Un motor de combustión interna convierte una parte del calor producido por la combustión del combustible en trabajo. Las principales piezas del motor son el bloque, cilindro, cigüeñal, biela, pistón, culata, válvulas, árbol de levas y el sistema de inyectores. Comúnmente los motores tienen 4 cilindros, cada cilindro tiene válvulas para la admisión del aire y el escape de los gases quemados; el árbol de levas las abre y las cierra en los momentos adecuados y debe estar en óptima coordinación con el movimiento del pistón.

Para entender el funcionamiento del motor de combustión interna se han descrito 4 tiempos: admisión, compresión, explosión y escape; en teoría cada uno de ellos inicia o finaliza cuando el pistón llega a cada extremo de su recorrido al interior del cilindro, un extremo es el punto muerto superior y el otro es el punto muerto inferior. En el tiempo de admisión el pistón recorre desde el punto muerto superior al inferior, se abre la válvula que permite la entrada de la mezcla de aire y combustible a la cámara de combustión (interior del cilindro) y se cierra cuando el pistón finaliza su recorrido, luego el pistón comienza su carrera de vuelta al punto muerto superior y comprime la mezcla en el segundo tiempo de compresión, al llegar cerca del punto muerto superior del recorrido salta una chispa que permite la explosión de la mezcla y genera la fuerza para empujar al pistón al punto muerto inferior, donde se abre la válvula de escape y con el recorrido de vuelta del pistón al punto muerto superior expulsa los gases quemados.

Cuando los motores son exigidos requieren de un óptimo proceso de admisión de la mezcla para lograr una adecuada combustión y aprovechamiento de la energía disponible en el combustible, esto principalmente porque se reduce el tiempo para el proceso de admisión en razón que el motor trabaja a más revoluciones por minuto. Los motores modernos tienen sistemas de admisión que han logrado mejorar el proceso de mezclado de aire y combustible y el proceso de la admisión de la misma, principalmente extendiendo el ángulo (en relación al cigüeñal) de apertura de la válvula de admisión y controlando el momento en que se inicia esta apertura (Avance de la Apertura de Admisión).

El desarrollo adecuado del proceso de combustión en los motores de combustión interna permite un máximo aprovechamiento del trabajo mecánico en el eje del motor, y para asegurar las condiciones apropiadas para para la

i realización de este proceso se deben buscar métodos que permitan la óptima formación de la mezcla combustible - aire y el máximo llenado del cilindro.

Es importante que en la formación de la mezcla se logre un mezclado óptimo entre aire y combustible para obtener un arranque rápido y seguro, combustión completa, una mínima formación de compuestos contaminantes y una reducción del desgaste de las piezas del motor. La relación entre aire y combustible ideal dependen del tipo de combustible; la mezcla puede ser pobre o rica en combustible.

Durante el funcionamiento, en la cámara de combustión del motor de combustión interna, independientemente de la riqueza o pobreza de la mezcla siempre estarán presentes en el escape productos tales como: CO, H2, HC y carbonilla, especies estas que indican que realmente el proceso de combustión es incompleto. La cantidad de estos componentes es pequeña cuando el motor trabaja con mezclas pobres, pero para los casos de combustión con mezclas ricas sus porcentajes son mayores debido a la insuficiencia de oxígeno, causando esto un mayor deterioro en el aprovechamiento de energía.

Cuando la relación de la mezcla es muy rica el rendimiento del motor decae, en los motores de encendido por chispa es más dramático este decaimiento, aumentando el consumo de combustible y la contaminación. Aun cuando son varios los factores que tienen que ver con el resultado de la potencia y rendimiento del motor, según FIGUERO S. y ARAQUE J. "Los resultados experimentales revelan que durante el funcionamiento del motor el mayor efecto se debe a la variación de la riqueza de la mezcla aunque los otros factores pueden afectar el trabajo cuando ocurren cambios repentinos" en El proceso de combustión en motores de combustión interna, 2005.

Cuando el motor trabaja a altas revoluciones tiene menos tiempo para la combustión y lograr un llenado y vaciado óptimo del cilindro. Entonces, el rendimiento depende principalmente del tiempo que tarda la mezcla en combustionar y a la eficiencia del llenado y evacuado de los gases a la cámara de combustión, por lo tanto es importante la capacidad de los canales por donde circulan los gases.

Entre los principales avances podemos observar, en el caso de motores de encendido por chispa, que la mayoría tiene sistema con inyección multipunto con un inyector electrónico de combustible independiente para cada cilindro. La inyección electrónica es controlada por una computadora que calcula el momento para inyectar el combustible de acuerdo a los datos que obtiene de los distintos sensores, logrando mejorar la potencia del motor y reduce las emisiones a la atmósfera.

También existen sistemas que permiten controlar la apertura de las válvulas dado que se ha podido constatar que adelantar la apertura de la válvula mejora el llenado del cilindro así como el largo de apertura. Entre los más destacados están Valvetronic y WTI. El sistema Valvetronic permite controlar el largo de la carrera de la válvula o apertura de válvula que pretende controlar el llenado de los cilindros del motor por medio de una carrera de las válvulas variable. De acuerdo a BMW, "El motor funcionará de forma más eficiente e inmediata gracias a la eliminación de las pérdidas de bombeo y de las perturbaciones del flujo de aire que causa la válvula de mariposa convencional. Con este sistema, el aire circula libremente por el colector de admisión y el sistema VALVETRONIC regula con precisión la cantidad de aire que entra en los cilindros."

En tanto el sistema DUAL WT-i regula el momento de apertura de las válvulas de admisión y el momento de cierre de las válvulas de escape, para obtener un cruce o solape de válvulas conveniente de acuerdo a las condiciones exigencias del motor, aceleración, temperatura del motor y varios datos más analizados por la computadora. El objetivo es aprovechar la velocidad de los gases entrantes en altas revoluciones, lo cual ayuda a introducir una cantidad adicional de la mezcla de aire y combustible en el cilindro aun cuando la válvula permanece abierta cuando el pistón ha iniciado la carrera de vuelta.

Breve Descripción de las figuras

La figura 1 : Es una representación gráfica de la invención, su ubicación respecto al motor de combustión interna y algunos de sus componentes.

La figura 2 Es una representación gráfica de la invención donde se observan los componentes de la cámara de intercambio de gases.

La figura 3 representa el tiempo de admisión en un motor utilizando la presente invención.

La figura 4 representa el tiempo de compresión en un motor utilizando la presente invención.

La figura 5 representa el tiempo de explosión en un motor utilizando la presente invención.

La figura 6 representa el tiempo de escape en un motor utilizando la presente invención. Descripción detallada de la invención

La presente invención permite la admisión y escape de los gases a la cámara de combustión a través del mismo conjunto de válvulas, haciendo más eficiente tanto el llenado como el vaciado del cilindro ya que es mayor el canal por donde circulan los gases sin depender de la velocidad de los gases de entrada a regímenes de altas revoluciones. Además, hay menos perturbaciones y pérdidas de bombeo provocados por la mariposa del sistema de admisión convencional ya que se puede controlar electrónicamente el accionar de las válvulas y por lo tanto el flujo de los gases al cámara de combustión.

Básicamente, es un sistema que consiste en una culata de motor con un diseño especial, que tiene una cámara de intercambio de gases en el circuito de los gases previo a la entrada y salida de éstos a la cámara de combustión. La cámara de intercambio de gases tiene una válvula de admisión, una de escape y otra serie "principal" de admisión - escape (SISTEMA DE VÁLVULA PRINCIPAL) hacia el cilindro que puede comprender canales de conexión en todo el círculo o superficie del área superior de éste.

El circuito de los gases es el siguiente: Desde el sistema de admisión de gases (conducto de admisión) la mezcla de aire y combustible entran a la cámara de intercambio de gases y de ahí ingresan a la cámara de combustión a través de un conjunto de válvulas o "sistema de válvula principal" que conecta directamente a ésta última con la cámara de combustión donde participan del proceso de combustión; luego los gases salen por el mismo sistema de válvula principal hacia la cámara de intercambio de gases y luego salen por el conducto de escape.

El funcionamiento, de acuerdo a los 4 tiempos es el siguiente:

En la admisión está abierto el sistema de válvula principal y se abre la válvula de admisión de la cámara de intercambio de gases permitiendo la entrada de mezcla de aire hasta la cámara de combustión, luego del llenado del cilindro se cierran el sistema de válvula principal y la de admisión.

En el tiempo siguiente el pistón comienza su carrera de vuelta y comprime la mezcla, al llegar cerca del punto muerto superior o tope del recorrido salta una chispa que permite la explosión de la mezcla y genera la fuerza para empujar al pistón al punto muerto inferior. El tiempo de escape empieza con la apertura del sistema de válvula principal de la cámara de combustión y la apertura de la válvula de escape de la cámara de intercambio de gases para expulsar los gases producto de la combustión, al finalizar el tiempo se cierra sólo la válvula de escape.

El sistema de válvula principal puede ser accionado mediante un sistema electrónico de alta frecuencia que le permitirá control computacional del momento y duración (respecto la carrera del pistón al interior del cilindro) de la apertura del juego de válvulas que abren paso a la cámara de combustión.

Para usar este sistema en un motor de combustión interna se requiere instalar un sensor de posición del pistón conectado al volante del cigüeñal para que una computadora detecte la ubicación del pistón en cada cilindro, así la computadora controla la apertura y cierre del sistema de válvula principal. El control de las válvulas de admisión y válvulas de escape de la cámara de intercambio de gases puede ser por activación mecánica mediante árbol de levas (también puede usarse otros medios de activación).

Para comprender mejor la invención, se la describirá en base dibujos que tienen solamente un carácter ilustrativo, no limitándose el alcance de la invención ni a las dimensiones, ni a la cantidad de elementos ilustrados, ni al sistema accionamiento del sistema de válvula principal que también puede ser mecánico, en este sentido tampoco está incorporado la ubicación de la bujía que genera la chispa al interior de la cámara de combustión.

Descripción con apoyo gráfico

La invención es un sistema de admisión y escape de gases que tiene la mayoría de sus elementos en la culata del motor. Las representaciones gráficas se hacen en referencia a corte transversal de un cilindro de un motor. La cámara de intercambio de gases (1) está ubicada sobre la parte principal del motor (7). Al interior de la cámara de intercambio de gases (1) una válvula de admisión (9) para la entrada de la mezcla de aire y combustible (12) al sistema, un sistema de válvula principal (11) que permite el paso de gases entre la cámara de intercambio de gases (1) y la cámara de combustión (14), y una válvula de escape (10) que permite la salida de los gases quemados (13) del sistema. Las válvulas de admisión (9) y escape (10) pueden ser accionadas mecánicamente por sistema de levas (3). Para abrir el sistema de válvula principal (11) hay una computadora (4) que recibe información de posición los pistones (8) en cada cilindro del motor desde un sensor de posición (5) desde el volante del eje cigüeñal del motor (6) y que acciona al sistema eléctrico o solenoide (2). En la admisión está abierto el sistema de válvula principal (11) y se abre la válvula de admisión (9) de la cámara de intercambio de gases permitiendo la entrada de mezcla de aire (12) hasta la cámara de combustión (14), luego del llenado del cilindro se cierran el sistema de válvula principal y la de admisión.

En el tiempo siguiente el pistón (8) comienza su carrera de vuelta y comprime la mezcla, al llegar cerca del punto muerto superior o tope del recorrido, en el tiempo de explosión la bujía (15) genera una chispa que permite la explosión de la mezcla y genera la fuerza para empujar al pistón (8) al punto muerto inferior.

El tiempo de escape empieza con la apertura del sistema de válvula principal (1 1) de la cámara de combustión y la apertura de la válvula de escape (10) de la cámara de intercambio de gases para expulsar los gases producto de la combustión (13), al finalizar el tiempo se cierra sólo la válvula de escape.