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.
Campo
Esta invención se refiere a motores de combustión interna y en particular a motores de cuatro tiempos algunas veces referidos como motores Otto.
Antecedentes de la invención
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.
Presentación de la invención
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.
Descripción de los dibujos
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.
Descripción detallada de la invención
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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