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La Société dite : :TET\TNYi.hFCIIT1:N . FQ-iSCT-TU1.TC-UT l' ATENrV-.tiffi\lEn:1'l'U1fGS(1-:S'ELWCEl MIT SCI-JBilJ.'l1(T" H.A"'TL'1VTG
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'TIoteur à combustion interne à allumage indépendant ou à auto-allumage et transformation des moteurs à combustion interne eYiis tants" .
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Convention Illterllati c)nale : Demande de brevet allemand : F. Q 940269 Ia/4Ga déposée le 16 août. 1943'..
On connaît de nombreux systèmes pour augmenter le ren-
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c.ament ciun moteur à combustion interne'*
Il est aisé de produire une amélioration du rendement thermique indique en augmentant ce rendement par une détente ces gaz de combustion prolongée au-delà de la pression finale
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r.orrza,e'* liais étant donné eu'en .dernière analyse c'est une augwentaion du rendement total qui importe, il faut prendre 'soin que le résultat ne soit pas annihilé par un abaissement du rendement mécanique''.
D'une manière générale une détente prolongée est carac- térisée par le fait que le rapport entre le remplissage et le volume final est modifie de telle sorte que le remplissage est rendu plus petit à volume final constant , On peut mettre
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le volume, qu'occupe la c1ge' arrivant pour la, compression sous des conditions de pression et de température normales, , en rapport avec le volume disponible pour la détente Le rapport ainsi. établi est désigné ci-après sous le nom de de-
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gré de remplissage du moteur.
En conséquence, avec une détec- te prolongée; le degré de remplissage est plus petit que un; par exemple, avec une détente prolongée au double, il est/de
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un demi-o
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De uultiples propositions ont déjà été faites pour produire une entente prolongée. Une poulie 58 ces proposi- tions concerne la mise en série de plusieurs étapes de dé-
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tente, en prévoyant un cylindre à basse pression ou une turbi
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ne à jaz d'échappement, ou les deux, comme étapes inférieurs.
D;3.ns les turbinas à Gaz d'échappement, l'é.tige de tem- pérature utilisable est petit'. Le cylindre à basse pression
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prés-ente de nouveau les inconvénients suivants ;
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Le tel;.ps, pendant lequel les cl>c combustion se trouvent daiz le moteur) est bca);coup plus U"!l.nG que dans la détente en un sul é.t..:..è , de sorte que le iflentié-:<;.w=t thermique est greva; dans une es t r 2,Up';J'j,'0uro correspcndarte, de pertes calorifiques par émission ou i%1;.oimé#z,;nt. En outre, des perlas par frottey.'.cnt ipcrt&te r'.s =h:r;=1;:ii-=nt dans le conduit de co;i;-'.'rnica.tion et lec soupapes, au con:.:s C.lt transe. port das , caz de combustion dans: le cylindre j.'..i:;é.;-in.te;::ent inférieur du c,i7,c ces gaz ÉCTÉ déjà. détends s. un volume
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considérable.
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D' iJJ1';c,:ctar/G8S objections; dont loe,: propositions connues ji.,squ' à présent ne tiennent pas compte, militent contre l'ut:U lis8,tiC'n, t,a ;- d'une turbine j;3.r r: <5. ' é c ii#.ç,j;e:::c nt qu'éjo.leuient d'un c:>'lind1'e " basse pi,essioioe. aussi la raison pour laquelle ces propositions n'ont p té in'iro±t,1.t. cs dans 18.
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pratique.
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Abstraction faite des l")i"lO 0[;: tions CUC-::l.';l"''"t:.\:lnéE:s, on peut é;a.lc:::er.t obtenir 11.n d.c#¯ri. <.:; r8:.:"]"if:8aLe in::"'ér:i.cl1.r à un dians le fonct.5.ii?i i;::cr.t 1* 1<n seul <.."i>=<a :;11 e-"i ec.#;i:..nf le rem- plicsa-ge à travers une soupape d''jrc'.rqlesent; par exemple un étranglement de carburateur; o<; bien du fait que 1.e rem- plissage est effectué z:-,roc un a:', réchauffé et; pr conséquent à l'état d' e>13:,J.:,:sLen, par exc''l ;.; ".:= le faisant passer con- tre des parties chaudes du moteur..
.Un autre r.rc;.'en, pour maintenir un. <eii é d rer-plissage inférieur à un, (?,' t décrit dans 18 brevet français :: ' 214*543, dépose lE.: 30 Juin 1591. Ce moyen consiste à décaler' fie fermeture du conduit cv't l'introduction
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de la charge;. Il est pour cela indifférent que cet instant
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soit rGci..lé eu avance.
Da,;;s 10 : ¯¯"¯i.l.(;1" cas, il n'est plus .s,irë. de nouvelles charges' vers la fin de la course d'aµÉ1-
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ration et, dans le dernier cas, une partie de la quantité aspirée est de nouveau refoulée à l'extérieur au commencement de la course de compression à travers le conduit d'admission qui est encore ouverte
Un moteur à combustion interne à un ,seul étage cons- truit suivant une des propositions mentionnées dans ce qui précède, mais au reste normal, n'a toutefois donné, à la diff renée des montages à plusieurs étages décrits au début, ,
aucu.- ne amélioration du- rendement thermique indiquée On reconnaît ceci lorsqu'on effectue une comparaison des diagrammes de tra- vail, Pour obtenir une comparaison des rendements thermiques indiqués; il faut calculer sur la base du remplissage égal.
En conséquence; dans la fig.1, les deux diagrammes de travail sont tracés de telle manière que le volume que possède le remplissage introduit à'pression égale soit'd'égale grandeur .dans les-deux casa On a eu en vue ici la dernière citée des trois propositions (brevet français n 214.543). En fonc- tionnement normal, on obtient la courde BCDEFGB et, en fonc- tionnement avec fermeture décalée du conduit d'admission, on obtient la courbe ABCFGHA, On reconnaît que l'on perd sur le côté gauche du diagramme de travail (à savoir la surface- Cl
CDEFC) plus que ce que l'on gagne sur le côté droit ( à sa- voir la surface ABGHA).
Conformément à l'invention.; on évite les inconvénients inhérents aux propositions connus jusquà présent du fait que, d'une part, on utilise, dans un moteur à combustion interne à un seul étage;un degré deremplissage bien inférieur à un (par exemple un demi) et que, d'autre part, on maintient la valeur de précompression normale optimuù pour le combustible utilisé en calculant de façon correspondante la chambre de compression'.,
Suivant une autre caractéristique de l'invention, en limitant de, façon correspondante le volume de la détente on empêche que les pertes par friction qui augmentent lorsque le trajet du piston augmente,
grèvent le rendement total d'une manière inéconomique,
Dans une semblable disposition, il est tout d'abord im- possible' qu'une partie de la surface de travail soit perdue' sur le bord gauche du diagramme de travail, 'comme ,cela a été décrit précédemment à l'aida de la. fig. 1,, Toutefois, la
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détente prolongée et l' a;.i101 :Lol"o.tion du. l'UT'u,l:^:1t '1'l.lCrltiiC,LlE2 pouvant être ainsi obtenues restent ,;2.inte,uoc En effet) un dc'ré de remplissage inféii?>.ir 1:
1 implique déjà en soi une détente jusqu'à, une pression fjrale plus petite que la détente .normale, par conséquent une détente ¯-ro1or..[;è:'!) L'amélioration pouvant t'irc obtenue sur le renclement thermique indique par la constitution d'un moteur à combustion
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interne conforme à l'invention est, telle quelle n'est absor-
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bée que pour rne très.petite fraction pai les pertes supp1é...., mentaires dues au frottement, de sorte qu'il subsiste une axlé; lioration importante du rendement total par rapport aux mo- teurs connus jUSq'.l'i3. présenta Un calcul; qui concerne un moteur à carburateur à quia- tre tciiips alimenté avec un ïi7¯.àîe d'essence et de benzol, comportant le. ;2cco:.:rression 1 :
7) montre qpe déjà avec une détente prolongée an double cl;vL'ol1 de la détente usuelle, l'amélioraticn que l'on peut obtenir sur le rendement ther41i- quc est d'environ 20 % et celle sur le rendement total d'en- viron 10 à 15 ]1* Un exemple de réalisâtjon de l'invention est donne par 1U1 licteur ù quatre t2UPS ir.onoc;,,l5.ncz:.c;Lte normal à allumage indépendant ou à auto-a11uL'1o{çe dans lequel le rapport de con- pression vc1¯u.u:'Lx'ï ßue est au¯;.:crt par une chambre de compres- si¯on .choisie 01'ffise.::':11lent' peti te par rapport aux formes de réalisation connues, la z,rêcoe:iresc.5.oz1 nO:;''''':;;8,le, telle qu'elle doit rester 8.[:Lt1..1'ée selon l'invention, étant obtenue par le ncyen connu en soi indiqué ç""é,l1f ce qui suit.
Le conduit ser- i<zint à ]., in'c,l'n(:l1.ction de la charge contrôlé pa.r exemple par
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une , soupape à plateau usuelle; n'est ouvert que pendant une partie de la course d'aspiration ou reste encore ouvert au-
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delà de la course d'aspiration rendent une partie de la cour- se de COi:1p:,'c:s;::i or.'.
On obtient de cc V[8 Lla:1ic.:cs un éliaral11J1lG de. travail cui jst représenté d la :fi'..l par la courbe .rï3CF t3.e Il est 8.:'"é:1ioré, par r a yor t au ;:iode de fcnction.- .J;lP-111cnt usuel jusqu'à présenta de la surface ''i''...y sans qu'une perte quaiccnque visnne cont1'(2, o.:-.lC,l':Ct'l" cette C:G!.110r i:3.OlÎe Les pertes, qui se produis ont c.[LjJr) i,cs moteurp à plusieurs étapes connu:', jusqu'à présent et. qui cent dues nu frottsi-icnt interne dans le C3.Z de combustion, C 011t ici suppritiiées parce que les saz le ooubusbion ne uraversent aucune section étroi-
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, te durant leur période de travail.
De même. le rayonnement thermique ne se trouve écalement pas augmenté co:apa.rativere t"
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à tout autre moteur tournant à même vitesse, contrairement aux propositions connus jusqu'à présent avec détente à plu- sieurs étages,
Lorsqu'on a affaire à un moteur à carburateur ou à gaz, il est possible de réaliser l'invention d'une autre faon;
peut-être moins efficace, qui consiste avec un jeu tout à fait normal de la soupape d'admission, à maintenir le rem- plissage plus petit par une admission étranglée du mélange, ou en l'introduisant sous une température élevée (par exemple en le faisant passer au préalable contre des parties chaudes du moteur).,
On peut réaliser un moteur travaillant conformément à l'invention par la transformation, de la manière décrite ci- après, d'un moteur normal déjà existant.
Par exemple, par le montage de pistons plus hauts', la chambre de compression et e: en même temps, dans une mesure approximativement proportion- nelle, le remplissage sont diminués, par exemple du fait qu' en modifiant le dispositif qui commande 'la soupape d'admissin l'instant de fermeture de cette soupape est décalé, ou du fait que l'arrivée du mélange est étranglée. L'importance de ces deux diminutions approximativement proportionnelles est déterlinée cuivant la pression finale qui est la plus economique dans lecas envisagé eu égard aux diverses pertes par frottement, Elle. s'élève, pour un exemple calculé, dont les valeurs de départ et les résultats sont résumés à la fin, à 1,692 atm.
La diminution de volume de la. chambre y affé- rente s'établit par le calcul à 1 : 2,23. Cette possibilité de transformation s'applique de la même manière à des mo- teurs à allumage indépendant ou à auto-allumage (moteurs equi-pression et équi-volume). Dans le second cas, il faut simplement, si cela est nécessaire, régler en outre, de façon appropriée le régulateur de l'admission de combustible'.
Alors que dans les exemples de réalisation du moteur servant à la mise en oeuvre du procédé indiqués jusqu'à pré- sent un seul cylindre suffit, on peut également établir d'une manière particulière des moteurs polycylindriques, comme décrit dans l'exemple de réalisation suivant à l'aide des fig. 2 et 3. Le moteur est constitué par trois cylindres
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J, K, L. Les pistons de ces -rois cylindres attaquent par
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les bielles y afférentes 11, N, 0 le vilebrequin commun P, les points nerfs étant atteints ellviron 30 plus tôt au cylir dre K jusqu'aux cylindres J et L.
Lss cyllndre& J et L possè dent une soupape d'admission normale Q et R respectivement et une soupape d'échappement normale S et T respectivement'*
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Le cylindre K possède une soupape d'échappement U et est en outre mis en communication alternativement avec les cylindres J et L par une noupape de ly7cnS;ae V et 7if :t'c:q>::;c::tve:.21Gnt" On prévoit une chambre de compression dans les cylindres Li mais non dans le cylindre Ka Le mode f2 fonctionnement du d.icpositif est. le suivant: Les cylindres J et L tr::1\',i:l.lent comme ces moteurs à quatre temps nor;uauj<., avec une différence de !n.'},j"C}1e relative d'un tour Ce nl,n:i,veJ.lc.
Le cylindre K a pour :'6le de rece-. voir une partie du ],'{'!f'.11} C î'0: ,jilisi;é'<.;e cp'.'.'rin cy- lindres J ou L et, de ce fait, de participer alternativement
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aux courses è.f: Cio ces cylindres J et L. Le cylindre K travaille, par conséquent; en quelque sorte :-au:: terlpS Le 6.ie,,¯ra::;,me du. travail c.",-e ce ' ir: positif est l"- 'c";s::l1té à la fig- 3.
L'"" J.i[ne8 inc1iC',-11.c.c.s }a.1.' les lettres Q, R, S, T, U, V et T se réfèrent aux soupapes qui sont par ces lettres a 1 fi.2t Les .5.¯;hes .er:i.zontales c:e cette ::':i.<.::.3 7:'E?'yC>rC.^-.'I¯'tC,Iîi 1C.-' temps. 3.';J.?s sont séparées; de point l!lort à point J11ort, par un trait vertical en sections de cha- cune un tour de manivelle, des points' placés en haut et en bas des traits de séparation indiquent la position des pis- tons aux points Morts supérieurs et inférieurs. Chacune
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cL2 CCE, lignes est relative à un" et est J::a.rc.:.uGe, à son début, de la lettre de référence (0 la soupape en quesLes i,¯11e8 arqures X, Y 'e't Z servent, ts.z- ce ;
ordre de succession, à reprcscrter 1 cC' courses de travail dans les cylindres J, K etL, Les champs simplement hachures indi- quent des soupapes ouvertes et les champs à hachures croisées indiquent les périodes de travail.
Comme on le voit, le cylindre J aspire d'abord la char- ge après ouverture de sa soupape d'admission Q (par exemple
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].)air dans un motpur à auto-allumage ou un ,j;l '3l1,[e de combustible et d'air iin not"ul' à allumage indépendante
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La soupape d'admission Q se ferme au poin normale La char- ge est ensuite comprimée dans le même cylindre J. Lorsqu' elle est concentrée approximativement à son .plus petit volume la soupape de passage V s'oure. L'allulage indépendant ou l'auto-allumage s'effectue à peu près au même instant. Lors de la course de détente qui suit, le remplissage est déjà dis tribué aux cylindres J et K.
L'instant de fermeture de la soupape de passage V est sans importance pour le mode de fonctionnement. Cet instant sera choisi suivant les princi- pes applicables d'une façon générale à la construction des moteurs. Dans la vue de la fig. 3, la durée d'ouverture de cette soupape V est, tout comme celle de W, de 1800 de rota- tion. de, manivelle. La course d'échappement fait-suite;, de façon absolument normale, à la course de travail dans les deux cylindres J et K. Lorsqu'elle est terminée, le cylin- dre L assume la fonction du cylindre J et le cycle recommen- ce à nouveau.
Par conséquent, avec un jeu complètement normal de la soupape d'admission, 'tous les cylindres sont utilisés pour la détente, tandis qu'une partie seulement des cylindres sert à l'admission de la charge. Conformément à l'invention, le remplissage d'un cylindre est à un instant approprié, ré- parti sur plusieurs cylindres à savoir, lorsqu'il est concen- tré à un volume particulièrement petite
Ce choix de l'instant présente divers avantagea. Tout d'abord, on observe quelle ou les cylindres supplémentaires ne sont utilisés en coopération que pendant deux temps de chaque cycle de quatre temps (course de travail et course d'échappement).
De ce fait, on obtient la possibilité avan- tageuse pour le poids-puissance, qui n'était connue jusqu'ici que dans les moteurs à plusieurs étages,'de faire travailler chaque cylindre supplémentaire comme moteur à deux. temps du fait qu'on le couple, de la manière déjà décrite, avec deux cylindres primaires, qui aspirent et compressent égale- ment la charge, et qui travaillent, avec une différence de marche relative d'un tour de manivelle,'comme moteurs à qua- tre temps'.
Afin que la répartition de la charge se fasse sa.'1'2 un volume aussi constant que possible, dans la réalisation conforme à l'invention les pistons des cylindres supplémen-
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taires reculent déjà, à partir de leur point mort haut l-
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quel ils ne forcent autant que possible pas de volume rési- duel), tandis que précisément le piston, qui a aspiré la charge, termine tout d'abord sa course de compression.
Les pertes par frottement qui se produisent autrement dans le cas de cylindres couplés, restent faibles dans le cas présent, parce que la charge est concentrée sous un vo- lume relativement petit à l'instant du passage.
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Etant donné que c'est ,u moment de la mise er COl11J,:uni- cation que s'effectue oralement la combustion, il r a lieu de s'attendre (Le mµme, en raison du vif brassage du mélange résultant de l'écoulement, à une amélioration du processus de combustion; notamment lorsqu'on a affaire au fonctionne-
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.1,: nt D5escl (moteur à éC1U i-pression) Ces :.avC.l:'i.2.''S 2'c.',al'tCnt du choix fait; conformément à l'invention, dû l'instant de la r'parti tion' La vitesse de combustion finale; ainsi que les détails du processus coïildtistion, ont y0aï' r :.;',tllta t que la pression :üû.:a:;:ulTt a lieu, non pas à l'instant du point mort, mais un peu plus tard.
L'instant auquel C'3 ,",te pression est atteinte .2c,t, caractérisée par un volume déterminé vm du :.n:7¯..ri;e de combustion, qui est plus grand que le volume de compres- s ion v . Le volume déciré vm est r; '1 arbitrairement du fait quel'instant de l'allumage indépendant ou de 1'auto-allumage est choisi de façon correspondante. Etant donne- que le temps qui s'écoule calculé depuis le point mort jusqu'à, ce que le volume vm soit atteint dépend de da vitesse de rotation, on
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en est arrivé, coiime on le sait, choisir l'instant de l'allumage inCc..:,oani-, , . o le l'auto-allumage également en dé- pendance de la visesse e rotation.
Le mouvement du piston dans la course de travail d'un moteur à combustion interne ion normale, qui
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travaille à un s::111 é'tw;e à détente prolongée, s'effectue de telle manière que le volume Vm estatteint plus tôt que dans un moteur à combustion interne comparable, de mémes charge et vitesse de rotation, ne travaillant pas à détente prolongée.
L'instant de l'allumage Indépendant ou .,-le 1'auto-allumage est choisi, selon l'invention, de façon que la pression maximum en résultant ait approximativement la même valeur que dans un
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moteur à combustion interne comparable de m6me vitesse de ro-
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tation ne travaillant pas à détente prolongée.
Ce but est atteint, conformément à l'invention, en prenant soin, par un choix approprié de l'instant de l'allumage indépendant ou de l'auto-allumage, que le volume Vm prenne approximativement la valeur qu'il possède dans un moteur à combustion interne comparable de mêmes.. charges et vitesse de rotation ne travail iant pas à détente prolongée.
La surdétente prévue des gaz de combustion pourrait être poursuivie en principe jusqu'à une pression finale qui soit peu supérieure à la pression de l'air extérieur. Elle est toutefois limitée, selon l'invention, dans le moteur à combustion interne à un étage, qui fait l'objet de l'in- vention, à une valeur qui précisément est encore économique au point de vue des pertes par frottement.
On donne ci-après le résultat d'un calcul pour la pression finaleéconomique 'fait en se basant sur ce point de vue, Le calcul concerne l'exemple d'un moteur à carburateur à quatre temps alimenté avec un mélange d'essence et de benzol qui possède une' pré- compression 1 : 7 et, comme moteur normal sans détente prolon- gée, le rendement mécanique 0, 87. On suppose uns compression de la charge s'effectuant suivant la loi: p . v1,375= constante ' et une détente prolongée des gaz de combustion s'effectuant suivant la loi ; p v1,237 = constante.
Les pertes mécaniques se répartissent essentiellement sur les frottements du piston et du mécanisme moteur'* Dans le calcul, on a. supposé que cette répartition des pertes mécaniques se fait dans le rapport 1 : 1 lorsqu'on fait fonctionner le mo- teur à combustion interne sans détente prolongée. Il résulte du calcul que la pression finale optimum est une pression de
1,692 atm. La. détente est effectuée jusqu'à un volume qui est
2,23 fois le volume utilisé pour l'introduction de la charge-,
L'amélioration du rendement par rapport à un moteur tout à fait normal est, avec le rendement thermique indiqué, de 23 %.
Le rendement-mécanique devient plus mauvais par suite du plus l.ong trajet du piston et tombe de 87% à 81,7 %,
Malgré cela le rendement total présente encore une améliora-
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tien de le,6 %,
Le degré de remplissage et levolume de détente sont calculés selon l'invention en dépendance du rendement mécani- que du moteur en vue de l'obtention d'un rendement total maximum'*
REVENDICATIONS.
1. Un moteur à combustion interne à un seul étage et à allu- mage indépendant ou à auto-allumage, caractérisé en ce que, d'une part, on y utilise un degré de remplissage très infé- rieur à un (par exemple un demi) et que, d'autre part, on maintient la grandeur normale de la précompression adaptée au combustible utilisé en calculant de façon correspondante la chambre de compression, 2.
Des formes de réalisation du moteur à combustion interne 'suivant le paragraphe 1, caractérisées par les faits sui vants pris isolement ou en combinaison : a) le volume d'aspiration de la charge est plus petit que le volume utilisé 'pour la détente, b) une partie seulement, du volume de course servant pour la détente est utilisée pour l'admission'* c) la pression finale de détente est choisie de telle manière que le rendement total du moteur à nombre de tours constant atteint peu près un maximum en considération de la fraction variable du frottement des pistons sur les per- tes mécaniques totales, d)
l'instant de l'allumage indépendant ou de l'auto-al- lumage est choisi de telle manière que la pression maximum en résultant ait environ la valeur qui lui est avantageusement donnée dans un moteur comparable ne travaillant pas à détente prolongée'. e) la communication qui sert à l'introduction de la char. ge pendant la course d'aspiration reste ouverte de façon con- nue en soi, soit seulement pendant une partie de la course d'aspiration, soit au-delà de la course d'aspiration pendant une fraction de la course de compression.
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f) la.
charge contenue dans un cylindre est, à un 'moment auquel elle est concentrée approximativement au volume de compression, répartie sur plusieurs cylindres par ouverture d'une ou plusieurs soupapes de passager g) en vue de la répartition de la charge contenue dans un cylindre sur plusieurs cylindres, le piston qui a aspiré la charge termine sa course de compression pendant que le ou les pistons entrant alors en action reculent déjà à partir de leur point'mort,, h) de façon connue en soi, un cylindre supplémentaire, qui travaille comme moteur à deux temps, est couplé avec deux cylindres primaires, qui travaillent avec une différence de marche relative d'un tour de manivelle comme moteur à quatre temps, par des soupapes de passager i)
on obtient une précompression normale optimum pour le combustible utilisé par un rapport de compression volumé- trique choisi de façon correspondante avec une charge intro- duite à température élevée. j) on obtient une précompression normale optimum pour le combustible utilisé par un rapport de compression volumé- trique choisi de façon correspondante avec amenée de mélange étranglée. k) dans le cas de la transformation d'un moteur exis- tant normale la chambre de compression est réduite, par des moyens connus, par exemple par le montage de pistons plus hauts et l'amenée de mélange est étranglée-et/ou le disposi- tif, qui commande le jeu de la soupape d'admission,
est modi- fié de telle manière que l'instant de fermeture de cette sou- pape d'admission soit décalé en avant ou en arrière du point mort du piston.
1) dans un moteur à auto-allumage, le dispositif qui règle l'introduction de combustible liquide dans la chambre de combustion est modifié ou transformé de façon que la relation entre la quantité de combustible et d'air existant avant la transformation du moteur reste essentiellement maintenue*