ES2245696T3 - Motor de embolo flotante. - Google Patents

Abstract

Motor de émbolo flotante con un émbolo de motor (6) de un motor de combustión, que se acciona mediante un émbolo hidráulico (8) escalonado, cuya superficie frontal (12; 62) menor está dispuesta en un cilindro de trabajo (14) y cuya superficie frontal (16; 64) mayor está dispuesta en un cilindro de compresión (18), en el que el cilindro de trabajo (14) esta unido mediante una válvula de retención (34) para la carga con un acumulador de alta presión (30) y para aspirar medio de presión mediante otra válvula de retención (26) con un acumulador de baja presión (24), y en el que durante la carrera de compresión, el cilindro de compresión (18) está solicitado mediante una válvula de arranque en frío (32) con medio de presión del acumulador de alta presión (30), mientras que durante la carrera de expansión el medio de presión se usa en uno de los cilindros (14, 18) para cargar el acumulador de alta presión (30).

Description

Motor de émbolo flotante.

La invención se refiere a un motor de émbolo flotante según el preámbulo de la reivindicación 1.

Un motor de émbolo flotante es, en principio, un motor de combustión que trabaja según el procedimiento de dos ciclos, en el que en lugar de un mecanismo de manivela está conectado, a continuación, un circuito hidráulico con bomba de émbolo como tren de accionamiento. Para ello, el motor de émbolo está unido con un cilindro hidráulico, mediante el que la energía traslatoria generada durante un ciclo de trabajo del motor se suministra sin el clásico desvío a través del movimiento de rotación de un mecanismo de manivela directamente al medio de trabajo hidráulico. El circuito hidráulico con capacidad de acumulación conectado a continuación está diseñado de forma que absorbe la potencia de salida, la almacena de forma intermedia y lo suministra según la necesidad de potencia de una unidad hidráulica de salida, por ejemplo de una máquina de émbolo axial.

En el documento DE 4024591 A1 se describe un motor de émbolo flotante de tipo genérico, que se conoce también como motor de émbolo flotante Brandl. En este concepto, el movimiento de compresión del émbolo del motor se realiza mediante la actuación conjunta con un émbolo hidráulico, que puede unirse, mediante una válvula distribuidora 2/3, con un acumulador de alta presión o un acumulador de baja presión. Al principio de la carrera de compresión se realiza una aceleración del émbolo de motor mediante solicitación del cilindro hidráulico con la presión en el acumulador de alta presión. Al alcanzar una velocidad del émbolo del motor determinada, el cilindro hidráulico se une mediante la válvula de inversión con el acumulador de baja presión, de forma que la otra carrera de compresión del émbolo de motor se realiza contra la fuerza efectiva de la presión de compresión del gas de trabajo. Tras alcanzar el punto muerto (AT) exterior, el gas de trabajo se inflama y el émbolo del motor se acelera en el sentido del punto muerto (IT) interior. Durante este movimiento del émbolo del AT al IT, la unión hacia el acumulador de alta presión se crea mediante la válvula de inversión, de forma que el émbolo del motor se frena y su energía cinética se transforma en energía potencial hidráulica y se carga el acumulador de alta presión. Aunque los tiempos de conmutación de la válvula de inversión se encuentran en la franja de milisegundos, al crear y eliminar la unión con el acumulador de alta presión en la válvula de inversión aparecen pérdidas por estrangulación, que pueden encontrarse en la magnitud del 10% de la potencia de motor.

Estas desventajas del motor de émbolo flotante Brandl pueden resolverse con otro de tipo émbolo flotante, el denominado motor INNAS, como se da a conocer, por ejemplo, en el documento WO 93/10345 A1.

En este motor de émbolo flotante INNAS, el émbolo hidráulico está configurado como émbolo diferencial y tiene dos superficies efectivas, de las que la primera mayor está dispuesta en un cilindro de compresión, mientras la segunda menor limita un área de trabajo de la bomba o cilindros de trabajo. La superficie mayor se solicita con la presión en un cilindro de compresión, mientras el cilindro de trabajo puede unirse mediante válvulas de retención con un acumulador de alta presión o un acumulador de baja presión. Este motor de émbolo flotante INNAS tiene una estructura básicamente más compleja que el motor de émbolo flotante Brandl, de forma que el coste técnico de dispositivo es relativamente alto.

Por otro lado, la invención se basa en el objetivo de perfeccionar el motor de émbolo flotante genérico, de forma que el coste técnico de dispositivo se reduzca al mínimo.

Este objetivo se alcanza mediante un motor de émbolo flotante con las características de la reivindicación 1.

El motor de émbolo flotante según la invención tiene un émbolo escalonado, cuya superficie frontal mayor está dirigida en el cilindro de compresión y su superficie frontal menor en el cilindro de trabajo. Tanto el cilindro de trabajo como también el cilindro de compresión pueden unirse con un acumulador de alta presión común para la introducción de la carrera de compresión o la carga durante la carrera de expansión. Respecto al motor de émbolo flotante INNAS descrito anteriormente, esta variante tiene la ventaja de que únicamente dos acumuladores de presión, es decir, un acumulador de baja presión y un acumulador de alta presión son suficientes para el funcionamiento, mientras en el motor de émbolo flotante INNAS genérico tienen que existir tres acumuladores de presión con conducciones asignadas. De este modo, el sistema tiene que estar construido de forma esencialmente más compacta con menor coste técnico de dispositivo, de forma que los costes de fabricación del motor de émbolo flotante se han reducido respecto a las soluciones descritas anteriormente.

Otra ventaja consiste en que el émbolo hidráulico o el émbolo del motor tiene una posición de punto muerto interior que se ajusta automáticamente debido a las proporciones de presión. En caso de alta presión en el acumulador de alta presión, el émbolo de motor debe trabajar durante la carrera de expansión contra esta alta presión, de forma que debido al equilibro de fuerzas, la carrera de expansión finaliza antes que en caso de baja presión en el acumulador de alta presión. Debido a esta posición de punto muerto desplazada, en el siguiente ciclo el trayecto de aceleración disponible durante la carrera de compresión es más corto de forma correspondiente. Puesto que la presión en el acumulador de alta presión durante la carrera de compresión actúa sobre la superficie frontal mayor, este trayecto de aceleración más corto se equilibra mediante presión superior, de forma que el émbolo de motor se acelera en aproximadamente la misma velocidad que en caso de presión inferior con trayecto de aceleración más largo. La energía suministrada al émbolo de motor permanece aproximadamente igual a la energía que se suministra a éste en caso de presión inferior del acumulador de alta presión y un trayecto de aceleración más largo.

Otra ventaja esencial de la solución según la invención consiste en que la aspiración de medio de presión durante el movimiento de retorno del émbolo hidráulico desde su posición de punto muerto se realiza sobre todo a lo largo del trayecto completo del émbolo hidráulico, mientras en el motor de émbolo flotante Brandl descrito anteriormente, la aspiración del medio de presión se realizaba desde el acumulador de baja presión tras alcanzar una aceleración predeterminada del émbolo hidráulico.

En esta solución, en el caso en que el punto muerto interior del émbolo del motor no se alcance, por ejemplo, debido a un encendido defectuoso, puede alcanzarse el punto muerto interior mediante admisión del cilindro de trabajo con la presión en el acumulador de baja presión.

En una solución preferente, tanto el espacio de compresión limitado por la superficie frontal mayor como también el espacio de trabajo limitado por la superficie anular están unidos con el acumulador hidráulico durante la carrera de compresión. Durante la carrera de compresión, se suministra, al mismo tiempo, medio de presión del acumulador de alta presión y, simultáneamente, el medio de presión se dirige desde el cilindro de trabajo hacia el acumulador hidráulico – la superficie de émbolo activa en sentido de compresión corresponde, de este modo, a la superficie diferencial entre la superficie frontal mayor y la superficie anular del émbolo realizado, preferentemente, como émbolo diferencial. Mediante estas variantes, los flujos de medio de presión pueden reducirse esencialmente respecto a soluciones tradicionales mediante una válvula de arranque en frío que abre y cierra la unión con el acumulador de alta presión.

Una versión con émbolo diferencial se construye esencialmente más corta que el motor de émbolo flotante INNAS, puesto que en la solución según la invención, el cilindro de compresión se usa tanto para la admisión de presión durante la carrera de compresión como también para la carga del acumulador de alta presión.

En lugar de un cilindro diferencial puede usarse también un émbolo con un collar de émbolo, cuyo vástago de émbolo está conducido en el cilindro de trabajo y cuya sección de émbolo con mayor diámetro está conducida en el cilindro de compresión. Para introducir la carrera de compresión, la superficie frontal anular del émbolo escalonado se une con el acumulador de alta presión, actuando sobre la superficie frontal menor del vástago de émbolo la presión en el acumulador de baja presión, de forma que la carrera de compresión se favorece mediante la aspiración del medio de presión del acumulador de baja presión.

En una variante ventajosa, el émbolo escalonado se provee de un borde de control, mediante el que durante la carrera de compresión puede crearse una unión con el acumulador de alta presión, de forma que tras un determinado trayecto de aceleración del émbolo hidráulico se suministra medio de presión directamente desde el acumulador de alta presión al cilindro de compresión evitando la válvula de arranque en frío. Puesto que, de este modo, el flujo de medio de presión principal no debe conducirse a través de la válvula de arranque en frío, las pérdidas por estrangulación pueden reducirse más.

En una variante especialmente preferente, el motor de émbolo flotante tiene una válvula distribuidora, mediante la que puede abrirse de forma controlada una conducción de arranque que rodea la válvula de arranque en frío, de forma que se proporciona una sección transversal de superficie mayor, para acelerar el émbolo flotante al arrancar el motor. Esta válvula distribuidora permanece abierta durante el funcionamiento del motor de émbolo flotante.

En esta variante se prefiere que la válvula distribuidora esté realizada como válvula lógica con émbolo lógico escalonado. Una sección transversal de superficie menor del émbolo lógico puede solicitarse mediante una válvula de liberación conectada previamente con la presión en el acumulador de alta presión, mientras la sección transversal de superficie mayor del émbolo lógico está solicitada con la presión en el cilindro de compresión.

La válvula de liberación se realiza, preferentemente, como válvula distribuidora 2/3, mediante la que la sección transversal de superficie menor puede estar solicitada opcionalmente con la presión en el acumulador de alta presión con la presión del depósito.

Para el caso en el que el émbolo del motor, debido a un encendido defectuoso u otra avería, no pueda retroceder a su posición de punto muerto exterior, el motor de émbolo flotante puede estar provisto de un mecanismo de retroceso. Al mismo tiempo, el cilindro de compresión puede estar unido con un depósito mediante una disposición de retroceso de émbolo, de forma que la superficie frontal de émbolo está descargada de presión en dirección al punto muerto exterior.

En un ejemplo de realización especialmente preferente, la disposición de retroceso de émbolo tiene una válvula de bloqueo, en cuya posición de apertura el cilindro de trabajo está unido con el cilindro de compresión.

La disposición de retroceso de émbolo tiene, además, una válvula de retroceso de émbolo, mediante la que el cilindro de compresión puede unirse con el depósito.

Según la invención, la válvula de bloqueo está integrada en el émbolo hidráulico. Esta solución tiene la ventaja de que, debido a los trayectos de unión cortos entre el cilindro de compresión y el cilindro de trabajo, las pérdidas por estrangulación son mínimas. Además, esta disposición está construida de forma muy compacta, puesto que en la carcasa no deben preverse alojamientos propios para la disposición de retroceso de émbolo. Además, la compacidad puede mejorarse si la válvula de retención está integrada también en el émbolo hidráulico.

Una posibilidad de integración de la válvula de retención y la válvula de bloqueo consiste en que el émbolo hidráulico está realizado de dos piezas con un collar y un vástago de émbolo, estando realizado el collar de forma desplazable mediante un manguito corredizo. El collar cierra una sección de control en una posición de desplazamiento, de forma que la unión entre el cilindro de compresión y el cilindro de trabajo está cerrada. En su posición de retención, la sección de control está abierta de forma correspondiente.

En esta solución constructiva, en una pieza final del vástago de émbolo, un cuerpo de cierre se dirige de forma desplazable axialmente, que en una posición de base pretensada elásticamente, en caso de baja presión en el cilindro de compresión, bloquea un hueco en el collar. En caso de creación de presión en el cilindro de compresión, el cuerpo de cierre se eleva, de forma que la unión entre el cilindro de compresión y el cilindro de trabajo se cierra de nuevo mediante el desplazamiento axial descrito anteriormente del collar.

El émbolo escalonado puede moverse, en caso de avería, activamente en dirección al punto muerto exterior, si su superficie frontal anular activa en sentido al punto muerto exterior puede solicitarse con la presión en el acumulador de alta presión, estando al menos una de las superficies activas en sentido contrario del émbolo escalonado descargada de presión. El retroceso es especialmente sencillo, si la superficie frontal anular del lado del émbolo del motor está realizada con una superficie mayor que la superficie frontal anular activa en sentido al punto muerto interior del émbolo escalonado.

Para influir en cierta medida en la presión de compresión, en el canal de baja presión que conduce al acumulador de baja presión puede preverse una conducción de derivación, mediante la que puede derivarse la válvula de retención local. Esta conducción de derivación pude bloquearse mediante una válvula de dosificación.

Otras variantes ventajosas de la invención son objeto de las otras reivindicaciones subordinadas.

A continuación, se explican en detalle ejemplos de realización preferentes de la invención mediante dibujos esquemáticos.

Fig. 1 un ejemplo de realización de un motor de émbolo flotante con émbolo hidráulico realizado como émbolo diferencial,

Fig. 2 y 3 distintas posiciones de funcionamiento del motor de émbolo flotante de la fig. 1,

Fig. 4 el motor de émbolo flotante de la fig. 1 con un mecanismo para dosificar la presión de compresión,

Fig. 5 el motor de émbolo flotante de la fig. 1 con un mecanismo de retroceso de émbolo,

Fig. 6 un ejemplo de realización de un motor de émbolo flotante con émbolo hidráulico realizado como émbolo escalonado,

Fig. 7 una variante del ejemplo de realización representado en la fig. 6 con mecanismo de retroceso de émbolo,

Fig. 8 un ejemplo de realización de un motor de émbolo flotante con mecanismo de arranque modificado y una disposición de retroceso de émbolo, que está integrado parcialmente en el émbolo hidráulico,

Fig. 9 una solución constructiva del émbolo hidráulico de la fig. 8.

La fig. 1 muestra una representación esquemática de un primer ejemplo de realización de un motor de émbolo flotante 1. Este tiene una carcasa de motor 2, en cuyo cilindro de combustión 4 está conducido un émbolo de motor 6. Este se encuentra en unión efectiva con un émbolo hidráulico 8 dispuesto coaxialmente, que está conducido en un taladro axial 10. Una superficie frontal anular 12 del émbolo hidráulico 8 limita, al mismo tiempo, un cilindro de trabajo 14, mientras la superficie frontal 16 mayor del émbolo hidráulico 8 limita un cilindro de compresión 18.

En el cilindro de trabajo 14 desembocan un canal de presión 20 y un canal de baja presión 22. El último está unido con un acumulador de baja presión 24, evitándose una circulación de medio de presión desde el cilindro de trabajo 14 al acumulador de baja presión 24 mediante una válvula de retención 26.

El cilindro de compresión 18 está unido mediante un canal de alta presión 28 con un acumulador de alta presión 30, pudiendo abrirse o cerrarse de forma controlada el canal de alta presión 28 mediante una válvula de arranque en frío 32 configurada como válvula distribuidora 2/3. El canal de presión 20 desemboca en el canal de alta presión 28. Mediante otra válvula de retención 34 se deriva una circulación de medio de presión desde el acumulador de alta presión 30 al cilindro de trabajo 14.

El cilindro de combustión 4 está provisto de un canal de salida 36, mediante el que puede evacuarse el gas de escape del espacio de combustión 38 limitado por el émbolo del motor 6.

El lado posterior del émbolo de motor 6 girado hacia el émbolo hidráulico 8 limita un espacio de entrada 40, que en la posición de punto muerto interior representada del émbolo de motor 6 presenta su volumen mínimo. El espacio de entrada 40 está unido mediante un canal de rebose 42 con el espacio de combustión 38.

El aire fresco puede suministrarse durante la carrera de compresión del émbolo del motor 6 mediante un canal de entrada 44 con una válvula de entrada 46. El encendido del motor de émbolo flotante se realiza mediante inyección de combustible a través de una válvula de inyección 48 que desemboca en el cilindro de combustión.

A continuación, se explica el funcionamiento del motor de émbolo flotante representado en la figura 1. Al principio de un ciclo, el espacio de combustión 38 está lleno de aire fresco, la válvula de arranque en frío 32 está cerrada y el émbolo del motor 6 y el émbolo hidráulico 8 se encuentran en su posición de punto muerto (IT) representada en la figura 1.

Para introducir la carrera de compresión, la válvula de arranque en frío 32 se abre, de forma que el acumulador de alta presión 30 está unido con el cilindro de compresión 18. Mediante la presión que actúa sobre la superficie frontal 16 mayor, el émbolo hidráulico se acelera fuera de su posición de punto muerto y esta aceleración se transmite al émbolo del motor 6. El medio de presión presente en el cilindro de trabajo 14 se transporta a través de la válvula de retención 34 y la conducción de presión 20 de regreso al canal de presión 28. Es decir, la superficie frontal 16 y la superficie frontal anular 12 del émbolo hidráulico 8 están solicitadas con presión en el acumulador de alta presión 30, de forma que la superficie frontal que corresponde a la superficie del vástago de émbolo es activa en sentido al punto muerto (AT) exterior. La unión con el acumulador de baja presión 24 está bloqueada mediante la válvula de retención 26.

Según la figura 2, durante la carrera de compresión del émbolo del motor 6 se aspira aire fresco a través del canal de entrada 44 y la válvula de entrada 46 abierta en el espacio de entrada 40 que se amplía. La aceleración del émbolo del motor 6 se realiza contra la presión de compresión del aire fresco que aumenta de forma politrópica en el cilindro de compresión 38. De este modo, el émbolo del motor 6 se frena y se detiene en el punto muerto (AT) exterior.

Tan pronto como el émbolo del motor 6 se ha frenado en su posición AT, el combustible se inyecta mediante la válvula de inyección 48 y se enciende a través de la elevada temperatura del aire fresco, de forma que el émbolo del motor 6 - como se representa en la figura 3 - se acelera a través de la presión de combustión que se crea en el espacio de combustión 38 desde el AT en dirección al IT. Esta aceleración se transmite al cilindro hidráulico 8, de forma que éste se mueve según la figura 3 hacia la izquierda hacia su IT. Mediante la ampliación resultante del espacio anular del cilindro de trabajo 14, se aspira medio de presión a través del canal de baja presión 22 y de la válvula de retención 26 desde el acumulador de baja presión 24. De forma paralela, el medio de presión en el cilindro de compresión 18 penetra en el canal de alta presión 28 - el acumulador hidráulico 30 se carga. Es decir, en los ejemplos de realización representados en las figuras 1 a 3, la carga del acumulador hidráulico 30 se realiza de forma simultánea con la aspiración del medio de presión del acumulador de baja presión. Puesto que esta aspiración se realiza a lo largo de todo el movimiento de retroceso del émbolo hidráulico 8, no aparecen cavitaciones en el espacio de trabajo 14.

Durante el movimiento de retroceso, el émbolo del motor 6 y el émbolo hidráulico 8 crean su energía cinética contra la presión del acumulador en el acumulador de alta presión 30, hasta que se frena en la IT. Durante este proceso, el cilindro de combustión 38 se lava mediante el gas fresco que circula a través del canal de rebose 42 desde el espacio de entrada 40. Después de que el émbolo del motor 6 y el émbolo hidráulico 8 han alcanzado su IT, la válvula de arranque en frío 32 se coloca en su posición de bloqueo - el motor de émbolo flotante 1 está preparado para el siguiente ciclo.

La figura 4 muestra un motor de émbolo flotante durante la carrera de compresión, en el que el ejemplo de realización descrito anteriormente se complementa mediante un mecanismo para dosificar la energía de compresión. Este mecanismo tiene una conducción de derivación 50, a través de la que la válvula de retención 26 puede derivarse en el canal de baja presión 22. En la conducción de derivación 50 se prevé una válvula de dosificación 52 realizada como válvula distribuidora 2/2, que en su posición de bloqueo bloquea la conducción de derivación 50.

Con la válvula de dosificación 52 bloqueada, el ejemplo de realización representado en la figura 4 corresponde a la de los dibujos descritos anteriormente. Mediante la apertura de la válvula de dosificación 52 unida al control del motor, el espacio de trabajo 14 puede unirse directamente con el acumulador de baja presión 24, de forma que la superficie frontal anular 12 está solicitada con la presión en el acumulador de baja presión 24. De este modo, el émbolo hidráulico 8 durante la carrera de compresión no tiene que acelerarse contra la presión en el acumulador de alta presión 30, de forma que, por ejemplo, al principio de la carrera de compresión, la energía de compresión suministrada puede incrementarse.

En caso de averías en el control del motor de émbolo flotante, por ejemplo, en caso de un encendido defectuoso, puede suceder que el émbolo del motor 6 y el émbolo hidráulico 8 no puedan retroceder correctamente al IT. Para facilitar el regreso al IT, el motor de émbolo flotante 1 en la variante representada en la figura 5 está realizado con un sistema de retroceso de émbolo. Este puede estar formado, por ejemplo, por una válvula de retroceso de émbolo 54, que está conectada en el canal de presión 20. En una posición de base de la válvula de retroceso de émbolo 54 identificada con a, el canal de presión 20 está unido en la forma descrita anteriormente con el canal de alta presión 28, de manera que la su función corresponde a los ejemplos de realización descritos anteriormente. En caso de aparecer una avería, la válvula de arranque en frío 32 se cierra y la válvula de retroceso de émbolo 54 se coloca en la posición identificada como b, en la que el canal de alta presión 28 está unido con un depósito T. El medio de presión que se encuentra en el cilindro de compresión 18 se destensa hacia el depósito T, de forma que el émbolo hidráulico 8 y, con ello, el émbolo del motor 6 puede retroceder a través de la presión del acumulador de baja presión 24 que se apoya en el espacio de trabajo 14 a su posición de punto muerto interior.

La figura 6 muestra un ejemplo de realización de un motor de émbolo flotante 1, en el que el émbolo hidráulico 8 está realizado como émbolo de control con dos vástagos de émbolo 56, 58 y un collar anular 60. En este ejemplo de realización, el cilindro de trabajo 14 está limitado por la superficie frontal 62 del vástago de émbolo 56 derecha en la figura 6. El cilindro de compresión 18 está limitado por la superficie frontal anular 64 girada hacia el vástago de émbolo 56 del collar anular 60. El vástago de émbolo 58 y la superficie anular 66 izquierda del émbolo hidráulico 8 limitan un cilindro anular 68 del taladro axial 10 que aloja el émbolo hidráulico 8. El acumulador de baja presión 24, como en el ejemplo de realización descrito anteriormente, está unido mediante un canal de baja presión 222 y una válvula de retención 26 con el cilindro de trabajo 14 que limita con el vástago de émbolo 56. En este cilindro de trabajo 14 desemboca también el canal de presión 20 unido con el acumulador de baja presión 30 con la válvula de retención 30.

El acumulador de alta presión 30 está unido, además, mediante el canal de alta presión 28 con el cilindro de compresión 18 limitado por la superficie frontal anular 64 derecha. En el canal de alta presión 28 está dispuesta la válvula de arranque en frío 32. La válvula de arranque en frío 32 puede derivarse mediante un canal de derivación 72, en el que está dispuesta una válvula de retención 70, que permite un reflujo de medio de presión desde el cilindro de compresión 18 al acumulador de alta presión 30.

Mediante el borde de contorno exterior de la superficie frontal anular 64 del collar anular 60 puede abrirse de forma controlada una conducción de presión 74, que desemboca en sentido de la corriente de la válvula de retención 70 en el canal de alta presión 28.

Por lo demás, el motor de émbolo flotante representado en la figura 6 corresponde al de los ejemplos descritos anteriormente, de forma que no son necesarias más explicaciones.

Para introducir la carrera de compresión, la válvula de arranque en frío 32 se coloca desde su posición de bloqueo a su posición de paso, de forma que el acumulador de alta presión 30 se une mediante el canal de presión 28 con el cilindro de compresión 18. A través de la presión que actúa sobre la superficie frontal anular 64, se acelera el émbolo hidráulico 8, el émbolo del motor 6 se mueve a su AT y el aire fresco existente en el cilindro de combustión 38 se comprime. Tras un desplazamiento axial predeterminado del émbolo hidráulico 8, el borde de contorno de la superficie frontal anular 64 abre la conducción de presión 74, de forma que el medio de presión puede entrar directamente evitando la válvula de arranque en frío 32 en el cilindro de compresión 18. De este modo, la pérdida por estrangulación puede minimizarse mediante la válvula de arranque en frío 32, puesto que el medio de presión atraviesa la válvula de arranque en frío 32 sólo al principio de la carrera de compresión. Durante la carrera de compresión, el medio de presión se aspira desde el acumulador de baja presión 24 a través del canal de baja presión 22 y la válvula de retención 26 que se abre en el cilindro de trabajo 14. El émbolo del motor 6 se frena en el AT mediante la presión de compresión que crece en el espacio de combustión 38. La válvula de arranque en frío 32 se cierra y a través de la válvula de inyección 48 se inyecta combustible y, de este modo, se enciende la mezcla que se forma. El émbolo del motor 6 y el émbolo hidráulico 8 se aceleran desde el AT al IT, abriéndose en el movimiento de retroceso del émbolo hidráulico 8, la conducción de presión 74. El movimiento de expansión se realiza contra la presión en el cilindro de trabajo 14 y en el cilindro de compresión 18, de forma que con la válvula de retención 34 abierta, el acumulador de alta presión 30 se carga a través del canal de presión 20 a través del canal de alta presión 28.

La figura 7 muestra una variante del motor de émbolo flotante representado en la figura 6 con émbolo hidráulico 8 realizado como émbolo escalonado, en el que éste está equipado con un sistema de retroceso de émbolo, a través del que en caso de una avería, el émbolo del motor 6 y el émbolo hidráulico 8 pueden retroceder a su posición IT. En el ejemplo de realización representado en la figura 7, el sistema de retroceso del émbolo tiene un canal de recogida 76 unido con el acumulador de alta presión 30, que desemboca en el cilindro anular 68. La unión entre el cilindro anular 68 y el acumulador de alta presión 30 puede bloquearse o abrirse mediante una válvula de conmutación 78 realizada como válvula distribuidora 2/2. En caso de una avería, por ejemplo un encendido defectuoso, el cilindro anular 68 puede unirse a través de la válvula de conmutación 78 con el acumulador de alta presión 30, de forma que la superficie frontal 68 está solicitada con una presión que actúa en dirección a la IT. En el ejemplo de realización representado en la figura 7, la superficie del vástago de émbolo es menor que aquella que el vástago de émbolo 56 mueve, de forma que la fuerza resultante que actúa sobre las dos superficies 66, 64 del collar anular 60 actúa en dirección de la IT.

La presión en el cilindro de trabajo 14 puede eliminarse mediante un cilindro de trabajo 14 con la parte del canal de descarga 80 que une el cilindro de trabajo 14 con la pieza del canal de baja presión 22 dispuesta en el sentido de la válvula de retención 26. Esta puede abrirse o cerrarse de forma controlada mediante una válvula de control 82. Es decir, en la introducción del retroceso del émbolo, la válvula de control 82 se coloca en su posición de apertura, de forma que el medio de presión en el movimiento de retroceso del émbolo hidráulico 8 se alimenta desde el cilindro de trabajo 14 mediante el canal de descarga 80 en el acumulador de baja presión 24.

La superficie frontal anular 66 del émbolo hidráulico 8 puede unirse, además, mediante un canal 84 con otra válvula de inversión 86 con el canal de descarga 80 y, de este modo, directamente con el acumulador de baja presión 24, de forma que por ejemplo durante la carrera de compresión, el lado posterior del émbolo hidráulico 8 puede solicitarse con una presión menor. Así mismo, la válvula de control 82 se coloca en su posición de bloqueo.

La figura 8 muestra una representación esquemática de aquella zona de un motor de émbolo flotante 1 en la que el émbolo hidráulico 8 está dispuesto para el accionamiento del émbolo del motor no representado. En el ejemplo de realización representado en la figura 8 - similar al ejemplo de realización según la figura 4 - el acumulador de baja presión 24 está unido mediante una válvula de retención 26 con el espacio de trabajo de forma anular del cilindro de trabajo 14. La válvula de retención 4 puede derivarse mediante una conducción de derivación 50 con válvula de dosificación 52, de forma que la energía de compresión suministrada al principio de la carrera de compresión puede influirse mediante la intercalación directa del acumulador de baja presión 24.

El acumulador de alta presión 30 está unido mediante el canal de alta presión 28 y la válvula de arranque en frío 32 y el canal de presión 20 con el cilindro de compresión 18. En el ejemplo de realización representado, la válvula de retención 34 está integrada en el émbolo hidráulico 8.

De forma similar a la forma de realización representada en la figura 5, el motor de émbolo flotante tiene una disposición de retroceso de émbolo 84, que no obstante en la solución representada está formada por una válvula de bloqueo 86 y una válvula de retroceso 88. La válvula de bloqueo 86 está integrada igualmente en el émbolo hidráulico 8. La válvula de retroceso 88 está realizada como válvula distribuidora 2/2, que en su posición de base pretensada elásticamente bloquea un canal 92 que se extienden entre un canal de depósito 90 y el canal de presión 20 y abre esta unión en su posición de conexión.

El canal de alta presión 28 puede unirse evitando la válvula de arranque en frío 32 mediante una válvula distribuidora 94 directamente con el cilindro de compresión 18, que está integrado en la carcasa del motor 2 del motor de émbolo flotante 1. En el ejemplo de realización representado en la figura 8, la válvula distribuidora 94 está configurada como válvula lógica (válvula distribuidora 2/2) con émbolo lógico 96 escalonado. La superficie del émbolo lógico 96 con mayor sección transversal de superficie 98 está pretensada contra un asiento de válvula 100. En la zona de este asiento de válvula 100 está configurada una unión radial 102, que está unida mediante una conducción de derivación 104 con el canal de alta presión 28. Es decir, en el émbolo lógico 96 que se apoya sobre el asiento de válvula 100, la unión entre la conducción de derivación 104 y el espacio de compresión 18 está bloqueada.

La otra sección final del émbolo lógico 96 con sección transversal de superficie 106 menor se dirige en un espacio de control 108, que puede unirse mediante un canal de control 110 y una válvula de liberación 112 con el canal de depósito 90 o el canal de ala presión 28. La válvula de liberación 112 está realizada en el ejemplo de realización representado como válvula distribuidora 3/2, que en su posición de base pretensada une el canal de alta presión 28 con el canal de control 110. En la posición de conmutación, la unión con el canal de alta presión 28 está bloqueada y el canal de control 110 está unido con el canal de depósito 90.

Adicionalmente, mediante la presión que se apoya en el espacio de control 108, el émbolo lógico 96 está pretensado mediante la fuerza de un muelle 113 en sentido de cierre contra el asiento 104.

Para arrancar el motor de émbolo flotante, la válvula de liberación 112 se coloca en su posición de conmutación, de forma que la sección transversal de superficie 113 menor está solicitada con la presión de depósito. El muelle 113 está diseñado de forma que el émbolo de control al arrancar el motor está pretensado, en primer lugar, contra el asiento de válvula 110. La válvula de arranque en frío 32 se abre, de forma que el cilindro de compresión 18 se solicita con la presión en el acumulador de alta presión - el émbolo hidráulico 8 se acelera mediante la presión que se incrementa. De este modo, aumenta la presión que actúa sobre la sección transversal de superficie 98 mayor del émbolo lógico 96, de forma que éste se abre, se eleva del asiento de válvula 100 y la conexión radial 102 y, con ello, la unión al acumulador de alta presión 30 se abre - la válvula lógica 94 se abre completamente.

Resulta ventajoso en esta variante que el émbolo lógico 96 obtiene su energía para abrir mediante el propio borde de control, de forma que no es necesaria ninguna válvula de control previo. El movimiento de apertura se realiza de forma muy rápida, de manera que la presión en el cilindro de compresión 18 puede incrementarse con mayor dinámica. Durante el funcionamiento del motor de émbolo flotante 1, el émbolo lógico 96 permanece en su posición de apertura.

Para detener el motor de émbolo flotante, la válvula de arranque en frío 32 se cierra y la válvula de liberación 112 se conmuta a su posición de base, de forma que la sección transversal de superficie 106 menor del émbolo lógico 96 se colicita con la presión en el acumulador de alta presión. El motor de émbolo flotante 1 llega con la válvula de arranque en frío 32 cerrada y la válvula lógica 94 cerrada a la posición de reposo. Es decir, en la solución descrita anteriormente, la válvula lógica 94 actúa también como válvula de retención, mediante la que la unión del cilindro de compresión 18 al acumulador de alta presión 30 puede abrirse de forma controlada.

Como puede desprenderse de la representación esquemática según la figura 8, la válvula de bloqueo 86 en sentido de cierre está solicitada por la fuerza de un muelle de cierre 114 y en sentido de apertura por la presión en el cilindro de compresión 18. Con la válvula de bloqueo 86 abierta, el cilindro de trabajo 14 está unido mediante la válvula de retención 34 con el cilindro de compresión. En consecuencia, al crear la presión descrita anteriormente en el cilindro de compresión 18, la válvula de bloqueo 86 se coloca en su posición de apertura, de forma que durante la carrera de compresión, la presión que se crea en el cilindro de trabajo 14 puede aprovecharse mediante la válvula de retención 34 y el canal de alta presión 28 para cargar el acumulador de alta presión 30.

La figura 9 muestra una solución constructiva posible para la integración de la válvula de retención 84 y de la válvula de bloqueo 86 en el émbolo hidráulico 8. Según esto, éste está realizado como émbolo dividido con un collar 116 y un vástago de émbolo 118 reducido en cuanto a diámetro respecto al diámetro exterior del collar 116. El collar 116 y el vástago de émbolo 118 están unidos entre sí mediante un manguito deslizante 120. Para la unión en sentido axial, el vástago de émbolo 118 tiene una pieza final 122 ampliada en el diámetro, que está dispuesta dentro del manguito deslizante 120. En la posición de tope representada, una superficie de tope 124 posterior se apoya en un anillo de tope 126 del manguito deslizante 120. La pieza final 122 está realizada con un taladro de guía 128, en el que se dirige de forma deslizante axialmente un cuerpo de cierre 130. Este se tensa previamente mediante un muelle de compresión 122 en dirección al collar 116. Este está realizado en forma de taza y tiene en un suelo 134 una abertura 137. En la posición de base representada, esta abertura 137 está cerrada mediante el cuerpo de cierre 130 pretensado en sentido contrario, de forma que la unión entre el cilindro de compresión 18 y el cilindro de trabajo 14 está bloqueada. El cuerpo de cierre 130 forma, de este modo, un asiento 136 para el collar 116.

Según la figura 9, el cuerpo de cierre 130 tiene taladros de compensación 138, a través de los que pueden entrar los medios de presión del cilindro de trabajo 18 en un espacio de muelle 140. El cuerpo de cierre 130 tiene una espiga de guía 142, que se sumerge de forma estanca en un taladro axial 144 del vástago de émbolo 118. La fuerza del muelle de compresión 132 y la diferencia de superficie entre la superficie frontal del lado de asiento izquierdo y de la superficie frontal anular del lado del espacio de muelle se selecciona de forma que el cuerpo de cierre 130, con una presión en el cilindro de trabajo 18, que se encuentra por debajo de la presión en el acumulador de baja presión 24, está pretensado en su posición de cierre. Al alcanzar una presión superior en el cilindro de trabajo 18, el cuerpo de cierre 130 se mueve contra la fuerza del muelle de compresión 132 hacia la derecha, hasta que se apoya sobre un hombro de tope 146. Mediante la presión en el cilindro de trabajo 18, se desplaza también el collar 116 respecto al vástago de émbolo 118 en sentido axial hacia la derecha (vista según la figura 9), hasta que se apoya en el cuerpo de cierre, de forma que la abertura 137 está bloqueada. Si durante la carrera de compresión, la presión en el cilindro de trabajo 14 aumenta a una presión \geq que la presión en el cilindro de compresión 18, el collar 116 se eleva mediante la diferencia de presión del cuerpo de cierre 130 que actúa sobre su superficie frontal y la unión entre el cilindro de trabajo 14 al cilindro de compresión 18 se abre - el acumulador de alta presión se carga. Es decir, en este ejemplo de realización el collar 116 actúa como válvula de retención para abrir la unión entre el cilindro de trabajo 14 y el cilindro de compresión 18. El cuerpo de cierre 130 con el muelle de compresión 132 actúa prácticamente como válvula de bloqueo, que al aumentar la presión en el cilindro de compresión 18 se coloca en su posición de apertura. Esta válvula de bloqueo se cierra cuando la presión en el cilindro de compresión 18 es menor que la presión en el acumulador de baja presión 24. Una presión menor de este tipo se ajusta cuando el émbolo flotante debe regresar a su posición de
inicio.

Especialmente, la solución descrita anteriormente se caracteriza por una estructura extremadamente compacta, en la que mediante la unión directa entre el cilindro de trabajo y el cilindro de compresión 14, 18 las pérdidas por estrangulación son mínimas. Principalmente, las soluciones explicadas en las figuras 8 y 9 también pueden realizarse en los ejemplos de realización descritos anteriormente.

Los mecanismos adicionales representados en los ejemplos de realización descritos anteriormente pueden aplicarse principalmente en las dos variantes mencionadas anteriormente con émbolos escalonados o diferenciales individualmente o en combinación.

En lugar de la válvula distribuidora 3/2 representada en la figura 5, como válvula de retroceso de émbolo 54 también puede usarse una válvula distribuidora 2/2, debiendo realizarse la válvula de retención 34 de forma bloqueable.

Se ha dado a conocer un motor de émbolo flotante con un émbolo de motor, que puede accionarse mediante un émbolo hidráulico escalonado. El diámetro mayor del émbolo hidráulico está dirigido en un cilindro de compresión, mientras el diámetro menor está dispuesto en un cilindro de trabajo. Durante la carrera de compresión, el cilindro de compresión está unido con un acumulador de alta presión y el cilindro de trabajo con un acumulador de baja presión o un acumulador de alta presión. Durante una carrera de expansión, el acumulador de alta presión se carga mediante el medio de presión penetrado de los espacios de cilindro.

Lista de números de referencia

1

Motor de émbolo flotante

2

Carcasa de motor

4

Cilindro de combustión

6

Émbolo de motor

8

Émbolo hidráulico

10

Taladro axial

12

Superficie frontal anular

14

Cilindro de trabajo

16

Superficie frontal

18

Cilindro de compresión

20

Canal de presión

22

Canal de baja presión

24

Acumulador de baja presión

26

Válvula de retención

28

Canal de alta presión

30

Acumulador de alta presión

32

Válvula de arranque en frío

34

Válvula de retención

36

Canal de salida

38

Espacio de combustión

40

Espacio de entrada

42

Canal de rebose

44

Canal de entrada

46

Válvula de entrada

48

Válvula de inyección

50

Conducción de derivación

52

Válvula de dosificación

54

Válvula de dirección de émbolo

56

Vástago de émbolo

58

Vástago de émbolo

60

Collar anular

62

Superficie frontal pequeña

64

Superficie frontal anular derecha

66

Superficie anular

68

Cilindro anular

70

Válvula de retención

72

Canal de derivación

74

Conducción de presión

76

Canal de recogida

78

Válvula de inversión

80

Canal de descarga

82

Válvula de control

84

Disposición de retroceso de émbolo

86

Válvula de bloqueo

88

Válvula de retroceso

90

Canal de depósito

92

Canal

94

Válvula distribuidora

96

Émbolo lógico

98

Sección transversal de superficie mayor

100

Asiento de válvula

102

Conexión radial

104

Conducción de derivación

106

Sección transversal de superficie menor

108

Espacio de control

110

Canal de control

112

Válvula de liberación

113

Muelle

114

Muelle de cierre

116

Collar

118

Vástago de émbolo

120

Manguito deslizante

122

Pieza final

124

Superficie de tope

126

Anillo de tope

128

Taladro de guía

130

Cuerpo de cierre

132

Muelle de compresión

134

Suelo

136

Asiento

137

Abertura

138

Taladro de compensación

140

Espacio de muelle

142

Espiga de guía

144

Taladro axial

146

Hombro de tope

Claims (14)

1. Motor de émbolo flotante con un émbolo de motor (6) de un motor de combustión, que se acciona mediante un émbolo hidráulico (8) escalonado, cuya superficie frontal (12; 62) menor está dispuesta en un cilindro de trabajo (14) y cuya superficie frontal (16; 64) mayor está dispuesta en un cilindro de compresión (18), en el que el cilindro de trabajo (14) esta unido mediante una válvula de retención (34) para la carga con un acumulador de alta presión (30) y para aspirar medio de presión mediante otra válvula de retención (26) con un acumulador de baja presión (24), y en el que durante la carrera de compresión, el cilindro de compresión (18) está solicitado mediante una válvula de arranque en frío (32) con medio de presión del acumulador de alta presión (30), mientras que durante la carrera de expansión el medio de presión se usa en uno de los cilindros (14, 18) para cargar el acumulador de alta presión (30).

2. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 1, en el que el émbolo hidráulico (8) es un émbolo escalonado (8) con un vástago de émbolo (56) conducido en el cilindro de trabajo (14), cuya sección de émbolo con diámetro (60) mayor está conducido en el cilindro de compresión (18).

3. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 2 con una conducción de presión (74), que desemboca, por un lado, en una zona del canal de alta presión (28) entre la válvula de arranque en frío (32) y el acumulador de alta presión (30) y, por otro lado, en el cilindro de compresión (18) y que durante la carrera de compresión del émbolo hidráulico (8) puede abrirse de forma controlada, pudiendo unirse la sección del canal de alta presión (28) dispuesta entre la válvula de arranque en frío (32) y el cilindro de compresión (18) mediante una conducción con una válvula de retención (70) con la conducción de presión (74).

4. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 2 ó 3, en el que del canal de alta presión (28) sale un canal de recogida (76) con una válvula de inversión (78), y desemboca en un cilindro anular (68) atravesado por otro vástago de émbolo (58), de forma que con la válvula de inversión (78) abierta, una superficie anular (66) activa en sentido al punto muerto interior del émbolo del motor (8) puede solicitarse con medio de presión.

5. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 4, en el que el vástago de émbolo (58) del lado del émbolo del motor tiene un diámetro menor que el otro vástago de émbolo (56).

6. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 1 con una válvula distribuidora (94), mediante cuyo émbolo (96) puede abrirse de forma controlada una conducción de derivación (104) que deriva la válvula de arranque en frío (32).

7. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 6, en el que la válvula distribuidora (94) es una válvula lógica, cuyo émbolo lógico (96) está realizado de forma escalonada, en el que una sección de superficie menor (106) está solicitada mediante una válvula de liberación (112) con la presión en el acumulador de alta presión (30) y cuya sección de superficie mayor (98) con la presión en el cilindro de compresión (18).

8. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 7, en el que la válvula de liberación (112) es una válvula distribuidora 3/2, que en sus posiciones de conmutación solicita la sección de superficie (106) menor con la presión en el acumulador de alta presión (30) o una presión en un canal de depósito (90).

9. Motor de émbolo flotante según una de las reivindicaciones precedentes, con una disposición de válvula de retroceso de émbolo (54) mediante la que el cilindro de compresión puede unirse con el depósito (T) o con el acumulador de alta presión (30).

10. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 9, en el que la disposición de retroceso de émbolo (54) tiene una válvula de bloqueo (86) para unir el cilindro de trabajo (14) con el cilindro de compresión (18) y una válvula de retroceso (88) para unir el cilindro de compresión (18) con el depósito (90), estando la válvula de bloqueo (86) integrada en el émbolo hidráulico (8).

11. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 10, en el que la válvula de retención (34) asignada al acumulador de alta presión (30) está integrada igualmente en el émbolo hidráulico (8).

12. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 11, en el que un collar (160) del cilindro hidráulico (8) que configura un diámetro de émbolo mayor está unido mediante un manguito deslizante (120) con un vástago de émbolo (118), que con una pieza final (122) está conducido de forma deslizante axialmente en el manguito deslizante (120), en el que el collar (116) en una posición de deslizamiento cierra una sección de control, de forma que una unión entre el cilindro de compresión (14) y el cilindro de trabajo (18) está interrumpida.

13. Motor de émbolo flotante según la reivindicación 12, en el que en la pieza final (122) está conducido un cuerpo de cierre (130), que está pretensado mediante un muelle de compresión (132) contra una abertura en el suelo (134) del collar (116), en el que la presión en el cilindro de compresión (18) se comunica mediante taladros de compensación (138) del cuerpo de cierre (130) a un espacio de muelle (140) para el muelle de compresión (132) y la superficie del cuerpo de cierre (130) activa en sentido de cierre es menor que la superficie frontal del cuerpo de cierre (130) activa en sentido de apertura.

14. Motor de émbolo flotante según una de las reivindicaciones precedentes, en el que en un canal de baja presión (22) entre el cilindro de trabajo (14) y el acumulador de baja presión (24) está prevista una conducción de derivación (50) que deriva la válvula de retención (26) que puede bloquearse mediante una válvula de dosificación (52).