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La présente invention se rapporte à des moteurs à combustion in- terne à injection de combustible liquide et allumage par compressiono
Des moteurs de ce genre, utilisés couramment, ont différentes formes de chambre de combustion et différentes formes de dispositifs d'in- jection de combustible, un des buts principaux de chaque disposition étant d'amener la plus grande partie possible de la charge d'air en contact avec le ou les jets de combustible pendant la combustion et de procurer ainsi un fonctionnement satisfaisant du moteur.
Les principales qualités de moteurs à allumage par compression et à injection de combustible liquide peuvent être résumées comme suit : (1) la possibilité d'utiliser une proportion aussi forte que possible de l'air disponible dans la chambre de combustion, (2) une bonne économie de combustible, (3) une propreté d'échappement, (4) un bon démarrage, (5) une souplesse et une efficacité de fonctionnement dans une large gamme de vitesses et (6) un fonctionnement souple, et quoique beaucoup de for- mes différentes de chambres de combustion utilisées à présent ont certaines de ces qualités en combinaison,
aucune forme de chambres de combustion utilisées à présent ne semble capable de donner toutes les qualités dési- rables à un degré satisfaisant
Dans un type particulier de moteurs à injection de combustible liquide et allumage par compression utilisé à présent, et appelé ci-après un moteur à injection directe, le piston et la culasse sont conformés dans l'ensemble de manière à comprendre entre eux, à la fin de la course de compression, un espace de combustion en substance en communication libre avec l'intérieur du cylindre, le combustible étant injecté.dans cet espace.
La façon dont le combustible est injecté, par rapport à la char- ge d'air, dans les chambres de combustion à injection directe varie quel- que peu mais dans certains cas on communique à la charge d'air un tour- billonnement ou mouvement organisé ou écoulement défini dans l'espace de combustion, en substance assorti aux caractéristiques d'injection de combustible pour obtenir ainsi une combustion aussi efficace que possible.
Normalement, dans les moteurs de ce genre, la poche de combustion est for- mée par une cavité circulaire dans la tête du piston, légèrement plus faible en diamètre que celui du piston, mais la poche peut également être formée partiellement ou complètement dans la culasse.
De plus, dans certains cas, la charge d'air est amenée à tour- ner ou tourbillonner dans le cylindre autour de l'axe de ce dernier, pendant la période d'admission d'air de manière que la charge d'air, transférée dans la poche à la fin de la course de compression, soit amenée à tourbillonner de la même façon mais à une vitesse de rotation apprécia- blement plus élevée que celle obtenue initialement dans le cylindre lui- même.
La façon dont le combustible est injecté varie suivant la disposition de l'ajutage et la direction du jet par rapport à la paroi circonférentiel- le de la poche de combustiono
Le but de la présente invention est de procurer une forme perfec- tionnée de moteurs à combustion interne du genre à allumage par compres- sion et injection de combustible liquide, pouvant être considérés dans l'ensemble comme étant à injection directe et qui tout en gardant au moins la plupart des avantages des moteurs de ce genre utilisés à présent,
comportent également d'autres avantageso
Un moteur à combustion interne à injection de combustible liqui- de et à allumage par compression suivant la présente invention comprend
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un piston et une culasse conformés de manière à former entre eux à la fin de chaque course de compression au moins deux poches de combustion appro- ximativement semblables, disposées de manière qu'à la fin de la course de compression, les charges d'air comprimées dans chacune des poches soient pratiquement dans un même état de tourbillonnement ou de moùvement, et un dispositif pour injecter du combustible approximativement de la même façon dans la charge d'air contenue dans chaque poche.
Ce que l'on a dit ci-dessus au sujet des charges d'air comprimées dans chaque poche se trouvant pratiquement dans un même état de mouvement et des dispositifs pour injecter du combustible de façon approximative- ment la même dans la charge d'air contenue dans chaque poche, doit être compris comme voulant dire qu'en prenant chaque poche séparément et sans se référer à sa position par rapport aux autres parties, le type général de mouvement de l'air dans chaque poche est approximativement le même et les caractéristiques d'injection de combustible et la ou les directions de cette injection par rapport à la surface enveloppante de la poche et au mouvement de l'air y contenu sont approximativement les mêmes pour chaque poche, au moins pendant un fonctionnement à charge normal, quoique dans certains cas il puisse y avoir de légères variations,
principalement par exemple au démarrage, au ralenti ou sous faible charge. En d'au-Ures- mots, la disposition est telle que des conditions de combustion en sub- stances semblables existent dans chaque poche. Le terme "mouvement d'air" utilisé ici comprend les mouvements organisés, c'est-à-dire un mouvement suivant un écoulement bien défini, par exemple un mouvement toroïdal ou de rotation, ou une combinaison de ces deux genres de mouvement, ainsi que n'importe quel autre mouvement qui amène la plus grande quantité possible de l'air disponible dans la poche, en contact avec le combustible pour brûler ce dernier aussi complètement que possible pendant la combus- tiono
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention,
un dispo- sitif d'injection de combustible unique est prévu et disposé en un point entre les poches et propre à injecter du combustible de même façon dans chacune des deux ou plusieurs poches.
Dans ce cas, les poches communiquent avec un espace commun à leurs points adjacents, l'extrémité du dispositif d'injection de combustible venant dans, ou immédiatement en face de cet espace à la fin de chaque course de compression. Dans la plupart des cas, chacune des poches a une section approximativement circulaire et les poches ne se recouvrent pas dans les plans perpendiculaires à l'axe du cylindre, et l'espace commun décrit ci-dessus peut-'-alors être formé par une dépression entre les parties ad- jacentes'des poches et communiquant avec ces partieso
Dans tous les cas où, comme on le préfère, chaque poche a une section approximativement circulaire dans des plans perpendiculaires à l'axe de symétrie, la disposition est de préférence telle qu'à la fin de chaque course de compression,
une rotation organisée de la charge d'air s'établit à un degré substantiel dans chaque poche approximative- ment autour de son axe pendant la période d'injection de combustible.
Ainsi, l'invention peut s'appliquer à un moteur du genre dans lequel, pendant la période d'admission, la charge d'air entre dans le cylindre de façon telle qu'elle tourne en masse autour de l'axe du cylindre à la fin de la période d'admission, cette rotation persistant pendant la période de compression et causant une rotation de la charge d'air dans chacune des poches à la fin de la course de compressiono La rotation organisée de la charge d'air dans chaque poche peut cependant être augmentée par une conformation spéciale de la face du piston ou de la culasse qui
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aide à obliger une plus grande partie de l'air refoulé dans chaque poche pendant le temps de compression, et plus particulièrement par la proximité du piston et de la culasse à la fin de chaque course de compression,
à entrer dans les poches dans des directions qui sont approximativement tan- gentielles à des cercles ayant les axes des poches pour centre. A cette fin, des canaux ou rainures peu profonds appropriés peuvent être prévus dans la face du piston.
Lorsqu'un mouvement de rotation en masse de la charge d'air s'effectue dans chaque poche à la fin de chaque course de compression, le dispositif d'injection de combustible peut être disposé et prévu de façon à diriger du combustible en un jet dont l'axe a une composante substantiel- le dans le sens de rotation de cette partie de la charge d'air, contenue dans la poche, qui est adjacente au dispositif d'injection.
De plus, l'injection de combustible dans chaque poche est dirigée en substance tangentiellement à un cercle concentrique à la paroi de la poche et d'un diamètre plus petit que le diamètre de celle-ci.
Lorsqu'on utilise un dispositif d'injection de combustible unique, ce qui est préféré dans beaucoup de cas, celui-ci peut être conformé de manière à débiter un certain nombre de jets correspondant au nombre de poches, chaque jet étant dirigé de façon appropriée par rapport à sa poche.
Ainsi, dans--une forme de réalisation comportant deux ou trois poches disposées symétriquement par rapport à l'axe du cylindre, un dis- positif d'injection de combustible centra,! peut .être prévu pour débiter respectivement deux ou trois jets, chaque jet ayant une direction telle par rapport au sens de rotation de la charge d'air dans la poche que l'injection de combustible se fait en substance dans le sens du mouvement de l'air et approximativement tangentiellement à un cercle concentrique à la paroi circonférentielle de la pocheo
Certains des avantages de l'invention sont :
(1) - En divisant la quantité totale d'air qui doit être amenée en contact avec le combustible injecté en deux ou plusieurs masses d'air semblables, ayant des caractéristiques de mouvement d'air semblables, dans des poches de formes similaires, il est plus aisé de commander la répartition du combustible dans l'air que si l'on utilise une seule poche d'au,moins deux fois les dimensions volumétriques; (2) - Il est connu que pour une vitesse de rotation d'air engendrée dans le cylindre pendant la période d'admission d'air, la vitesse de rotation de la charge d'air transférée dans une seule poche de combustion varie inversement au diamètre de la poche.
Lorsque deux ou plusieurs poches de combustion sont utilisées, le diamètre de chacune d'elle est appréciable- ment moindre que celui d'une poche unique, et par conséquent il est plus facile d'obtenir la vitesse de rotation désirée de la charge d'air dans chacune des poches de combustion, ce qui permet une combustion efficace en utilisant un seul jet de combustible dans chaque poche, sans avoir recours à une vitesse élevée excessive du courant d'air dans la soupape d'admission, permettant ainsi une efficacité volumétrique plus élevée du moteur et par conséquent une gamme plus étendue de vitesse de fonctionne- ment utiles et un développement de puissance maximum plus élevé.
(3) - Lorsque les poches de combustion communiquent entre elles par un espace de communication entre leurs parties adjacentes, un dispositif d'injection de combustible unique, qui peut être situé au centre ou près du centre dans la culasse, ce qui est généralement pratique, peut
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être utilisé tout en permettant une répartition de combustible satisfait sante dans l'air sans pression d'injection excessive et avec un nombre de jets correspondant seulement au nombre de poches.
Les dessins annexés représentent schématiquement à titre d'exem- ple un nombre dé formes de réalisation typiques de l'invention. Sur les dessins :
Figure 1 est une coupe de la partie supérieure d'un cylindre et d'une culasse d'une forme de réalisation suivant la présente invention, la coupe du piston étant prise suivant la ligne 1-1 de la figure 2;
Figure 2 est un plan du piston du moteur représenté sur la figu- re 1;
Figure 3 est une coupe partielle du piston suivant la ligne 3-3 de la figure 2;
Figure 4 est une coupe de la partie supérieure du piston représen- té sur la figure 2, la coupe étant prise suivant la ligne 4-4 de la figu- re 2;
Figures 5 et 6 sont des vues correspondant aux figures 1 et 2 d'une variante d'exécution comportant trois poches de combustion;
Figures 7 et 8 sont respectivement un plan et une coupe d'une autre variante de piston comportant deux poches de combustion distinctes, et des ajutages d'injection de combustible séparés;
Figures 9 et 10 sont des vues semblables aux figures 2 et 4 d'une autre variante suivant l'invention;
Figures 11 et 12 sont des vues semblables aux figures 2 et 4 d'une autre forme de réalisation de l'invention; et
Figures 13 et 14 sont des vues semblables d'une autre variante dans laquelle les axes de symétrie des poches sont inclinés par rapport à l'axe du cylindre.
Dans la construction représentée sur les figures 1, 2, 3 et 4 le moteur comprend un cylindre 1 dans lequel un piston 2 peut être animé d'un mouvement de va-et-vient, le piston ayant une tête plane comme indi- qué en 3 dans laquelle sont formées les poches de combustion, le cylindre étant fermé par une culasse 4 contenant des passages d'admission et d'échap- pement se terminant par des lumières s'ouvrant dans le cylindre et com- mandées par des soupapes de façon connue, les passages d'admission étant indiqués en 5, les lumières d'admission en 6 et la soupape d'admission en 7.
La disposition et la forme du passage d'admission 5 et de la lu- mière 6 somt telles par rapport à l'alésage du cylindre que, de façon connue, la charge d'air entrant dans le cylindre par la lumière d'admis- sion pendant chaque période d'admission est amenée à tourbillonner au- tour de l'axe du cylindre de la façon indiquée par la flèche $ sur la figure 2. La culasse 4 comporte un logement 9 pour un dispositif d'in- jection de combustible 10 comportant un ajutage 11 de façon connue, l'ajutage étant du type commandé par une soupape et comportant deux ori- fices d'injection disposés comme décrit ci-après.
L'injecteur de combustible est légèrement incliné par rapport à l'axe du cylindre, et l'extrémité de l'ajutage est légèrement décalée latéralement par rapport à l'axe du cylindre comme représenté sur la figure 2. Les deux ouvertures d'injection de l'ajutage sont conformées et placées de façon que les deux jets de combustible forment un angle obtus entre eux, assurant ainsi des caractéristiques de¯répartition de
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combustible semblables dans les deux poches.
Dans la construction représentée sur les figures 1, 2, 3 et 4, la tête du piston 2 comporte deux poches de combustion semblables 12 et 13 disposées symétriquement de part et d'autre de l'axe du cylindre et communiquant l'une avec l'autre, là où leurs circonférences viennent l'une près de l'autre, par un espace libre commun,14- Comme représenté sur les figures 1 et 4, dans l'ensemble la forme de chaque poche 12, 13 est partiellement sphérique et plutôt plus grande que hémisphérique, tandis que l'espace 14 est une dépression en forme de rainure tangentiel- le aux parois des deux poches. On voit que les enveloppes des surfaces sphériques principales des deux poches ne se recouvrent pas quoique les poches communiquent l'une avec l'autre par cette rainure.
On voit également que l'"embourchure" ou extrémité supérieure de chaque poche a un diamètre plus faible que le diamètre maximum de la poche.
Sur la figure 2, la rotation de la charge d'air dans le cylindre est indiquée par la flèche 8 et, à la fin de chaque course de compression, lorsque toute la charge d'air est refoulée dans les poches de combustion 12 et 13, entraîne le mouvement de la charge d'air dans chaque poche com- me indiqué par les flèches 15.La charge d'air tournant en masse dans l'alésage du cylindre peut être considérée comme entrant dans les poches pendant la course de compression, dans la direction indiquée dans l'en- semble par les flèches 16. Pour aider à créer le mouvement de rotation requis dans chaque poche, la tête du piston comporte deux rainures 26 dont chacune aboutit dans une des poches 12 et 13 en partant du bord circonférentiel de la tête du piston, avec une composante de direction en substance tangentielle.
Chaque rainure augmente progressivement de profondeur et de largeur à partir de son extrémité-extérieure vers son' extrémité intérieure, où les rainures entrent dans les poches, et on voit sur la figure 3 que chaque rainure est légèrement plus profonde, près du bord 25, qui est tangent aux poches respectives.
Ces rainures tendent à faire entrer dans les poches 12 et 13, la partie de,'la charge d'air tourbillonnant à vitesse élevée à la:circonférence du cylindre, tangen- tiellement comme représenté par les flèches 27, pendant la course de compression, et font également entrer une partie appréciable de la charge d'air tourbillonnante, qui est rapidement transférée de l'espace du cy- lindre dans les poches vers la fin de la course de compression, dans les poches 12 et 13 tangentiellement comme indiqué par les flèches 27, ce qui augmente de façon appréciable la vitesse de rotation en masse de la charge d'air autour de l'axe de la poche.
Le dispositif d'injection de combustion 10 est, comme décrit ci-dessus, propre à débiter deux jets de combustible, la forme d'ensem- ble et la direction de ces jets étant indiquée clairement sur les dessins par la référence 17, cette direction étant substantiellement dans le sens de la rotation de la charge d'air dans chaque poche, et tangentielle à' un cercle concentrique aux parois latérales de la poche et d'un diamètre plutôt inférieur au diamètre de la poche elle-même, dans un plan perpen- diculaire à l'extrémité d'ajutage du dispositif d'injection de combustible.
Dans la construction représentée sur les figures 5-et 6, le moteur comprend un cylindre 29 dans lequel un piston 30 peut être animé d'un mouvement de va-et-vient, la tête du piston comporte une surface supérieure plane dans laquelle sont formées trois poches de combustion 31, 32, et 33, de la façon décrite ci-après.
Le cylindre est fermé par une culasse 34 ayant des passages d'admission
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et d'échappement 35 et 36 commandés par des soupapes de façon connue. La soupape d'admission indiquée en 37 est du type "masqué" de manière que l'air s'écoulant par cette soupape entre tangentiellement dans l'alésage du cylindre et que la charge d'air dans le cylindre à la fin de chaque course d'aspiration soit mise en rotation en masse autour de l'axe du cylindre comme représenté par la flèche 38 sur la figure 6. La culasse com- porte un logement dans lequel est disposé un dispositif d'injection de combustible 39 dont l'ajutage 40 coïncide avec l'axe du cylindre et est conformé de manière à débiter trois jets de combustible de façon décrite ci-après.
Les trois poches de combustion semblables 31, 32, 33 sont de forme cylindrique dans l'ensemble et disposées autour de l'axe du cylindre à égale distance l'une de l'autre, et communiquent l'une avec l'autre par un espace commun 41 de la forme indiquée sur le dessin. L'ajutage d'injec- tion de combustible 40 se trouve au centre de l'espace 41 à la fin de chaque course de compression et est conformé de manière à débiter trois jets de combustible 42, comme représenté sur les dessins.
On voit qu'éga- lement dans cette construction, la rotation en masse de la charge d'air autour de l'axe du cylindre dans la direction de la flèche 38 entraîne la rotation en masse de l'air dans chacune des poches 31, 32, 33 de la fa- çon indiquée par les flèches 43, à la fin de la course de compression, chaque jet de combustible 42 étant dirigé dans le sens de cette rotation.
Dans la construction représentée sur les figures 7 et 8, la tête de piston 50 comporte deux poches de combustion entièrement séparées et ne commun!quant pas entre elles, chacune de forme cylindrique dans l'en- semble mais ayant un rétrécissement arrondi de façon régulière, ou étran- glement 53, près de son extrémité supérieure ou embouchure. Le diamètre de la poche augmente à nouveau au-dessus de l'étranglement pour former une embouchure en cloche comme représenté sur la figure 8. Comme dans les exemples précédents, la charge d'air principale est amenée à tourner dans le cylindre dans le sens des flèches 54, et le mouvement de rotation résultant de l'air dans les poches de combustion est indiqué par les flèches 55.
Dans cet exemple, la culasse peut être dans son ensemble sembla- ble à celle représentée sur la figure 1, mais deux dispositifs d'injec- tion de combustible avec ajutage 56, 57 sont prévus, chacun situé dans un léger retrait semi-cylindrique 58 de la paroi latérale de la chambre de combustion, et propre à diriger un jet de combustible dans la même direction que le déplacement de l'air dans la poche.
Dans la variante représentée sur les figures 9 et 10 les poches 60 et 61 sont hémisphériques, comme représenté sur la figure 10, et com- muniquent l'une avec l'autre par un espace commun 62 comprenant deux courts canaux droits 63, 64 formant un angle entre eux, l'ajutage 65 du disposi- tif d'injection se trouvant à leur point d'intersection. Chaque canal est approximativement tangentiel à la paroi de la poche respective.
Dans cet exemple, le dispositif d'injection est conformé de manière à débiter deux jets de combustible 66 dans deux canaux 63 et 64 comme représenté sur le dessin*
Dans la variante, représentée sur les figures 11 et 12, la dis- position est semblable dans l'ensemble à celle représentée sur les figures 1, 2, 3 et 4 sauf que chaque poche 70 a une forme cylindrique dans l'en- semble, et comprend un retrait arqué 71 à son bord supérieur près de l'au- tre poche. Les' surfaces extérieures de ces retraits font parties de surfa- ces de révolution autour d'axes échelonnés sur la ligne droite joignant
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les axes des poches, mais plus rapprochés l'un de l'autre que ces axes, et avec un rayon de courbure approximativement égal à celui de la paroi latérale principale de chaque poche.
Dans la variante représentée sur les figures 13 et 14, l'inven- tion est appliquée à un moteur comportant des lumières d'admission et d'échappement 81 commandées par des soupapes inclinées, dont l'une est indiquée en 82, les passages d'admission et d'échappement s'écartant des lumières dans des sens opposés de façon normale. Un injecteur de combusti- ble 83 est prévu au centre de la culasse et est coaxial avec celle-ci.
Dans cette construction, un piston 84, ayant une surface supérieure appro- ximativement hémisphérique, comporte deux poches hémisphériques dans l'en- semble 85, 86 les axes de symétrie des deux poches étant inclinés par rap- port à l'axe du cylindre et approximativement parallèles à l'axe des lu- mières d'admission et d'échappement 80, 81 là où elles débouchent dans l'espace de combustion Les deux poches de combustion 85, 86 communiquent l'une avec l'autre par un espace commun 87 formé par une dépression dans la tête du piston, et l'extrémité de l'ajutage 88 du dispositif d'injec- tion de combustible se trouve partiellement dans cet espace lorsque le pis- ton est à la fin de la course de compression comme représenté sur la figu- re 14.
Dans ce cas, le dispositif d'injection de combustible comporte deux orifices d'injection disposés de part et d'autre pour diriger des jets de combustible 89 dans les poches de combustion dans la direction de rotation de l'air comme représenté sur le dessin. Il est clair que dans certains cas il peut être avantageux de donner des diamètres légèrement différents aux poches, par exemple pour convenir à une construction de culasse particulière, et que ceci est compris dans le cadre de l'inven- tion, la disposition dans tous les cas étant telle qu'elle tende à pro- duire des caractéristiques de combustion pratiquement semblables dans chacune de deux ou plusieurs poches de combustion.
REVENDICATIONS
1.- Moteur à combustion interne à injection de combustible li- quide et allumage par compression, caractérisé en ce qu'il comprend un piston et une culasse conformés de manière à former entre eux à la fin de chaque course de compression au moins deux poches de combustion appro- ximativement semblables, disposées de manière telle qu'à la fin de la cour- se de compression, les charges d'air comprimées dans chacune des poches soient pratiquement dans un même état de tourbillonnement ou de mouvement, et un dispositif pour injecter du combustible approximativement de la même façon dans la charge d'air contenue dans chaque poche.
2.- Moteur à combustion interne à allumage par compression et à injection de combustible liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un piston et un cylindre conformés de manière à former entre eux à la fin de chaque course de compression au moins deux poches de combustion dis- tinctes et approximativement semblables ne se recouvrant pas, disposées de manière telle qu'à la fin de chaque course de compression, les charges d'air comprimées dans chacune des poches soient pratiquement dans un même état de mouvement, et un dispositif pour injecter du combustible approxi- mativement de la même façon dans la charge d'air contenue dans chaque poche.
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The present invention relates to internal combustion engines with injection of liquid fuel and compression ignition.
Engines of this kind in current use have different shapes of combustion chamber and different shapes of fuel injection devices, one of the main objects of each arrangement being to bring as much of the charge as possible. air in contact with the fuel jet (s) during combustion and thus provide satisfactory engine operation.
The main qualities of compression ignition and liquid fuel injection engines can be summarized as follows: (1) the possibility of using as high a proportion as possible of the air available in the combustion chamber, (2) a good fuel economy, (3) clean exhaust, (4) good starting, (5) smoothness and efficiency of operation over a wide range of speeds and (6) smooth operation, and albeit a lot of force - my different combustion chambers in use now have some of these qualities in combination,
no form of combustion chamber in use at present appears capable of imparting all the desirable qualities to a satisfactory degree.
In a particular type of liquid fuel injection and compression ignition engines in use now, and hereinafter referred to as a direct injection engine, the piston and cylinder head are shaped as a whole so as to include between them, end of the compression stroke, a combustion space in substance in free communication with the interior of the cylinder, the fuel being injected into this space.
The manner in which fuel is injected, relative to the air charge, into direct injection combustion chambers varies somewhat, but in some cases the air charge is imparted to the air charge to swirl or move. organized or defined flow in the combustion space, substantially matching the fuel injection characteristics to thereby achieve as efficient combustion as possible.
Normally, in engines of this kind, the combustion pocket is formed by a circular cavity in the head of the piston, slightly smaller in diameter than that of the piston, but the pocket can also be formed partially or completely in the cylinder head. .
In addition, in some cases the air charge is caused to rotate or swirl in the cylinder about the axis of the latter during the period of air intake so that the air charge, transferred to the pocket at the end of the compression stroke, is caused to swirl in the same way but at a significantly higher rotational speed than that initially obtained in the cylinder itself.
The way in which the fuel is injected varies according to the arrangement of the nozzle and the direction of the jet relative to the circumferential wall of the combustion pocket.
The object of the present invention is to provide an improved form of internal combustion engines of the type with compression ignition and injection of liquid fuel, which may be considered in the main as being direct injection and which, while retaining at least most of the advantages of such engines in use today,
also have other advantages
A liquid fuel injection compression ignition internal combustion engine according to the present invention comprises
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a piston and a cylinder head shaped so as to form between them at the end of each compression stroke at least two substantially similar combustion pockets, arranged so that at the end of the compression stroke the air charges compressed in each of the pockets are in substantially the same swirling or moving state, and a device for injecting fuel in approximately the same way into the air charge contained in each pocket.
What has been said above about the charges of compressed air in each pocket being in substantially the same state of motion and devices for injecting fuel in approximately the same manner into the charge of air contained in each pocket, is to be understood to mean that by taking each pocket separately and without reference to its position in relation to other parts, the general type of air movement in each pocket is approximately the same and the characteristics injection of fuel and the direction (s) of this injection with respect to the enveloping surface of the pocket and to the movement of the air contained therein are approximately the same for each pocket, at least during normal load operation, although in some cases there may be slight variations,
mainly for example when starting, at idle or under light load. In other words, the arrangement is such that combustion conditions of similar substances exist in each pocket. The term "air movement" as used herein includes organized movements, i.e. movement following a well-defined flow, for example toroidal or rotational movement, or a combination of these two kinds of movement, as well. than any other movement which brings the greatest possible quantity of the air available in the pocket into contact with the fuel in order to burn the latter as completely as possible during the combustion.
In a preferred embodiment of the invention,
a single fuel injection device is provided and disposed at a point between the pockets and able to inject fuel in the same way into each of the two or more pockets.
In this case, the pockets communicate with a common space at their adjacent points, the end of the fuel injection device coming into, or immediately in front of this space at the end of each compression stroke. In most cases, each of the pockets has an approximately circular section and the pockets do not overlap in the planes perpendicular to the axis of the cylinder, and the common space described above can then be formed by a depression between the ad- jacent parts of the pockets and communicating with these partso
In all cases where, as is preferred, each pocket has an approximately circular section in planes perpendicular to the axis of symmetry, the arrangement is preferably such that at the end of each compression stroke,
an organized rotation of the air charge is established to a substantial degree in each pocket approximately about its axis during the period of fuel injection.
Thus, the invention can be applied to an engine of the kind in which, during the intake period, the charge of air enters the cylinder in such a way that it rotates in mass around the axis of the cylinder at the end of the intake period, this rotation persisting during the compression period and causing a rotation of the air charge in each of the pockets at the end of the compression stroke o The organized rotation of the air charge in each pocket can however be increased by a special conformation of the face of the piston or the cylinder head which
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helps to force more of the forced air into each pocket during the compression time, and more particularly by the proximity of the piston and the cylinder head at the end of each compression stroke,
entering the pockets in directions which are approximately tangential to circles having the axes of the pockets as a center. For this purpose, suitable shallow channels or grooves may be provided in the face of the piston.
When a mass rotational movement of the air charge takes place in each pocket at the end of each compression stroke, the fuel injection device may be arranged and provided to direct fuel in a stream. the axis of which has a substantial component in the direction of rotation of that part of the air charge, contained in the pocket, which is adjacent to the injection device.
In addition, the injection of fuel into each pocket is directed substantially tangentially to a circle concentric with the wall of the pocket and of a diameter smaller than the diameter of the latter.
When using a single fuel injection device, which is preferred in many cases, it can be shaped so as to deliver a number of jets corresponding to the number of pockets, each jet being directed appropriately. compared to his pocket.
Thus, in an embodiment comprising two or three pockets arranged symmetrically with respect to the axis of the cylinder, a central fuel injection device! may be provided to deliver two or three jets respectively, each jet having a direction such with respect to the direction of rotation of the air charge in the pocket that the fuel injection takes place substantially in the direction of movement of the air. 'air and approximately tangentially to a circle concentric with the circumferential wall of the pocket.
Some of the advantages of the invention are:
(1) - By dividing the total quantity of air which is to be brought into contact with the injected fuel into two or more similar air masses, having similar air movement characteristics, in pockets of similar shapes, it it is easier to control the distribution of the fuel in the air than if a single pocket of at least twice the volumetric dimensions is used; (2) - It is known that for an air rotational speed generated in the cylinder during the air intake period, the rotational speed of the air charge transferred to a single combustion pocket varies inversely with pocket diameter.
When two or more combustion pockets are used, the diameter of each is appreciably less than that of a single pocket, and therefore it is easier to achieve the desired rotational speed of the combustion charge. air into each of the combustion pockets, which enables efficient combustion using a single jet of fuel in each pocket, without resorting to excessive high velocity of the air stream in the intake valve, thus allowing volumetric efficiency higher engine speed and therefore a wider range of useful operating speeds and higher maximum power development.
(3) - When the combustion pockets communicate with each other by a communication space between their adjacent parts, a single fuel injection device, which can be located in the center or near the center in the cylinder head, which is generally practical , can
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be used while allowing a satisfactory distribution of fuel in the air without excessive injection pressure and with a number of jets corresponding only to the number of pockets.
The accompanying drawings show schematically by way of example a number of typical embodiments of the invention. On the drawings:
Figure 1 is a sectional view of the top of a cylinder and cylinder head of an embodiment according to the present invention, the section of the piston being taken along line 1-1 of Figure 2;
Figure 2 is a plan of the engine piston shown in Figure 1;
Figure 3 is a partial section of the piston along line 3-3 of Figure 2;
Figure 4 is a section through the top of the piston shown in Figure 2, the section being taken along line 4-4 of Figure 2;
Figures 5 and 6 are views corresponding to Figures 1 and 2 of an alternative embodiment comprising three combustion pockets;
Figures 7 and 8 are respectively a plan and a section of another variant of piston comprising two separate combustion pockets, and separate fuel injection nozzles;
Figures 9 and 10 are views similar to Figures 2 and 4 of another variant according to the invention;
Figures 11 and 12 are views similar to Figures 2 and 4 of another embodiment of the invention; and
Figures 13 and 14 are similar views of another variant in which the axes of symmetry of the pockets are inclined relative to the axis of the cylinder.
In the construction shown in Figures 1, 2, 3 and 4 the engine comprises a cylinder 1 in which a piston 2 can be reciprocated, the piston having a planar head as shown in 3 in which the combustion pockets are formed, the cylinder being closed by a cylinder head 4 containing intake and exhaust passages terminating in slots opening in the cylinder and controlled by valves so known, the intake passages being indicated at 5, the intake ports at 6 and the intake valve at 7.
The arrangement and shape of the intake passage 5 and the light 6 are such with respect to the cylinder bore that, in known fashion, the charge of air entering the cylinder through the intake port. tion during each intake period is caused to swirl around the axis of the cylinder in the manner indicated by the arrow $ in Figure 2. The cylinder head 4 has a housing 9 for a fuel injection device. 10 comprising a nozzle 11 in a known manner, the nozzle being of the type controlled by a valve and comprising two injection ports arranged as described below.
The fuel injector is slightly inclined with respect to the axis of the cylinder, and the end of the nozzle is slightly offset laterally with respect to the axis of the cylinder as shown in figure 2. The two injection openings nozzle are shaped and placed so that the two fuel jets form an obtuse angle between them, thus ensuring distribution characteristics of
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similar fuel in both pockets.
In the construction shown in Figures 1, 2, 3 and 4, the head of the piston 2 comprises two similar combustion pockets 12 and 13 arranged symmetrically on either side of the axis of the cylinder and communicating one with the 'other, where their circumferences come close to each other, by a common free space, 14- As shown in Figures 1 and 4, overall the shape of each pocket 12, 13 is partially spherical and rather larger than hemispherical, while the space 14 is a groove-shaped depression tangential to the walls of the two pockets. It can be seen that the envelopes of the main spherical surfaces of the two pockets do not overlap although the pockets communicate with each other through this groove.
It is also seen that the "mouth" or upper end of each pocket has a smaller diameter than the maximum diameter of the pocket.
In Figure 2, the rotation of the air charge in the cylinder is indicated by arrow 8 and, at the end of each compression stroke, when all the air charge is forced back into the combustion pockets 12 and 13 , causes the movement of the air charge in each pocket as indicated by the arrows 15. The charge of mass rotating air in the cylinder bore can be considered to enter the pockets during the compression stroke, in the direction generally indicated by arrows 16. To help create the required rotational movement in each pocket, the piston head has two grooves 26, each of which terminates in one of the pockets 12 and 13 from the edge. circumferential of the piston head, with a substantially tangential steering component.
Each groove gradually increases in depth and width from its outer end to its inner end, where the grooves enter the pockets, and it can be seen in Figure 3 that each groove is slightly deeper, near edge 25, which is tangent to the respective pockets.
These grooves tend to bring into pockets 12 and 13 the portion of the high velocity swirling air charge at the circumference of the cylinder, tangentially as shown by arrows 27, during the compression stroke. and also enter a substantial part of the swirling air charge, which is rapidly transferred from the cylinder space into the pockets towards the end of the compression stroke, into the pockets 12 and 13 tangentially as indicated by the arrows 27, which appreciably increases the speed of mass rotation of the air charge around the axis of the pocket.
The combustion injection device 10 is, as described above, suitable for delivering two fuel jets, the overall shape and direction of these jets being clearly indicated in the drawings by the reference 17, this direction being substantially in the direction of rotation of the air charge in each pocket, and tangential to a circle concentric with the side walls of the pocket and of a diameter rather less than the diameter of the pocket itself, in a plane perpendicular to the nozzle end of the fuel injection device.
In the construction shown in Figures 5-and 6, the engine comprises a cylinder 29 in which a piston 30 can be moved to and fro, the head of the piston has a flat upper surface in which are formed three combustion pockets 31, 32, and 33, as described below.
The cylinder is closed by a cylinder head 34 having intake passages
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and exhaust 35 and 36 controlled by valves in known manner. The inlet valve indicated at 37 is of the "masked" type so that the air flowing through this valve enters tangentially into the cylinder bore and the air charge in the cylinder at the end of each stroke. suction is set in mass rotation around the axis of the cylinder as shown by arrow 38 in FIG. 6. The cylinder head comprises a housing in which is disposed a fuel injection device 39, the nozzle of which 40 coincides with the axis of the cylinder and is shaped so as to deliver three jets of fuel as described below.
The three similar combustion pockets 31, 32, 33 are generally cylindrical in shape and disposed about the axis of the cylinder equidistant from each other, and communicate with each other by a common space 41 of the shape shown in the drawing. The fuel injection nozzle 40 is located in the center of the space 41 at the end of each compression stroke and is shaped to deliver three jets of fuel 42, as shown in the drawings.
It is seen that also in this construction, the mass rotation of the air charge around the axis of the cylinder in the direction of the arrow 38 causes the mass rotation of the air in each of the pockets 31, 32, 33 in the manner indicated by arrows 43, at the end of the compression stroke, each fuel jet 42 being directed in the direction of this rotation.
In the construction shown in Figures 7 and 8, the piston head 50 has two fully separate and non-common combustion pockets, each generally cylindrical in shape but having a regularly rounded taper. , or constriction 53, near its upper end or mouth. The pocket diameter increases again above the constriction to form a bell mouthpiece as shown in Fig. 8. As in the previous examples, the main air charge is caused to rotate in the cylinder clockwise. arrows 54, and the resulting rotational movement of the air in the combustion pockets is indicated by arrows 55.
In this example, the cylinder head may as a whole be similar to that shown in Figure 1, but two fuel injection devices with nozzles 56, 57 are provided, each located in a slight semi-cylindrical recess 58. of the side wall of the combustion chamber, and capable of directing a jet of fuel in the same direction as the movement of the air in the pocket.
In the variant shown in Figures 9 and 10, the pockets 60 and 61 are hemispherical, as shown in Figure 10, and communicate with each other by a common space 62 comprising two short straight channels 63, 64 forming an angle between them, the nozzle 65 of the injection device being at their point of intersection. Each channel is approximately tangential to the wall of the respective pocket.
In this example, the injection device is shaped so as to deliver two fuel jets 66 into two channels 63 and 64 as shown in the drawing *
In the variant, shown in Figures 11 and 12, the arrangement is generally similar to that shown in Figures 1, 2, 3 and 4 except that each pocket 70 is generally cylindrical in shape. , and includes an arcuate recess 71 at its top edge near the other pocket. The exterior surfaces of these recesses are part of surfaces of revolution about axes staggered on the straight line joining
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the axes of the pockets, but closer to each other than these axes, and with a radius of curvature approximately equal to that of the main side wall of each pocket.
In the variant shown in Figures 13 and 14, the invention is applied to an engine having intake and exhaust ports 81 controlled by inclined valves, one of which is indicated at 82, the passages d. 'Intake and exhaust deviating from the ports in opposite directions in the normal way. A fuel injector 83 is provided at the center of the cylinder head and is coaxial therewith.
In this construction, a piston 84, having an approximately hemispherical upper surface, has two hemispherical pockets in the assembly 85, 86 the axes of symmetry of the two pockets being inclined with respect to the axis of the cylinder and approximately parallel to the axis of the intake and exhaust vents 80, 81 where they open into the combustion space The two combustion pockets 85, 86 communicate with each other by a common space 87 formed by a depression in the head of the piston, and the end of the nozzle 88 of the fuel injection device is partially in this space when the piston is at the end of the compression stroke as shown in figure 14.
In this case, the fuel injection device comprises two injection orifices arranged on either side to direct fuel jets 89 into the combustion pockets in the direction of rotation of the air as shown in the drawing. . It is clear that in some cases it may be advantageous to give the pockets slightly different diameters, for example to suit a particular cylinder head construction, and that this is understood within the scope of the invention, the arrangement in all cases being such that it tends to produce substantially similar combustion characteristics in each of two or more combustion pockets.
CLAIMS
1.- Internal combustion engine with liquid fuel injection and compression ignition, characterized in that it comprises a piston and a cylinder head shaped so as to form between them at the end of each compression stroke at least two pockets combustion chambers, arranged in such a way that at the end of the compression stroke the charges of compressed air in each of the pockets are in substantially the same state of swirling or movement, and a device for inject fuel in approximately the same way into the air charge contained in each pocket.
2.- Internal combustion engine with compression ignition and injection of liquid fuel, characterized in that it comprises a piston and a cylinder shaped so as to form between them at the end of each compression stroke at least two pockets of separate and approximately similar combustion not overlapping, so arranged that at the end of each compression stroke the charges of compressed air in each of the pockets are in substantially the same state of motion, and a device for inject fuel in approximately the same way into the air charge contained in each pocket.