ES3024619T3 - Internal combustion engine having crankshaft guide - Google Patents

Abstract

Un motor de combustión interna, que incluye un par de pistones opuestos, un par de cilindros opuestos y un eje de salida, en donde cada uno de los pistones está dispuesto para un movimiento alternativo dentro de uno de los cilindros respectivos, impulsado por la combustión, y los pistones están acoplados al eje de salida mediante un acoplamiento de manera que dicho movimiento alternativo de los pistones impulsa la rotación del eje de salida, en donde el acoplamiento incluye una biela unitaria acoplada a los pistones opuestos, teniendo la biela guías laterales para guiar un cojinete deslizante ubicado para un movimiento alternativo con respecto a la biela, y el acoplamiento incluye además un cigüeñal montado de forma giratoria dentro del cojinete deslizante, teniendo el cigüeñal al menos un hombro guía para soportar la ubicación axial con respecto al cojinete deslizante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Motor de combustión interna con guía de cigüeñal

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un motor de combustión interna. Más particularmente, pero no exclusivamente, la invención se refiere a un motor de combustión interna con características de movimiento del pistón que conducen a un rendimiento mejorado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El documento US2007079787A1 divulga un motor de combustión interna que tiene un pistón dentro de un cilindro y tiene un cárter, definiendo una cámara de combustión y un volumen del cigüeñal. El documento DE102007056203A1 se refiere a un dispositivo de lubricación del cigüeñal para motor de combustión interna de vehículo de motor.

Los documentos US2013019835A1 y US2019100295A1 se refieren a motores de combustión interna.

Es conocido proporcionar un motor de combustión interna para alimentar elementos tales como un vehículo, generador, maquinaria o similares. Los motores de combustión interna convencionales tradicionales utilizan un cigüeñal, bielas y vástagos de conexión. Sin embargo, el solicitante ha señalado que existen limitaciones en cuanto a ruido, suavidad, eficiencia y emisiones de los motores de combustión interna convencionales.

Los ejemplos de la presente invención tratan de evitar o al menos mejorar las desventajas de los motores de combustión interna existentes.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se exponen realizaciones particulares de la invención. También se divulga un método de acuerdo con la reivindicación 14.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención se describe además a modo de ejemplo no limitativo únicamente con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un motor de acuerdo con un ejemplo de la presente invención; La figura 2 muestra un gráfico de la velocidad del pistón de un motor de acuerdo con un ejemplo de la presente invención frente al movimiento de un pistón de un motor convencional, antes y después de la velocidad cero en el punto muerto superior;

La figura 3 muestra un gráfico que representa el volumen total del cilindro de la unidad de trabajo frente al ángulo del cigüeñal para un motor de acuerdo con un ejemplo de la presente invención, así como para un motor convencional;

La figura 4 muestra resultados de modelado de un motor de acuerdo con un ejemplo de la presente invención; Las figuras 5 a 17 muestran tablas y diagramas para explicar ventajas de un motor de combustión interna de acuerdo con un ejemplo de la presente invención, sobre un motor de combustión interna convencional;

La figura 18 muestra un diagrama que ilustra un árbol de levas concéntrico y un árbol de equilibrado combinados; Las figuras 19 a 28 muestran diagramas pertenecientes a un bloque deslizante acodado, una disposición de bomba de aceite, pulverizadores de pistón y un circuito de lubricación;

Las figuras 29 a 31 muestran diagramas de una válvula de soplado de dos fases y un regulador de soplado (intermedio);

Las figuras 32 a 35 representan una disposición de reborde de guía;

Las figuras 36 y 37 muestran un conjunto de manivela en vistas isométrica y en despiece;

Las figuras 38 y 39 muestran un conjunto de biela, bloques deslizantes y bielas en vistas isométrica y en despiece;

La figura 40 muestra una vista en despiece del motor de combustión interna que incluye un sistema de admisión; y

La figura 41 muestra una representación esquemática de un flujo de aire ciclónico en una cámara de equilibrado en virtud de la disposición del sistema de admisión.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Las figuras 1 a 4 representan el funcionamiento de un motor de combustión interna de acuerdo con un ejemplo de la presente invención.

Más específicamente, de acuerdo con un ejemplo de la presente invención, el solicitante ha desarrollado un motor de combustión interna 10, que incluye un cilindro 12, un pistón 14 (también número de referencia 92 en la figura 5), y un árbol de salida 16, en el que el pistón 14 está dispuesto para movimiento alternativo dentro del cilindro 12, accionado por combustión, y el pistón 14 está acoplado al árbol de salida 16 mediante un acoplamiento. El motor 10 está configurado de forma que el movimiento alternativo del pistón 14 acciona la rotación del árbol de salida 16. El acoplamiento está dispuesto de tal manera que el pistón 14 tiene un movimiento sinusoidal cuando se traza contra el ángulo de rotación del árbol de salida 16.

En el ejemplo representado en los dibujos, el motor 10 tiene la forma de un motor de yugo escocés, como se muestra en la figura 1, y el acoplamiento incluye un cojinete deslizante 90 (o bloque deslizante) que es capaz de deslizarse a lo largo de un canal formado entre bielas opuestas 86. El motor 10 del ejemplo incluye un par de pistones opuestos 14 que están mutuamente fijados de forma rígida, de modo que el movimiento de un pistón en una primera dirección provoca el movimiento del otro pistón en una segunda dirección opuesta a la primera (véanse también los pistones 92 de la figura 5).

Con referencia a las figuras 2 y 3, el motor 10 está dispuesto de tal manera que, cuando se mide con respecto a un motor de cigüeñal convencional de orificio y carrera idénticos, el movimiento del pistón 14 después del punto muerto superior ("TDC") tiene un desplazamiento, una velocidad y una aceleración menores, de tal manera que la diferencia volumétrica en el cilindro 12, cuando se compara con el motor de cigüeñal convencional, alcanza un máximo de entre el 10 % y el 20 % entre el TDC y el punto muerto inferior ("BDC"). En la figura 2, la línea 18 muestra la velocidad del pistón 14 del motor 10 de acuerdo con un ejemplo de la presente invención, mientras que la línea 20 muestra la velocidad de un pistón de un motor convencional con un orificio y una carrera idénticos (a los del motor 10). En la figura 3, el volumen total del cilindro de la unidad de trabajo del motor 10 de acuerdo con un ejemplo de la presente invención se muestra en la línea 22, mientras que el volumen total del cilindro de la unidad de trabajo de un motor convencional con un orificio y una carrera idénticos (a los del motor 10) se muestra en la línea 24. Con respecto a la figura 3, el movimiento del pistón 14 es sinusoidal, de modo que la velocidad del pistón 14 es mayor alrededor del TDC 26 (que en un motor convencional), mientras que la velocidad del pistón 14 es menor alrededor del BDC 28 (que en un motor convencional).

Observando específicamente la figura 3, el motor 10 está dispuesto de tal manera que, cuando se mide con respecto a un motor de cigüeñal convencional de orificio y carrera idénticos, el movimiento del pistón 14 después del TDC 26 tiene una aceleración menor de tal manera que la diferencia volumétrica en el cilindro 12 alcanza un máximo de entre el 15 % y el 17 % entre el TDC 26 y el BDC 28. En el ejemplo mostrado, el motor 10 está dispuesto de tal manera que, cuando se mide contra un motor de cigüeñal convencional de orificio y carrera idénticos, el movimiento del pistón 14 después del TDC 26 tiene una aceleración menor, de modo que la diferencia volumétrica en el cilindro 12 alcanza un máximo entre 40 y 80 grados de rotación del árbol de salida después del TDC 26. Este pico puede situarse, más concretamente, entre 50 y 70 grados de rotación del árbol de salida después del TDC. Aún más específicamente, este pico puede estar entre 50 y 60 grados de rotación del árbol de salida después del TDC 26.

El motor 10 incluye una cámara de combustión 30 para la combustión de la carga, y la cámara de combustión 30 y/o el acoplamiento está/están dispuestos para conseguir características de diferencia volumétrica objetivo, cuando se compara con un motor de cigüeñal convencional.

El solicitante ha identificado, ventajosamente, un método de fabricación (y, específicamente, de diseño) de un motor 10, comprendiendo el método las etapas de medir y/o modelizar la densidad de carga en el cilindro 12 para obtener datos; y utilizar los datos para optimizar uno o más parámetro(s) del motor 10 con el fin de aumentar el mantenimiento de un estado gaseoso con una mayor densidad de carga alrededor del TDC 26. El método puede incluir la etapa de utilizar los datos para optimizar uno o más parámetros del motor 10, incluyendo el parámetro(s) uno o más de los siguientes: el acoplamiento, el pistón 14, el cilindro 12, la cámara de combustión 30, y las válvulas 32.

El método puede incluir la etapa de utilizar los datos para optimizar uno o más parámetro(s) del motor 10 con el fin de aumentar el mantenimiento de un estado de gas con una densidad de carga más alta alrededor de TDC 26 para lograr una mezcla de combustible mejorada.

Como se ha comentado anteriormente, con referencia a la figura 3, el movimiento del pistón 14 en el motor 10 es sinusoidal. El movimiento del pistón 14 contra el ángulo del cigüeñal sobre el punto muerto superior 26 y el punto muerto inferior 28 son idénticos, como muestra la curva sinusoidal de la línea 22 de la figura 3.

Por el contrario, el mecanismo de biela y cigüeñal de los motores convencionales produce un movimiento desigual del pistón en la región del TDC 26 y BDC 28 (véase la línea 24 en comparación con la línea 22). En la región de TDC 26 el pistón del motor convencional se mueve más rápido que en el motor 10 de la presente invención y, en la región de BDC 28, el pistón del motor convencional se mueve más lento que en el motor 10 de la presente invención. Para un régimen de motor determinado, la diferencia entre estas dos condiciones depende de la longitud de la biela. Cuanto más corta sea la biela, mayores serán las diferencias.

El nivel de potencia para una cilindrada de pistón dada está muy en función de la cantidad de masa de aire captada por ciclo que afecta a la eficiencia volumétrica del motor. La eficiencia volumétrica depende de varios parámetros de diseño del motor, a saber: el perfil de la leva, la sincronización de las válvulas, la longitud sintonizada del colector, la inducción forzada de aire (turbo/sobrealimentación), etc., que se optimizan para la dinámica de la onda de presión establecida por cualquier movimiento dado del pistón. Por lo tanto, los procesos que se verán influidos por el movimiento del pistón pueden dividirse en dos categorías: procesos de inducción y procesos de inducción posterior.

La presente invención se centra en los procesos posteriores a la inducción, es decir: compresión, combustión y expansión, siendo influenciados por el movimiento del pistón. El solicitante ha señalado que es de especial interés observar la producción de emisiones de NOx en los procesos de combustión y en la carrera de expansión (postcombustión), cuando se produce el trabajo útil. Para comprender las ventajas del motor 10 de la presente invención y, en particular, la ventaja del movimiento del pistón 14 sobre el de un motor convencional, debemos comparar primero una eficiencia volumétrica y un orificio y carrera del pistón idénticos para tener condiciones de inducción idénticas tanto para el motor 10 de la presente invención como para un motor convencional.

En el gráfico mostrado en la figura 2, se compararon dos motores de movimiento de pistón diferente pero por lo demás idénticos en otros aspectos (con idéntico rendimiento volumétrico e idéntico orificio y carrera) bajo el mismo régimen, carga (plena potencia) y relación aire-combustible.

La velocidad del pistón en esta unidad (mm/grado cigüeñal) es independiente de la velocidad del motor y, por tanto, es característica del movimiento del pistón en todo el rango de velocidades. Evidentemente, el pistón 14 del motor 10 se acerca y se aleja del TDC 26 con una aceleración (tasa de cambio de velocidad) menor que la del pistón convencional. Esto significa que el motor 10 tendrá una menor tasa de cambio de volumen del cilindro alrededor de TDC 26 y por lo tanto ayudará a mantener un estado de gas con mayor densidad de carga alrededor de TDC 26. El solicitante ha identificado que una mayor densidad de carga ayuda a que la llama se acelere. La menor aceleración del pistón se extiende durante una parte considerable de la duración de la expansión del gas.

Cuando se calculan en todo el intervalo de velocidades, se observa que las presiones máximas de los cilindros son inferiores en el motor 10 que en el motor convencional en la mayoría de las velocidades, excepto en las velocidades inferiores de 1500 y 2500 r/min, en las que las presiones máximas son muy similares. Sin embargo, la presión de la botella durante el proceso de expansión del gas (es decir, después de que la fracción de masa quemada haya alcanzado 1,0) sigue siendo superior en el motor 10 en comparación con la del motor convencional, proporcionando más trabajo útil (y un IMEP superior) para el motor 10.

El tema de la combustión necesita un tratamiento mucho más profundo debido a otros parámetros complejos relacionados con el motor, es decir: velocidad de aplastamiento (incluida la geometría de las superficies de aplastamiento) y pérdidas de calor a través de la superficie (influidas por la geometría de la cámara de combustión, la conexión pistón-vástago responsable de la uniformidad de la temperatura de la cabeza del pistón alrededor de la cara de la junta, el circuito de agua de refrigeración, etc.). Pero lo más importante es que todos ellos contribuyen al desarrollo de la presión resultante del cilindro (perfil), que es responsable del nivel de potencia y de las emisiones que se alcanzan.

Como se muestra en la figura 4, se muestran resultados de modelado del motor 10 de acuerdo con un ejemplo de la presente invención, representando el volteo casi perfecto del flujo de aire a medida que entra y llena el cilindro 12 dando como resultado una mezcla homogénea de combustible que proporciona una combustión más limpia, un par elevado y unas emisiones más bajas.

El pistón 14 se aproxima y se aleja del TDC 26 a una aceleración menor que el pistón convencional teniendo ambos motores carrera y orificio idénticos. Esto significa que el motor 10 tendrá una menor tasa de cambio de volumen del cilindro alrededor de TDC 26 y el solicitante ha identificado que esto ayuda a mantener un estado de gas con mayor densidad de carga alrededor de TDC 26, lo que lleva a una mezcla homogénea de combustible que resulta en una combustión más limpia, más resistencia al golpeteo del motor, alta tolerancia EGR, alto par y menores emisiones.

En un ejemplo, el solicitante ha identificado que el motor 10 puede utilizarse para accionar un generador en un vehículo híbrido. Más concretamente, el solicitante ha identificado que el motor 10 puede utilizarse para accionar un generador en un vehículo híbrido en serie, posiblemente con el motor operando a velocidad de rotación constante durante el funcionamiento del generador, que puede estar situado en un lugar discreto del vehículo, como en el maletero. La eficiencia, el equilibrio, la baja vibración y el silencio del motor 10 pueden hacer que el motor 10 sea especialmente adecuado para una aplicación de este tipo.

LUBRICACIÓN ESPECÍFICA DEL MOTOR Y DISPOSICIÓN DE LA BOMBA DE ACEITE

En muchos motores tradicionales, la presión de aceite es generada por una bomba de aceite accionada por el cigüeñal. Cuando la bomba de aceite alcanza una presión y un caudal de aceite excesivos a regímenes del motor más elevados, este exceso de aceite es redirigido por un dispositivo regulador de presión de vuelta a la boca de aspiración de la bomba o de vuelta al cárter a través de un conducto de escape. Normalmente, en un motor de autonomía extendida, cuando el motor está a bajas revoluciones, el motor tiene baja presión de aceite pero también está a baja carga. Cuando aumenta el régimen del motor, también lo hace la carga y, en consecuencia, también aumentan la presión y el caudal de aceite hasta un punto en el que la bomba genera un exceso de aceite que normalmente no se utiliza y se redirige de nuevo al cárter del motor o a la boca de aspiración de la bomba.

Con referencia a las figuras 19 a 31, la siguiente invención, esboza varios métodos de dirigir la lubricación a las áreas de un motor que más lo necesitan y un método de utilizar este exceso de aceite en beneficio del motor redirigiendo este exceso de aceite en la primera carcasa a otras áreas del motor y luego si la bomba todavía tiene exceso de aceite disponible, sólo entonces el aceite sería redirigido de nuevo al puerto de succión de la bomba o al cárter.

Este aspecto de la memoria descriptiva de la patente cubre las siguientes áreas clave:

• El uso de un bloque deslizante y un cojinete en ángulo para conseguir una cara de apoyo ininterrumpida del deslizador.

• La deposición directa de material tipo cojinete sobre la cara ininterrumpida del cojinete deslizante del bloque deslizante.

• Un regulador de dos fases en el circuito de lubricación de la bomba que tiene una función de alivio primario y secundario mediante el cual el alivio primario crea presión de aceite y flujo que se dirige a áreas específicas del motor en situaciones de alta carga del motor.

• Refrigeración selectiva del pistón mediante chorros de pulverización en el bloque deslizante.

• Refrigeración selectiva del pistón mediante aceite de alivio primario del regulador a través de toberas de pulverización en el interior del motor.

• Refrigeración selectiva del pistón mediante aceite sobrante del cojinete deslizante a través de chorros pulverizadores en la biela

• Lubricación controlada exclusiva desde los cojinetes de la carcasa hasta las caras laterales del bloque deslizante mediante muescas o impresiones o acabados superficiales y fugas controlados.

• Un regulador preestablecido en el circuito de lubricación que redirige el aceite dirigido a áreas específicas del motor en situaciones de carga elevada del motor.

El resultado es:

• Menos desperdicio de aceite de la bomba de aceite

• Una redirección controlada del aceite que normalmente se desperdicia hacia áreas críticas del motor donde puede ser beneficioso.

• Menos espuma de aceite

• Mayor eficiencia del motor

• Mejora del rendimiento del motor

• Refrigeración del pistón

• Reducción de la fricción, ya que la lubricación específica puede reducir las superficies de apoyo.

Además, el uso de un bloque deslizante en un motor de yugo escocés requiere una lubricación dirigida específica para mantener una capa límite de aceite en las superficies de apoyo deslizantes.

Con referencia a la figura 25, los pulverizadores de pistón en el bloque de motor que se alimentan del exceso de aceite del bloque deslizante. La galería de aceite del bloque deslizante se alinea con la boquilla de pulverización y suministra aceite al surtidor en la parte superior e inferior de cada carrera (surtidores cerrados en esta vista). Volviendo a la figura 26, pulverizadores del pistón en el bloque del motor que se alimentan del exceso de aceite del bloque deslizante. La galería de aceite del bloque deslizante se alinea con la boquilla de pulverización y suministra aceite al surtidor en la parte superior e inferior de cada carrera (surtidor superior abierto en esta vista).

La figura 27 muestra muescas en el borde de las caras del cojinete (6 mostradas) para permitir que el aceite se filtre más allá de la cara de empuje y fuera del lado del cojinete para lubricar los lados del cojinete y las caras de empuje asociadas. Esto también se aplica al lado de las caras de guía de la brida del cigüeñal.

ÁRBOL DE LEVAS CONCÉNTRICO Y ÁRBOL DE EQUILIBRADO

En muchos motores tradicionales, se utiliza un árbol de equilibrado para reducir la vibración del motor. Estos árboles de equilibrado giran a una velocidad relativa a la del motor y son accionados por el cigüeñal. Esta velocidad suele ser el doble de la del motor y, en el caso de un motor convencional de 4 cilindros en línea, se necesitan dos árboles de equilibrado. Estos árboles actúan para amortiguar la vibración del motor induciendo un desequilibrio opuesto a la vibración inducida por el motor, normalmente conocido como fuerzas de segundo orden.

Con referencia a la figura 18, en virtud del diseño del motor Sytech, las fuerzas de segundo orden son mínimas, por lo que sólo se requiere un árbol de equilibrado y éste gira a la velocidad del motor, no al doble de la velocidad del motor. La siguiente invención, esboza un árbol de equilibrado que se localiza dentro del árbol de levas de un motor. Como referencia, el árbol de levas gira a la mitad del régimen del motor. Esta combinación concéntrica de árbol de levas y árbol de equilibrado tiene muchas ventajas para el diseño del motor, entre ellas:

• Se podría reducir la inercia rotacional del conjunto si el árbol de levas y el árbol de equilibrado girasen en rotación contraria.

• Los requisitos de espacio se reducen ya que esta invención permite posicionar de la misma manera el árbol de levas y el árbol de equilibrado dentro del mismo conjunto, lo que resulta en un embalaje óptimo.

• El coste del conjunto se reduce al requerirse menos mecanizado del bloque de cilindros.

• El árbol de levas y el árbol de equilibrado pueden montarse previamente como un módulo antes de montarlos en el motor.

• En los motores en V, el valle entre las culatas puede utilizarse para localizar el árbol de levas y el árbol de equilibrado, con lo que se consigue un motor más pequeño y se reubica el árbol de equilibrado fuera del cárter del motor, donde normalmente podría contribuir a agitar y espumar el aceite.

El resultado es:

• Menos mecanizado del bloque de cilindros

• Menor coste gracias al uso de cojinetes de menor coste (se reduce la velocidad diferencial de las piezas) • Una pila de tolerancia de alineación reducida para el bloque de cilindros que resulta en un bloque de cilindros de menor coste y más fácil de fabricar.

• Una reducción de la fricción causada anteriormente por las mayores velocidades de los cojinetes del árbol de equilibrado.

• Facilidad de montaje y menores costes de montaje

Para hacer el mejor uso de esta invención, el árbol de levas y el árbol de equilibrado girarían en la misma dirección para minimizar las velocidades de cojinete diferenciales entre las partes.

BIELA DEL PISTÓN DE YUGO ESCOCÉS Y GUÍA DEL CIGÜEÑAL

Con referencia a las figuras 32 a 35, el motor Sytech es un motor que se basa en el principio de funcionamiento de yunque escocés en una disposición horizontal de cilindros en línea opuestos. Normalmente, estos motores requieren una tolerancia muy estrecha de los dos cilindros opuestos dentro del bloque de cilindros para garantizar la alineación y para no inducir la carga lateral del pistón o la sobrecarga del bloque deslizante sobre el cigüeñal. Esto se traduce en tolerancias muy ajustadas y costes de fabricación en:

• Orificios de los cilindros

• Bloque de cilindros

• Posicionando el cigüeñal

• Alineación del mecanismo alternativo

Los motores convencionales deben tener una junta giratoria entre el muñón y el pistón para permitir que la biela siga el movimiento circular del muñón del extremo grande del cigüeñal. Normalmente, un motor Sytech no necesita esta junta rotativa, ya que los pistones y la biela se mueven sólo en sentido lineal y, por tanto, no tienen fuerzas laterales.

En un esfuerzo por reducir la sensibilidad de la tolerancia de fabricación y reducir la necesidad de mitades de bloque de cilindros "coincidiendo", deseamos incluir una conexión flotante entre la biela y el pistón y transferir el guiado y la alineación de los pistones desde el orificio del cilindro al cigüeñal.

Esto significa que:

• el cojinete deslizante se guiará en el cigüeñal mediante collares de empuje

• El cojinete deslizante se guiará dentro de la biela mediante el uso de un cojinete deslizante y caras de empuje laterales

• El pistón tendrá libertad para encontrar su propio centro en el orificio del cilindro sin verse limitado por una conexión fija entre el pistón y la biela.

Esto permitirá que los orificios del pistón dentro del bloque de cilindros sean tolerados y alineados en referencia al cigüeñal en lugar de al bloque de cilindros opuesto. Los pistones tienen libertad para centrarse en el orificio del cilindro a través de su propia falda corta y mínima, sin que la biela los mantenga en una tolerancia posicional. El resultado es:

• Pistones totalmente flotantes que operan de acuerdo con el movimiento sinusoidal del pistón Sytech.

• Bloques de cilindros que pueden fabricarse por separado y no como pareja coincidente

• Tolerancia reducida del centro del orificio entre cilindros opuestos y adyacentes

• Reducción de la tolerancia de alineación del bloque de cilindros y de los correspondientes orificios de los cilindros, lo que se traduce en un bloque de cilindros más económico y fácil de fabricar.

• Reducción de la fricción causada anteriormente por la desalineación

• Facilidad de montaje

CONJUNTO DEL MECANISMO DE CIGÜEÑAL

Con referencia a las figuras 36 a 39, se muestra una disposición en la que las bielas del motor de combustión interna están formadas por dos partes semejantes, estando cada una de las partes semejantes en forma de una garra en C idéntica. Más específicamente, se muestra un motor de combustión interna, que incluye un par de pistones opuestos, un par de cilindros opuestos y un árbol de salida, en el que cada uno de los pistones está dispuesto para un movimiento alternativo dentro de uno de los cilindros respectivos, accionado por combustión, y los pistones están acoplados al árbol de salida mediante un acoplamiento tal que dicho movimiento alternativo de los pistones acciona la rotación del árbol de salida. El acoplamiento incluye una biela conectada a los pistones opuestos, estando la biela formada por un par de piezas similares 524, 526 fijadas entre sí, estando una 526 de las piezas similares invertida con respecto a la otra 524 de las piezas similares antes de fijar.

La biela puede tener guías laterales para guiar un cojinete deslizante situado para movimiento recíproco relativo a la biela, y el acoplamiento puede incluir además un cigüeñal montado rotativamente dentro del cojinete deslizante.

FLUJO DE AIRE CICLÓNICO

Con referencia a las figuras 40 y 41, el motor Sytech puede tener un sistema de admisión 530 que promueve un flujo de aire ciclónico en una cámara de equilibrado de modo que tenga un efecto similar a un efecto de carga por ariete. En particular, se muestra un motor de combustión interna, que incluye un par de pistones opuestos, un par de cilindros opuestos y un árbol de salida, en el que cada uno de los pistones está dispuesto para un movimiento alternativo dentro de uno de los cilindros respectivos, accionado por combustión, y los pistones están acoplados al árbol de salida mediante un acoplamiento tal que dicho movimiento alternativo de los pistones acciona la rotación del árbol de salida, en el que el acoplamiento incluye una biela acoplada a los pistones opuestos, teniendo la biela guías laterales para guiar un cojinete deslizante situado para un movimiento alternativo con respecto a la biela. El acoplamiento incluye además un cigüeñal montado rotativamente dentro del cojinete deslizante. El motor de combustión interna incluye un sistema de admisión 530 dispuesto para inducir un flujo de aire ciclónico en una cámara de equilibrado del sistema de admisión.

El orden de encendido de los cilindros puede ser 1-2-4-3. El sistema de admisión puede estar dispuesto de tal manera que los conductos de admisión que conducen a los cilindros se encuentren en la cámara de equilibrado y estén dispuestos generalmente en una configuración circular alrededor de la cámara de equilibrado en el orden de encendido de los cilindros. Los conductos de admisión desde la cámara de equilibrado a los cilindros pueden estar dispuestos para favorecer el flujo libre resultante del flujo de aire ciclónico en la cámara de equilibrado. En una forma, los conductos de admisión pueden ser dirigidos para capturar el flujo del flujo de aire ciclónico en la cámara de equilibrado. En particular, los conductos de admisión pueden salir tangencialmente de la cámara de equilibrado para captar eficazmente el impulso del flujo de aire ciclónico. La cámara de equilibrado puede estar localizada centralmente en relación con los cilindros del motor y esto puede ser particularmente ventajoso cuando el motor es del tipo de yugo escocés, ya que puede facilitar el localizado / situado centralmente de la cámara de equilibrado, así como el ajuste de las longitudes de los conductos de admisión. En una forma, los conductos de admisión pueden ser cada uno de igual longitud. En virtud del flujo de aire ciclónico en combinación con el motor de tipo yugo escocés, hay una mayor oportunidad de conformar la cámara de equilibrado con una forma óptima como, por ejemplo, una forma redondeada y/o circular.

A lo largo de esta memoria descriptiva y de las reivindicaciones que siguen, a menos que el contexto requiera lo contrario, se entenderá que la palabra "comprende", y variaciones tales como "que comprende" y "comprendiendo", implican la inclusión de un integrante o etapa o grupo de integrantes o etapas indicados, pero no la exclusión de cualquier otro integrante o etapa o grupo de integrantes o etapas. La referencia en esta memoria descriptiva a cualquier publicación previa (o información derivada de ella), o a cualquier asunto conocido, no es, y no debe ser tomado como un reconocimiento o admisión o cualquier forma de sugerencia de que esa publicación previa (o información derivada de ella) o materia conocida forma parte del conocimiento general común.

BENEFICIOS ASOCIADOS A LA INVENCIÓN

La invención puede utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones y, en particular, como una solución única y de bajo coste para los extensores de alcance modernos.

Los inventores han desarrollado una nueva familia de motores de gasolina de pistones opuestos modernos basados en el principio de conexión del cigüeñal de yugo escocés, denominado motor SYTECH. La familia de motores consta de unidades modulares de 2 cilindros que se unen /juntan para crear una familia de motores. Debido a la construcción del motor, éste puede modularse en números pares de cilindros, es decir, 2 cilindros, 4 cilindros, 8 cilindros, etc. Con este enfoque, se pueden emplear piezas y una arquitectura de motor comunes para reducir el coste y el peso del motor. Este documento se centra principalmente en el primer motor de la familia, un motor de 1,5 litros y 4 cilindros identificado como motor 415, donde 4 representa el número de cilindros y 15 la cilindrada del motor de 1,5 l. Durante la fase de análisis del sistema de combustión, la FEV se encargó de desarrollar un concepto optimizado de cámara de combustión con un conjunto adaptado de parámetros geométricos del motor que pudieran aprovechar al máximo las ventajas del principio de yugo escocés. Para ello, se utilizaron el software de modelado de motores 1D (GT-Power) y el software de dinámica de fluidos computacional 3D Star CCM+ para modelar con precisión el efecto del movimiento único del pistón en el concepto de cámara de combustión elegido, respectivamente. Una vez realizado esto y modelizada la combustión del motor, la siguiente etapa consistió en determinar las tecnologías necesarias y los costes asociados al uso del principio del yugo escocés para preparar el motor de cara a futuros requisitos legislativos y de los clientes. Este documento proporciona una breve visión general de la nueva familia de motores de ASFT, centrándose en los resultados detallados del análisis del sistema de combustión y las recomendaciones sobre el motor que conducen a la fase de construcción del prototipo y a las próximas pruebas del motor.

1 Introducción a la nueva familia de motores SYTECH modernos

El trasfondo de la nueva familia de motores es el desarrollo de una estructura de motor de núcleo común en la conexión del cigüeñal y el pistón que puede aplicarse a múltiples configuraciones de motor. De este modo, el motor puede construirse para adaptarse a una amplia gama de potencias con la máxima homogeneidad, al tiempo que queda protegido para la aplicación de tecnologías adicionales en el futuro. Las ventajas de esta estrategia son que permite una amplia gama de variantes de motores que cumplen la legislación utilizando el mayor número posible de piezas comunes con el paquete tecnológico necesario.

Para determinar la mejor arquitectura para el motor, primero modelamos la construcción del motor. El movimiento del pistón del motor SYTECH es singularmente diferente al de los motores tradicionales de biela/manivela. Gracias a la disposición de la biela, el pistón SYTECH se desplaza de manera uniforme siguiendo un movimiento sinusoidal puro. La figura 5 muestra la disposición de la biela SYTECH con el bloque deslizante.

Un motor convencional tiene un movimiento del pistón que es bastante corto/agudo en la parte superior de la carrera durante la combustión, esto es una función de la relación entre la biela y la longitud de tiro del cigüeñal. El mecanismo SYTECH produce un movimiento sinusoidal puro del pistón, independientemente de la longitud de la biela, como se muestra en las figuras 2 y 3. Aunque esta diferencia parece menor, el efecto neto es que el proceso de combustión tiene más tiempo para completarse al final de la carrera de compresión. En teoría, esto se traduce en más tiempo para quemar el combustible, un movimiento más uniforme del pistón, presiones/fuerzas del pistón más uniformes, menos picos de fuerza de encendido y menos emisiones.

La siguiente ventaja de la disposición del pistón SYTECH es que dos pistones opuestos comparten el mismo muñón del cigüeñal. Esto hace que el motor sea mucho más corto que los motores convencionales y los motores bóxer tradicionales. Si se compara únicamente la distancia entre los orificios y se ignoran los accesorios delanteros y traseros del motor, un motor SYTECH de 4 cilindros puede ser hasta un 50 % más corto que un motor tradicional de 4 cilindros en línea. Si se compara un motor SYTECH de 4 cilindros y pistones opuestos con un motor bóxer de 4 cilindros, el motor SYTECH es hasta un 33 % más corto. Esto hace que el motor SYTECH sea muy fácil de empaquetar en la mayoría de los vanos motor y ofrece ventajas a la hora de empaquetar el motor en otras áreas del vehículo como detrás de los asientos traseros, debajo del vehículo, etc.

La figura 6 muestra una comparación de la longitud del motor de A (4 en línea), B (Boxer 4) y C (Sytech 4).

La tercera ventaja del motor es que debido al mecanismo de yugo escocés y a la disposición del bloque deslizante, casi no hay fuerzas de desequilibrio y las fuerzas laterales del pistón son muy bajas. El resultado es un motor equilibrado y silencioso. La figura 7, comparación de fuerzas fuera de equilibrio, muestra las fuerzas fuera de equilibrio del motor SYTECH en comparación con otros motores. La figura 8, resultados de las pruebas NVH, muestra los resultados de las pruebas realizadas en los primeros prototipos del motor desarrollados hace varios años. Las ventajas NVH son muy evidentes en estos resultados y esto es clave para los vehículos de autonomía extendida que son principalmente un vehículo eléctrico de batería con un generador a bordo. El generador debe ser silencioso y sin vibraciones para que sea lo más discreto posible y no afecte negativamente a la comodidad del operador del vehículo cuando esté en marcha.

Las ventajas del motor SYTECH lo convierten en una solución atractiva para el mercado de autonomía extendida, por lo que decidimos que nos gustaría construir algunos motores para probarlos, pero sólo si el motor era capaz de cumplir los objetivos de prestaciones y emisiones, especialmente los del mercado chino y las emisiones de China 6b.

La primera etapa en el diseño de un motor es establecer objetivos para el rendimiento del motor y, a continuación, modelar el motor, específicamente en la carcasa de SYTECH, modelar el motor utilizando el movimiento del pistón SYTECH junto con la combustión resultante con el fin de optimizar el orificio, la carrera, la relación de compresión, los tamaños de las válvulas, el solapamiento de las válvulas, la sincronización de las válvulas y los requisitos del inyector para cumplir con el rendimiento objetivo y los niveles de emisión. Para el diseño y el análisis del motor se fijaron unos parámetros iniciales basados en un motor de 1,5 litros de bajo coste y paquete tecnológico mínimo.

Los parámetros clave del diseño fueron;

• Una emisión que cumple los requisitos de China 6b

• Combustible RON 92

• Una potencia de 60 kW a 4.500 rpm con aspiración normal

• La mejor economía de combustible de su clase

El proceso de diseño a seguir tenía como objetivo llegar a un concepto de sistema de combustión que nos permitiera tener una familia de motores que se basaran en el mismo diseño interno central en el que todos los motores de la familia compartieran el mismo orificio, carrera, relación de compresión, diámetro del cojinete del cigüeñal, biela, pistón, bloque deslizante, tamaños/ángulos de válvulas y que fueran modulares. Se esperaría entonces que los resultados fueran algo similar a lo que se muestra en la tabla de la figura 9, "Familia de motores". Esta tabla muestra la variación de los parámetros, la cilindrada del motor y la estimación de la potencia del motor de acuerdo con las versiones de 2 cilindros, 4 cilindros y 8 cilindros del motor.

Como resultado, en caso de éxito, las tres variantes de motor compartirían;

• el mismo orificio del cilindro

• la misma cámara de combustión

• los mismos tamaños de válvula

• la misma disposición de inyectores

• el mismo pistón

• la misma biela

• el mismo accionamiento de distribución

• el mismo bloque deslizante

y muchos de los demás componentes básicos del motor. Esto reduce la complejidad de la producción, aumenta los volúmenes de piezas comunes, mejora la fiabilidad, disminuye la fabricación/utillaje y reduce el coste total del motor.

2 Análisis del sistema de combustión SYTECH

Los motores de 4 cilindros convencionales tienen un orden de encendido que es 1-3-4-2; por el contrario, el motor de pistones opuestos SYTECH tiene un orden de encendido que es 1-2-4-3. Este cambio en el orden de encendido no es tan importante cuando se modela el rendimiento individual de la cámara de combustión, pero es crítico cuando se modela el colector de entrada, la cámara de equilibrado y el sistema de escape con el fin de determinar las longitudes y el ajuste de estos sistemas de entrada y escape para optimizar el rendimiento final del motor.

La figura 10 muestra que el orden de encendido del motor SYTECH es 1-2-4-3.

3 Evaluación de la combustión mediante el proceso de diseño del movimiento de carga del FEV

La fase de concepto y diseño de la nueva familia de motores fue soportada por el proceso CFD de diseño de movimiento de carga de FEV. Este proceso analiza y compara las geometrías de las superficies que guían el aire en la culata y la cámara de combustión para predecir una combinación óptima de parámetros del motor que permita alcanzar los objetivos de diseño. También tiene en cuenta la interacción entre el campo de flujo en el cilindro y la inyección de combustible para mejorar y optimizar la homogeneización del combustible.

El modelo de estudio conceptual se utilizó para determinar el orificio y la carrera óptimos para el motor SYTECH. Después de varias pruebas iniciales en el modelo, se determinó que el orificio y la carrera óptimos eran 85 mm de carrera y 75 mm de orificio, lo que nos dio un motor de 4 cilindros y 1,5 litros. Utilizando un enfoque basado en datos, se realizaron, modificaron y repitieron suficientes iteraciones del modelo para determinar la disposición óptima de la cámara de combustión.

Después de estas iteraciones de modelado, la arquitectura del motor que se decidió seguir adelante fue;

• Una cámara de combustión de 4 válvulas, 2 de entrada y 2 de escape sin sincronizadores del árbol de levas • Una bujía colocada en el centro

• Inyección de combustible en puerto (no DI)

• Un pistón plano

• Compresión 11,0:1

Nuevas iteraciones de modelado y análisis del motor produjeron tamaños y ángulos de válvulas que coincidían mejor con el movimiento del pistón del Motor SYTECH y eran buenas entradas para la siguiente fase del modelado del motor. Finalmente, los parámetros propuestos para el motor fueron los que se muestran en la tabla de la figura 11. Los nombres de los parámetros propuestos de acuerdo con los números de referencia se explican en la Lista de Características que sigue al final de la sección de descripción detallada de esta memoria descriptiva.

Tras la selección de los parámetros propuestos, se ejecutaron varias iteraciones utilizando un enfoque de modelado CFD detallado para evaluar y optimizar las superficies de guía del flujo en el sistema de combustión. Tras estos análisis, el presente solicitante se decantó por una iteración que mostraba un buen compromiso entre el movimiento de la carga y la restricción del flujo.

La figura 4 muestra resultados de simulación de flujo de puerto estacionario y la figura 12 muestra centrado de carga cerca de la bujía localizada centralmente. Las figuras 4 y 12 muestran dos ilustraciones importantes del proceso de diseño del movimiento de carga. La figura 4 representa el campo de flujo de admisión simulado en la mitad de la carrera de admisión en la sección de corte de la válvula del cilindro n.° 1. Se puede observar que el puerto de admisión de volteo de movimiento de alta carga aplicada genera un fuerte chorro de flujo de aire que entra en la cámara de combustión. Dentro de la cámara de combustión, este chorro es guiado por el lado de escape del techo de la cámara de combustión para transitar en un movimiento de volteo. La geometría plana de la cabeza del pistón garantiza unas perturbaciones reducidas durante la admisión y el inicio de la carrera de compresión. Esto permite una buena conservación del movimiento del flujo de volteo hasta la fase final del ciclo de compresión, lo que da como resultado un buen centrado de la carga alrededor de la bujía localizada en el centro, como puede verse en la figura 12.

Toda la modelización realizada en el motor fue con combustible RON 92. Se decidió que esto era importante para un motor de autonomía extendida que debía ser flexible y poder repostar incluso en los lugares más remotos.

La figura 13 muestra la distribución del flujo másico sobre las dos válvulas de entrada.

Al comparar los resultados del análisis del motor se encuentra que la iteración del modelo elegido se localiza por encima de la línea de rendimiento de otros 30 motores similares que se incluyeron en la banda de dispersión del FEV como se muestra en la figura 14 (Evaluación del movimiento de la carga frente a la banda de dispersión del motor). Esto demuestra que es necesario el mejor compromiso de su clase entre el rendimiento del flujo para alcanzar la potencia nominal y el movimiento de la carga y el volteo para lograr una alta eficiencia en todo el mapa del motor.

La tabla de la figura 15 (Atributos de diseño del motor) muestra un resumen de las tecnologías resultantes que fueron necesarias para alcanzar los parámetros del motor que se han establecido para el rendimiento del motor. Puede verse que el núcleo de la familia de motores SYTECH propuesta incluye características tecnológicas de bajo coste y fácilmente disponibles en motores comunes, como la sincronización fija del árbol de levas de admisión y escape (muy adecuada para aplicaciones REX no transitorias), la inyección de combustible en puerto y el convertidor catalítico combinado con GPF. Como resultado, este motor debería ser de bajo coste y máxima fiabilidad.

Aunque la arquitectura del motor parece relativamente sencilla, de acuerdo con la modelización sigue siendo capaz de alcanzar todos los parámetros de diseño establecidos para la aplicación REX. Además, durante la fase de diseño y análisis, fue posible incorporar espacio para un inyector DI y diseñar la cámara de combustión de forma que protegiera el futuro uso de un turbocompresor con un diseño común de la base de la culata. Para cualquier futura aplicación potenciada, los puertos tendrán que ser optimizados para la aplicación TC y el mecanizado para el inyector DI también debe ser considerado, pero la nota importante es que la culata ha sido diseñada con estas opciones en mente. Si añadimos estas características a las ventajas inherentes a los motores en cuanto a tamaño, conformado, peso y vibraciones, el solicitante dispone de una buena solución para los vehículos de autonomía extendida, especialmente los que requieren potencias más elevadas.

Con tecnología relativamente básica (común, del estado de la técnica), fuimos capaces de lograr un motor que era ligero, rentable, de bajo riesgo y con la capacidad de ser encajado con un inyector DI y/o turboalimentado en una fecha posterior con cambios mínimos.

La tabla de la figura 16 muestra los valores de rendimiento del motor SYTECH de 1,5 litros y la figura 17 muestra el rendimiento del motor. Las figuras 16 y 17 muestran los resultados de rendimiento modelizados del nuevo motor 1,5 de ASFT con 62 kW de potencia máxima a 4500 RPM. Como ya se ha mencionado, el motor está diseñado para proporcionar una gran potencia, normalmente aspirado, incluso con combustible RON 92. Este objetivo está representado por el par máximo de 140 Nm a un régimen del motor de 3.000 rpm.

Para realizar este desarrollo, FEV y ASFT aplicaron métodos avanzados de ingeniería para asegurar una combustión rápida, estable y eficiente, manteniendo al mismo tiempo una baja fricción, un buen NVH y un diseño ligero.

4 Diseño de la base del motor

El diseño de la base del nuevo motor de 1,5 l de ASFT tiene que ser capaz de soportar las fuerzas y cargas generadas por la combustión a la vez que ser fiable, ligero, de bajo coste y baja fricción. La fricción es un factor importante a la hora de diseñar un motor eficiente. Como la conexión entre el pistón y el cigüeñal SYTECH es única, durante el análisis y la modelización del FEV tuvimos que asumir un nivel de fricción basado en los motores SYTECH anteriores. El motor SYTECH debería tener un menor nivel de fricción en general, ya que sólo tiene 3 cojinetes principales y dos cojinetes de biela para un motor de 4 cilindros, frente a 5 cojinetes principales y 4 cojinetes de biela como es el caso de la mayoría de los motores convencionales de 4 cilindros en línea. El motor SYTECH tiene un cojinete deslizante adicional, pero el cojinete deslizante hace que el pistón casi no tenga fuerzas laterales, por lo que la fricción total del pistón es menor. Una vez construidos los prototipos, el desarrollo del motor se centrará en ajustar las emisiones y la potencia, correlacionar los modelos de análisis y analizar la fricción general del motor, lo que aumentará nuestra eficiencia y reducirá nuestras pérdidas. Los pequeños diámetros de los cojinetes y un grupo de pistones ligero con un paquete de segmentos de baja pretensión contribuyen a reducir la fricción en el tren del cigüeñal y ya se han incluido en el diseño del motor.

Para el accionamiento de la distribución, se ha elegido una correa que combina las ventajas de una excelente robustez y un comportamiento NVH de última generación y una buena facilidad de servicio. Al mismo tiempo, se ha optimizado la disposición de todo el accionamiento de distribución en estrecha colaboración con el proveedor del sistema de transmisión por correa para lograr un nivel de fricción muy bajo y minimizar los armónicos y los latigazos de la correa.

El tren de válvulas utiliza seguidores de dedos de rodillos (RFF) y ajustadores de juego hidráulicos (HLA) para una baja fricción y un funcionamiento sin mantenimiento. El diseño del muelle de la válvula se analizó y optimizó en detalle con simulaciones cinemáticas y dinámicas del tren de válvulas para garantizar un funcionamiento seguro en toda la gama de velocidades. El árbol de equilibrado del motor SYTECH funciona con el régimen del motor y está directamente accionado por cadena desde el cigüeñal. La bomba de aceite está localizada alrededor del cigüeñal, por lo que no es necesario tener en cuenta las pérdidas por fricción relacionadas con el accionamiento.

5 Desarrollo de la combustión

Se han construido varios motores y actualmente se están preparando, instrumentando y alistando para pruebas en las instalaciones de ensayo de FEV para verificar el concepto, la disposición y las etapas de diseño. El motor estará instrumentado con transductores de presión en el cilindro refrigerados por agua en todos los cilindros, indicación de la presión de escape y admisión en el cilindro n.° 1, análisis exhaustivo de los gases de escape y termopares, así como sensores de presión en todas las posiciones relevantes del motor.

Los modelos de combustión utilizados en el estudio de diseño conceptual se utilizarán con fines de validación y ayudarán a identificar aún más cualquier área para la optimización del sistema de combustión después de la primera ronda de pruebas termodinámicas.

6 Resumen y conclusiones

ASFT Technologies Australia (ASFT) y FEV cooperaron con éxito en el desarrollo de una nueva familia de modernos motores de gasolina SYTECH. El motor principal de este desarrollo cooperativo es el nuevo motor de pistones opuestos de 1,5 litros de la ASFT, diseñado para ofrecer un rendimiento excepcional y una buena eficiencia de combustible a bajo coste utilizando combustible RON 92.

Para alcanzar el rendimiento objetivo con combustible RON 92, FEV y ASFT se centraron en el desarrollo de un moderno motor SYTECH con combustión estable. •

• El proceso de diseño del movimiento de carga de FEV se aplicó con éxito para establecer un alto nivel de movimiento de carga, una buena conservación del flujo hasta el final de la compresión y una localización optimizada de la turbulencia al final de la compresión.

• El motor de base se optimizó para soportar las cargas y fuerzas de la combustión, al tiempo que se conseguía un peso reducido, un diseño compacto y una baja fricción general.

• Los resultados de la modelización indican que el motor SYTECH debería ser una solución de bajo coste, capaz de alcanzar China 6b con la mínima tecnología necesaria.

• El enfoque del motor SYTECH da como resultado un motor modular que puede repetirse en pares de cilindros para conseguir una familia de motores que comparten el mismo diseño central y los mismos componentes, lo que minimiza el coste y la infraestructura.

La nueva familia de motores de ASFT no sólo proporciona un rendimiento excepcional con un mínimo de tecnología, sino que también ha sido protegida para la aplicación de tecnologías futuras más sofisticadas como EGR refrigerado, Inyección Directa y Turboalimentación.

Por lo tanto, el nuevo motor SYTECH de 1,5 l de acuerdo con un ejemplo de la invención es una solución Única de Bajo Coste para los Extensores de Autonomía Modernos.

Lista de características

10 Motor de combustión interna

12 Cilindro

14 Pistón

16 Árbol de salida

18 Línea del motor actual (figura 2)

20 Línea de motor convencional (figura 2)

22 Línea del motor actual (figura 3)

24 Línea de motor convencional (figura 3)

26 Punto muerto superior

28 Punto muerto inferior

30 Cámara de combustión

32 Válvulas

34 Tanto el ejemplo de la presente invención "SYTech" como los motores convencionales tienen idéntica Carrera y Orificio

36 Convencional

38 SYTech

40 Antes del punto muerto superior (TDC)

42 Después del punto muerto superior (TDC)

44 Velocidad del pistón, mm/grado

46 Ángulo del cigüeñal, grados

48 Volumen de separación (CV)

50 Volumen del cilindro

52 Volumen barrido (cilindrada)

54 Volumen total del cilindro de la unidad de trabajo

56 Cigüeñal (grados antes del TDC)

58 Ángulo del cigüeñal, grados

60 % Diferencia de velocidad de la cámara de combustión (Convencional > SYTech), ((Conv. - SY)/CV)*100 ;62 Convencional ;64 Sinusoidal (SYTech) ;66 % Conv. > SY, ((Conv. - SY)/SY)*100

68 Cigüeñal (grados después de TDC)

70 % Diferencia de volumen

72 Sytech frente a convencional

74 Sección horizontal arbitraria

76 Sección vertical arbitraria

78 Vista previa

80 Válvula Sección 1

82 Válvula Sección 2

84 Vista previa

86 Biela

88 Cigüeñal

90 Bloque deslizante

92 Pistón

94 Motor convencional

96 Motor Bóxer

98 Muchas fuerzas de desequilibrio

100 Muchas fuerzas de desequilibrio

102 Motor bóxer SYTech Flat

104 Fuerzas de desequilibrio casi nulas

106 Funcionamiento suave y silencioso con un equilibrio perfecto

108 Motor convencional a plena carga

110 Motor STTech a plena carga

112 Aceleración (metros por segundo por segundo)

114 Frecuencia (Hz)

116 Comparación del ruido de funcionamiento: Motor SYTech 75-80db frente a motor convencional 90-95db

118 Ruido de la cabina con el acelerador totalmente abierto, 2da marcha.

120 Motor convencional (4 cilindros)

122 SYTech (4 cilindros)

124 Nivel de ruido en db(A)

126 Régimen del motor en RPM

128 Parámetro

130 N.° de cilindros

132 Cilindrada

134 Estimación de potencia

136 Carrera

138 Orificio

140 Ángulo Int.

142 Diámetro Int.

144 Ángulo Exh.

146 Ángulo Exh.

148 Dv/D

150 CR

152 Sierra FEV-3

154 Sierra FEV-4

156 T K E /m A2 / s A2

158 CA = 720 grados después del TDC

160 Salida

162 Entrada

164 Salida

166 Entrada

168 Distribución del caudal másico válvula de admisión-2 / [kg/h]

170 Distribución del caudal másico válvula de admisión-1 / [kg/h]

172 Coeficiente de caudal del puerto

174 alfa K= 12,8%

176 Evaluación de la generación de movimiento de cargas

178 Rendimiento de llenado requerido (potencia nominal)

180 Línea de tendencia CMD para ángulo IV 21 grados, S/D 1,14

182 Sierra FEV-2

184 Sierra FEV-4

186 Dispersión NA

188 Línea de tendencia CMD para ángulo IV 16 grados, S/D 0,9, D 0,56

190 Coeficiente de caudal (alfa K)/1

192 Primer pico de volteo /1

194 Tecnologías de motores

196 Cárter de aluminio

198 Cigüeñal de acero forjado

200 Lubricación selectiva

202 Motor básico con NVH optimizado

204 NVH y correa síncrona de fricción optimizada

206 Tren de válvulas de rodillos de baja fricción con ajuste hidráulico automático del juego sin mantenimiento

208 Fijada la sincronización de admisión y escape

210 Puerto de volteo con movimiento de alta carga

212 Inyección de combustible

214 Catalizador acoplado incl. GPF

216 Bomba de agua eléctrica

218 Segmentos optimizados de baja fricción

220 Árbol de equilibrado (1er orden)

222 Protecciones tecnológicas

224 Protección para EGR HP externa

226 Protección para turboalimentación

228 Protección para ISG

230 Protección para inyección directa

232 SYTech

234 Valores de rendimiento del motor de 1,5 litros de ASFT

236 Potencia nominal a 4500 rpm

238 Par a bajas revoluciones @ 1500 rpm

240 Salida de potencia específica

242 BSFC mínimo @ 3020 rpm y 11,65 BMEP

244 Nivel de emisión

246 Combustible nominal

248 Rendimiento

250 Nuevo DoE

252 Antiguo DoE

254 Potencia de frenado / kW

256 BSFC / g/kW-h

258 Velocidad del motor / rpm

260 Fracción de gas residual / %

262 Par de frenado / Nm

264 Lóbulos de leva

266 Cojinetes del árbol de levas

268 Árbol de equilibrado

270 Árbol de levas

272 Cojinetes del árbol de equilibrado (entre el árbol de levas y el árbol de equilibrado)

274 Piñón de accionamiento del árbol de levas

276 Piñón de accionamiento del árbol de equilibrado

278 Cojinete deslizante

280 Tornillo

282 Cojinete deslizante

284 Cojinete del cigüeñal

286 Tornillo

288 Bloque deslizante acodado con caras de deslizamiento ininterrumpidas utilizando cojinetes deslizantes separados

290 Material del cojinete deslizante depositado en el bloque deslizante

292 Tornillo

294 Material del cojinete deslizante depositado en el bloque deslizante

296 Cojinete del cigüeñal

298 Tornillo

300 Bloque deslizante acodado con caras de apoyo deslizantes sin interrupciones utilizando material de apoyo depositado directamente sobre las caras deslizantes.

302 Filtro de aceite

304 Aceite filtrado se envía a los cojinetes del motor, etc.

306 Aceite a presión

308 Bomba de aceite

310 Regulador de presión

312 Exceso de aceite devuelto a la boca de aspiración

314 Boca de aspiración

316 Cárter de aceite

318 Filtro de aceite

320 Aceite filtrado se envía a los cojinetes del motor, etc.

322 Aceite a presión

324 Bomba de aceite

326 Regulador de presión

328 El regulador de dos fases desvía el exceso de aceite a los pulverizadores del pistón u otras áreas antes de devolver el aceite a la bomba o al cárter

330 A continuación, el aceite sobrante se devuelve a la boca de aspiración o al cárter

332 Cárter de aceite

334 Pulverizaciones del pistón en el bloque deslizante

336 Pistón

338 Biela

340 Bloque deslizante

342 Biela

344 Pistón

346 Pulverizadores de pistón en el bloque motor alimentados por el regulador de presión de dos fases

348 Pistón

350 Biela

352 Bloque deslizante

354 Biela

356 Pistón

358 Pistón

360 Biela

362 Bloque deslizante

364 Biela

366 Pistón

368 Pulverizaciones del pistón en el bloque motor que se alimentan del exceso de aceite del bloque deslizante. La galería de aceite del bloque deslizante se alinea con la boquilla de pulverización y suministra aceite al surtidor en la parte superior e inferior de cada carrera (surtidores cerrados en esta vista).

370 Pulverizaciones del pistón en el bloque motor que se alimentan del exceso de aceite del bloque deslizante. La galería de aceite del bloque deslizante se alinea con la boquilla de pulverización y suministra aceite al surtidor en la parte superior e inferior de cada carrera (surtidor superior abierto en esta vista).

372 Pistón

374 Biela

376 Bloque deslizante

378 Biela

380 Pistón

382 Muescas en el borde de las caras del cojinete (6 mostradas aquí) para permitir que el aceite se filtre más allá de la cara de empuje y salga por el lado del cojinete para lubricar los lados del cojinete y las caras de empuje asociadas. Esto también se aplica al lado de las caras de la brida del cigüeñal

384 Cojinete deslizante

386 Tornillo

388 Cojinete deslizante

390 Cojinete del cigüeñal

392 Tornillo

394 Bloque deslizante acodado con muescas laterales en todos los cojinetes para lubricación lateral

396 Regulador de ajuste previo en el circuito de lubricación

398 Filtro de aceite

400 Aceite filtrado se envía a los cojinetes del motor, etc.

402 Regulador preajustado

404 A un caudal de presión preestablecido, este regulador desvía el aceite filtrado hacia los pulverizadores del pistón, etc.

406 Regulador de presión principal

408 Exceso de aceite devuelto a la boca de aspiración

410 Cárter de aceite

412 Aceite a presión

414 Bomba de aceite

416 Válvula estándar típica

418 Lubricación de piezas del motor

420 Filtro

422 Presión

424 Bomba

426 Succión

428 Colador de aceite

430 Devolución

432 Cárter de aceite

434 Válvula reguladora

436 Purga de dos fases

438 Lubricación de piezas del motor

440 Filtro

442 Presión

444 Bomba

446 Succión

448 Colador de aceite

450 Cárter de aceite

452 Devolución

454 A los chorros de pistón (recorrido primario de soplado)

456 Regulador de dos fases

458 Recorrido de soplado secundario

460 Regulador de soplado (intermedio)

462 Lubricación de piezas del motor

464 Filtro

466 Presión

468 Bomba

470 Succión

472 Colador de aceite

474 Cárter de aceite

476 Devolución

478 Regulador principal 310 kPa (45 psi)

480 A los chorros de pistón, etc.

482207 kPa (30 psi)

484 Regulador intermedio

486 Torsión

488 Desajuste

490 Distancia axial

492 Pasadores permiten la desalineación del orificio y la torsión en todas las direcciones, incluida la desalineación del cigüeñal con el orificio. Los rebordes del cigüeñal permiten que las bielas de los pistones se centren automáticamente 494 Rebordes de guía en la biela para el cojinete de deslizamiento (ambos bordes/lados del bloque de deslizamiento) 496 Distancia axial

498 Desajuste

500 Torsión

502 Guías laterales del cojinete deslizante en la biela

504 Rebordes de guía en la manivela

506 Conjunto de manivela

508 Engranaje - cigüeñal

510 Clave

512 Cigüeñal

514 Tapón - cigüeñal

516 Pasador - clavija

518 Activar / disparar la rueda

520 Pasador - clavija

522 Tornillo - rueda de activación

524 Garra C de la biela

526 Garra C invertida de la biela

528 Componentes del bloque deslizante

530 Sistema de admisión

532 Sistema de inyección

534 Sistema de refrigeración

536 Culata

538 Tren de válvulas

540 Accionamiento temporizado

542 Sistema de escape

544 Sistema de refrigeración

546 Cuerpo del acelerador

548 Culata

550 Culata

552 Flujo de aire ciclónico en la cámara

554 Aire entrada

556 Orden de encendido SYTech

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un motor de combustión interna (10) que tiene una disposición de cilindros opuestos horizontalmente, incluyendo al menos un par de pistones (14, 92, 336, 344, 348, 356, 358, 366, 372, 380) asociados con un par respectivo de cilindros opuestos (12) de la disposición de cilindros, y un árbol de salida (16), en el que cada uno de los pistones está dispuesto para un movimiento alternativo dentro de uno de los cilindros respectivos, accionado por combustión, y en el que los pistones están acoplados al árbol de salida mediante un acoplamiento tal que dicho movimiento alternativo de los pistones acciona la rotación del árbol de salida, en el que el acoplamiento incluye una biela (86, 338, 342, 350, 354, 360, 364, 374, 378) móvilmente acoplada a un par respectivo de pistones de tal manera que a cada pistón se le permite centrarse dentro de su cilindro asociado, un cojinete deslizante (90, 288, 300, 340, 352, 362, 376, 394) que está situado para movimiento alternativo relativo a la biela, y un cigüeñal (88, 198, 512) que está montado rotativamente dentro del cojinete de deslizamiento, el cigüeñal tiene al menos un reborde de guía (504) para soportar localizado / situado axialmente relativo al cojinete de deslizamiento.

2. Un motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cigüeñal tiene un par de rebordes de guía opuestos para localizar en o cerca de lados opuestos del cojinete deslizante.

3. Un motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 2, en el que los rebordes están espaciados para proporcionar un espacio entre el cojinete deslizante y los rebordes, en el que dicho espacio permite el movimiento relativo del cojinete deslizante axialmente entre los rebordes para permitir que la biela se centre automáticamente con respecto al cigüeñal.

4. Un motor de combustión interna de cualquier con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la biela está conectada al par respectivo de cilindros opuestos mediante una conexión flotante para adaptarse a la desalineación entre cilindros y orificios.

5. Un motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la conexión flotante se adapta a la torsión en una o más direcciones y/o se adapta a la desalineación entre el cigüeñal y el orificio.

6. Un motor de combustión interna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los rebordes son:

cónicos radialmente hacia fuera para tener cada uno un radio interior mayor orientado hacia el cojinete deslizante; y/o

cónicos hacia el exterior del cojinete de deslizamiento, proporcionando una mayor superficie de reborde para limitar el movimiento con respecto al cojinete de deslizamiento.

7. Un motor de combustión interna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el reborde de guía permite la alineación automática de la biela.

8. Un motor de combustión interna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el cigüeñal está proporcionado con un paso de lubricación dirigido radialmente hacia el exterior en dirección a una superficie interior del cojinete deslizante.

9. Un motor de combustión interna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el acoplamiento está dispuesto de tal manera que el pistón tiene movimiento sinusoidal para velocidad de rotación constante del árbol de salida cuando se traza contra el ángulo de rotación del árbol de salida.

10. Un motor de combustión interna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el motor tiene forma de motor de yugo escocés.

11. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la biela tiene guías laterales para guiar el cojinete deslizante.

12. Un motor de combustión interna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, estando la biela formada por un par de partes similares conectadas entre sí, estando una de las partes similares invertida con respecto a la otra de las partes similares antes de fijarla.

13. Un motor de combustión interna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el motor de combustión interna incluye un sistema de admisión dispuesto para inducir un flujo de aire ciclónico en una cámara de equilibrado del sistema de admisión.

14. Un método de fabricación de un motor de combustión interna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende:

medir y/o modelizar la densidad de carga en el cilindro para obtener datos; y

utilizar dichos datos para optimizar uno o más parámetros del motor con el fin de aumentar el mantenimiento de un estado de gas con una densidad de carga más alta alrededor del punto muerto superior para lograr una mezcla de combustible mejorada.