Campo de la invención

La presente invención está relacionada con los dispositivos para la ignición de combustible en los motores de combustión interna, mediante chispa eléctrica, y el aumento de presión en la cámara de combustión, mediante la adición de fluidos durante la explosión del combustible.

Descripción del estado de la técnica

Los motores de combustión ciclo Otto, requieren una bujía para generar la chispa al interior de la cámara, provocando la ignición del combustible justo antes de que el pistón llegue al Punto Muerto Superior (en adelante PMS). Durante la combustión se genera una reacción química de oxidación de características exotérmicas. Ésta reacción da lugar a la división molecular del combustible; al mismo tiempo que se libera energía mecánica y térmica. La energía mecánica se evidencia en el movimiento de las partes del motor, producto de la presión que actúa sobre la cabeza del pistón. La energía térmica se disipa en calor transferido a través de las paredes de la cámara de combustión, provocando aumento de temperatura del motor, y en los gases calientes que son expulsados al medio ambiente por medio del tubo de escape. Es decir, la energía térmica producto de la combustión, disipada en los gases calientes, convencionalmente no es aprovechada y es considerada un residuo del proceso de combustión.

Los documentos de patentes US20100077986A1 y US4018192A hacen referencia a invenciones que aprovechan la energía térmica generada en el proceso de combustión. Estas invenciones inyectan agua en la cámara de combustión, la cual se evapora aumentando la presión al interior de la cámara de combustión y por consiguiente aumentando la energía mecánica. La patente US20100077986A1 divulga una bujía que inyecta agua al interior de la cámara de combustión, adicionalmente genera un arco eléctrico que provoca la ignición de la mezcla de aire y combustible. La bujía cuenta con un sistema de control de inyección de agua el cual controla la temperatura del motor, el nivel del tanque de agua, el tiempo de inyección de combustible y la duración, y el tiempo de encendido de la bujía. Cuando la temperatura del motor supera los 48,9°C se activa el sistema de inyección de agua, el cual sucede cuando se produce la chispa. La cantidad de agua inyectada está determinada por la temperatura del motor y la cantidad de combustible inyectado. El suministro de agua se realiza por medio de una bomba la cual debe inyectar agua a presiones superiores a los l,03MPa. El agua se calienta al pasar por el exosto y entra a la cámara de combustión en estado gaseoso. El agua inyectada en estado gaseoso aumenta la presión al interior de la cámara y empuja con mayor fuerza la cabeza del pistón generando mayor torque. Al inyectarse agua se reduce el porcentaje de combustible inyectado ya que el porcentaje de agua inyectada reemplaza en el mismo porcentaje a la cantidad de combustible inyectado, es decir, en vez de inyectarse 100% de combustible, se inyecta 50% de combustible y 50% de agua. Mientras más gasolina se inyecte y más alta sea la temperatura del motor, más agua se requiere. La relación de agua inyectada es 1 a 1 con respecto al combustible inyectado.

La patente US4018192A se refiere a un sistema que consta de un inyector de agua y una bujía que se acoplan por medio de un adaptador a la cámara de combustión del motor. El adaptador cuenta con una cámara interna la cual por medio de la presión procedente de la cámara de combustión, desplaza al interior del inyector de agua un pistón el cual acciona el suministro de agua hacia la cámara de combustión. El agua es suministrada a una presión superior a la de los gases de combustión por una bomba externa al inyector de agua. La inyección de agua se efectúa justo antes de que el pistón llegue al PMS evitando de esta manera que la inyección de agua interfiera en el proceso de combustión de la mezcla aire-gasolina. El acople del adaptador a la cámara de combustión tiene las mismas dimensiones que el utilizado por las bujías convencionales. La patente US4018192A cuenta con un adaptador que permite el ensamble del inyector de agua y la bujía, lo cual implica modificación del motor ya que este dispositivo requiere de mayor espacio para su disposición en el motor de combustión.

Las invenciones anteriores requieren del uso de un bomba externa que permita superar la presión al interior de la cámara de combustión y de esta manera inyectar agua al interior de la cámara. La implementación de bombas externas que ayuden a superar la presión al interior de la cámara de combustión con el fin de que sea posible la inyección de agua al interior de la cámara, hacen que se requieran montajes adicionales y circuitos de potencia para dicha bomba.

La inyección de agua al interior de la cámara justo después de la quema de la mezcla combustible / aire, requiere ejercer una presión mayor a la presente en la cámara de combustión, de manera tal que dicha presión presente en la cámara de combustión no sea un impedimento para la inyección de agua al interior de ésta. No obstante, es importante no disponer de un volumen considerable de los gases de combustión para activar la inyección del agua, al igual que utilizar montajes eléctricos adicionales para la inyección de agua como es el caso del uso de solenoides.

Breve descripción de las figuras

La FIG. 1, corresponde a una modalidad de la invención en la cual se distinguen las tres secciones del dispositivo.

La FIG. 2, corresponde a un esquema de una modalidad de la invención en la cual se esquematizan algunos componentes del dispositivo tales como los que comprenden al sistema de generación de chispa y otros, contenidos en el cuerpo del dispositivo. La FIG. 3, corresponde a un acercamiento a la sección central del cuerpo del dispositivo de la invención, sección que contiene algunos componentes del mecanismo de inyección de líquido expandible térmicamente.

Breve descripción del invento

La presente invención corresponde a un dispositivo el cual cumple con la función de una bujía (al generar una chispa al interior de la cámara de combustión por medio de una descarga eléctrica) e inyector de líquido expandible térmicamente (en adelante LET) al interior de la cámara de combustión. El dispositivo se controla por una ECU, la cual suministra la potencia eléctrica necesaria para generar la chispa e inyectar el LET

El dispositivo comprende un mecanismo para la inyección de LET, un sistema para la generación de chispa y un cuerpo. El cuerpo contiene el mecanismo para la inyección de LET y el sistema para la generación de chispa. El cuerpo tiene una sección superior, una sección central y una sección inferior a través de la cual se acopla el dispositivo al motor mediante rosca

El sistema para la generación de chispa comprende electrodos para la generación de la chispa al interior del motor. Un electrodo se empotra en la sección inferior del cuerpo, y el otro electrodo esta operativamente conectado a un borne donde se conecta la ECU.

El mecanismo para la inyección de LET comprende un canal para el ingresa el LET al dispositivo, un canal de ingreso de gases de combustión y un canal de salida de LET conectados a una cámara. Al interior de la cámara se localizan un soporte desplazable y un pistón booster. El pistón booster se dispone operativamente para ser desplazado por los gases de combustión que ingresan por el canal de ingreso de LET y transferir la presión ejercida por los gases en él, a al LET. Al soporte desplazable se acopla una aguja que habilita o deshabilita la salida de LET. El soporte desplazable se atrae por un solenoide operativamente dispuesto para ello, solenoide que se conecta a la ECU. Descripción detallada de la invención

La presente invención corresponde a un dispositivo el cual cumple con la función de una bujía e inyector de LET. La función bujía se cumple al generar una chispa al interior de la cámara de combustión por medio de una descarga eléctrica. La función inyector se cumple al inyectar LET al interior de la cámara de combustión.

Para el entendimiento de la presente invención, se entenderá por LET cualquier líquido expandible térmicamente, verbo y gracia, agua y alcohol.

El dispositivo se controla por una ECU (por sus siglas en ingles de Engine Control Unit). La ECU suministra la potencia eléctrica necesaria para generar la chispa e inyectar el LET. La ECU utilizada para controlar el dispositivo, es la ECU que traen de fábrica los motores de combustión interna y a la cual se conectan las bujías del motor.

El dispositivo comprende:

- un mecanismo para inyección de LET;

- un sistema para generación de chispa; y

- un cuerpo, en el cual se contienen el mecanismo para inyección de LET y el sistema para generación de chispa.

Haciendo referencia a la Fig. 1, el cuerpo comprende una sección superior (18), una sección central (19) y una sección inferior (20). A través de la sección inferior (20) del cuerpo, el dispositivo es acoplado al motor. El acople debe ser tal que permita disponer la chispa y el LET inyectado por el dispositivo en la cámara de combustión. Preferiblemente, y haciendo referencia a la Fig. 1, el acople del dispositivo al motor se realiza por roscado, es por ello que la sección inferior (20) comprende una rosca (4).

A fin de facilitar el acople del dispositivo al motor, opcionalmente y haciendo referencia a la Fig. 2, en la sección central (19) del cuerpo, se dispone una tuerca (3). A través de la tuerca (3) se puede ejercer acción mecánica para acoplar el dispositivo al motor, mediante herramientas tales como llaves, llave de tubo, pinzas, entre otras.

En una modalidad de la invención (no ilustrada), la tuerca (3) se dispone en la sección superior (18) del cuerpo.

En la sección superior (18) del cuerpo, haciendo referencia a la Fig. 2, se disponen algunos componentes del sistema de generación de chispa. La disposición de los componentes del sistema de generación de chispa se describe más adelante. El sistema de generación de chispa se comprende de un borne (1), un electrodo central (7) y un electrodo externo (17). Los extremos del electrodo central (7) y el electrodo externo (17) se disponen operativamente en la sección inferior (20) del cuerpo a fin de generar la chispa al interior de la cámara de combustión. El borne (1) se dispone operativamente en la sección superior (18) o en la sección central (19), preferiblemente en la sección superior (18); al borne (1) se conecta la ECU. El electrodo central (7) se conecta al borne (1), de tal manera que transmita la corriente eléctrica suministrada por la ECU al borne (1) hasta la sección inferior (20) donde se genera la chispa eléctrica con el electrodo externo (17). La disposición operativa entre el electrodo central (7) y el electrodo externo (17) es tal que genera un diferencial de potencial que logra un umbral que rompe el dieléctrico de la mezcla aire-combustible presente en el interior de la cama de combustión generándose un arco de corriente entre el electrodo central (7) y el electrodo externo (17) y por consiguiente generándose la chispa.

Haciendo referencia a la Fig. 2:

- el borne (1) se dispone en la sección superior (18),

- el electrodo central (7) se extiende desde el borne (1) hasta la sección inferior (20) a través del centro del dispositivo y a travesando la sección central (19), y

- el electrodo externo (17) se empotra operativamente a la rosca (4), y se dispone operativamente con el electrodo central (10) para generar la chispa. Haciendo referencia a la Fig. 2, el sistema de generación de chispa comprende un aislante eléctrico (2). A lo largo del recorrido del electrodo central (7) en el cuerpo, el aislante eléctrico (2) contiene al electrodo central (7), aislando al electrodo central (7) del resto de componentes del dispositivo. El mecanismo para inyección de LET se comprende de un cana! (5) por el cual ingresa el agua al interior del dispositivo, un canal de salida de LET (16) por el cual se inyecta el LET al interior de la cámara de combustión del motor, al menos una aguja (14) acoplada a un soporte desplazable (11), un solenoide (8) operativamente dispuesto para atraer el soporte desplazable (11) y operativamente conectado al borne (1), un canal para ingreso de gases de combustión (15), un pistón booster (13) desplazable por los gases de combustión que ingresan por el canal de ingreso de gases de combustión (15) y una válvula unidireccional (6) dispuesta a lo largo del canal (5). La aguja (14) cierra la salida de LET por el canal de salida de LET (16). El LET que ingresa por el canal (5) es dispuesto en una cámara (10) localizada al interior del dispositivo, donde se localiza el soporte desplazable (11) y conectado con el canal de salida de LET (16). Cuando los gases de combustión ingresan por el canal de ingreso de gases de combustión (15), dada la presión con la que ingresan desplazan el soporte desplazable (11) por consiguiente se genera presión en el LET dispuesto en la cámara (10), durante este desplazamiento el solenoide (8) atrae el soporte desplazable (11) y por consiguiente la aguja (14) habilitando la salida de LET por el canal de salida de LET (16). Cuando se alimenta la presión del LET dispuesto en la cámara ( 10) este no puede salir por el canal (5) dado que la válvula unidireccional (6) no lo permite. Una vez los gases de combustión dejan de ejercer presión al pistón booster (13) este retorna a su posición normal por la acción ejercida por el resorte (9), el cual esta operativamente dispuesto en la cámara (10) para ejercer tai acción. Una vez el solenoide (8) deja de atraer el soporte desplazable (11), el soporte desplazable (11) retorna a su posición normal por la acción ejercida por el resorte (12), el cual esta operativamente dispuesto en al interior de! dispositivo para ejercer tal acción.

Haciendo referencia a la Fig. 2 y 3, el canal (5) se localiza en la sección central (19). El canal (5) se conecta con la cámara (10), la cual se encuentra en la sección central (19) al interior del cuerpo. La válvula unidireccional (6) se localiza en el punto de conexión entre el canal (5) la cámara (10). En esta modalidad la válvula unidireccional (6) es una compuerta que pivotea a fin de interrumpir el flujo desde el canal (5) hacia la cámara (10), o permitirlo. En el extremo opuesto de la cámara (10) al extremo donde se conecta el canal (5) con la cámara (10), se conectan el canal de ingreso de gases de combustión (15) y el canal de salida de LET (16). El canal de ingreso de gases de combustión (15) y el canal de salida de LET (16) se extienden desde la cámara (10) hasta la sección inferior (20), de tal manera que se comunican con el interior de la cámara de combustión del motor. Al interior de la cámara (10) se disponen el pistón booster (13) y el soporte desplazable (11). El pistón booster (13) se dispone de tal manera que en su posición normal, el pistón booster (13) tiene contacto con el punto de conexión entre el canal de ingreso de gases de combustión (15) y la cámara (10). El resorte (9) el cual se dispone al interior de la cámara (10) de tal manera que mantiene al pistón booster (13) en su posición normal. Cuando los gases de combustión ingresan por el canal de ingreso de gases de combustión (15), dada la presión con la que ingresan los gases de combustión, desplazan el pistón booster (13), y este a su vez aumenta la presión del LET contenido en la cámara (10). El ajuste dimensional entre el pistón booster (13) y las paredes de la cámara (10) con las cuales tiene contacto el pistón booster (13) cuando se desplaza es tal que evita el paso de LET entre estos y por consiguiente el volumen descrito por el pistón booster (13) al desplazarse no se llena con LET. La aguja (14) esta operacionalmente acoplada al soporte desplazable (11). La aguja (14) se extiende a lo del canal de salida de LET (16), y en su posición normal mantiene cerrada esta salida. El soporte desplazable (11) se dispone al interior de la cámara (10). En la sección central (19) se dispone el solenoide (8), el cual se conecta con el borne (1). Al energizarse el solenoide (8) se atrae el soporte desplazable (11) desplazándolo, y por consiguiente se desplaza la aguja (14) permitiendo el paso de LET desde la cámara (10) hacia la cámara de combustión por el canal de salida de LET (16). Una vez se desenergiza el solenoide (8) el soporte desplazable (11) retorna a su posición normal por la acción del resorte (12), el cual se encuentra operacionalmente dispuesto al interior de la cámara (10). Al retornar el soporte desplazable (11) a su posición normal, la aguja (14) cierra el canal de salida de LET (16). Cuando la presión de los gases de combustión decrece, el resorte (9) retorna al pistón booster (13) a su posición normal Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, y la persona versada en la técnica entenderá que pueden efectuarse numerosas variaciones y modificaciones que no se apartan del espíritu de la invención, el cual solo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones.