ES2272437T3 - Un dispositivo para convertir un movimiento lineal en un movimiento giratorio. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo para convertir un movimiento rectilíneo en un movimiento giratorio, comprendiendo uno o más mecanismos de pistón y cilindro (1) teniendo cada uno un cilindro (2), un pistón (3) dispuesto de forma que se pueda mover en el cilindro para un movimiento rectilíneo y una biela (5) que conecta el pistón y un cigüeñal (4) para un movimiento giratorio, por lo que el centro de rotación del cigüeñal se encuentra desplazado a una distancia (F) de la respectiva línea (10) a lo largo de la cual se puede mover el pistón o cada uno de ellos, caracterizado porque el cigüeñal posee una dirección de rotación (14) tal que la parte del cigüeñal que está situada al otro lado del centro de rotación del cigüeñal en relación con la respectiva línea de movimiento del pistón, o de cada uno de ellos, mirando el dispositivo en la dirección longitudinal del cigüeñal, posee una componente del movimiento (13) que es paralela a la línea del movimiento respectiva del pistón o de cada uno de ellos y se aleja del cilindro (2), o de cada uno de ellos.
Description
Un dispositivo para convertir un movimiento
lineal en un movimiento giratorio.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para convertir un movimiento rectilíneo en un movimiento
giratorio, que comprende al menos un mecanismo de pistón y cilindro
que posee un cilindro y un pistón dispuesto de forma que pueda
moverse en el cilindro para un movimiento rectilíneo, un cigüeñal
para un movimiento giratorio, y una biela que conecta el pistón y
el cigüeñal. La invención también se refiere al uso de tal
dispositivo en un motor de pistón con combustión interna.
A continuación se describirá la invención por
medio de diferentes ejemplos de formas de realización del
dispositivo, que pueden aplicarse en los motores, tales como tipos
diferentes de motores de combustión de cilindro único y de
cilindros múltiples, para convertir un movimiento rectilíneo en un
movimiento giratorio. A este respecto, se usan varias expresiones
del campo técnico de los motores empleadas frecuentemente. Las
expresiones actuales son, entre otras, biela, cigüeñal, longitud de
carrera del pistón, punto muerto superior e inferior, etc. Aunque
estas formas estándar se establecen para motores y están bien
definidas, y no deben crear incertidumbre alguna en lo que respecta
a su significado, se insiste en que es preciso adoptar una actitud
generosa cuando se interpreten las definiciones de las
reivindicaciones, y en que, sin duda, los diferentes componentes,
tales como el pistón, cilindro, biela y cigüeñal, pueden diseñarse
de muchas maneras al tiempo que se mantiene la idea de la
invención.
En motores de combustión, es decir, aquellos
motores que convierten la energía térmica en trabajo mecánico
mediante la combustión interna de una mezcla de combustible y aire,
y en primer lugar motores de combustión que hacen uso de uno o más
pistones, existe el deseo de convertir la energía liberada en la
combustión en trabajo útil en un cigüeñal del modo más eficiente.
El principio de funcionamiento se describe de forma sencilla
explicando que un pistón adquiere un movimiento rectilíneo en un
cilindro a través de la combustión de una mezcla comprimida de
combustible y aire en el cilindro estanco para los gases y que una
biela, conectada mediante pivote con el pistón así como con el
cigüeñal, transforma el movimiento rectilíneo del pistón en un
movimiento giratorio del cigüeñal.
El funcionamiento de un motor de pistón
convencional varía dependiendo del tipo de motor y del número de
cilindros. Por ejemplo, existen motores de cuatro tiempos y motores
de dos tiempos, y además existen diferentes sistemas de combustión,
por ejemplo el ciclo de Otto y el motor Diesel. No obstante, todos
los motores de pistón tienen en común el hecho de que, durante la
carrera de expansión, la energía térmica originada a partir del
combustible se convierte en trabajo mecánico. En un motor Otto, el
proceso transcurre de forma que la mezcla de combustible y aire se
comprime en el cilindro mediante el movimiento del pistón, al tiempo
que disminuye el espacio que ocupa la mezcla, hasta una posición
denominada punto muerto superior y, justo antes de alcanzar esta
posición, la mezcla se enciende mediante una chispa, y la carrera
de expansión producida por la expansión de los gases de combustión
provoca que el pistón se mueva desde el punto muerto superior hacia
el punto muerto inferior mientras que la energía de los gases de
combustión puede usarse para hacer girar el cigüeñal. Aunque la
invención se describe en primer lugar haciendo referencia a motores
de ciclo de Otto, también se podría aplicar de forma satisfactoria
en motores
Diesel.
Diesel.
Un inconveniente de los actuales motores de
combustión consiste en la dificultad de proporcionar una transmisión
favorable de la fuerza desde el pistón hasta el cigüeñal durante la
fase de la carrera de expansión cuando los gases de combustión dan
lugar a las máximas fuerzas que se dan el pistón, es decir, poco
después del momento de la ignición. La invención se basa en el
conocimiento de que la combustión es tal que la expansión del gas
de combustión acciona el pistón al máximo, es decir mediante una
fuerza proporcionalmente grande, al comienzo de la carrera de
expansión, justo después de la ignición, la cual tiene lugar
aproximadamente cuando el pistón se encuentra en el punto muerto
superior o, mejor, algo antes, y se alcanza la máxima compresión de
la mezcla de combustible y aire, y que el gas de combustión sólo
acciona el pistón en menor grado, es decir, mediante una fuerza más
pequeña, durante la última parte de la carrera de expansión. Si se
desea la mayor salida posible, es importante usar eficientemente la
parte de la carrera de expansión en la que el pistón se acciona
mediante las fuerzas más grandes generadas por los gases de
combustión, de tal modo que durante esta parte de la carrera de
expansión se obtenga una transmisión favorable de la fuerza al
cigüeñal.
En el documento
DE-A-19 733538 se describe un
dispositivo de acuerdo con las características del preámbulo de la
reivindicación 1.
El objeto de la invención consiste en
proporcionar un dispositivo para convertir un movimiento rectilíneo
en un movimiento giratorio, especialmente en los motores de
combustión con pistón, dispositivo en el que la transmisión
favorable de la fuerza desde el pistón que se mueve de forma
rectilínea, a través de la biela, hasta el cigüeñal que está
girando se obtiene durante la fase de la carrera de expansión del
pistón cuando una fuerza, por ejemplo los gases de combustión en
expansión, acciona el pistón al máximo. A este respecto, la
invención persigue asignar soluciones constructivas de base para
proporcionar la transmisión favorable de la fuerza durante la fase
actual.
El anterior objetivo se obtiene diseñando el
dispositivo de acuerdo con la invención de tal modo que el centro
de rotación del cigüeñal se encuentre desplazado a cierta distancia
desde la línea a lo largo de la cual se puede mover el pistón, y
que el cigüeñal tenga una dirección de rotación tal que la parte del
cigüeñal que está situada al otro lado del centro de rotación del
cigüeñal en relación con la línea del movimiento del pistón,
mirando el dispositivo en la dirección longitudinal del cigüeñal,
posea una componente del movimiento que sea paralela a la línea del
movimiento del pistón y se aleje del cilindro.
De este modo, el cigüeñal estará ya inclinado
con respecto a la línea a lo largo de la cual se puede mover el
pistón cuando el pistón esté situado en el punto muerto superior. En
el punto muerto superior, el punto de conexión y rotación de la
biela en el pistón, el punto de conexión y rotación de la biela en
el cigüeñal y el centro de rotación del cigüeñal se encuentran
todos situados a lo largo de una misma línea. Sin embargo, en
cuanto el pistón se haya movido un poco desde el punto muerto
superior, la biela se inclinará con respecto a su posición en el
punto muerto superior, debido al hecho de que el punto de conexión
de la biela en el cigüeñal gira con el cigüeñal y, así, al comienzo
se mueve alejándose de la línea de movimiento del pistón. Para tal
inclinación dada de la biela con respecto a la posición en el punto
muerto superior, al comienzo se requerirá un movimiento más pequeño
del pistón desde el punto muerto superior para obtener esta
inclinación en el dispositivo de acuerdo con la invención que en el
caso de un dispositivo convencional correspondiente sin
desplazamiento alguno del centro de rotación del cigüeñal. De
acuerdo con lo mencionado anteriormente acerca de la acción del gas
de combustión sobre el pistón durante la carrera de expansión, el
movimiento más pequeño requerido del pistón supone que para tal
inclinación dada de la biela con respecto a su posición en el punto
muerto superior, en el dispositivo de acuerdo de la invención se
obtiene una mayor presión en el cilindro, y por consiguiente, sobre
el pistón actúa una fuerza mayor que en un dispositivo convencional.
Cuando el pistón se mueve, una deflexión de un ángulo dado del
cigüeñal corresponderá a un movimiento más largo del pistón desde
el punto muerto superior en el dispositivo de acuerdo con la
invención. Todo esto unido supone que inmediatamente después de la
ignición se obtiene una inclinación que da lugar a que la fuerza
procedente del pistón pueda comenzar a transferirse de modo
favorable, para un movimiento del pistón relativamente pequeño y que
durante la carrera de expansión se obtiene una reducción de marcha
debido al hecho de que un movimiento dado del pistón da lugar a un
ángulo de deflexión menor en el cigüeñal, por lo que se obtiene una
transmisión de fuerza más favorable durante la totalidad de la
carrera de expansión.
No obstante, es preciso señalar que los
anteriores argumentos no se expresan con la ambición de describir
completamente las relaciones o mecanismos subyacentes, que dan lugar
a las ventajas del dispositivo de acuerdo con la invención. En
lugar de ello, la anterior descripción puede contemplarse como un
resumen de una teoría que posiblemente pueda explicar por qué el
dispositivo de acuerdo con la invención posee un mejor rendimiento
que tales dispositivos convencionales correspondientes. Sin embargo,
las ventajas se han demostrado inequívocamente llevando a cabo un
experimento en el que la invención se ha aplicado en un motor Otto
que posee cuatro cilindros. Las ventajas concretas de la invención
aplicada a un motor de combustión consisten en que el motor puede
proporcionar un mayor par en el cigüeñal, que a su vez supone que
el motor puede suministrar una cierta salida a una velocidad de
rotación más baja, lo que a su vez llevaría a un menor consumo de
combustible. Además, el motor de acuerdo con la invención es menos
propenso a la detonación, es decir, existe un menor riesgo de que la
mezcla de combustible y aire que no se ha quemado se encienda
espontáneamente de forma no deseada. Se ha establecido que mediante
el motor de acuerdo con la invención resulta posible comprimir la
mezcla de combustible y aire hasta alcanzar presiones mayores que
las posibles en motores Otto convencionales, en algunos casos hasta
una presión superior a 15 bares, sin que aparezca detonación alguna
(encendido espontáneo). Además, las medidas del escape del motor
mediante una sonda lambda indican que se obtiene una combustión más
completa del combustible. También es preciso mencionar que el motor
de acuerdo con la invención necesita menos refrigeración de lo
normal, y esto indica que se transforma en trabajo útil en el
cigüeñal una mayor parte de la energía del combustible y que una
parte más pequeña se transforma en calor.
Para obtener esto se ha descubierto que es
importante que el desplazamiento del centro de rotación del cigüeñal
y la dirección de rotación del cigüeñal estén relacionados entre sí
de acuerdo con la definición mencionada anteriormente. Además, por
supuesto, el tamaño del desplazamiento se debe adaptar a otras
condiciones prácticas del motor que se presenten, lo que supone que
incluso si se desea una distancia de desplazamiento máxima, la
distancia de desplazamiento debe ser a menudo inferior a 0,9
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón y
adecuadamente debe estar en el intervalo de 0,01 a 0,8 multiplicado
por la longitud de la carrera del pistón, y preferentemente se
escoge una distancia de desplazamiento en el intervalo de 0,02
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón a 0,6
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón.
De acuerdo con una forma de realización
preferida de la invención, la distancia entre el punto de conexión
de la biela en el pistón y el punto de conexión de la biela en el
cigüeñal es mayor que cero y menor o igual que 1,5 multiplicado por
la longitud de la carrera del pistón.
Mediante una biela más corta, es decir, una
distancia más corta entre el punto de conexión de la biela en el
pistón y su punto de conexión en el cigüeñal, las propiedades
mencionadas anteriormente se obtienen incluso en mayor medida. Así,
una biela proporcionalmente corta puede contribuir aún más al
rendimiento del dispositivo. En los motores convencionales, la
relación entre la longitud de la biela y la longitud de la carrera
del pistón es mayor de 1,5:1 y a menudo es del orden de 2:1. Sin
embargo, en el dispositivo de acuerdo con la invención, tal como se
menciona anteriormente, en algunos casos se pueden usar proporciones
\leq 1,5. Sin duda alguna, existen limitaciones geométricas y
mecánicas, que dificultan o impiden que se use una biela muy corta.
Esto supone que incluso si se desea la biela más corta posible,
cuando se aplica esta forma de realización de la invención, la
distancia entre el punto de conexión de la biela en el pistón y el
punto de conexión de la biela en el cigüeñal está adecuadamente en
el intervalo de 1,1 a 1,5 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón, a menudo en el intervalo de 1,2 a 1,5 multiplicado por
la longitud de la carrera del pistón, y preferentemente en el
intervalo de 1,3 a 1,5 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón. A través de diferentes combinaciones de desplazamiento
del centro de rotación del cigüeñal y de la longitud de la biela se
pueden variar y optimizar los rendimientos del motor de acuerdo con
la invención a la vez que se tienen en cuenta las condiciones y
limitaciones del motor.
En las reivindicaciones dependientes se tratan
variantes ventajosas del dispositivo de acuerdo con la
invención.
La invención también se refiere al uso del
dispositivo de acuerdo con la invención en un motor de pistón con
combustión interna.
Haciendo referencia a los dibujos adjuntos, a
continuación se proporciona una descripción más detallada de las
formas de realización de la invención citadas como ejemplos.
En los dibujos:
la figura 1 es una vista esquemática que
ilustra el modo en que el movimiento rectilíneo de un pistón se
transforma en un movimiento de rotación de un cigüeñal a través de
una biela;
la figura 2 es una vista esquemática de
acuerdo con la figura 1, con el centro de rotación desplazado con
respecto a la línea de movimiento del pistón;
la figura 3 es una vista esquemática de
acuerdo con la figura 2, con una relación entre la longitud de la
biela y la longitud de la carrera menor de 1,5; y
la figura 4 es una tabla del movimiento del
pistón con respecto a la rotación del cigüeñal.
En la figura 1 se ilustra esquemáticamente un
mecanismo de pistón y cilindro 1 que posee un cilindro 2 y un
pistón 3 dispuesto de forma que pueda moverse en el cilindro 2 para
un movimiento rectilíneo, un cigüeñal 4 para un movimiento
giratorio y una biela 5 que conecta el pistón 3 y el cigüeñal 4. El
pistón 3, que se hace adecuadamente estanco a los gases mediante
segmentos de pistón 6 y se mueve en el cilindro 2, está dispuesto
para efectuar un movimiento repetido hacia atrás y hacia delante
entre dos posiciones extremas denominadas punto muerto superior ÖV
y punto muerto inferior UV. La distancia entre el punto muerto
superior ÖV y el punto muerto inferior UV es, de este modo, la
longitud de la carrera del pistón SL. La biela 5, en un extremo 8
de la misma, está conectada mediante pivote con el pistón 3 y en el
otro extremo 8' de la misma está conectada mediante pivote con el
cigüeñal 4. La biela 5 está conectada con un, así denominado, brazo
del cigüeñal 4 a una cierta distancia R del centro de rotación 7
del cigüeñal de un modo convencional.
En la figura 1 se ilustra esquemáticamente la
biela 5 para una posición del pistón situada entre el punto muerto
superior y el inferior. Las diferentes posiciones del punto de
conexión entre el pistón 3 y la biela 5, para la posición que se
ilustra y las posiciones que corresponden al punto muerto superior y
al inferior, se indican como ÖV, 8 y UV, y las diferentes
posiciones correspondientes del punto de conexión entre la biela 5
y el cigüeñal 4 se indican como ÖV', 8' y UV' respectivamente, para
las diferentes posiciones del pistón.
La forma de realización que se ilustra en la
figura 1 es un dispositivo convencional en el que el centro de
rotación 7 del cigüeñal 4 está situado en línea con la dirección del
movimiento del pistón, es decir, la prolongación de la línea 10 a
lo largo de la cual se puede mover el pistón 3, se extiende a través
del centro de rotación 7 del cigüeñal 4. Además, la relación entre
la distancia L, es decir, la distancia entre el punto de conexión
8 de la biela 5 en el pistón y el punto de conexión 8 de la biela 5
en el cigüeñal 4, también denominada longitud de la biela en la
presente memoria descriptiva, y la longitud de la carrera del pistón
SL es aproximadamente 1,81:1 (longitud de la biela = 145 mm y
longitud de la carrera del pistón = 80 mm).
En el punto muerto superior ÖV o justo antes de
que el pistón 3 se encuentre en el punto muerto superior ÖV, la
mezcla comprimida de combustible y aire contenida en el cilindro 2
se enciende y el pistón 3 se mueve desde el punto muerto superior
ÖV hasta el punto muerto inferior UV a consecuencia de la presión
que ejerce el gas de combustión sobre el pistón 3 durante su
expansión. Por tanto, el movimiento del pistón 3 desde el punto
muerto superior ÖV hasta el punto muerto inferior UV se denomina
carrera de expansión. La presión o la fuerza del gas varía durante
la carrera de expansión y alcanza su valor máximo durante la primera
parte de la carrera de expansión, es decir, tras la ignición la
fuerza aumenta rápidamente hasta un valor máximo y después la
fuerza disminuye a medida que el pistón 3 se mueve hacia el punto
muerto inferior UV. Esto supone que entre el punto muerto superior
ÖV y una posición posterior en la que el pistón se ha movido una
parte más pequeña de la longitud de la carrera del pistón SL se
libera la mayor parte de la energía del combustible que puede
usarse para la rotación del cigüeñal 4. Este par que se proporciona
en el cigüeñal 4 es igual a la fuerza que se transmite al cigüeñal
4 por medio de la biela 5 multiplicada por el brazo de palanca
eficaz de la biela 5 con respecto al centro de rotación 7 del
cigüeñal 4. El brazo de palanca variará durante la carrera de
expansión entre el valor 0, que aparece en el punto muerto superior
y en el punto muerto inferior, y el valor máximo R que aparece en
un punto entre estas posiciones de punto muerto, en las que R, tal
como se menciona anteriormente, es la distancia entre el centro de
rotación 7 del cigüeñal 4 y el punto de conexión 8' de la biela 5 en
el cigüeñal 4. La dirección de rotación del cigüeñal 4 se indica
como 14. Además, la biela se ilustra en una posición en la que
forma el ángulo \beta=10º con respecto a su posición en el punto
muerto superior, que corresponde a un movimiento A del pistón de
aproximadamente 11 mm desde el punto muerto superior.
A lo largo de toda la descripción, los números
de referencia similares indican unos componentes similares o
correspondientes, por lo cual, en los siguientes ejemplos de formas
de realización del dispositivo de acuerdo con la invención, no se
describirán detalladamente los diseños básicos comunes para las
diferentes formas de realización.
En la figura 2 se ilustra un dispositivo 1 de
acuerdo con la invención, en el que el centro de rotación 7 del
cigüeñal 4 está desplazado una distancia F desde la línea 10 a lo
largo de la cual se puede mover el pistón 3 y en la que el cigüeñal
4 posee una dirección de rotación 14 de forma que la parte del
cigüeñal que está situada en el otro lado del centro de rotación 7
del cigüeñal 4 con respecto a la línea de movimiento del pistón,
mirando al dispositivo en la dirección longitudinal del cigüeñal 4,
posea una componente del movimiento 13 que sea paralela a la línea
de movimiento 10 y se aleje del cilindro 2. La distancia de
desplazamiento F se encuentra adecuadamente en el intervalo de
valores mayores que cero pero menores que 0,9 multiplicado por la
longitud de la carrera del pistón, a menudo en el intervalo de 0,01
a 0,8 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón y
preferentemente en el intervalo de 0,2 a 0,6 multiplicado por la
longitud de la carrera del pistón. Así, se insiste en que la forma
de realización de acuerdo con la figura 2 debe tomarse únicamente a
modo de ejemplo. En esta forma de realización, la distancia de
desplazamiento F es aproximadamente igual a 0,38 multiplicado por
la longitud de la carrera del pistón SL. Se insiste en que para la
invención es fundamental que el desplazamiento F del centro de
rotación 7 del cigüeñal 4 esté relacionado con la dirección de
rotación 14 del cigüeñal, tal como se define anteriormente. Esto
supone que la dirección de rotación 14 del cigüeñal 4 va en el
sentido de las agujas del reloj cuando el dispositivo se observa tal
como se ilustra en las figuras 2 y 3, es decir vistos en la
dirección longitudinal del cigüeñal, con el cilindro 2 situado por
encima del cigüeñal 4 y el desplazamiento del centro de rotación del
cigüeñal a la derecha de la línea 10 a lo largo de la cual puede
moverse el pistón.
El dispositivo de acuerdo con la invención que
posee la distancia de desplazamiento F, o en otras palabras, que
posee una inclinación del cilindro 2 de un ángulo \alpha, funciona
de forma que una cierta inclinación de la biela 5 con respecto a la
posición de la biela en el punto muerto superior, definiéndose esta
inclinación como el ángulo \beta entre, por una parte, una línea
11 que se extiende a través de punto de conexión ÖV de la biela 5
en el pistón 3 y el punto de conexión ÖV' de la biela 5 en el
cigüeñal 4 (y el centro de rotación 7 del cigüeñal 4) cuando el
pistón 3 se encuentra en el punto muerto superior, y, por otra
parte, una línea 12 que se extiende a través de dos puntos de
conexión 8, 8' de la biela, cuando la posición del pistón 3 es
diferente del punto muerto superior, corresponde a un movimiento A
del pistón 3 que es más pequeño que en el caso de un dispositivo de
acuerdo con el estado de la técnica, tal como se ilustra en la
figura 1. En la figura 2, \beta=10º y A es aproximadamente 10 mm.
Cuando el pistón 3 se mueve, se obtiene una reducción de marcha
debido al hecho de que un mayor movimiento del pistón desde el punto
muerto superior corresponde a un menor ángulo de deflexión en el
cigüeñal 4. Durante esta parte de la fase de expansión se obtiene
una transmisión de fuerza muy favorable, lo que da lugar a un par
proporcionalmente alto del motor. En referencia a la figura 3, se
describirá más detalladamente la relación entre el movimiento A y el
ángulo de deflexión \gamma en el cigüeñal 4. Obsérvese que en el
dispositivo convencional de acuerdo con la figura 1, la línea a lo
largo de la cual se puede mover el pistón, es decir, la línea
central longitudinal del cilindro, coincide con la línea que se
extiende entre los puntos de conexión de la biela cuando el pistón
está situado en el punto muerto superior o, en otras palabras, en
este dispositivo el ángulo \alpha es igual a cero.
Como se indica anteriormente, también es posible
definir el desplazamiento como una inclinación del cilindro con un
ángulo \alpha con respecto al centro de rotación 7 del cigüeñal 4
considerando la dirección de rotación 14 del cigüeñal 4. En las
figuras 2 y 3, el ángulo \alpha se define como el ángulo agudo que
se obtiene entre la línea 10 a lo largo de la cual puede moverse el
pistón 3 y la línea 11 que se extiende desde el punto de conexión
ÖV de la biela 5 en el pistón 3 (y a través del punto de conexión
ÖV' de la biela 5 en el cigüeñal) hasta el centro de rotación 7 del
cigüeñal 4 cuando el pistón 3 se encuentra en el punto muerto
superior ÖV.
Como ya se ha mencionado, la invención puede
aplicarse en diversos grados dependiendo de las otras circunstancias
existentes referentes al motor en el que se aplica la invención. En
la fig. 2, la distancia de desplazamiento F es aproximadamente 0,38
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (\alpha es
aproximadamente igual a 9,5º) y la relación entre la longitud L de
la biela y la longitud de la carrera del pistón SL es 1,77:1
(longitud de la biela = 145 mm y la longitud de la carrera del
pistón = 82 mm). Una alteración que ocurre a consecuencia del
desplazamiento F consiste en que la posición del punto de conexión
de la biela en el cigüeñal, en el punto muerto inferior UV', queda
desplazada con respecto a la posición del punto de conexión de la
biela en el cigüeñal, en el punto muerto superior ÖV', de forma que
la rotación del cigüeñal 4 durante toda la carrera de expansión es
menor de 180º.
En la forma de realización de la figura 3 se han
combinado los dos aspectos de la invención, es decir, el
dispositivo está diseñado con un desplazamiento del centro de
rotación 7 del cigüeñal 4 y una biela 5 que es proporcionalmente
corta en relación con la longitud de la carrera del pistón SL. La
distancia de desplazamiento F es del orden de 0,36 multiplicado por
la longitud de la carrera del pistón SL (\alpha es aproximadamente
igual a 11º) y la distancia L entre el punto de conexión 8 de la
biela en el pistón 3 y el punto de conexión 8' de la biela 5 en el
cigüeñal 4 es del orden de 1,38 multiplicado por la longitud de la
carrera del pistón (longitud de la biela = 115 mm y longitud de la
carrera del pistón = 83,3 mm). Además, \beta es igual a 10º y A
aproximadamente 8 mm. Esta forma de realización ofrece incluso en
mayor medida las ventajas descritas anteriormente, incluida la
buena transmisión de fuerza desde el pistón 3 hasta el cigüeñal 4
durante la carrera de expansión. En la figura 4 se muestra una
tabla en la que se muestra el movimiento A actual del pistón desde
el punto muerto superior ÖV como una función del ángulo de deflexión
\gamma, con respecto al punto muerto superior, del cigüeñal 4. En
la tabla se compara un dispositivo convencional de acuerdo con la
figura 1 con un dispositivo de acuerdo con la invención que se
muestra en la figura 3. Según parece, el incremento porcentual
calculado de A en el dispositivo de acuerdo con la invención es el
máximo para ángulos \gamma proporcionalmente pequeños en el
cigüeñal 4 y es más pequeño para ángulos \gamma proporcionalmente
grandes en el cigüeñal 4.
No obstante, se insiste en que esta forma de
realización de acuerdo con la figura 3 también debe considerarse
únicamente como un ejemplo y que la distancia de desplazamiento F,
así como la distancia L entre los puntos de conexión de la biela
5, pueden variarse y combinarse de muchas formas diversas. Además,
se insiste en que, aunque la combinación de los dos aspectos de la
invención a menudo da lugar a un alto rendimiento, éstos pueden
aplicarse por separado y, así, el desplazamiento F de acuerdo con la
invención puede aplicarse junto con unas bielas que tengan una
longitud convencional.
En los casos en los que también se aplica el
otro aspecto de la invención, la distancia L entre el punto de
conexión 8 de la biela 5 en el pistón 3 y el punto de conexión 8' de
la biela en el cigüeñal 4 es adecuadamente mayor que 1,1
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón y menor o
igual a 1,5 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón
SL, a menudo en el intervalo de 1,2 a 1,5 multiplicado por la
longitud de la carrera del pistón SL y preferentemente en el
intervalo de 1,3 a 1,5 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón.
Todos los dispositivos que se ilustran en las
figuras 1, 2 y 3 se muestran para una posición del pistón y la
biela que supone que la biela 5 forma el ángulo \beta=10º con
respecto a la posición de la biela en el punto muerto superior. Sin
embargo, esta posición es únicamente un ejemplo para ilustrar el
modo en que el movimiento A del pistón desde el punto muerto
superior varía sólo en la etapa inicial de la carrera de expansión
en las diversas formas de realización para el mismo ángulo único
\beta.
Resulta obvio que las formas de realización
descritas anteriormente deben considerarse únicamente como ejemplos
y que los valores fundamentales del dispositivo, tales como la
distancia de desplazamiento y la distancia entre el punto de
conexión de la biela en el pistón y el punto de conexión de la biela
en el cigüeñal, pueden variarse y combinarse de muchas formas
diferentes dentro del alcance de la idea de la invención, y que los
componentes del dispositivo se pueden diseñar de muchas formas
diferentes y con muchas dimensiones diferentes dentro del alcance
de la idea de la invención.
Claims (24)
1. Un dispositivo para convertir un movimiento
rectilíneo en un movimiento giratorio, comprendiendo uno o más
mecanismos de pistón y cilindro (1) teniendo cada uno un cilindro
(2), un pistón (3) dispuesto de forma que se pueda mover en el
cilindro para un movimiento rectilíneo y una biela (5) que conecta
el pistón y un cigüeñal (4) para un movimiento giratorio, por lo
que el centro de rotación del cigüeñal se encuentra desplazado a
una distancia (F) de la respectiva línea (10) a lo largo de la cual
se puede mover el pistón o cada uno de ellos, caracterizado
porque el cigüeñal posee una dirección de rotación (14) tal que la
parte del cigüeñal que está situada al otro lado del centro de
rotación del cigüeñal en relación con la respectiva línea de
movimiento del pistón, o de cada uno de ellos, mirando el
dispositivo en la dirección longitudinal del cigüeñal, posee una
componente del movimiento (13) que es paralela a la línea del
movimiento respectiva del pistón o de cada uno de ellos y se aleja
del cilindro (2), o de cada uno de ellos.
2. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) es mayor o
igual que 0,01 multiplicado por la longitud de la carrera del
pistón (SL).
3. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) es \geq
0,05 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
4. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) es \geq 0,1
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
5. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) es \geq 0,2
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
6. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) es \geq 0,4
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
7. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) es \geq 0,6
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
8. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) se encuentra
en el intervalo de 0,01 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón (SL) a 0,05 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón (SL).
9. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) se encuentra
en el intervalo de 0,05 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón (SL) a 0,1 multiplicado por la longitud de la carrera del
pistón (SL).
10. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) se encuentra
en el intervalo de 0,1 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón (SL) a 0,2 multiplicado por la longitud de la carrera del
pistón (SL).
11. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) se encuentra
en el intervalo de 0,2 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón (SL) a 0,4 multiplicado por la longitud de la carrera del
pistón (SL).
12. Un dispositivo según la reivindicación
1,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) se encuentra
en el intervalo de 0,4 multiplicado por la longitud de la carrera
del pistón (SL) a 0,6 multiplicado por la longitud de la carrera del
pistón (SL).
13. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque
la distancia de desplazamiento (F) es menor que
0,9 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
14. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13,
caracterizado porque
la distancia (L) entre el punto de conexión (8)
de la biela (5) en el pistón (3) y el punto de conexión (8') de la
biela (5) en el cigüeñal (4) es mayor que cero y menor o igual que
1,5 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
15. Un dispositivo según la reivindicación
14,
caracterizado porque
dicha distancia (L) es \leq 1,45 multiplicado
por la longitud de la carrera del pistón (SL).
16. Un dispositivo según la reivindicación
14,
caracterizado porque
dicha distancia (L) es \leq 1,4 multiplicado
por la longitud de la carrera del pistón (SL).
17. Un dispositivo según la reivindicación
14,
caracterizado porque
dicha distancia (L) es \leq 1,3 multiplicado
por la longitud de la carrera del pistón (SL).
18. Un dispositivo según la reivindicación
14,
caracterizado porque
dicha distancia (L) es \leq 1,2 multiplicado
por la longitud de la carrera del pistón (SL).
19. Un dispositivo según la reivindicación
14,
caracterizado porque
dicha distancia (L) se encuentra en el intervalo
de 1,45 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL)
a 1,5 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón
(SL).
20. Un dispositivo según la reivindicación
14,
caracterizado porque
dicha distancia (L) se encuentra en el intervalo
de 1,4 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL) a
1,45 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
21. Un dispositivo según la reivindicación
14,
caracterizado porque
dicha distancia (L) se encuentra en el intervalo
de 1,3 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL) a
1,4 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
22. Un dispositivo según la reivindicación
14,
caracterizado porque
dicha distancia (L) se encuentra en el intervalo
de 1,2 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL) a
1,3 multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
23. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 18,
caracterizado porque
dicha distancia (L) es mayor que 1,1
multiplicado por la longitud de la carrera del pistón (SL).
24. El uso de un dispositivo según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23 en un motor de pistón con
combustión interna.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| SE9904843 | 1999-12-30 | ||
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