ES2271018T3 - Dispositivo para controlar el angulo entre un primer y un segundo cigueñal. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (17) para controlar el ángulo de fase entre un primer (9) y un segundo (12) cigüeñal de un motor de combustión interna (1), dicho motor de combustión interna (1) comprendiendo por lo menos un cilindro primario (3a, 3b, 3c, 3d) el cual se comunica con por lo menos un cilindro secundario (5a, 5b, 5c, 5d), en cada cilindro primario (3a, 3b, 3c, 3d) estando dispuesto de forma que se puede desplazar un pistón primario (7a, 7b, 7c, 7d) el cuál está unido al primer cigüeñal (9) y en cada cilindro secundario (5a, 5b, 5c, 5d) estando dispuesto de forma que se puede desplazar un pistón secundario (10, 10b, 10c, 10d) el cual está unido al segundo cigüeñal (12), con dichos cigüeñales primero (9) y segundo (12) estando unidos entre sí por medio de una transmisión (13) y con el dispositivo (17) comprendiendo medios (25) para obtener el control del desplazamiento de fase y una extensión del cigüeñal (21) pensada para dicho control del ángulo de fase, la cual está unida fija contra el giro a uno de dichos cigüeñales (9, 12) y giratoriamente fijada al segundo de dichos cigüeñales (9, 12) caracterizado porque dichos medios (25) comprenden un pistón hidráulico (27) dispuesto en un alojamiento (18), dicho pistón hidráulico (27) estando dispuesto para obtener un desplazamiento axial de la extensión del cigüeñal (21) con relación a uno de los cigüeñales (9, 12), dicho pistón hidráulico estando dispuesto rodeando la extensión del cigüeñal (21).
Description
Dispositivo para controlar el ángulo de fase
entre un primer y un segundo cigüeñal.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para controlar el ángulo de fase entre un primer y un
segundo cigüeñal de un motor de combustión interna, dicho motor de
combustión interna comprendiendo por lo menos un cilindro primario
el cual se comunica con por lo menos un cilindro secundario, un
pistón primario estando dispuesto de forma que se puede desplazar en
cada cilindro primario, dicho pistón primario estando unido al
primer cigüeñal y en cada cilindro secundario está dispuesto de
forma que se puede desplazar un pistón secundario el cual está
unido al segundo cigüeñal, con dichos cigüeñales primero y segundo
estando unidos entre sí por medio de una transmisión y con el
dispositivo comprendiendo medios para obtener el control del
desplazamiento de fase y una extensión del cigüeñal pensada para
dicho control del ángulo de fase, la cual está unida fija contra el
giro a uno de dichos cigüeñales y giratoriamente fijada al segundo
de dichos cigüeñales de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación adjunta 1.
Los motores de combustión interna del tipo de de
motor de pistón, por ejemplo los motores Otto o los motores diesel
con uno o varios cilindros con pistones que se desplazan
lateralmente en ellos, una mezcla de aire y combustible es
comprimida en una cámara de combustión, en donde es entendida y
quemada cuando el pistón está en su posición más elevada.
La compresión de dicha mezcla de aire y
combustible está determinada por la relación de compresión del motor
en cuestión, definida como la relación entre el volumen en el
cilindro cuando el pistón está en sus posiciones más bajo y más
alto. Los motores Otto modernos generalmente tienen una relación de
compresión aproximadamente de 10:1 (compresión de la figura 10),
mientras los motores sobrecargados, por ejemplo los motores tubo,
tienen una relación inferior y los motores diesel una relación de
compresión considerablemente mucho más alta. La relación de
compresión del motor afecta a la combustión de la mezcla de aire y
combustible. Una compresión elevada contribuye a una combustión
eficaz, lo cual a su vez contribuye a un rendimiento más alto y a un
consumo bajo de combustible. Al mismo tiempo existe, sin embargo,
la necesidad de un combustible de alto octanaje, particularmente en
el caso de cargas elevadas del motor, a fin de evitar una combustión
incontrolada. Con la el antecedente anteriormente descrito, es por
lo tanto deseable poder variar la relación de compresión durante el
funcionamiento dependiendo de la calidad del combustible y de la
carga del motor.
El documento US 5,638,777 describe un motor de
combustión interna con una relación de compresión variable. El motor
tiene una serie de cilindros primarios, el correspondiente número de
cilindros secundarios los cuales se comunican cada uno de ellos con
el correspondiente cilindro primario. En cada cilindro primario,
está dispuesto un pistón primario unido a un primer cigüeñal, dicho
pistón primario estando dispuesto para llevar a cabo un movimiento
alternativo y de un modo correspondiente existe en cada cilindro
secundario un pistón secundario unido al segundo cigüeñal, dicho
pistón secundario estando dispuesto para llevar a cabo un movimiento
alternativo. Entre dichos cigüeñales primero y segundo está
dispuesta una transmisión de ruedas engranajes y un dispositivo
para desplazar el ángulo de fase entre los árboles, con el propósito
de obtener una relación de compresión que pretenda de la carga
actual del motor. Dicho dispositivo comprende un árbol de
accionamiento fijamente unido al dicho segundo cigüeñal, equipado
con acanaladuras en forma de espiral concéntricamente dispuestas
dentro de una carcasa exterior. La carcasa exterior presenta una
primera rueda de engranajes pensada para interactuar con una
segunda rueda de engranajes dispuesta en dicho primer cigüeñal y
acanaladuras interiores en forma de espiral. Entre la carcasa
exterior y el árbol de accionamiento está dispuesto un elemento de
tubería que se puede desplazar, la superficie envolvente del cual
está equipada con acanaladuras en forma de espiral pensadas para
cooperar con dichas acanaladuras interiores en forma de espiral en
la carcasa exterior. El elemento de tubería está, además, equipado
con acanaladuras interiores en forma de espiral las cuales cooperan
con dichas acanaladuras en forma de espiral dispuestas en el árbol
de accionamiento. En el caso del desplazamiento axial del elemento
de tubería, por ejemplo en el caso de un sistema de control
hidráulico, se obtiene un desplazamiento del ángulo de fase entre
dichas primeras ruedas de engranajes y dicho árbol de accionamiento
y por lo tanto también entre los cigüeñales primero y segundo.
Aunque el dispositivo conocido a partir de dicho
documento US Nº 5,63 8,777 permite un buen control del
desplazamiento de fase entre los cigüeñales, tienen ciertas
desventajas. Una desventaja es que resulta relativamente raro de
fabricar, puesto que es relativamente complejo en su diseño,
especialmente por lo que concierne al elemento de tubería que se
puede desplazar, en cual está equipado tanto en la superficie de
envoltura como interiormente con acanaladuras en forma de espiral.
Otra desventaja es que el elemento de tubería, que incluye dicho
sistema de control hidráulico, necesita relativamente mucho espacio
en dirección axial, lo cual hace difícil de instalar en automóviles
con motores de múltiples cilindros laterales. Adicionalmente, el
montaje y desmontaje de este dispositivo conocido son relativamente
difíciles de llevar a cabo.
El objeto de la presente invención es crear la
posibilidad de conseguir un dispositivo para controlar el ángulo de
fase entre un primer y un segundo cigüeñal de un motor de combustión
interna del cual, con relación a la tecnología anterior, sea más
rentable de fabricación desde el punto de vista de los costes.
Este propósito se obtiene por medio de la
invención descrita en la reivindicación 1. En las reivindicaciones
que sigue a la reivindicación 1, se describen formaste realización
preferidas de la invención.
El dispositivo de acuerdo con la invención, como
se ha mencionado anteriormente, dispuesto entre el primer y el
segundo cigüeñal de un motor de combustión interna que comprende por
lo menos un cilindro primario el cual se comunica con por lo menos
un cilindro secundario, con un pistón primario estando dispuesto de
forma que se puede desplazar en cada cilindro primario, dicho
pistón primario estando unido al primer cigüeñal y en cada cilindro
secundario está dispuesto de forma que se puede desplazar un pistón
del cual está unido al segundo cigüeñal, con dichos cigüeñales
primero y segundo estando unidos entre sí por medio de una
transmisión, con el dispositivo comprendiendo medios para obtener
el control del desplazamiento de fase y una extensión del cigüeñal
pensada para dicho control de fase, la extensión estando unida fija
contra giro a uno de dichos cigüeñales, y giratoriamente unida al
otro de dichos cigüeñales. Por medio de dicha extensión del cigüeñal
que está dispuesta de forma que se puede desplazar con relación a
uno de dichos cigüeñales, se obtiene una interfaz mecánica en la
cual se pueden determinar el desplazamiento del ángulo de fase sin
la introducción de componentes adicionales. Dichos medios consisten
en un pistón hidráulico dispuesto en un alojamiento que rodea la
extensión del cigüeñal y llevar a cabo el desplazamiento axial de la
extensión del cigüeñal.
De acuerdo con una forma de realización
preferida, dichos medios están dispuestos para obtener el
desplazamiento axial en por lo menos una dirección. Esto permite en
un rápido desplazamiento del ángulo de fase con una buena precisión
a cargas elevadas del motor.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida, dicho pistón hidráulico está también dispuesto para
afectar a la extensión del cigüeñal en una segunda dirección, para
permitir un control óptimo del ángulo de fase entre dichos
cigüeñales primero y segundo, por ejemplo en el caso de cambios
rápidos en la carga del motor.
Puesto que el pistón hidráulico de acuerdo con
la presente invención está dispuesto para que no gire con relación
a dicho alojamiento, se obtiene un cierre hermético al aceite
simplificado entre el pistón y el alojamiento. Adicionalmente, esto
crea condiciones favorables para obtener una disposición simple y
duradera para suministrar aceite al pistón.
En una tercera forma de realización preferida de
la presente invención, dicha extensión del cigüeñal en uno de sus
extremos está equipada con acanaladuras las cuales permiten una
unión que se puede desplazar fija contra el giro a uno de dichos
cigüeñales. La extensión del cigüeñal, adicionalmente, está equipada
en su otro extremo con una parte de ranurada, preferiblemente
ranuras trapezoidales, para dicha unión giratoria.
Proporcionando a la extensión del cigüeñal de
acuerdo con la presente invención un reborde En de dicha parte
equipada con las acanaladuras y la parte ranurada la cual está
afectada por la disposición del pistón hidráulico, se permite un
dispositivo compacto y axial mente corto para controlar el ángulo de
fase, lo cual es extremadamente ventajoso en los vehículos o
motor.
Otras ventajas y objetos de la invención se
encontrarán en las reivindicaciones anexas y en la descripción que
sigue a continuación.
La invención, en lo que sigue a continuación, se
describirá conjuntamente con ejemplos de formaste realización
preferidas y con las figuras adjuntas en las cuales:
la figura 1 muestra una vista en perspectiva
parcialmente en sección transversal de un motor de combustión
interna provisto con un dispositivo para controlar el ángulo de fase
de acuerdo con la presente invención, y
la figura 2 muestra una vista lateral en sección
transversal parcial de una forma de realización preferida de un
dispositivo para regular el ángulo de fase de acuerdo con la
presente invención.
La figura 1 muestra, en una vista en perspectiva
en sección transversal parcial, un motor de combustión interna 1 con
un bloque del motor 2 con cilindros primarios 3a, 3b, 3c, 3d, los
cuales se comunican a través de canales 4a, 4b, 4c, 4d con
cilindros secundarios 5a, 5b, 5c, 5d dispuestos en la culata del
cilindro 6 del motor de combustión interna 1. En cada cilindro
primario, están dispuestos de forma que se pueden desplazar pistones
primarios 7a, 7b, 7c, 7d, los cuales por medio de los cigüeñales
primarios 8a, 8b, 8c, 8d están unidos al primer cigüeñal 9 y en
cada cilindro secundario 5a, 5b, 5c, 5d están dispuestos de forma
que se pueden desplazar pistones secundarios 10a, 10b, 10c, 10d los
cuales por medio de biela esté unión secundarias 11a, 11b, 11c, 11d
están unidos al segundo cigüeñal 12. Dicho primer cigüeñal 9 está
montado en rodamientos en el bloque del motor 2 y dicho segundo
cigüeñal 12 está montado en rodamientos en la culata del cilindro 6.
Los cigüeñales 9, 12 están unidos entre sí por medio de una
transmisión 13 que comprende una correa dentada de accionamiento 14
la cual corre sobre una primera 15 y una segunda 16 rueda de
accionamiento, escogiéndose el tamaño de las ruedas de
accionamiento 15, 16 de forma que el segundo cigüeñal 12 gira con la
mitad de revoluciones por minuto que el primer cigüeñal 9. La
segunda rueda de accionamiento 16 envuelven parcialmente el
alojamiento 18 del dispositivo para el control del desplazamiento
de fase 17 el cual está dispuesto en la culata del cilindro 6.
Con referencia a la figura 2, se describirán
ahora una forma de realización preferida del dispositivo o control
del desplazamiento de fase 17. En la forma de realización
representada, la segunda rueda de accionamiento y 6 está montada en
el alojamiento 18 por medio de rodamientos de bolas 19,
preferiblemente de contacto angular de doble hilera. La rueda de
accionamiento 16 está además equipada con una parte ranurada 20, la
cual interactúa con la correspondiente parte ranurada 22 en una
extensión del cigüeñal 21. Dichas partes ranuradas 20, 22 están
equipadas con ranuras del tipo de ranura trapezoidal con doce
entradas que proporcionan un desplazamiento en el ángulo de 120
grados 20 mm de desplazamiento axial de la extensión del cigüeñal
21. La extensión del cigüeñal 21 presenta además una parte equipada
con acanaladuras 23 la cual coopera con la parte correspondiente 24
equipada con acanaladuras en el segundo cigüeñal 12 para dicha
conexión la cual se puede desplazar y está fija contra el giro. El
eje de giro de la extensión del cigüeñal 21 coincide por lo tanto
con el eje de giro del segundo cigüeñal 12.
La extensión del cigüeñal 12 está fabricada de
acero y, en la parte ranurada 22 y la parte 23, equipada con
acanaladuras, cubiertas con una capa que consta de níquel
químicamente depositado, la cual ha sido impregnada y recubiertas
superficialmente con un plástico de flúor y térmicamente endurecida.
De este modo, se obtiene una baja fricción, lo que significan que
serán necesarias fuerzas reducidas para dicho control del
desplazamiento de fase. Recubrimientos de esta clase están
comercialmente disponibles bajo el hombre comercial Nedox® y ha
sido utilizados anteriormente, entre otras cosas, como
recubrimientos son oficiales en dientes engranajes y en herramientas
de moldeo para productos plásticos con pequeños ángulos de
inclinación.
El dispositivo 17 comprende además de Dios 25
para conseguir el desplazamiento de la extensión del cigüeñal 21.
Con este propósito, la extensión del cigüeñal 21 está provista por
lo tanto de un reborde 26 entre dicha parte ranurada 22 y la parte
equipada con acanaladuras 23, sobre el cual está dispuesto para
trabajar un pistón hidráulico 27 el cual está dispuesto de forma
que se puede desplazar en el alojamiento 18. Entre el reborde 26 y
el pistón hidráulico 27 están dispuestos rodamientos 28, 29 de la
clase de rodamientos de agujas, los cuales están dispuestos para
absorber las fuerzas axiales que aparecerán como resultado del
momento de torsión transferido sobre dichas partes ranurada s 20,
22. Puesto que el pistón hidráulico 27 está dispuesto para rodear la
extensión del cigüeñal 21, la disposición 17 se hará compacta y
corta en la dirección axial, lo cual es extremadamente ventajoso en
los vehículos o motor.
Además, el pistón hidráulico 27 en su superficie
envolvente presenta un saliente 30 el cual divide una cámara en una
primera 31 y una segunda 32 subcámaras, las cuales comunican cada
una de ellas con un primer 32 y un segundo 34 conductor de aceite,
respectivamente. Los conductos de aceite 33, 34 están unidos a una
válvula de control hidráulico no representada la cual, dependiendo
del sistema de control del motor 1, controlar el suministro de
aceite a una o a la otra de las subcámaras 31, 32 y haciendo eso
causa el desplazamiento del ángulo de fase entre dichos cigüeñales
primero 9 y segundo 12. Utilizando parte de del aceite que es
presurizado por la bomba de servo control la cual generalmente se
encuentra en el motor 1, no existe la necesidad de una bomba de
aceite adicional.
El alojamiento 18 está provisto adicionalmente
con anillos tóricos 35, 36 los cuales están dispuestos para estar en
contacto con el pistón 27, uno a cada lado de dicho saliente 30 y
para funcionar como juntas de cierre hermético al aceite para las
subcámaras 31, 32. En el perímetro exterior del saliente 30 está
dispuesto el correspondiente anillo tórico para el cierre hermético
al aceite entre dichas subcámaras primera 31 y segunda 32. Puesto
que la extensión del cigüeñal 21 está unida al pistón 27 a través de
rodamientos 28, 29, en principio no existe momento de torsión
transferido al pistón 27 cuando gira la extensión del cigüeñal 21.
Como resultado de esto, el pistón 27, debido a rozamiento entre el
mismo y los anillos tóricos 35, 36, 37, no girará con la extensión
del cigüeñal 21 cuando ésta gira, lo cual simplifica dicho cierre
hermético al aceite.
De acuerdo con lo que se ha descrito antes, la
función del dispositivo 17 es la siguiente: el suministro de aceite
a través del conducto 33 a la subcámara 31 resulta en la creación de
presión en la subcámara 31, cuyo volumen está limitado por el
saliente 30 dispuesto en el pistón 27. Esto a su vez causa que el
pistón 27 se ha presionado en la dirección de la culata del
cilindro 6. Puesto que la extensión del cigüeñal 21 a través de los
rodamientos 28, 29 está unida al pistón 27, existe por lo tanto un
desplazamiento axial relativo en el acoplamiento acanalado 23, 24
entre la extensión del cigüeñal 21 y el cigüeñal 12. Al mismo tiempo
existe un desplazamiento axial relativo correspondiente entre la
extensión del cigüeñal 21 y la segunda rueda de accionamiento 16,
mientras la rueda de accionamiento 16 gira en las ranuras
trapezoidales 20, 22, lo cual causa un desplazamiento del ángulo de
fase entre los cigüeñales primero 9 y segundo 12. De forma
correspondiente, se obtiene un desplazamiento en el ángulo de fase
en sentido opuesto cuando se suministra aceite a través del conducto
34 a la subcámara 32.
La invención no está limitada a lo que ha sido
descrito antes, otras formas de realización son también posibles
dentro del ámbito de la reivindicación 1. El desplazamiento de la
extensión del cigüeñal también puede tener lugar contra una bobina,
por ejemplo una bobina espiral, con dicho pistón hidráulico estando
sólo dispuesto para causar el desplazamiento en una dirección. De
acuerdo con una forma de realización alternativa, la extensión del
cigüeñal está dispuesta en dirección opuesta, de forma que dicho
acoplamiento de acanaladuras pueda estar dispuesto en la segunda
rueda de accionamiento y dicha ranura trapezoidal está dispuesta
entre la extensión del cigüeñal y el segundo cigüeñal. En todavía
otra forma de realización alternativa, el dispositivo para el
control del ángulo de fase, contrariamente a la forma de realización
descrita antes, está dispuesto en el primer cigüeñal. Finalmente,
la extensión del cigüeñal, en lugar de acanaladuras, puede estar
equipada con otra sección transversal, por ejemplo una sección
transversal cuadrada la cual interactúa con un taladro cuadrado
correspondiente en el cigüeñal para obtener dicha unión que se puede
desplazar la cual es fija contra el giro.
Claims (7)
1. Dispositivo (17) para controlar el ángulo de
fase entre un primer (9) y un segundo (12) cigüeñal de un motor de
combustión interna (1), dicho motor de combustión interna (1)
comprendiendo por lo menos un cilindro primario (3a, 3b, 3c, 3d) el
cual se comunica con por lo menos un cilindro secundario (5a, 5b,
5c, 5d), en cada cilindro primario (3a, 3b, 3c, 3d) estando
dispuesto de forma que se puede desplazar un pistón primario (7a,
7b, 7c, 7d) el cuál está unido al primer cigüeñal (9) y en cada
cilindro secundario (5a, 5b, 5c, 5d) estando dispuesto de forma que
se puede desplazar un pistón secundario (10, 10b, 10c, 10d) el cual
está unido al segundo cigüeñal (12), con dichos cigüeñales primero
(9) y segundo (12) estando unidos entre sí por medio de una
transmisión (13) y con el dispositivo (17) comprendiendo medios (25)
para obtener el control del desplazamiento de fase y una extensión
del cigüeñal (21) pensada para dicho control del ángulo de fase, la
cual está unida fija contra el giro a uno de dichos cigüeñales (9,
12) y giratoriamente fijada al segundo de dichos cigüeñales (9, 12)
caracterizado porque dichos medios (25) comprenden un pistón
hidráulico (27) dispuesto en un alojamiento (18), dicho pistón
hidráulico (27) estando dispuesto para obtener un desplazamiento
axial de la extensión del cigüeñal (21) con relación a uno de los
cigüeñales (9, 12), dicho pistón hidráulico estando dispuesto
rodeando la extensión del cigüeñal (21).
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1 caracterizado porque dicho pistón hidráulico (27) está
dispuesto para obtener un desplazamiento axial de la extensión del
cigüeñal (21) en una primera dirección y en una segunda
dirección.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1 o 2 caracterizado porque dicho pistón hidráulico (27) está
dispuesto giratoriamente fijo con relación a dicho alojamiento
(18).
4. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-3 caracterizado porque
dicha extensión del cigüeñal (21) presenta una primera parte (23)
equipada con acanaladuras para dicha unión fija contra el giro.
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4 caracterizado porque dicha primera parte (23) está
dispuesta para admitir dicho desplazamiento axial.
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4 o 5 caracterizado porque dicha extensión del cigüeñal (21)
presenta una segunda parte (22) equipada con ranuras para dicha
unión giratoria.
7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
6 caracterizado porque dicha extensión del cigüeñal (21)
presenta un reborde (26) entre dichas partes primera y segunda (22,
23) con el pistón hidráulico (27) estando dispuesto para afectar
dicho reborde (26).
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