ES2249401T3 - Motor axial de piston de combustion interna. - Google Patents
Motor axial de piston de combustion interna.Info
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Abstract
Motor axial de pistón de combustión interna (11) con válvulas de admisión y de escape y émbolos (10) los cuales están fijados cada vez en un extremo de una biela deslizante (5), la cual dispone de la forma para la recepción de los cuerpos rodantes, los cuales se mueven en órbitas configuradas a lo largo de una curva ondulada sinfín (33). Las órbitas las cuales están configuradas circularmente en un volante de trayectoria (3) el cual está apoyado coaxialmente en un eje de rotación (pivote), en donde sobre el eje aparte del volante de trayectoria (3) están colocados un volante exterior (1) y un volante regulador (2), el cual a través del deslizamiento del volante de trayectoria (3) conmuta la relación de compresión, al igual que un volante excéntrico (3), el cual activa las válvulas de admisión y de escape de todos los cilindros (11), en donde los cuerpos rodantes están figurados como esferas-bolas (54) o o cilindros esféricos, y las órbitas en su sección transversal están configuradas como canales arqueados (34) en los cuales las esferas (54) o cilindros esféricos se asientan en la dirección de movimiento de la biela (5).
Description
Motor axial de pistón de combustión interna.
La invención pertenece a la categoría: Motor
axial de pistón de combustión interna, el cual puede ser utilizado
para la transmisión de movimientos de todos los tipos de
automóviles, barcos, aviones, máquinas de construcción, máquinas
agrícolas, fábricas de construcción de máquinas, generadores,
bombas, compresores y, en general, en donde se necesite una
transmisión de movimiento.
En todos los motores de pistones de combustión
interna, el movimiento rectilíneo de los pistones se convierte a
través del eje cigüeñal en un movimiento rotatorio uniforme.
En todos los motores de cuatro tiempos se realiza
el trabajo de expansión durante cada segunda rotación del eje
cigüeñal.
Por este motivo gira simultáneamente hacia el eje
cigüeñal, el árbol de levas el cual activa las válvulas de admisión
y de escape. La combustión requerida se logra con el aumento del
número de cilindros.
El tamaño característico en todos estos motores
es el momento de rotación producido en determinada combustión y
revoluciones durante el funcionamiento. La correlación de los
tamaños antes mencionados se representa con la siguiente
ecuación:
N = M .
\omega
en donde N es la combustión, M el
momento de rotación, \omega = 2\pi-n la
velocidad angular y las revoluciones del
motor.
La velocidad de los pistones hacia arriba es
diferente a la velocidad de los pistones hacia abajo en todos los
motores con ejes cigüeñales. La relación matemática de estas
velocidades es la siguiente:
V1 = \omega r
(sin \varphi + r sin
2\varphi/2s)
V2 = W r (sin
\varphi + r sin
2\varphi/2s)
en donde \omega es la velocidad
angular, r es el radio del cigüeñal, f el ángulo momentáneo del eje
cigüeñal y s la longitud de la
biela.
Es evidente que dado un movimiento rotatorio
uniforme del eje (\omega = estable) las fuerzas (potencias)
creadas nunca se ecualizan (igualan) dinámicamente, por causa de
las masas movibles aquí y allá. Esto tiene como resultado la
limitación de la velocidad de los pistones dentro de límites
determinados de seguridad, dependiendo del fabricante del motor. El
cumplimiento de estos límites limita naturalmente el rendimiento
del momento de rotación del motor.
Las desventajas antes citadas de los motores
clásicos con árbol de levas y cigüeñal, se evitan con un motor
axial de pistones de combustión interna, en el cual no se necesitan
los árboles de levas ni los cigüeñales, y los cuales son
sustituidos por uno solo eje recto.
La conversión del movimiento retrógrado de los
pistones se realiza con un movimiento rotatorio uniforme por medio
de las órbitas 33 de un volante de trayectoria (de recorrido), el
funcionamiento del cual se basa en las propiedades del plano
inclinado.
El funcionamiento de las válvulas se controla por
un volante excéntrico.
Estos dos volantes al igual que un volante 1
exterior principal, están colocados en un eje rectilíneo.
Las órbitas 33 del volante de trayectoria
(recorrido) 3 son normales y simétricas en relación con un sistema
rectangular de coordenados, en donde la vertical Z coincide con el
árbol y el punto cero de los coordenados se encuentra en la mitad
de la carrera del émbolo (pistón).
Así, resulta simetría en cuanto a la dirección
del movimiento de los pistones, como también en cuanto al curso del
movimiento rotatorio del eje.
El movimiento (velocidad, aceleración) hacia
arriba y hacia abajo de las bielas móviles es siempre el mismo y el
correspondiente. Esto significa que en cualquier momento tiene
lugar una compensación (descentramiento) dinámica de las fuerzas
creadas de la masa.
Asimismo, tiene lugar simultáneamente una
compensación estática. Esto se debe a que el movimiento de los
pistones, en contrariedad con el motor clásico, no es afectado por
la longitud de la biela, puesto que se mueven en dirección recta y
siempre paralelamente hacia el árbol.
El funcionamiento de expansión depende
exclusivamente de la geometría del volante de trayectoria (de
recorrido).
Si el volante de trayectoria tiene 4 vértices a
lo largo de la periferia, entonces se completan los 4 tiempos del
motor durante una rotación del eje de transmisión de movimiento, en
contrariedad con los motores clásicos, en los cuales los cuatro
tiempos se realizan en 2 rotaciones del cigüeñal.
Por consiguiente, con el mismo número de
revoluciones el motor nuevo logra con el mismo número de
revoluciones exactamente el trabajo doble ante el respectivo motor
clásico.
De la ecuación (1) se puede deducir que el
momento de rotación es doble al del motor clásico.
Esto significa que en combustión dada del motor
nuevo, se induce el análogo momento de rotación con la mitad del
número de revoluciones en comparación con el motor clásico.
Si el volante excéntrico tiene 8 ápices a lo
largo de la periferia, entonces se han completado los cuatro
tiempos después de media revolución del eje.
Por consiguiente, con el mismo número de
revoluciones, el motor nuevo realiza el trabajo cuádruple en
comparación con el respectivo motor clásico. Esto significa que con
una combustión dada, el motor nuevo logra el respectivo momento de
rotación en un cuarto del número de revoluciones en comparación con
el motor clásico.
Según el desarrollo matemático del momento de
rotación del motor nuevo, se incluye aparte de la carrera del
émbolo (pistón) también el radio del volante de trayectoria. Este
parámetro tiene un efecto positivo en el motor.
Además, la geometría del volante de trayectoria
impone la disposición de los cilindros independientemente del
número de estos, en un polígono uniforme, el centro del cual se
encuentra en el eje giratorio del motor. Los ejes de los cilindros
se disponen paralelamente hacia el vértice del eje.
Esta particularidad permite también una
configuración aerodinámica del motor, ya que tiene como resultado
una forma cilíndrica y alargada al igual que una proyección
uniforme del calor de los accesorios del motor a la corriente de
aire.
El volante excéntrico activa circularmente las
válvulas en orden. Por este motivo se requieren solo una o dos
levas, las cuales activan circularmente, una después de la otra,
las válvulas de admisión y de escape de todos los cilindros.
Excepto las cualidades mencionadas, se da la
posibilidad también de desplazamiento del volante de trayectoria,
con bielas conectadas a voluntad, a lo largo del vertical del
eje.
El desplazamiento es asegurado con un mecanismo
especial del volante regulador. Así la relación de compresión es
afectada de acuerdo con la ecuación
dV = \piR2 .
(dW)
en donde dV es el cambio del
volumen del cilindro 11, R el radio de émbolo (pistón) 10 y dw el
desplazamiento elegido del volante regulado
2.
El motor nuevo permite el uso de más materias
combustible (gasolina, diesel, butano, etc.) sin intervención o
transformación de los accesorios principales, sino únicamente con la
añadidura de mecanismos o accesorios en los sistemas auxiliares
exteriores del motor.
Aparte de esto, existe la posibilidad de
utilizar, a voluntad, una combinación de diferentes materias
combustibles.
Las órbitas 33 del volante de trayectoria 3 se
agotan desigualmente durante un ciclo de trabajo del motor
(admisión, compresión, expansión, escape). A través de la rotación
del volante de trayectoria sobre el eje del árbol, se alterna el
funcionamiento de las órbitas. Esto constituye una gran ventaja ya
que la duración de vida de las órbitas es prorrogada de este
modo.
Las ventajas antes mencionadas no es posible
realizar con un motor clásico con eje cigüeñal.
Motores axiales de pistones de combustión interna
se han presentado, por ejemplo, con los números de patentes US 4
023 542 A y US 4 553 508 A.
En el número US 4 023 542, la órbita se considera
superficie plana o, tal como figura en la sección transversal, una
vara cóncava cuadrada, en donde como medio de rodamiento están
previstas esferas cilíndricas o cilindros. Por consiguiente, esta
disposición ordinaria no ofrece ninguna propiedad de
centralización.
Efectivamente, el número US 4 553 508 A muestra
como órbitas, canales (ranuras) semicirculares previstas, en los
cuales se mueven las/bolas (esferas). No obstante, las bolas se
encuentran transversalmente hacia la dirección de movimiento de la
biela en los canales.
Tras esto, con esta disposición ordinaria, se
presenta una transmisión de la combustión del pistón
transversalmente hacia la dirección de movimiento de las
bielas.
Aparte de esto, es evidente que la combustión del
émbolo (pistón) no es explotada completamente, sino únicamente un
componente vectorial y así se transfiere una parte de la combustión
del émbolo (pistón) para la realización del trabajo. No obstante,
esto conduce a un mal grado de rendimiento del motor.
Adicionalmente, esta disposición conocida tiene
el resultado desventajoso de que el canal no se carga
simétricamente y, por lo tanto, después de un pequeño espacio de
tiempo, el canal semicircular lleva una forma no deseable.
Por causa de que tanto las esferas (bolas)
figuradas, como también las esferas adicionales pequeñas de los
rulemanes, adquieren formas infinitas y no pueden rodar sino
solamente resbalar. Así, se crean grandes presiones en las
superficies distribuidas de rodamiento, algo que conduce a
deterioros adicionales. Finalmente, existe aún una desventaja de la
disposición ordinaria, y es que entre los accesorios giradores y los
móviles paralelamente se crea un vacío, el cual se extiende
principalmente en la dirección de movimiento de las bielas y, por
consiguiente, en dirección de la fuerza del embolo (pistón), de
manera que, a mas tardar después de un espacio de tiempo, las
esferas se comprimirán en forma de una cuña en alguna hendidura,
provocando daños adicionales.
De acuerdo con la invención se propone un motor
axial de pistón de combustión interna con cilindros axiales
ordenados, con válvulas de admisión y de escape y émbolos los
cuales están fijados cada vez en un extremo de una biela
deslizante, la cual dispone la forma para la recepción de los
cuerpos rodantes, los cuales se mueven en órbitas configuradas a lo
largo de una curva ondulada sinfín. Las órbitas, las cuales están
configuradas cíclicamente en un volante de trayectoria (recorrido),
el cual está apoyado coaxialmente en un eje rotatorio (pivote), en
donde sobre el eje, aparte del volante de trayectoria 3, están
colocados un volante externo y un volante regulador, el cual a
través del deslizamiento del volante de trayectoria, conmuta la
relación de compresión, mientras que un volante excéntrico el cual
activa las válvulas de admisión y de escape de todos los cilindros,
en donde los cuerpos rodantes se figuran como esferas (bolas) o
cilindros esféricos, y las órbitas, en su corte transversal, están
configurados como canales arqueados, en los cuales las esferas o
cilindros esféricos se asientan en la dirección de movimiento de la
biela.
Las variaciones preferidas de la invención se
mencionan en los relativos requerimientos.
Más abajo se explican detalladamente los ejemplos
preferidos de los tipos de la invención, en base a los planos
adjuntos.
Muestran:
Imagen 1: una sección longitudinal del conjunto
de un motor axial de pistones de combustión interna.
Imagen 2: un aspecto del eje con los accesorios
conexos a este.
Imagen 3: un plano del volante de trayectoria
(recorrido).
Imagen 4: una sección lateral parcial del eje,
con los accesorios fijados a este.
Imagen 5: una sección lateral parcial y con
disposición seccional del volante de trayectoria con biela.
Imagen 6: sección de un émbolo (pistón)
Imagen 7: plano de un volante excéntrico
Imagen 8: una sección longitudinal de la
biela
Imagen 9: sección de un motor típico de cuatro
cilindros
Imagen 10: un plano del cabezal del cilindro de
un motor típico de cuatro cilindros
Imagen 11: aspecto lateral parcial de sección de
la disposición del volante excéntrico.
Imagen 12: Una representación perspectiva de un
volante de trayectoria con 8 ápices
Imagen 13: El uso del motor axial de pistón de
combustión interna en un avión
En la imagen 1 de la sección longitudinal de la
caja del motor figura la posición, la forma y la disposición de un
con-
junto de cilindros 6, un cabezal de cilindros 7, cojinetes estables 8, al igual que de mecanismos auxiliares exteriores 9.
junto de cilindros 6, un cabezal de cilindros 7, cojinetes estables 8, al igual que de mecanismos auxiliares exteriores 9.
La imagen 2 es una representación del eje con los
accesorios conectados a este, de los cuales el volante de
trayectoria 3 dispone de 4 ápices.
La imagen 3 es una representación típica de los
canales de deslizamiento 34, los cuales en sección en dirección del
radio del volante de trayectoria 3 tienen forma de un arco
circular.
La imagen 4 presenta el eje con particularidades,
referidas al volante de trayectoria 3 y el volante excéntrico
4.
La imagen 5 representa un detalle del conjunto
del volante de trayectoria 3, y una biela 5 con denotación del modo
de funcionamiento del volante regulador 3 para el control del
parámetro <dw>, por el cual es afectada la relación de
compresión.
En la imagen 6 figura una sección típica de
émbolo (pistón).
La imagen 7 muestra un aspecto del volante
excéntrico 4 con levas, los cuales activan las válvulas de admisión
y de escape de todos los cilindros.
La imagen 8 muestra una sección longitudinal de
una biela 5 con denotación de los accesorios correlacionados. Se
distingue también la posición y la forma de los cilindros esféricos
54 o de las esferas, dentro de los cuales está conectada la biela 5
con el volante de trayectoria 3.
La imagen 9 muestra una sección típica de un
motor de cuatro cilindros.
La imagen 10 muestra un plano de un cabezal de
cilindro 7, un motor típico de cuatro cilindros con denotación de
la posición y de la forma del volante excéntrico 4 al igual que los
órganos necesarios para la activación de las respectivas válvulas
de admisión y de escape 43 y 44.
La imagen 11 muestra un detalle de un aspecto
característico del eje y especialmente en el lugar en donde está
fijado el volante excéntrico 4, al igual que la cooperación del
volante excéntrico 4 con los órganos mecánicos para la activación
de las válvulas de admisión y de escape 43 y 44.
La imagen 12 muestra un aspecto de un volante con
4 ápices y un respectivo volante excéntrico 4 con leva gemela.
La imagen 13 presenta un uso del motor en un
avión bombero con dos motores.
Después de todo esto, resulta que para el motor
axial de pistón de combustión interna, juega un papel importante la
forma del volante de trayectoria 3 al igual que la forma de las
bielas 5 al igual que las conexiones de estos con los cilindros
esféricos 54. Las bielas son cóncavas para disminuir las fuerzas de
la masa en los puntos muertos. El radio de los canales de
deslizamiento 34 en la dirección radial del volante de trayectoria
3, es igual al radio de los cilindros esféricos 54, en las bielas,
de manera que se evite el bloqueo de los accesorios rotatorios.
El eje longitudinal central de las bielas se
mueve siempre en el medio de los canales de rodamiento 34, de
manera que sean posibles las tolerancias de fabricación y, por
consiguiente, las menores resistencias de fricción y los
agotamientos locales de los respectivos accesorios, puedan ser
compensados.
El momento de rotación del motor nuevo se traduce
a través de la ecuación:
M = p . F . R
tan
\varphi
en donde p es la presión en la
cámara de combustión, F la superficie del émbolo (pistón), R el
radio medio del anillo prominente 32 del volante de trayectoria 3 y
\varphi el ángulo entre el eje Z y la curva estereométrica 33
tangente en cualquier posición, la cual se encuentra en el nivel
OXZ.
El parámetro tan \varphi, se correlaciona con
la carrera del émbolo I.
Tras esto, el momento de rotación del motor nuevo
puede ser denotado de la siguiente manera:
M = p . F . R .
f
(I)
en donde f (I) es una función,
entre \varphi y
(I).
Esto significa que para un diámetro determinado
de émbolo (pistón), el momento de rotación es análogo con la
presión existente en la cámara de combustión, el radio medio del
anillo prominente del volante de trayectoria y la carrera del
émbolo.
Los elementos antes mencionados son apreciados
para la colocación del volante.
Se logra lo excelente si para los motores de
capacidad cúbica pequeña o mediana se utilizan volantes de
trayectoria con 4 ápices y para motores de mayor capacidad cúbica
(cubicaje) volantes de trayectoria con 8 ápices.
Los demás accesorios del motor permanecen
inalterables, no obstante, con excepción de que en los volantes de
trayectoria con 8 ápices, se hace uso de levas gemelas, tal como
figura en la imagen 12.
Finalmente, se recalca que en contrariedad con el
motor clásico con eje cigüeñal, en el motor axial de pistón de
combustión interna, los límites de velocidad pueden ser ampliados,
ya que estos motores pueden funcionar desde las 200 hasta las 8.000
revoluciones / minuto, sin caja de cambios. Por este motivo se
logran grandes rendimientos de los momentos de rotación.
Aparte de esto, son adecuados, en el aspecto
económico, para usos de exigencias y condiciones especiales.
Claims (10)
1. Motor axial de pistón de combustión interna
(11) con válvulas de admisión y de escape y émbolos (10) los cuales
están fijados cada vez en un extremo de una biela deslizante (5),
la cual dispone de la forma para la recepción de los cuerpos
rodantes, los cuales se mueven en órbitas configuradas a lo largo
de una curva ondulada sinfín (33). Las órbitas las cuales están
configuradas circularmente en un volante de trayectoria (3) el cual
está apoyado coaxialmente en un eje de rotación (pivote), en donde
sobre el eje aparte del volante de trayectoria (3) están colocados
un volante exterior (1) y un volante regulador (2), el cual a través
del deslizamiento del volante de trayectoria (3) conmuta la
relación de compresión, al igual que un volante excéntrico (3), el
cual activa las válvulas de admisión y de escape de todos los
cilindros (11), en donde los cuerpos rodantes están figurados como
esferas-bolas (54) o cilindros esféricos, y las
órbitas en su sección transversal están configuradas como canales
arqueados (34) en los cuales las esferas (54) o cilindros esféricos
se asientan en la dirección de movimiento de la biela (5).
2. Motor de acuerdo con el requerimiento 1
se caracteriza por el hecho de que el
radio del canal es básicamente igual que el radio de las esferas
(54) o cilindros esféricos.
3. Motor de acuerdo con el requerimiento 1 ó
2
según el cual el volante de trayectoria (3)
dispone de un núcleo cilíndrico central (31) y un anillo prominente
onduladamente radial (32), el cual está colocado en la parte
externa alrededor del núcleo cilíndrico central (31) y dispone de
una capa cilíndrica en donde sobre cada una de las dos superficies
del anillo (32) que se encuentran enfrente está configurado un
canal (34) y las bielas (5) son adecuadas para la recepción de las
esferas (54) por par o de los cilindros esféricos, los centros de
masas de los cuales tienen entre sí una distancia estable, de las
cuales una esfera (54) o el cilindro esférico se mueve en el canal
(34) de una superficie del anillo (32) y la otra esfera (54) o
cilindro esférico se mueve en el canal en el otro lado del anillo
(32).
4. Motor de acuerdo con uno de los requerimientos
como mínimo antes mencionados
en el cual la curva (33) ondulada sinfín en el
espacio, dispone de 4 ápices uniformemente dispuestos,
periféricamente al volante de trayectoria (3).
5. Motor de acuerdo con uno de los requerimientos
del 1 al 4 como mínimo, antes citados,
en el cual la curva (33) ondulada sinfín en el
espacio, dispone de 8 ápices uniformemente dispuestos,
periféricamente al volante de trayectoria (3).
6. Motor de acuerdo con uno de los
requerimientos como mínimo, antes citados,
en el cual el cilindro regulador (2) está
mecánicamente conectado con el volante de trayectoria (3) y para el
efecto sobre la relación de compresión, se mueve a lo largo arriba
del eje.
7. Motor de acuerdo con uno de los requerimientos
como mínimo, antes citados,
en el cual el volante excéntrico (4) dispone de 2
levas (41, 42), las palancas de báscula (43, 44) para la activación
de las respectivas válvulas de admisión y de escape de un cilindro
(11), en donde las válvulas de admisión y de escape de los otros
cilindros (11) abren o cierran con la rotación del volante
excéntrico (4).
8. Motor de acuerdo con uno de los requerimientos
del 1 al 6 como mínimo,
en el cual el volante excéntrico (4) dispone
únicamente de una sola leva, la cual abre simultáneamente la válvula
de admisión de un cilindro (11) y la válvula de escape de un
cilindro siguiente.
9. Motor de acuerdo con uno de los requerimientos
como mínimo, antes citados,
en el cual los cilindros (11) están dispuestos en
los ápices de un polígono uniforme y los ejes de los cilindros (11)
son paralelos con el eje del motor.
10. Motor de acuerdo con uno de los
requerimientos como mínimo, antes citados,
en el cual el eje de los cilindros (11) y de los
émbolos (pistones) (10) pasan a través del centro de las esferas
(54) o de los cilindros esféricos e intersecciona la línea de
simetría de los canales de rodamiento (34).
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|---|---|---|---|
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| GR2001010008 | 2001-01-09 |
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|---|---|
| ES2249401T3 true ES2249401T3 (es) | 2006-04-01 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| ES01600029T Expired - Lifetime ES2249401T3 (es) | 2001-01-09 | 2001-12-21 | Motor axial de piston de combustion interna. |
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| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1221535B1 (es) |
| AT (1) | ATE304650T1 (es) |
| DE (1) | DE50107417D1 (es) |
| ES (1) | ES2249401T3 (es) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB455585A (en) * | 1934-10-29 | 1936-10-23 | Anthony George Maldon Michell | Improved means for varying the compression ratio in internal combustion engines of the swash-plate or equivalent type |
| US4023542A (en) * | 1976-02-27 | 1977-05-17 | Ango Alvino J | Load responsive variable stroke internal combustion engine |
| US4553508A (en) * | 1981-04-27 | 1985-11-19 | Stinebaugh Donald E | Internal combustion engine |
| US5083532A (en) * | 1990-11-23 | 1992-01-28 | Bernard Wiesen | Mechanism for variable compression ratio axial engines |
-
2001
- 2001-12-21 ES ES01600029T patent/ES2249401T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-21 EP EP01600029A patent/EP1221535B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-21 AT AT01600029T patent/ATE304650T1/de active
- 2001-12-21 DE DE50107417T patent/DE50107417D1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1221535B1 (de) | 2005-09-14 |
| DE50107417D1 (de) | 2005-10-20 |
| EP1221535A3 (de) | 2003-03-26 |
| EP1221535A2 (de) | 2002-07-10 |
| ATE304650T1 (de) | 2005-09-15 |
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