ES2296706T3 - Motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Un motor (110) de combustión interna de cuatro tiempos teniendo al menos un cilindro (13) que presenta un pistón (16) de doble acción que divide el cilindro (13) en dos cámaras (14, 15) de combustión y que son reciprocables dentro del cilindro (13) para realizar un tiempo de combustión que produce trabajo sobre un cigüeñal (21) mientras que se mueve o se aparta del cigüeñal (21), en el que el pistón (16) está conectado sobre pivote directamente a una biela (17) de conexión que a su vez está conectada directamente al cigüeñal (21), caracterizado porque la biela (17) de conexión pasa herméticamente a través de una placa (18) de separación separando el sumidero (12) del motor de la cámara (15) de combustión contigua, facilitando la placa (18) de separación el movimiento lateral de la biela (17) de conexión inducido por el cigüeñal.
Description
Motor de combustión interna.
Esta invención se refiere a motores de
combustión interna y en particular a motores de cuatro tiempos
algunas veces referidos como motores Otto.
Un motor Otto convencional funciona en cuatro
tiempos a) tiempo de inducción en el cual el pistón se mueve hacia
el cigüeñal y succiona una mezcla de combustible y aire dentro del
cilindro a través de una válvula o válvulas de entrada abiertas b)
tiempo de compresión en el cual la(s) válvula(s) de
entrada se cierra(n) y la mezcla es comprimida según se
mueve el pistón apartándose del cigüeñal, entonces la ignición de
los gases de combustible es seguida por c) el tiempo de combustión
según el pistón es empujado hacia abajo por los gases que se
expanden para realizar el trabajo y d) el tiempo de escape según el
pistón se mueve apartándose del cigüeñal y la válvula o válvulas de
escape están abiertas de modo que la mezcla quemada es empujada
fuera del cilindro. El cilindro está listo ahora para el siguiente
ciclo.
Se han propuesto muchas diferentes disposiciones
de cilindros alrededor de un cigüeñal único. Los motores más
convencionales tienen pistones múltiples dispuestos en diversas
configuraciones por ejemplo en línea, en formación V,
horizontalmente opuestos uno a otro, y radialmente.
En tiempos más recientes las piezas móviles de
motores se han hecho más ligeras lo cual reduce problemas debidos a
la falta de equilibrio y ha permitido el desarrollo de motores de
altas velocidades (r.p.m.).
Por ejemplo en los documentos US 3710 767, DE
3921 581 se describen motores de combustión interna de cuatro
tiempos que tienen pistones de doble acción. Por pistones de
"doble acción" quiere decir pistones que realizan un tiempo de
combustión en cualquier dirección de movimiento del pistón. Los
diferentes motores descritos tienen una desventaja debido a que sus
pistones están fijados rígidamente a una biela de pistón coaxial la
cual a su vez está conectada al cigüeñal a través de una biela de
conexión convencional. Esto produce un motor más grande y pesado el
cual tiene piezas que se mueven más grandes y sumideros más amplios.
Los motores que tienen pistones de doble acción se muestran también
los documentos GB 145209 A y FR 823 481 A.
Dicho documento
FR-A-823 481 describe un motor de
combustión interna de cuatro tiempos que tiene al menos un cilindro
C que presenta un pistón D de doble acción que divide el cilindro en
dos cámaras de combustión y es reciprocable dentro del cilindro C
para realizar un tiempo de combustión que produce trabajo sobre un
cigüeñal O mientras que se mueve hacia o se aparta del cigüeñal O,
en el que el pistón D está conectado sobre pivote directamente a una
biela F de conexión que a su vez está conectada directamente al
cigüeñal O.
La presente invención pretende producir motores
de combustión interna que tienen mejor relación potencia/peso. Este
objeto se alcanza con las características según la reivindicación
1.
Según la presente invención se proporciona un
motor de combustión interna de cuatro tiempos que presenta al menos
un cilindro que tiene un pistón de doble acción que divide el
cilindro en dos cámaras de combustión y que es reciprocable dentro
del cilindro para realizar un tiempo de combustión que produce
trabajo sobre un cigüeñal mientras se mueve hacia o se aparta del
cigüeñal, caracterizado porque el pistón está conectado sobre
pivote directamente a una biela de conexión conectada a su vez
directamente al cigüeñal y la biela de conexión pasa herméticamente
a través de una placa de separación que separa el sumidero del motor
de la cámara de combustión contigua, facilitando la placa de
separación el movimiento lateral de la biela de conexión.
El pistón que está conectado directamente al
cigüeñal de la manera convencional permite el uso de sumideros más
pequeños.
En algunos casos la placa de separación se puede
mover transversal o radialmente con relación al cilindro para
facilitar el movimiento lateral asociado de la biela de conexión
según reciproca el pistón o alternativamente la placa de separación
puede incluir un elemento de deslizamiento que herméticamente se
desliza sustancialmente de forma transversal y/o radialmente al eje
del cilindro.
Durante el ciclo de funcionamiento del motor,
una de dichas cámaras se encuentra en una etapa por delante de la
otra cámara.
La invención anteriormente mencionada es
aplicable a todas las formas de motor de cuatro tiempos/ciclo Otto
de combustión interna que incluye gasolina, diesel, keroseno, gases
o líquidos de hidrocarburos, alcohol e hidrógeno.
La invención se describirá a modo de ejemplo y
haciendo referencia a los dibujos que se acompañan en los que:
la fig. 1. es un dibujo esquemático de un
cilindro en una primera configuración de motor según la presente
invención,
la fig. 2 es una representación esquemática del
ciclo de funcionamiento de un cilindro mostrado en una cualquiera de
las figs. 1, 4 y 5.
la fig. 3 es una representación esquemática de
un ciclo de funcionamiento alternativo de un cilindro mostrado en
una cualquiera de las figs. 1, 4 y 5..
la fig. 4 es una representación esquemática de
un motor similar al mostrado en la fig. 1 que tiene una disposición
de deslizamiento alternativo mostrado también en una vista en planta
en la fig. 4A.
Haciendo referencia a la fig. 1 se muestra un
motor 110 de combustión interna según la presente invención y el
cual es un motor de cuatro tiempos que funciona con todos los
combustibles convencionales por ejemplo, gasolina, alcohol,
fuel-oil, gases de hidrocarburo, hidrógeno, etc. El
motor 110 comprende un bloque 11 de cilindro montado sobre un
sumidero 12. Para una mayor claridad se muestra sólo un cilindro 13
único aunque el bloque 11 pudiera alojar cualquier número de
cilindros según se desee para una configuración de motor
particular.
El cilindro 13 está dividido en dos cámaras de
combustión 14 y 15 mediante un pistón 16 reciprocable. El pistón 16
es un pistón de doble acción y está conectado directamente a una
biela 17 de conexión que pasa herméticamente a través de una placa
18 de separación la cual separa la cámara 15 del sumidero 12.
El término "doble acción" significa que un
tiempo de combustión para el motor se puede realizar en cualquier
dirección de movimiento del pistón.
El pistón 16 está conectado vía una clavija 30 a
la biela 17 de conexión que a su vez está conectada directamente al
cigüeñal 21 de manera convencional. La cámara 15 de combustión más
baja está separada del sumidero 12 mediante una placa 18 de
separación que incluye una abertura 113 (véase fig 4a) para
facilitar el movimiento lateral de la biela 17. La abertura se
cierra mediante una porción 118 de deslizamiento la cual se puede
mover radialmente y/o de forma transversal a la placa 18 de
separación y se encuentra sellada a la misma. La biela 17 se moverá
también verticalmente en la porción 118 de deslizamiento y está
sellada allí mediante cierres herméticos 115 para facilitar dicho
movimiento.
Las dos cámaras 14 y 15 a cada lado del pistón
16 se encuentran cada una dispuestas con las válvulas 22, 23 de
entrada respectiva, válvulas 24, 25 de escape y bujías 26, 27.
El motor 110 en este ejemplo es un motor de
ciclo Otto que utiliza un pistón 16 único para producir un tiempo de
combustión en ambas direcciones de movimiento del pistón (es decir,
hacia y apartándose del cigüeñal), lo cual se denominará en lo
sucesivo un ciclo de doble tiempo.
Un ciclo de funcionamiento de las dos cámaras 14
y 15 se explicará haciendo referencia a la fig. 2:
- \quad
- la etapa 1 tiene la cámara 15 inferior en el tiempo de compresión con la cámara 14 superior en el tiempo de inducción.
- \quad
- la etapa 2 tiene la cámara 15 inferior en el tiempo de combustión y la cámara 14 superior en el tiempo de compresión
- \quad
- la etapa 3 tiene la cámara 15 inferior en el tiempo de escape y la cámara 14 superior en el tiempo de combus- tión, y
- \quad
- la etapa 4 tiene la cámara 15 inferior en el tiempo de inducción y la cámara 14 superior en el tiempo de escape.
\vskip1.000000\baselineskip
El ciclo entonces empieza de nuevo en la etapa
1.
Esencialmente en cualquier etapa en el ciclo, el
tiempo en la cámara inferior 15 se repite en la cámara superior 14
durante el próximo tiempo consecutivo.
Un ciclo de funcionamiento alternativo de las
dos cámaras se explicará haciendo referencia a la fig. 3:
- \quad
- la etapa 1 tiene la cámara 15 inferior en el tiempo de compresión con la cámara superior en el tiempo de combustión.
- \quad
- la etapa 2 tiene la cámara 15 inferior en el tiempo de combustión con la cámara superior en el tiempo de escape.
- \quad
- la etapa 3 tiene la cámara inferior en el tiempo de escape con la cámara superior 14 en el tiempo de inducción.
- \quad
- la etapa 4 tiene la cámara inferior 15 en el tiempo de inducción con la cámara superior en el tiempo de compresión.
El ciclo comienza entonces de nuevo en la etapa
1. Esencialmente en cualquier etapa en el ciclo el tiempo en la
cámara 15 inferior está una etapa por detrás del tiempo en la cámara
superior.
Cualquier número de cilindros puede ser
incorporado en un sistema de motor, cada cilindro que utiliza uno
de los ciclos de funcionamiento mostrados en las figs. 2 ó 3, y en
algunos sistemas de motor algunos cilindros pueden funcionar en un
ciclo al tiempo que otros cilindros funcionan simultáneamente en el
otro ciclo.
Una disposición de cierres herméticos diferente
se muestra en la fig. 4 y 4A en la que se localiza un par de
cierres herméticos 41, 42 cargados con resortes en la abertura 113
en la placa 18 de separación. La biela 17 de conexión se puede
apoyar contra los cierres herméticos, o pueden estar en contacto con
los cojinetes de apoyo 43 montados contra los cierres herméticos 41
y 42 respectivamente. Los cierres herméticos 41, 42 reciprocan en la
abertura 113 para cerrar herméticamente alrededor de la biela de
conexión en movimiento.
El motor debería preferiblemente estar
construido de materiales que soportan elevadas temperaturas tal como
cerámica, titanio, etc. y preferiblemente deberían tener cojinetes
resistentes al impacto y/o explosión en la disposición de la biela
de conexión y/o cigüeñal.
La lubricación para los motores antes
mencionados puede incluir la utilización de combustibles
autolubricantes que pueden comprender lubricantes añadidos.
Alternativamente o de forma adicional la
lubricación se puede lograr por sistemas de lubricación a elevada
presión que bombean lubricantes a lo largo de orificios internos en
el cigüeñal 21 y bielas 17, 113 y cojinetes y clavijas asociados.
El aceite puede ser alimentado a las superficies periféricas del
pistón desde la alimentación a la clavija del pistón y entonces a
través de los poros abiertos a la superficie cilíndrica del pistón u
orificios que se abren bajo los anillos del pistón.
El motor puede utilizar cilindros encamisados
que tienen paredes porosas al aceite y el drenaje de aceite se puede
proporcionar mediante la retirada de aceite en exceso.
La utilización de metales porosos al aceite que
están previamente impregnados con aceite puede ser posible para
motor de corta vida, por ejemplo, aunque sin limitación a los
motores de carrera que son desmontados entre las carreras.
El aceite puede también actuar como un
refrigerante para el motor.
Claims (13)
1. Un motor (110) de combustión interna de
cuatro tiempos teniendo al menos un cilindro (13) que presenta un
pistón (16) de doble acción que divide el cilindro (13) en dos
cámaras (14, 15) de combustión y que son reciprocables dentro del
cilindro (13) para realizar un tiempo de combustión que produce
trabajo sobre un cigüeñal (21) mientras que se mueve o se aparta del
cigüeñal (21), en el que el pistón (16) está conectado sobre pivote
directamente a una biela (17) de conexión que a su vez está
conectada directamente al cigüeñal (21), caracterizado porque
la biela (17) de conexión pasa herméticamente a través de una placa
(18) de separación separando el sumidero (12) del motor de la cámara
(15) de combustión contigua, facilitando la placa (18) de separación
el movimiento lateral de la biela (17) de conexión inducido por el
cigüeñal.
2. Motor según la reivindicación 1,
caracterizado porque la biela (17) de conexión pasa a través
de una abertura (113) en la placa (18) de separación con un elemento
(118) de deslizamiento que se cierra herméticamente contra la biela
(17) y se desliza herméticamente con relación a la placa (18) de
separación radialmente o de forma transversal al eje del
cilindro.
3. Motor según la reivindicación 1 o
reivindicación 2, caracterizado porque el elemento (118) de
deslizamiento comprende cierres herméticos (41, 42) localizados en
la abertura (113) y los cuales son móviles dentro de la abertura
(113) para cerrar herméticamente contra la biela (17).
4, Motor según la reivindicación 3,
caracterizado porque los cierres herméticos (41, 42) están
desviados elásticamente para sellar contra la biela (17) de
conexión.
5. Motor según la reivindicación 4,
caracterizado porque los cojinet4es de apoyo (43) forman una
superficie de contacto entre los cierres herméticos (41, 42) y la
biela (17) de conexión).
6. Motor según la reivindicación 2,
caracterizado porque el elemento (118) de deslizamiento se
desliza sobre la placa (18) de separación y se cierra herméticamente
a la misma.
7. Motor según una cualquiera de las
reivindicación 1 a 6, caracterizado porque el cilindro (13)
está localizado dentro de un bloque (11) de cilindro y la placa de
separación (18) es herméticamente móvil con relación al bloque (11)
de cilindro.
8. Motor según una cualquiera de las
reivindicación 1 a 7, caracterizado porque durante el ciclo
del motor Otto, una de dichas cámaras (14 ó 15) está en una etapa
por delante de la otra cámara de dichas cámaras (15 ó 14).
9. Motor según la reivindicación 8, en el que la
cámara (15) inferior está por delante de la cámara superior
(14).
10. Motor que tiene una diversidad de cilindros
(13), teniendo cada cilindro su ciclo de funcionamiento de acuerdo
con la reivindicación 9 ó reivindicación 10.
11. Motor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que el pistón (16) y/o orificio del
cilindro están formados a partir de materiales porosos al aceite los
cuales se impregnan previamente con aceite.
12. Motor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que el aceite es bombeado bajo
presión al pistón (17) y puede penetrar las superficies cilíndricas
a través de los poros y/u otros orificios en el pistón.
13. Motor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, en el que el orificio del cilindro
comprende un manguito en el que reciproca el pistón (17) y siendo el
manguito de material poroso al aceite de lubricación.
14. Motor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, en el que el motor (11) incluye una
pluralidad de cilindros (13) orientados uno con respecto al otro
según se desee.
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