ES2223528T3 - Motor de combustion interna de dos tiempos mejorado, con eficiencia aumentada y baja emision de gases contaminantes. - Google Patents
Motor de combustion interna de dos tiempos mejorado, con eficiencia aumentada y baja emision de gases contaminantes.Info
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Abstract
Motor (1) de combustión interna de dos tiempos con barrido unidireccional que comprende un mecanismo de cigüeñal (5, 6, 7, 8, 9) conectado a un pistón de guía (10) que se mueve dentro de una camisa (11), un pistón (20; 50), cuyo extremo inferior está conectado al pistón de guía (10) mediante una varilla (14), el pistón (20; 50) teniendo una forma substancialmente tipo disco y moviéndose dentro de un cilindro (15), que tiene un eje (15a), el cilindro (15) estando totalmente separado del área del mecanismo del cigüeñal (5, 6, 7, 8, 9) mediante un diafragma o pared de separación (16), el motor estando caracterizado por el hecho que el pistón (20; 50) comprende una pluralidad de aletas radiales de enfriamiento (20c) que sobresalen del lado inferior del pistón (20; 50).
Description
Motor de combustión interna de dos tiempos
mejorado, con eficiencia aumentada y baja emisión de gases
contaminantes.
La presente invención se refiere a un motor de
combustión interna de dos tiempos mejorado con eficiencia mejorada y
reducidas emisiones del escape de gases contaminantes. En
particular, la invención se refiere a motores alternativos de
combustión interna de dos tiempos, sin limitaciones de potencia,
capacidad de los cilindros y tipo de combustible usado, sea del tipo
de carburación o inyección, sea de encendido mediante bujía (como en
el ciclo de Otto o de cuatro tiempos) o por compresión (como en el
ciclo diesel), sea con alimentación por aspiración natural o
sobrealimentado.
En todos los motores de combustión interna, al
final de cada ciclo termodinámico se debe renovar la carga del gas
combustible, lo que equivale a decir la mezcla de aire y
combustible. Por consiguiente, se debe expulsar el gas quemado y se
debe alimentar una nueva carga de gas combustible dentro del
cilindro del motor.
La expulsión (o escape) de los gases quemados y
la admisión del gas nuevo deben tener lugar después de la carrera de
expansión y antes de la carrera de compresión del cilindro.
En los motores de cuatro tiempos, la renovación
de la carga de mezcla aire-combustible se logra
incluyendo dos carreras adicionales del pistón entre la carrera de
expansión y la carrera de compresión, la primera para expulsar los
gases quemados, la segunda para introducir nuevo combustible. Esas
dos carreras adicionales reducen la eficiencia del motor porque la
acción de bombeo del pistón durante esas dos carreras no produce
ninguna potencia sino que en realidad le quita potencia al
motor.
Para superar este inconveniente, se ha
desarrollado el motor de dos tiempos. Un motor de dos tiempos
produce más potencia que un motor de cuatro tiempos de la misma
cilindrada porque duplica la frecuencia de las carreras efectivas o
útiles realizadas por el pistón.
Es sumamente importante optimizar los flujos de
aire, mezcla de aire-combustible y gases quemados
dentro del motor bajo cualquier condición de funcionamiento y, es
esencial tener un eficiente sistema de lubricación.
Por consiguiente, numerosas desventajas han
impedido que los motores de dos tiempos fueran adoptados en una
escala más amplia. Las principales desventajas son las
siguientes:
1) pérdida de mezcla no quemada a través del
escape;
2) admisión y barrido incompletos;
3) embadurnamiento de la bujía de encendido por
el aceite mezclado con la gasolina;
4)obturación y embadurnamiento del caño de
escape provocados por el aceite quemado junto con el
combustible;
5) contaminación del aire provocada por aceite
quemado con el combustible;
6) falta de confiabilidad de las partes del
cigüeñal;
7) desgaste no uniforme del cilindro, pistón y
aros empaquetadores.
El motor de dos tiempos hecho según la presente
invención es del tipo con barrido unidireccional, lo que equivale a
decir uno con aberturas de entrada o transferencia situadas en la
base del cilindro, correspondiente al punto muerto inferior del
pistón, y aberturas de escape en la parte superior del cilindro,
cerca de la culata (también denominada tapa de cilindro) o en la
misma tapa de cilindro. Esto genera un flujo de barrido desde la
base a la parte superior del cilindro sin ningún flujo inverso. Este
tipo de barrido recibe el nombre de barrido unidireccional.
En una realización preferida del motor de dos
tiempos hecho según la presente invención, los gases quemados son
empujados hacia fuera a través de una válvula controlada situada en
la culata. El ciclo de escape puede ser asimétrico porque tiene
inicio por un mando que abre la válvula de escape y no depende
simplemente de la acción del pistón. Por lo tanto, es mucho más
eficiente que el ciclo de escape de los motores de dos tiempos
tradicionales.
El motor de dos tiempos hecho de acuerdo a la
presente invención también tiene una cámara de admisión y
precompresión que está separada del mecanismo de cigüeñal,
permitiendo que el mecanismo de cigüeñal sea lubricado de la misma
forma que un motor de cuatro tiempos, con reciclado del aceite
lubricante, y de esta manera sin pérdida de aceite lubricante a
través del caño de escape del motor.
El motor hecho según la presente invención se
puede aplicar de manera ventajosa no sólo a vehículos de muchos
tipos, tales como coches, vehículos de dos o tres ruedas,
ciclomotores, motocicletas y motonetas, sino también a herramientas
e implementos tales como sierras de potencia, cortadoras de césped y
así siguiendo.
Además, la presente invención también se puede
usar de manera ventajosa en el campo de los motores marinos tales
como motores fuera de borda.
Las ventajas principales de los motores de dos
tiempos convencionales están dadas por el hecho que son más fáciles
de construir, más livianos y tienen un alto potencial de rendimiento
energético específico.
Sus principales desventajas son alto consumo de
combustible, el hecho que generen cantidades considerables de
emisiones contaminantes con la forma principalmente de monóxido de
carbono e hidrocarburos no quemados y vida útil reducida del
acoplamiento entre cilindros y pistones y otras partes en
movimiento.
Esas desventajas, especialmente la contaminación
provocada por las emisiones, son tan graves que la legislación
actual y futura en la materia de contaminación, prácticamente ha
prohibido el uso de los motores de dos tiempos convencionales.
Para resolver esos problemas se hicieron varios
intentos, entre los cuales la aplicación de convertidores
catalíticos o la alimentación por inyección directa de la mezcla de
combustible dentro de la cámara de combustión.
Tales soluciones, sin embargo, no han podido
superar esos inconvenientes de manera satisfactoria.
De hecho, los convertidores catalíticos son
efectivos sólo parcialmente en la eliminación de emisiones y los
motores de dos tiempos equipados con convertidores catalíticos no
pueden satisfacer los requisitos impuestos por las reglamentaciones
contra la contaminación más estrictas. Asimismo, en un motor de dos
tiempos, un convertidor catalítico tiene una vida limitada debido a
la gran cantidad de aceite expulsado por el motor y,
consiguientemente, el convertidor se debe cambiar con una frecuencia
relativamente alta. Esto genera un problema adicional conectado con
la eliminación de los convertidores usados.
En cuanto a la inyección directa dentro de la
cámara de combustión, ésta es antieconómica puesto que implica
inyección a alta presión y porque el ciclo de inyección se debe
realizar en un espacio de tiempo muy breve, lo que hace dificultoso
controlar la cantidad de mezcla alimentada al motor, especialmente
en motores chicos con cargas parciales. Además, en motores con
inyección directa, el ciclo de barrido se lleva a cabo con aire y
aceite, el aceite siendo necesario para la lubricación, y, por lo
tanto, permanece el problema de la contaminación provocada por el
aceite quemado. Además, el barrido de la cámara de combustión con
abundante aire es desventajosa en términos de eficiencia porque el
trabajo de bombeo requerido substancialmente se desperdicia.
En el motor de dos tiempos hecho de acuerdo con
la presente invención, la cámara de combustión es barrida de manera
efectiva sin pérdida inútil de aire hacia el escape.
Otra desventaja de los motores de dos tiempos
equipados con un sistema de inyección directa del tipo mencionado
arriba es que, si bien generan menos emisiones al principio, no
pueden mantener el mismo bajo nivel de emisiones después de
funcionar por un cierto tiempo a causa del desgaste no homogéneo
sobre la superficie de contacto entre el cilindro y el pistón. Esta
superficie de contacto en motores de dos tiempos está sometida a
desgaste no homogéneo principalmente debido a las aberturas de la
pared del cilindro y debido especialmente al gran tamaño de la
abertura o aberturas de escape y por el hecho que en los actuales
motores de dos tiempos la lubricación tiene que ser minimizada,
usando la menor cantidad de aceite posible debido a la dificultad de
tratar el aceite lubricante.
Cabe recordar que la lubricación es muy
importante para los motores de combustión interna, puesto que mejora
la eficiencia mecánica, reduciendo la potencia necesaria para
superar la resistencia pasiva de las partes en movimiento
manteniendo sus propiedades mecánicas, e impidiendo o reduciendo el
desgaste de las partes del motor alternativo. En un motor de cuatro
tiempos, el aceite es bombeado desde la caja del cigüeñal hasta las
diferentes partes a lubricar y el exceso de aceite vuelve al caja
del cigüeñal. La caja del cigüeñal del motor de cuatro tiempos, por
lo tanto, se puede llenar con una abundante cantidad de aceite
pesado.
Tal como se ha mencionado con anterioridad, los
actuales motores de dos tiempos no tienen un sistema de lubricación
que puede ser llenado con una abundante cantidad de aceite porque el
aceite lubricante está mezclado con el combustible y es quemado o,
contrariamente, perdido en la cámara de combustión.
El aceite de lubricación quemado es expulsado a
través del escape y contribuye a aumentar la cantidad de emisiones
contaminantes y así a producir una gran contaminación.
Para reducir las emisiones contaminantes
generadas por el aceite, los actuales motores de dos tiempos deben
escatimar el uso de lubricante, pero esto lleva aparejado reducir de
manera significativa la confiabilidad de las partes del
cigüeñal.
La presente invención, por lo tanto, proporciona
un motor de dos tiempos mejorado con el intento de superar las
desventajas mencionadas con anterioridad.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención, la misma proporciona un motor de dos tiempos según está
especificado en la reivindicación 1.
Las reivindicaciones dependientes se refieren a
realizaciones preferidas y ventajosas de la invención.
Ahora la invención se describirá con referencia a
los dibujos anexos, que exhiben realizaciones preferidas de la misma
a título puramente ejemplificador y en los cuales:
- la figura 1 exhibe una sección transversal del
motor de dos tiempos hecho según la presente invención;
- la figura 2 muestra el pistón de guía del motor
exhibido en la figura 1, parcialmente en sección transversal;
- la figura 3 es una vista desde arriba del
pistón de guía del motor exhibido en la figura 1;
- la figura 4 muestra una sección transversal del
pistón del motor exhibido en la figura 1;
- la figura 5 es una vista desde abajo del pistón
del motor exhibido en la figura 1;
- la figura 6 exhibe otra realización del motor
hecho de acuerdo a la presente invención;
- las figuras 7 y 8 muestran, en una vista en
sección transversal y desde abajo, otra realización del pistón de
las figuras 1 y 6;
- la figura 9 muestra detalles de la parte
inferior del motor exhibido en las otras figuras, con algunas partes
omitidas para mostrar mejor otras.
Con referencia a los dibujos anexos, el motor de
dos tiempos está denotado en su conjunto con el numeral 1. El motor
(1) comprende una base (2) cerrada en el fondo mediante un colector
de lubricante (3) adecuado para contener aceite de lubricación
(4).
La caja del cigüeñal (2) aloja un árbol del
cigüeñal (5) que gira alrededor de pernos (6). El árbol del cigüeñal
(5) tiene un muñón de cigüeñal (7) al cual está fijada una varilla
de conexión (8) de manera conocida. La parte superior de la varilla
de conexión (8) está unida a un perno de pistón (9) al cual también
está unido un pistón de guía (10).
El pistón de guía (10) se mueve hacia arriba y
hacia abajo dentro de una camisa cilíndrica (11) y presenta ranuras
(12) que sirven para hacer pasar libremente el aire y el lubricante
dentro de la sección superior al mismo. En la parte superior (13)
del pistón de guía (10) hay una varilla (14) que está fijada al
mismo pistón de guía o que es parte solidaria del mismo.
La parte interior de la varilla (14) comprende
una sección hueca (14a) no sólo por motivos de ligereza sino también
para permitir que el aceite llegue al pistón (20).
Esto favorece el enfriamiento del pistón (20) y
en particular favorece el enfriamiento de la parte superior del
pistón (20).
Arriba de la camisa (11) hay un cilindro (15),
que presenta un eje (15a), que está totalmente separado de la caja
del cigüeñal (2) y del área del árbol del cigüeñal (5) por un
diafragma o pared de separación (16), creando así dos secciones: una
sección caliente superior y una sección fría inferior. El diafragma
o pared de separación (16) también presenta un orificio (17) para
que pueda pasar la varilla (14).
El orificio (17) está circundado por un collar
(18) y, de ser necesario, el collar (18) se puede dotar de juntas
(no exhibidas) colocadas entre el mismo y la varilla (14). Entre los
laterales del orificio (17) y la varilla (14) hay una luz muy
pequeña. De esta manera, incluso si el collar (18) no está provisto
de juntas, igualmente se logra una buena estanqueidad durante el
movimiento alternativo de la varilla (14) dentro del orificio (17) y
el collar (18). El collar (18) comprende un extremo superior (18a)
que está ensanchado en la dirección del orificio (17).
El extremo ensanchado (18a) está proyectado para
recolectar el aceite de lubricación que es transportado más allá del
orificio (17) y para facilitar su retroceso hacia la caja del
cigüeñal (2).
Una culata (19) cierra la parte superior del
cilindro (15) dentro del cual se mueve un pistón (20)
substancialmente configurado tipo disco. El pistón (20) está
conectado a la varilla (14) y tiene un aro empaquetador superior
(21a) y un aro empaquetador inferior (21b) para impedir que haya
pérdidas entre el pistón y el cilindro. No hay aros rascadores de
aceite.
El pistón (20) divide el cilindro (15) en una
sección superior (22), donde está la cámara de combustión, y una
sección inferior (23) donde hay una cámara de admisión y
precompresión, por ejemplo una caja del cigüeñal/bomba. Las dos
secciones se comunican a través de una pluralidad de aberturas de
transferencia (24), también denominadas simplemente aberturas (24),
hechas en la pared lateral (25) en correspondencia de la base del
cilindro (15).
La culata (19) comprende una bujía de encendido
(26) y al menos un caño de escape (27), equipado con una válvula de
cierre (28), que puede ser controlada por medios convencionales
tales como, por ejemplo, un árbol y una leva (29).
A medida que el pistón (20) se aproxima a su
punto muerto inferior, la presión en la sección inferior (23) del
cilindro (15) aumenta hasta ser más alta que la presión en la caja
del cigüeñal (2). Por consiguiente, el aceite que se pudo haber
movido hasta la sección inferior (23) a través del espacio
comprendido entre la varilla (14) y el collar (18) es aspirado hacia
atrás dentro de la caja del cigüeñal (2).
El pistón (20) no tiene una falda y, por ende,
requiere mucho menos lubricante para moverse hacia arriba y hacia
abajo dentro del cilindro (15).
Para reducir aún más la necesidad de lubricante,
podría haber una luz relativamente grande entre el pistón (20) y el
cilindro (15) puesto que la estanqueidad es garantizada por los aros
empaquetadores (21a y 21b) que son las únicas partes en contacto con
la pared del cilindro.
En el motor de dos tiempos hecho de acuerdo con
la presente invención, la falda del pistón no es necesaria porque el
pistón (20) no tiene que sostener los empujes laterales debido al
mecanismo de cigüeñal y, por ende, no tiene que actuar como guía
para la varilla de conexión (8) y el árbol del cigüeñal (5) puesto
que las acciones de empuje son soportadas directamente por el pistón
de guía (10). Este último, estando ubicado en el área de la caja del
cigüeñal (2), tiene un abundante suministro de aceite tanto por
lubricación por salpicadura como por lubricación con alimentación a
presión a través de una bomba (no exhibida).
La falta de empujes laterales por parte del
pistón (20) presenta otra importante ventaja, que es que el cilindro
(15) no es sometido a ovalización lo cual significa que la buena
hermeticidad entre el cilindro (15) y el pistón (20) dura mucho
más.
Es decir una ventaja muy importante para la
reducción de emisiones contaminantes del motor incluso después de
largos períodos de funcionamiento porque prácticamente no hay
desgaste provocado por contacto entre el cilindro (15) y el pistón
(20), lo cual significa que los gases quemados no pueden
introducirse en la sección inferior (23) del cilindro (15).
El pistón (20) en realidad nunca entra en
contacto directo con el cilindro (15), ni siquiera a altas
temperaturas, porque la tolerancia de ajuste entre las dos partes es
mucho mayor que en los motores de dos tiempos convencionales.
El riesgo de agarrotamiento del pistón (20), por
lo tanto, es eliminado no sólo por las razones expresadas arriba
sino también porque el pistón (20) no tiene falda y su función de
guía en cambio la lleva a cabo el pistón de guía (10).
Para mejorar aún más el enfriamiento de la parte
superior del pistón (20), aparte del efecto de enfriamiento
proporcionado por la varilla (14), y para crear la turbulencia
requerida para facilitar el mezclado en la sección inferior (23), la
parte inferior del pistón (20) comprende una pluralidad de aletas
radiales (20c) sobre las cuales se sopla aire fresco durante cada
ciclo del motor, y las cuales transfieren calor desde la cabeza del
pistón (20) a la sección inferior (23) para reducir las altas
temperaturas alcanzadas por la cabeza del pistón (20).
La sección inferior (23) se comunica
directamente, a través de un colector de admisión (30) equipado con
válvulas de láminas (31), con un carburador (32) del tipo conocido
adecuado para suministrar la mezcla necesaria de aire y combustible.
El carburador (32) está provisto de un filtro (33) que se comunica
con el área de la caja del cigüeñal (2) a través de un tubo de
conexión (34). El vapor de aceite en la caja del cigüeñal (2) es
aspirado dentro del cilindro (15) y contribuye de manera suficiente
para la lubricación del pistón. De esta manera, la parte superior
del motor, también conocida como el "área seca", es lubricada
de la misma manera que el motor de cuatro tiempos.
El pistón (20), por lo tanto, puede ser lubricado
por el vapor de aceite aspirado desde la caja del cigüeñal (2) y/o
por la película de aceite transferida por la varilla (14) durante su
movimiento alternativo a través de la caja del cigüeñal (2).
Variando sólo unas pocas y simples
características del motor, tales como el flujo del vapor de aceite y
la luz entre el orificio (17) y la varilla (14), se puede adaptar la
lubricación de la parte superior a diferentes exigencias.
Además, tal como se ha indicado antes, la
tolerancia de ajuste entre el pistón (20) y el cilindro (15) puede
ser muy grande y, por ende, la necesidad de aceite es mucho menor
que aquella de cualquier otro tipo de pistón, con una ventaja
significativa en términos de reducción de emisiones.
También cabe hacer notar que puesto que la
válvula (28) es una válvula de escape, trabaja siempre a presiones
relativamente altas y, por ende, el aceite de lubricación sobre el
vástago de la válvula no tiende a escapar a través de la guía de la
válvula.
Abajo se tiene una descripción del funcionamiento
del motor de dos tiempos de acuerdo con la presente invención.
La mezcla aire-combustible es
aspirada desde el carburador (32) y pasa a través de la válvula (31)
a la sección inferior (23). A medida que el pistón (20 se mueve
hacia su punto muerto inferior, arrastra la mezcla
aire-combustible de la sección inferior a la sección
superior (22) a través de las aberturas (24). Al mismo tiempo, la
válvula de escape (28) es abierta por la leva (29). La carga fresca
de mezcla aire-combustible desplaza los gases
quemados durante el previo ciclo de combustión llevándolos hacia el
caño de escape (27) pero sin mezclarse con los mismos. Cuando la
mezcla aire-combustible llega cerca de la válvula de
escape (28), esta última se cierra e impide que se pierda
combustible a través del caño de escape.
Un esquema de reglaje típico del presente motor
muestra un ciclo de transferencia simétrico alrededor del punto
muerto inferior. Sin embargo, la transferencia es muy eficiente
debido a que la sección inferior (23), que trabaja como una bomba,
tiene un pequeño espacio perjudicial y es barrida casi totalmente
por el pistón (20).
Puesto que la sección inferior (23) puede
alcanzar niveles muy altos de precompresión, se puede aumentar la
cantidad de aberturas de transferencia (24) las cuales pueden ser
muy angostas y, por ende, relativamente subdimensionadas, tal como
se puede ver en la figura 9.
Además, es más fácil aumentar la cantidad de
aberturas de transferencia porque no hay necesidad de una abertura
de escape en la pared del cilindro (15).
La forma especial de las aberturas de
transferencia (24) facilita la turbulencia en la cámara de
combustión. En otra realización (no exhibida), las aberturas de
transferencia (24) se podrían componer de una pluralidad de pequeños
orificios distribuidos uniformemente en una fila alrededor de la
pared del cilindro (15).
Debido a la pequeña magnitud de las aberturas de
transferencia y a la falta de una abertura de escape, prácticamente
no hay desgaste en la superficie de contacto entre el cilindro (15)
y el pistón (20) y en los aros empaquetadores (21a y 21b).
Esta configuración mejora considerablemente las
prestaciones del motor en comparación con la caja del cigüeñal/bomba
de un motor de dos tiempos convencional, que tiene un gran espacio
perjudicial debido a la presencia del árbol del cigüeñal. También
presenta la ventaja de acelerar los flujo de gases que es muy útil
para los motores de dos tiempos, donde los varios y diferentes
ciclos se deben realizar en un tiempo muy reducido.
Las aberturas de transferencia (24) pueden estar
dispuestas a un ángulo constante con respecto a la pared del
cilindro (25) y en cantidad de aberturas suficiente como para
disminuir el tamaño de cada abertura individual. La abertura de
transferencia (24), del lado del colector de admisión (30) se puede
conectar con este último.
Para mejorar la turbulencia y hacer que la mezcla
aire-combustible proveniente de las aberturas de
transferencia (24) siga un movimiento giratorio, las aberturas de
transferencia se pueden orientar según una dirección oblicua (no
exhibida) con respecto al eje (15a) del cilindro (15).
El ciclo de escape es asimétrico porque se logra
abriendo la válvula de escape (28) cuyo funcionamiento es
independiente de la posición del pistón (20).
Siendo asimétrico, el ciclo de escape es mucho
más eficiente que el de un motor de dos tiempos convencional.
En efecto, el cierre de la válvula de escape (28)
se puede adelantar lo suficiente como para impedir la salida de la
mezcla aire-combustible alimentada a través de las
aberturas de transferencia (24).
Para mejorar aún más la eficiencia del ciclo de
barrido y escape, la válvula de escape (28) se puede ajustar de
manera tal de tener un menor o mayor grado de apertura de manera tal
de obtener motores con diferentes características de funcionamiento,
tal como par de torsión a bajas revoluciones por minuto o una mayor
potencia máxima. La válvula de escape (28) también se puede ajustar
de manera que se abra o se cierre con diferentes reglajes, lo que
equivale a decir, que la válvula de escape (28) se abra o cierre en
momentos diferentes con respecto a la posición del pistón (20) y el
respectivo árbol del cigüeñal (5). Esto se puede lograr mediante un
dispositivo para variar la fase de la leva (29). A bajas
revoluciones por minuto y altas cargas, la fase de escape se puede
adelantar de unos pocos grados para facilitar la expulsión de los
gases quemados o cerrar antes para impedir la salida de gases
frescos.
Las figuras 2 y 3 muestran el pistón de guía (10)
del motor exhibido en la figura 1, donde la varilla (14) es
solidaria al pistón de guía. No hay ranuras porque el pistón de guía
(10) desempeña las funciones adicionales que se explicarán
abajo.
Las figuras 4 y 5 muestran el pistón (20) del
motor exhibido en la figura 1. El pistón no tiene falda pero tiene
aletas de enfriamiento (20c). Las figuras 7 y 8 exhiben otra
realización del pistón mostrado en las figuras 4 y 5.
En esta realización, el pistón (20) comprende una
o varias válvulas unidireccionales que se componen de orificios (51)
cerrados por correspondientes válvulas accionadas por leva. Cada
válvula accionada por leva tiene un vástago (53) que se mueve hacia
arriba y hacia abajo en un asiento (54) hecho en la cabeza (55) del
pistón (50) y puede estar provista de un resorte de retorno (56).
Los orificios (51) y las correspondientes válvulas (52) permiten
eliminar en su totalidad la necesidad de las aberturas de
transferencia (24).
Con el pistón (50) provisto de válvulas (52), el
ciclo de transferencia no tiene un reglaje fijo. La transferencia
ocurre sólo cuando la presión dentro de la sección inferior (23) del
cilindro (15) supera de un valor determinado la presión dentro de la
sección superior (22) del cilindro (15).
El ciclo de transferencia, de esta manera, se
ajusta automáticamente a las condiciones de funcionamiento del
motor. Por lo tanto, de ello se deriva que el ciclo de transferencia
también puede ser asimétrico con respecto al punto muerto inferior.
El ciclo de transferencia, por lo tanto, será una función de la
presión en la sección superior (22), la presión en la sección
inferior (23), la fuerza de los resortes de retorno (56) de las
válvulas accionadas por leva (52) y la pérdida de presión a través
de los orificios (51).
La figura 6 muestra una realización del motor
donde la sección inferior actúa como un compresor alternativo. El
pistón de guía (10) no tiene ranuras (12) y, por ende, trabaja como
un pistón normal moviéndose dentro de la camisa (11), la cual está
configurada como un cilindro, aspirando aire a través de un primer
tubo (40) y empujando aire hacia fuera a través de un segundo tubo
(41) hacia el caño de escape (27) del motor. El primer tubo (40)
está provisto de un filtro (42).
Durante el funcionamiento del motor exhibido en
la figura 6, el aire comprimido por el pistón de guía (10) es
empujado hacia fuera a través del tubo (41) hacia el caño de escape
(27), facilitando la oxidación de los productos de combustión. Esto
permite una reducción considerable de las emisiones contaminantes
sin usar un convertidor catalítico.
En otra realización del motor, que no está
ilustrada, el aire comprimido por el pistón de guía (10) es
arrastrado en la admisión del cilindro (15) creando así una
sobrecarga del motor.
En otra realización del motor, que no está
exhibida, la sección inferior actúa como una bomba neumática para la
inyección de combustible directamente dentro de la cámara de
combustión.
Por lo tanto, tal como está descrito arriba, el
pistón de guía (10) y la correspondiente camisa (11) pueden realizar
las diferentes funciones del compresor, sobrealimentador y bomba
neumática de inyección sin necesitar el agregado de una gran
cantidad de otras partes y, de esta manera, simplificando
enormemente el diseño del motor.
La invención presenta ventajas importantes.
El hecho que el pistón no tenga una falda que
actúa como una guía para el mecanismo del cigüeñal le permite ser
colocado en el cilindro con una mayor tolerancia de ajuste, evitando
el contacto entre el pistón y el cilindro y eliminando el riesgo de
agarrotamiento del pistón.
El pistón se mueve dentro del cilindro únicamente
en una dirección recta y axial, reduciendo así enormemente el atrito
y, por consiguiente, exigiendo una lubricación mucho menor.
Otra ventaja es que comparado con un motor
equivalente de cuatro tiempos tiene menos partes. En efecto, un
motor de cuatro tiempos que entrega la misma potencia de salida que
el motor hecho de acuerdo con la presente invención debe tener el
doble de cilindros y pistones y correspondiente mecanismo del
cigüeñal. Además, el motor de dos tiempos aquí publicado requiere
solamente una válvula de escape para cada cilindro, mientras que un
motor de cuatro tiempos también debe tener una válvula de
admisión.
Tal como está descrito arriba, la parte inferior
del motor de dos tiempos hecho de acuerdo con la presente invención
puede servir como compresor, sobrealimentador y bomba neumática de
inyección prácticamente sin el agregado de otras partes,
simplificando así enormemente el diseño del motor.
Otra ventaja de la presente invención es el hecho
que el aceite de lubricación es recuperado y vuelto a usar como en
un motor de cuatro tiempos, aumentando así la confiabilidad del
motor y reduciendo la contaminación debido al aceite quemado.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
1 \+ motor\cr 2 \+ caja del cigüeñal\cr 3 \+ colector de
lubricante\cr 4 \+ aceite de lubricación\cr 5 \+ árbol del
cigüeñal\cr 6 \+ pernos del árbol (5)\cr 7 \+ muñón del
cigüeñal\cr 8 \+ varilla de conexión\cr 9 \+ perno del pistón\cr
10 \+ pistón de guía\cr 11 \+ camisa\cr 12 \+ ranuras\cr 13 \+
parte superior del pistón de guía (10)\cr 14 \+ varilla\cr 14a \+
sección hueca de la varilla (14)\cr 15 \+ cilindro\cr 15a \+ eje
del cilindro\cr 16 \+ diafragma o pared de separación\cr 17 \+
orificio para el paso de la varilla (14)\cr 18 \+ collar\cr 18a \+
extremo ensanchado\cr 19 \+ culata\cr 20 \+ pistón\cr 20c \+
aletas\cr 21a, 21b \+ aros empaquetadores\cr 22 \+ sección
superior del cilindro (15)\cr 23 \+ sección inferior del cilindro
(15)\cr 24 \+ aberturas de transferencia\cr 25 \+ pared del
cilindro (15)\cr 26 \+ bujía de encendido\cr 27 \+ caño de
escape\cr 28 \+ válvula de escape\cr 29 \+ leva\cr 30 \+ colector
de admisión\cr 31 \+ válvula de láminas\cr 32 \+ carburador\cr 33
\+ filtro de aire\cr 34 \+ tubo de conexión\cr 40 \+ primer
tubo\cr 41 \+ segundo tubo\cr 42 \+ filtro\cr 43, 44 \+ válvulas
unidireccionales\cr 50 \+ pistón\cr 51 \+ orificios del pistón\cr
52 \+ válvula accionada por leva\cr 53 \+ vástago\cr 54 \+
alojamiento para el vástago (53)\cr 55 \+ cabeza de pistón (50)\cr
56 \+ resorte de retorno de la válvula
(52).\cr}
Claims (9)
1. Motor (1) de combustión interna de dos tiempos
con barrido unidireccional que comprende un mecanismo de cigüeñal
(5, 6, 7, 8, 9) conectado a un pistón de guía (10) que se mueve
dentro de una camisa (11), un pistón (20; 50), cuyo extremo inferior
está conectado al pistón de guía (10) mediante una varilla (14), el
pistón (20; 50) teniendo una forma substancialmente tipo disco y
moviéndose dentro de un cilindro (15), que tiene un eje (15a), el
cilindro (15) estando totalmente separado del área del mecanismo del
cigüeñal (5, 6, 7, 8, 9) mediante un diafragma o pared de separación
(16), el motor estando caracterizado por el hecho que el
pistón (20; 50) comprende una pluralidad de aletas radiales de
enfriamiento (20c) que sobresalen del lado inferior del pistón (20;
50).
2. Motor según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho que comprende una culata (19)
situada arriba del cilindro (15) y proyectada para cerrar este
último, la culata (19) incluyendo un caño de escape (27) y una
válvula de escape (28) para la expulsión de los gases quemados.
3. Motor según una cualquiera de las precedentes
reivindicaciones, caracterizado por el hecho que el pistón
(20; 50) en el cilindro (15) forma una sección inferior (23) que
actúa como una cámara de admisión y precompresión que está separada
del mecanismo del cigüeñal (5, 6, 7, 8, 9) y que permite que el
aceite usado para lubricar el mecanismo del cigüeñal sea recuperado
y vuelto a usar sin que sea dispersado hacia la atmósfera.
4. Motor según una cualquiera de las precedentes
reivindicaciones, caracterizado por el hecho que el pistón de
guía (10) encaja y se mueve de manera ajustada dentro de la camisa
(11), la cual está configurada como un cilindro, la camisa (11)
estando en comunicación con un primer tubo (40) provisto de una
válvula unidireccional (43) a través de la cual es aspirado aire
dentro de la camisa (11), y con un segundo tubo (41) provisto de una
válvula unidireccional (44) a través de la cual el aire es obligado
a salir y dirigirse al caño de escape (27) del motor para facilitar
la oxidación de los gases de escape que pasan a través del caño de
escape (27).
5. Motor según una cualquiera de las precedentes
reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado por el hecho que el
pistón de guía (10) está encajado y se desliza de manera ajustada
dentro de la camisa (11), la cual está configurada como un cilindro,
la camisa (11) estando en comunicación con un primer tubo (40)
provisto de una válvula unidireccional (43) a través de la cual es
aspirado aire dentro de la camisa (11), y con un segundo tubo (41) a
través del cual el aire comprimido por el pistón de guía (10) es
forzado a entrar en la admisión (30, 31, 32, 33) del cilindro (15)
para sobrealimentar el motor.
6. Motor según una cualquiera de las precedentes
reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado por el hecho que el
pistón de guía (10) está encajado y se mueve de manera ajustada
dentro de la camisa (11), la cual está configurada como un cilindro,
la camisa (11) estando en comunicación con un primer tubo (40)
provisto de una válvula unidireccional (43) a través de la cual es
aspirado aire dentro de la camisa (11), y con un segundo tubo (41) a
través del cual el aire comprimido por el pistón de guía (10) es
transportado a una bomba neumática que inyecta combustible
directamente dentro de la cámara de combustión.
7. Motor según una cualquiera de las precedentes
reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado por el hecho que la
válvula de escape (28) se abre a través de una leva (29) cuya fase
de apertura y cierre se pueden variar con respecto a la posición del
pistón (20; 50) y el respectivo árbol del cigüeñal (5).
8. Motor según una cualquiera de las precedentes
reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado por el hecho que su
ciclo de escape es asimétrico.
9. Motor según una cualquiera de las precedentes
reivindicaciones, caracterizado por el hecho que el pistón
(50) comprende una pluralidad de orificios (51), cada uno cerrado
por una válvula (52), dichas válvulas (52) permitiendo que el ciclo
de transferencia se lleve a cabo cuando la presión dentro de la
sección inferior (23) del cilindro (15) es mayor que aquella dentro
de la sección superior (22) del cilindro (15).
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