SECTOR TÉCNICO

[0001] La presente invención se refiere a un mecanismo novedoso para utilizar en motores de combustión. En particular se refiere a un mecanismo que proporciona una cámara de respiro exenta de aceite, un tiempo extra para la evaporación del combustible y el proceso de combustión, y una válvula de control de potencia para ciclos Otto.

ESTADO DE LA TÉCNICA

[0002] La presente invención relaciona cigüeñales acoplados, cada uno con conexión individual a cada alojamiento del bulón de un pistón en común en la superficie extema. El espacio cilindrico interior del pistón proporciona otra cámara para los gases de admisión; estos gases son conducidos a la lumbrera de transferencia de la cámara de combustión del cilindro. Una válvula puede ser dispuesta antes de la lumbrera de transferencia para el control de potencia del ciclo Otto, lo que reduce las pérdidas del restristror del acelerador, además podría oxigenar adicionalmente los gases de escape. La longitud de la biela y su configuración inversa proporcionan un ángulo de rotación adicional de los cigüeñales en la zona de máxima relación de compresión. La cámara dual de pistón (cámara de admisión-respiro y cámara de combustión) más el movimiento lineal sin fricción, adicionalmente, el tiempo extra en la zona de compresión máxima en el PMS, así como el control de la válvula de potencia, le dan a este mecanismo una originalidad, por ejemplo, a los motores de dos tiempos. Muchos motores de dos tiempos son simples y económicos, sin componentes refinados como válvulas de admisión y escape, ni mecanismo de tren de válvulas y con una combustión por revolución; el gran problema de este mecanismo es que la parte interna del pistón se ve comprometida con el alojamiento del bulón del pistón y el movimiento de la biela. El uso indirecto de este pistón con su interior en contacto con el cárter implicaba la presencia de aceite y una alta contaminación que hace que este mecanismo simple-económico sea inapropiado. Un mecanismo más complejo con bomba de aceite que evita la mezcla de aceite con combustible, adicionalmente una inyección de combustible dentro de la cámara de combustión evitando que el aire fresco / combustible salga con los gases eliminados ayudan a reducir la contaminación, pero no es suficiente.

[0003] Los desarrollos recientes son el motor CITS de dos tiempos (Crankcase Independent Two Stroke) con patente estadounidense 2010 # 8,683,964. El JJS2 motor polaco de dos tiempos con patente # PL 204724 B 1. En 2015, los motores diésel de pistones enfrentados realizados por las empresas Achates Power y Fairbanks Morse Engine lograron ciclos altamente eficientes. En 2019, la patente # 10309448 de Neander Motor A.G. donde el pistón con dos pines está conectado a dos cigüeñales con rotación opuestas.

[0004] Mientras tanto, los pistones enfrentados, cara a cara, proporciona un buen equilibrio sin culata y menos pérdidas de calor; pero aún dependen la admisión de componentes extemos para el ingreso de los gases de admisión como: pistón alternativo adicional más válvulas (solo para la etapa de admisión-respiro) o sobrealimentador y / o turbocompresor que brindan un costo y complejidad increméntales al motor en general.

[0005] Este invento es útil incluso en estas últimas décadas de la combustión de combustibles fósiles, por ejemplo, en pequeños motores utilitarios, motocicletas pequeñas y herramientas, reduciendo los contaminantes reales de los gases de escape. Además, para motores marinos, menos peso y mantenimiento. En los sistemas híbridos, la combinación de un motor eléctrico con motores de combustión interna también es un sistema muy útil con un bajo mantenimiento general y el menor costo de fabricación, debido al incremento que representa la combinación de dos fuentes de energía y tecnologías. La mayor eficiencia del motor eléctrico es que tienen una doble función, como un motor eléctrico, así como un generador eléctrico. Esto proporciona una recuperación de energía cinética que ningún motor de combustión puede hacer normalmente (acumulador de energía cinética o KERS - por sus siglas en ingles). Mientras tanto los vehículos a una velocidad constante, el consumo de energía es principalmente por la resistencia del aire y la fricción de los componentes, estos no tienen posibilidad de recuperación; por lo que el motor eléctrico y el motor de combustión limpio-eficiente son igualmente válidos. En otras palabras, un excelente mecanismo-motor a considerar.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN [0006] Dos engranajes acoplados 15 (par de engranajes) con rotación opuestas de los muñones 23 y 25, cada uno tiene una biela 4 donde sus extremos están conectados a cada alojamiento lateral de bulón 21a y 21b de un pistón compartido. Cada alojamiento de bulón 21a y 21b del pistón 1 tiene una distancia de desplazamiento 3 paralela a su movimiento lineal con la línea central de cada cigüeñal 40a y 40b para reducir la extensión de los brazos laterales 2. La superficie interior 11 del pistón 1 con el componente de sellado estático 12 forma la cámara de respiro 34; donde el componente de sellado estático contiene la válvula de ingreso 9 y la válvula de salida 10. El movimiento alternativo del pistón genera el flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30 donde su eficiencia volumétrica se incrementa al disponer las válvulas de ingreso 9 y salida 10 en la posición más cercana a la cámara de respiro 34. Se puede disponer de una válvula de control 17 para el ciclo Otto, lo que reduce las pérdidas del restrictor del acelerador y proporciona un exceso de gases de admisión 29b a los gases de escape 6; mientras tanto, la totalidad de los gases que respiran la admisión, enfrían el pistón por dentro de la superficie 11. La superficie exterior del pistón combinada con las paredes del cilindro hace que la cámara de combustión 33, donde se llevan a cabo las etapas de admisión, compresión, evaporación, combustión, expansión y escape. El cilindro 5 contiene lumbreras en sus extremos para transferir gas de admisión (lumbrera 8) y expulsar gases de escape 6. En la culata, también se puede disponer de una válvula de escape convencional 18 para aumentar la eficiencia del escape; mientras tanto, se debe considerar un mecanismo de válvula para este caso. Antes de la lumbrera de admisión-transferencia 8, se puede ubicar un inyector de combustible. En la posición máxima de compresión, las bujías y/o el inyector de combustible 7 también pueden ser ubicados en la culata.

[0007] El objetivo de la invención es proporcionar un mecanismo novedoso que, por ejemplo, se pueda utilizar en motores de combustión proporcionando: primero una cámara de respiro exenta de aceite 34, segundo para proporcionar un tiempo extra para la evaporación del combustible y el proceso de combustión y el tercer objetivo es obtener una válvula de control de potencia para ciclos Otto, reduciendo las restricciones del acelerador y mezclando parte de los gases de admisión con los gases de escape. Los demás objetos y características de esta invención se entenderán a partir de la siguiente descripción con referencia a los dibujos que la acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS [0008] La FIG. 1 es una vista transversal que muestra un solo pistón 1 con alojamientos de bulones de pistón 21, vinculado a bielas 4a y 4b que también están unidas a dos cigüeñales 40a y 40b con rotación opuestas por medio de engranajes 15. El desplazamiento 3 o distancia paralela entre el movimiento lineal del bulón del pistón con la línea central del cigüeñal 40a o 40b. El flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30 se introduce por medio de la cámara de respiro 34 que está confinada por la superficie interior 11 del pistón 1 y el componente de sellado 12 que contiene la válvula de ingreso 9, con válvula de salida 10. La válvula de ingreso 9 y la válvula de salida 10 están en la posición más cercana a la cámara de respiro 34. La válvula de control 17 para el ciclo Otto ayuda a reducir las pérdidas restrictivas del acelerador y el exceso de gases de admisión 29b proporciona oxígeno adicional a los gases de escape. Las paredes del cilindro 5 con la culata 16 y el pistón 1 hacen la cámara de combustión 33. Lumbreras en los extremos de cilindro para gases de admisión 8 y para gases de escape 6. En la zona PMS, se encuentran bujías y/o inyector de combustible 7. Para ajustar la longitud y posición desiguales de fabricación, se pueden instalar bujes excéntricos o carcasas 26, 27.

[0009] La FIG. 2A es un esquema del pistón 1 con alojamientos de bulón de pistón 21a y 21b, superficie interior 11, brazos laterales 2, con refuerzo de brazos 13.

[0010] La FIG. 2B es un esquema del pistón 1 con alojamientos de bulón de pistón 21a y 21b, superficie interior 11, brazos laterales 2, con placas laterales para guía deslizante lineal 14.

[0011] La FIG. 2C es un esquema del pistón 1 con casi ningún brazo lateral 2, superficie interior 11, alojamiento de bulón de pistón 21b, faldón de pistón con apertura 28 como válvula de ingreso lateral.

[0012] La FIG. 3 es una vista transversal de pistones enfrentados, cara a cara, que muestra una realización de la invención con un mecanismo de conexión simétrico. El pistón 1 con brazos laterales 2 y los alojamientos 21 del pistón, donde los muñones 23 y 25 acoplados en rotación opuestos, cada uno está unido con las bielas 4a y 4b respectivamente; muñón 23 conectado con biela 4a y muñón 25 conectado con biela 4b. El pistón simétrico 31, con brazos laterales 2, alojamiento de bulones 20 unidos con rotación opuestas a dos muñones, 22 unido con la biela 32b y muñón 24 conectado con biela 32 ^a . La distancia 3 desde el movimiento lineal del bulón del pistón hasta la línea central paralela del cigüeñal 40a o 40b. La cámara de respiro 34 está confinada por la superficie interior 11 del pistón 1 y el componente de sellado estático 12 donde se encuentra la válvula de ingreso 9 con válvula de salida 10. Las paredes del cilindro 5 con pistones idénticos enfrentados cara a cara hacen la cámara de combustión 33. El flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30 por cada pistón se conduce en posición opuesta a las lumbreras de transferencia del cilindro 8 y, después de la combustión, a la lumbrera de escape 6a, donde se liberan los gases de escape 6 mezclados junto con el exceso de gases de admisión 29b, que son la porción del flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30 que no entra en dicha cámara de combustión 33. En la posición más cercana de ambos pistones 1 y 31 cabezales, se encuentran bujías y/o inyectores de combustible 7.

[0013] La FIG. 4 es otra vista superior transversal de dos cámaras de combustión 33 y cigüeñales con rotación opuestas explícitos 40a y 40b. Los cigüeñales 40a y 40b están acoplados por engranajes 15. La vista superior muestra pasajes de transferencia opuestos y la configuración de los muñones. La vista inferior muestra un pistón con brazos laterales listos para ser conectados en cada cigüeñal 40a y 40b; las bielas no se muestran por simplicidad. Ambos cilindros muestran las lumbreras de transferencia 8 de cada pistón en la posición opuesta. Donde en un pistón su alojamiento de pistón 21a está vinculado a muñón 23 y su otro alojamiento de pistón 21b está vinculado a muñón 25 mientras tanto, el muñón 22 y muñón 24 son para la conexión con el otro pistón.

[0014] La Fig. 5 muestra un gráfico de las relaciones de compresión frente al ángulo de rotación del cigüeñal. Se trazan tres curvas: A) Tipo casi sinusoidal para bielas muy largas (Sinusoidal, la curva intermedia) B) Longitudes reducidas (en el gráfico, la longitud de la biela es igual a 1,5 veces el diámetro del cigüeñal) de la biela en tracción o posición inversa como motores alternativos normales (opuesto + desplazado, la curva más ancha) C) Misma longitud de biela, pero en compresión o configuración regular (tradicional, la curva más estrecha).

[0015] La FIG. 6A es una vista transversal que muestra un solo pistón con bielas en el diseño tradicional que es el modo de compresión; reverso de la FIG. 1. Los engranajes 15 generan una rotación opuesta a los dos cigüeñales 40a y 40b; los muñones 23 y 25 están unidos al pistón por medio de bielas 4a y 4b respectivamente. En este ejemplo, la culata 16 contiene una válvula de escape 18 (no se muestra el mecanismo de la válvula) para mejorar el barrido de los gases. Para los ciclos Otto, el control de potencia de la válvula 17 ayuda a reducir las pérdidas del restrictor del acelerador y el exceso de gases de admisión 29b se conduce para ayudar a eliminar los gases de escape con oxígeno adicional para la postcombustión, reduciendo los contaminantes residuales de la combustión. Antes de transferir a la lumbrera 8 se encuentra como ejemplo un inyector de combustible 19. Las paredes del cilindro 5 con la culata 16 y el pistón 1 hacen la cámara de combustión 33. Cerca de PMS se encuentra una bujía y/o un inyector de combustible 7.

[0016] Las FIG. 6B, 6C y 6D son la misma vista transversal que fig. 6A solo con el cigüeñal a 90 grados, 180 grados y 270 grados respectivamente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[0017] El inventor proporciona un mecanismo reciprocante con un pistón único con alojamientos en sus paredes laterales extemas, unido a cigüeñales acoplados con rotación opuestas. Una biela en configuración inversa para extender al pistón en la zona de máxima compresión y una válvula para regular-desviar la cantidad de flujo de gases. La presente invención se describe en detalle en los siguientes ejemplos, que pueden representar más de una realización de la presente invención.

[0018] La FIG. 1 es una vista transversal del pistón, la disposición de las bielas y la válvula de control en un motor de dos tiempos de acuerdo con este ejemplo de realización de la presente invención. Un pistón 1 con un alojamiento de bulón de pistón 21a en sus paredes laterales extemas unidas a un muñón 23 del cigüeñal acoplado, cada uno unido por una biela 4a y 4b, convirtiendo el movimiento lineal del pistón en un movimiento en rotación opuestas de los cigüeñales 40a y 40b. Los cigüeñales acoplados 40a y 40b están unidos por engranajes 15. Pistón reciprocante con una superficie interior 11 confinada con un componente de sellado estático 12 que incluye, en este ejemplo, una válvula de ingreso 9 y una válvula de salida 10, en donde el flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30 pueda fluir todo o una parte 29a hacia la cámara de combustión 33 del motor por medio de una lumbrera de transferencia 8. La superficie exterior de la cabeza del pistón 1 con una pared del cilindro 5 y una culata 16, confinan la cámara de combustión 33 donde los gases de combustión se expulsan por medio de una lumbrera de escape 6a. En la culata se incluye un inyector de combustible y/o bujía 7. Para ajustar la longitud o la posición del desnivel de fabricación, de uno o ambos, entre los cigüeñales 40a y 40b y las bielas, se puede instalar un buje excéntrico 26 o un buje excéntrico 27, uno o ambos.

[0019] Se puede obtener una mayor eficiencia volumétrica de admisión-respiro cuando la válvula de ingreso 9 y la válvula de salida 10 se disponen en la posición más cercana a la cámara de respiración 34. La válvula de ingreso 9 y la válvula de salida 10 pueden tener movimiento independiente o estar interconectadas entre ellas; se pueden instalar mecanismos más complejos como válvulas rotativas.

[0020] El aire fresco en la cámara interior ayuda a la disipación de calor del propio pistón La pared del cilindro 5 y el componente de sellado estático 12 proporcionan una guía lineal adicional al pistón. En la lumbrera de transferencia 8, se puede disponer de un inyector de combustible líquido o de un suministro de GNC - gas natural comprimido. Antes de esto, se puede disponer de una nueva válvula de control 17 para la modulación de potencia de los ciclos Otto, reduciendo las pérdidas de restricción del acelerador. El exceso de gases de admisión 29b que no pasa por la lumbrera de transferencia, puede mezclarse con los gases de escape 6. Dos cigüeñales acoplados con rotación opuesta 40a y 40b, desarrollan un movimiento lineal hacia los pistones con una mínima fricción en la pared lateral. Las fuerzas de combustión también se pueden compartir entre los cigüeñales 40a y 40b. Un desplazamiento 3 o distancia entre el movimiento lineal del bulón del pistón con la línea central paralela del cigüeñal 40a o 40b, proporciona un desplazamiento no simétrico en la zona de compresión máxima con una reducción de los brazos de longitud del pistón 2 mejorando la robustes del componente.

[0021] La FIG. 2A es una vista de un ejemplo de pistón 1, superficie interior 11. Los alojamientos de bulones del pistón 21a y 21b de la presente invención; contienen un brazo de refuerzo 13 para los brazos de pistón extendidos 2.

[0022] La FIG. 2B es una vista de un ejemplo de pistón 1, dentro de la superficie 11. Los alojamientos de bulones del pistón 21a y 21b de la presente invención; contienen un soporte de refuerzo deslizante 14 sobre los brazos del pistón 2.

[0023] La FIG. 2C es una vista de un ejemplo de pistón 1, superficie interior 11. Pines de pistón alojamientos 21a y 21b de la presente invención con brazo de pistón corto 2, que también contiene una abertura lateral 28 en faldón de pistón.

[0024] La Fig. 3 es una vista transversal de pistones enfrentados, cara a cara, que muestra una realización de la invención con un mecanismo de conexión simétrico. El pistón 1 contiene brazos laterales 2 y el alojamiento de pistón 21a, donde un bulón lateral está conectado a la biela 4a (en modo de tracción), el otro extremo está vinculado al muñón 23 del cigüeñal; el otro alojamiento lateral 21b está conectado a una biela 4b (también en modo de tracción), en las que el otro extremo está conectado al muñón 25. Un segundo pistón 31 que contiene el alojamiento 20a, donde su bulón lateral está conectado a la biela 32a, en el que el otro extremo está unido al muñón 24 del cigüeñal; el otro alojamiento 20b está vinculado a una biela 32b, en la que el extremo está conectado al muñón 22. La distancia 3 es desde el movimiento lineal del bulón del pistón hasta la línea central paralela del cigüeñal 40a o 40b. La cámara de respiro 34 está confinada por la superficie interior 11 del pistón 1 y el componente de sellado 12, que contiene la válvula de ingreso 9 con la válvula de salida 10. Las paredes del cilindro 5 con pistones idénticos enfrentados cara a cara hacen la cámara de combustión 33. El flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30 de cada pistón se conduce a las lumbreras de transferencia del cilindro 8, uno delante del otro. Los gases de escape del cilindro se liberan en la lumbrera 6a. En la posición más cercana de ambos pistones 1 y 31 cabezales, se incluye una bujía y/o un inyector de combustible 7. La válvula de control 17 se puede disponer para la modulación de potencia de los ciclos Otto, lo que reduce las pérdidas del restrictor del acelerador. Los excesos de gases de admisión 29b, puede mezclarse con gases de escape 6.

[0025] La Lig. 4 es un ejemplo de la configuración de pistón enfrentado de la realización de LIG. 3. En la vista superior seccional, la lumbrera de transferencia 8 de cada pistón de admisión-respiro se encuentra uno delante del otro de acuerdo con una realización de la presente invención; por esto, se puede proporcionar menos resistencia a los gases de admisión y aumento del flujo de remolino que ingresa a la cámara de combustión 33. Incluyendo en esta una vista superior, se muestra la superficie interior 11 y el componente de sellado estático 12.

[0026] En la vista inferior seccional, un par de engranajes 15 acopla el cigüeñal 40a en movimiento de rotación opuesto. El pistón 1 se muestra con los brazos 2 y los alojamientos de pistón 21a que está vinculado al muñón 23 del cigüeñal y el bulón del pistón del otro lado están conectado al muñón 25 del otro cigüeñal 40b; las bielas no se muestran para mayor claridad. El otro pistón está conectado al muñón 22 del cigüeñal, así como al muñón 24 del otro cigüeñal; esta posición alternada es mantener la fuerza sobre cada pistón perfectamente centrado.

[0027] La FIG. 5 es un gráfico con relación de compresión versus ángulo de rotación del cigüeñal de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención. El trasado se realiza con bielas de longitud que tienen 1,5 veces la magnitud del diámetro del cigüeñal. En el gráfico, el trasado de la configuración de bielas tradicionales proporciona tiempo adicional en posición de baja compresión, o zona PMI, sin implicaciones importantes, mientras que el tiempo en su zona PMS se reduce críticamente (gráfico más estrecho). En el gráfico, el trasado sinusoidal muestra el desplazamiento simétrico dependiente del tiempo en la zona PMS, así como en la zona PMI (gráfico intermedio). En el gráfico, el trasado “Opuesto más desplazamiento” muestra el tiempo incrementado en la zona PMS con el tiempo reducido en la zona PMI (gráfico más amplio). En esta última realización, las bielas están en modo de tracción.

[0028] La FIG. 6A es una vista transversal que muestra un solo pistón con engranajes 15 generando con rotación opuestas a los dos cigüeñales 40a y 40b. El pistón está unido a cada muñón 23 y 25 por medio de bielas 4a y 4b. Las bielas están en el diseño tradicional que es el modo de compresión; reverso de la FIG. 1. El Offset 3 se puede aplicar a partir del movimiento lineal del bulón del pistón y la línea central del cigüeñal 40a o 40b. El flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30 se introduce por medio de la cámara de respiración 34 que está confinada por la superficie interior 11 y el componente de sellado estático 12. La válvula de ingreso 9 y la válvula de salida 10 están en la posición más cercana a la cámara de respiro 34. La válvula de control de potencia 17, para el ciclo Otto, ayuda a reducir las pérdidas del restrictor del acelerador. Además, el exceso de gases de admisión 29b se puede conducir para ayudar a los gases de escape 6 con oxígeno adicional para la postcombustión, reduciendo los contaminantes residuales. Previo la lumbrera de transferencia 8 se ubica, a modo de ejemplo, un inyector de combustible 19 para obtener algún tiempo de evaporación con enfriamiento adicional de los gases entrantes. Como alternativa a la inyección de combustible 19, la inyección de gas de combustible natural comprimido GNC no afectará a la eficiencia volumétrica de la admisión-respiro. Las paredes del cilindro 5 con la culata 16 y el pistón 1 hacen la cámara de combustión 33. En la culata, se puede utilizar una válvula de escape 18 para mejoras de barrido (el mecanismo de la válvula no se muestra). En la zona PMS, se instala una bujía y/o un inyector de combustible 7.

[0029] La FIG. 6B es la misma vista de sección transversal que FIG. 6A solo con el cigüeñal a 90 grados, el pistón se mueve hacia abajo y la válvula de salida de la cámara de respiro 34 está abierta.

[0030] La FIG. 6C es la misma vista de sección transversal que FIG. 6A solo con el cigüeñal a 180 grados, el pistón está en PMI, se liberan los gases de escape 6. La válvula de control de potencia 17 deriva el exceso de gases de admisión 29b a los gases de escape 6. La porción necesaria 29a del flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30, se introduce en la cámara de combustión 33 a través de la lumbrera de transferencia 8 y el inyector 19 introduce combustible antes del cierre de la lumbrera de transferencia. [0031] La FIG. 6D es la misma vista transversal que fig. 6A solo con el cigüeñal a 270 grados, el pistón se mueve hacia arriba y el flujo de aire volumétrico de admisión-respiro 30 se introduce en la cámara de respiro 34.

[0032] Será evidente para alguien con habilidad en el arte que el bulón externo del pistón, las bielas en la tracción y la válvula de control de la invención pueden proporcionarse utilizando algunas o todas las características y componentes mencionados sin apartarse del espíritu y el alcance de la presente invención. También será evidente para el hábil artesano que las realizaciones descritas anteriormente son ejemplos específicos de una sola invención más amplia que puede tener mayor alcance que cualquiera de las descripciones singulares enseñadas. Puede haber muchas alteraciones hechas en las descripciones sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención.