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Title:
FUEL SUPPLY SYSTEM FOR FOUR-STROKE ENGINES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/095208
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fuel supply system for four-stroke engines which is particularly suitable for motorcycle engines. The inventive system consists in providing a main pipe in which the air arrives from the filter (FA), the flow rate of said air being controlled by means of a main (1) or gas butterfly valve. Said main pipe also comprises a secondary butterfly valve (2) which, in all operational modes (steady state and unsteady state), maintains the opening necessary to produce the pressure drop which, together with the Venturi effect generated in the section of the pipe downstream of said secondary butterfly valve (2) and the pressure drop in the air filter (FA), creates the appropriate suction at the outlet (3) for the emulsified fuel which mixes with the air current. Said fuel comes from a constant-level tank (4) which communicates with the atmosphere such that the suction at the outlet (3) produces an inflow which is controlled by the main jet (5) and which, emulsified with air from the tube (9) having transverse holes, discharges into the central pipe of the system (11) by means of the outlet (3).

Inventors:
Duaso Pardo, Javier (Cristóbal Colón, 304 Pol. Ind. El Henares, Guadalajara, E-19004, ES)
Application Number:
PCT/ES2001/000291
Publication Date:
November 28, 2002
Filing Date:
July 23, 2001
Export Citation:
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Assignee:
Procesos Mecanicos, Españoles S. L. (Cristóbal Colón, 304 Pol. Ind. El Henares, Guadalajara, E-19004, ES)
Duaso Pardo, Javier (Cristóbal Colón, 304 Pol. Ind. El Henares, Guadalajara, E-19004, ES)
International Classes:
F02M5/00; F02M7/06; F02M7/12; F02M11/00; F02M11/04; F02M17/22; F02M19/10; F02B61/02; F02B75/02; F02D9/02; F02D11/08; (IPC1-7): F02M7/06
Domestic Patent References:
WO1991016536A1
Foreign References:
US3680846A
US3284063A
US4119074A
US4193948A
ES442787A
Attorney, Agent or Firm:
Carpintero Lopez, Francisco (Herrero & Asociados, S.L. Alcal, 35 Madrid, E-28014, ES)
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Claims:
1. R E I V I N D I C A C I O N E S la. Sistema de alimentación de combustible para motores de cuatro tiempos, en el que se establece un conducto central por donde circula el aire y la mezcla de admisión, dotado de una válvula de mariposa conectada al mando del acelerador, caracterizado porque en el mismo participa además una segunda válvula de mariposa que produce la succión necesaria en los circuitos de combustible, habiéndose previsto que la mariposa principal sea de menor diámetro que la secundaria y el perfil del conducto de manera que obstruye el paso de gases en la salida superior de las mariposas obligando a reducir los caudales de gases, a que una gran fracción de éstos pasen por las proximidades de las salidas de los circuitos de combustible produciendo una mezcla aire combustible en relación y calidad apropiada para la combustión del motor.
2. 2a. Sistema de alimentación de combustible para motores de cuatro tiempos, según la reivindicación.
3. a @ caracterizado porque la mariposa secundaria tiene limitada su apertura por un sistema de levas, de forma que dicha apertura sólo depende, en operaciones estacionarias, de la apertura de la mariposa principal.
4. Sistema de alimentación de combustible para motores de cuatro tiempos, según reivindicaciones 1 y 2a, caracterizado porque durante las aceleraciones, un pulmón dotado de membrana y muelle antagonista o sin dicho muelle, movido por la depresión existente entre las dos mariposas sitúa la mariposa secundaria en la apertura que le corresponde determinada por la apertura de la mariposa principal por medio del sistema de levas mencionado. 4a. Sistema de alimentación de combustible para motores de cuatro tiempos, según las reivindicaciones 1a y 3 , caracterizado porque la mariposa secundaria está posicionada por medio de un motor eléctrico que a su vez recibe la señal oportuna de una centralita electrónica que decide el tipo de intervención procesando diversos parámetros del motor recibidos como señales procedentes de sensores como velocidad de rotación de motor, temperatura del motor y de la admisión y apertura de mariposa principal. 5a.Sistema de alimentación de combustible para motores de cuatro tiempos, según reivindicaciones 1a, 2a, 3a y 4a, caracterizado porque aguas abajo de la mariposa principal una válvula eléctrica controla un caudal de aire que empobrece la mezcla del sistema de alimentación de combustible de forma que le mezcla final sea la apropiada para una perfecta combustión siendo dicha válvula eléctrica pilotada por una centralita electrónica que a su vez recibe información de los parámetros del motor procedente de sensores de velocidad y regularidad de rotación de motor, temperatura motor y admisión y apertura de la mariposa principal. 6a.Sistema de alimentación de combustible para motores de cuatro tiempos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque su estructura, especialmente la parte interior del conducto principal, está preferentemente obtenida mediante inyección a base de un material plástico resistente a los combustibles a cualquier temperatura de uso, que lo haga dimensionalmente estable en el ambiente próximo al motor.
Description:
SISTEMA DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE PARA MOTORES DE CUATRO TIEMPOS D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema de alimentación de combustible para motores de cuatro tiempos, en especial para motores empleados en motocicletas, el cual ha sido concebido y estructurado en orden a conseguir un óptimo rendimiento del motor, con respuestas rápidas en aceleraciones más o menos bruscas, con una menor emisión de contaminantes y con una simplificación estructural que supone un notable abaratamiento de costos en el proceso de fabricación del carburador.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los carburadores para motores de cuatro tiempos utilizados en motocicletas constan como principal elemento dosificador de la gasolina de un sistema de válvula-pistón cuyo grado de obturación depende del caudal de aire que lo atraviesa generando una depresión en la sección mínima de paso que actúa sobre una membrana, con su muelle en oposición, solidaria a dicho pistón y a una aguja cónica que obtura la salida al conducto principal del carburador, de una mezcla rica en gasolina a través de un surtidor. De esta forma se suministra gasolina al motor en función únicamente del caudal de aire aspirado.

Este sistema necesita de mecanizados de alta

precisión y especiales tratamientos superficiales para asegurar el perfecto deslizamiento del pistón en su alojamiento, que tiene que ser sensible a mínimas variaciones de presión función que se ve afectada negativamente por la rigidez e histéresis de la membrana.

Todos estos fenómenos reducen la precisión y repetibilidad de la función dosificadora del carburador, a la que hay que añadir la dificultad añadida de la necesaria precisión y repetibilidad de posicionamiento de la aguja cónica que obtura parcialmente la salida de gasolina o mezcla rica de aire-gasolina en su surtidor.

Además, este tipo de carburador necesita normalmente estar dotado de una bomba de aceleración, que básicamente consiste en una bomba de desplazamiento positivo, con válvulas de entrada y salida, que inyecta una cierta cantidad de gasolina líquida al conducto del carburador para evitar el empobrecimiento de mezcla que sufriría el motor como consecuencia de los retardos de aumentos de caudal de gasolina en los circuitos del carburador durante las aceleraciones mas o menos rápidas.

La gasolina así suministrada se homogeneiza difícilmente con el aire de admisión y aumenta notablemente la emisión de contaminantes, en particular el monóxido de carbono y los hidrocarburos inquemados.

Este tipo de carburador se construye generalmente con estructura de aluminio fundida en coquilla a presión y posteriormente mecanizado profusamente en canales de circuitos alojamientos de válvulas como pistón y mariposa, roscas, y alojamientos de demás dispositivos.

Realizar esta operación de mecanizado con las mínimas garantías de resultado supone costosas inversiones y tiempos de trabajo a las que hay que añadir las de posibles fallos y errores con la evidente perdida de

funcionalidad en el carburador.

Otros tipos de carburador utilizan como principal elemento dosificador un venturi fijo, al cual descarga la mezcla rica emulsionada por medio de un surtidor. Para bajos caudales de aire genere una depresión muy baja, produciendo mala calidad de mezcla y grandes retardos en aceleraciones que obligan a instalar una bomba de aceleración con los problemas de gran emisión de contaminantes ya comentados.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN E1 sistema preconizado por esta patente resuelve eficazmente los problemas y limitaciones planteados en los casos anteriormente citados, Desde el punto de vista anticontaminante y de economía de consumo de combustible, una mariposa secundaria genere la suficiente depresión a cualquier caudal de aire para que la mezcla aire- combustible pueda ser de gran homogeneidad y precisión tanto en funcionamiento estacionario como en las aceleraciones, controlada por una leva solidaria a la mariposa principal y un pulmón de membrana con su muelle antagonista impulsado por la depresión producida por la mariposa secundaria. Esto quiere decir que durante las aceleraciones se suministra el combustible por los mismos orificios que en Estacionario, por lo que no es necesaria la bomba de aceleración mejorando notablemente las emisiones de contaminantes (CO y HC) y la economía de combustible con respecto a los sistemas de alimentación. convencionales ya citados, además de los resultados económicos de su explotación.

La construcción del sistema preconizado por esta patente es preferentemente en plástico de alta

resistencia a los hidrocarburos a todas temperaturas de uso, sin descartar la posibilidad de realización en materiales convencionales como Zamac y aluminio. La utilización de este plástico como material de la estructura de este sistema permite alcanzar dos objetivos que representan grandes ventajas : - Es posible obtener por moldeo el perfil interior del conducto del sistema de forma que a bajos caudales de aire gran parte del flujo pase por las proximidades del surtidor de mezcla de emulsión proporcionando una mezcla aire-combustible muy homogénea y apta para una perfecta combustión, debido a la adecuada curvatura del citado conducto en la zona superior de la mariposa principal y de la secundaria.

- Los canales de comunicación de circuitos están simplificados al máximo de manera que no es necesaria ninguna operación de mecanizado significativa por lo cual se obtiene, de una parte un alto beneficio económico en cuanto a inversiones y tiempos dé fabricación, y de otra parte se elimina la dispersión geométrica de forma y de cotas que origina un proceso de mecanizado así como la probabilidad de error y fallos de máquinas que afectan muy negativamente su funcionalidad, es decir a la calidad del producto.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión

de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente : La figura 1.-Muestra una sección longitudinal y central de un carburador provisto del sistema de alimentación de combustible que constituye el objeto de la presente invención.

La figura 2.-Muestra, según una vista similar a la de la figura anterior, el aspecto exterior del mismo conjunto, en un punto genérico del funcionamiento para el sistema.

La figura 3.-Muestra, una representación similar a la de la figura anterior, correspondiente a otro punto de funcionamiento, concretamente cuando se produce una aceleración.

La figura 4.-Muestra, finalmente, un perfil nuevamente en sección del conjunto representado en las figuras anteriores.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN En la figura 1 vemos una. sección longitudinal central, donde se halla el conducto principal al que llega el aire procedente del filtro de aire (FA), cuyo caudal está controlado por la válvula mariposa de gases ó principal (1). La mariposa secundaria (2) mantiene en cada operación de funcionamiento, ya sea en régimen estacionario o transitorio, la apertura adecuada para producir la perdida de carga que sumada al efecto venturi

generado en la sección del conducto aguas abajo de la mariposa secundaria y a la perdida de carga del filtro de aire (FA), originando la succión apropiada en la salida (3) de combustible emulsionado que se mezcla con la corriente de aire.

Este sistema de alimentación consta también de una cuba de combustible a nivel constante (4) y comunicada a la atmósfera por un conducto vertical, de forma que la succión en la salida (3) produce un flujo a través y controlado por el surtidor principal (5) que emulsionado con el aire proveniente del tubo (9) dotado de unos taladros transversales, descarga en el conducto central del sistema (1) por la salida (3).

La presente patente de invención contempla también la posibilidad de que la cuba de combustible no esté comunicada con la atmósfera, sino aguas arriba de la mariposa secundaria, en cuyo caso la succión en la salida (3) no estaría originada parcialmente con la perdida de carga del filtro de aire.

Para mejorar la calidad de la mezcla aire- combustible suministrada al motor a cargas pequeñas y regímenes motor próximos al ralentí, un circuito de ralentí suministra combustible en paralelo con el circuito de combustible anteriormente citado o principal, y en las condiciones mencionadas. Este circuito de ralentí toma combustible ya controlado por el surtidor principal (5) y posteriormente medido por el surtidor de ralentí (6) situado en serte con el anterior y que descarga en él canal (12) de aire con el cual se emulsiona, de forma que en posición del ralentí toma aire de los taladros de by-pass y descarga al conducto principal (11) por el taladro controlado por el tornillo

de mezcla (8) aguas abajo de la mariposa principal y en pequeñas aperturas de esta mariposa la descarga de combustible se hace por dicho taladro controlado por el tornillo (8) y total o parcialmente por los taladros o ranuras by-pass (7).

Queda por describir como se posiciona la apertura de la mariposa secundaria para producir la succión adecuada en la salida (3). Dicha succión también se produce en los taladros de by-pass y se tiene en cuenta en la experimentación de obtención del perfil (18) de la leva dosificadora (13) solidaria al eje de la mariposa principal (1). (Figuras 2 y 3) Para cada apertura de la mariposa principal, la cual está controlada por el cable del acelerador del motor, existe un punto situado en el perfil interior (18) de la leva dosificadora (13) que en contacto con el perno (14) de la palanca (15) solidaria al eje de la mariposa secundaria (2), determina la apertura de dicha mariposa, la cual genera la pérdida de carga adicional para succionar el combustible emulsionado que con el aire de admisión constitue la mezcla aire-combustible en proporción adecuada para producir una óptima combustión en el motor, siguiendo los criterios clásicos de proporción de mezcla de máxima potencia para apertura total de la mariposa principal (1) o ángulos próximos a esta apertura y proporción de mezcla de máxima economía de consumo para aperturas parciales de dicha mariposa.

Las necesidades de superar las normas de emisión de contaminantes pueden modificar ligeramente estos criterios sin que constituyan una excepción significativa. Si se mantiene la apertura de la mariposa principal y cambia el régimen del motor debe cambiar el caudal de aire, salvo que dicha mariposa determine una

sección de paso en condiciones sónicas en cuyo caso el caudal de aire permanece constante. El cambio de caudal de aire mencionado anteriormente debe modificar la succión en los circuitos de combustible emulsionada para que no cambie significativamente la relación aire- combustible de la mezcla que llega al motor, esto se obtiene adecuando las dimensiones de la geometría constructiva del circuito comprendido entre el surtidor principal (5) y la salida (3) para que se obtenga un flujo turbulento tanto en dicha zona como en los bordes de la mariposa secundaria (2), fenómeno controlado por el Numero de Reynolds.

Si a partir de un punto genérico de funcionamiento determinado por la figura 2 se acelera rápida o lentamente, lo que significa una apertura a dicha velocidad de la mariposa principal (1) podemos distinguir dos fases como respuesta del sistema a esta operación : En una primera fase, y durante un breve instante, la mariposa secundaria (3) permanece con apertura inicial que a todos los efectos representa un efecto venturi de sección más pequeña que la correspondiente al punto final de la aceleración determinado por otra apertura mayor de la mariposa secundaria, según puede apreciarse en la figura 3. En estas condiciones la respuesta de los circuitos de combustible es prácticamente instantánea, dados los altos niveles de succión en los citados circuitos, manteniendo sensiblemente la misma relación aire combustible en la mezcla ó con pequeños enriquecimientos. Por lo cual el vehículo

dotado de un motor con el sistema de alimentación propuesto no detectaría ningún fallo en la conducción.

- En una segunda fase, más prolongada que la anterior dependiendo de la potencia disponible y la necesaria para vencer la resistencia al avance, el pulmón (17), dotado de membrana y muelle antagonista abre más la mariposa secundaria (2) por medio del tirante (16), ya que dicho pulmón actúa bajo la depresión del punto (19) situado justo aguas abajo de la mariposa secundaria. De esta forma la velocidad de apertura de dicha mariposa es función del aumento del caudal de aire que circula por el conducto principal de sistema (11) manteniendo una relación de la mezcla aire-combustible sensiblemente constante o con pequeños enriquecimientos.

El automatismo descrito operando en aceleraciones, además de permitir una conducción en vehículo sin fallos no genera la elevada emisión dé los contaminantes CO y HO que produciría un carburador convencional de los citados anteriormente dotados de bomba de aceleración.

La presente patente de invención contempla la alternativa de establecer un control sobre la funcionalidad de este sistema de alimentación pilotado por una centralita electrónica a la cual llegan señales de temperatura del motor, velocidad de rotación y apertura de la mariposa para actuar sobre : Un motor eléctrico que controla la apertura de

la mariposa secundaria.

- Una válvula que controla aire detrás de la mariposa (1) empobreciendo a voluntad una mezcla inicial rica.