branchées en parallèle sur les conduits 8, 19 et 20, ou que le tiroir 7 peut être constitué de façon à.commander l'écoulement du combustible à admettre successivement dans plusieurs cylindres
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du moteur ou encore que la came 30 peut avoir plusieurs évidements, chacun d'eux correspondant à un piston présentant un décalage de phase par rapport aux autres pistons.
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Method for controlling the arrival of fuel to an internal combustion engine and device for its implementation.
The present invention comprises a method and a device for regulating and synchronizing controlling the arrival of fuel to the combustion chamber of an internal combustion engine and serving to achieve the parallel cooperation of the fundamental factors determining the flow of fuel and its flow.
The main factors determining the quantity
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of the spent fuel are:
1) the area of the section of the restriction orifice, that is to say of the nozzle;
2) the pressure difference used to effect the flow of the liquid;
3) the "time" factor, ie the time during which the fuel can flow.
It seems that, unless these three fundamental factors act in parallel over the whole range of operation, one cannot expect an exactness of the fuel setting, the flow rate of which must adapt to the large variations in speed and load. to which internal combustion engines with electric ignition are subjected, more particularly those intended for traction.
An examination of the known processes employed for internal combustion engines shows that only two of the three factors act in parallel; for injection feed, factors 1 and 3 and for suction feed, factors 1 and 2.
In suction feed, while the flow of air to the inlet of the feed apparatus begins at the instant when the pressure is brought below atmospheric pressure by the action of the displacement of the piston, the fuel only began to flow when the pressure difference between the inside
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and the outside of the nozzle will have reached a certain threshold value. This value depends among other things on the nozzle orifice, the throttle position and the engine speed. Compensating devices have been introduced with the object of maintaining the air-fuel ratio within wide limits of use, but these devices have not been entirely satisfactory and can only be considered as a gross compromise.
It appears that the magnitude of the losses of the known carburetor system can be attributed primarily to improper tuning or, in other words, improper control of fuel flow. In fact, of the quantity of fuel which may have been taken from the supply device by the suction of a piston, a good portion, more or less well pulverized, cannot reach the fuel chamber during the stroke. suction; it remains stagnant in the supply system under conditions such that it is of little or no use. In certain cases, the fuel which has reached a stationary state can be discharged by a reverse current.
This state of affairs naturally varies with engine speed and throttle opening.
A similar phenomenon in its effects exists at / end of intake in multi-cylinder internal combustion engines, exhibiting an intake period
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of one of the valves covering the intake period of another valve, if the vacuum in a cylinder whose intake valve is colluding to open is greater than the vacuum in another cylinder whose intake valve is closing. The posterior part, in other words "the tail" of the load, reaches a state of stagnation according to the speed of the engine and the size of the load.
The means used until now to remedy this state of affairs involve a sacrifice in volumetric efficiency. It seems from the above that, in order to do this well, the tail of the load should not contain fuel.
It has been found that if the combustiole is introduced into a relatively high velocity air stream, an excellent degree of atomization is obtained. It has also been found that it is not advisable to allow fuel to reach the combustion chamber before the piston speed approaches its maximum during its suction stroke. So it seems that the initial part or "tip" of the load should not contain fuel either.
We know that the more the depression is accentuated, the better the spraying, it follows that in the case of the supply by .carburetor, the most favorable moment for the atomization of the fuel is that @
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corresponding to the central part of the curve representing the displacement of the piston as a function of the angle of rotation of the crankshaft and for a rotation of 180 from the "top dead center" of the piston, that is to say corresponding to the part of this curve where the depression is approximately constant. It is easy to determine the time corresponding to the angle of the crankshaft, itself corresponding to the displacement of the piston creating the vacuum necessary for the flow of fuel under the desired conditions.
It has been found, on the other hand, that the amount of the load can be controlled to some extent by roughly maintaining the ratio of engine speed to nozzle orifice or throttle free area. Different forms of suction valves are often employed for this purpose, but their disadvantages are well known.
In order to obtain precise and economical fuel adjustment, it seems essential that the line between the set point and the combustion chamber be example fuel at the end of each piston suction stroke, indeed. , due to inevitable variations, any fuel stagnant in this line cannot be reasonably considered to be contributing to the subsequent load.
The subject of the invention is a method and a device for adjusting and synchronizing the flow rate of the fuel n -
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applicable to the supply obviating the various aforementioned faults by limiting the period of flow of the fuel by a controlled member.
For this purpose of synchronization, the pressure difierence causing the flow of fuel is periodically canceled so as to periodically prohibit this flow, or, which amounts to the same thing, to allow this flow only for a period corresponding to a portion. determined of the rotational movement of the crankshaft, More precisely, it is ensured that this cancellation of difference, or in other words this pressure equalization, is carried out during a selected portion of the suction stroke of the piston, and corresponding to a angle of approximately 60 of the crankshaft rotation.
This equalization can be produced preferably by the clearance of a valve, of a distrubutor with a hollow rotary spool for example, driven by the crankshaft and which periodically establishes communication between certain points of the supply apparatus between them. This valve can be actuated periodically by the rotation of the crankshaft and by means of connecting members.
The pressure equalization on either side of the nozzle orifice can be achieved in different ways: 1) By adjusting the atmosphere of the space surrounding the nozzle (called the nozzle chamber) that is i.e. has the atmosphere, if the fuel chamber itself
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even is subjected to atmospheric pressure.
2) By placing the nozzle chamber in communication with the upper part of the fuel chamber. In this case, if the fuel chamber is provided with a sufficient vent, atmospheric pressure will approximately also build up in the nozzle chamber. On the other hand, if the fuel chamber does not have a vent, the negative pressure in the nozzle chamber will be established in the fuel chamber, and if the fuel chamber is subjected to a pressure other than the atmosphere, provo - qué for example by the action of a pneumatic machine, this same pressure will be transmitted to the chamber of the nozzle.
It is on this synchronization operation that the considerable increase in engine efficiency observed by comparison with known methods of fuel control depends.
The attached drawing shows schematically by way of example two embodiments of a device for implementing the process.
Fig. 1 is a side elevational view, partially in section, showing a fuel supply apparatus, and a control mechanism;
Fig. 2 is an end view with respect to FIG.
1 and in partial section along line II-II of FIG. 1;
Fig. 3 schematically illustrates another form
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execution of the object of the invention .;
Figs. 4 and 5 are partial diagrams similar to that of FIG. 3.
In the various figures, the same components are indicated by identical numbers.
With reference to Figures 1 to 6, 1 designates the body of the adjustment and mixing device referred to below as "the apparatus", 2 designating the fuel chamber, 3 the air inlet and 4 the load outlet. , 5 being a flange by means of which the apparatus is connected in the usual manner to the inlet of the manifold of an internal combustion engine.
The apparatus communicates with a rotary valve housing 6, the rotor 7 of which controls the period during which the pressure difference is allowed to cause the fuel to flow through the orifice of a nozzle 10. Atmosphere is established during the remainder of the time through the conduit 8 to the chamber 9 of the nozzle 10, the latter two members being located below the apparatus and forming one unit with it.
The fuel is brought to the nozzle 10 via a pipe 11 coming from the edible chamber 2 where its level is maintained for example by means of a float 12, approximately at the height of the orifice of the nozzle 10.
The latter is surrounded by a wall 13 integral with the apparatus and forming a small room inside the
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chamber 9 in which atmospheric pressure is periodically established under the action of the rotary slide 7.
The wall 13 is perforated at its lower part at 14.
The apparatus can also control the flow of a gaseous fuel; in this case, it is connected to a gas tank or to another power supply device.
The rotary spool 7 is driven in continuous rotation by the crankshaft by connecting members including a coupling driving the shaft 16 at 15. The rotor 7 has the form of a rotating sleeve inside the housing 6 communicating with the atmosphere at 17, it controls the orifice 18 of termination of the conduit 8. Said orifice 18 has been given the shape of an elongated slot, as shown in FIG. 1, because it has been found to be judicious to shorten the opening and closing time of communication with the atmosphere as much as possible.
The usual components in known devices, such as the accelerator valve and its control mechanism, are not shown.
Figs. 3, 4 and 5 illustrate an embodiment of the object of the invention, in which a rotary slide 7, rotating in a housing 6, controls two conduits 19 and 20, one of them. them, 19, leading to a chamber surrounding a nozzle 10 and the other, 20, to the upper part of a fuel chamber 2, or to any other pipe @
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fuel supply which can be placed in communication with the atmosphere, as shown for example in FIG. 3 through the vent 21 of the fuel chamber
2.
Starting from the position where the openings of the conduits 19 and 20 are closed, as shown in fig. 3, the rotation of the rotor 7 in the direction of the arrow Fl, will establish by a recess 22 the communication between them of the conduits 19 and 20 effecting the approximate equalization of the pressures on either side of the orifice of the nozzle 10, thus bringing the fuel jet to a halt. By continuing to rotate, the rotor will make the two conduits communicate with the atmosphere.
The use of an ordinary carburetor is limited to the use of benzine, while the apparatus which is the subject of the invention allows the use of heavier fuel, such as benzine with petroleum added, giving the engine practically the same capacity of power for the same total fuel consumption as for operation with gasoline alone.
Fig. 6 schematically represents another embodiment of the object of the invention. A flap valve is used here. The valve body is constituted by a stationary yoke 23, armed with an elastic blade 24 forming a valve, fixed at 25 and tending to apply, by its elasticity, to the edge 26 of the yoke in which is tampered with a opening 27 departure of the
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pipe 8, leading to the chamber 9 of the nozzle 10. On the valve 24, acts at 28 a pusher 29 actuated by a cam 30 integral with an auxiliary shaft 31, driven in rotation and by the crankshaft and by means of liaison bodies.
With reference to what has been said previously, the cam 30 is oriented so that during the period when the flow of fuel is desired, the valve 24 keeps the position shown in solid lines, closing the opening 27; while during all the time when the fuel must not flow, the valve 24 assumes the position 32 indicated in dotted lines, under the action of the pusher 29 moved by the cam 30. We see in fact that, in this position 32, the valve establishes the communication of the chamber 9 of the nozzle with the atmosphere, thus approximately equalizing the pressures on either side of the orifice 10 of the nozzle.
Instead of an elastic blade, it is obvious that one can employ a hinged valve, armed with a return spring or even a valve similar to those used for the cylinders of an internal combustion engine or any other valve.
It goes without saying that the application of the method is not limited to the shapes represented by the drawing and that for example, in the case of a multi-cylinder engine, several valves can be connected in parallel on the conduits 8, 19 and 20, or that the slide 7 may be formed so as to control the flow of fuel to be admitted successively into several cylinders
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engine or that the cam 30 may have several recesses, each of them corresponding to a piston having a phase shift relative to the other pistons.