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La présente invention se rapporte aux moteurs à combustion inter- ne à injection de combustible liquide et allumage par compression et elle apporte une modification à l'invention décrite dans le brevet principal.
Des moteurs de ce genre, utilisés couramment, ont différentes formes de chambre de combustion et différentes formes de dispositifs d'injection de combustible, un des buts principaux de chaque disposition étant d'amener la plus grande partie possible de la charge d'air en con- tact avec le ou les jets de combustible pendant la combustion et de procu- rer ainsi un fonctionnement satisfaisant du moteur.
Les principales qualités de moteurs @ 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 conbustion, (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 formes différent3s 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.
Suivant le brevet principal, le piston et le cylindre d'un moteur à injection de combustible liquide et allumage par compression, forment entre eux à la fin de chaque course de compression, au moins deux poches de combustion approximativement semblables, disposées de manière qu'à la fin de la course de compression, les charges d'air comprimées dans cha- cune des poches. soient pratiquement dans un même état de tourbillonnement ou de mouvement, et le moteur comprend un dispositif pour injecter du com- bustible simultanément et de même façon dans la charge d'air contenue .dans chaque poche.
Suivant la présente invention, un moteur du genre décrit ci-des- sus comporte un piston et un cylindre conformés de manière à comprendre entre eux, à la fin de chaque course de compression, au moins deux poches communicantes approximativement 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 mouvement, et un dis- positif pour-injecter du combustible approximativement de la même façon dans la charge d'air contenue dans chaque poche, comprenant un ajutage d'injection unique propre à diriger un jet de combustible sur une ou plusieurs surfaces déflectrices ou de division, par lesquelles le combus- tible est divisé ou dévié dans chacune des poches.
Ce que l'on a dit ci-dessus au sujet des charges d'air compri- mées dans chaque poche se trouvant pratiquement dans un même état de mou- vement et des dispositifs pour injecter du combustible de façon approxi- mativement la même dans la charge d'air contenue dans chaque poche, doit être compris comme voulant dire qu'en prenant chaque poche séparé- ment et sans se référer à sa position par rapport aux autres parties, le type général de mouvement de l'air dans chaque poche est approximati- vement le même et les caractéristiques d'injection de combustible et la ou les directions de cette injection (après avoir heurté les surfaces déflectrices ou de division) 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, prin- cipalement par exemple au démarrage, au ralenti ou sous: faible charge
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En d'autres mots, la disposition est telle que des conditions de combus- tion en substances semblables existent dans chaque poche.
Le terme "mou- vement d'air" utilisé ici comprend les mouvements organisés, c'est-à-dire un mouvement suivant un écoulement bien défini, par exemple un mouvement toroidal ou de rotation, ou une combinaison de ces deux genres de mouve- ment, 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 combustion.
Les poches communiquent, à leurs points adjacents, avec un espace commun dans lequel la ou les surfaces déflectrices ou de division sont situées, le dispositif d'injection de combustible se trouvant à la fin de chaque course de compression dans cet espace ou près de celui-ci. Dans la plupart des cas, chacune des poches a une section approximativement circulaire dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre, et l'espace commun peut alors être obtenu soit en faisant se recouvrir les cercles re- présentant les surfaces circonférentielles des poches, soit en formant une dépression intermédiaire entre les parties adjacentes des poches et com- muniquant avec ces parties.
Dans tous les cas où, comme on le préfère, chaque poche a une sec- tion 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 approximativement 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'ad- mission, la charge d'air entre dans le cylindre de façon telle qu'elle tour- ne 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 compression.
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 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 appro- ximativement tangentielles 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 ou dans la culasse.
Là où un mouvement de rotation en masse de la charge d'air s'ef- fectue dans chaque poche à la fin de chaque course de compression, le dis- positif d'injection de combustible est de préférence disposé et prévu de manière telle, en conjonction avec la ou les surfaces déflectrices, qu'il débitE le combustible en un jet dont l'axe est dans une direction ayant une composante substantielle dans le sens du courant, c'est-à-dire dans le sens du mouvement de rotation de cette partie de la charge d'air, contenue dans la poche, qui est adjacente au dispositif d'injection.
Lorsqu'il y a deux poches de combustion, les surfaces déflectri- ces peuvent être constituées par les deux côtés de la crête formée sur la partie de la tête de piston entre les poches.
De même, lorsqu'il y a trois poches, les surfaces déflectrices peuvent être formées par les côtés d'une pyramide à trois cotés, formée sur la tête du piston entre les poches. Il est clair que les surfaces déflectri-
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ces peuvent être conformées de manière à donner au jet de combustible une direction désirée par rapport au mouvement de l'air dans chaque poche, par exemple une direction dans le sens du courant au combustible déflec- té par chacune de ces surfaces dans la poche correspondante lorsque l'air tourbillonne en masse dans chaque poche.
Lorsqu'on utilise un seul dispositif d'injection de combustible, ce qui est préférable dans beaucoup de cas, il peut être conformé pour débiter un certain nombre de jets correspondant au nombre de poches, cha- que jet 'étant dirigé de façon appropriée par rapport à la surface de dé- flexion qui le dévie, ou bien l'ajutage de l'injecteur peut être du type à pointeau destiné à produire un jet de combustible conique creux.
Ainsi, dans une forme de réalisation comportant deux ou trois poches disposées symétriquement par rapport à l'axe du cylindre, un dispo- sitif d'injection de combustible central peut être prévu et conformé de manière à débiter respectivement deux ou trois jets de combustible ou un jet conique, chaque jet ou partie du jet après déflexion par la surface déflectrice ayant une direction telle par rapport à la direction de rota- tion de la charge d'air dans sa poche, que l'injection du combustible se fasse en substance dans le sens du courant et approximativement tangentiel- lement à un cercle concentrique à la paroi circonférentielle de la poche et de plus petit rayon que celui de la paroi de la poche.
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 d.imensions 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 inver- sement au diamètre de la poche.
Lorsque deux ou plusieurs poches de combus- tion sont utilisées, le diamètre de chacune d'elle est appréciablement 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 utili- sant 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 vitesses de fonctionnement utiles et un développement de puissance maximum plus élevéo (3) Etant donné que les poches de combustion communiquent l'une avec l'au- tre en se recouvrant, ou par un espace faisant communiquer leurs parties adjacentes,
un dispositif d'injection de combustible unique peut être dis- posé au centre, ou approximativement au centre dans la culasse, ce qui est généralement pratique, tout en permettant une répartition satisfaisante dans l'air sans pression d'injection excessive et avec un nombre de jets correspondant seulement au nombre de poches, ou avec un jet unique prévu pour heurter des surfaces déflectrices qui dirigent les proportions ap- propriées de combustible correctement dans les différentes poches.
L'invention peut être réalisée de différentes façons et des exem- ples d'exécution spécifiques seront décrits ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels
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Figure 1 est un plan d'une forme de piston suivant la présente invention;
Figure 2 est une coupe fragmentaire suivant la ligne 2-2 de la figure 1, de la partie supérieure du piston monté dans un cylindre, les parties supérieures du cylindre et de la culasse étant seulement repré- sentées pour la clarté ;
Figure 3 est une coupe du même piston suivant la ligne 3-3 de la figure 1 ;
Figures 4 et 5 sont respectivement un plan et une coupe suivant la ligne 5-5 d'une variante de piston, le cylindre et la culasse étant omis pour la clarté;
Figures 6 et 7 sont des vues semblables aux figures 4 et 5 d'une autre variante,, la coupe 7 étant faite suivant la ligne 7-7 de la figure
6; et
Figures 8 et 9 sont également des vues semblables aux figures
4 et 5, d'encore une autre variante de piston, la coupe 7 étant faite suivant la ligne 9-9 de la figure 8.
Dans la construction représentée sur les figures 1, 2 et 3, le moteur comprend un cylindre 10 dans lequel peut être animé d'un mouvement de va-et-vient un piston 11 comportant une tête plane dans laquelle sont formées deux poches de combustion 12 et 13.
Le cylindre est fermé par une culasse 14 contenant des passages d'admis- sion et d'échappement 16 et 17 se terminant par des lumières s'ouvrant dans le cylindre et commandéspar des soupapes de façon connue. La dispo- sition et la conformation du passage d'admission 15 et de sa lumière sont telles, par rapport à l'alésage du cylindre, que la charge d'air entrant dans le cylindre par la lumière d'admission, de façon connue, pendant cha- que période d'admission, est mise en rotation autour de l'axe du cylindre comme indiqué par la flèche 17 sur la figure 1. La culasse 14 comporte un logement 18 pour un dispositif d'injection de combustible 19 de type connu, comportant un ajutage à pointeau 20 destiné à diriger vers le bas un jet de combustible de forme générale conique, pratiquement suivant l'axe du cylindre.
Les deux poches de combustion 12 et 13 sont disposées symétrique- ment de part et d'autre de l'axe du cylindre. Comme représenté clairement sur les figures 2 et 3, chaque poche a une forme de double tronc de c8ne vu en coupe, et la distance entre les axes de symétrie des deux poches est légèrement moindre que le diamètre de chaque poche à sa partie la plus large. Quoique les extrémités inférieures des deux poches soient des sur- faces de révolution séparées et distinctes, les parois latérales des po- ches se recouvrent près de leurs parties supérieures, et les poches sont en communication l'une avec l'autre près de ces parties.
Un passage 21 est également prévu entre les deux poches, à leurs extrémités supérieures extrêmes, près de la tête du piston, et on voit qu'à part ce passage 21, l'embouchure ou extrémité supérieure de chaque poche a un diamètre appré- ciablement plus faible que le diamètre maximum de-la poche.
Comme on le voit sur la figure 1, la rotation de l'air dans le cylindre, indiquée par la flèche 17, provoque à la fin de chaque course de compression, lorsqu'en substance toute la charge d'air a été refoulée . dans les poches 12, 13, une rotation de la charge d'air dans chaque poche, comme représenté par les flèches 22. La charge d'air tournant en masse dans l'alésage du cylindre peut être considérée comme entrant dans les
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poches, à la fin de la course de compression, dans la direction générale représentée par les flèches 23.
Pour aider à créer le mouvement de rotation requis dans chaque poche, la tête de piston comporte deux rainures 24 di- rigées chacune vers une des poches 12, 13, en partant du bord circonfé- rentiel de la tête de piston, avec une composante de direction en substan- ce tangentielle. Chaque rainure augmente progressivement de profondeur et de largeur à partir de son extrémité extérieure vers son extrémité inté- rieure où elle aboutit dans la poche. Ces rainures tendent à faire entrer la partie de la charge d'air circonférentielle, animée d'une grande vites- se de rotation dans le cylindre, dans les poches 12,13 tangentiellement comme représenté par les flèches 25, pendant la course de compression.
Elles ont également pour effet de faire entrer dans les poches 12, 13 tangentiellement comme représenté par les flèches 27, une partie appréci- able de la charge d'air en rotation qui passe rapidement de l'espace du cylindre dans les poches vers la fin de la course de compression, ce qui augmente appréciablement la vitesse de rotation en masse de la charge d'air dans chaque poche autour de l'axe de celle-ci.
Comme représenté clairement sur la figure 3, il résulte de:la forme en double tronc de cône des deux poches et du recouvrement des par- ties supérieures de leurs parois latérales, une crête 26 entre les poches, cette crête ayant un bord supérieur courbé 27, qui s'étend transversale- ment dans un plan contenant les axes des deux poches. Comme décrit ci- dessus, 1 ajutage d'injection de combustible 20 est placé de façon à diriger un jet conique de combustible vers le bas suivant l'axe du cylin- dre, et ce jet de combustible est par conséquent divisé par le bord 27 de la crête 26, une partie du jet heurtant chacune des surfaces latérales de la crête qui constituent des surfaces de guidage ou de division, et à partir desquelles le combustible est dirigé dans les poches respectives.
Dans la construction représentée sur les figures 4 et 5, le pis- ton 30 comporte dans sa surface supérieure deux poches de combustion dis- tantes l'une de l'autre 31, 32, chacune de forme générale cylindrique et à extrémités inférieures arrondies, comme représenté sur la figure 5.
Les surfaces latérales cylindriques de ces poches sont distinctes et ne se recouvrent pas, mais les poches communiquent l'une avec l'autre par un passage de communication 33 qui est d'une section approximativement semi-circulaire. Le passage 33 est en substance droit et incliné par rap- port à un plan contenant les axes des poches, aboutissant ainsi dans cha- que poche dans une direction en substance tangentielle. Lorsque la direc- tion générale de rotation de l'air dans le cylindre est comme indiqué par la flèche 34, la circulation d'air dans chaque poche se fait dans la di- rection des flèches 35, et le passage de communication 33 est disposé de manière que le combustible entrant dans chaque poche par le passage ait une composante de direction qui est dans le sens de la circulation de 1' air dans chaque poche.
Le passage 33 comporte à mi-longueur une crête 36 s'étendant vers le haut à partir de la surface inférieure du passage, transversale- ment à sa longueur. Dans cet exemple, l'ajutage d'injection de combustible 37 es't en substance identique à l'ajutage 20 de l'exemple précédent, et est disposé de façon à diriger un jet en substance conique vers le bas, suivant l'axe du cylindre. Le jet de combustible heurte les surfaces latérales inclinées de la crête 36 et les surfaces inférieures du passage 33, et le combustible est divisé et dévié, dans les deux poches.
Dans la forme de piston représentée sur les figures 6 et 7, la tête du piston comporte deux poches hémisphériques 41, 42. Les surfaces
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sphériques de ces poches sont distinctes et ne se recouvrent pas, mais les poches communiquent l'une avec l'autre par un passage d'interconnexion ayant deux surfaces partiellement sphériques 43, 44, ces surfaces ayant au bord argué 45 une jonction qui est transversale à un plan contenant les axes de symétrie des poches. Comme dans l'exemple précédent, un ajuta- ge d'injection de combustible 46 à pointeau est disposé de manière à diri- ger un jet de combustible unique vers le bas sur la crête 45 et sur les surfaces sphériques inclinées 43, 44 de part et d'autre de la crête. Le jet de combustible est ainsi divisé et dévié dans les deux poches.
Dans la construction du piston représentée sur les figures 8 et 9, le piston 50 comporte trois poches de combustion 51, 52, 53 équidis- tantes entre elles autour de l'axe du cylindre. Chaque poche a une forme générale hémisphérique, et les surfaces latérales sphériques sont dis- tinctes et ne se recouvrent pas, mais les poches communiquent entre elles par un espace central commun 54. La surface inférieure de cet espace cen- tral a la forme d'une pyramide à trois côtés comprenant trois surfaces partiellement sphériques inclinées 55, 56 et 57. Un ajutage d'injection de combustible 58 à pointeau, monté dans la culasse, dirige un jet conique de combustible vers le bas sur la pyramide qui divise le combustible et le dévie dans les trois poches.
@ Il est clair que dans certains cas, il peut être avantageux de donner aux poches des diamètres légèrement différents, par exemple pour convenir à une construction de culasse particulière-, et que ces disposi- tions sont comprises dans le cadre de l'invention, la disposition étant cependant telle dans chaque cas qu'elle tende à produire dans l'ensemble des carcatéristiques de combustion semblables dans chacune des deux ou des multiples 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 un cylindre conformés de manière à former entre eux à la fin de chaque course de compression, au moins deux poches de combustion com- municantes approximativement 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 mouvement, et un dispo- sitif pour injecter du combustible approximativement de la même façon dans la charge d'air contenue dans chaque poche, comprenant un ajutage d'injec- tion unique propre à diriger un jet de combustible sur une ou plusieurs surfaces déflectrices ou de division, qui divisent ou dévient le combus- tible dans chacune des poches.
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The present invention relates to internal combustion engines with injection of liquid fuel and compression ignition and it makes a modification to the invention described in the main patent.
Commonly used engines of this kind have different shapes of combustion chamber and different shapes of fuel injection devices, one of the main purposes of each arrangement being to bring as much of the air charge as possible into the air. contact with the fuel jet (s) during combustion and thus provide satisfactory engine operation.
The main qualities of engines @ compression ignition and injection of liquid fuel 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 many forms Different combustion chambers in use now have some of these qualities in combination, no form of combustion chambers in use at present seems capable of providing all of the desirable qualities to a satisfactory degree.
According to the main patent, the piston and the cylinder of an engine with liquid fuel injection and compression ignition, form between them at the end of each compression stroke, at least two approximately similar combustion pockets, arranged so 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 the motor comprises a device for injecting fuel simultaneously and in the same way into the charge of air contained in each pocket.
According to the present invention, an engine of the type described above comprises a piston and a cylinder shaped so as to include between them, at the end of each compression stroke, at least two approximately similar communicating pockets, arranged so 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 motion, and a device for injecting fuel into the charge of air in approximately the same way. contained in each pocket, comprising a single injection nozzle suitable for directing a jet of fuel onto one or more deflecting or dividing surfaces, through which the fuel is divided or deflected into each of the pockets.
What has been said above about the compressed air charges in each pocket being in substantially the same state of motion and devices for injecting fuel in approximately the same manner into the chamber. 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 of fuel injection and the direction (s) of this injection (after striking the deflecting or dividing surfaces) with respect to the enveloping surface of the pocket and 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: low load
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In other words, the arrangement is such that combustion conditions of like substances exist in each pocket.
The term "air movement" as used herein includes organized movements, that is, movement in a well-defined flow, for example toroidal or rotational movement, or a combination of these two kinds of movement. - ment, as well as 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 combustion.
The pockets communicate, at their adjacent points, with a common space in which the deflecting or dividing surface (s) are located, the fuel injection device being at the end of each compression stroke in this space or close to that space. -this. In most cases, each of the pockets has an approximately circular section in a plane perpendicular to the axis of the cylinder, and the common space can then be obtained either by overlapping the circles representing the circumferential surfaces of the pockets, or by forming an intermediate depression between the adjacent parts of the pockets and communicating with these parts.
In all cases where, as is preferred, each pocket has an approximately circular cross-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. air charge builds up to a substantial degree in each pocket approximately about its axis during the fuel injection period. 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 revolves en masse around the cylinder. axis of the cylinder at the end of the intake period, this rotation persisting during the compression period and causing rotation of the air charge in each of the pockets at the end of the compression stroke.
The organized rotation of the air charge in each pocket, however, can be increased by a special conformation of the piston face or cylinder head which helps to force more of the exhausted 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, to enter the pockets in directions which are approximately tangential to circles having the pocket axes as their center. For this purpose, suitable shallow channels or grooves may be provided in the face of the piston or in the cylinder head.
Where a mass rotational movement of the air charge takes place in each pocket at the end of each compression stroke, the fuel injection device is preferably so arranged and provided. in conjunction with the deflecting surface (s), that it delivers the fuel in a jet whose axis is in a direction having a substantial component in the direction of the current, that is to say in the direction of the rotational movement of that part of the air charge, contained in the bag, which is adjacent to the injection device.
Where there are two combustion pockets, the deflecting surfaces may be formed by both sides of the ridge formed on the portion of the piston head between the pockets.
Likewise, when there are three pockets, the deflecting surfaces may be formed by the sides of a three-sided pyramid, formed on the head of the piston between the pockets. It is clear that the deflected surfaces
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these can be shaped so as to give the jet of fuel a desired direction with respect to the movement of the air in each pocket, for example a direction in the direction of the flow to the fuel deflected by each of these surfaces in the corresponding pocket as the air swirls en masse in each pocket.
When using a single fuel injection device, which is preferable in many cases, it can be configured to deliver a number of jets corresponding to the number of pockets, each jet being suitably directed by the pocket. with respect to the deflection area which deflects it, or the nozzle of the injector may be of the needle type intended to produce a hollow conical fuel jet.
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 and shaped so as to deliver respectively two or three fuel jets or a conical jet, each jet or part of the jet after deflection by the deflecting surface having such a direction with respect to the direction of rotation of the air charge in its pocket, that the injection of the fuel takes place in substance in the direction of the current and approximately tangential to a circle concentric with the circumferential wall of the pocket and of smaller radius than that of the wall of the pocket.
Some of the advantages of the invention are: (1) By dividing the total quantity of air which must 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 is easier to control the distribution of the fuel in the air than if a single pocket of at least twice the volumetric d.imensions 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. to the diameter of the pocket.
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 allows 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 higher volumetric efficiency of the engine and consequently a wider range of useful operating speeds and higher maximum power development (3) Since the combustion pockets communicate with each other by overlapping each other, or by a space communicating their adjacent parts,
a single fuel injection device can be arranged centrally, or approximately centrally in the cylinder head, which is generally practical, while still allowing satisfactory distribution in air without excessive injection pressure and with a high number of injections. with jets corresponding only to the number of pockets, or with a single jet intended to strike deflecting surfaces which direct the appropriate proportions of fuel correctly into the various pockets.
The invention can be implemented in different ways and specific embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings, in which
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Figure 1 is a plan of one form of piston according to the present invention;
Figure 2 is a fragmentary section taken on line 2-2 of Figure 1, of the upper part of the piston mounted in a cylinder, the upper parts of the cylinder and the cylinder head being shown only for clarity;
Figure 3 is a section through the same piston along line 3-3 of Figure 1;
Figures 4 and 5 are respectively a plan and a section taken along line 5-5 of an alternative piston, the cylinder and the cylinder head being omitted for clarity;
Figures 6 and 7 are views similar to Figures 4 and 5 of another variant, the section 7 being taken along the line 7-7 of Figure
6; and
Figures 8 and 9 are also views similar to figures
4 and 5, yet another variant of the piston, the section 7 being taken along line 9-9 of FIG. 8.
In the construction shown in Figures 1, 2 and 3, the engine comprises a cylinder 10 in which can be driven with a reciprocating movement a piston 11 comprising a flat head in which are formed two combustion pockets 12 and 13.
The cylinder is closed by a cylinder head 14 containing intake and exhaust passages 16 and 17 terminating in openings opening in the cylinder and controlled by valves in known manner. The arrangement and conformation of the intake passage 15 and its port are such, with respect to the cylinder bore, that the charge of air entering the cylinder through the inlet port, in a known manner, during each intake period, is rotated around the axis of the cylinder as indicated by arrow 17 in FIG. 1. The cylinder head 14 comprises a housing 18 for a fuel injection device 19 of known type , comprising a needle nozzle 20 intended to direct a fuel jet of generally conical shape downwards, substantially along the axis of the cylinder.
The two combustion pockets 12 and 13 are arranged symmetrically on either side of the axis of the cylinder. As shown clearly in Figures 2 and 3, each pocket has the shape of a double cone seen in section, and the distance between the axes of symmetry of the two pockets is slightly less than the diameter of each pocket at its widest part. . Although the lower ends of the two pockets are separate and distinct surfaces of revolution, the sidewalls of the pockets overlap near their upper parts, and the pockets are in communication with each other near these parts. .
A passage 21 is also provided between the two pockets, at their extreme upper ends, near the head of the piston, and it can be seen that apart from this passage 21, the mouth or upper end of each pocket has an appreciable diameter. smaller than the maximum pocket diameter.
As seen in Figure 1, the rotation of the air in the cylinder, indicated by arrow 17, causes at the end of each compression stroke, when substantially all of the air charge has been discharged. in pockets 12, 13, a rotation of the air charge in each pocket, as shown by arrows 22. The mass rotating air charge in the cylinder bore can be considered to enter the pockets.
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pockets, at the end of the compression stroke, in the general direction shown by arrows 23.
To help create the required rotational movement in each pocket, the piston head has two grooves 24 each directed towards one of the pockets 12, 13, starting from the circumferential edge of the piston head, with a component of direction in tangential substance. Each groove gradually increases in depth and width from its outer end to its inner end where it ends in the pocket. These grooves tend to cause the portion of the circumferential air charge, driven at a high speed of rotation in the cylinder, to enter the pockets 12,13 tangentially as shown by arrows 25 during the compression stroke.
They also have the effect of bringing into the pockets 12, 13 tangentially as shown by the arrows 27, an appreciable part of the rotating air charge which rapidly passes from the cylinder space into the pockets towards the end. of the compression stroke, which appreciably increases the speed of mass rotation of the air charge in each pocket about the axis thereof.
As shown clearly in Figure 3, it results from: the double truncated cone shape of the two pockets and the overlap of the upper parts of their side walls, a ridge 26 between the pockets, this ridge having a curved upper edge 27 , which extends transversely in a plane containing the axes of the two pockets. As described above, the fuel injection nozzle 20 is positioned so as to direct a conical jet of fuel downward along the axis of the cylinder, and this jet of fuel is therefore divided by the edge 27. of the ridge 26, a portion of the jet striking each of the side surfaces of the ridge which constitute guide or dividing surfaces, and from which the fuel is directed into the respective pockets.
In the construction shown in Figures 4 and 5, the piston 30 has in its upper surface two combustion pockets spaced apart from each other 31, 32, each of generally cylindrical shape and with rounded lower ends, as shown in figure 5.
The cylindrical side surfaces of these pockets are distinct and do not overlap, but the pockets communicate with each other through a communication passage 33 which is of approximately semicircular section. The passage 33 is substantially straight and inclined with respect to a plane containing the axes of the pockets, thus terminating in each pocket in a substantially tangential direction. When the general direction of rotation of the air in the cylinder is as indicated by the arrow 34, the air flow in each pocket is in the direction of the arrows 35, and the communication passage 33 is arranged. so that the fuel entering each pocket through the passage has a directional component which is in the direction of the airflow in each pocket.
The passage 33 has at mid-length a ridge 36 extending upwardly from the lower surface of the passage, transversely to its length. In this example, the fuel injection nozzle 37 is substantially identical to the nozzle 20 of the previous example, and is arranged so as to direct a jet which is substantially conical downwards, along the axis. of the cylinder. The fuel jet strikes the inclined side surfaces of the ridge 36 and the lower surfaces of the passage 33, and the fuel is divided and deflected, in the two pockets.
In the form of piston shown in Figures 6 and 7, the head of the piston has two hemispherical pockets 41, 42. The surfaces
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spherical of these pockets are distinct and do not overlap, but the pockets communicate with each other by an interconnecting passage having two partially spherical surfaces 43, 44, these surfaces having at the argued edge 45 a junction which is transverse to a plane containing the axes of symmetry of the pockets. As in the previous example, a needle fuel injection nozzle 46 is disposed to direct a single jet of fuel downward over ridge 45 and downward spherical surfaces 43, 44 on either side. on the other side of the ridge. The fuel jet is thus divided and deflected in the two pockets.
In the construction of the piston shown in Figures 8 and 9, the piston 50 has three combustion pockets 51, 52, 53 equidistant with one another around the axis of the cylinder. Each pocket has a generally hemispherical shape, and the spherical side surfaces are distinct and do not overlap, but the pockets communicate with each other by a common central space 54. The lower surface of this central space is shaped like a. a three-sided pyramid comprising three inclined partially spherical surfaces 55, 56 and 57. A needle fuel injection nozzle 58, mounted in the cylinder head, directs a conical jet of fuel downward onto the pyramid which divides the fuel and deflects it into the three pockets.
@ It is clear that in certain cases it may be advantageous to give the pockets slightly different diameters, for example to suit a particular cylinder head construction, and that these arrangements are included within the scope of the invention, the arrangement, however, being such in each case as to tend to produce generally similar combustion characteristics in each of the 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 shaped so as to form between them at the end of each compression stroke, at least two approximately similar communicating combustion pockets, arranged so 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 motion, and a device for injecting fuel. fuel in approximately the same way in the air charge contained in each pocket, comprising a single injection nozzle adapted to direct a jet of fuel onto one or more deflecting or dividing surfaces, which divide or deflect the fuel. tible in each pocket.