ES2249306T3 - Motor de dos tiempos con ventilacion coaxial forzada. - Google Patents
Motor de dos tiempos con ventilacion coaxial forzada.Info
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Abstract
Una válvula automática de admisión de aire (60) sensible a la presión para un motor de combustión interna que tiene al menos un cilindro de trabajo (200), comprendiendo además dicho cilindro una culata, incluyendo dicha válvula automáticamente de admisión de aire sensible a la presión: un alojamiento de asiento de válvula (10), comprendiendo además dicho alojamiento de asiento de válvula un primer taladro (11) que se extiende a través de dicho alojamiento de asiento de válvula desde una cara superior de dicho alojamiento de asiento de válvula hasta una cara inferior de dicho alojamiento de asiento de válvula, definiendo dicho primer taladro un asiento de válvula abocinado (12) adyacente a dicha cara inferior; y un miembro de válvula de compuerta (20) configurado para realizar un movimiento alternativo a través de dicho taladro, comprendiendo además dicho miembro de válvula de compuerta un miembro alargado que tiene una fondo abocinado hacia fuera (23), estando configurado dicho fondo abocinado hacia fuera para casar con dicho asiento de válvula a fin de cerrar dicha válvula; medios de guía (22) para guiar dicha válvula de compuerta a través de dicho alojamiento de asiento de válvula; una lumbrera lateral (24) que se extiende hacia dentro de una pared lateral de dicho miembro alargado; y un segundo taladro (25) que se extiende a través de dicho miembro de válvula de compuerta desde una cara superior de dicho miembro de válvula de compuerta hasta dicha lumbrera lateral.
Description
Motor de dos tiempos con ventilación coaxial
forzada.
La invención se refiere a motores de combustión
interna y, más particularmente, a un motor de combustión interna que
tiene un ciclo "trifuncional" superior que consta de tres
eventos, a saber, ventilación, compresión y potencia realizados en
dos tiempos con mayor eficiencia que la que ha estado disponible
hasta ahora a través de la técnica anterior.
Muchos motores de combustión interna funcionan en
un ciclo designado como Ciclo de Otto, que es ya conocido desde el
año 1801. Se esté explicando el funcionamiento de un motor de dos
ciclos o de un motor de cuatro ciclos, el Ciclo de Otto define
cuatro eventos básicos que tienen lugar dentro del motor durante el
ciclo, a saber, admisión (o inducción), compresión, potencia (o
ignición) y escape.
En un motor de cuatro tiempos, aproximadamente un
tiempo (180 grados del ciclo de 720 grados) está dedicado a cada
evento. Aunque los motores modernos de cuatro tiempos de alta
velocidad han intentado incorporar una admisión y un escape casi
simultáneos, estos eventos requieren todavía dos tiempos separados
en un motor de cuatro tiempos. En tal disposición, todo el flujo de
aire tiene lugar en la parte superior del cilindro, lo que tiende a
ayudar a enfriar la culata del cilindro, pero deja de enfriar el
cuerpo del cilindro. Además, en tal configuración, el tiempo de
potencia puede comprender como mucho no más del 22% del ciclo,
limitando así la potencia de salida de potencia total del
motor.
En un motor de dos tiempos, la potencia, el
escape y la admisión tienen lugar todos ellos en la carrera
descendente, seguido por el escape y la compresión adicionales en
carrera ascendente. El motor de combustión interna familiar de dos
tiempos define cuatro eventos distintos dentro del cilindro de
combustión durante su ciclo. Comenzando con la ignición de la mezcla
de combustible/aire en el cilindro, la presión se eleva por encima
de la culata del cilindro para accionar el pistón hacia abajo a
través del cilindro. Mientras se desplaza hacia abajo a través del
cilindro, el pistón descubre una lumbrera de escape para exponer el
interior del cilindro (que está a presión elevada) a casi la
presión atmosférica, y los productos de la combustión previamente
retenidos dentro del cilindro se fuerzan ellos mismos a salir del
cilindro a través de la lumbrera de escape. El pistón continúa su
recorrido hacia abajo a través del cilindro para descubrir a
continuación una lumbrera de admisión antes de que el pistón alcance
su posición de punto puerto inferior. Durante la carrera de retorno
(o "carrera ascendente"), la lumbrera de admisión se cierra en
primer lugar por el pistón. Sin embargo, durante al menos un breve
periodo, la lumbrera de escape permanece abierta cuando el pistón
continúa desplazándose hacia arriba en su carrera de retorno. Por
tanto, parte del aire fresco introducido a través de la lumbrera de
admisión y una porción de cualquier combustible que se haya mezclado
hasta entonces con ese aire son forzadas también a salir de la
lumbrera de escape hasta que el pistón cierra la lumbrera de escape
al pasar por ella durante su carrera de retorno. Una vez que se ha
cerrado la lumbrera de escape, se comprime la mezcla restante de
aire y combustible. Una vez que se complete la compresión, se
termina el proceso de dos ciclos y tiene lugar la ignición de la
mezcla de combustible/ aire una vez más para iniciar el ciclo de
nuevo. Desafortunadamente, el periodo del ciclo durante el cual el
pistón se desplaza desde su posición de punto muerto inferior hasta
la parte superior de la lumbrera de escape da como resultado una
pérdida significativa de aire fresco y combustible que podría
utilizarse como parte del producto de combustión.
Otra característica de un motor de dos tiempos
típico es que el cárter de un motor de dos tiempos proporciona un
volumen de espacio en el que tiene lugar gran parte de la
carburación. Esta configuración evita el uso de un volumen de aceite
que salpique alrededor del cárter, tal como ocurre normalmente con
un motor de cuatro tiempos tradicional. Por tanto, en un motor de
dos tiempos, debe mezclarse aceite con el combustible antes de su
introducción en el cilindro, creando una carga adicional sobre el
usuario, que debe mezclar el combustible y el aceite antes del uso,
o requiriendo sistemas de suministro de combustible y aceite más
complejos, mientras se genera un producto de escape hostil para el
medioambiente que incluye aceite quemado como subproducto de la
combustión.
La patente US Nº 1.168.425 describe un motor de
combustión interna de dos tiempos que tiene un cilindro de trabajo y
una válvula de admisión automática sensible a la presión para una
mezcla de aire/combus-
tible comprimida por un pistón auxiliar en un cilindro de suministro.
tible comprimida por un pistón auxiliar en un cilindro de suministro.
Por tanto, es un objeto de la presente invención
proporcionar un motor de combustión interna que emplee un ciclo
"trifuncional" compuesto de tres eventos, a saber, ventilación,
compresión y potencia, realizados en dos tiempos con mayor
eficiencia para evitar las desventajas de la técnica anterior.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un motor de combustión interna que introduzca aire frío
en un cilindro de combustión para contribuir a refrigerar la
longitud completa del cilindro de combustión.
Es todavía otro objeto de la presente invención
proporcionar un motor de combustión interna que incremente la
eficiencia de los motores de dos ciclos previamente conocidos sin
incrementar la complejidad o el peso con respecto al motor de cuatro
ciclos.
Es todavía otro objeto de la presente invención
proporcionar un motor de combustión interna que tenga los beneficios
de un motor de cuatro ciclos tradicional al tiempo que se extiende
el tiempo de potencia hasta 25 a 40 por ciento o más del ciclo
total.
Es todavía otro objeto de la presente invención
proporcionar un motor de combustión interna que incremente la
cantidad de carga de aire que puede retenerse dentro de un cilindro
de combustión para participar en el evento de la combustión sobre la
que ha estado previamente disponible en motores de dos tiempos
tradicionales.
Es todavía otro objeto de la presente invención
proporcionar un motor de combustión interna que elimine la necesidad
de mezclar aceite con combustible como en una configuración
tradicional de un motor de dos tiempos.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar una válvula de admisión de aire mejorada para un motor
de combustión interna capaz de mejorar las prestaciones y que sea de
construcción simplificada y menos costosa de fabricar que las
válvulas de admisión de aire previamente conocidas.
Según la presente invención, los objetos antes
descritos y otros objetos pueden alcanzarse de acuerdo con las
reivindicaciones adjuntas.
Una realización de la invención proporciona un
motor de combustión interna que tiene dos cilindros paralelos, a
saber, un cilindro de inducción y un cilindro de potencia, con lo
que los eventos de potencia, ventilación (que comprende una admisión
y un escape simultáneos) y compresión dentro del cilindro de
potencia definen completamente el ciclo del motor, siendo la
inducción en el cilindro de inducción una función auxiliar e
incidental para el ciclo dentro del cilindro de potencia, de tal
modo que se mejoren la refrigeración del motor y la eficiencia del
combustible con respecto a los motores de combustión interna de la
técnica anterior. Dentro del cilindro de combustión, hay una
lumbrera de admisión dispuesta en la parte superior del cilindro,
cuya lumbrera está equipada a su vez con una válvula de
transferencia de una vía sensible a la presión para permitir que el
aire fluya hacia el cilindro de combustión cuando la presión en
éste cae por debajo de la presión en el cilindro de inducción.
El ciclo del motor de la presente invención se
establece como sigue: La ignición de la mezcla de combustible y aire
en la culata del cilindro de potencia inicia la carrera de potencia
o descendente del pistón de potencia. A continuación, el escape y la
admisión tienen lugar casi simultáneamente desde un poco antes de la
posición de punto muerto inferior del pistón de potencia hasta un
poco después de la posición del punto muerto inferior del pistón de
potencia. Finalmente, el aire atrapado dentro del cilindro de
potencia se comprime durante el resto de la carrera ascendente del
pistón de potencia a través del resto del ciclo. Así, en la
configuración de la presente invención, a diferencia de un motor de
cuatro tiempos tradicional en el que el escape y la admisión tienen
lugar en dos tiempos separados, ningún tiempo completo se dedica a
uno u otro de estos eventos o bien a ambos combinados. Además, la
ubicación de la lumbrera de escape en el cilindro de combustión y
la diferencia de fase entre el pistón de inducción y el pistón de
potencia de la presente invención permiten que el tiempo de
potencia nunca sea menor del 25 por ciento y llegue hasta el 40 por
ciento del ciclo completo. Aún más, debido a que no se requiere
carburación en la presente invención y, por tanto, debido a que el
cárter no se implica en el proceso de inducir aire y combustible
hacia dentro de la cámara de combustión, puede hacerse circular
aceite en el cárter como en un motor tradicional de cuatro tiempos,
de tal modo que el mezclado de aceite con el combustible se haga
innecesario y se genere un producto de escape más limpio con
respecto a lo se ha conseguido previamente con motores tradicionales
de dos ciclos.
En una realización alternativa de la invención,
el cilindro de inducción se sustituye por un depósito de aire que
almacena aire comprimido que puede alimentarse directamente a la
lumbrera de admisión del cilindro de combustión. El depósito de aire
recibe aire comprimido continuamente, mientras se hace funcionar el
motor, desde un compresor accionado por turbina o accionado por el
cigüeñal.
Independientemente de la fuente de aire
comprimido refrigerado, sea ésta un primer cilindro de inducción o
un depósito de aire, en caso de que se desee una carburación para su
uso en el motor de la presente invención, ambas fuentes antes
mencionadas de aire comprimido refrigerado permiten que el aire sea
carburado cuando entra en el cilindro de potencia, evitando la
combinación del cárter.
Se proporciona también un diseño para la válvula
de transferencia de una vía sensible a la presión, y ésta comprende
dos componentes primarios, a saber, un alojamiento de asiento de
válvula fijo y un miembro de válvula de compuerta. El alojamiento
del asiento de válvula está atornillado en una abertura de la
culata de una cámara de trabajo en un motor de combustión interna.
El miembro de válvula de compuerta está configurado para moverse
alternativamente a través del interior hueco del alojamiento en
respuesta a presiones diferenciales a cada lado de la válvula. El
miembro de compuerta tiene una cámara hueca que discurre a lo largo
de su interior paralela a su eje primario y tiene una abertura en
una pared lateral en la base del miembro de compuerta adyacente a la
cara del asiento de válvula en el alojamiento. El taladrado del
interior del miembro de compuerta se realiza de tal modo que se
proporcione una transición suave para dirigir la corriente de aire
hacia fuera de la estructura de válvula. La superficie interna del
taladro sigue el contorno de una esfera parcial con el fin de que
la corriente de aire que se desplaza a través de la válvula gire
desde un dirección paralela al eje principal de la válvula hasta una
dirección perpendicular o casi perpendicular al eje principal de la
válvula, sin la dispersión común al tipo usual de válvula de
admisión utilizada en la mayoría de los motores de combustión
interna. Disponiendo múltiples válvulas en la culata del cilindro,
pueden lograrse un efecto de turbulencia que mejora el efecto de
refrigeración del aire admitido sobre los componentes del cilindro
de potencia (reduciendo a su vez el desgaste y deterioro de los
mismos), y un mezclado más eficiente de la mezcla de
combustible/aire para proporcionar una eficiencia total
incrementada del motor y un consumo reducido de combustible.
Otros objetos, características y ventajas de la
presente invención serán más evidentes a partir la siguiente
descripción detallada de la realización preferida y ciertas
modificaciones de la misma cuando se tomen juntamente con los
dibujos que se acompañan, en los cuales:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un
motor de combustión interna trifuncional (de tres eventos) según una
realización de la presente invención en su estado completamente
ventilado.
La figura 2 es una vista en perspectiva del motor
de combustión interna trifuncional de la figura 1 durante la
compresión.
La figura 3 es una vista en perspectiva del motor
de combustión interna trifuncional de las figuras
1-2 durante la ignición/combustión.
La figura 4 es una vista en perspectiva del motor
de combustión interna trifuncional de las figuras
1-3 durante el tiempo de potencia.
La figura 5 es una vista frontal de la válvula
montada de la presente invención en una posición cerrada.
La figura 6 es una vista frontal del miembro de
válvula de compuerta.
La figura 7 es una vista en sección transversal
parcial del miembro de válvula de compuerta tomada a lo largo de la
línea A-A de la figura 6.
La figura 8 es una vista en sección transversal
parcial de la válvula montada en una posición abierta.
La figura 9 es una vista en planta desde arriba
de un cilindro de trabajo con una pluralidad de válvulas, como la
que se describe anteriormente, posicionadas dentro de la culata del
cilindro para introducir una pluralidad de corrientes de aire
suaves, continuas y laminares en la culata del cilindro.
La figura 10 es una vista en perspectiva de un
motor de combustión interna trifuncional de doble cilindro según una
realización alternativa de la presente invención, en la que el
pistón de potencia está en una posición de punto muerto
superior.
La figura 11 es una vista en sección del motor de
combustión interna de la figura 10, en la que el pistón de potencia
se está desplazando a través de su carrera descendente.
La figura 12 es una vista en sección del motor de
combustión interna de las figuras 10-11, en la que
el pistón de potencia está en una posición de punto muerto
inferior.
La figura 13 es una vista en sección del motor de
combustión interna de las figuras 10-12, en la que
el pistón de potencia se está desplazando a través de su carrera
ascendente.
Las figuras 1 a 4 muestran diagramáticamente un
motor de combustión interna trifuncional (de tres eventos) según una
realización de la presente invención. Como se muestra en la figura
1, el motor de combustión interna de la presente invención comprende
un bloque de motor 10 que tiene un cilindro de potencia de
preferencia verticalmente orientado (mostrado generalmente en 200).
Aunque las figuras 1 a 4 muestra el cilindro de potencia 200 como un
cilindro verticalmente orientado, deberá notarse que el cilindro
puede disponerse alternativamente en ángulo. El cilindro de potencia
200 aloja un pistón de potencia 30 que se configura para el
movimiento alternativo a través del cilindro de potencia 200. Un
vástago de pistón estándar 31 fija el pistón de potencia 300 al
cigüeñal 40.
Una lumbrera de admisión de aire comprimido 13
entra en la "culata" del cilindro de potencia 200 y, alojada
dentro de la lumbrera de entrada 13, hay una válvula de
transferencia de una vía 60 sensible a la presión (descrita con
mayor detalle a continuación) que permite que una carga de aire
fresco comprimido se desplace desde la lumbrera de entrada de aire
13 hasta el cilindro de potencia 200 cuando cae la presión en el
cilindro de potencia 200 y provoca un diferencial de presión a
través de la válvula de transferencia 60 sensible a la presión.
Una o más lumbreras de escape 12 están situadas
dentro de una pared lateral del cilindro de potencia 200 situada
cerca del fondo del recorrido del pistón de potencia.
Una lumbrera de inyección de combustible 70 está
dispuesta en la parte superior del cilindro de potencia 200.
Asimismo, aunque la configuración de la presente invención está
destinada a su uso como un motor de alta compresión que hace que el
evento de combustión ocurra en el cilindro de potencia 200 como
resultado del calor generado durante la compresión de la mezcla de
aire/combustible, puede disponerse opcionalmente una bujía de
incandescencia o una bujía de chispa (no mostrada) en la parte
superior del cilindro de potencia 200 junto a la lumbrera de
inyección de combustible 70 para promover adicionalmente el evento
de combustión.
El método de la ventilación, compresión y
potencia trifuncional de la presente invención se lleva a cabo en
únicamente dos tiempos como sigue, con referencia a las figuras
1-4.
La figura 1 ilustra la posición de punto muerto
inferior (BDC) completamente ventilada, en la que la lumbrera o
lumbreras de escape 12 están completamente despejadas permitiendo
la ventilación del cilindro completo, y después de que el pistón de
potencia 30 pasa por la lumbrera de escape 12 durante su carrera
descendente, los gases de escape fluyen fuera del cilindro de
potencia 200 a través de la lumbrera de escape 12, reduciendo así
la presión en el cilindro de potencia 200 y permitiendo que se abra
la válvula de transferencia 60, permitiendo ésta a su vez que una
carga de aire comprimido fresco fluya desde el cilindro de inducción
100 hasta el cilindro de potencia 200. Mientras la lumbrera de
escape 12 permanezca abierta, el flujo de entrada de aire fresco a
través de la válvula de transferencia 60 asegura que cualquier
producto restante de la combustión sea desplazado fuera del
cilindro de potencia 200.
La figura 2 ilustra el evento de compresión, en
el que el pistón 30 está ahora sobre la carrera ascendente o de
retorno y la lumbrera o lumbreras de escape 12 están cerradas.
Cuando el cilindro de potencia 30 alcanza una posición de 40º más
allá de su posición de BDC, cierra de nuevo la válvula de escape 12.
Una vez que la válvula de escape 12 está cerrada, el aire más frío
que acaba de pasar a través de la válvula de transferencia 60 hacia
el cilindro de potencia 200 habrá estado absorbiendo calor de todas
las superficies del cilindro de potencia 200 y la cabeza del pistón
de potencia 30, haciendo que éste incremente su presión y forzando
así a cerrarse a la válvula de transferencia 60 sensible a la
presión. El pistón de potencia 30 continúa su carrera ascendente
para comprimir la carga de aire fresco restante dentro del cilindro
de potencia 200. Esta disposición crea una condición de alta presión
dentro del cilindro de potencia 200, que provoca a su vez que la
válvula de transferencia 60 sensible a la presión se cierre
automáticamente, atrapando así la carga restante de aire fresco
para su uso en el siguiente evento de combustión.
La figura 3 ilustra el evento de
ignición/combus-
tión, en el que el pistón 30 está ahora en TDC (punto muerto interior). Se ha inyectado o se inyecta ahora combustible a través del inyector 70. Si se utiliza ignición diesel o por compresión, el combustible será ahora encendido por el calor del aire comprimido. Alternativamente, si se requiere una chispa, se hará que la ignición sea producida por una bujía de chispa o una bujía de incandescencia (no mostrada) de una manera conocida. El evento de combustión dentro del cilindro de potencia 200 crea una presión creciente en la parte superior del pistón de potencia 30, que acciona a su vez el pistón de potencia 30 hacia abajo cuando los gases de combustión se expanden.
tión, en el que el pistón 30 está ahora en TDC (punto muerto interior). Se ha inyectado o se inyecta ahora combustible a través del inyector 70. Si se utiliza ignición diesel o por compresión, el combustible será ahora encendido por el calor del aire comprimido. Alternativamente, si se requiere una chispa, se hará que la ignición sea producida por una bujía de chispa o una bujía de incandescencia (no mostrada) de una manera conocida. El evento de combustión dentro del cilindro de potencia 200 crea una presión creciente en la parte superior del pistón de potencia 30, que acciona a su vez el pistón de potencia 30 hacia abajo cuando los gases de combustión se expanden.
La figura 4 ilustra el tiempo de potencia, en el
que el incremento rápido de la presión antes mencionado, como
resultado de la combustión, fuerza al pistón 30 a descender,
impartiendo potencia al cigüeñal 40 y al volante. El borde superior
del pistón de potencia 30 cae por debajo de la extensión superior de
la lumbrera o lumbreras de escape 12, comenzando así a permitir que
los gases de escape sean expulsados del cilindro de potencia 200. El
tiempo de potencia termina cuando el pistón 30 descubre la lumbrera
o lumbreras de escape 12 y salen los productos de combustión
presurizados, comenzando de nuevo el proceso de ventilación de la
figura 1. La liberación repentina de presión dentro del cilindro de
potencia 200, una vez que se ha descubierto la lumbrera de escape
12, provoca a su vez que se abra la válvula de transferencia 60
sensible a la presión.
Durante el tiempo en que el pistón de potencia 30
deja al descubierto la lumbrera de escape 20, el pistón de potencia
30 se desplazará a través del resto de su carrera descendente en la
extensión del resto de su distancia de recorrido y regresa hacia
arriba durante su carrera ascendente para cerrar de nuevo la
lumbrera de escape 12. Hay un flujo de entrada continuo de aire
fresco a través de la válvula de admisión 60 sensible a la presión
y hacia la lumbrera de entrada 13. Esto asegura que todos los
productos restantes de la combustión dentro del cilindro de
potencia 200 sean barridos hacia fuera del cilindro de potencia 200
hasta que la válvula de escape 12 se cierre herméticamente de
nuevo.
Para suministrar el flujo de entrada continuo de
aire fresco a través de la válvula de admisión 60 sensible a la
presión y hacia la lumbrera de entrada 13, una fuente de aire
comprimido puede acoplarse a la lumbrera de entrada de aire
comprimido 13 y ésta puede ser un recipiente de almacenamiento que
almacene aire comprimido. El recipiente de almacenamiento está
conectado por una cámara de transferencia a la entrada de aire del
cilindro de potencia 200 que aloja la válvula de transferencia 60.
Cuando el evento de ventilación permite que la presión en el
cilindro de potencia disminuya a menos de la que hay en el depósito
de almacenamiento, la válvula de transferencia 60 se abrirá para
permitir que entre aire fresco en el cilindro de combustión. Tal
fuente de aire es refrigerada por separado del cilindro de potencia
30, de tal modo que esté presente una mezcla más densa y más rica
en oxígeno en la cámara de combustión al comienzo del evento de
ignición que la que ha estado disponible previamente en los motores
de la técnica anterior. La inundación forzada de la cámara de
combustión de arriba abajo, cuando se producen simultáneamente los
eventos de escape e inducción, tendrá la ventaja incidental de
recoger calor de la pared del cilindro y de la cabeza del pistón,
ya que la parte más adelantada del aire nuevo barre todo el camino
a través del cilindro cuando sigue a la última parte del escape.
Deberá entenderse por los expertos en la técnica que pueden
utilizarse fuentes alternativas de aire comprimido. Por ejemplo,
puede utilizarse un pistón de inducción independiente (como se
describirá) o cualquier otra fuente de aire forzado.
Como se menciona anteriormente de forma breve, la
válvula 60 está configurada como una válvula sensible a la presión
que se abre automáticamente en respuesta a una presión diferencial
de aproximadamente 0,07 bares (1 psi). Con el fin de proporcionar
una válvula de respuesta tan rápida, y como se muestra más
particularmente en las figuras 5-8, la válvula 60
comprende un alojamiento de asiento de válvula 10 y un miembro de
válvula de compuerta 20 configurado para moverse alternativamente a
través del interior hueco del alojamiento de asiento de válvula 10,
abriéndose y cerrándose automáticamente en respuesta a presiones
diferenciales a cada lado de la válvula de tan poco como 0,07 bares
(1 psi). El alojamiento de asiento de válvula 10 comprende un cuerpo
generalmente cilíndrico conformado de preferencia de un metal duro
con un taladro que se extiende a su través. El taladro del
alojamiento del asiento de válvula 10 está configurado como un
taladro alargado cilíndrico 11 que se extiende desde la cara
superior del alojamiento 10 hasta un poco por encima de la cara
inferior del alojamiento 10, y una asiento de válvula abocinado 12
está interpuesto entre el taladro cilíndrico 11 y la cara inferior
del alojamiento 10. Como se explica con mayor detalle a
continuación, el asiento de válvula abocinado 12 está configurado
para casar con la porción abocinada inferior 23 del miembro de
válvula de compuerta 20 cuando se cierra la válvula. Extendiéndose
radialmente hacia dentro de la pared lateral del taladro cilíndrico
11 hay un pasador de posicionamiento 14. Como se explica con mayor
detalle a continuación, el pasador de posicionamiento 14 está
configurado para correr dentro de un canal 22 del miembro de
válvula de compuerta 20 y evitar el giro de la válvula de compuerta
20 alrededor de su eje principal, manteniendo así el flujo de aire
desde la válvula en la dirección deseada durante el funcionamiento.
El alojamiento de asiento de válvula 10 está provisto
preferiblemente, a lo largo de al menos una porción de su pared
cilíndrica externa, de una serie de roscas 13 configuradas para
montar el alojamiento del asiento de válvula 10 en una abertura
roscada cooperante dispuesta en la culata de un cilindro en un
motor de combustión interna.
Como se muestra más particularmente en la vista
lateral de la válvula de compuerta 20 de la figura 6, dicha válvula
de compuerta 20 comprende un vástago generalmente alargado, formado
preferiblemente de acero o cerámica o de un material resistente a la
temperatura y duro, configurado de modo similar, con una cara
abocinada 23 en su porción inferior.
La cara abocinada 23 está contorneada para casar
con un asiento de válvula abocinado 12 en el alojamiento de válvula
10, de tal modo que cuando el conjunto de válvula está en su
posición completamente cerrada (como se muestra en la figura 5), la
porción más inferior de la válvula de compuerta 20 está a haces con
la cara inferior del alojamiento de válvula 10. La válvula de
compuerta 20 está provista, en su porción superior, de un aro anular
21 rígidamente fijado a la válvula de compuerta 20. El aro anular
21 sirve como un tope para limitar el recorrido hacia abajo del
miembro de válvula de compuerta 20 cuando se mueve alternativamente
a través del alojamiento 10 de la válvula para abrir y cerrar el
conjunto de válvula.
La válvula de compuerta 20 está provista también,
cerca de su porción inferior, de una lumbrera de salida de aire
circular 24 situada en una pared lateral del miembro de la válvula
de compuerta 20. Una lumbrera de salida de aire 24 se abre a, e
intercepta, un taladro vertical 25 que se extiende a través de la
mayor parte del eje principal del miembro de la válvula de
compuerta. Como se muestra más particularmente en la vista en
sección transversal parcial del miembro de válvula de compuerta de
la figura 7 (tomada a lo largo de la línea A- A de la figura 6), el
punto en el que el taladro vertical 25 intercepta la lumbrera
lateral 24 define una cavidad dentro de la válvula de compuerta que
tiene el contorno de la superficie interior de una esfera parcial
con un radio R, de tal modo que la transición de la superficie del
taladro vertical 25 a la lumbrera 24 de la pared lateral se lleva a
cabo a lo largo de la superficie interior de tal esfera. Se ha
encontrado que disponiendo una superficie de taladro tan lisa que
sigue el contorno de una esfera, se consigue la máxima potencia
para mantener un flujo laminar del aire que se desplaza a través de
la estructura de válvula, mejorando a su vez la efectividad del
mezclado del aire con el combustible inyectado en el cilindro y,
por tanto, la eficiencia total del motor. Para mejorar aún más el
flujo de aire a través de la válvula y mantener su naturaleza
laminar, el radio R de la porción de la esfera que interconecta el
taladro vertical 23 y la lumbrera lateral 24 es preferiblemente el
mismo que los radios del taladro vertical 23 y de la lumbrera
lateral 24, eliminado así cualquier arista o estrechamiento del
canal de flujo que pudiera inhibir el flujo o soportar de otra
forma el desarrollo de regiones turbulentas dentro de la válvula de
compuerta 20. La formación de tal canal de flujo continuo puede
conseguirse utilizando una fresa de bola para taladrar tanto el
taladro vertical 23 como la lumbrera lateral 24, dejando una
superficie esférica cóncava en los puntos en los que estas dos
aberturas se interceptan una a otra.
Como se menciona anteriormente, la válvula de
compuerta 20 está equipada también con un canal poco profundo 22
situado en su pared lateral externa. El canal 22 está configurado
con una dimensión ligeramente mayor que el pasador de
posicionamiento 14 en el alojamiento de asiento de válvula 10,
permitiendo así que el pasador de posicionamiento 14 se mueva
libremente hacia arriba y hacia abajo a través del canal 22 durante
el funcionamiento de la válvula mientras se evita la rotación de la
válvula de compuerta 20. Así, cuando se instala el conjunto de
válvula en la culata de un cilindro, el flujo de aire producido
desde la válvula cuando está en su posición abierta se desarrolla en
una dirección constante fija.
Haciendo referencia ahora a la vista en sección
transversal parcial de la figura 8, cuando la válvula se somete a
una presión diferencial de 0,07 bares (1 psi) o más para crear un
vacío en el lado del asiento de válvula del alojamiento de válvula
10 (tal como durante el tiempo de admisión en un motor de combustión
interna), el miembro de la válvula de compuerta 20 se mueve hacia
abajo a través del cuerpo de válvula 10 hasta que el aro anular 21
situado en la parte superior de la válvula de compuerta 20 hace tope
con la cara superior del cuerpo de válvula 10. El giro de la válvula
de compuerta 20 alrededor de su eje primario cuando se desplaza a
través del cuerpo de válvula 10 es evitado por la interacción
entre el pasador de guía 14 con el canal 22 en la pared lateral de
la válvula de compuerta 20. Cuando la válvula de compuerta 20 ha
asumido una posición completamente abierta (como se muestra en la
figura 8), la lumbrera de salida 24 está completamente expuesta al
ambiente dentro de la cámara de trabajo, permitiendo a su vez que
fluya aire por la válvula de compuerta 20 a través del taladro
vertical 25 y hacia fuera de la lumbrera 24 en una corriente
continua, suave y laminar. Un resorte 40 está dispuesto dentro del
alojamiento de válvula 20 y actúa contra el aro anular 21 para
desviar la válvula de compuerta 20 hacia su posición cerrada.
Finalmente, como se muestra en la vista en planta
desde arriba de una cámara de trabajo de la figura 9, una pluralidad
de válvulas como se describe anteriormente puede estar posicionada
dentro de la culata del cilindro de un motor de combustión interna
para introducir en ésta una pluralidad de corrientes de aire suaves,
continuas y laminares en la culata del cilindro. Se ha encontrado
que tal combinación de flujos, que produce un efecto de turbulencia
dentro del cilindro, tiene un efecto de refrigeración significativo
sobre el cilindro, reduciendo a su vez el desgaste del cilindro y
el pistón experimentado durante el funcionamiento del motor.
Asimismo, el efecto de turbulencia producido por la introducción de
aire desde múltiples válvulas de la presente invención proporciona
un mezclado más eficiente de la mezcla de combustible/aire antes de
la combustión que el que ha estado previamente disponible a través
de dispositivos de la técnica anterior, proporcionando a su vez una
eficiencia total incrementada del motor y un consumo de combustible
reducido.
Como se ha explicado antes con mayor detalle, se
ha encontrado que la válvula anterior asegura la facilidad de
funcionamiento de la misma en respuesta a una presión diferencial de
tan poco como 0,07 bares (1 psi), reduciendo así en gran medida la
carga ejercida sobre el motor de combustión interna durante el
tiempo de admisión o inducción del cilindro de inducción, mientras
se asegura una transferencia de fácil respuesta de aire fresco a la
cámara de trabajo. El diseño de la válvula de la presente invención
proporciona una actuación automática sensible a la presión, de tal
modo que se elimina la necesidad de actuadores de válvula mecánicos,
eléctricos o electromecánicos, mientras se mantiene una construcción
ampliamente simplificada con respecto a las válvulas previamente
conocidas. Tal construcción simplificada reduce a su vez los costes
de fabricación de la unidad de válvula.
Deberá ser fácilmente evidente a los expertos
ordinarios en la técnica que la válvula mejorada de la presente
invención puede aplicarse a diversos tipos de motores de combustión
interna, tales como los motores de vehículos, los motores marinos y
los motores industriales. La válvula mejorada de la presente
invención puede aplicarse también a los motores de combustión
interna que utilizan ignición por chispa y/o que incorporan
sistemas de inyección de combustible, así como a motores diesel que
emplean ignición por compresión.
Las figuras 10-13 representan
diagramáticamente otra realización del motor de combustión interna
de doble cilindro, trifuncional (tres eventos), que utiliza un
cilindro de inducción independiente como fuente de aire en vez del
suministro de aire comprimido descrito anteriormente. Los números de
referencia idénticos representan partes iguales.
La realización de las figuras
10-13 comprende un bloque de motor 10 que tiene un
par de cilindros paralelos de preferencia verticalmente orientados,
a saber, un cilindro de inducción (mostrado generalmente en 100) y
un cilindro de potencia (mostrado generalmente en 200). Aunque las
figuras 10 a 13 representan el cilindro de inducción 100 y el
cilindro de potencia 200 como cilindros paralelos verticalmente
orientados, deberá hacerse notar de nuevo que los cilindros pueden
disponerse alternativamente en ángulos uno con respecto a otro, como
en una típica disposición en V para un motor de combustión interna.
El cilindro de inducción 100 aloja un pistón de inducción 20 que
está configurado para realizar un movimiento alternativo a través
del cilindro de inducción 100. Un vástago de pistón estándar 21
fija el pistón de inducción 20 a un cigüeñal 20 como antes.
Asimismo, el cilindro de potencia 200 aloja un pistón de potencia
30 que está configurado para realizar un movimiento alternativo a
través del cilindro de potencia 200. Una o más lumbreras de escape
12 están situadas cerca de la porción inferior del cilindro de
potencia 200. Un vástago de pistón estándar 31 sujeta el pistón de
potencia 30 al cigüeñal 40. En la realización preferida de la
presente invención, el cigüeñal 40 está configurado de tal modo que
el pistón de inducción 20 esté programado en fase para que se mueva
140 grados por delante del pistón de potencia 30. Sin embargo, tal
separación de fase puede variar de 90 a 180 grados al tiempo que se
mantiene la funcionalidad de la presente invención. Aunque la
realización representada en las figuras 10 a 13 describe una
diferencia de fase de 140 grados, es importante anotar que la
diferencia de fase precisa es función de la localización de la
lumbrera de escape 12 en el cilindro de potencia 200 y la posición
angular del pistón de potencia 30 durante su ciclo y, más
particularmente, su carrera de potencia hacia abajo, cuando el
pistón de potencia 30 descubre inicialmente la lumbrera de escape
12. La diferencia de fase precisa entre el pistón de inducción 20 y
el pistón de potencia 30 es preferiblemente dos veces el número de
grados entre el punto muerto inferior del pistón de potencia 30 (es
decir, 180 grados) y la posición angular del pistón de potencia 30
durante su ciclo de 360 grados en la que descubre inicialmente la
lumbrera de escape 12. Se ha encontrado que esta disposición
precisa asegura que el pistón de inducción 20 alcance su posición
de punto muerto superior, comprimiendo así al máximo la carga de
aire en el cilindro de inducción 100 y asegurando la transferencia
de esa carga completa al cilindro de potencia 200, justo cuando el
pistón de potencia 30 cierra la lumbrera de escape 12. Esta
disposición asegura a su vez que la cantidad máxima de aire fresco
esté disponible para la combustión dentro del cilindro de potencia
200, incrementado así la eficiencia del motor de la presente
invención con respecto a los diseños de la técnica anterior, que
requieren la recombustión de los productos de la combustión
sobrantes en el cilindro de potencia o que utilizan gases de escape
contaminados del cárter del motor como parte del producto de
combustión.
Una lumbrera de entrada de aire (mostrada
generalmente en 11) está dispuesta en un extremo del bloque de motor
10 y está en comunicación de fluido con el cilindro de inducción
100. Una cámara impelente de aire fresco (no mostrada) dirige aire
fresco de la atmósfera, no contaminado por los subproductos de la
combustión de los ciclos del motor, hacia la lumbrera de entrada 11.
Alojada dentro de la lumbrera de entrada de aire 11 hay una válvula
de una vía 50 sensible a la presión (descrita con mayor detalle a
continuación) que permite el aire fresco se desplace desde la cámara
impelente hacia el cilindro de inducción 100 cuando la presión en
el cilindro de inducción 100 cae por debajo de la presión en el
lado de entrada de la válvula 50.
Para regular la cantidad de aire que se dirige
finalmente al cilindro de potencia, el cilindro de inducción 100
puede estar provisto opcionalmente de una válvula de alivio actuada
mecánica o electromecánicamente situada cerca de la parte superior
del cilindro de inducción. La válvula de alivio permite que el aire
no deseado e innecesario para que tenga lugar el evento de la
combustión escape del cilindro de inducción 100 antes de su
transferencia de aire al cilindro de potencia 200. Por tanto, dicho
aire es expulsado del cilindro de inducción 100 sin contaminar por
combustible y escape, y no crea así efectos medioambientales
peligrosos. Como otra forma de economía, tal aire expulsado puede
almacenarse a presión en un recipiente de aire comprimido y puede
utilizarse a continuación para hacer funcionar sistemas auxiliares
neumáticos de numerosos tipos en vehículos, embarcaciones y
aeronaves.
Una lumbrera de transferencia que conecta los
cilindros caliente y frío cerca de sus "culatas" (mostrados
generalmente en 13) está situada entre el cilindro de inducción 100
y el cilindro de potencia 200 para permitir una comunicación de
fluido entre cada cilindro. Alojada dentro de una lumbrera de
transferencia 13 hay una válvula de transferencia de una vía 60
sensible a la presión (descrita con mayor detalle anteriormente) que
permite que una carga de aire fresco comprimido se desplace desde el
cilindro de inducción 100 hasta el cilindro de potencia 200 cuando
la presión en el cilindro de potencia 200 cae por debajo de la
presión en el cilindro de inducción 100.
Una o más lumbreras de escape 12 están
posicionadas dentro de una pared lateral del cilindro de potencia
200 situada cerca del fondo del recorrido del pistón de potencia.
Después de que el pistón de potencia 30 pase por la lumbrera de
escape 12 durante su carrera descendente, los gases de escape
fluyen fuera del cilindro de potencia 200 a través de la lumbrera
de escape 12, reduciendo así la presión en el cilindro de potencia
200 y permitiendo que se abra la válvula de transferencia 60,
admitiendo a su vez que una carga de aire fresco comprimido fluya
desde el cilindro de inducción 100 hacia el cilindro de potencia
200. Mientras la lumbrera de escape 12 permanezca abierta, el flujo
de entrada de aire fresco a través de la válvula de transferencia
60 asegura que cualquier producto restante de la combustión sea
desplazado fuera del cilindro de potencia 200. Cuando el pistón de
potencia 30 se mueve hacia arriba, cierra la lumbrera de escape,
atrapando así la carga restante de aire fresco para su uso en el
siguiente evento de combustión.
Una lumbrera de inyección de combustible 70 está
dispuesta en la parte superior del cilindro de potencia 200. Como se
describe previamente, la configuración de la presente invención está
destinada a utilizarse como un motor de alta compresión, lo que hace
que tenga lugar el evento de la combustión en el cilindro de
potencia 200 como resultado del calor generado durante la compresión
de la mezcla de aire/combustible. Alternativamente, una bujía de
incandescencia o una bujía de chispa (no mostradas) puede disponerse
de manera opcional en la parte superior del cilindro de potencia 200
junto a la lumbrera de inyección de combustible 70 para promover
adicionalmente el evento de la combustión.
En la realización de doble cilindro, el método de
ventilación, compresión y potencia trifuncional de la presente
invención se lleva a cabo en tan sólo dos tiempos como sigue.
Haciendo referencia en primer lugar a la figura 13, en la que el
pistón de inducción 20 está en su posición de punto muerto superior
(TDC), el siguiente movimiento del pistón de inducción 20 será hacia
abajo a través del cilindro de inducción 100. En este caso, como se
muestra en el gráfico de la figura 13, la posición del pistón de
potencia 30 se muestra en aproximadamente 220º, o 140º respecto de
su posición de TDC cuando se está desplazando hacia arriba.
Asimismo, es importante anotar que, en este caso, el pistón de
potencia 30 ha acabado de cerrar la lumbrera de escape 12, de tal
modo que todo el aire fresco que permanece dentro del cilindro de
potencia 200 se comprimirá cuando el pistón de potencia continúe su
carrera ascendente.
En los cilindros ilustrados a la izquierda, el
pistón de potencia 30 se muestra ahora en TDC: el combustible ha
sido inyectado o se inyecta ahora. Si se utiliza ignición diesel o
por compresión, el combustible será encendido ahora por el calor del
aire comprimido o, si se requiere una chispa, se hará que se
produzca ésta (bujía de chispa no mostrada). La combustión
resultante provocará un incremento rápido de la presión dentro del
cilindro.
El incremento rápido de la presión antes
mencionado, como resultado de la combustión, fuerza al pistón de
potencia 30 a descender, impartiendo potencia al cigüeñal y al
volante. El tiempo de potencia termina cuando el pistón descubre
las lumbreras de escape 12 y salen los productos de la combustión
presurizados, comenzando el proceso de ventilación.
Cuando el pistón de inducción 20 comienza el
recorrido hacia abajo a través del cilindro de inducción 100, la
válvula 50 sensible a la presión se abre como resultado de la
condición de ligera depresión creada dentro del cilindro de
inducción 100 cuando el pistón de inducción 20 comienza su carrera
descendente. La estructura de la válvula 50 es preferiblemente
idéntica a la válvula 60 y esto permite abrirla con únicamente una
condición de muy ligera depresión dentro del cilindro de inducción
100, de tal modo que se reduce ampliamente la tarea tradicionalmente
impuesta a un motor de combustión interna como resultado del tiro de
vacío establecido durante un tiempo de admisión. Más
particularmente, suponiendo que la presión media del aire
atmosférico a nivel del mar es aproximadamente de 1,013 bares (14,7
psi), la válvula de transferencia 50 de la presente invención está
diseñada de tal modo que, con la válvula de transferencia cerrada,
menos de un libra de presión diferencial será suficiente para abrir
la válvula. Tal sensibilidad en la válvula de transferencia 50
asegurará el cierre de la válvula cuando se atrape aire y empiece a
comprimirse dentro del cilindro de potencia 200. Cuando se abre la
válvula 50 sensible a la presión, se introduce aire fresco en la
cámara de inducción 100 por encima del pistón de inducción 20 a
través de la entrada de aire 11. Como se muestra en la figura 10,
cuando el pistón de inducción 20 avanza a través de su carrera
descendente dentro del cilindro de inducción 100, la válvula 50
permanece abierta para permitir que se induzca una carga máxima de
aire fresco hacia el cilindro 100. Cuando el pistón de inducción 20
se ha desplazado a través de aproximadamente 140º (y está así
aproximadamente a 40º con respecto a la posición de punto muerto
inferior (BDC)), el pistón de potencia 30 ha alcanzado su posición
de TDC, comprimiendo completamente la mezcla de combustible y aire
e iniciando el evento de la combustión dentro del cilindro de
potencia 200.
El evento de combustión dentro del cilindro de
potencia 200 crea una presión creciente en la parte superior del
pistón de potencia 30 que a su vez acciona el pistón de potencia 30
hacia abajo cuando se expanden los gases de la combustión. Como se
muestra en la figura 11, cuando el pistón de potencia 30 continúa a
través de su carrera descendente, el pistón de inducción 20 pasa a
su posición de BDC y comienza su carrera ascendente. Una vez que el
pistón de inducción 20 comienza su carrera ascendente, la válvula 50
sensible a la presión se cierra automáticamente para permitir que se
comprima la carga de aire fresco que ha sido admitida al cilindro de
inducción 100. El pistón de inducción 20 continúa entonces
comprimiendo la carga de aire fresco contenida dentro del cilindro
de inducción 100 hasta que el pistón de potencia 30 alcanza de nuevo
la parte superior de la lumbrera de escape 12, momento en el cual
comienza el evento de escape, permitiendo una reducción drástica y
casi inmediata de la presión en el cilindro de potencia 200 cuando
el pistón de inducción 20 está 80 grados antes de la posición de
TDC.
Inmediatamente después de la disposición del
pistón representada en la figura 1, el borde superior del pistón de
potencia 30 cae por debajo de la extensión superior de la lumbrera
de escape 12, comenzando así a permitir que los gases de escape sean
expulsados del cilindro de potencia 200. La liberación repentina de
presión dentro del cilindro de potencia 200 una vez que se ha
quedado al descubierto la lumbrera de escape 12, hace que se abra la
válvula de transferencia 60 sensible a la presión, como se muestra
más particularmente en la figura 12. Cuando el pistón de potencia 30
se desplaza desde aproximadamente 40º antes de su posición de BDC
(mostrada en la figura 11) hasta su posición de BDC, la válvula de
transferencia 50 permanece abierta cuando el pistón de inducción 20
continúa su carrera ascendente. Durante el tiempo en que el pistón
de potencia 30 deja al descubierto la lumbrera de escape 12, el
pistón de potencia 30 se desplazará a través del resto de su carrera
descendente, aproximadamente un 11,8% de su distancia de recorrido
total, y retornará hacia arriba durante su carrera ascendente,
aproximadamente otro 11,8% de su distancia de recorrido total, para
cerrar de nuevo la lumbrera de escape 12 a un régimen de velocidad
comparativamente más lento que la subida del pistón de inducción 20
durante su carrera ascendente, el cual a su vez sube aproximadamente
el 40,5% de su distancia de recorrido total para alcanzar su
posición de TDC, comprimiendo así aún más el aire restante dentro
del cilindro de inducción 100 y dirigiéndolo simultáneamente hacia
el cilindro de potencia 200. La entrada continua de flujo de aire
fresco del cilindro de inducción 100 al cilindro de potencia 200
mientras la lumbrera de escape 12 permanece abierta asegura también
que todos los productos restantes de la combustión dentro del
cilindro de potencia 200 sean barridos hacia fuera del cilindro de
potencia 200 hasta que la válvula de escape 12 se cierre
herméticamente de nuevo.
Haciendo referencia otra vez a la figura 13,
cuando el pistón de inducción 20 alcanza su posición de TDC, el
cilindro de potencia 30 alcanza una posición 40º más allá de su
posición de BDC, en la que cierra de nuevo la válvula de escape 12.
Una vez que se cierra la válvula de escape 12, el aire más frío que
acaba de pasar desde el cilindro de inducción 100 a través de la
válvula de transferencia 60 hacia el cilindro de potencia 200 habrá
estado absorbiendo calor de todas las superficies del cilindro de
potencia 200 y de la cabeza del pistón de potencia 30, haciendo que
éste incremente la presión y forzando así a cerrarse a la válvula
de transferencia 60. El pistón de potencia 30 continúa su carrera
ascendente para comprimir la carga de aire fresco restante dentro
del cilindro de potencia 200, mientras el pistón de inducción 20
comienza su carrera de inducción. Esta disposición crea una
condición de alta presión dentro del cilindro de potencia 200 que a
su vez hace que la válvula de transferencia 60 sensible a la
presión se cierre automáticamente.
Como se menciona anteriormente de forma breve,
las válvulas 50 y 60 están ambas configuradas como válvulas
sensibles a la presión que se abren automáticamente en respuesta a
una presión diferencial de aproximadamente 0,07 bares (1 psi). Con
el fin de proporcionar una válvula de tan fácil respuesta y, como
se muestra y describe previamente con respecto a las figuras
5-8, tanto la válvula 50 como la válvula 60
comprenden un alojamiento de asiento de válvula 10 y un miembro de
válvula de compuerta 20 configurado para moverse alternativamente a
través del interior hueco del alojamiento de asiento de válvula 10,
abriéndose y cerrándose automáticamente en respuesta a presiones
diferenciales a cada lado de la válvula de tan poco como 0,07 bares
(1 psi).
El cilindro de potencia 200 de la presente
invención y el cilindro de inducción 100 (suponiendo que se utiliza
un cilindro de inducción como se establece en la primera realización
anteriormente indicada) están cada uno preferiblemente forrados con
un cilindro interior compuesto de una sustancia dura y resistente
al calor, tal como hierro fundido pulido, aunque sería también
suficiente cualquier sustancia similar dura y resistente al calor.
El cilindro interior está prensado preferiblemente dentro del
bloque de acero 10. Alternativamente, el cilindro interior puede
ubicarse en el bloque 10 durante el proceso de moldeo, ya que el
bloque puede formarse alternativamente de un material colable, tal
como hormigón, cerámica o epoxy. El cilindro interior está provisto
de una pluralidad de perforaciones pequeñas y muy numerosas
agrupadas entre sí por encima de la posición de BDC del pistón de
potencia. Esta configuración de perforaciones permite un área en
sección generosa para el escape mientras se protegen los segmentos
del pistón de potencia 30 y se mantiene una superficie
continuamente lisa contra la que pueden desliarse los segmentos del
pistón (o un pistón sin segmentos). Fuera del cilindro interior, el
bloque 10 está provisto de una primera cámara impelente de escape
inmediatamente adyacente al forro del cilindro. Puede proporcionarse
opcionalmente una obstrucción controlable, tal como una leva
descentrada o un dispositivo configurado de modo similar, con el
fin de regular el flujo de gases de escape.
Habiendo establecido ahora completamente las
realizaciones preferidas y ciertas modificaciones del concepto que
subyace a la presente invención, otras diversas realizaciones así
como ciertas variaciones y modificaciones de las realizaciones aquí
mostradas y descritas serán obvias a los expertos en la técnica
tras familiarizarse con dicho concepto subyacente. Por ejemplo,
pueden utilizarse múltiples dispositivos como el descrito
anteriormente para suministrar aire fresco y pueden disponerse
múltiples válvulas de admisión de aire fresco y válvulas de
transferencia con el fin de incrementar el flujo de aire hacia cada
cilindro respectivo. Por tanto, deberá entenderse que la invención
puede practicarse de forma diferente a la establecida
específicamente en esta memoria.
En motores de dos tiempos convencionales, el
periodo del ciclo durante el que el pistón se desplaza desde su
posición de punto muerto inferior hasta la parte superior de la
lumbrera de escape da como resultado una pérdida significativa de
aire fresco y combustible que podría utilizarse como parte del
producto de la combustión. Además, el cárter proporciona un volumen
de espacio en el que tiene lugar gran parte de la carburación. Esta
configuración evita el uso de un volumen de aceite que salpique a
su alrededor en el cárter, tal como ocurre normalmente con un motor
tradicional de cuatro tiempos. Así, en un motor de dos tiempos,
debe mezclarse aceite con el combustible antes de su introducción
en el cilindro, creando una carga adicional sobre el usuario, que
debe mezclar el combustible y el aceite antes de su uso, o
requiriendo sistemas de suministro de combustible y aceite más
complejos, al tiempo que se genera un producto de escape hostil al
medioambiente que incluye aceite quemado como subproducto de la
combustión. Habría una demanda industrial significativa de un motor
de combustión interna mejorado que permita la inducción de aire en
una cámara de combustión para que participe en la refrigeración de
todo el cilindro, lo que aumenta la eficiencia de los motores de
dos ciclos previamente conocidos sin requerir la complejidad y el
peso adicional asociados a los motores de cuatro ciclos y evita la
necesidad de utilizar una mezcla de combustible/aceite en una
configuración de motor de dos ciclos.
Claims (11)
1. Una válvula automática de admisión de aire
(60) sensible a la presión para un motor de combustión interna que
tiene al menos un cilindro de trabajo (200), comprendiendo además
dicho cilindro una culata, incluyendo dicha válvula automáticamente
de admisión de aire sensible a la presión: un alojamiento de asiento
de válvula (10), comprendiendo además dicho alojamiento de asiento
de válvula un primer taladro (11) que se extiende a través de dicho
alojamiento de asiento de válvula desde una cara superior de dicho
alojamiento de asiento de válvula hasta una cara inferior de dicho
alojamiento de asiento de válvula, definiendo dicho primer taladro
un asiento de válvula abocinado (12) adyacente a dicha cara
inferior; y un miembro de válvula de compuerta (20) configurado
para realizar un movimiento alternativo a través de dicho taladro,
comprendiendo además dicho miembro de válvula de compuerta un
miembro alargado que tiene una fondo abocinado hacia fuera (23),
estando configurado dicho fondo abocinado hacia fuera para casar con
dicho asiento de válvula a fin de cerrar dicha válvula; medios de
guía (22) para guiar dicha válvula de compuerta a través de dicho
alojamiento de asiento de válvula; una lumbrera lateral (24) que se
extiende hacia dentro de una pared lateral de dicho miembro
alargado; y un segundo taladro (25) que se extiende a través de
dicho miembro de válvula de compuerta desde una cara superior de
dicho miembro de válvula de compuerta hasta dicha lumbrera
lateral.
2. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 1, comprendiendo además
dicho alojamiento de asiento de válvula (10) unos medios (13) para
fijar dicho alojamiento de asiento de válvula a una abertura de
dicha culata de cilindro.
3. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 2, comprendiendo además
dichos medios para fijar dicho alojamiento de asiento de válvula
unas roscas de tornillo (13) que circunscriben al menos una porción
de una superficie exterior de dicho alojamiento de asiento de
válvula (10).
4. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 3, comprendiendo además
dicho alojamiento de asiento de válvula (10) un pasador (14) que se
extiende radialmente hacia dentro de dicho primer taladro (11) de
dicho alojamiento de asiento de válvula, aplicándose dicho pasador a
los mencionados medios de guía (22) en dicha válvula de compuerta
para prohibir el giro de dicha válvula de compuerta.
5. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 4, comprendiendo además
dichos medios de guía una ranura (22) que se extiende hacia dentro
de dicho miembro alargado de dicha válvula de compuerta.
6. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 4, comprendiendo además
dicho segundo taladro (25) de dicho miembro de válvula de compuerta
(20) una cavidad dentro de dicho miembro de válvula de compuerta,
estando definida dicha cavidad por una pared lateral de dicho
segundo taladro y teniendo un contorno de una porción del interior
de una esfera; extendiéndose una sección del primer taladro en
dirección generalmente paralela a un eje principal de dicho miembro
de válvula de compuerta desde dicha cara superior de dicho miembro
de válvula de compuerta hasta dicha cavidad; y extendiéndose dicha
lumbrera lateral (24) en ángulo con respecto a dicho eje principal
de dicho miembro de válvula de compuerta y terminando en dicha
cavidad; con lo que el aire que fluye a través de dicho segundo
taladro se dirige a lo largo de dicho eje principal, sigue a través
de un giro a lo largo del contorno esférico de dicha cavidad y sale
fuera de dicha lumbrera lateral, manteniendo al propio tiempo un
flujo laminar.
7. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 6, en la que dicha
lumbrera (24) se extiende generalmente perpendicular a dicho eje
principal de dicho miembro de válvula de compuerta (20).
8. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 1, que comprende además
una pluralidad de dichas válvulas de admisión de aire (60) situadas
dentro de dicha culata de cilindro.
9. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 8, estando posicionada
cada una de dichas válvulas (60) de modo que dirija un flujo de aire
a través de dicha válvula y en una dirección tangencial a un radio
de dicho cilindro de trabajo (200), con lo que la pluralidad de
flujos de aire procedentes de dicha pluralidad de válvulas produce
un flujo de aire uniforme turbulento dentro de dicho cilindro de
trabajo.
10. La válvula automática de admisión de aire
sensible a la presión de la reivindicación 1, estando formado dicho
alojamiento de asiento de válvula (10) de modo enterizo dentro de
dicha culata de cilindro.
11. Un motor de combustión interna que comprende
un cilindro de trabajo (200) con una válvula automática de admisión
de aire (60) sensible a la presión según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes.
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