ES2285022T3 - Motor de combustion interna de ocho tiempos con utilizacion de un cilindro subordinado. - Google Patents
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Abstract
Un motor de combustión interna de ocho ciclos que comprende al menos un cilindro director (14) y al menos un cilindro subordinado (16), incluyendo dicho cilindro director (14) un pistón director alternativo conectado a un eje de cigüeñales (22) e incluyendo dicho cilindro subordinado (16) un pistón subordinado alternativo conectado a dicho eje de cigüeñales (22); en virtud de lo cual dicho cilindro subordinado (16) sigue los movimientos de dicho cilindro director (14); y un medio de válvula en culata para admisión de mezcla de aire y combustible a dicho cilindro director (14) y admisión únicamente de aire a dicho cilindro subordinado (16) y descarga de los gases de escape procedentes de dicho cilindro subordinado (16), y un medio para coordinar el intercambio de gases entre dicho cilindro director (14) y dicho cilindro subordinado (16), siendo dicho medio para coordinar el intercambio de gases un medio de válvula coordinada en un lateral de dicho cilindro director (14), incluyendo dicho medio de válvula coordinada un orificio de paso de tamaño suficiente para permitir la circulación de gases por el mismo entre dicho cilindro subordinado (16) y dicho cilindro director (14), canalizando dicho orificio de paso los gases a través de dicha válvula desde dicho cilindro director (14) a dicho cilindro subordinado (16), estando abierto dicho medio de válvula coordinada a aproximadamente 420 grados de la revolución cíclica para iniciar una circulación de aire comprimido entre dicho cilindro subordinado (16) y dicho cilindro director (14), completándose sustancialmente dicha circulación de aire comprimido procedente de dicho cilindro subordinado (16) con aproximadamente 450 grados de revolución cíclica y mezclándose y refrigerándose la temperatura de los gases de combustión presentes en dicho cilindro director (14) con dicha circulación de aire comprimido procedente de dicho cilindro subordinado (16), reduciéndose de este modo la pérdida térmica total; y expulsándose durante la carrerade expulsión de dicho cilindro subordinado (16) todos los gases de dicho medio de trabajo a través de dicho medio de descarga de gases en dicho cilindro subordinado (16).
Description
Motor de combustión interna de ocho tiempos con
utilización de un cilindro subordinado.
El presente invento hace referencia a un motor
de combustión interna de ocho tiempos utilizable en casi todas las
aplicaciones de los usos que actualmente se dan a los motores de
combustión interna, por ejemplo en vehículos de transporte. Más
concretamente, este invento hace referencia a un motor de combustión
interna de ocho tiempos accionado por pistón alternativo con
utilización de un cilindro subordinado en colaboración con un
cilindro direc-
tor.
tor.
Hay dos tipos principales de motores
alternativos de combustión interna accionados por pistón: los
motores con encendido por chispa y los de encendido automático, que
también se conocen como motores diésel.
Casi todos estos motores alternativos accionados
por pistón utilizan un ciclo de dos tiempos o, más frecuentemente,
un ciclo de cuatro tiempos. Los componentes principales de estos
motores son: un cilindro con un pistón de movimiento alternativo
que se transforma en movimiento rotatorio por medio de una biela y
un eje de cigüeñales, y una culata de cilindro consistente en al
menos dos válvulas, una de escape y otra de admisión. El
funcionamiento del motor de cuatro tiempos o de cuatro ciclos
empieza al introducir el pistón una mezcla de aire y combustible
pulverizado en el cilindro, a través de la válvula de admisión,
durante la primera carrera descendente, el primer ciclo;
seguidamente, con las válvulas cerradas, los gases mezclados se
comprimen durante la primera carrera ascendente, el segundo ciclo;
y en o cerca del extremo superior de la primera carrera ascendente,
la mezcla comprimida de aire y combustible se enciende, mediante una
chispa o automáticamente, y dicha mezcla, o casi toda dicha mezcla
de gases, entra en combustión para producir una segunda carrera
descendente, el tercer ciclo, que es la carrera de trabajo; la
segunda carrera ascendente, el cuarto ciclo, expulsa la mezcla de
gases quemados y la mezcla restante de gases sin quemar por una
válvula de escape abierta para completar el cuarto ciclo, en el
cual el volante del motor arrastra el movimiento rotatorio o
centrífugo creado por este proceso para que prosigan los ciclos
hasta que deje de entrar combustible o de producirse la chispa.
La eficacia de la energía producida depende,
entre otras variables, de la cantidad de mezcla de aire y
combustible introducida en el cilindro y del índice del volumen de
compresión. A mayor índice del volumen de compresión, mayor
eficacia. El índice del volumen de compresión queda limitado, en el
caso de los motores de gasolina, por el riesgo de encendido
prematuro de la mezcla; y en el caso de los motores diésel, entre
otras variables, por una cámara de combustión adecuada y
robusta.
Es bien sabido que los motores de combustión
interna de cuatro o más tiempos producen gases de escape que
contienen energía sin utilizar en forma de gases incombustos. Se han
aplicado muchos procedimientos para tratar de captar la energía sin
utilizar de estos gases incombustos y de reducir las emisiones
atmosféricas producidas por una combustión ineficiente.
El inventor conoce la patente estadounidense
4,917,054 concedida a Schmitz el 17 de abril de 1990, "Motor de
combustión interna de seis tiempos". Se trata de un motor de
pistones alternativos que utiliza seis tiempos, a saber, admisión
de aire, primera compresión acompañada o seguida por un posible
enfriamiento, segunda compresión seguida por una combustión,
primera expansión productora de un trabajo utilizable, segunda
expansión productora de un trabajo utilizable, y finalmente
descarga de los gases de la combustión.
La patente estadounidense
US-5056471 revela una disposición similar de un
motor de combustión interna policíclico, capaz de expulsar gases en
dos fases con el cilindro de escape 30-90 grados por
delante del cilindro de combustión.
Por tanto, el presente invento tiene por objeto
producir un motor de combustión interna de pistones alternativos y
ocho tiempos con mejor aprovechamiento del combustible, según la
reivindicación 1.
Otro objeto del presente invento consiste en
producir un motor de combustión interna de pistones alternativos y
ocho tiempos que sea menos contaminante.
Mediante el uso de un cilindro subordinado que
funcione coordinado con un cilindro director, el cilindro
subordinado recibe aire atmosférico frío y también gases de
combustión calientes del cilindro director, para crear una segunda
carrera de trabajo en el cilindro subordinado. El aumento del índice
de compresión en el cilindro subordinado permite inyectar aire
comprimido en el cilindro director cuando éste se halla en la
segunda mitad de su carrera de trabajo, con lo cual vuelven a
quemarse los gases de combustión en el cilindro director. A través
de la válvula coordinada, esta combustión secundaria se transfiere
del cilindro director al cilindro subordinado, para producir una
segunda carrera de trabajo en el cilindro subordinado.
La menor temperatura del cilindro subordinado
permite, mediante transferencia térmica, aprovechar plena y
sustancialmente la energía térmica creada en el cilindro
director.
Con los dos cilindros coordinados, el director y
el subordinado, hay ocho ciclos o carreras de trabajo, separados
entre sí por un máximo de 90º de revolución del eje de cigüeñales.
La totalidad del proceso de trabajo abarca de 0 a 810º de
revolución del eje de cigüeñales. Los ciclos del cilindro director
funcionan entre 0 y 720º de revolución y los ciclos del cilindro
subordinado funcionan entre 90 y 810º de revolución. El cilindro
director empieza a admitir aire y combustible a 0 grados de
revolución y el cilindro subordinado empieza a admitir aire a 90º
de revolución.
En un motor de combustión interna convencional,
el metal del motor absorbe la energía térmica producida por la
combustión, y el cilindro se enfría con el sistema de refrigeración,
desperdiciándose energía térmica. El motor de pistón de ocho
tiempos utiliza aire frío en el cilindro subordinado y lo combina
con la energía térmica "desperdiciada" para producir trabajo,
ya que, al combinarse con la energía térmica y los gases
incombustos, el aire frío del interior del cilindro subordinado se
expande. Por tanto, el aire expandido prosigue el ciclo de trabajo
dentro del cilindro director al quemar casi todos los gases
incombustos restantes y cuando el cilindro director expulsa los
gases, produce un segundo ciclo de trabajo dentro del cilindro
subordinado sin necesidad de chispa.
La energía térmica y los gases incombustos del
cilindro director se combinan con el aire frío en el cilindro
subordinado. Este proceso reduce la temperatura del cilindro
director y la posibilidad de una detonación anterior al encendido,
permitiendo mayores índices de compresión y una mejor eficiencia
térmica, porque la menor temperatura del aire del cilindro
subordinado hace que absorba la energía térmica y que el metal del
motor absorba menos calor.
Por tanto, la forma de realización del presente
invento es un motor de combustión interna compuesto esencialmente
por al menos un par de cilindros de compresión. El cilindro director
y el cilindro subordinado pueden estar sustancialmente más o
sustancialmente menos de 90º fuera de rotación entre sí. Para
facilitar la explicación de este invento, los cilindros de los
ejemplos que aquí se presentan funcionan a 90º fuera de rotación
entre sí. También cabe la posibilidad de que el cilindro
subordinado utilice una tercera válvula que confiera más control al
orificio de la válvula coordinada, si se necesita. Igualmente cabe
la posibilidad de que la cilindrada del cilindro director y del
subordinado sea diferente. Asimismo, la duración del reglaje de las
válvulas puede adaptarse a los requisitos de la aplicación y a las
variables en la dinámica de la regulación del motor.
En teoría, el principio de este motor de
combustión interna de ocho tiempos puede aplicarse tanto al motor
de encendido por chispa como al de encendido automático o diésel,
siendo igualmente posible que este invento utilice una chispa en el
cilindro subordinado, si interesa.
Los dibujos presentan las formas de realización
ilustrativas del presente invento, a modo de ejemplo de la
diversidad de ventajas y propósitos del mismo, como sigue:
La Figura 1 presenta la admisión del cilindro
director, carrera Nº 1, al principio de la carrera, y el cilindro
subordinado en la mitad de su recurrido de expulsión de gases,
carrera Nº 8;
La Figura 2 presenta la admisión del cilindro
director, carrera Nº 1, en la mitad de la carrera, y el cilindro
subordinado al final de su recurrido de expulsión de gases, carrera
Nº 8;
La Figura 3 presenta la compresión del cilindro
director, carrera Nº 3, al principio de la carrera, y el cilindro
subordinado en la mitad de su recurrido de admisión, carrera Nº
2;
La Figura 4 presenta la compresión del cilindro
director, carrera Nº 3, en la mitad de la carrera, y el cilindro
subordinado al final de su recurrido de admisión, carrera Nº 2;
La Figura 5 presenta el encendido del cilindro
director, carrera Nº 5, al principio de la carrera de trabajo, y el
cilindro subordinado en la mitad de la compresión, carrera Nº 4;
La Figura 6 presenta la combustión del cilindro
director, carrera Nº 5, en la mitad de la carrera de trabajo, y el
cilindro subordinado en el extremo superior de la compresión,
carrera Nº 4;
La Figura 7 presenta la expulsión de gases del
cilindro director, carrera Nº 7, al principio de la carrera de
expulsión, y el cilindro subordinado en la mitad de la carrera de
trabajo, carrera Nº 6;
La Figura 8 presenta la expulsión de gases del
cilindro director, carrera Nº 7, en la mitad de la carrera de
expulsión, y el cilindro subordinado al final de la carrera de
trabajo, carrera Nº 6;
La Figura 9 presenta los ocho ciclos de trabajo
del motor.
En general, se utiliza el número 10 para hacer
referencia al motor de combustión interna de ocho tiempos, que se
muestra en una vista vertical seccional en corte en la que el motor
10 comprende un bloque de cilindros 12, y dentro del bloque 12 hay
un diámetro interior del cilindro director 14 y un diámetro interior
del cilindro subordinado 16.
El cilindro director 14 contiene un pistón 18
desplazable por deslizamiento mediante el conjunto de biela 20,
estando la biela 20 sostenida rotatoriamente por el eje de
cigüeñales 22 y el eje de cigüeñales 22 sostenido rotatoriamente
por el bloque de cilindros 12. El diámetro interior del cilindro
subordinado 16 contiene un pistón 24 desplazable por deslizamiento
mediante el conjunto de biela 26, estando también la biela 26
sostenida rotatoriamente por el eje de cigüeñales 22.
Encima del bloque de cilindros 12 se ha fijado
una culata de cilindro 28. Sobre el cilindro director 14, la culata
de cilindro 28 comprende una bujía 30, una válvula de admisión 32 y
una válvula coordinada 34. Sobre el cilindro subordinado 16, la
culata de cilindro 22 comprende un orificio abierto 36 hacia la
válvula coordinada 34, una válvula de admisión 38 y una válvula de
expulsión 40.
La Figura 1 presenta la carrera de admisión,
carrera Nº 1, al principio (0º) del ciclo de rotación del eje de
cigüeñales 22. Durante la rotación, el cilindro director 14 admite
aire y combustible (A/C) a través de la válvula de admisión del
cilindro director 32. En esta posición rotatoria, el pistón del
cilindro subordinado 24 está en la mitad de su carrera de
expulsión, carrera Nº 8.
La Figura 2 presenta la admisión, carrera Nº 1,
a la mitad (90º) de la rotación, momento en que el cilindro
director 14 admite A/C a través de la válvula de admisión del
cilindro director 32 y el cilindro subordinado 16 está terminando
su carrera de expulsión, carrera Nº 8 (810º de rotación cíclica, o
principio de un nuevo ciclo rotatorio).
La Figura 3 presenta la compresión del cilindro
director 14, carrera Nº 3, al principio de la carrera (180º de su
rotación cíclica), momento en que el cilindro director 14 empieza a
comprimir A/C y el pistón del cilindro subordinado 24 está en a la
mitad de la admisión, carrera Nº 2, inducción de aire
únicamente.
La Figura 4 presenta la carrera Nº 3 de
compresión del cilindro director 14, en la mitad de la carrera (270º
de su rotación cíclica), momento en que el pistón del cilindro
director 18 sigue comprimiendo A/C y el cilindro subordinado 16
está al final de la admisión, carrera Nº 2.
La Figura 5 presenta el cilindro director 14,
después del encendido de la bujía 30, carrera Nº 5, al principio de
la carrera de trabajo (360º de la rotación cíclica), momento en que
el cilindro director 14 empieza la combustión de A/C y el pistón
del cilindro subordinado 24 está a la mitad de la compresión,
carrera Nº 4, comprimiendo el cilindro subordinado aire
únicamente.
La Figura 6 presenta la combustión del cilindro
director, carrera Nº 5, a la mitad de la carrera de trabajo (450º
de la rotación cíclica), momento en que la válvula coordinada del
cilindro director 34 ya se está abriendo (el aire procedente del
cilindro subordinado se introduce en el cilindro director a unos 420
grados, cerca del final de la carrera Nº 4) y el pistón del
cilindro subordinado 28 está en el extremo superior de la
compresión, carrera Nº 4, mezclándose el aire comprimido del
cilindro subordinado con los gases de la combustión presentes en el
cilindro director 14.
La Figura 7 presenta la expulsión de gases del
cilindro director 14, carrera Nº 7, al principio de la carrera de
expulsión (540º de la rotación cíclica), momento en que el cilindro
director 14 empieza a expulsar gases de combustión a través de la
válvula coordinada y en que el pistón del cilindro subordinado 28
está a la mitad de la carrera de trabajo, carrera Nº 6,
prosiguiendo el cilindro subordinado 16 la carrera de trabajo
mientras los gases se expanden y se vuelven a quemar dentro del
cilindro director 14 cuando éste los expulsa a través de la válvula
coordinada y al interior del cilindro subordinado 16 mientras el
pistón del cilindro subordinado 28 prosigue su carrera de
trabajo.
trabajo.
La Figura 8 presenta el momento en que, en el
cilindro director 14, el pistón del cilindro director 18 está a la
mitad de la carrera de expulsión, carrera Nº 7 (630º de la rotación
cíclica), y en que el pistón del cilindro director 18 sigue
expulsando gases de combustión a través de la válvula coordinada 34,
y en que el cilindro subordinado 14 está al final de la carrera de
trabajo, carrera Nº 6, mientras el cilindro subordinado sigue
aceptando los gases de combustión llegados del cilindro director a
través de la válvula coordinada 34 hasta que ésta se cierra, antes
de iniciarse el próximo ciclo de admisión.
La Figura 9 presenta un esquema de los ocho
ciclos de trabajo del motor.
Naturalmente, las formas de realización
descritas del invento admiten gran número de cambios y
modificaciones que no se apartan del ámbito del mismo. En
consecuencia, para promover el avance de la ciencia y de las artes
utilitarias, se revela el presente invento con el propósito de que
sólo quede limitado por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (6)
1. Un motor de combustión interna de ocho ciclos
que comprende al menos un cilindro director (14) y al menos un
cilindro subordinado (16), incluyendo dicho cilindro director (14)
un pistón director alternativo conectado a un eje de cigüeñales
(22) e incluyendo dicho cilindro subordinado (16) un pistón
subordinado alternativo conectado a dicho eje de cigüeñales (22);
en virtud de lo cual dicho cilindro subordinado (16) sigue los
movimientos de dicho cilindro director (14); y un medio de válvula
en culata para admisión de mezcla de aire y combustible a dicho
cilindro director (14) y admisión únicamente de aire a dicho
cilindro subordinado (16) y descarga de los gases de escape
procedentes de dicho cilindro subordinado (16), y un medio para
coordinar el intercambio de gases entre dicho cilindro director
(14) y dicho cilindro subordinado (16), siendo dicho medio para
coordinar el intercambio de gases un medio de válvula coordinada en
un lateral de dicho cilindro director (14), incluyendo dicho medio
de válvula coordinada un orificio de paso de tamaño suficiente para
permitir la circulación de gases por el mismo entre dicho cilindro
subordinado (16) y dicho cilindro director (14), canalizando dicho
orificio de paso los gases a través de dicha válvula desde dicho
cilindro director (14) a dicho cilindro subordinado (16), estando
abierto dicho medio de válvula coordinada a aproximadamente 420
grados de la revolución cíclica para iniciar una circulación de
aire comprimido entre dicho cilindro subordinado (16) y dicho
cilindro director (14), completándose sustancialmente dicha
circulación de aire comprimido procedente de dicho cilindro
subordinado (16) con aproximadamente 450 grados de revolución
cíclica y mezclándose y refrigerándose la temperatura de los gases
de combustión presentes en dicho cilindro director (14) con dicha
circulación de aire comprimido procedente de dicho cilindro
subordinado (16), reduciéndose de este modo la pérdida térmica
total; y expulsándose durante la carrera de expulsión de dicho
cilindro subordinado (16) todos los gases de dicho medio de trabajo
a través de dicho medio de descarga de gases en dicho cilindro
subordinado (16).
2. Un motor de combustión interna de ocho ciclos
como el definido en la Reivindicación 1, en virtud del cual la
segunda carrera de trabajo comienza cuando dicho aire comprimido
procedente de dicho cilindro subordinado (16) se transfiere
completamente a dicho cilindro director (14) y se mezcla con los
gases de combustión que contiene a aproximadamente 450 grados de la
revolución cíclica, combinándose la energía térmica de los gases de
combustión procedentes del cilindro director (14) con dicho aire
comprimido procedente del cilindro subordinado (16) para producir
la segunda carrera de trabajo sin combustible adicional en dicho
cilindro subordinado (16) a través de dicho orificio de paso.
3. Un motor de combustión interna de ocho ciclos
como el definido en la Reivindicación 1, funcionando dicho cilindro
director (14) y dicho cilindro subordinado (16) con una separación
de 60 a 120 grados entre sí, y siguiendo dicho cilindro subordinado
(16) los movimientos de dicho cilindro director (14).
4. Un motor de combustión interna de ocho ciclos
como el definido en una de las reivindicaciones precedentes, en
virtud del cual dicho cilindro director (14) y dicho cilindro
subordinado (16) están dispuestos en una configuración de V,
adyacentes al eje de cigüeñales (22) al que van conectados.
5. Un motor de combustión interna de ocho ciclos
como el definido en una de las reivindicaciones precedentes, que
comprende múltiples pares de dichos cilindros directores (14) y de
dichos cilindros subordinados (16).
6. Un motor de combustión interna de ocho ciclos
como el definido en la Reivindicación 1, que también comprende un
sistema de admisión cargada.
Applications Claiming Priority (1)
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