ES1065493U - Motor de explosion que gasifica por si mismo el combustible. - Google Patents

Abstract

1. Motor de explosión que gasifica por sí mismo el combustible, motor de explosión de inyección directa que realizándole modificaciones en su árbol de levas, sobre la parte mecánica del citado árbol de levas que mueve la válvula de admisión, retardando la apertura de ésta con el fin de que con ambas válvulas cerradas se cree una depresión suficiente y modificando su momento de la inyección del combustible para que se realice en el momento de mayor depresión, instantes antes de abrirse la válvula de admisión, y de esta forma el combustible se gasifique y por consiguiente consigue una mejor homogeneización de la mezcla: aire combustible y por ende disminuya acusadamente la contaminación, el consumo, y hasta aumentar su rendimiento a pesar de la sensible fuerza que ha de hacer al crear la depresión que es compensada con el mejor rendimiento del combustible en forma gaseosa.

Description

Motor de explosión que gasifica por sí mismo el combustible.

Motor de explosión para el mayor aprovechamiento del combustible a emplear, y lo más importante: el reducir principalmente los gases contaminantes residuales sin perder rendimiento ni potencia por gasificar los combustibles a emplear.

Objeto de la invención

Nuestro proyecto es novedoso al conseguir gasificar el combustible a usar, que es el objeto más importante de esta invención, con grandes posibilidades de alcanzar el cenit del mayor aprovechamiento de los hidrocarburos y combustibles de todo tipo, aquél que hasta ahora se utiliza o el que se logra por medios naturales por medios biológicos o químicos; en consecuencia todo aquél combustible que tenga un cierto tipo de volatilidad y que su fin esté destinado para el uso y movimiento de los motores de explosión, sea para los automóviles o para uso en general en motores de cuatro tiempos, o de dos, utilizados ambos en el uso de industria de la automoción, naval e industrial. Además, y como una de las consecuencias del cambio de la funcionalidad del diseño de este nuevo motor, se consigue disminuir sensiblemente su precio, pero mucho más importante es el que al conseguir gasificar el combustible, se consigue reducir de forma muy notable los gases residuales y contaminantes, que al fin y al cabo es la lucha del investigador de este proyecto en casi todos sus trabajos de investigación que ha desarrollado a lo largo de su vida.

Antecedentes de la invención

Desde hace muchas décadas se ha buscado conseguir la mayor homogeneidad en la mezcla del aire y combustible en la cámara de compresión de los cilindros de los motores, en su consecuencia se mejoraron los carburadores para pasar luego a muchas diversas formas de inyección, todas con el fin de conseguir, por medios mecánicos y aprovechando también las nuevas tecnologías con los medios electrónicos que esta rama de la técnica pone al alcance de la industria del motor, una mayor y mejor mezcla gaseosa con la menor presencia del carburante en su estado líquido, y así conseguir mejores resultados en el rendimiento y consumo y con la mínima contaminación del medio ambiente por los gases resultantes; y algo muy importante para la industria de automoción como es el conseguir disminuir costos en su fabricación.

El motor de cuatro tiempos, como todos conocen por lo general, realiza dos recorridos del cilindro para realizar los tiempos de admisión, compresión, explosión y escape. Para ello necesita que un árbol de levas sincronice el momento de apertura de una de las válvulas para realizar la alimentación, el cierre de ambas para la compresión, explosión y de nuevo de la otra para la apertura para el escape de gases. Todos los procedimientos actuales emplean la inyección de combustible con diseños que inyectan el combustible antes o en la misma cámara del cilindro y lo más difuminada posible; se realiza por medios de inyectores a diferentes presiones para conseguir los fines comentados que en definitiva es el lograr la mayor homogenización del combustible empleado. Cosa que se ha conseguido algo y a duras penas, mejorar pero que aún hay mucho combustible que en forma de gases no quemados y contaminantes se despide a la atmósfera con sumo riesgo para la vida de todos los seres vivos y que al parecer ayuda al problema de cambio climático.

El procedimiento que el Motor que se describirá en esta patente, emplea para realizar la gasificación es tan antiguo como lo son todos estudios y las leyes de las propiedades de los gases nobles empleados en física y en la dinámica de fluidos.

A lo largo de los siglos se ha aprovechado la propiedad de los líquidos volátiles o semi-volátiles que a ciertas presiones atmosféricas, al pasar de una cierta presión a otra menor, estos se gasifican absorbiendo calor de su entorno. Empleados por esta propiedad en los aparatos refrigeradores y otros.

Descripción de la invención

Nuestro motor consigue el objeto de la invención añadiendo un tiempo más mediante un nuevo diseño de la mecánica.

Si se desea realizar un motor de nuevo diseño con las características del que es producto de esta invención, para la entrada de aire, si bien puede conseguirse en los automóviles actuales realizando un cambio modificando el árbol de levas para adecuarlo a nuestro fin de crear el vacío suficiente para gasificar el combustible que se le inyecta, así como el momento de la inyección, la válvula que utiliza nuestro proyecto sobre este nuevo motor no tiene necesidad del árbol de levas. Esta válvula puede ser de las llamadas de alivio, u otras parecidas que consigan el mismo fin: que permanecen cenadas y se abren a una determinada presión en la dirección que nos interese. Tan sólo nos referiremos a ella por su finalidad y no por su calidad ni marca especifica, ya que se supone que el fabricante usará la de mejor rendimiento y que le de la mayor garantía de funcionamiento y durabilidad.

El motor tiene algunas modificaciones respecto a los tradicionales, a saber: toda la cámara superior entre pistón y culata, en el momento de terminar el recorrido para el movimiento de escape y cuando en los motores actuales comenzaría la admisión con la válvula de admisión abierta, en nuestro nuevo diseño no existe la de admisión, o en los actuales a modificar ésta se encuentra con la válvula cenada, tanto la de admisión como la de escape y, como decimos, sólo en el caso de que tan solo se quiera realizar un cambio en el árbol de levas y momento de la inyección, para conseguir lo que en esta patente se reivindica que es el crear vacío y gasificar el combustible que se le inyecta sin ninguna entrada abierta al aire del exterior. Por lo que en la admisión se ha de añadir un primer tiempo que es el de "depresión o vacío" que va aumentando según desciende el cilindro hasta a una altura estudiada para el combustible que se utiliza y donde, en el caso de realizar un nuevo motor bajo nuestro diseño, se encuentra una entrada a la admisión de aire con una válvula (la llamaremos de alivio o desahogo) con un muelle que, "a presión atmosférica normal de funcionamiento", acciona el cierre de la misma al exterior. En el mismo y preciso instante en el que va a llegar a la citada entrada o "toma de admisión" repetimos que cuando la depresión de la cámara ha llegado a crear un vacío suficiente, se produce la inyección del combustible que ha de ser lo más atomizado posible como es el caso de lo que consigue con los actuales inyectores o con alguno que lo mejore, si cabe. El combustible, que gracias al vació creado por el descenso del pistón por el cilindro con todas las entradas cenadas, el combustible se expande gasificándose, que es el fin buscado en este proyecto. El pistón sigue descendiendo y unos milímetros más abajo del instante de haberse originado la inyección del combustible, se encuentra con la tobera de admisión donde la válvula, debido a la "depresión atmosférica" generada, se adviene y abre la entrada del aire al exterior que así queda hasta el descenso total del cilindro por la cámara, en donde ya se habrá equilibrado la presión, siendo prácticamente "normal", gracias a la gasificación del combustible que ha sido inyectado y al aire que ha penetrado en la cámara a través de la válvula lateral y que se ha mezclado con el combustible ya gasificado. Este aire, así como la cantidad de combustible, es regulado dependiendo de la necesidad de fuerza del motor a ejercer en ese momento. Cuando la presión en el cilindro es prácticamente normal y el muelle de la válvula de admisión se encuentra libre de depresión, ésta, gracias al muelle que posee, cierra el compartimiento de entrada de aire, ayudada también al iniciar la ascensión del pistón que crea presión en su interior y la empuja, o, en el caso que sólo se modifique el árbol de levas y la inyección, éste cierra la válvula de admisión y así comienza el tercer tiempo del motor con el ascenso, comprimiendo la mezcla, prácticamente sin partículas líquidas, hasta el final del recorrido donde se origina en su momento, que ahora explicaremos, el arco eléctrico en la bujía y que conlleva al cuarto tiempo: la explosión con la expansión y el empuje del pistón transmitiendo el trabajo al cigüeñal y el quinto con la ascensión del pistón con la válvula de escape abierta.

Para la apertura de la válvula de escape en el quinto tiempo en el que asciende el pistón para desocupar del cilindro los gases quemados, se ha diseñado además una válvula electromagnética como incremento al proyecto y que también figurará en las reivindicaciones, aún cuando no es necesario para el funcionamiento de lo que estimamos que es el centro del mismo como lo más importante del proyecto que a nuestro juicio es, en primer lugar: ese primer tiempo en el que juega el crear el suficiente vacío atmosférico, segundo: la situación de la tobera de admisión (que puede variar de situación, altura o tamaño y tipo de válvula) para crear el vacío y originar la gasificación o volatizar el combustible. No obstante lo incorporamos porque creemos que desarrollarlo puede ser lo suficientemente importante como para descender la cantidad de los componentes mecánicos que dispone el motor y que ante esta modificación en el nuevo motor abarataría su construcción ya que con el acoplar este tipo de válvula de escape a este proyecto se puede conseguir eliminar el árbol de levas y todo su necesario componente mecánico: correa de distribución etc.

La comentada válvula en cuestión está formada por uno o dos electroimanes que en el juego, del eje que mueven, funcionen en los dos sentidos dependiendo de la polaridad de la tensión que se aplique a su bobinado, siendo su condición de reposo en la de cierre gracias a un muelle que le obliga a un leve ascenso pero que le ayuda al electroimán a ser esa la posición "normal", de cerrado, y que otro eje de otro electroimán le retiene introduciéndose en una muesca para tal fin, para que, sin necesidad de estarse aplicando tensión al bobinado que consumiría algo de potencia eléctrica de batería o alternador, no pueda bajar dicha nueva válvula de escape durante el primer tiempo, hasta que otra tensión inversa le haga retroceder dejando libre el eje del electroimán que hace de válvula de escape y bajar cuando se realice el quinto tiempo de escape de "gases" quemados.

La válvula eléctrica es un electroimán en el que el eje vertical, en la parte baja, contiene la válvula de cierre o apertura del escape de la cámara del cilindro, esta válvula tiene una muesca en la parte superior a un tercio de su final. Al tercio de la altura del electroimán vertical se le une otro que su eje, éste horizontal, está preparado para que, en su posición de reposo, se introduzca en la muesca de la parte superior de la válvula de escape con el fin de mantener a ésta prisionera en posición de cierre hasta que el eje del electroimán con el eje horizontal reciba una tensión polarizada para que se retire de la muesca, al tiempo que el electroimán vertical recibe una tensión con la polaridad conveniente para que el eje de la válvula de escape descienda y abra el paso de los gases de escape del cilindro. Una vez finalizado el escape de gases, cuando el pistón está en su parte superior y vaya a comenzar el primer tiempo (antes del comienzo de la creación vacío o depresión, ya que en el caso de realizarlo ya descendiendo el pistón necesitaría mayor potencia y por tanto consumo de batería para elevar la válvula), en el que el electroimán vertical, que contiene el eje de la válvula de escape, recibe tensión inversa que hace que el eje ascienda y el electroimán con el eje horizontal la tensión polarizada para que cierre sobre la muesca obligándola a mantenerse cerrada mientras comienza de nuevo un nuevo ciclo de "tiempos" del motor.

No obstante y relatado el funcionamiento del mismo, esta válvula de escape se puede resumir a una válvula de cierre por deslizamiento horizontal que por inducción electromagnética o hidráulica exterior, su eje o núcleo, pueda realizar las dos funciones con un solo electroimán o bomba hidráulica y que en su parte electromagnética explicaremos también en las reivindicaciones. Esta variación puede llevarse por la cuestión de que para un desarrollo de 3.000 vueltas de un motor de cuatro tiempos, la variación de posición del electroimán sería de 750, y con la instalación de los dos electroimanes puede llegar a ser más conflictivo su funcionamiento.

Otra innovación que aplicamos a nuestro motor de cinco tiempos para el control del momento del encendido, aun cuando todas y cada una de ellas pueden ser independientes en sus incorporaciones en los motores, es un sensor de presión eléctrico que nos informa por medio de la tensión resultante o la variación de resistencia, en qué posición se encuentra el pistón dentro del cilindro. El motor debería de llevar dos circuitos electrónicos independientes que informen de la posición del pistón para realizar las funciones necesarias para su funcionamiento correcto. En primer lugar, a falta del principal por ser el hipotético caso de sufrir una avería, llevaría un control, creemos ya usado actualmente para un fin parecido, en el eje exterior del cigüeñal y del tipo de posición, y que mediante uno o varios imanes permanentes informen de la trayectoria de los pistones y su posición, y así determinar, mediante el circuito electrónico secundario, a falta del funcionamiento del principal, el momento de encendido apertura o cierre de la válvula de escape y demás y no quede el automóvil inmovilizado.

Funcionando el principal, su funcionamiento aprovecharía los dos circuitos: el secundario sólo para el cierre o apertura de la válvula de los gases de escape y el detector de presión en cada cámara de los cilindros que informaría del momento idóneo para producir el encendido. Dependiendo del citado momento conseguiríamos el mejor rendimiento del motor, aún cuando por el uso y desgaste del motor, éste fuera perdiendo sus presiones originales, lo explicaré: al girar la llave, el motor de arranque hace que giren los cuatro pistones ejerciendo sus tiempos sin producirse arco; momento el en el que el circuito principal detecta el momento de mayor presión en la cámara de cada cilindro determinando que momento será el preciso para cada cilindro del motor (pero pudiéndose variar, adelantándolo o retrasando y por medio de ajustes en el circuito del microprocesador por el mecánico o ingeniero competente) y produciéndose entonces el encendido. Por lo que teniendo en memoria el momento de mayor presión en el cilindro, al detectar el sensor de presión que el pistón está en esa posición (como indicábamos adelantada o atrasada por ajuste del técnico en cada revisión) de mejor rendimiento enviaría la orden del arco produciéndose la explosión. Así en cada cilindro

Breve descripción de la invención

En la figura nº 1 (tiempo 0) en el que ha de comenzar el tiempo 1, podemos observar que el pistón (1) se encuentra en la parte superior, la válvula de escape (11) acaba de cerrarse y la bobina del electroimán (8) se encuentra en posición en el que su núcleo se introduce en la muesca del núcleo que conforma a su vez el eje de la válvula de escape (11), y ambas bobinas (8) y (9) están sin tensión aplicada y en reposo. El circuito, que hemos representado como un presostato, se encuentra en posición cero, la válvula (3) está en posición que cierra la boca de entrada de aire lateral (4) y a su vez es tapada por el mismo cilindro.

El motor ha girado sin arrancar (sin explosionar una vuelta) y el circuito del microprocesador (12) ha detectado al comprimir y mediante el presostato (7) que ahora está a cero, pero que antes le envió la información del momento de mayor compresión en el interior de la cámara entre pistón (1) y culata. Por lo tanto está preparado para comenzar a funcionar en un régimen normal.

En la figura nº 2 vemos que todo sigue en la misma posición salvo que el pistón (1) ha descendido hasta la posición en la que aún está cerrando la boca de admisión (4), que permanece cerrada, el presostato (7) (se relata sólo a título informativo para mejor compresión ya que no es operativa esa información, de momento) ha bajado e indica menos atmósferas, creando, con la bajada del pistón, un vacío en el interior de la cámara (15), y en ese preciso momento se ha inyectado (5) el combustible que pasa a gasificarse por el efecto del cambio de presión, enfriando su interior y elementos colindantes, así como cualquier tipo de flama que hubiera quedado por los anteriores movimientos del motor. Hemos finalizado el primer tiempo de los cinco de dos recorridos del pistón (1): el vacío o de depresión atmosférica.

En la figura nº 3 podemos observar que el pistón (1) ha seguido descendiendo y la misma depresión que se había creado en el interior de la cámara (15) ha abierto, atrayéndola hacia el interior, la válvula (3) pasando el aire al interior por la tobera (4) y mezclándose con el gas resultante de la expansión molecular del combustible. Por el efecto de absorción del pistón (1) al bajar, la mantiene abierta hasta el final de su recorrido, en el que, como es natural el "presostato" (7) marca más menos cero atmósferas, por lo que hemos finalizado el segundo tiempo: admisión.

En la figura nº 4 podemos apreciar que el pistón (1) comienza a ascender, el muelle de la válvula (3), al encontrarse sin la fuerza de atracción del pistón, ha dejado la válvula (3) en posición de cierre y es presionada a cerrarse herméticamente por la propia presión que ejerce el pistón (1) al ascender. La válvula de escape (11) sigue cerrada y las bobinas (8) y (9) en la misma posición anterior. Según asciende el pistón (1) va aumentando la presión en el dispositivo que figura en la figura como un presostato y va informando al microprocesador la presión resultante hasta llegar al cenit del ascenso, hemos finalizado el tercer tiempo: la compresión.

En la figura nº 5 podemos apreciar que el pistón (1) ha llegado al final del recorrido de ascenso y el dispositivo, en la figura un presostato (7), ha informado al microprocesador (12) que el pistón (1) se encuentra en el punto máximo de compresión de la cámara (15) calculado para realizar la emisión de alta tensión a la bujía (6). Así lo hace y se produce la explosión. La fuerza de la expansión provoca el empuje violento del pistón (1) hacia abajo ejerciendo fuerza en el cigüeñal (2) que transmite al mecanismo de tracción o cambio del automóvil, barco, maquina etc. que ha de mover. Esa fuerza hace que a pesar de bajar el pistón (1), la válvula (3) esté aún cerrando la tobera (4) mientras la de escape (11) sigue cerrada. Se ha concluido el cuarto tiempo: explosión.

En la figura nº 6 observamos que el pistón comienza a subir, poco antes la bobina (8) ha recibido la tensión con la polarización debida para que su núcleo se retire y la (9) para que su núcleo, una vez libre, empuje abajo su extremo que es la válvula de escape (11) dejando salir los gases quemados, mientras la válvula (3) se mantiene cerrada por la ascensión del pistón (1) y por el pequeño empuje del muelle que en posición de reposo la fuerza a estar cerrada. Ya el pistón (1) en la posición superior, la bobina (9) recibe la tensión con su correspondiente polaridad que hace que la válvula de escape (11) ascienda y cierre y la bobina (9) al recibir su correspondiente tensión, con su debida polaridad, deje presionado el núcleo-eje de la válvula de escape(11). Se ha concluido el quinto tiempo: escape.

El motor se encuentra de nuevo en posición de iniciar sus tiempos de funcionamiento en ese pistón.

Es importante señalar que la posición, por tanto su funcionamiento, de la válvula de escape (11) con sus correspondientes bobinas (8) y (9), es dado por un circuito de posición colocado en el eje exterior del cigüeñal, aunque éste puede estar colocado en cualquier sitio que comparta los tiempos y la sincronización necesaria para su correcto funcionamiento y presten la información al microprocesador, circuito electrónico (12) para realizar las funciones de cierre o apertura de las válvulas de escape (11).

Por último nos referiremos a la figura nº 6 en los apartados (8A) y (8B) en las que podemos observar que se trata de un mecanismo también electromagnético en el que la apertura circular central sería la tobera de escape, el nuevo componente, que tiene un eje que hace de núcleo, el cual es el accionado hacia el interior o exterior de la bobina, dependiendo de la polaridad, y que este núcleo porta en su extremo la pieza que hace de válvula de escape. Su funcionamiento sería rítmico, deslizamiento al interior o al exterior, ante la necesidad de cierre o apertura de la tobera de escape dependiendo del tiempo y momento del motor. En definitiva al aplicársele una tensión continua, por ejemplo: borne A + borne B - se deslizaría hacia el interior por lo que cerraría la tobera de escape (11) y al ser el borne A - y el B + , y deslizarse al exterior la abriría para el paso de los gases quemados.

Claims (4)

1. Motor de explosión que gasifica por sí mismo el combustible, motor de explosión de inyección directa que realizándole modificaciones en su árbol de levas, sobre la parte mecánica del citado árbol de levas que mueve la válvula de admisión, retardando la apertura de ésta con el fin de que con ambas válvulas cerradas se cree una depresión suficiente y modificando su momento de la inyección del combustible para que se realice en el momento de mayor depresión, instantes antes de abrirse la válvula de admisión, para que de esta forma el combustible se gasifique y por consiguiente se consigue una mejor homogeneización de la mezcla: aire combustible y por ende disminuya acusadamente la contaminación, el consumo, y hasta aumentar su rendimiento a pesar de la sensible fuerza que ha de hacer al crear la depresión, pero que es compensada con el mejor rendimiento del combustible en forma gaseosa.

2. Motor de explosión que gasifica por sí mismo el combustible, según reivindicación anterior, un motor de explosión que en este caso se ha fabricado con el cambio de incluir una tobera en un lateral (4) con una válvula (3) que se acciona sin accionamiento mecánico sobre la misma, siendo por la presión o por depresión de ésta, dependiendo de situación en altura de la tobera (4) y del momento de los cinco ciclos del pistón: depresión, admisión, compresión, explosión y escape. Originando que en su funcionamiento pueda crear el vacío suficiente en la cámara del motor (15) como para que al inyectar el combustible se gasifique o se homogenice con el aire superando en ello a toda la técnica actual de molecular el combustible por medio de inyectores en los motores de explosión hasta el momento.

3. Motor de explosión que gasifica por sí mismo el combustible, según reivindicaciones anteriores, válvula de escape que para su accionamiento suple el árbol de levas por un mecanismo electromagnético (8), (9) y (11), en situación vertical en las figura 01 y restantes o en forma horizontal mediante los componentes nº (8A) y (8B) de la figura 6.

4. Motor de explosión que gasifica por sí mismo el combustible, según reivindicaciones anteriores, modificación en el motor de explosión por el que se modifica el circuito que realiza el encendido mediante un detector de presión (7) en cada cilindro, con la utilidad de detectar, antes de la explosión, el momento en el que la presión en el interior del cilindro es la idónea para producir la descarga del arco y tener el mejor rendimiento, momento que se memoriza en un circuito electrónico (12) y que a partir de ese momento señalará, sobre el cilindro que corresponda, dado éste por un indicador de posición (13), el momento más idóneo para enviar la alta tensión y así originar la chispa del encendido de forma electrónica.