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BREVET D'INVENTION PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'ALIMENTATION DES MOTEURS A COMBUSTION
INTERNE
La présente invention se rapporte à l'alimentation des moteurs à combustion interne, qui sont munis d'une capacité commune aux dispositifs d'alimentation des différents cylindres et dans lesquels le mélange carburé est formé dans les cylindres eux-mêmes, pendant la phase de compression, -ces cylindres ayant été préalablement remplis d'air pur, pendant la phase d'admission s'il s'agit d'un moteur à 4 temps, et pendant la phase de balayage, dans le cas d'un moteur à 2 temps.
La présente invention a pour but de faciliter la formation rapide du mélange carburé dans les cylindres et d'en assurer l'homogénéité.
Conformément à l'invention, on prépare un mélange oarbu- ré riche en faisant circuler, de façon continue, à l'aide d'un compresseur, pompe ou analogue, dans un circuit dont fait partie cette capacité commune, une masse gazeuse dans laquelle on injecte de fa- çon continue un combustible liquide ou gazeux, et on envoie ce @
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mélange carburé riche dans chacun des cylindres, pendant la phase de compression dans ce cylindre, de façon à le diffuser dans l'air pur admis préalablement dans ce cylindre.
Ce procédé est particulièrement applicable aux moteurs à combustion interne du type décrit dans le brevet français N 669.101 déposé au même nom le 31 Mai 1928, c'est-à-dire à des mo- teurs polycylindriques, munis d'une capacité, commune à tous les cylindres, dans laquelle chaque cylindre refoule, vers la fin de sa phase de compression, une partie de la charge carburée normale qu'il renferme. Dans ce moteur, le mélange carburé normal, venant de la capacité commune, est enrichi en combustible dans le dispositif pulvérisateur particulier à chaque cylindre, et le mélange carburé riche ainsi produit est admis au commencement de la phase de com- pression dans chaque cylindre, après que celui-ci a été complète- ment rempli d'air et que les orifices d'admission d'air dans ce cylindre ont été fermés.
Ce mode d'alimentation a permis d'obtenir des mélanges carburés, d'air et de combustible lourd, capables d'ê- tre enflammés de façon très régulière par l'étincelle électrique à haute tension, fournie par le dispositif d'allumage classique par bougie et magnéto.
Dans l'application du procédé suivant l'invention à ce genre de moteurs, on fait circuler de façon continue, au moyen d'un compresseur, pompe ou analogue,dans un circuit dont fait partie la capacité commune, la masse gazeuse constituée par les fractions de mélange carburé normal, refoulées dans la capacité commune par cha- cun des cylindres, vers la fin de la période de compression, et on enrichit ce mélange carburé normal, ainsi maintenu en circulation continue, dans ce circuit, par une injection continue de combustible liquide ou gazeux, après quoi on envoie le mélange carburé riche ainsi formé dans l'air contenu dans chacun des cylindres, pendant la phase de compression.
L'homogénéité du mélange carburé riche ainsi formé peut être grandement améliorée, car on dispose d'un temps beaucoup plus long pour le préparer, dans le circuit dont fait partie la capaci- té commune, que-dans le dispositif.pulvérisateur particulier à cha- @
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que cylindre, comme c'est le cas dans le moteur suivant le brevet français ? 669.101.
Les dessins ci-joints représentent à titre d'exemple une forme d'exécution de dispositifs pour la réalisation du procédé suivant l'invention.
La fig, 1 est une vue en coupe verticale axiale, parties en vue extérieure, du dispositif d'alimentation d'un cylindre.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale horizontale suivant la ligne 2-2 de la fig.l.
Les fig. 3 et 4 sont des vues en plan montrant deux dispositions des ajutages dans le piston-valve du dispositif d'alimentation, et
Les fig. 5 et 6 sont des vues en élévation correspondantes.
La fig. 7 est une vue en coupe transversale horizontale du piston-valve,dans le cas d'une variante, et
Les fig. 8 et 9 sont des vues en coupe verticale longitudinale correspondantes.
Les fig, 10,11 et 12 montrent le dispositif servant à la formation du mélange carburé riche :
La fig, 10 en est une vue en plan,
La fig. 11 une vue en élévation,et
La fig. 12 une vue en coupe verticale transversale suivant la ligne 12-12 sur les fig. 10 et 11, mais à échelle agrandie.
Le dispositif d'alimentation de chaque cylindre a comprend un corps b, en métal bon conducteur de la chaleur, isolé thermiquement du cylindre a par un joint (non représenté), mauvais conducteur de la chaleur, afin de maintenir le corps du dispositif d'alimentation à une température supérieure à celle des parois du cylindre. Un piston-valve c, présentant des parties de diamètres différents, est monté de façon à pouvoir se-déplacer dans ce corps b; la partie inférieure du piston constitue la valve oylindrique c1, ajustée dans un logement cylindrique correspondant bl ménagé dans le corps b; dans cette partie cylindrique ci (fig.l) sont percés des ajutages calibrés d, convergents-divergents, répartis
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uniformément autour de l'axe vertical du piston-valve.
Les axes de ces ajutages d peuvent être parallèles à cet axe du pistonvalve (fig. 1,3 et 5) ou être inclinés par rapport à celui-ci (fig. 4 et 6). Au lieu d'être ménagés dans l'épaisseur même du piston-valve c, comme représenté sur les fig, 1,3,4,5 et 6, ces ajutages d peuvent, dans le cas où on désire augmenter leur section de passage, sans augmenter le diamètre du piston-valve, être ménagés à la périphérie de ce dernier, comme représenté sur les fig, 7,8 et 9; dans ce cas, une coiffe rectifiée d1 est montée extérieurement à la partie inférieure c1 du piston-valve c et est bloquée de façon à faire corps avec celui-ci et à le suivre dans tous ses déplacements; les ajutages d peuvent encore être parallèles à l'axe du piston-valve (fig.8) ou inclinés par rapport à cet axe (fig.9).
La partie médiane c2 du piston-valve c comporte à sa surface des ailettes hélicoïdales c3, ménageant entre elles des rainures ou alvéoles hélicoïdales c4, destinées à communiquer un ' mouvement de giration au courant gazeux au-dessus des ajutages d, au moment de l'injection dans le cylindre moteur a; ces ailettes c3 servent également au guidage du piston-valve dans le logement cylindrique b1 du corps b, pendant ses déplacements.
La partie supérieure 05 du piston-valve, de diamètre plus grande est munie de segments d'étanchéité c6.
Le piston-valve c est solidaire de la soupape e, établissant la communication entre la chambre, formée à l'intérieur du corps b, et le cylindre a.
L'ensemble du piston-valve e et ùe la soupape e est commandé par une came f, agissant sur une traverse f1. solidaire du piston-valve et prenant appui sur des ressorts de rappel f2, enroulés autour de tiges de guidage f3 fixées dans le corps b du dis- positif d'alimentation. La came f présente un profil approprié pour permettre d'abord une ouverture lente de la soupape e, de façon que le mélange carburé passe, du dispositif d'alimentation dans le cy- lindre a, uniquement par les ajutages d; ceci permet d'obtenir une très grande vitesse d'écoulement à la sortie des ajutages, ce qui
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est nécessaire pour parfaire le mélange carburé et le projeter avec une force vive suffisante dans le cylindre qui est, à ce moment (de- but de la phase de compression), rempli d'air pur.
Vers la fin de la phase de compression, sous l'action de la came f, la partie inférieure cylindrique c1 du piston-valve c quitte son logement b1 dans le corps b, et la section annulaire de passage ainsi démasquée vient s'ajouter à la section des ajutages d, en donnant ainsi une section plus grande de communication entre le' cylindre a et l'intérieur du dispositif d'alimentation.
La chambre g, ménagée à l'intérieur du corps b, sous la partie supérieure ±5 du piston-valve c, est en communication., par un conduit b2, percé dans l'épaisseur du corps b, avec un collec- teur h, commun à tous les cylindres a du moteur.
Dans l'épaisseur du corps ¯b sont également percés des conduits' i1, i2, partant d'un raccord i et aboutissant à une chambre ou gorge annulaire j; celle-ci débouche, dans la chambre intérieure du corps b, sous un diaphragme k, guidé et bloqué par un écrou k1 sur un siège b3 ménagé dans le corps b; ce diaphragme k comporte, dans sa face inférieure, en regard de la gorge annulaire j, une gor- ge circulaire k2, de laquelle partent des petits conduits radiaux k3, aboutissant aux alvéoles hélicoïdales c4 ménagées dans la partie médiane c2 du piston-valve c. Un ergot k4, fixé dans le corps b et pénétrant dans une rainure du diaphragme k, oriente celui-ci de ma- nière que les conduits k 3 se trouvent toujours devant les alvéoles
4 hélicoïdales c.
Comme représenté sur les fig, 10,11 et 12, les dispositifs d'alimentation des différents cylindres sont reliés entre eux par le collecteur commun h, qui est destiné à être mis en communication avec chacun des cylindres a, suivant l'ordre d'allumage, par l'in- termédiaire du dispositif d'alimentation correspondant.
Du point le plus bas de ce collecteur h part une dériva- tion hl, qui le relie à la chambre d'aspiration 11 d'un petit com- presseur rotatif 1, commandé à grande vitesse par le moteur lui-
2 même, par l'arbre 1 , La partie basse de la chambre de refoulement 13 du
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compresseur 1 est reliée aux dispositifs d'alimentation des différents cylindres par des tubes m, aboutissant au raccord i dans le corps b des dispositifs d'alimentation; ces tubes m sont recouverts d'une enveloppe calorifuge m , afin d'éviter un abaissement de température du mélange gazeux pendant son passage à travers ces tubes.
Un distributeur de combustible sous pression n, dont le débit est variable et est réglé par un levier n1, est accouplé à l'arbre 12 du compresseur 1 et est commandé, ainsi que le compresseur 1 lui-même, à une vitesse ayant un rapport invariable avec la vitesse de l'arbre-manivelle du moteur, en fonctionnement normal, mais bien supérieure à celle de cet arbre-manivelle.
La chambre de refoulement du distributeur de combustible n est reliée, par un tube n2, à un dispositif de pulvérisation mécanique o, placé dans la chambre d'aspiration 11 du compresseur 1.
Ce dispositif de pulvérisation mécanique peut être remplacé, comme représenté en traits mixtes en 0 1 sur la fig.12, par un dispositif de Venturi, simple ou multiple, du genre employé pour la pulvérisation de l'essence dans les carburateurs et placé à l'entrée de la dérivation hl, allant du collecteur h au compres- seur 1.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant :
Vers la fin de la phase de compression dans chaque cylindre a, la came f, en agissant sur la traverse f1 du piston-valve c, établit la communication par une section de passage relativement grande entre ce cylindre et son dispositif d'alimentation, en écartant la soupape e de son siège et en faisant descendre la partie inférieure cylindrique c1 du piston-valve c, d'une distance suffisante pour qu'elle soit dégagée de son logement bl dans le corps b.
Une fraction du mélange carburé normal, formé dans le cylindre considéré, pénètre, en passant par la chambre du dispositif d'alimentation, et par le conduit b2 dans le corps de celui-ci, dans le collecteur commun h. Les différentes fractions de mélange carburé normal chargent ainsi le collecteur h.
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Le compresseur rotatif 1 met en mouvement cette masse de mélange carburé normal, accumulée dans le collecteur h,en l'as- pirant par la dérivation h1, dans la chambre 11, en la refoulant dans la chambre 1 et en la retournant au collecteur commun h en passant par le dispositif d'alimentation de chacun des cylindres, par le trajet suivant: tube m, raccord i, conduits il,i 2 et gorge annulaire j dans le corps b, gorge annulaire k2 et conduits k3
4 du diaphragme k, alvéoles hélicoïdales c du piston-valve, chambre g et conduit b2 dans le corps b.
Le mélange carburé normal, ainsi maintenu de façon conti- nue en mouvement rapide, s'enrichit, à son passage dans la chambre d'aspiration 11 du compresseur rotatif 1, par l'apport de combus- tible dû au dispositif de pulvérisation mécanique c, (ou par le dispositif de Venturi placé à l'entrée de la dérivation hl,allant du collecteur h au compresseur!). Cet apport de combustible, dont le débit est contrôlé par le distributeur n, s'effectue toujours avant l'entrée de la masse gazeuse dans le compresseur 1 et dans sa zone d'aspiration.
La circulation rapide, ainsi que l'enrichissement du mé- lange carburé normal emmagasiné dans le collecteur h, s'effectuent pour ainsi dire en circuit fermé ; compresseur 1, par suite du brassage qu'il produit, permet d'obtenir un mélange homogène, très riche en combustible.
Dès qu'un cylindre est hermétiquement clos (c'est à dire dès que les orifices d'admission ou la soupape d'admission sont fermés), au début de la phase de compression dans le cylindre, la came fagit sur le piston-valve c et la soupape e, qui sont solidaires l'un de l'autre; la soupape e s'ouvre d'-abord lente- ment (par suite du profil donné à la came f), tandis que le piston- valve descend lentement, sa partie inférieure cylindrique c1 res- tant encore engagée dans son logement bl dans le corps b; il en ré- sulte que le dispositif d'alimentation ne communique avec le cy- lindre que par la section, relativement réduite, des ajutages d.
Le mélange carburé riche, qui circule à travers le dispo-
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sitif d'alimentation par le trajet décrit ci-dessus, passe par les alvéoles hélicoïdales c4, qui lui communiquent un mouvement de giration assurant une alimentation régulière et uniforme des ajutages de détente d, en passant par la chambre de mélange ±7 entre les parties c1 et c2 du piston-valve c.
C'est donc un mélange carburé riche qui sera projeté avec une très grande vitesse par les ajutages d et qui sera diffusé par tourbillonnement ou turbulence dans l'air pur, comprimé dans le cylindre a. La grande vitesse d'écoulement est due au rapport élevé des pressions entre le collecteur h et le cylindre a, ainsi qu'au profil des ajutages d.
Pendant la première phase de la période d'injection dans le cylindre a, la décharge du collecteur h s'effectue uniquement par les ajutages de détente d, de telle manière que s'il existait encore du combustible liquide à l'état de gouttelettes, du fait de l'immobilité du piston-valve c et de la soupape e pendant la période précédente, ces gouttelettes seraient divisées par déchirement et dispersées par la vitesse du gaz détendu à la portie de la partie divergente des ajutages d, Pendant ce temps, le piston continuant sa course montante de compression dans le cylindre a, la différence de pression entre le cylindre et le collecteur h diminue; lorsque sa valeur ne peut plus avoir d'effet utile pour la pulvérisation, la came f, en continuant à tourner, fait sortir la partie inférieure cylindrique c1 du piston-valve de son logement bl dans le corps b;
une section annulaire importante de passage vient ainsi s'ajouter brusquement à celle des ajutages d, et l'équilibre des pressions s'effectue entre le collecteur h et le cylindre a,
L'apport de chaleur, dû à la compression dans le cylindre,' permet de gazéifier le combustible diffusé. A ce moment, l'air du cylindre est complètement carburé à une valeur normale, par la dispersion et le mélange du gaz riche injecté dans la masse d'air contenue dans le cylindre.
Le piston continuant sa course de compression dans le cylindre, le sens du courant entre le collecteur h et le cylindre
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a est inversé; c'est le cylindre qui se décharge dans le collecteur h en passant par le dispositif d'alimentation dU cylindre considéré. Une masse de gaz normalement carburé, en un volume équivalent au volume du mélange carburé riche qui a précédemment été injecté dans le cylindre a, est renvoyée dans le collecteur h, où elle se mélange à la masse gazeuse qui s'y trouve déjà et qui y a été renvoyée de la même manière par les autres cylindres à la fin de leur phase de compression.
Cette masse gazeuse s'enrichit de combustible à son passage devant le dispositif de pulvérisation mécanique o (ou dans le dispositif de Venturi, suivant le cas), et le mélange carburé riche est maintenu en circulation continue par le compresseur 1, en passant par les tubes m, et les dispositifs d'alimentation des cylindres et le collecteur h.
La période de charge du collecteur h en mélange carburé normal par chacun des cylindres a dure jusqu'au point d'allumage dans le cylindre considéré; elle est interrompue à ce moment par la fermeture rapide de la soupape e, qui est rappelée sur son siège par les ressorts f2, afin d'éviter la combustion de la charge emmagasinée dans le collecteur h.
L'inflammation dans le cylindre est produite par l'étincelle électrique, la combustion a lieu, la pression s'élève dans le cylindre jusqu'en fin de course. Ensuite s'effectue la détente motrice des gaz en combustion, suivie de l'échappement des gaz brûlés; le cylindre admet ensuite une nouvelle cylindrée d'air pur et, lorsque le piston moteur se trouve à nouveau au début de la compression effective, avec tous ses orifices fermés, la soupape e, commandée par la came f, s'ouvre à nouveau pour permettre une injection de mélange carburé riche dans l'air pur contenu dans le cylindre. Les différentes phases du cycle se reproduisent, de la manière décrite plus haut. Il en est de même pour tous les cylindres d'un même moteur, à tour de rôle dans l'ordre d'allumage.
L'homogénéité de la charge, finalement obtenue dans chacun des cylindres, résultant de la diffusion du mélange carburé riche dans l'air pur contenu dans le cylindre, est bien supérieure à
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l'homogénéité du mélange carburé qu'on obtient lorsqu'on injecte un très faible volume de combustible liquide dans une masse d'air importante. L'inflammation de ce mélange homogène est rendue plus facile, et sa combustion complète est plus rapide, ce qui est une qualité fondamentale pour le fonctionnement correct des moteurs à régime très élevé, dont la réalisation est ainsi facilitée.
Le distributeur de combustible n fonctionne à basse pression, puisque son rôle est de faire pénétrer la charge de combustible, presque à jet continu, dans un milieu où règne une pression de quelques atmosphères seulement, et cela sans grande force vive.
La répartition du combustible dans les cylindres étant effectuée à l'aide d'une masse importante d'un fluide gazeux (sous forme d'un mélange carburé riche), il en résulte la suppression des orifices capillaires et leur remplacement par des conduits de section plus grande, permettant des débits convenables.
La distribution continue du combustible, dans le courant gazeux en circulation dans les canalisations, dispense des calages rigoureux et de la précision que doivent nécessairement avoir les pompes d'injection dans les moteurs Diesel ou genre Diesel (moteurs à haute pression); en effet, dans ces moteurs, la régularité du point d'inflammation d'un cylindre à l'autre est liée à la précision d'injection de la charge de combustible dans les cylindres par les pompes et à la durée d'amortissement des coups des pompes (durée qui est variable avec la vitesse) dans les canalisations conduisant le combustible aux injecteurs, canalisations qui sont soumises dans toute leur longueur aux fortes pressions de refoulement des pompes d'injection.
Il est nécessaire, si l'on veut obtenir le meilleur rendement avec de procédé de formation de la charge à injecter, d'isoler thermiquement les parois des canalisations par une circulation d'air ou de gaz chauds dans une enveloppe entourant ces canalisations, comme représenté en ± sur les fig, 10,11 et 12. Il ne faut ni réchauffer, ni refroidie les masses gazeuses en circulation dans
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ces canalisations, si l'on veut maintenir les conditions d'équili- bre prévues dans la construction du moteur (volume des chambres de compression dans les cylindres), en partant d'un moteur donné.
La surpression fournie au mélange carburé riche, au refou- lement du compresseur 1, est très faible et doit être juste suf- fisante pour maintenir une vitesse convenable de ce mélange carbu- ré riche dans les tubes m, reliant la chambre de refoulement 13 du compresseur 1 aux dispositifs d'alimentation des différents cylindres, pour éviter toute accumulation de combustible liquide.
Pour permettra la mise en marche du moteur, à froid, -',en utilisant des combustibles lourds, tels que pétrole lampant, al- cools, gas-oils, huiles végétales, etc., dont les vapeurs sont ininflammables à la température ordinaire, une résistance électri- que r est enroulée (fig.12) sur un manchon ± 1 en matière électri- quement isolante, mais bonne conductrice de la chaleur, qui est appliqué sur la paroi, bonne conductrice de la chaleur, de la tubulure de dérivation h1, reliant le collecteur h à la chambre d'aspiration 11 du compresseur 1; cette résistance r est protégée par une enveloppe extérieure r2, en matière réfractaire.
Avant la mise en marche du moteur, la résistance r est chauffée, pendant une minute environ, par le courant à basse tension fourni par une batterie d'accumulateurs, servant au démarrage du moteur. Dès la mise en route, par la circulation active, assurée par le compresseur 1, de toute la masse du mélange carburé riche, destiné à alimenter les cylindres, et par le jeu de décharge du collecteur h dans les cylindres et de charge de ce collecteur par ces cylindres, on obtient une circulation intense de la masse gazeuse dans la partie chauffée de la dérivation hl,et on obtient par suite l'injection d'une masse gazeuse chaude dans les cylindres;
après quelques tours de l'arbre-manivelle, la température, atteinte par le mélange carburé, comprimé dans les cylindres, peut être suffisante pour permettre l'allumage de la charge par une étincelle électrique (allumage normal;).. Pour faciliter
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oette inflammation, on fait passer un train d'étincelles, à la bougie, au départ, si l'on dispose d'une magnéto de départ, telle qu'on en emploie dans les moteurs d'aviation, -ou on intercale un vibreur à grande fréquence dans le circuit primaire de la bobinetransformateur d'un allumage par batterie . Dès que le moteur a atteint une marche régulière, la mise hors circuit du vibreur, ainsi que de la résistance r, est opérée à l'aide d'un même commutateur.
Il est bien entendu qu'on peut, sans rien changer au mode de fonctionnement du moteur, modifier les détails de construction des dispositifs d'alimentation des cylindres.
On peut également, au lieu et.place du compresseur rotatif à palettes 1, employer une turbine centrifuge à grande vitesse ou une pompe à pistons, une pompe à membrane ou toute autre, sans rien changer au mode de formation et de circulation du mélange carburé riche destiné à l'injection dans les cylindres.
Le distributeur de combustible n peut être un appareil d'un type approprié quelconque, à piston, à membrane, à palettes, à engrenages, etc; il faut toutefois que son débit soit réglable en marche.
On peut également, par le procédé décrit, alimenter un moteur avec un combustible gazeux.sans rien changer au dispositif d'alimentation des cylindres; il suffit de remplacer le distributeur de combustible liquide n par une pompe à gaz, d'un type quelconque, également à débit variable et réglable en marche, comme pour la marche à alimentation par un combustible liquide.
Dans les deux cas, le réglage de la vitesse et de la puissance d'un moteur suivant l'invention s'effectue par variation de la masse d'air admise aux cylindres en relation avec le réglage de la quantité de combustible correspondante nécessaire.
Au lieu de diffuser, comme décrit en détail ci-dessus, le mélange carburé riche dans l'air pur, contenu dans chaque cylindre, au début de la phase de compression dans ce cylindre, et de produire alors par une étincelle électrique l'allumage du mélange
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carburé normal qui en résulte, -on peut retarder l'introduction de ce mélange carburé riche dans chaque cylindre de façon à obtenir la formation du mélange carburé normal au moment même où on désire provoquer l'inflammation spontanée de celui-ci par une compression légèrement accrue;
dans ce dernier cas, il faut un compresseur auxiliaire pour alimenter en air pur la capacité commune à une pression suffisante, et la communication entre cette capacité commune et le cylindre doit alors être interrompue un peu avant le point d'inflammation, de façon à éviter l'inflammation du mélange riche dans cette capacité commune.
REVENDICATIONS
1 - Procédé d'alimentation de moteurs à combustion interne, qui sont munis d'une capacité commune aux dispositifs d'alimentation des différents cylindres et dans lesquels le mélange carburé est formé dans les cylindres pendant la phase de compression, ces mylindres ayant été préalablement remplir d'air pur, caractérisé en ce qu'on prépare un mélange carburé riche en faisant circuler, de façon continue, à l'aide d'un compresseur, pompe ou analogue, dans un circuit dont fait partie cette capacité commune, une masse gazeuse dans laquelle on injecte de façon continue un combustible, liquide ou gazeux, et on envoie ce mélange carburé riche dans chacun des cylindres, pendant la phase de compression dans ce cylindre, de façon à le diffuser dans l'air pur, admis préalablement dans ce cylindre.