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1. WO2020130777 - MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA A CUATRO TIEMPOS

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MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA A CUATRO TIEMPOS

CAMPO TÉCNICO

La presente ¡nvendón se reladona con los motores de combustión interna, y más particularmente concierne a motores con un arreglo mejorado en la cual se colocan dentro de un mismo dlindro dos pistones opuestos horizontalmente entre si obteniendo un motor efidente en cuanto al aprovechamiento de la energía calorífica de la combustión.

ANTECEDENTES

Con relación al estado de la técnica se conocen sistemas de motor de combustión intema, ya sea de petróleo, diésel, de dos tiempos y cuatro tiempos, en donde estos generalmente trabajan bajo el principio de pistones reciprocantes.

Como es sabido, los motores convencionales funcionan en cuatro tiempos, el tiempo de inducción en el cual el pistón se mueve hada el cigüeñal y succiona una mezcla de combustible y aire dentro del dlindro a través de una válvula o válvulas de entrada abiertas, el tiempo de compresión en el cual la.o las válvulas de entrada se derran y la mezda es comprimida según se mueve el pistón apartándose del cigüeñal, luego la ignidón de los gases es seguida por el tiempo de combustión moviéndose el pistón hada abajo para realizar el trabajo y finalmente, el tiempo de escape cuando el pistón se aleja del cigüeñal y la o las válvulas de escape están abiertas de tal manera que la mezda quemada es enviada fuera del dlindro, initiando enseguida nuevamente el siguiente ddo.

Se han propuesto diferentes disposiciones de dfindros alrededor de un cigüeñal, los más comunes tienen pistones múltiples dispuestos en diversas configuraciones ya sea en linea, en V, entre otros.

En tiempos más recientes se han desarrollado motores con un arreglo de cilindros dentro del cual se encuentran dos pistones dispuestos opuestos entre ellos en movimiento reciprocante accionados por un cigüeñal, y conectado dicho cigüeñal a una transmisión por ejemplo según el documento GB 2227522 (A) describe un sistema en el que, en un motor hay un cilindro común dentro del cual se aloja un par de pistones opuestos. Cada pistón está conectado a través de una biela para separar los cigüeñales, situados en cada extremo del cilindro. Los pistones, a los que se hace referencia como "primarioH y secundario, tienen sus respectivos cigüeñales impulsados juntos por medio de un sistema de transmisión que giran juntos al unisono. Sin embargo, este motor propone válvulas de admisión/escape verticales en la cámara de combustión, pero estas están fuera del centro del cilindro, y tiene la problemática de que la válvula de admisión/escape al abrirse invade el espacio de movimiento de los pistones y puede dañarse a altas velocidades del motor, hadándolo ineficiente y obligándolo a fundonar a bajas RPM entregando baja potencia.

Otra diférenda respecto de lo conocido en motores del estado de la técnica con la invendón propuesta es que los dgüeflales tienen un movimiento desfasado entre ellos para poder mover el volumen central a las zonas donde las válvulas de levas están colocadas. La última diférenda vista en este motor es que los engranes de transmisión hada la flecha printípal están dispuestos en V, lo cual también hace a este sistema más complicado e ineficiente.

Uno de los documentos más cercanos es la solicitud de patente australiana AU2016100882 que describe a un motor de combustión interna el cual usa dos pistones en un solo cilindro, los pistones están dispuestos horizontalmente opuestos y se mueven en un movimiento reciprocante, diseñado para ser aplicado a diferentes alternativas tales como para motores de petróleo y diésel a dos y cuatro tiempos. Los pistones están unidos a bielas con pernos y las bielas están unidas al dgüeflal con cojinetes. Un tren de engranes es usado para coordinar la rotación del cigüeñal 4, aumentando ya sea las RPM de la flecha de salida o el torque generado en la flecha de salida. El motor usa cigüeñales convendones, árbol de levas; así como bujías, sistemas de inyección de combustible de enfriamiento.

Sin embrago, este último motor pretende colocar las válvulas de levas de manera vertical al centro de la cámara de combustión y moverlas con un sistema de balancines entre el árbol de levas y los vástagos de las válvulas. Este sistema a altas revoluciones del motor podría ser Ineficiente puesto que los pistones pueden llegar a golpear las válvulas de levas mientras están abiertas haciendo que la máquina se darte a si misma debido a un retardo en el movimiento provocado por el mecanismo. Por otra parte, propone sistemas de engranajes en ambos lados del motor y acomodados en un sentido diagonal, haciendo que el motor aumente dramáticamente de peso y reduce el espacio para colocar los componentes externos que tiene que llevar un motor de combustión en un vehículo. Finalmente, el motor funciona con una relación de compresión de 16-1 que es aplicable a gasolina y diésel de 2 y 4 tiempos, lo cual puede tener complicaciones, ya que en diésel es funcional esa relación de compresión, pero en gasolina la relación de compresión segura es de 13.5-1, sin incurrir en ningún riesgo de auto-ignición, toda vez que existen motores que usan una relación mayor controlando muy bien la temperatura del motor

Una de las dificultades con cada uno de estos tipos de motores es que por su diserto existe un peligro latente de que los pistones golpeen las válvulas de levas que están substancialmente verticales debido a su movimiento reciprocante continuo.

Otra problemática que se presenta en tales motores es un desfasamiento por el giro de los agüeítales, aunado a que existen pérdidas de energía calorífica de la combustión debido al arreglo voluminoso y ostentoso de dichos motores.

La presente solicitud está dirigida a resolver al menos uno de los problemas mencionados anteriormente.

OEUETO DE LA INVENCIÓN

Esta invención resuelve el problema de pérdidas de energía calorífica de la combustión causados por la geometría de la cámara de combustión en general.

La invención descrita ofrece una estructura o arreglo simple al colocar las válvulas de levas de manera horizontal fuera del eje de movimiento de pistones y fuera del cilindro en general, logrando que no haya peligro de que los pistones golpeen las válvulas de levas con su movimiento, al ir aumentando las RPM del motor evitando además desfasar el giro de los cigüeñales para mover la cámara de zona de admisión a zona de expulsión.

En el diserto propuesto, todos los componentes se mueven de manera sincronizada ya que los funcionamientos de los disertos encontrados en el estado de la técnica hacen que las fuerzas del mota* ésten desbalanceadas generando vibraciones y esfuerzos no deseados en el automóvil y haciendo que la máquina sea más incómoda y menos confiable.

El diserto propone una reladón de compresión de al menos 12.5-1 toda vez que en esta reladón se tiene un mayor aprovechamiento de la mezda de combustible y oxigeno que genera el movimiento rotadonal del motor.

En el mismo sentido, al aumentar el área superficial del motor se aprovecha mejor la energía calorífica de la combustión y se reduce la temperatura de operación de motor.

Permite orientar y posid onar las válvulas de admisión y escape en un espacio respecto a los pistones en un punto central de la cámara.

Los objetivos de la presente invención antes referidos y aun otros no mencionados, serán evidentes a partir de la descripción de la invención y las figuras que con carácter ilustrativo y no limitativo la acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 ilustra una vista en perspectiva del motor de combustión a cuatro tiempos con el arreglo de pistones dobles opuestos entre sí dentro de un cilindro y las válvulas de levas colocadas de manera horizontal fuera del eje de movimiento de los pistones y fuera del cilindro en general objeto de la presente invención.

La figura 2 es una vista lateral del motor a cuatro tiempos mostrando dos de los pistones colocados en la posición de ignición de las válvulas de levas accionadas por un árbol de levas.

La figura 3 es una vista superior mostrando el arreglo o conjunto de válvula de levas accionados por el árbol de levas y al menos un dindro en la posición de los pistones al centro del cilindro y alejados del centro del cilindro.

Las figuras 4 y 5 son una vista lateral y en perspectiva lateral respectivamente que muestran al motor de combustión intema a cuatro tiempos compacta, objeto de la presente invención.

La figura 6 es una vista en corte seccional del motor a cuatro tiempos con la flecha de salida conectado a la transmisión.

La figura 7 muestra una vista superior del motor de combustión interna a cuatro con los puertos de admisión y escape.

La figura 8 muestra una vista en corte seccional del motor de combustión interna a cuatro tiempos con el cilindro que contiene a los dos pistones opuestos entre sí; asi como el mecanismo para la admisión de aire e inyección del combustible.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Haciendo referencia a la figura 1 se muestra un motor de combustión interna 100 compacto, de acuerdo con la presente invención y el cual es un motor de cuatro tiempos que funciona a base de gasolina.

El motor 100 comprende un sistema mecánico accionado por cinco engranes 110, 121, 122, 131, 132 dispuestos en linea, un engrane central es ei engrane principal 110 y conecta directamente con ei eje de transmisión 150, un primer par de engranes secundarios 121, 122 son dispuestos del lado derecho y guiados por ei engrane central 110 en el que uno de ios engranes 121 se dispone adyacente al engrane principal 110, y el otro engrane 122 queda en ei extremo final alejado del eje de transmisión 150; un segundo par de engranes secundarios 131, 132 son dispuestos del lado izquierdo y guiados por el engrane central 110 en el que uno dé los engranes 131 se dispone adyacente al engrane principal 110, y el otro 132 queda en el extremo final alejado dei eje de transmisión 150; cada uno de estos engranes adyacentes 121, 131 transmiten el movimiento a los engranes que están en los extremos finales 122, 132 del lado derecho e izquierdo respectivamente quedando dichos engranes 122, 132 en extremos opuestos y alejados del eje longitudinal 140 de dicho eje de transmisión 150, en dichos engranes 122, 132 que están en los extremos se conectan unas barras 171, 172 en las cuales se acoplan cigüeñales derecho 3 e izquierdo 4 que unen directamente a unas bielas derecha 6 e izquierda 21 de los pistones derecho 1 e izquierdo 2.

Puede verse además de la misma figura 1 que el motor 100 presenta un sistema de válvulas 8 colocadas de manera horizontal fuera del eje de movimiento de los pistones 1, 2 y fuera del cilindro en general, quedando dichas válvulas por encima y paratelo a los mismos cilindros; las válvulas se encuentran conectadas a un árbol de levas que es un mecanismo responsable de abrir y cerrar las válvulas con ayuda de unos resortes 9 y capuchas de válvula 10 colocados sobre un vástago de cada válvula 8, tres de dichas válvulas 8 se encuentran en contacto operativo con tres levas 22 de un árbol de levas 18 del lado derecho para cada pistón 1, mientras que otras dos de dichas válvulas 8 se encuentran en contacto operativo con dos levas 23 de un árbol de levas 15 del lado izquierdo para cada pistón 2, puede verse que el conjunto de tres levas no se encuentra alineado con el corqunto de dos levas.

Como se muestra en la figura 8, el motor 100 de la presente invención utiliza al menos un cilindro 180 dentro del cual se encuentran dos pistones 1 , 2 colocados opuestos entre sí, el primer pistón del lado derecho 1 y el segundo pistón colocado del lado izquierdo 2, puede verse que los pistones se encuentran en la posición de compresión, creando una cámara de combustión 160 al centro del cilindro, la cámara de combustión 160 está disertada para operar en condiciones donde no es necesario que la mezcla sea estequi ométrica, lo cual significa que las cantidades de combustible inyectado necesarias se reducen a más de la mitad obteniendo una cantidad de potencia mayor, con lo cual la eficiencia de combustible y aprovechamiento de energía es mayor que la de un motor convencional; generalmente las relaciones de combustible ideales con el aire dentro de una cámara de combustión son de 16 partes de aire por una de combustible, mientras que las necesarias en este motor son de al menos de 25 partes de aire por una de combustible para operar a las mismas temperaturas que un motor convencional. En caso de ser necesario se puede utilizar un sistema de refrigeración de mayor capacidad y eficiencia en el motor para poder utilizar una cantidad de combustible mayor y generar hasta el doble de la potencia por cilindro que presentarla con estas relaciones de combustible bajas.

En las figuras 2 y 8 se muestra un dispositivo para generar chispa 141 por debajo de los pistones 1, 2, generalmente el dispositivo es una bujía 7 capaz de encender la mezcla aire-combustible y queda dispuesta directamente al centro de la cámara de combustión 160; puede verse también que las válvulas 8 están por encima y alejados de los pistones 1, 2, esta disposición tiene la ventaja de que al ir aumentando las revoluciones del motor 100 no hay peligro que los pistones 1, 2 golpeen las válvulas 8 con su movimiento como si lo hacen los otros motores del estado de la técnica.

Las figuras 4, 5 y 7 muestran ei diserto completo del motor 100 de la presente invención, en las figuras se muestra a una máquina de dimensiones pequeñas, ligera y capaz de trabajar con un menor consumo de combustible; una carcasa 190 atoja el arreglo de cilindros 1, 2 y válvulas 8, puede verse también un corqunto de paquetes 191 en una sección central superior del motor para colocar los puertos de admisión para la entrada de la mezcla aire-gasolina, los puertos de escape para la salida de los gases quemados a causa de la combustión de la mezcla aire -combustible; así como los inyectores de combustible. Con la cámara de combustión y el arreglo de componentes propuestos se pretende un motor que tenga un volumen interno mayor al de un motor convencional. Pero utiliza menos de la mitad del combustible necesario, generando hasta 480 caballos de fuerza en un solo cilindro dependiendo de las condiciones de operación a las que se quiera someter el motor.

En uso, y con referencia a las figuras 6 y 8, puede verse el motor 100 con al menos dos cilindros, uno de los cuales representa la posición en la etapa de combustión, cuando los dos pistones 1, 2 se mueven al centro de la cámara de combustión 160; mientras que el segundo cilindro se encuentra en la posición de admisión de aire-combustible, en la que los pistones se alejan del dgüertal derecho 3 e izquierdo 4 y del centro de la cámara de combustión 160.

El ciclo de funcionamiento del motor a cuatro tiempos de la presente invención puede explicarse de la siguiente manera:

1. En el tiempo de inducción los pistones 1, 2 se mueven horizontalmente alejándose del centro del cilindro 180 del motor 100, generando vado dentro, aspirando aire por medio de un tubo de admisión 17 cuando al menos una de las válvulas de admisión 191 se encuentra abierta. Mientras realiza la aspiración, el combustible se inyecta por medio de un inyector de combustible (no mostrado) que se encuentra en la parte inferior al lado de la bujía 7, para mezclarse con el aire. 2. En el tiempo de compresión los pistones 1, 2 se mueven hada el centro del cilindro 180 comprimiendo la mezcla de aire y combustible que entró en la etapa de admisión en un espacio confinado formando una cámara de combustión 160.

3. Una vez que los pistones regresan a la parte central del dlindro, una chispa

141 ocasionada por una bujía 7 enciende la mezda.

4. En el tiempo de fuerza o compresión, la expansión de la mezda encendida empuja a los pistones 1 , 2 debido a los gases en la cámara 160 y empuja los pistones 1 , 2 hada afuera, alejándose del centro del dlindro 180.

5. Al ser empujados los pistones 1, 2 hada afuera estos mueven a los cigüeñales 3, 4 haciéndolos girar y transmitir la energía mecánica a través de la flecha prindpal 150 comunicando el movimiento a la transmisión 200 y de la transmisión a las ruedas.

6. Posteriormente los pistones 1, 2 por inercia se moverán hada el centro de nuevo expulsando los gases previamente quemados por el tubo de escape (no mostrado), mientras la válvula de escape 192 está abierta.