ES2314405T3 - Motor de combustion interna de dos ciclos con un sistema de combustion de inyeccion directa de combustible. - Google Patents

Motor de combustion interna de dos ciclos con un sistema de combustion de inyeccion directa de combustible. Download PDF

Info

Publication number
ES2314405T3
ES2314405T3 ES04739315T ES04739315T ES2314405T3 ES 2314405 T3 ES2314405 T3 ES 2314405T3 ES 04739315 T ES04739315 T ES 04739315T ES 04739315 T ES04739315 T ES 04739315T ES 2314405 T3 ES2314405 T3 ES 2314405T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
cylinder
piston
injector
fuel
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES04739315T
Other languages
English (en)
Inventor
Enrico Nino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Application granted granted Critical
Publication of ES2314405T3 publication Critical patent/ES2314405T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/104Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
    • F02B23/105Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder the fuel is sprayed directly onto or close to the spark plug
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/14Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0433Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil with a deflection device, e.g. screen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0461Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil with a labyrinth
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

Motor de combustión interna de dos ciclos del tipo que comprende: - un cilindro (2), - un pistón (4) con una biela de conexión asociada, - un cabezal (3) que encierra el cilindro (2) por el lado de la cámara de combustión, - un cárter (12) que encierra el cilindro (2) en el lado opuesto a la cámara de combustión, - una bujía de encendido (5) insertada en el cabezal (3), y - un conducto de escape de gases quemados (8) con un puerto de entrada que se abre en la superficie interior del cilindro (2) cercana al punto muerto inferior del pistón (4), - un conducto de entrada de aire (6) con puertos de entrada a la cámara de combustión (13) dispuestos cercanos al punto muerto inferior del pistón (4), siendo dichos puertos denominados en adelante "puertos de barrido" (13) y con otros puertos de entrada dispuestos o bien en el cilindro (2) cerca del cárter (12), o en el cárter (12), - un conducto (7) para la entrada de aceite de lubricación en el conducto de entrada de aire (6), - un detector (9) de la velocidad de rotación y la posición angular del eje de accionamiento, caracterizado porque: - el conducto de entrada de aire carece de válvula de mariposa y porque - un inyector de combustible (1) insertado en la pared del cilindro (2) con una inclinación de modo que el chorro de combustible producido por el mismo que penetra en la cámara de combustión impacta en la pared del cabezal (3) próxima a la bujía de encendido (5) y también insertada en una posición tal que el pistón (4) en su punto muerto superior está dispuesto entre el inyector (1) y la cámara de combustión, y - una unidad de control (10) que sincroniza el movimiento cíclico del eje de accionamiento con los tiempos de encendido de la bujía de encendido (5) y el tiempo de apertura del inyector (1) en dependencia de las señales de salida del detector mencionado anteriormente (9), y que también regula la cantidad de combustible inyectado en cada ciclo del motor dependiendo de la velocidad de giro, la carga del motor y la regulación de la aceleración establecida por el usuario, controlando dicha unidad de control (10) en cada ciclo la apertura del inyector (1) cuando el pistón (4) al inicio de la carrera de compresión acaba de cerrar dichos puertos de barrido (13).

Description

Motor de combustión interna de dos ciclos con un sistema de combustión de inyección directa de combustible.
La presente invención se refiere a un motor de combustión interna de dos ciclos con un sistema de combustión de inyección directa de combustible.
\vskip1.000000\baselineskip
Antecedentes
El motor de combustión interna alternativo del tipo de dos ciclos está reconocido universalmente como el motor más sencillo de los disponibles actualmente. Esto ha llevado a su adopción casi universal en el campo de la propulsión concebida para vehículos pequeños como motocicletas y motocicletas tipo escúter con un desplazamiento de pistón entre 50 cc y 125 cc, además de los denominados cuadriciclos con motor y una serie amplia de pequeñas herramientas y dispositivos como equipos generadores, sierras de cadena, cortadoras de césped, motores fuera borda para uso acuático, etc. La necesidad de la adopción de sistemas de propulsión con una disposición de construcción "sencilla" es necesaria debido a que se trata de artículos que presentan un valor añadido reducido y, por lo tanto, el coste industrial de los sistemas de propulsión, así como de los otros componentes, se debe mantener lo más reducido posible. Otros factores que han influido son el bajo peso (proporción potencia/peso elevada) y el poco mantenimiento que necesitan.
En los documentos WO98/53191 A, EP-A-0742366, US-A-5746171 y US-A-3572298 se describen ejemplos de motores de combustión interna de dos ciclos.
El motor de combustión interna de dos ciclos que se describe en el documento WO98/53191A comprende unos medios de inyección de combustible para la inyección directa de combustible en un cilindro. Los medios de inyección están dispuestos en el cilindro de manera que creen turbulencias y premezclen el aire admitido en el combustible inyectado antes de la combustión. El sistema de entrada de aire del motor comprende una válvula de mariposa que controla la cantidad de aire que se permite pasar en el cilindro.
El motor de combustión interna de dos ciclos que se describe en el documento EP-A-0742366 comprende un cuerpo de cilindro con el extremo superior cubierto por un cabezal de cilindro y un inyector de combustible dispuesto en la pared lateral del cilindro a una distancia de dicho extremo superior que cumple una inecuación especificada, con el fin de facilitar la inyección de una cantidad suficiente de combustible durante el funcionamiento a alta velocidad. Se prevé una válvula de mariposa en el interior de un conducto de entrada de aire, y la dirección del flujo de inyección hace que la mezcla aire-combustible sea uniforme en la totalidad de la cámara de combustión.
El motor de combustión interna de dos ciclos descrito en el documento US-A-5746171 es un motor de carga estratificada con una cámara de combustión dividida en una precámara y una cámara de combustión principal y con un inyector que inyecta una premezcla de combustible y aire. El inyector de combustible se mantiene en el interior de la cámara de combustión principal, lo que tiene como resultado una calidad antidetonante más elevada del motor.
El motor de combustión interna de dos ciclos descrito en el documento US-A-3572298 proporciona un motor de combustión interna de sistema de carga estratificada que comprende un pistón alternativo, un cilindro provisto de una salida y un puerto de barrido adaptado para su apertura y cierre por medio del movimiento del pistón, así como una boquilla de inyección provista en el cabezal del cilindro para el suministro de combustible en el cilindro, de manera que el rociado desde la boquilla de inyección se dirige hacia la superficie interior del cabezal del cilindro contra o en una corriente de turbulencia de aire fresco para proporcionar una acción combinada para la estratificación de la mezcla de combustible a lo largo de la superficie de la pared del cilindro.
\vskip1.000000\baselineskip
Desventajas de la técnica anterior
A pesar de ser sencillo y de presentar un coste reducido, el motor de dos ciclos presenta una serie de desventajas bien conocidas que esencialmente consisten en el elevado grado de solapamiento de las fases de entrada y escape. En la práctica, tal como se conoce, para muchos ángulos de cigüeñal tanto la entrada de aire fresco como el puerto de escape de gas quemado se abren teniendo como resultado un escape de una parte considerable de la carga fresca estimado en más del 40%. Esto lleva a un porcentaje elevado de hidrocarburos no quemados en los humos de escape, y además hace que resulte difícil la adecuación a las actuales y futuras normas de "anticontaminación".
Otro motivo importante de producción contaminante consiste en el método de lubricación basado en la mezcla del lubricante con el combustible.
Este método implica que una vez que se evapora la gasolina, el lubricante forma una nube de gotas muy finas, de manera que se pueda arrastrar junto con la carga fresca en la cámara de combustión y en un buen porcentaje directamente hacia el escape teniendo como resultado la producción de humo (combustión incompleta del aceite), ensuciando los conductos de escape y atascando el silenciador. Este fenómeno además se ve empeorado por el hecho de que el lubricante introducido, al ser diluido por el combustible, reduce su efectividad y, por lo tanto, resulta necesario mantener su concentración elevada en la gasolina.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Tal como se describe, las desventajas están provocadas por el tipo de alimentación basada en la mezcla del combustible con el aire antes de que este último entre en la cámara de combustión. Se han llevado a cabo varios intentos de reducir las desventajas mencionadas anteriormente, generalmente inspirados por la entrada de combustible directamente en la cámara de combustión. Como ejemplo se podrían tomar los sistemas grandes de propulsión diesel de dos ciclos, pero, al contrario que los sistemas de propulsión diesel, las desventajas de las que adolece son considerables y consisten esencialmente en la dificultad encontrada en la mezcla de combustible con el comburente, lo que tiene como resultado una combustión anómala, así como anomalías de funcionamiento. En la actualidad, en los sistemas de propulsión diesel de dos y cuatro ciclos, el problema de la mezcla del combustible con el comburente se soluciona por medio de un diseño preciso de los conductos de entrada y la cámara de combustión, de elevado vórtice y turbulencia, y especialmente por medio de sistemas de inyección muy sofisticados capaces de funcionar a presiones muy elevadas incluso del orden de 1.000 bar en sistemas meramente mecánicos, o más elevadas en los sistemas denominados "de conducto común". Con un nivel de inyección de presión de combustible así, el combustible se dispersa en gotas tan pequeñas (atomización de combustible muy elevada) como para que puedan mezclarse completamente con la carga de aire fresco en periodos de tiempo muy cortos. Dichas presiones elevadas únicamente se pueden alcanzar con combustible diesel, dado su elevado poder lubricante (elevada viscosidad). Con gasolina sin poder lubricante (baja viscosidad) no se puede, dado que provocaría el agarrotamiento (contacto directo metal-con-metal) de los sistemas de presurización (bomba) y los inyectores.
Entre los distintos intentos llevados a cabo para superar dichas desventajas, el único que ha alcanzado resultados positivos ha sido el desarrollado por Orbital Engine Corp. Ltd. que, adoptando una técnica de inyección sofisticada particular, tuvo éxito en el desarrollo de sistemas de propulsión de dos ciclos para el uso en automóviles con un rendimiento satisfactorio, es decir, emisiones contaminantes comparables a las de los sistemas de propulsión de cuatro ciclos. En la actualidad Orbital Engine ha desarrollado y perfeccionado una técnica de inyección denominada "inyección asistida por aire" asistida por aire comprimido a una presión relativamente baja, con una magnitud del orden de 10 bar capaz de incrementar la atomización del combustible (reducción del diámetro medio de las gotas producidas) y denominada también Diámetro Medio de Sauter (SMD). Orbital Engine ha conseguido realizar un rociado de combustible de bajo SMD utilizando la capacidad expansiva de los gases comprimidos (aire) para transportar el combustible líquido y darle la energía necesaria para su dispersión, es decir, energía que en los sistemas de inyección meramente mecánica se suministra mediante la inyección a presión elevada mencionada anteriormente. Con este tipo de sistema de inyección. Orbital Engine ha podido desarrollar sistemas de propulsión de dos ciclos para su uso en automóviles, capaces de obtener prestaciones comparables a los sistemas de propulsión de cuatro ciclos básicamente desde el punto de vista de las emisiones de contaminantes.
Recientemente, Orbital Engine ha aplicado su técnica para un motor de dos ciclos con un desplazamiento de pistón de 50 cc. El producto desarrollado da a conocer particularmente sus reducciones tanto en el consumo de combustible y aceite lubricante como en la emisión de contaminantes. Estos resultados, además de resultar interesantes, se consiguieron adoptando dispositivos que complicaban considerablemente la disposición básica (basta imaginarse el hecho de tener que adoptar un compresor volumétrico para producir aire comprimido en un motor de 50 cc.). Además, la técnica adoptada proporciona, aparte del compresor volumétrico, no menos de dos "inyectores", el adecuado para la inyección de gasolina en una cámara de premezclado y otro que comunique la cámara de mezclado con la cámara de combustión. Ambas "válvulas" se deberán gestionar mediante una unidad de control. Esto muestra el considerable nivel de complicación técnica alcanzado, que tiene como resultado el incremento en los costes de producción y mantenimiento, de manera que las soluciones de "Orbital" apenas se pueden utilizar en sistemas de propulsión de motocicletas del tipo escúter, que son conocidos por su bajo valor añadido.
La solución que se adopta para este tipo de sistemas de propulsión necesariamente debe presentar un coste muy reducido (limitación del valor añadido en la totalidad del sistema de propulsión) y ser capaz de mejorar considerablemente las "prestaciones" del sistema de propulsión en términos de contaminantes limitados, de manera que sea compatible con los requisitos de la legislación actual y para el futuro próximo.
Objetivos de la invención
El objetivo general de la presente invención es solucionar las insuficiencias mencionadas anteriormente mediante la disposición de un motor de combustión interna de dos ciclos que, en comparación con los motores de dos ciclos convencionales, presente por lo menos una de las siguientes ventajas:
-
una cantidad muy limitada de hidrocarburos no quemados en el escape,
-
un consumo de combustible y aceite lubricante reducido de forma considerable para igual potencia,
-
un coste muy limitado, y
-
una necesidad de mantenimiento limitada.
Sumario de la invención
La presente invención permite estas ventajas mediante la adopción de una modalidad meramente mecánica para dirigir la inyección de combustible en la cámara de combustión, proporcionando un dispositivo de inyección que presenta un coste bajo o muy reducido.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La realización de dicho dispositivo requiere la adopción de inyectores de automóviles comerciales, cuyas grandes cantidades de producción aseguran un coste industrial bajo.
En particular, el motor de combustión interna de dos ciclos según la presente invención es del tipo que comprende:
-
un cilindro (2),
-
un pistón (4) con una biela de conexión asociada,
-
un cabezal (3) que cierra el cilindro (2) por el lado de la cámara de combustión,
-
un cárter (12) que cierra el cilindro (2) en el lado opuesto a la cámara de combustión,
-
una bujía de encendido (5) insertada en el cabezal, y
-
un conducto de escape de gases quemados (8) con un puerto de entrada que se abre en la superficie interior del cilindro (2) próxima al punto muerto inferior del pistón (4),
y caracterizado porque comprende en combinación:
-
un conducto de entrada de aire (6) desprovisto de válvula de mariposa con puertos de entrada a la cámara de combustión (13) dispuestos próximos al punto muerto inferior del pistón (4), y con otros puertos de entrada dispuestos o bien en el cilindro (2) cerca del cárter (12), o en el cárter,
-
un conducto (7) para la entrada de aceite de lubricación en el conducto de entrada de aire (6),
-
un detector (9) de la velocidad de rotación y la posición angular del eje de accionamiento,
-
un inyector de combustible (1) insertado en la pared del cilindro (2) con una inclinación tal que el chorro de combustible producido por el mismo penetre en la cámara de combustión, impacte en la pared del cabezal (3) próxima a la bujía de encendido (5) y también insertada en una posición tal, que el pistón (4) en su punto muerto superior se disponga entre el inyector (1) y la cámara de combustión, y
-
una unidad de control (10) que sincronice el movimiento cíclico del eje de accionamiento con los tiempos de encendido de la bujía de encendido (5) y el tiempo de apertura del inyector (1) en dependencia de las señales de salida del detector mencionado anteriormente (9), y que también regule la cantidad de combustible inyectado en cada ciclo del motor dependiendo de la velocidad de giro, la carga del motor y la regulación de la aceleración establecida por el usuario, controlando dicha unidad de control (10) en cada ciclo la apertura del inyector (1) cuando el pistón (4) al inicio de la carrera de compresión acaba de cerrar dichos puertos de barrido (13).
Descripción general de los dibujos
Para poner más claramente de manifiesto los objetivos y características del dispositivo según la presente invención, se describe y se ilustra a continuación en los dibujos adjuntos a título de ejemplo una forma de realización de la misma:
la Figura 1 muestra una vista en sección transversal esquemática de un motor de dos ciclos con un sistema de combustión de inyección de combustible directa según la presente invención,
la Figura 2 muestra una vista en sección transversal de un motor (parte superior) realizado según el esquema de la Figura 1, y
la Figura 3 muestra una vista desde abajo del motor de la Figura 2.
Formas de realización preferidas de la invención
Haciendo referencia a la figuras, en el motor de la Figura 1 las distintas partes tienen el significado siguiente
1.
inyector,
2.
cilindro de motor alternativo de dos ciclos,
3.
cabezal del mismo motor,
4.
pistón y biela de conexión asociada,
5.
bujía de encendido,
6.
conducto de entrada de aire (sin válvula de mariposa o de compuerta),
7.
conducto de entrada de aceite lubricante,
8.
conducto de escape,
9.
detector de posición del eje de accionamiento/rpm (sensor),
10.
unidad de control electrónico para la sincronización del inyector y la bujía de encendido,
11.
válvula de lama unidireccional para un flujo de aire unidireccional,
12.
cárter del motor (colector)
En el esquema propuesto, para mayor claridad al describir la presente invención, se omite la parte que hace referencia al sistema de presurización de combustible y al sistema de lubricación, ambas realizadas con medios conocidos.
La vista en sección transversal de la forma de realización del ejemplo de la Figura 2 muestra los ángulos preferidos (no vinculantes) de inclinación del inyector y de las paredes del cabezal, adoptados en un prototipo, es decir 33,1º para la inclinación de la superficie cónica interior del cabezal con respecto al plano de la boca del cilindro encarada a la misma, y 32,5º para la inclinación del inyector (1) con respecto al plano mencionado anteriormente (en la Figura la entrada 13 del conducto de entrada de aire y la entrada del conducto 8 parecen sobresalir en la cámara de combustión contrariamente a la realidad, por lo que únicamente es un efecto óptico).
El funcionamiento de la presente invención de acuerdo con los principios de la misma es el siguiente: se inyecta el combustible por medio de un inyector (1) en el cilindro (2) cuando el pistón (4) acaba de cerrar los puertos de barrido (13) (entrada de aire). En estas condiciones, el combustible rociado por (1) aún encuentra una presión baja en el interior del cilindro y la cámara de combustión y, por lo tanto, precisa baja presión para la inyección. El chorro producido penetra en la cámara de combustión e impacta contra la pared de la cámara de combustión situada en el cabezal (3) cercana a la bujía de encendido (5). Después de impactar, tienen lugar dos efectos combinados. El primero es la activación de la denominada atomización secundaria, que consiste en las gotas de combustible que, después del impacto del chorro principal en las paredes sólidas, se separan entre sí para dispersarse en la cámara de combustión. El segundo efecto es que los chorros impactantes desarrollan coeficientes elevados de intercambio térmico por convección entre fluidos y sólidos y, por lo tanto, el chorro de combustible que impacta en las paredes del cabezal (que es conocido que se encuentra entre componentes a temperatura elevada de un motor endotérmico) recibe una cantidad de calor que eleva el contenido en entalpía y favorece la vaporización rápida del combustible. Estos efectos, junto con el tiempo de permanencia prolongado del combustible en la cámara de combustión (inyección efectuada durante las primeras carreras de compresión), con la forma inclinada de la cámara de combustión y con la posición central de la bujía de encendido dispuesta próxima a la zona de impacto, aseguran la inflamabilidad de la mezcla en todas las velocidades de funcionamiento del motor. De este modo, únicamente se consigue la regulación del motor regulando la cantidad de combustible inyectado (y evidentemente también las fases de inyección y de ignición) dependiendo de la velocidad de giro y de la carga del motor. Así, se puede conseguir la combustión con un importante exceso de aire y una reducción considerable tanto de los hidrocarburos no quemados (HC) como del monóxido de carbono (CO) producido.
Otra ventaja es que, incluso en las condiciones de funcionamiento más lentas, siempre existen grandes cantidades de oxígeno molecular en los gases de escape, dado que circula la cantidad máxima posible de aire debido a la ausencia de la válvula de mariposa en el motor. Esto permite el funcionamiento efectivo de los catalizadores oxidantes instalados normalmente en los conductos de escape de este tipo de motor. El aire en exceso permite mantener bajos los óxidos de nitrógeno (NO_{x}) producidos reduciendo la temperatura máxima de combustión.
Por lo que respecta a las condiciones de funcionamiento en "frío", en las fases iniciales del funcionamiento del motor en las que la temperatura de las paredes interiores del cabezal se encuentra próxima a la temperatura ambiental, resulta necesario controlar el inyector de manera que se envíe más combustible (enriquecimiento de carga). De este modo, la atomización primaria y secundaria incrementada provocada por la mayor cantidad de combustible inyectado compensa la falta de vaporización del combustible debida al impacto con la pared de cabezal "caliente" para permitir el inicio del motor y su calentamiento progresivo. Durante dicho calentamiento progresivo del motor detectado con un detector destinado a ello del tipo conocido y omitido en aras de la claridad, la unidad de control (10) proporcionará la reducción progresiva de la mayor cantidad de combustible inyectado hasta que se alcance el estado adecuado. La posición del inyector en el cilindro lo protege de presiones y temperaturas elevadas generadas por la combustión, debido a que en esta fase el pistón se encuentra entre el inyector y la cámara de combustión.
A partir de la descripción anterior se ponen de manifiesto las siguientes ventajas.
En la práctica, la presente invención proporciona la adopción de inyectores concebidos para motores de automóviles para la inyección en el colector de entrada. Dichos inyectores se pueden instalar fácilmente en la pared del cilindro de motores pequeños de dos ciclos y funcionan de un modo prácticamente idéntico a sus condiciones de diseño, dado que se utilizan para rociar combustible durante la parte inicial de la carrera de compresión, de manera que introducen el combustible en un entorno a baja presión de un modo que se utiliza la totalidad de la presión de inyección para proporcionar energía al chorro. Se recuerda que para el escape de un fluido en un orificio, incluso es importante la presión "aguas arriba-aguas abajo", y no sólo la presión aguas arriba (inyección).
Disponiendo el inyector en las paredes del cilindro, se lleva a cabo la importante acción de protección del inyector de los picos de presión y temperatura alcanzados durante la fase de combustión. Esta fase se lleva a cabo con el pistón cerca del punto muerto superior, de modo que quede delante del orificio de salida del combustible, o sea del inyector. Esto asegura una mayor duración y menos residuos de combustión carbonosos del inyector instalado en el cilindro en comparación con los inyectores o válvulas instalados en el cabezal.
La presente invención adopta un inyector y una bomba de gasolina mecánica para sustituir el carburador. Esta sustitución de componentes únicamente implica un incremento limitado en los costes de producción del motor, por lo que dicha adopción es válida económicamente. Resulta evidente que por medio de la inyección directa, se reducen de forma importante los hidrocarburos no quemados en el escape provocados por el solapamiento parcial de la fase de entrada con la fase de escape.
La adopción de la inyección meramente mecánica (inyección de gasolina a presión baja sin la ayuda de aire comprimido) requiere la adopción de una unidad de control adecuada, capaz de regular el tiempo de apertura del inyector (electromecánica, realizando su apertura mediante un impulso eléctrico enviado a la bobina solenoide), y así, de regular el combustible inyectado, basándose en la regulación del acelerador controlado en ese momento por el usuario, en la velocidad del motor, la temperatura, etc.
Por lo que respecta al problema de lubricación, se recuerda que la lubricación de los motores de dos ciclos normalmente se lleva a cabo en una operación de engrasado. En la práctica, se mezcla el lubricante con la gasolina o se introduce en el colector de entrada mediante una bomba de medición, a continuación, se introduce en el cárter seco que actúa como una bomba para el aire aspirado. Adoptando la inyección directa, la gasolina no atraviesa el cárter, por lo que el aceite lubricante ya no se puede añadir a la misma y, por lo tanto, la presente invención prevé la entrada de aceite directamente en el colector de entrada desde el que penetra en el cárter. Dado que el cárter ya no "es barrido" por la gasolina, se requerirá una cantidad de aceite lubricante menor, es decir, aproximadamente un 50% menos.
Evidentemente, se pueden realizar numerosas modificaciones, adaptaciones, variantes, omisiones y sustituciones de elementos por otros funcionalmente equivalentes a las formas de realización mencionadas anteriormente sin apartarse por ello del alcance de las siguientes reivindicaciones.
Una de dichas variantes podría estar relacionada con el puerto de entrada inferior del conducto (6) en el motor. De hecho, en lugar de estar localizado en el cabezal del cilindro cerca del cárter, tal como se muestra en la Figura 1, podría estar localizado en el propio cárter sin cambiar el funcionamiento del motor.

Claims (7)

1. Motor de combustión interna de dos ciclos del tipo que comprende:
-
un cilindro (2),
-
un pistón (4) con una biela de conexión asociada,
-
un cabezal (3) que encierra el cilindro (2) por el lado de la cámara de combustión,
-
un cárter (12) que encierra el cilindro (2) en el lado opuesto a la cámara de combustión,
-
una bujía de encendido (5) insertada en el cabezal (3), y
-
un conducto de escape de gases quemados (8) con un puerto de entrada que se abre en la superficie interior del cilindro (2) cercana al punto muerto inferior del pistón (4),
-
un conducto de entrada de aire (6) con puertos de entrada a la cámara de combustión (13) dispuestos cercanos al punto muerto inferior del pistón (4), siendo dichos puertos denominados en adelante "puertos de barrido" (13) y con otros puertos de entrada dispuestos o bien en el cilindro (2) cerca del cárter (12), o en el cárter (12),
-
un conducto (7) para la entrada de aceite de lubricación en el conducto de entrada de aire (6),
-
un detector (9) de la velocidad de rotación y la posición angular del eje de accionamiento,
caracterizado porque:
-
el conducto de entada de aire carece de válvula de mariposa y porque
-
un inyector de combustible (1) insertado en la pared del cilindro (2) con una inclinación de modo que el chorro de combustible producido por el mismo que penetra en la cámara de combustión impacta en la pared del cabezal (3) próxima a la bujía de encendido (5) y también insertada en una posición tal que el pistón (4) en su punto muerto superior está dispuesto entre el inyector (1) y la cámara de combustión, y
-
una unidad de control (10) que sincroniza el movimiento cíclico del eje de accionamiento con los tiempos de encendido de la bujía de encendido (5) y el tiempo de apertura del inyector (1) en dependencia de las señales de salida del detector mencionado anteriormente (9), y que también regula la cantidad de combustible inyectado en cada ciclo del motor dependiendo de la velocidad de giro, la carga del motor y la regulación de la aceleración establecida por el usuario, controlando dicha unidad de control (10) en cada ciclo la apertura del inyector (1) cuando el pistón (4) al inicio de la carrera de compresión acaba de cerrar dichos puertos de barrido (13).
2. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque una válvula unidireccional (11) en el conducto de entrada de aire (6) está concebida para permitir el flujo de aire únicamente en una dirección.
3. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un detector de la temperatura del motor y porque la unidad de control (10) regula la cantidad de combustible inyectado en cada uno de los ciclos del motor dependiendo de dicha temperatura, al mismo tiempo que incrementa dicha cantidad en las fases de funcionamiento iniciales del motor cuando éste aún no ha alcanzado la temperatura de funcionamiento.
4. Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie interior del cabezal (3) está inclinada y la bujía de encendido (5) está dispuesta en su centro.
5. Motor de combustión interna según la reivindicación 4, caracterizado porque la inclinación de la superficie interior del cabezal con el plano de la boca del cilindro encarada al mismo/a es de 33,1º.
6. Motor de combustión interna según la reivindicación 5, caracterizado porque la inclinación del inyector (1) con respecto al plano mencionado anteriormente es de 32,5º.
7. Motor de combustión interna según la reivindicación 2, caracterizado porque el cárter (12) en combinación con el movimiento alternativo del pistón (4) actúa como una bomba de aspiración de aire.
ES04739315T 2003-05-29 2004-05-21 Motor de combustion interna de dos ciclos con un sistema de combustion de inyeccion directa de combustible. Expired - Lifetime ES2314405T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000001A ITPZ20030001A1 (it) 2003-05-29 2003-05-29 Sistema di combustione stratificato per motori alternativi
ITPZ03A0001 2003-05-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2314405T3 true ES2314405T3 (es) 2009-03-16

Family

ID=33485525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES04739315T Expired - Lifetime ES2314405T3 (es) 2003-05-29 2004-05-21 Motor de combustion interna de dos ciclos con un sistema de combustion de inyeccion directa de combustible.

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7409933B2 (es)
EP (1) EP1642013B1 (es)
CN (1) CN100424327C (es)
AT (1) ATE407288T1 (es)
AU (1) AU2004243547A1 (es)
BR (1) BRPI0410828B1 (es)
CA (1) CA2526236A1 (es)
DE (1) DE602004016332D1 (es)
ES (1) ES2314405T3 (es)
IT (1) ITPZ20030001A1 (es)
WO (1) WO2004106714A1 (es)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA87733C2 (ru) * 2007-10-03 2009-08-10 Кулигин Виктор Иванович Способ смесеобразования в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания с расслоением топливовоздушного заряда и с принудительным зажиганием при непосредственном впрыскивании топлива
US8056541B1 (en) * 2010-06-22 2011-11-15 DONICK ENGINES, Inc. Internal combustion engine having an electric solenoid poppet valve and air/fuel injector
US8584648B2 (en) 2010-11-23 2013-11-19 Woodward, Inc. Controlled spark ignited flame kernel flow
US9172217B2 (en) 2010-11-23 2015-10-27 Woodward, Inc. Pre-chamber spark plug with tubular electrode and method of manufacturing same
US9476347B2 (en) 2010-11-23 2016-10-25 Woodward, Inc. Controlled spark ignited flame kernel flow in fuel-fed prechambers
US9341151B2 (en) 2011-06-30 2016-05-17 Arens Gmbh Metallbau & Bauschlosserei Fuel pump
US9328658B2 (en) 2011-06-30 2016-05-03 Arens Gmbh Metallbau & Bauschlosserei Fuel distribution block
DE102011078466A1 (de) 2011-06-30 2013-01-03 Arens GmbH Metallbau- und Bauschlosserei Motorensystem
JP5706850B2 (ja) * 2012-05-21 2015-04-22 株式会社丸山製作所 往復動ポンプ
US9856848B2 (en) 2013-01-08 2018-01-02 Woodward, Inc. Quiescent chamber hot gas igniter
US8839762B1 (en) 2013-06-10 2014-09-23 Woodward, Inc. Multi-chamber igniter
US9765682B2 (en) 2013-06-10 2017-09-19 Woodward, Inc. Multi-chamber igniter
US9279379B2 (en) 2013-08-29 2016-03-08 Kohler Co. Position based air/fuel ratio calculation in an internal combustion engine
US10443556B2 (en) 2015-02-11 2019-10-15 Betamotor S.P.A. Injection system for two-stroke engines
JP6580701B2 (ja) 2015-03-20 2019-09-25 ウッドワード, インコーポレーテッドWoodward, Inc. 並行予燃焼チャンバ点火システム
US9653886B2 (en) 2015-03-20 2017-05-16 Woodward, Inc. Cap shielded ignition system
US9890689B2 (en) 2015-10-29 2018-02-13 Woodward, Inc. Gaseous fuel combustion
FR3066817B1 (fr) * 2017-05-29 2019-08-16 MCE 5 Development Dispositif de mesure pour moteur a combustion interne comprenant un detecteur de passage d'une cible et moteur comportant un tel dispositif de mesure
IT201700061734A1 (it) * 2017-06-06 2018-12-06 Vins S R L Motore termico a combustione interna a due tempi con iniezione diretta del carburante
DE102018109866A1 (de) * 2018-04-24 2019-10-24 Nidec Gpm Gmbh Regelbares Schmierölfördersystem für Verbrennungsmaschinen
CN108930591A (zh) * 2018-07-13 2018-12-04 西安天问智能科技有限公司 一种二冲程发动机
CN113090429A (zh) * 2021-05-19 2021-07-09 山东飞奥航空发动机有限公司 二冲程缸内直喷活塞发动机

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3572298A (en) * 1968-01-08 1971-03-23 Shigeru Onishi Stratified charge engine
GB1412763A (en) * 1972-09-06 1975-11-05 Brown Tractors Ltd Multi-cylinder two-stroke injection engines
AT404055B (de) * 1985-07-25 1998-08-25 Avl Ges Fuer Verbrennungkraftm Einzylinder-zweitakt-brennkraftmaschine mit kurbelkastenspülung
JP2694907B2 (ja) * 1988-12-26 1997-12-24 ヤマハ発動機株式会社 2サイクルエンジン
US5746171A (en) * 1995-02-06 1998-05-05 Yaoita; Yasuhito Direct fuel injection stratified charge engine
EP0742366B1 (en) * 1995-05-12 1998-09-30 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Internal combustion engine
GB9709993D0 (en) * 1997-05-17 1997-07-09 Gcuc Limited Two-stroke internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
EP1642013A1 (en) 2006-04-05
DE602004016332D1 (de) 2008-10-16
BRPI0410828B1 (pt) 2015-07-28
ATE407288T1 (de) 2008-09-15
WO2004106714A1 (en) 2004-12-09
EP1642013B1 (en) 2008-09-03
ITPZ20030001A1 (it) 2004-11-30
AU2004243547A1 (en) 2004-12-09
BRPI0410828A (pt) 2006-06-27
CA2526236A1 (en) 2004-12-09
US7409933B2 (en) 2008-08-12
CN100424327C (zh) 2008-10-08
US20070051327A1 (en) 2007-03-08
CN1798914A (zh) 2006-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2314405T3 (es) Motor de combustion interna de dos ciclos con un sistema de combustion de inyeccion directa de combustible.
ES2850626T3 (es) Motor de vapor de combustión interna
EP0661431B1 (en) Method for supplying air and injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a two-cycle engine and internal combustion engine
CA1279798C (en) Fuel injection
CN113482763B (zh) 用于供给有气体燃料的内燃发动机的燃烧装置
ES2268834T3 (es) Motor de gas de combustion pobre.
US7347181B2 (en) Direct injection spark ignition engine
JP2012522179A (ja) 2ストローク内燃エンジン
JPH0338408B2 (es)
US6513464B1 (en) Two cycle stratified charge gasoline engine
JP2007511707A (ja) 内燃エンジン
GB2554812B (en) Spark ignited internal combustion engine
JP3900210B2 (ja) 点火装置
JP6742325B2 (ja) 2ストロークエンジン用の注入システム
EP1025348B1 (en) A two-stroke engine
ES2907056T3 (es) Motor térmico de combustión interna de dos tiempos
US6227165B1 (en) Engine control strategy and system
US6830029B2 (en) Fuel supply device for outboard motor
CN104612836A (zh) 内燃机及运行内燃机的方法
JPH039288B2 (es)
US6691673B2 (en) Fuel supply device for outboard motor
WO2009044412A2 (en) An air-fuel injection system for two stroke internal combustion engines
KR820000594B1 (ko) 엔 진
RU140417U1 (ru) Система (варианты)
RU2000121866A (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания