ES2222427T3 - Motores axiales. - Google Patents
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Abstract
Un motor de combustión interna de ciclo de dos a cuatro tiempos que comprende: medios de orificio (13) que proporcionan una serie de orificios de entrada y de salida fijados con respecto a dichos medios de orificios, conectados cada uno, Respectivamente, (i) a una entrada de aire o fuente de mezcla de aire y combustible y (ii) a un sistema de escape, un árbol (1) giratorio con respecto a dichos medios de orificio, llevando dicho árbol (1) un árbol del cigüeñal (2) que tiene un eje de cigüeñal oblicuo al eje del cigüeñal, al menos una cámara de combustión (12) giratoria alrededor del eje del árbol, estando graduada cada cámara de combustión (12) a alguna proporción más baja de rotación a la velocidad de rotación de dicho árbol (1) y donde dicha cámara de combustión (12) incluye al menos un orificio capaz durante el funcionamiento de ser llevado hasta la extensión requerida dentro y fuera de una comunicación operativa con cada una de dichas series de orificios de entrada y salida, y un pistón(6) para dicha cámara de combustión, un medio de control de pistón (3) unido desde dicho arbol de cigüeñal (2) y que controla el movimiento que mueve el pistón dentro de cada cámara de combustión (12) a medida que el árbol (1) gira con respecto a dicha cámara de combustión (12) y dicho árbol (1) y dicha cámara de combustión (12) giran con respecto a dichos medios de orificio.
Description
Motores axiales.
Esta invención se refiere a motores, bombas, y
otros mecanismos de naturaleza similar, y en particular a un
mecanismo de este tipo que tiene un árbol del cigüeñal.
Son conocidos actualmente varios motores/bombas
que utilizan un árbol del cigüeñal. Tales motores/bombas son
conocidos más comúnmente como motores/bombas oscilantes o
motores/bombas de placa motriz. Los motores/bombas oscilantes tienen
pistones axiales dispuestos a partir de una placa oscilante que se
fija en un árbol de salida/entrada en un ángulo agudo. En el caso de
un motor, la potencia recibida desde los pistones es transferida a
la placa oscilante durante el choque de potencia, desplazando la
placa oscilante axialmente, y como resultado girando el árbol. La
operación de una bomba oscilante es en orden inverso, donde la
potencia es aplicada al árbol de entrada para desplazar fluido
dentro de los cilindros.
Desarrollos modernos en motores/bombas oscilantes
han incluido cambios en la configuración y funcionamiento de los
pistones/cilindros y orificio de entrada y salida de los fluidos.
Los mecanismos de accionamiento de tales máquinas modernas son, sin
embargo, muy complejas, requiriendo muchas partes que son tanto
difíciles de montar como también difíciles de mantener tales motores
/ bombas tienen también muchos componentes de funcionamiento bajo
fuerzas de fricción altas.
La Patente de Nueva Zelanda publicada previamente
Nº 221366 describe un medio para transferir el movimiento oscilante
de un disco a un movimiento giratorio del árbol y viceversa. Además
se describe en ella un medio adecuado de proporcionar potencia hasta
o desde el disco por medio de motor de cilindro interno o motores
hidráulicos/neumáticos. No existe sin embargo detalle en ningún
medio por los que el motor de cilindro es o puede acoplarse tanto al
disco como al árbol, de manera que la invención puede funcionar como
una unidad simple compacta.
La Patente de Nueva Zelanda Nº 150235 describe un
disco continuo que actúa como pistones dentro de una cámara. El
disco no es plano y la rotación del mismo dentro de la cámara forma
bolsas que están comprimidas y expandidas en diferentes ángulos de
rotación.
La naturaleza compleja del disco, rendimiento y
árboles de cigüeñal, cámara y otros mecanismos dependientes hacen un
motor/bomba de este tipo costoso y difícil de fabricar.
La Patente de Nueva Zelanda Nº 131852 describe un
motor de dos tiempos o cuatro tiempos accionable también como una
bomba, en el que los pistones de sección transversal circular que
son doblados en un arco están localizados dentro de los cilindros
curvados dispuestos axialmente alrededor de un eje central. La
potencia de los cilindros giratorios se transfiere al bloque de
motor de salida, la cruceta en esta invención queda
estacionaria.
Los motores/bombas oscilantes más modernos
requieren muchas partes complicadas para asegurar funcionamiento
eficiente. Las dificultades existen en el sellado de los cilindros
para asegurar que ningún fluido escapa de manera indeseable, y en el
montaje y mantenimiento. Tales motores tienen también problemas que
funcionan en equilibrio.
Varias publicaciones anteriores se han
distribuido con dispositivos de sellado de motores de este tipo. Por
ejemplo, US 3654906 describe un dispositivo de sellado entre los
componentes móviles de motores de este tipo. Sin embargo, el
dispositivo de sellado descrito en US3899880 describe provisiones de
sellado concéntricas que actúan independientes entre sí contra una
placa de orificio del motor. Cada junta se extiende concéntricamente
alrededor de la abertura de la cámara de combustión.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un motor/bomba con provisiones de sellado que
proporcionarán al menos al público con una elección útil.
Por consiguiente la presente invención consiste
en un motor de combustión interna de ciclo de cuatro tiempos que
comprende:
Medios de orificio que proporcionan una serie de
orificios de entrada y escape fijados con respecto a dicho medio de
orificio, conectados cada uno respectivamente a (i) una entrada de
aire o aire y fuente mezcla de combustible y (ii) un sistema de
escape,
Un árbol giratorio relativo a dichos medios de
orificio, llevando dicho árbol un árbol del cigüeñal que tiene un
eje del cigüeñal oblicuo al eje de cigüeñal,
Al menos una cámara de combustión giratoria
alrededor del eje del cigüeñal, estando graduada dicha cámara de
combustión a alguna proporción más baja de rotación con respecto a
la velocidad de rotación de dicho árbol y donde cada cámara de
combustión incluye al menos un orificio capaz durante el
funcionamiento de llevarse hasta la extensión requerida dentro y
fuera de una comunicación con cada una de dichas series de orificios
de entrada y salida,
y un pistón para cada dicha cámara de
combustión,
un medio de control de pistón articulado desde
dicho árbol de cigüeñal y que controla el movimiento del pistón
dentro de cada cámara de combustión a medida que el árbol gira con
respecto a dicha cámara de combustión y cada árbol y dicha cámara de
combustión giran con respecto a dichos medios de orificio,
dicha comunicación operativa de al menos un
orificio de cada cámara de combustión con cada una de dichas series
de orificios de entrada y salida que se producen durante los tiempos
apropiados de cada pistón en dicha cámara de combustión para el
ciclo de cuatro a dos tiempos de dicho motor,
caracterizado porque:
a) una junta de anillo está asociada con cada al
menos una cámara de combustión y giratoria con ella alrededor de
dicho eje de árbol, interpuesto entre dichas cámaras de combustión y
dichos medios de orificio y que tienen, para cada dicho orificio de
cámara de combustión, una abertura localizada para corresponder con
el orificio de cámara de combustión, y
b) dicho al menos un orificio de cada cámara de
combustión está provisto alrededor del mismo, con una junta anular
localizada dentro de una muesca anular alrededor de dicho al menos
un orificio de cada cámara de combustión, y por debajo de la junta
de anillo siendo la forma de la junta anular y muesca anular tal que
está presente una holgura dentro de la muesca y la presión de fluido
de combustión dirigida desde la cámara de combustión hasta dentro de
la holgura desplazará la junta anular con una desviación hacia los
medios de orificio para presionar por lo tanto la junta de anillo
contra los medios de orificio.
Preferentemente dicha holgura es una cavidad
entre la base de dicha muesca anular y dicha junta anular.
Preferentemente, un alojamiento de cámara de
combustión define como un conjunto, al menos tres de dichas cámaras
de combustión, girando dicho alojamiento de cámara de combustión
como un conjunto alrededor del eje de árbol, siendo móvil de forma
alternativa cada uno de dichos pistones de cada una de dichas
cámaras de combustión dentro de cada una de dichas cámaras de
combustión y también giratorios con las mismas alrededor de dicho
eje de árbol.
Preferentemente dicha cámara de combustión es un
cilindro en el que dicho pistón es móvil entre los límites del punto
muerto superior y del punto muerto inferior definidos por el ángulo
entre el eje del cigüeñal y el eje del árbol.
Preferentemente, un miembro de conexión está
previsto entre cada uno de dichos pistones y dichos medios de
control del pistón para controlar el movimiento recíproco de cada
pistón respectivo entre el centro muerto superior y el centro muerto
inferior dentro de su cilindro.
Preferentemente dichos medios de orificio
presentan dichas series de orificios de entrada y salida en
intervalos apropiados y secuencias en un diámetro de círculo de paso
de una superficie substancialmente plana de dichos medios de
orificio de manera que al menos un orificio de cada una de dichas
cámaras de combustión, está en comunicación operativa sobre un
intervalo de rotación predeterminado, con dichos orificios de
entrada y salida a medida que dicho alojamiento de cámara de
combustión gira con respecto a dichos medios de orificio.
Preferentemente, al menos un orificio de dicha
cámara de combustión gira de forma estanca sobre dicha superficie
substancialmente plana y en intervalos proporciona comunicación de
gas con
(i) dicho orificio de entrada durante el tiempo
de inducción de dicho pistón para aire o entrada de mezcla de aire y
combustible dentro de dicha cámara de combustión, y
(ii) dicho orificio de escape durante el tiempo
de escape de dicho pistón para desplazamiento de gas de escape desde
dicha cámara de combustión,
donde el acoplamiento estanco de al menos un
orificio de cada una de dicha cámara de combustión está previsto
entre dichos orificios de entrada y salida para dichas tiempos de
compresión y potencia de un ciclo de cuatro tiempos.
Preferentemente, cada cámara de combustión tiene
dos orificios giratorios de forma estanca sobre dicha superficie
substancialmente plana durante los tiempos de compresión y de
potencia y en intervalos proporcionan comunicación de gas con dicho
orificio de entrada y dichos orificio de salida durante el tiempo de
inducción/barrido de gases de un ciclo de dos tiempos para aire o
entrada de mezcla de aire y combustible y desplazamiento de escape
desde dicha cámara de combustión.
Preferentemente, cada miembro de combustión se
extiende desde un punto en el perímetro de dichos medios de control
de pistón a su pistón asociado, teniendo cada uno de dichos miembros
de combustión grados suficientes de libertad con respecto a dichos
medios de control de pistón para permitir el movimiento
substancialmente lineal de cada pistón dentro de dicha cámara de
combustión entre su punto muerto superior y punto muerto
inferior.
Preferiblemente, se proporcionan dos grados de
libertad de un pistón en el acoplamiento del miembro de conexión
asociado con dichos medios de control de pistón, existiendo un
primer grado de libertad para proporcionar translación radial de
dicho miembro de conexión desde dicho eje de cigüeñal y un segundo
grado de libertad para proporcionar rotación relativa entre dichos
medios de control de pistón y dicho miembro de conexión asociado
y
Están previstos tres grados de libertad para el
pistón restante, dicho primero y dicho segundo grado y un tercer
grado en una dirección tangencialmente al plano giratorio definido
por dicho medio de control de pistón.
Preferentemente, dicho alojamiento de la cámara
de combustión está graduado, por un medio de graduación a dicho
árbol de salida de manera que la rotación de dicho árbol de salida
es proporcional, en la dirección opuesta, a la rotación de dicho
alojamiento de la cámara de combustión o viceversa alrededor de
dicho eje de árbol.
Preferentemente están previstos dos conjuntos de
cámara de combustión para presentar parejas de pistones
substancialmente opuestos y cada dos son giratorios alrededor del
eje del árbol y localizados cada uno adyacentes a dichos medios de
orificio correspondientes que proporcionan dichas series de
orificios de entrada y salida, un miembro de conexión para cada
pareja de pistones opuestos, y acoplados intermedios de sus extremos
distantes con dichos medios de control de pistones.
La figura 1 es una vista en sección a través de
una forma preferida de un motor de encendido por chispa de seis
cilindros de la presente invención.
La figura 2 es una representación parcialmente
esquemática, parcialmente de sección transversal de parte del motor
ilustrado en la figura 1 que detalla algo de la geometría
esencial.
La figura 3 es una vista en perspectiva de
algunos de los componentes del conjunto interno del motor de la
figura 1, que incluyen los dos medios que proporcionan la cabeza del
cilindro, medios de control del pistón, árbol y engranaje
asociado.
La figura 4 es una vista en perspectiva de alguno
de los componentes del conjunto interno del motor de la figura 1,
que incluye los dos medios que proporcionan la cable del cilindro,
medios de control del pistón, y árbol.
La figura 5 ilustra la trayectoria trazada por el
eje de cigüeñal desde el punto X como se muestra en la figura 2.
La figura 6 ilustra la trayectoria trazada por el
eje de cigüeñal a través del punto X como se muestra en la figura
2.
La figura 7 ilustra las rotaciones y
translaciones de los medios de control del pistón, eje del cigüeñal,
medios de conexión y pistones en funcionamiento de la forma
preferida del motor de la presente invención mostrada en la figura
1.
La figura 8 es una vista en planta del medio que
proporciona la cabeza del cilindro, y cilindros asociados del motor
de la forma preferida de la invención mostrada en la figura 1.
La figura 9 es una vista en sección a través de
la sección AA de la figura 8.
La figura 10 es una vista en perspectiva de uno
de los medios que proporcionan la cabeza del cilindro de la figura
1, que llevan también el engranaje anular asociado.
La figura 11 es una vista en perspectiva parcial
que ilustra en más detalle un orificio del medio que proporciona la
cabeza del cilindro y el cilindro asociado.
La figura 12 y 13 son vistas en perspectivas de
un árbol del cigüeñal, árbol y masas de equilibrio de la figura
1.
La figura 14 es una vista en perspectiva de los
medios de control de pistón del motor de la forma preferida de la
invención mostrada en la figura 1.
La figura 15 es una vista en perspectiva del
medio de control de pistón como se monta en el árbol del
cigüeñal.
La figura 16 es una vista extrema de un medio de
conexión de un motor de la forma preferida de la invención mostrada
en la figura 1, los medios de conexión ilustrados que tienen dos
grados de libertad dos de translación y uno de rotación.
La figura 17 es una vista en sección de parte de
los medios de conexión de la figura 16.
La figura 18 es una vista superior del pasador de
medios de conexión para la fijación de los medios de conexión a los
medios de control del pistón.
La figura 19 es una vista lateral del pasador de
medio de conexión de la figura 18.
La figura 20 es una vista en sección transversal
del casquillo de los medios de conexión mostrado en la figura
17.
La figura 21 es una vista en perspectiva del
motor de la forma preferida de la invención mostrada en la figura 1,
donde se han retirado los medios de orificio y el miembro extremo en
un extremo.
La figura 22 es una vista en perspectiva de parte
del motor de la forma preferida de la invención mostrada en la
figura 1.
La figura 23 es una vista en perspectiva de los
engranajes planetarios y anillos de soporte asociados del motor de
la forma preferida de la invención mostrada en la figura 1.
La figura 24 es una vista en perspectiva que
ilustra el acoplamiento de los engranajes planetarios con el
engranaje anular del motor de la forma preferida de la invención
mostrada en la figura 1.
La figura 25 es una vista en planta que ilustra
en parte los dientes de engranaje del engranaje anular, engranajes
planetarios y engranaje de árbol.
La figura 26 es una vista en sección a través de
la sección AA de la figura 25.
La figura 27 es una vista en perspectiva de un
miembro extremo del motor de la forma preferida de la invención de
la figura 1.
La figura 28 es una vista en perspectiva
alternativa del miembro extremo y los medios de orificio de la
figura 27.
La figura 29 es una vista en planta del miembro
extremo de la figura 27.
La figura 30 es una vista en sección a través de
la sección AA de la figura 29.
La figura 31 es una vista en planta del miembro
extremo de la figura 29 con el que el medio de orificio es acoplado
y en el que se ilustra la configuración preferida de la
refrigeración de los medios de orificio.
La figura 32 es una vista en sección a través de
la sección AA de la figura 31.
La figura 33 es una vista inferior parcial de los
medios de orificio y el miembro extremo de la figura 28.
La figura 34 es una vista en perspectiva del
motor de la forma preferida de la invención mostrada en la figura 1
en la que se ilustran partes adicionales tales como carburadores,
filtros de aire, escapes, motores de arranque, bobinas y controles
del acelerador.
La figura 35 ilustra una secuencia de posiciones
de cilindros relativa a los medios de orificio del motor de la forma
preferida de la invención mostrada en la figura 1 donde el cigüeñal
está girando contrario a los cilindros.
La figura 35A ilustra una secuencia de posiciones
de cilindros relativa a los medios de orificio del motor de la forma
preferida de la invención mostrada en la figura 1 donde el cigüeñal
está girando contrario a los cilindros.
La figura 36 ilustra una secuencia de posiciones
de cilindros relativa a los medios de orificio, en el funcionamiento
de una configuración de cilindro/orificio de un motor similar
mostrado en la figura 1, que tiene 5 parejas de cilindros opuestos
donde el cigüeñal está girando en sentido contrario a los
cilindros.
La figura 36A ilustra una secuencia de posiciones
de cilindros con respecto a los medios de orificio, en el
funcionamiento de una configuración de cilindro/orificio de un motor
similar mostrado en la figura 1, que tiene 5 parejas de cilindros
opuestos donde el cigüeñal está girando en sentido contrario a los
cilindros.
La figura 37 ilustra una secuencia de posiciones
de cilindros con respecto a los medios de orificio de una forma
alternativa del motor de la figura 1, donde existen 7 parejas de
cilindros opuestos y donde el cigüeñal está girando en sentido
contrario con los cilindros.
La figura 37A ilustra una secuencia de posiciones
de cilindros con respecto a los medios de orificio de una forma
alternativa del motor de la figura 1, donde existen 7 parejas de
cilindros opuestos y donde el cigüeñal está girando contrario con
los cilindros.
La figura 38 ilustra una disposición alternativa
del motor de la presente invención, donde no existe rotación
relativa entre los medios que proporcionan la cabeza del cilindro y
los medios de orificio.
La figura 39 ilustra todavía otra disposición del
motor de la forma preferida de la invención mostrada en la figura 1,
donde se utiliza un árbol discontinuo.
La figura 40 ilustra una vista en sección
transversal a través todavía de una forma alternativa de la presente
invención que utiliza una disposición de cilindro como esférico
parcial.
La figura 41 es una vista en perspectiva
parcialmente en sección de un motor de forma de la presente
invención mostrada en la figura 40.
La figura 42 ilustra una vista en planta de los
pistones del motor de la figura 41 y 40.
La figura 43 ilustra una secuencia de posiciones
de cámaras de cilindro con respecto a los orificios durante el
funcionamiento de un motor de cilindro seis o tres de un motor de la
presente invención mostrado en la figura 41.
La figura 44 es una vista en sección a través de
otra forma preferida del motor de la presente invención de la figura
1 adaptado para funcionar en un ciclo de dos tiempos.
La figura 45 es una vista en sección de una
disposición alternativa del motor de la figura 44.
La figura 46 es una vista en sección a través del
motor de la figura 1 que ilustra flujos de fluido de lubricación y
refrigeración.
La figura 47 es una vista más detallada de la
parte de la figura 1 alrededor de los medios que proporcionan la
cabeza del cilindro.
La figura 48 es una vista en planta de un miembro
extremo que muestra los ángulos relativos entre orificios y bujías
de encendido.
La figura 49 es una vista más detallada de la
parte de la figura 1 alrededor del engranaje anular.
La forma más preferida de la presente invención
que se describe aquí en detalle es un motor de combustión que tiene
tres parejas de pistones opuestos. El motor se muestra en sección
transversal en la figura 1, y se ilustran en las figuras
2-33 varios detalles de sus componentes y
funcionamiento descrito. En la forma más preferida de la invención,
el motor como se muestra en la figura 1, consta de un árbol 1 que se
extiende substancialmente todo el recorrido a través del motor que
lleva un árbol del cigüeñal 2, que tiene un eje del árbol 2^{A}
oblicuo al eje del árbol 1^{A}. El ángulo entre el eje del árbol
1^{A} y el eje de cigüeñal 2^{A} se describirá aquí y se
referirá como el ángulo del cigüeñal. Aunque se describe aquí un
árbol que es un miembro separado al árbol del cigüeñal, el árbol del
cigüeñal entero/disposición del árbol puede ser una parte (es decir
el árbol del cigüeñal).
La rotación del árbol 1 alrededor de su eje
1^{A} girará el árbol del cigüeñal 2 alrededor del eje del árbol
1^{A}. La figura 6 ilustra la trayectoria trazada por el eje del
cigüeñal 2^{A} alrededor del eje del árbol 1^{A}. En el punto X,
donde el eje del cigüeñal 2^{A} y el eje del árbol 1^{A} se
cortan, no existe movimiento relativo del eje del cigüeñal 2^{A}
al eje del
árbol 1^{A}.
árbol 1^{A}.
Llevado por el árbol del cigüeñal 2 y capaz de
girar alrededor del eje del cigüeñal 2^{A} está un medio de
control de pistón 3. Más preferentemente, los medios de control de
pistón 3 se montan de forma giratoria desde el árbol del cigüeñal 2
por cojinetes de rodillo estrechados cónicamente 50. Preferentemente
tales cojinetes están localizados en cada extremo del árbol del
cigüeñal para localizar axialmente los medios de control de pistón 3
al árbol del cigüeñal 2. Los cojinetes aseguran además que el plano
de medio de control del pistón de rotación 3^{A} permanece
substancialmente a 90º con respecto al eje del cigüeñal 2^{A}.
Aunque de manera indeseable, es posible para esta invención que se
realice cuando el plano de medios de control del pistón de rotación
3^{A} y el eje del cigüeñal 2^{A} no están a 90º
entre sí.
entre sí.
Los medios de control del pistón 3 controlan el
movimiento recíproco de tres parejas de pistones opuestos 6. Se ha
considerado que cualquier número de parejas de pistones opuestos
puede utilizarse en un motor de esta invención, y breves detalles de
éstos se describen a continuación. Los pistones 6 están localizados
en los extremos distantes de medios de conexión 4 que están
dispuestos desde y en el perímetro de los medios de control del
pistón 3. En la forma preferida de la presente invención, están
dispuestos tres medios de conexión 4 desde y en el perímetro de los
medios de control del pistón a intervalos de 120ºC. Cada uno de los
medios de conexión 4 se localiza y es de configuración asimétrica
alrededor del plano de medios de control del pistón de rotación
3^{A}, sin embargo esta necesidad no es esencial, y un medio de
conexión asimétrico 4 con cambios a la geometría asociada, puede
utilizarse en este
motor.
motor.
Los pistones pueden ser de cualquier sección
transversal con respecto a su eje recíproco, sin embargo, en la
forma preferida de la presente invención, los pistones se han
ilustrado como que tienen una sección transversal circular.
Cada pistón es capaz de moverse de forma
alternativa dentro de un cilindro complementario 12.
Los cilindros 12 están montados en los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5 que fijan los cilindros 12 en
una serie complementaria a los pistones. Los cilindros pueden
hacerse de un miembro unitario como parte del medio que proporciona
la cabeza del cilindro 5, mediante por ejemplo, fundición y
maquinado o como en la forma preferida de partes individuales.
En una forma más preferida el motor tiene dos
medios que proporcionan la cabeza del cilindro, una para cada
conjunto de pistones opuestos.
Cada medio que proporciona la cabeza del cilindro
5 y los cilindros 12 son capaces de girar alrededor del eje del
árbol 1^{A} y están equidistantes desde el punto X como se muestra
en la figura 1. El uso de cojinetes 52 de medios que proporcionan
cabeza del cilindro entre los medios que proporcionan la cabeza del
cilindro 5 y el árbol 1, proporcionan un medio adecuado para
permitir tal rotación. Preferentemente, tales cojinetes son
cojinetes de bola, sin embargo pueden utilizarse otras formas
adecuadas.
La rotación de cada uno de los dos medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5 alrededor del eje del árbol
1^{A} es síncrona. Tal rotación síncrona está en la forma
preferida conseguida por el uso de conectores de medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 53. Tales conectores de medios
que proporcionan la cabeza del cilindro 53 están asegurados en sus
extremos distantes a cada uno de los medios que proporcionan la
cabeza del cilindro 5 por un medio de sujeción adecuado tal como un
perno o tornillo de máquina. En la forma preferida existen tres
conectores de medios que proporcionan la cabeza del cilindro 53, sin
embargo un técnico en la materia realizará que cualquier número de
tales conectores 53 u otras configuraciones de los mismos,
asegurarán rotación síncrona de los dos medios que proporcionan
cabeza del cilindro 5.
Localizados adyacentes a cada medio que
proporciona cabeza del cilindro 5 están medios de orificio 13, que
en la forma preferida de la invención mostrados en la figura 1,
llevan también bujías de encendido 57 para el encendido de
combustible en los cilindros 12 en tiempos apropiados.
Los medios de orificio 13 son localizados cada
uno por miembros extremos 54. Cada miembro extremo 54 localiza el
árbol 1 por el uso de cojinetes de miembro extremo 55 que tienen un
eje de rotación coaxial con el árbol 1. Los cojinetes permiten la
rotación del árbol 1 a los miembros extremos 54. Preferentemente los
cojinetes 55 son cojinetes de rodillo estrechados cónicamente, que
son capaces de soportar fuerzas tanto radial como axial.
Cada uno de los medios de orificio proporciona
orificio para la entrada de combustible dentro de cada cilindro y
salida de gases quemados fuera de cada cilindro. La localización de
los orificios en los medios de orificios 13 y los miembros extremos
54 permiten el flujo de entrada de combustible durante el tiempo de
inducción de cada pistón, y la salida de gases de escape durante el
tiempo de escape de cada uno de los pistones de un motor de cuatro
tiempos. Adicionalmente, los medios de orificio localizan a
intervalos apropiados bujías de encendido para el encendido del
combustible cuando el pistón está en o cerca del punto muerto
superior. La rotación de los medios que proporcionan la cabeza del
cilindro con respecto a los medios de orificio alrededor del eje de
árbol 1^{A} permiten a los orificios y a las bujías de encendido
57 presentarse a cada cilindro en la secuencia apropiada.
Una relación giratoria entre los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5 y el árbol 1 se consigue por
el uso de engranajes. En la forma preferida uno de los medios que
proporciona la cabeza del cilindro lleva un engranaje anular 19.
Este engranaje 19 se acopla con engranajes planetarios 10 que están
asociados con su miembro extremo adyacente 54. Son giratorios
alrededor de sus ejes para graduar la rotación de los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5 y el engranaje de árbol
11.
La fuerza de expansión producida por la
combustión de combustible en un cilindro 12 se transfiere desde los
pistones 6 a través de los medios de conexión 4 a los medios de
control de pistón 3. Este momento alrededor del punto X proporciona
un momento al árbol del cigüeñal 2. Un momento de este tipo aplicado
al árbol del cigüeñal 2 provoca un desplazamiento giratorio del
mismo alrededor del eje del árbol 1A y provoca que el árbol gire de
manera correspondiente.
Cada uno de los medios de orificio 13 tiene sus
orificio dentro para la entrada y salida de combustible hasta y
desde los cilindros 12. Orificios de este tipo están dispuestos en
un diámetro de círculo de paso desde el eje de árbol 1^{A} y se
alinea con las aberturas a cada cilindro sobre un intervalo
específico de rotaciones angulares de los medios que proporcionan la
cabeza del cilindro 5. A medida que el árbol 1 gira como un
resultado de la fuerza en el árbol del cigüeñal 2, el movimiento
giratorio es transferido a través de los engranajes planetarios 10 a
los medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5. Cuando el
árbol 1 gira los medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5
gira alrededor del eje de árbol 1^{A}. El giro de los medios que
proporciona cabeza de cilindro 5 alrededor del eje de árbol 1^{A}
provocan que las aberturas en cada cilindro para 1) se alineen con
los orificios de entrada/salida durante ciertos intervalos de
posiciones orbitales de cada cilindro y 2) para que se cierren
durante otros intervalos de rotación. Las posiciones giratorias de
los medios que proporcionan la cabeza del cilindro con respecto a
los medios de orificio para un motor de cuatro tiempos son tal
que;
(a) la mezcla de combustible es capaz de ser
inducida (o soplada) dentro del cilindro 12 a través de orificios de
entrada durante el tiempo descendente o de expansión del pistón
6,
(b) la mezcla de combustible es capaz de
comprimirse durante el tiempo ascendente o de compresión del pistón
6 (y también inyectarse para motores accionados diesel),
(c) la mezcla de combustible por combustión es
capaz de ser encendida y expandirse dentro del cilindro 12 forzando
el pistón 6 hacia abajo durante el tiempo de potencia,
(d) los fluidos de escape son capaces de
expulsarse del cilindro 12 a través de orificios de escape 8 durante
el tiempo ascendente o de escape del pistón 6.
En la forma preferida del motor como se muestra
en la Figura 1 los engranajes planetarios 10 inducen una rotación en
los medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5 en una
dirección opuesta a la rotación del árbol 1.
Sin embargo, con una disposición alternativa de
los engranajes planetarios y engranaje anular, donde el engranaje
anular es llevado por los medios de orificio 13 y los engranajes
planetarios son llevados por los medios que proporcionan cabeza de
cilindro 5, se conseguirá la rotación contraria del árbol 1 y los
medios que proporcionan la cabeza de los cilindros/cilindro y los
pistones.
En la figura 35 está ilustrada una secuencia que
muestra las alineaciones de las aberturas de cilindro 12' en los
medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5' con respecto a los
orificios de entrada/salida, de los medios de orificio 13'. Se
ilustra el motor de la figura 1 donde el árbol del cigüeñal está
girando contrario a los cilindros, en una rotación de 3:1, que
proporciona 4 tiempos de potencia por revolución del árbol del
cigüeñal.
La flecha C indicada en la figura 35 es la
dirección de rotación del árbol, y la flecha TDC es la posición de
punto muerto superior del cigüeñal.
En lo que sigue alrededor de la abertura de
cilindro 12', puede verse que en el punto muerto superior el
cilindro 12' está expuesto parcialmente tanto al orificio de entrada
15' como al orificio de salida 8' en los medios de orificio 13'. En
el punto muerto superior, los fluidos de escape se han expulsado
todos substancialmente desde el cilindro 12'. Inmediatamente después
que el pistón 6' que mezcla de combustible de punto muerto superior
es inducido (o soplado) dentro del cilindro 12' a través del
orificio de entrada 15'. A medida que el pistón se desplaza hacia
abajo desde la posición de punto muerto superior el cilindro 12' se
alinea completamente con el orificio de entrada 15' (entrada
90º).
En el punto muerto substancialmente inferior, el
cilindro 12' se sella completamente por los medios de orificio y a
medida que el pistón 6' se desplaza a través del punto muerto
inferior el combustible dentro del cilindro 12' comienza a
comprimirse.
A medida que el pistón 6' se desplaza hacia el
punto muerto superior, la mezcla de combustible es encendida. Para
motores que utilizan petróleo como un combustible, tal encendido es
iniciado por el salto de la chispa de una bujía de encendido. Sin
embargo, combustibles tales como diesel se encenderán debido a su
compresión y por lo tanto no se requiere medios que inician el
encendido. Este modo alternativo de funcionamiento se describe a
continuación en más detalle.
A medida que el pistón 6' se desplaza desde el
punto muerto superior hasta el punto muerto inferior como un
resultado de la combustión de la mezcla de combustible, la potencia
se transfiere al árbol a través de los medios de conexión 3 y el
árbol del cigüeñal 2. A medida que el pistón 6' alcanza el punto
muerto inferior, la cámara de cilindro 12' es alineada con un
segundo orificio de escape 8' localizado en los medios de orificio
13. A medida que el pistón pasa a través del punto muerto inferior y
retorna al punto muerto superior, los fluidos de escape son capaces
de expulsarse fuera a través del orificio de salida 8'. Después de
esto se repite la secuencia para la siguiente compresión, potencia,
escape, y tiempos de inducción. El posicionamiento de los orificios
de entrada y salida y las bujías de encendido en los medios de
orificio, y la graduación de los medios que proporcionan la cabeza
al árbol 1 y los medios de orificio 13 resulta en las aberturas con
respecto a los cilindros 12 que deben alinearse con los orificios
apropiados y las bujías de encendido en las posiciones axiales
apropiadas de cada uno de los pistones con respecto a los cilindros.
A medida que el motor de la forma preferida de la invención es de
accionamiento doble, los orificios y las bujías de encendido de los
dos medios de orificio no están alineados entre sí es decir cuando
uno de una pareja de pistones se está desplazando en su tiempo de
potencia, el otro de la pareja de pistones estará más
preferentemente en su tiempo de escape. Alternativamente, mientras
una de la pareja de pistones va a través de su tiempo de potencia,
la otra de la pareja de pistones puede estar en su tiempo de
compresión. La Tabla 1 a continuación ilustra las alternativas a los
tiempos a través de las cuales pueden desplazarse una pareja de
pistones de un motor de cuatro tiempos.
| Tiempo de primer cilindro de | Tiempo de segundo cilindro de | Tiempo alternativo de segundo |
| pareja | pareja | cilindro de pareja |
| Potencia | Escape | Compresión |
| Escape | Entrada | Potencia |
| Entrada | Compresión | Escape |
| Compresión | Potencia | Entrada |
La figura 35A es un motor de la figura 1 donde el
cigüeñal y los cilindros son girados simultáneamente. Como
resultado, el cigüeñal a la relación de engranaje de cilindro de 9:1
y los orificios de entrada 4 y salida 4 por el miembro extremo 2,7
tiempos de potencia por revolución del resultado del cigüeñal.
La figura 2 ilustra parte del motor de la figura
1, y muestra el ángulo oblicuo (ángulo del cigüeñal) entre el eje
del árbol del cigüeñal 2^{A} y el eje del árbol 1^{A}. El plano
de rotación de los medios de control del pistón se define por el
plano 3^{A} que perpendicular al eje del árbol del cigüeñal
2^{A}. La rotación del árbol del cigüeñal 2 alrededor del eje del
cigüeñal 1^{A} provoca que los extremos distantes de los medios de
control del pistón 3 sigan un lugar de un arco de centroide en el
punto X. El radio del cigüeñal 58 es el radio de los pasadores de
muñón que conectan los medios de conexión 4 a los pistones 6, cuando
están en el punto muerto superior y punto muerto inferior, desde el
punto X. A medida que el movimiento alternativo de los pistones
dentro de los cilindros está a lo largo de un eje lineal (el eje de
pistón 6^{A}) existe un grado ligero de diferencia en la
trayectoria seguida por cada pistón entre el punto muerto superior y
el punto muerto inferior y el radio del cigüeñal 58. Esta diferencia
es compensada para permitir que los medios de conexión se muevan
radialmente con respecto a los medios de control del pistón a lo
largo del plano de medios de control del pistón de rotación 3^{A}.
La diferencia de trayectoria se reduce al mínimo asegurando que lo
normal con respecto al eje de pistón en la mitad entre el punto
muerto superior y el punto muerto inferior de cada pistón, pase a
través de la intersección del eje del árbol del cigüeñal 2^{A} y
el eje del árbol 1^{A} en el punto X mostrado en la figura 2.
Las figuras 3 y 4 son vistas en perspectivas de
los componentes internos del motor de la figura 1, donde los
cilindros 12 no se han representado. El engranaje anular 19 está
asegurado a uno de los medios que proporciona la cabeza del
cilindro5 por el uso de un medio de sujeción adecuado tal como
pernos o tornillos de máquina. Se localiza en solamente uno de los
medios que proporcionan cabeza de cilindro 5. En la forma más
preferida el engranaje anular 19 tiene los dientes cortados
cuadrados, sin embargo, se considera que serán adecuados también
engranajes helicoidales o engranajes helicoidales dobles. EL
engranaje anular 19 se coloca en los medios que proporcionan la
cabeza del cilindro 5 de manera que su centro coincide con el eje
del árbol 1^{A}.
La figura 24 es una vista en perspectiva del
engranaje anular 19 asociado con engranajes planetarios de corte
complementario 10. Los engranajes planetarios se mantienen en una
relación fija entre sí por el uso de un anillo 59 y la placa de
montaje de engranaje planetaria 86 que fija el eje de rotación de
cada uno de los engranajes planetarios en una relación fija.
La figura 25 es una vista en planta del engranaje
anular 19, los engranajes planetarios 10, anillo 59 y engranaje de
árbol 11. Aunque en la forma preferida de la presente invención, se
utilizan tres engranajes planetarios 10, un técnico en la materia se
dará cuenta que puede utilizarse cualquier número de tales
engranajes planetarios dispuestos entre el engranaje anular 19 y el
engranaje de árbol 11. Los ejes de los engranajes planetarios se
mantienen estacionarios con respecto a los medios de orificio 13 y
el miembro extremo 54. Esto se consigue mediante la fijación de la
placa de montaje 86 al miembro extremo 54 por varios medios de
sujeción tales como tornillos, pernos o tornillos de máquina. Cuando
los engranajes planetarios 10 se mantienen estacionarios, una
rotación en sentido del reloj del engranaje anular 19 resultará en
una rotación en sentido contrario al reloj del engranaje de árbol
11. Se considera que aunque en la presente forma de la invención con
su dispositivo de engranaje preferido, los miembros de extremo se
mantienen estacionario, formas alternativas de la presente invención
pueden tener un árbol estacionario 1 o medios que proporcionan
cabeza de cilindro estacionaria 5. En configuraciones de este tipo
la rotación relación del árbol 1, los miembros extremos y los medios
de orifico, y los medios que proporcionan la cabeza del cilindro son
como se muestra en la Tabla 2 a continuación.
Cuando el medio que proporciona la cabeza del
cilindro 5 y el árbol 1 están girando contrarios, por la disposición
apropiada del engranaje anular y los engranajes planetarios, las
rotaciones relativas del árbol 1, los miembros extremos y los medios
de orificio, y los medios que proporcionan la cabeza del cilindro se
muestran como en la Tabla 3 a continuación.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
La figura 49 es una vista ampliada de la región
de la figura 1 alrededor del engranaje anular y los cojinetes.
La figura 26 es una vista en sección a través de
AA de la figura 25. Más preferentemente, el engranaje de árbol 11
tiene una dispositivo de tipo de manguito para permitir que se
ajuste sobre el árbol 1. Para asegurar que el engranaje de árbol
está asegurado de forma giratoria al árbol 1, es preferible un
acoplamiento de tipo de pasador, ranura o chavetero. Un técnico en
la materia sin embargo se dio cuenta que están disponibles muchos
otros métodos de seguridad y/o presentación de un engranaje de árbol
desde el árbol. Por ejemplo, el engranaje puede cortarse como parte
del árbol o ajustarse por contracción al mismo, pero como se
prefiere para que el engranaje esté endurecido, es un engranaje
separado.
Las figuras 12 y 13 son vistas en perspectiva del
árbol 1 y el engranaje de árbol 11, el árbol de cigüeñal 2 y las
masas de equilibrio 60. El árbol 1 está hecho más preferentemente a
partir de acero de tracción de medio y es de un diámetro escalonado,
el más largo de los cuales está en la mitad, para permitir que el
árbol del cigüeñal 2, las masas de equilibrio 60, el engranaje de
árbol 11 y los cojinetes de árbol se localicen de forma deslizable
en el árbol 1.
El árbol del cigüeñal 2 es de sección transversal
circular que tiene un taladro oblicuo al eje del cigüeñal 2^{A}.
El taladro corresponde a esa parte del árbol 1 en la que el árbol
del cigüeñal 2 debe localizarse. La línea central del taladro cruza
el eje del árbol del cigüeñal 2^{A} más preferentemente en el
centroide del árbol del cigüeñal.
El árbol del cigüeñal 2 está asegurado al árbol 1
por el uso de pasador de espiga. Alternativamente, el árbol del
cigüeñal puede asegurarse al árbol 1 por el uso de ranuras,
chaveteros o ajuste por contracción, o métodos de este tipo.
Alternativamente, el árbol del cigüeñal puede formarse maquinando el
árbol 1. Las masas de equilibrio 60 están aseguradas al árbol 1 para
asegurar que durante el funcionamiento del motor, son mínimas las
fuerzas de desequilibrio de la masa giratoria y alternativa de las
partes. Las masas de equilibrio 60 son realizadas más
preferentemente de acero de tracción media y está aseguradas al
árbol 1 por el uso de pasadores de espiga. De nuevo pueden
asegurarse formas alternativas, como se describen antes, de asegurar
tales masas. Debido a que el movimiento de las partes alternativas
es sinusoidal, es decir movimiento armónico simple, solamente se
generan fuerzas de desequilibrio primarias. Esto implica que las dos
masas de equilibrio pueden equilibrar de forma teórica tales masas
de desequilibrio, no dejando fuerza de desequilibrio residual. Un
simple cálculo de las fuerzas de desequilibrio en el árbol 1 durante
el funcionamiento del motor determinaría la localización,
configuración y tamaño de las masas de equilibrio 60 que son
adecuadas.
Alternativamente, el árbol del cigüeñal y el
árbol pueden forjarse a partir una pieza bruta de grado de acero
adecuado.
Montado a partir del árbol del cigüeñal 2 está el
medio de control del pistón 3. El medio de control de pistón 3 es
giratorio alrededor del eje del cigüeñal 2^{A} por el uso de
cojinetes 50. Como se ilustra en la figura 1, los cojinetes 50 son
cojinetes de rodillo estrechados cónicamente. Alternativamente, los
cojinetes de bola pueden utilizarse, pero debido a los momentos que
son creados por el movimiento alternativo de los pistones, es
deseable que los cojinetes sean capaces de soportar un componente de
fuerza de empuje. Dos cojinetes de rodillo estrechados cónicamente
50 están asegurados a los extremos del árbol del cigüeñal 2, como se
muestra en la figura 1. Los medios de control del pistón 3 incluyen
un collar de medio de control de pistón 61 o anillo como se muestra
en la figura 14 que tiene un taladro interior, capaz de acoplar con
la rodadura exterior de los cojinetes de rodillo estrechado
cónicamente 50. Esto asegura que el medio de control de pistón está
limitado axialmente de movimiento relativo al árbol del cigüeñal.
Las placas de empuje anulares 73 se localizan sobre el árbol del
cigüeñal por el uso de tornillos de máquinas para localizar los
cojinetes axialmente al mismo.
Extendiéndose radialmente desde el collar de
medios de control del pistón 61 están los brazos de medios de
control del pistón 62. El número de brazos 62 del medio de control
del pistón corresponde al número de parejas de pistones 6 utilizadas
en el motor.
Los medios de control del pistón pueden ser de
cualquier configuración y no necesitan necesariamente presentar
brazos como se muestra en la figura 14. Alternativamente, los medios
de control de pistón pueden ser un disco al que en su
circunferencia, los medios de conexión son capaces de
localizarse.
A los extremos distantes de los brazos 62 de los
medios de control del pistón 3 están conectados los medios de
conexión. La figura 16 ilustra la vista extrema de un medio de
conexión 4. En la forma más preferida un medio de conexión 4 está
localizado en el extremo distante de cada uno de los brazos 62, y
cada uno controla una pareja de pistones opuestos. Sin embargo se
considera que este motor puede funcionar en un modo de accionamiento
individual, donde cada medio de conexión controlaría solamente un
pistón. Sin embargo, en la forma más preferida el motor es de
accionamiento doble, como en este modo de funcionamiento las fuerzas
de desequilibrio y los momentos son equilibrados más fácilmente.
Adicionalmente, la construcción de la forma de realización del motor
no es mucho menos compleja para un dispositivo de cilindro de
accionamiento individual comparado con un dispositivo de cilindro de
accionamiento doble de dos veces la capacidad.
Cada pistón está conectado a un extremo distante
de un medio de conexión 4 por el uso de un dispositivo de tipo de
pasador de muñón estándar, que se extiende a través del agujero de
pasador de muñón 84 en los medios de conexión.
Los medios de conexión 4 están conectados al
medio de control de pistón 3 por un pasador de medio de conexión 63.
El pasador 63 está ajustado con prensa preferentemente dentro de un
agujero en el medio de control pero puede ser alternativamente una
parte del mismo. El pasador del medio de conexión 63 está localizado
en un casquillo 64 que se localiza dentro de un taladro de los
medios de conexión 4, como se muestra en la figura 17. Debido a la
alineación del eje del cilindro con el eje del árbol, el eje del
cigüeñal 1^{A} coincide con el plano de simetría 4^{A} de los
medios de conexión 4 mostrados en la figura 16.
Como resultado de la rotación de los pistones
alrededor tanto del eje del árbol del cigüeñal 2^{A} como el eje
del árbol 1^{A}, los medios de conexión 4 que llevan los pistones
necesitan que sean giratorios con respecto a los medios de control
de pistón 3 alrededor del plano de medios de control de rotación
3^{A}. El casquillo de medios de conexión 64 mostrado en las
figuras 17 y 20 proporciona este grado de rotación de libertad de
los medios de conexión 4 alrededor del plano de rotación de los
medios de control del pistón 3^{A}. Se han considerado muchos
medios alternativos de conseguir tal rotación relativa entre los
medios de conexión 4 y los medios de control del pistón 3. Tales
incluyen el uso de un rodillo o cojinetes de bola, localizados en
los medios de control del pistón o localizados en algún lugar a lo
largo de los brazos de medios de control del pistón 62.
Alternativamente, un dispositivo de tipo de articulación pueden
utilizarse como parte de los medios de conexión 4, que tienen un eje
de articulación para permitir el movimiento relativo a los medios de
conexión 4.
A medida que el desplazamiento de los pistones
dentro y con respecto a los cilindros es lineal, pero la rotación
del árbol del cigüeñal 2^{A} alrededor del árbol 1^{A} provoca
los lugares (con respecto al cilindro) de los medios de control del
pistón para ser un arco que tiene un centroide en el punto X
(mostrado en la figura 2), es esencial un segundo grado de libertad
de los medios de conexión 4 con respecto a los medios de control de
pistón 3. Este segundo grado de libertad se proporciona también para
el casquillo de medios de conexión 4. El casquillo es capaz de
deslizarse hacia atrás y hacia delante dentro del taladro de los
medios de conexión 4, a lo largo del plano de medios de control del
pistón de rotación 3AA.
El grado de diferencia en la trayectoria de cada
pistón dentro del cilindro y los lugares de los medios de control
del pistón se han reducido al mínimo colocando el pasador de muñón a
una distancia desde el plano de rotación 3^{A} de los medios de
control del pistón de manera que en la mitad en la línea entre el
punto muerto superior y el punto muerto inferior del pasador muñón
la perpendicular al mismo cruza en el punto X (la intersección del
eje del árbol del cigüeñal 2^{A} y el eje del árbol 1^{A}) como
se muestra en la figura 2. En la forma más preferida, los medios de
conexión 4 son simétricos alrededor del plano de rotación 3^{A} de
los medios de control del pistón y hasta esta extensión, la
geometría esencial de los medios que proporcionan la cabeza del
cilindro y los cilindros son substancialmente simétricos alrededor
del eje perpendicular al eje del árbol 1^{A}.
La rotación de los pistones alrededor del eje del
árbol del cigüeñal 2^{A} y su rotación alrededor del eje del árbol
1A provoca todavía una diferencia adicional en desplazamiento
relativo de los medios de control del pistón de cada cilindro
respectivo. La diferencia es debida a la oscilación no síncrona como
rotación de los medios de control del pistón 3 alrededor del eje del
árbol de cigüeñal 2^{A} y los medios que proporcionan la cabeza
del cilindro 5 alrededor del eje del cigüeñal 1^{A} cuando se ve
desde la dirección del eje del árbol 1^{A}. A medida que los
pistones giran de forma síncrona con los medios que proporcionan la
cabeza del cilindro 5, la rotación no síncrona de los medios de
control del pistón 3 con respecto a los pistones 6 necesita que se
absorba en algún lugar allí. En la forma más preferida esta
diferencia en la rotación se compensa por el casquillo de los medios
de conexión 64. El casquillo proporciona un tercer grado de libertad
a los medios de conexión en una dirección del plano de rotación
3^{A} de los medios de control del pistón. Sin embargo, para
asegurar existe asociación positiva de los medios de conexión con
los medios que proporcionan la cabeza del cilindro, uno de los
medios de conexión no tienen este tercer grado relativo a los medios
de control del pistón 3. El brazo de medios de control del pistón
que se extiende hasta los medios de conexión 3 que tienen sólo dos
grados de libertad, giran de forma síncrona con los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro. El tercer grado de libertad en
los otros dos medios de conexión se consigue por el casquillo de
medios de conexión 64 y pasador de medios de conexión 63. Las
figuras 18 y 19 ilustran los pasadores de medios de conexión 63, que
tienen dentro ranuras o relieves 65. El casquillo de medios de
conexión 64, como se muestra en la figura 20, tiene rebordes
complementarios a las ranuras de pasador de medios de conexión 65.
La figura 17 muestra la relación del pasador de medios de conexión
63 y casquillo de medios de conexión 64 cuando se localiza dentro de
los medios de conexión 4. Las ranuras65 permiten que los medios de
conexión se trasladen con respecto a los medios de control del
pistón 3 en un plano paralelo al plano giratorio del medio que
proporciona la cabeza del
cilindro 5.
cilindro 5.
El tercer grado de libertad puede proporcionarse
de forma alternativa en los pasadores de muñón de los medios de
conexión 4, sin embargo en la forma más preferida se encontró que
era más efectivo tener este tercer grado de libertad provisto en los
pasadores de medios de conexión 63.
Alternativamente, los brazos de medios de control
del pistón pueden ser articulables en un pivote fuera de sus
extremos distantes cuyo eje es paralelo al eje del árbol del
cigüeñal. Para asegurar la transmisión de potencia desde los
pistones, uno de tales brazos debería estar fijo y no articulable, y
los otros dos estarían articulables, para un par motor opuesto de
seis cilindros.
Más preferentemente, los medios de conexión 4
están fabricados de aluminio de alta tensión que es tanto fundido
como maquinado, o maquinado. Pueden ser fabricados alternativamente.
Los casquillos de los medios de conexión son realizados más
preferentemente a partir de bronce o bronce sintetizado y de manera
similar los pasadores de medios de conexión 63 de acero de cromo
que tienen un acabado de superficie alto.
La figura 8 es una vista plana de un medio que
proporciona la cabeza del cilindro 5 que lleva tres cilindros 12.
Los medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5 localizan y
aseguran cada uno de los cilindros en una serie fija. La figura 9
muestra una vista en sección transversal a través de la sección AA
de la figura 8. Muestra como cada cilindro 12 está asegurado a lo
medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5 por un anillo de
placa o collar que se localiza alrededor del perímetro del cilindro
12. El uso de tornillos de máquina o pernos o similares, aseguran
una fijación firme de cada uno de los cilindros a los medios que
proporcionan cabeza de cilindro. Además, en las figuras 8 y 9 están
ilustrados los conectores de medios que proporcionan la cabeza de
cilindro 53 que conectan cada uno de los dos medios que proporcionan
la cabeza del cilindro 5 entre sí. Los conectores 53 localizan
dentro un taladro o abertura de cada uno de los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5. Los cilindros están hechos de
aleaciones de metal utilizadas comúnmente para cilindros de motores
conocidos.
Cada uno de los cilindros 12 tiene dentro un
relieve para alojar el movimiento de oscilación de los brazos de
medios de control del pistón 62 con respecto a los cilindros.
Las figuras 10 y 11 ilustran la superficie de los
medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5 que se acoplan con
los medios de orificios 13. Una junta de anillo 100 mostrada en las
figuras 1 y 47, que tienen aberturas localizadas para corresponder
con las porciones elevadas de los medios que proporcionan la cabeza
del cilindro alrededor de cada una de las aberturas a los cilindros,
giran con los medios que proporcionan la cabeza del cilindro. La
junta de anillo tiene un centroide en el eje de árbol 1^{A}y es de
diámetro interno y externo suficiente para proporcionar la unión a
cada una de las aberturas del cilindro. Preferentemente la junta de
anillo está realizada de un acero duro tal como el utilizado para
hojas de sierra revestidas con un revestimiento de reducción de
fricción.
Las juntas anulares 101 y 102 se localizan
alrededor de las aberturas a los cilindros en un a muesca anular y
por debajo de la junta de anillo. La figura 47 muestra en más
detalle, la disposición preferida de tales juntas. Cuando los
fluidos comprimidos en los cilindros consiguen escapar de los
mismos, la presión incrementada debida a tales fluidos aumenta la
presión dentro de la cavidad 103 y presiona la junta de anillo
contra los medios de orificio, cerrando la vía de escape. De una
manera similar el aumento en la presión en la pared interior de la
junta 101 fuerza la junta 102 contra la pared exterior de la muesca
anular y sella la vía de escape.
Un técnico en la material se dio cuenta que son
posibles muchos otros métodos de sellar las aberturas del cilindro a
los medios de orificio.
En la forma más preferida de la presente
invención, los miembros extremos 54 llevan los medios de orificio
13. La figura 28 es una vista en perspectiva de un miembro extremo
54 y medios de orificio 13. Aunque en la forma preferida de la
presente invención, los medios de orificio 13 y el miembro extremo
54 son partes separadas, los medios de orificio y el miembro extremo
pueden ser un artículo individual. En la forma preferida de la
presente invención los miembros extremos 54 están hechos de
aluminio, y los medios de orificio 13 están hechos de un acero
adecuado para cementación para durabilidad y resistencia. El uso de
un acero cementado para los medios de orificio es deseable a medida
que los medios de orificios 13 son sometidos a fuerzas de fricción
de su rotación relativa a los medios que proporcionan cabeza de
cilindro 5 y también al calentamiento de combustión del combustible
en cada uno de los cilindros.
Cada uno de los medios de orificio 13 en la forma
preferida de la presente invención, tiene dos orificios de entrada
15 y dos orificios de salida 8 para la inducción de un
combustible/mezcla de aire y el escape de combustible quemado
respectivamente.
En el modo más preferido de la presente invención
y donde el motor funciona en una secuencia giratoria contraria de
cuatro tiempos estándar, una revolución de los medios que
proporciona cabeza de cilindro alrededor del eje de árbol 1^{A}
resulta en cada uno de los pistones que tiene dos ciclos de cuatro
tiempos. A medida que la relación de engranaje es 3:1 entre los
medios que proporcionan la cabeza del cilindro, una revolución de
los medios que proporcionan la cabeza del cilindro con respecto a
los medios de orificio, da lugar a cuatro revoluciones de los medios
que proporcionan la cabeza del cilindro con respecto al árbol,
cuando el motor está funcionando en un modo giratorio contrario.
Cuando el motor está funcionando en un modo giratorio contrario,
donde los medios que proporcionan la cabeza del cilindro giran en la
misma dirección que el árbol, una revolución del medio que
proporciona la cabeza del cilindro con respecto a los medios de
orificio da lugar a dos revoluciones de los medios que proporcionan
la cabeza del cilindro con respecto al árbol. La secuencia de
funcionamiento más preferida se ha ilustrado esquemáticamente en la
figura 35. Las bujías de encendido inician la combustión del
combustible dentro de los cilindros cuando el pistón alcanza TDC. A
esta extensión los medios de orificio está provistos también con
aberturas 66 para presentar una bujía de encendido a los cilindros
en intervalos adecuados. En el modo más preferido, donde los
pistones se desplazan a través de dos ciclos de 4 tiempos, se
presentan dos bujías de encendido desde medios de orificios.
Los miembros extremos 54 contienen aberturas que
corresponden a aquellas en las que los medios de orificio permiten
la provisión de combustible/aire y las bujías de encendido y para el
escape de los gases de escape hasta las aberturas en los medios de
orificio 13.
La figura 29 es una vista plana de un miembro
extremo 54 que ilustra las posiciones relativas de los orificios de
salida 15, los orificios de entrada 8 y las aberturas de bujía de
encendido 66. En la forma preferida de la presente invención, todos
los orificios están en el mismo diámetro de círculo de paso.
Las aberturas localizadas en el perímetro del
miembro extremo 54 permiten la seguridad de los miembros
estructurales 68 como se muestra en las figuras 1, 21 y 22 que
soportan ambos miembros extremos 54 en relación fija.
La figura 30 es una vista en sección a través de
la sección AA de la figura 29. Muestra el relieve de medios de
orificio 67 dentro los cuales se localizan los medios de orificio
13. El miembro extremo 54 de las figuras 29 y 30 es el miembro
extremo que aloja el engranaje de la figura 26 entre los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5 y el árbol 1. Los agujeros de
tornillo roscado 85 en uno de los miembros extremos 54 localizan los
tornillos de máquina que sujetan los engranajes planetarios que
montan la placa 86 como se muestra en la figura 23 al miembro
extremo 54.
La figura 32 es una vista en sección a través de
la sección AA de un miembro extremo mostrado en la figura 31. En la
figura 32, los medios de orificio 13 se han ilustrado en asociación
con el miembro extremo 54. En ambas figuras 30 y 32 se muestran el
orificio de salida 8 y la abertura de la bujía de encendido 66 tanto
a través de los medios de orificio 13 como del miembro extremo 54.
Los orificios de entrada y salida 15 y 18 son invertidos en los
medios de orificio opuestos y el miembro extremo localizado en el
otro extremo del motor.
Aunque se describen aquí motores que tienen
aberturas hasta cada cilindro en un diámetro de círculo de paso
idénticos, alternativamente algunas aberturas puede estar en
diámetros de círculo de paso diferente, que tienen orificios
correspondientes en los medios de orificio en diferentes diámetros
de círculo de paso correspondientes. Este tipo de dispositivo puede
utilizarse por motores que tienen diferentes secuencias de encendido
y geometría diferentes.
Para el motor de la forma preferida de la
invención, la línea trazada entre las bujías de dos chispas de uno
de los miembros extremos, está a 45º con respecto a la línea trazada
entre las dos bujías de encendido del otro miembro extremo. Esta
desviación de 45º asegura que los orificios, y las bujías de
encendido de cada uno de los miembros extremos se localizan en la
posición correcta para cada una de las parejas opuestas de pistones.
Cuando el cigüeñal gira 180º con respecto a los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro, los medios que proporcionan la
cabeza del cilindro se mueven -45º con respecto a los medios de
orificio y el cigüeñal se mueve +135º con respecto a los medios de
orificio. Son 180º en total y existe una relación de 3:1 que
corresponde al engranaje. Como resultado, se requiere que la
desviación de los miembros extremos sea 45º.
La figura 48 muestra el miembro extremo de la
figura 29. En la forma preferida del motor de la presente invención,
donde existen tres pistones en cada extremo del motor, el ángulo
entre el centro de la bujía de encendido y el orificio más adyacente
es 67,5º, y el ángulo entre las parejas de orificios es 45º. Los
orificios de entrada y salida 15 y 8 respectivamente como se muestra
en la figura 33 se extienden en el área de sección transversal en o
hacia la superficie de los medios de orificio que se acoplan con la
superficie complementaria de los medios que proporcionan la cabeza
del cilindro 5. Esta expansión de área es deseable para asegurar que
está presente un área de orificio más grande en cada uno de los
cilindros a medida que giran sobre los orificios. Esto asegura mejor
transferencia de fluidos dentro y fuera del cilindro y proporciona
también la duración de entrada y escape a medida que giran los
cilindros. Para el tamaño de orificios utilizados y el tamaño de
aberturas de cilindro, los orificios de entrada se abren a 30º antes
TDC y cierra a 30º después BDC, y el orificio de escape se abre a
30º antes BDC y se cierran a 30º después TDC. La geometría para
otras configuraciones del motor pueden determinarse también por
simples cálculos.
Los relieves 69 han sido previstos en los
miembros de extremo para incrementar su área de superficie para
proporcionar refrigeración eficiente de los miembros extremos y
medios de orificio. Aunque se muestra aquí que el relieve 69 es de
una configuración particular, puede utilizarse cualquier otra
configuración alternativa para proporcionar un medio adecuado de
refrigeración.
La figura 33 es una vista inferior del miembro
extremo 54 y medios de orificio 13. Como se muestra, el medio de
orificio es configurado más preferentemente en forma de anillo y
plano. Los medios de orificio pueden tener sin embargo una
superficie conificada que está presente a una superficie
complementaria de los medios que proporcionan la cabeza del cilindro
5. De hecho, las superficies complementarias de los medios de
orificio 13 y los medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5
pueden ser de cualquier contorno. Sin embargo, la forma más
preferida es plana en la medida en que ésta es fácil de
fabricar.
La vista inferior del miembro extremo 54 y los
medios de orificio 13 ilustran también los agujeros de tornillo de
engranaje planetario 85, que son capaces de recibir tornillos de
máquina que aseguran la placa de montaje de engranaje planetario 85
al miembro extremo 54. Preferentemente existen tres de tales
agujeros de tornillo presentes en el miembro extremo 54. Las ranuras
94 en la placa de montaje de engranaje planetario 86 permiten un
grado de ajuste de la localización de los engranajes planetarios con
respecto al miembro extremo. Este grado de libertad permite que sea
ajustable durante el tiempo de la rotación relativa de la cabeza del
cilindro a los medios de orificio. Además en la placa de montaje de
engranaje planetario 86 está un agujero de pasador 95 que es capaz
de recibir un pasador a través del mismo para bloquear la placa de
montaje 86 hasta el miembro extremo. Los tornillos que se extienden
a través de las ranuras 94 no serían suficientes para fijar de forma
giratoria una placa de montaje al miembro extremo.
Aunque se describe aquí en detalle con referencia
a los varios componentes y partes, está un motor de combustión que
tiene tres parejas de pistones opuestos, esta invención puede
adaptarse a un motor de combustión con más de tres parejas de
pistones opuestos o pistones que actúan de forma individual. La
relación de engranaje entre el árbol 1 y los medios que proporcionan
la cabeza del cilindro 5 se refiere al número de parejas de pistones
del motor. La relación de engranaje del motor de la figura 1 que
funciona en un ciclo de cuatro tiempos se define por
W_{s} / W_{c}
=
-N
donde Ws es la rotación del árbol
1, Wc es la rotación del medio que proporciona la cabeza del
cilindro 5 y N es el número de parejas de cilindros. De ahí, para
tres parejas de pistones opuestos, el árbol gira a tres veces la
velocidad de los medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5 y
preferentemente pero no esencialmente en dirección opuesta. Para un
motor de rotación contraria que tiene 3 parejas de pistones opuestos
y teniendo cada miembro extremo 4 orificios de entrada y salida con
una relación de engranaje de 9:1, Ws/Wc =
+N2
La figura 36 ilustra una secuencia a través de la
mitad de una revolución de los cilindros de un motor de combustión
de encendido por chispa que tiene cinco parejas de pistones
opuestos. En esta configuración los cilindros están girando
simultáneamente con el cigüeñal. La relación del cigüeñal con
respecto al engranaje de cilindro es 5:1. Cada uno de los medios de
orificio tiene orificios de 2 entradas y 2 salidas, probando para 4
tiempos de potencia por revolución del cigüeñal. La figura 36A
muestra un motor de 5 parejas de cilindros opuestos, donde el
cigüeñal gira en sentido contrario a los cilindros. La relación de
engranaje está a -5:1, y para 6 orificios por medios de orificio,
resulta en tiempos de potencia 6 por revolución del cigüeñal.
De una manera similar, la figura 37 ilustra una
secuencia a través de una tercera revolución de los cilindros de un
motor de combustión de encendido por chispa que tiene siete parejas
de pistones opuestos. En una revolución individual de los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 13' de la figura 37, un pistón
individual se mueve a través de tres ciclos de un ciclo de cuatro
tiempos. La figura 37 muestra las rotaciones relativas de los medios
que proporcionan la cabeza del cilindro 13 y los medios de orificio
a través de un tercio de una revolución, es decir, un ciclo de
cuatro tiempos. La figura 37A es una versión que gira en sentido
contrario de un motor de siete parejas de cilindros opuestos. La
relación de engranaje del cigüeñal a los cilindros es -7:1 y para 8
orificios por medios de orificios, 8 tiempos de potencia por
revolución del resultado del cigüeñal.
En la forma más preferida de la presente
invención como se muestra en la figura 1, el combustible es
suministrado a los cilindros cuando se requiere a través de los
orificios de entrada 15 por aspiración manual. La mezcla de
combustible y aire se mezcla por el uso de carburadores 70
localizados en cada orificio de entrada como se muestra en la figura
34. Más preferentemente, los carburadores son de tipo venturi, de
lado plano, de 28 mm ID. Un técnico en la materia se dio cuenta que
pueden utilizarse carburadores alternativos, y donde la capacidad de
los cilindros es diferente a la descrita aquí, pueden requerirse
otros carburadores adecuados. El aire es aspirado dentro de los
carburadores 70 a través de los filtros de aire 71. Una controlador
de válvula de estrangulación 72 está conectado a cables de
estrangulación que controlan el combustible dentro de los
carburadores 70 y es capaz por lo tanto de controlar cantidades de
combustible aspiradas en cada cilindro. El controlador de válvula de
estrangulación, controla todos los cuatro carburadores del motor de
la figura 1 de manera simultánea. El funcionamiento simultáneo es
deseable para asegurar que las fuerzas de expansión del combustible
quemado en cada cilindro sean substancialmente similares.
En la forma más preferida un motor de arranque 73
cuya parte se muestra en las figuras 34 se acciona por medio del
accionamiento de cinta al arrancar, la polea del alternador 74. Esto
a su vez durante el arranque acciona una polea del alternador que
conecta por medio de accionamiento de cinta sobre una polea del
árbol 1. Una vez que el motor está funcionando, se requiere una
forma adecuada de embrague o desacoplamiento del motor de arranque
fuera el árbol. Tal dispositivo puede incluir un embrague de pasador
dentro del motor de arranque. Un técnico en la materia se dio cuenta
existen muchas formas alternativas de conseguir el arranque. Aunque
aquí se describe en la forma más preferida, un motor de arranque
conecta indirectamente al árbol 1 por el uso de cintas, son útiles
muchas otras formas de medios de accionamiento directo e indirecto.
Como un ejemplo, un motor de arranque separado puede accionar
directamente el árbol 1 para arrancar el motor. Alternativamente, el
motor puede arrancarse por medio de neumáticos, aire comprimido a la
fuerza u otro fluido dentro de los cilindros para iniciar el
movimiento del mismo. Este método de arranque de un motor se utiliza
comúnmente en motores para barcos y camiones grandes.
Alternativamente, la rotación del motor en arranque puede
conseguirse aplicando una fuerza a los medios que proporcionan la
cabeza del cilindro 5 por medio de accionamiento de fricción o
acoplamiento de accionamiento directo.
El motor incluirá adicionalmente como parte de
sus circuitos eléctricos una bobina 75 y módulo de encendido
electrónico 76, y alternador 78 como se muestra en la figura 34. El
salto de la chispa de las bujías de encendido en el motor de la
forma preferida de la invención es disparado por sensores de efecto
Hall montados fuera del árbol 1. Un disco que tiene imanes está
montado al árbol que gira más allá de los sensores de efecto Hall,
que detectan la rotación relativa de los disparadores allí más allá,
iniciando el salto de chispa de cada una de las bujías de encendido
en los tiempos apropiados. Se conocen muchas formas alternativas de
inducir tal salto de chispa de la bujía de encendido, incluyendo los
puntos comúnmente utilizados y mecanismos de rechazo. La disposición
de estas partes es bien conocida en la industria del automóvil, y
puede incluir alternativas equivalentes. La tubería de escape está
conectada más preferentemente a los orificios de escape para la
conducción fuera de gases de escape perjudiciales.
Como una alternativa a la administración de
combustible dentro de los cilindros, el motor puede utilizar turbos
de gas de escape o turbos de accionamiento directo o
sobrecargadores, cuyo funcionamiento es bien conocido.
Como una alternativa adicional, en lugar de la
mezcla de aire y combustible en un carburador, el motor puede
utilizar inyectores de combustibles para el encendido de combustible
dentro del cilindro en los ángulos de rotación apropiados de los
medios que proporcionan la cabeza del cilindro y la posición del
pistón. De nuevo tales métodos de la invención son conocidos
comúnmente en la industria del motor y no necesitan explicación
adicional.
Como una forma de realización alternativa al
motor descrito en la figura 1, la figura 38 ilustra una sección
transversal a través de un motor en el que no existe rotación
relativa entre los medios que proporcionan la cabeza del cilindro
5'' y los medios de orificio 13''. En esta configuración del motor
el árbol 1'' es engranado en cada extremo a un engranaje anular 19''
por engranajes planetarios 10'' que son capaces de girar alrededor
del eje del árbol 1^{A-} y son capaces de girar alrededor de sus
propios ejes. La rotación de los engranajes planetarios 10'' es
acoplada con una leva 80''. Tal acoplamiento puede conseguirse
montando el eje de los engranajes planetarios 10'' desde la leva
80''. La leva 80'' acciona barras de empuje 81'' que a su vez se
conectan a brazos oscilantes 82'' que a su vez accionan válvulas de
entrada 83'' y válvulas de salida 87'' para la entrada de
combustible y aire dentro del cilindro 12'' y para el escape de
gases de escape desde el mismo.
El motor de la figura 38 tiene dos parejas de
pistones opuestos a 180º entre sí desde el perímetro de los medios
de control del pistón 3''. El motor ilustrado de nuevo puede incluir
cualquier número de pistones y cilindros y puede ser de
accionamiento doble o accionamiento individual.
La figura 38 ilustra solamente una válvula por
cilindro, sin embargo, fuera del plano de la sección transversal, al
menos una válvula por cilindro está presente de manera que cada
cilindro tiene al menos una para entrada de aire/combustible y al
menos una para salida de gases de escape. El engranaje entre los
medios de orificio 13'' y el árbol 1', y la configuración de la leva
80' es tal para proporcionar funcionamiento de válvula desde la leva
80'' para abrir los orificios y cerrar los orificios a los cilindros
en los tiempos apropiados. De nuevo este motor puede ser accionado
como un motor de encendido por compresión, y pueden estar presentes
también inyectores en los medios que proporcionan la cabeza del
cilindro, y de nuevo este motor puede utilizar turbos de gas de
escape o turbos de accionamiento directos. Para la retención de
aceite de lubricación a las partes internas del motor de la figura
38, se ha provisto una carcasa de árbol del cigüeñal 89' que rodea
los pistones, árbol del cigüeñal, medios de control del pistón y
otros componentes asociados. Esta carcasa proporciona también
rigidez adicional a la forma de realización del motor.
Las válvulas 87''/83'' son desviadas hacia el
cierre de los orificios a cada uno de los cilindros por el uso de
muelles de válvulas. La apertura se consigue por los brazos
oscilantes de las barras de empuje y seguidores de leva. Un técnico
en la materia será capaz de determinar una configuración apropiada
de la leva 80', para accionar las válvulas a intervalos apropiados
del movimiento alternativo del pistón. De nuevo, a medida que el
árbol del cigüeñal y los orificios son divididos entre sí por el uso
del engranaje anular 19, los engranajes planetarios 10'' y el
engranaje de árbol, requieren que se utilice una relación adecuada
de engranaje, esto dependerá por supuesto de la configuración del
árbol de leva.
Se requerirán otros componentes no ilustrados en
la figura 38, para accionar el motor. Tales componentes incluyen el
carburador, las bujías de encendido para motores de encendido por
chispa y circuitos eléctricos asociados.
La figura 39 es una vista en sección transversal
a través de un motor similar al motor mostrado en la figura 1, donde
existen dos parejas de pistones opuestos. La diferencia substancial
entre la configuración del motor de la figura 39 y el motor de la
figura 1 es la construcción del árbol del cigüeñal 2'' y el árbol
1''. El árbol 1''' es discontinuo y se localiza allí entre el árbol
del cigüeñal 2''. Llevando desde el árbol del cigüeñal 2'' está el
medio de control del pistón 3'''. Una masa de equilibrio 14''' está
asociada con cada porción del árbol 1'''. De nuevo la masa de
equilibrio, 14''' está asociada con cada porción del árbol 1'''. De
nuevo, las masas de equilibrio 14''' equilibran las masas giratorias
y masas alternativas en el motor.
Los medios de orificio 13''' del motor de la
figura 39 no están localizados en los miembros extremos como en la
figura 1. Sin embargo, un técnico en la materia se dio cuenta que
esta es justo una configuración alternativa de presentar tales
partes.
El engranaje entre el árbol 1''' y los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5''' es substancialmente similar
a lo descrito para el motor de la figura 1 aunque se duplica en el
extremo opuesto del árbol.
Otra forma preferida de la presente invención
consta de un motor de una forma de realización diferente a la forma
de realización del motor de la figura 1. En la figura 40 se ilustra
una vista en perspectiva en sección parcial de una forma de
realización de este tipo. Con referencia a la figura 41 en conjunto
con la vista en sección del motor como se muestra en la figura 40,
el motor consta de árboles '1 que llevan entre ellos un árbol del
cigüeñal '2. El árbol del cigüeñal '2 es llevado por los miembros
que llevan el árbol del cigüeñal '14 asegurado a cada árbol '1. De
nuevo esta forma de motor en funcionamiento tiene el árbol del
cigüeñal '2 que traza un cono como en la figura 6 o la figura 5. El
árbol del cigüeñal '2 es llevado por los miembros que llevan el
árbol del cigüeñal '14 en una inclinación con respecto al eje
'1^{A} del árbol '1. El eje del árbol del cigüeñal '2^{A} corta
el eje '1^{A} en el punto 'X substancialmente a la mitad entre los
miembros de transporte 14. El árbol del cigüeñal '2 lleva un medio
de control del pistón '21 más preferentemente utilizando cojinetes
'29. Los cojinetes permiten que los medios de control del pistón '21
giren alrededor del eje del árbol del cigüeñal '2^{A}.
En el perímetro de los medios de control del
pistón son llevados tres pistones '20. La figura 42 es una vista
plana de los pistones '20 y los medios de control del pistón '21.
Los pistones son segmentos de un disco. Cuando el motor es montado,
entre cada pistón '20 se localiza un bloque de cuña '22. Los bloques
de cuña '22 están mantenidos entre los pistones '20 por la carcasa
exterior '27 y son acuñados entre los bordes radiales de cada
pistón. Los cilindros '12 están definidos por las superficies
superior e inferior del pistón '20, la superficie interior de la
carcasa exterior '27 las superficies radiales de los bloques de cuña
'22 localizadas en cada lado del pistón '20, los medios de orificio
'13 y por el medio de control del pistón '21. El medio de control
del pistón '21 es substancialmente esférico en configuración, al
menos en regiones que forman parte del cilindro '12 y tiene su
centroide en el punto X. La forma del medio de control del pistón
asegura que durante el funcionamiento del motor, la superficie que
define parte de cada cilindro no se traslada con respecto al
centroide sino que solamente gira con respecto al mismo. Esto es
deseable para asegurar que se mantiene el sellado entre los medios
de control del pistón '21 y los medios de orificio. Las juntas '25
previstas en los medios de orificio '13 unen el cilindro entre los
medios de control del pistón '21 y los medios de orificio '13. Las
juntas están previstas también en la circunferencia de cada uno de
los pistones '20 para proporcionar una junta entre la circunferencia
de cada pistón '20 y la superficie interior de la carcasa exterior
'27. Las juntas '26 están previstas también entre los bordes
radiales de cada pistón '20 y la superficie radial de los bloques de
cuña '22, tales juntas previenen que los fluidos pasen fuera de cada
cilindro.
Los cilindros están localizados en ambos lados de
cada pistón '20. El movimiento de cada pistón debido a la expansión
de combustible en el cilindro provoca que oscilen los pistones. Tal
movimiento induce un movimiento giratorio del árbol del cigüeñal '2
alrededor de los árboles '1 e induce un movimiento giratorio de los
árboles. Los pistones '20 y los medios de control de los pistones
'21 están acoplados a los medios de orificio '13 por un medio de
acoplamiento '23. Más preferentemente el medio de acoplamiento '23
es un engranaje cónico. Un engranaje cónico localizado en los medios
de control del pistón engrana con un engranaje cónico de un diámetro
grande localizado en los medios de orificio '13. Debido a
acoplamiento de este tipo, se produce un movimiento giratorio del
medio de control del pistón 21, el pistón '20 y los bloques de cuña
'22 con respecto a los medios de orificio '13.
El motor de las figuras 40 y 41 es otra forma de
realización preferida de la presente invención donde dos cámaras de
cilindro están situadas en cada lado de los pistones oscilantes '20.
Sin embargo, un técnico en la materia se dio cuenta que este motor
puede utilizar también un cilindro de lado individual definido en
parte por un lado de los pistones '20.
En la figura 43 se ilustra una secuencia que
muestra las rotaciones de los cilindros con respecto a los orificios
de entrada y salida localizados en los medios de orificio '13 del
motor de la figura 40. La secuencia ilustra las etapas de
funcionamiento o bien para un motor de pistón de triple acción o de
seis acciones dobles.
Siguiendo el cilindro '12 y el pistón ''20
alrededor, en el punto muerto superior tanto el orificio de entrada
''15 como el orificio de salida ''8 proporcionan un paso para
fluidos. En el punto muerto superior, los fluidos de escape son
expulsados virtualmente todos desde el cilindro ''12, y la mezcla de
combustible de entrada está para entrar. A medida que el cilindro
''12 y el pistón ''20 giran desde el punto muerto superior al fondo
del punto muerto inferior, el orificio de entrada ''15 proporciona
una entrada para la mezcla de combustible. Substancialmente en el
punto muerto inferior, el cilindro ''12 se desplaza sobre los medios
de orificio ''13 de manera que no están alineados los orificios con
el cilindro ''12. El orificio de entrada ''15 es cerrado por la
rotación del bloque de cuña ''22 sobre el mismo. Desde el punto
muerto inferior hasta el punto muerto superior, el pistón ''20
comprime la mezcla de combustible dentro del cilindro ''12. Después
de esto, a medida que la mezcla de combustible se quema durante el
tiempo de potencia el pistón se desplaza de nuevo al punto muerto
inferior. En el punto muerto substancialmente inferior y durante el
desplazamiento del Pistón ''20 hasta el punto muerto superior, un
segundo orificio de escape proporciona una abertura para fluidos de
escape que deben expulsarse desde el cilindro ''12. A medida que el
pistón alcanza el punto muerto superior de nuevo un segundo orificio
de entrada ''15 se expone a la cámara del cilindro y la mezcla de
combustible se suministra a través de la entrada dentro de la cámara
de cilindro para la siguiente secuencia.
Esta forma de motor puede funcionar fácilmente en
modos diferentes tales como inyección de combustible y encendido por
compresión que tienen secuencias apropiadas como se requiera. Se
desea accionar este motor utilizando un combustible diesel,
inyectores de combustible pueden insertarse y bujías incandescentes
pueden sustituir las bujías de encendido.
El motor de la figura 1 y las disposiciones
alternativas ilustradas en las figuras 38 y 39 en 40 pueden
adaptarse para funcionar como un motor de encendido por compresión.
En el funcionamiento del motor, de la presente invención como un
motor de encendido por compresión, que utiliza por ejemplo diesel
como combustible, las bujías de encendido 57 mostradas en las
figuras 1, 39 y 40, no necesitan estar presentes ya en la forma de
realización. El encendido de mezcla combustible/aire en un motor de
encendido por compresión se consigue por compresión de la mezcla de
combustible/aire hasta una presión y temperatura donde se enciende
automáticamente la mezcla. El motor de la presente invención puede
adaptarse para ser desplazado como un motor de tipo diesel cambiando
las relaciones de compresión a 16:-23:1. Esto se consigue teniendo
un ángulo de cigüeñal más grande o reduciendo el volumen de la
cámara de combustión. La relación de compresión en cada uno de los
cilindros 1 es proporcional al ángulo de cigüeñal. En el motor de la
figura 1, donde está funcionando como un motor de encendido por
chispa, el ángulo de cigüeñal es 10º.
Adicionalmente, los inyectores de combustible
deben localizarse en los medios de orificio 15 para inyección de
combustible dentro del cilindro cuando cada pistón es un punto
muerto superior o ligeramente anterior. La inyección de combustible
en un motor de encendido por compresión está bien documento y no es
necesario que se describa adicionalmente. Motores diesel más
modernos incluyen bujías incandescentes que son utilizadas para el
arranque. El calor que es liberado ayuda a iniciar el proceso de
combustión cuando el motor está frío. Se considera que más
preferentemente las bujías incandescentes están localizadas en los
medios de orificio 13, sin embargo se indica que en los motores de
las figuras 1, 39 y 40, estas bujías incandescentes pueden
presentarse no necesariamente a los cilindros en el arranque. Hasta
esta extensión será deseable para la rotación de los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5 que sea ajustable antes del
arranque para presentar las aberturas a cada uno de los cilindros
hasta una bujía incandescente montada en los medios de orificio 13.
Alternativamente, las bujías incandescentes pueden estar presentes
en los medios que proporcionan la cabeza del cilindro 5.
Aunque se describe aquí, los motores de la
presente invención tienen un cilindro que define la cámara de
combustión del combustible, los medios de orificio pueden incluir
adicionalmente un sistema de pre-cámara que se
comunica con la cámara de combustión principal a través de agujeros
o aberturas o similares. Tales cámaras se utilizan normalmente en
motores en los que se inyecta combustible. Los sistemas de
pre-cámara que utiliza el motor están caracterizados
por una muy buena utilización del aire y son adecuados también para
motores de alta velocidad. La combustión del combustible dentro de
los cilindros es bien documentada, y se conocen muchas formas de
cabezas de pistón, ángulos de inyección y características. Estas
pueden utilizarse para el motor de la presente invención.
Aunque los descritos hasta aquí son motores de la
presente invención que funcionan en un ciclo de cuatro tiempos,
todos estos pueden adaptarse para funcionar en un ciclo de dos
tiempos. La figura 45 es una vista en sección de substancialmente el
motor de la figura 1, con ligeros cambios para permitir que funcione
en un ciclo de dos tiempos. La diferencia substancial en la forma de
realización del motor de la figura 45 cuando se compara al motor de
la figura 41 son los medios de orificio 13^{T} y los cilindros
12^{T}. Los pistones del motor de dos tiempos de la figura 45
tienen el doble de potencia durante una revolución sencilla de los
medios que proporcionan la cabeza del cilindro como los pistones del
motor de la figura 1. Hasta esta extensión el doble de orificios de
entrada 15^{T} están previstos en los medios de orificio 13^{T}
de un motor de geometría similar a aquella de la figura 1. En la
forma preferida del motor de dos tiempos, los gases de escape son
expulsados desde el cilindro 12^{T} a través de los orificios de
escape 8^{T} (teniendo cada cilindro al menos uno) localizado en
el perímetro del cilindro 12T. Tales orificios de escape se abren al
cilindro 12 ligeramente antes de que el pistón alcance el punto
muerto inferior. Simultáneamente, una carga nueva de mezcla de
aire/combustible entra dentro el cilindro 12T a través del orificio
de entrada 15T en los medios de orificio 13T. A medida que el pistón
60 retorna al punto muerto superior, los orificios de escape 8 están
sellados por el pistón y el orificio de entrada 15^{T} se sella
por rotación del medio que proporciona la cabeza del cilindro para
permitir la mezcla de combustible en el cilindro que debe
comprimirse y encenderse cuando está en o ligeramente por encima del
punto muerto superior. La figura 45 ilustra un motor de dos tiempos
en el que el encendido es iniciado por bujías de encendido 57^{T}.
Sin embargo, como se describe aquí anteriormente, tal encendido
puede conseguirse por compresión de la mezcla de
aire/combustible.
Puesto que el proceso de dos tiempos carece de
tiempos de entrada y salida separados, el cilindro debe llenarse y
variarse simultáneamente.
Los orificios de escape 8T alrededor del
perímetro del cilindro 12T se conectan a una salida de escape
individual de cada cilindro. Los gases quemados pueden expulsarse
tanto a través de cada salida de escape dentro del medio
circundante, o alternativamente un medio que proporciona orificio de
escape puede localizarse alrededor de las salidas de escape con
centroide en el eje de árbol, para proporciona en ciertos intervalos
de rotación de las aberturas del medio que proporciona la cabeza del
cilindro para la salida de escape de cada cilindro para los gases de
escape que deben barrer los gases fuera del cilindro 12^{T}.
Preferentemente, un medio que proporciona orificio de escape
circunferencial conecta los orificios dentro de una salida de escape
individual hasta allí dispone de los gases de escape perjudiciales.
Un medio que proporciona orificio de escape de este tipo es análogo
en funcionamiento giratorio relativo a los medios de orificio
13^{T}. La figura 44 ilustra una disposición alternativa de escape
de los gases desde el cilindro del motor de dos tiempos de la figura
45. Los orificios de escape 8^{T} están localizados en los medios
que proporcionan la cabeza 13^{T} en intervalos tales que cuando
el pistón está en el punto muerto inferior, los orificios 8^{T}
permiten la conducción fuera de gases de escape desde cada cilindro.
Aunque lo ilustrado en la figura 44 son orificios de escape 8^{T}
localizados en un diámetro de círculo de paso más grande con
respecto a los orificios de entrada 15^{T}, los orificios de
escape 8^{T} pueden ser alternativamente en un diámetro de círculo
de paso más pequeño con respecto a los orificios de entrada
15^{T}.
El motor de ciclo de cuatro tiempos puede
funcionar como un motor de encendido por compresión, y puede incluir
formas alternativas de administración de combustible a los
cilindros. De nuevo el árbol 1^{T} es graduado a los medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 5T y los medios de orificio
13^{T}. El método de arranque del motor de dos tiempos de la
presente invención puede ser similar al que se ha descrito para los
motores de cuatro tiempos, o cualquier otro método conocido
comúnmente por un técnico en la materia. El método de refrigeración
de un motor de dos tiempos es como se describe aquí
substancialmente.
Para un motor de dos tiempos, las porciones
orbitales apropiadas son tales que:
(a) la combustión de la mezcla de combustible es
capaz de expandir dentro del cilindro 12^{T} que fuerza el pistón
6^{T} hacia abajo durante el tiempo de potencia,
(b) los fluidos de escape son expulsados, y la
mezcla de combustible es desplazada dentro de la cámara de cilindro
cuando el pistón está substancialmente en el punto muerto inferior,
y
(c) la mezcla de combustible es capaz de
comprimirse durante el tiempo ascendente o por compresión del pistón
6^{T}.
La presente invención puede funcionar también
como una máquina de compresión/desplazamiento de fluido tal como una
bomba o un motor accionado por fluido. Cuando funciona como una
bomba o compresor se suministra una entrada de potencia se
suministra desde por ejemplo un motor eléctrico al árbol. La
rotación del árbol induce una rotación del árbol del cigüeñal, y
provoca oscilación de los medios de control de pistones y pistones
en el cilindro. La rotación de los medios que proporcionan la cabeza
del cilindro sobre el eje del árbol se induce a partir de la
rotación del árbol por el engranaje. Tal rotación provoca una
rotación relativa entre los medios que proporcionan la cabeza del
cilindro y los medios de orificio de manera que los orificios se
alinean y desalinean con los cilindros en intervalos apropiados.
Esto da lugar a inducción de fluido y compresión/administración
posterior. (Lo opuesto cuando es accionado como un motor).
La figura 46 es una vista en sección a través del
motor de la figura 1, donde se ha incluido detalle del sistema de
lubricación y de refrigeración del motor. Un aceite de lubricación
adecuado que es capaz también de quitar calor de las partes del
motor, circulado por un mecanismo de bombeo 96 que se acciona desde
el árbol 1. El aceite circula desde el mecanismo de bombeo 96 a
través de un conducto en el árbol 1 a los cojinetes de medios que
proporcionan la cabeza del cilindro 52. Desde los cojinetes 52 a
través de un orificio en los medios que proporcionan la cabeza del
cilindro, el aceite es administrado a una camisa que rodea cada uno
de los cilindros. El aceite circular a través de la camisa y fuera a
través de un conducto dentro de la carcasa del árbol del cigüeñal 98
y dentro del cárter en la parte inferior de la carcasa. El aceite es
dirigido también a través del conducto de árbol dentro de los medios
de control del pistón y fuera a través de los brazos de medios de
control del pistón sobre las superficies traseras de cada uno de los
cilindros. Este aceite es capaz también de drenar dentro del cárter.
El aceite en el cárter es recirculado de nuevo al mecanismo de
bombeo 96 a través de un conducto.
Existen muchas formas de lubricar el motor de la
presente invención. Se cree que una circulación de volumen bajo de
presión alta de aceite será deseable para la lubricación de los
cojinetes, y una circulación de volumen alto de baja presión para
refrigeración del motor. El calor puede retirarse del motor hasta un
cuerpo externo (por ejemplo, aire) a través del miembro extremo 54.
La transferencia de calor dentro del motor se consigue por una
combinación de conducción directa (por ejemplo a través de medios de
orificio 13) y por un intercambiador de calor dentro de los miembros
extremos 54, sacando el calor desde el aceite de lubricación. Este
calor puede ser tanto directamente (asistido por los relieves 69
mostrados en la figura 31) o a través de un medio de refrigeración
(por ejemplo fluido de radiador) a un intercambiador de
calentamiento del aire/fluido externo (radiador) hasta el aire
circundante, o por cualquier combinación de lo anterior.
Claims (12)
1. Un motor de combustión interna de ciclo de dos
a cuatro tiempos que comprende:
medios de orificio (13) que proporcionan una
serie de orificios de entrada y de salida fijados con respecto a
dichos medios de orificios, conectados cada uno, Respectivamente,
(i) a una entrada de aire o fuente de mezcla de aire y combustible y
(ii) a un sistema de escape,
un árbol (1) giratorio con respecto a dichos
medios de orificio, llevando dicho árbol (1) un árbol del cigüeñal
(2) que tiene un eje de cigüeñal oblicuo al eje del cigüeñal,
al menos una cámara de combustión (12) giratoria
alrededor del eje del árbol, estando graduada cada cámara de
combustión (12) a alguna proporción más baja de rotación a la
velocidad de rotación de dicho árbol (1) y donde dicha cámara de
combustión (12) incluye al menos un orificio capaz durante el
funcionamiento de ser llevado hasta la extensión requerida dentro y
fuera de una comunicación operativa con cada una de dichas series de
orificios de entrada y salida, y
un pistón (6) para dicha cámara de
combustión,
un medio de control de pistón (3) unido desde
dicho árbol de cigüeñal (2) y que controla el movimiento que mueve
el pistón dentro de cada cámara de combustión (12) a medida que el
árbol (1) gira con respecto a dicha cámara de combustión (12) y
dicho árbol (1) y dicha cámara de combustión (12) giran con respecto
a dichos medios de orificio,
produciéndose dicha comunicación operativa de
dicho al menos un orificio de cada cámara de combustión (12) con
cada una de dichas series de orificios de entrada y salida durante
los tiempos apropiados de cada pistón (6) en dicha cámara de
combustión (12) para el ciclo de cuatro a dos tiempos de dicho
motor,
caracterizado porque:
a) una junta de anillo (100) se asocia con al
menos una cámara de combustión (12) y giratoria con ella alrededor
de dicho eje de árbol, interpuesto entre dichas cámaras de
combustión (12) y dichos medios de orificio (13) y que tienen, para
cada dicho orificio de cámara de combustión (12), una abertura
localizada para corresponder con el orifico de cámara de combustión,
y
b) dicho al menos un orificio de cada cámara de
combustión (12) está provisto alrededor del mismo con una junta
anular (101) localizada dentro de una muesca anular alrededor de al
menos un orificio de cada cámara de combustión, y por debajo de la
junta de anillo (100), la forma de la junta anular (101) y la muesca
anular son tales que está presente una holgura (103) dentro de la
muesca y la presión de fluido de combustión dirigida desde la cámara
de combustión (12) hasta dentro la holgura (103) desplazará la junta
anular (101) con una desviación hacia los medios de orificio (13)
para presionar, por lo tanto, la junta de anillo (100) contra los
medios de orificio (13).
2. Un motor de combustión interna de acuerdo con
la reivindicación 1, donde dicha holgura (103) es una cavidad entre
la base de dicha muesca anular y dicha junta anular (101).
3. Un motor de combustión interna de acuerdo con
la reivindicación 1, donde un alojamiento de cámara de combustión
define, como un conjunto, al menos tres de dichas cámaras de
combustión (12), girando dicho alojamiento de cámara de combustión
como un conjunto alrededor del eje de árbol, siendo móvil de forma
alternativa cada uno de dichos pistones (6) de cada una de dichas
cámaras de combustión (12) dentro de cada una de dichas cámaras de
combustión (12) y también giratorios con los mismos alrededor de
dicho eje de árbol.
4. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1,
donde dicha cámara de combustión (12) es un cilindro en el que dicho
pistón (6) es móvil entre los límites de punto muerto superior y
punto muerto inferior definidos por el ángulo entre el eje de
cigüeñal y el eje de árbol.
5. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1,
donde un miembro de conexión (4) está previsto entre cada uno de
dichos pistones (6) y dichos medios de control de pistón (3) para
controlar el movimiento alternativo de cada pistón respectivo (6)
entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior dentro de
su cilindro.
6. Un motor de acuerdo con la reivindicación 2,
donde dichos medios de orificio (13) presentan dichas series de
entrada y orificios de salida en intervalos apropiados y secuencias
en un diámetro de círculo de paso de una superficie substancialmente
plana de dichos medios de orificio (13), de manera que al menos un
orificio de cada una de dichas cámaras de combustión (12), está en
comunicación operativa, sobre un intervalo predeterminado de
rotación, con dichos orificios de entrada y de salida a medida que
dicho alojamiento de cámara de combustión gira con respecto a dichos
medios de orificio (13).
\newpage
7. Un motor de acuerdo con la reivindicación 6,
donde al menos un orificio de dicha cámara de combustión (12) gira
de forma estanca sobre dicha superficie substancialmente plana y a
intervalos proporciona comunicación de gas con
(i)dicho orificio de entrada durante el
tiempo de inducción de dicho pistón (6) para entrada de aire o
mezcla de aire y combustible dentro de dicha cámara de combustión
(12), y
(ii) dicho orificio de escape durante el tiempo
de escape de dicho pistón (6) para desplazamiento de gas de escape
desde dicha cámara de combustión (12),
donde el acoplamiento estanco de al menos un
orificio de dicha cámara de combustión (12) está previsto entre
dichos orificios de entrada y salida para dichos tiempos de
compresión y potencia de un ciclo de cuatro tiempos.
8. Un motor de acuerdo con la reivindicación 6,
donde dicha cámara de combustión (12) tiene dos orificios giratorios
de forma estanca sobre dicha superficie substancialmente plana
durante los tiempos de compresión y potencia y a intervalos
proporcionan comunicación de gas con dicho orificio de entrada y
dicho orificio de salida durante el tiempo de inducción/barrido de
gases de un ciclo de dos tiempos para la entrada de aire o mezcla de
aire y combustible y el desplazamiento de escape desde dicha cámara
de combustión (12).
9. Un motor de acuerdo con la reivindicación 5,
donde cada miembro de conexión (4) se extiende desde un punto en el
perímetro de dichos medios de control de pistón (3) a su pistón
asociado (6), teniendo cada uno de dichos miembros de conexión (4)
grados suficientes de libertad con respecto a dichos medios de
control de pistón (3) para permitir movimiento substancialmente
lineal de cada dicho pistón (6) dentro de dicha cámara de combustión
(12) entre su punto muerto superior y punto muerto inferior.
10. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1,
donde dos grados de libertad para un pistón (6) están previstos en
el acoplamiento del miembro de conexión asociado (4) con dichos
medios de control de pistón (3), siendo un primer grado de libertad
para proporcionar translación radial de dicho miembro de conexión
(4) desde dicho eje de cigüeñal y un segundo grado de libertad para
proporcionar rotación relativa entre dichos medios de control de
pistón (3) y dicho miembro de conexión asociado (4) y
están previstos tres grados de libertad para el
pistón restante (6), dichos primero y segundo grados y un tercer
grado en una dirección tangencialmente al plano giratorio definido
por dichos medios de control de pistón (3).
11. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1,
donde dicho alojamiento de cámara de combustión es graduado por un
medio de graduación a dicho árbol de salida de manera que la
rotación de dicho árbol de salida es proporcional, en la dirección
opuesta, a la rotación de dicho alojamiento de cámara de combustión
o viceversa alrededor de dicho eje de árbol.
12. Un motor de acuerdo con la reivindicación 5,
donde están previstos dos conjuntos de cámaras de combustión, cada
uno para presentar parejas de pistones substancialmente opuestos (6)
y cada dos son giratorios alrededor del eje y cada uno está
localizado adyacente a uno correspondiente de dichos medios de
orificio (13) que proporcionan dichas series de orificios de entrada
y salida, un miembro de conexión (4) para cada pareja de pistones
opuestos (6) y acoplado entremedias de sus extremos distantes con
dichos medios de control de pistón (13).
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