ES2295243T3 - Metodo de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Un motor de combustión interna incluyendo: un bloque de cilindro (1), un cigüeñal (5), una tapa de cojinete (8) fijada a dicho bloque de cilindro con el fin de mantener dicho cigüeñal (5) para rotación en dicho bloque de cilindro (1), un elemento de formación de cámara de cigüeñal (1b, 3) formando una cámara de cigüeñal (4), elementos de creación de campo magnético (20) fijados a partes de dicho cigüeñal (5) en dicha cámara de cigüeñal (4) de manera que no se muevan con relación a dicho cigüeñal (5), y bobinas (21), formando dichos elementos de creación de campo magnético (20) y dichas bobinas (21) al menos motores eléctricos, generadores o transductores electromecánicos (M1 - M6), caracterizado porque dichas bobinas (21) se mantienen en dicha tapa de cojinete (8) en dicha cámara de cigüeñal (4).
Description
Método de combustión interna.
La presente invención se refiere a un motor de
combustión interna provisto de un transductor electromecánico que
tiene las funciones de un motor eléctrico y un generador eléctrico,
un motor eléctrico o un generador.
Un motor provisto de un transductor
electromecánico dispuesto en un cárter y capaz de operar como un
motor y un generador se describe en JP-A
182371/1997. El transductor electromecánico de este motor de la
técnica anterior según el preámbulo de la reivindicación 1 tiene un
imán permanente unido al extremo grande de una varilla de conexión
que conecta un pistón alternativo y un cigüeñal, y una bobina de
estator colocada en una base fijada a un cárter formado de una
parte inferior de un bloque de cilindro y una bandeja colectora de
aceite unida al bloque de cilindro. El imán permanente gira
conjuntamente con el extremo grande de la biela con relación a la
bobina de estator cuando el cigüeñal gira. En consecuencia, se
genera una fuerza electromotriz en la bobina de estator por la
interacción electromagnética entre el imán permanente y la bobina de
estator, y el transductor electromecánico funciona como un
generador. Cuando se suministra una corriente CA a la bobina de
estator desde una batería, se ejerce una fuerza electromagnética en
el imán permanente en una dirección tangente al recorrido de
revolución del imán permanente por la interacción electromagnética
entre la corriente CA y el imán permanente, y el transductor
electromecánico funciona como un motor.
En este motor de la técnica anterior, el extremo
grande de la biela que sujeta el imán permanente gira alrededor del
eje del cigüeñal y gira alternativamente en direcciones opuestas
alrededor del eje de una muñequilla conectada al extremo grande de
la biela. Por lo tanto, el tamaño de un intervalo entre el imán
permanente y la bobina de estator no se puede mantener constante,
el intervalo se estrecha al tamaño más pequeño solamente durante un
tiempo muy corto, y por lo tanto el transductor electromecánico es
incapaz de funcionar eficientemente como un motor o un
generador.
La presente invención se ha realizado en vista
de tal problema y por lo tanto un primer objeto de la presente
invención es proporcionar un motor de combustión interna provisto de
un dispositivo eléctrico que tiene un elemento magnético y una
bobina, tal como un motor eléctrico, un generador o un transductor
electromecánico, formado en un tamaño comparativamente pequeño, y
capaz de mantener constantemente un pequeño intervalo entre el
elemento magnético y la bobina mientras que el elemento magnético
está enfrente de la bobina.
La presente invención, proporciona un motor de
combustión interna según la reivindicación 1. El motor de combustión
interna incluye: un bloque de cilindro, un cigüeñal, una tapa de
cojinete fijada al bloque de cilindro con el fin de mantener el
cigüeñal para rotación en el bloque de cilindro, y un elemento de
formación de cámara de cigüeñal formando una cámara de cigüeñal;
donde elementos de creación de campo magnético están fijados a
partes del cigüeñal en la cámara de cigüeñal de manera que no se
muevan con relación al cigüeñal, unas bobinas se mantienen en la
tapa de cojinete en la cámara de cigüeñal, y los elementos de
creación de campo magnético y las bobinas forman al menos motores
eléctricos, generadores o transductores electromecánicos.
Según la presente invención, dado que los
elementos de creación de campo magnético y las bobinas que forman
motores eléctricos, generadores o transductores electromecánicos se
mantienen en el cigüeñal y la tapa de cojinete dispuesta en la
cámara de cigüeñal, se evita el efecto de la combinación de los
motores eléctricos, los generadores o los transductores
electromecánicos con el motor de combustión interna de aumentar el
tamaño del motor de combustión interna. Dado que los elementos de
creación de campo magnético están fijados al cigüeñal, el pequeño
intervalo entre los elementos de creación de campo magnético y las
bobinas mantenidas en la tapa de cojinete se puede mantener
fácilmente constante mientras que los elementos de creación de campo
magnético giran conjuntamente con el cigüeñal en sentido contrario
a las bobinas. Así, se puede generar una fuerza de asistencia
grande que asiste la rotación del cigüeñal cuando los elementos de
creación de campo magnético y las bobinas forman motores
eléctricos, y se puede generar potencia a una eficiencia alta de
generación de potencia cuando los elementos de creación de campo
magnético y las bobinas forman generadores. Dado que las bobinas se
mantienen en la tapa de cojinete, las bobinas se pueden montar y
desmontar del bloque de cilindro conjuntamente con la tapa de
cojinete, lo que facilita el trabajo para instalar las bobinas en la
cámara de cigüeñal, las bobinas se pueden enfriar efectivamente por
una gran cantidad de aceite que lubrica los cojinetes principales
del motor de combustión interna, y, en consecuencia, los motores
eléctricos, los generadores o los transductores electromecánicos
operan con alta eficiencia.
La tapa de cojinete puede incluir una pluralidad
de cuerpos de tapa de cojinete y el elemento de conexión que
conecta los cuerpos de tapa de cojinete, y las bobinas se pueden
disponer en el lado del eje del cigüeñal con respecto a los
elementos de conexión.
Así, las bobinas se pueden fijar firmemente a la
tapa de cojinete, lo que es ventajoso para mantener constante el
intervalo entre los elementos de creación de campo magnético y las
bobinas. Dado que las bobinas están dispuestas en un espacio en el
lado del eje del cigüeñal con respecto al elemento de conexión, las
bobinas no aumentan el tamaño del motor de combustión interna.
La tapa de cojinete puede incluir una pluralidad
de cuerpos de tapa de cojinete y un elemento de conexión que
conecta los cuerpos de tapa de cojinete, y las bobinas se pueden
mantener en el elemento de conexión.
Así, los elementos de creación de campo
magnético y las bobinas se pueden disponer a distancias largas,
respectivamente, del eje del cigüeñal. Por lo tanto, se puede
producir un par de asistencia alto que asiste la rotación del
cigüeñal cuando los elementos de creación de campo magnético y las
bobinas forman motores eléctricos. Dado que los elementos de
creación de campo magnético se mueven a una velocidad
circunferencial alta, se puede generar potencia a una alta
eficiencia cuando los elementos de creación de campo magnético y las
bobinas forman generadores. Dado que la bobina se mantiene en el
elemento de conexión para mejorar la rigidez de la pluralidad de
cuerpos de tapa de cojinete, las bobinas se pueden mantener
firmemente en el elemento de conexión altamente rígido, lo que es
ventajoso para mantener constante el pequeño intervalo entre los
elementos de creación de campo magnético y las bobinas.
Se puede mantener bobinas adicionales en los
elementos de formación de cámara de cigüeñal en la cámara de
cigüeñal, y los elementos de creación de campo magnético y las
bobinas forman al menos motores eléctricos, generadores o
transductores electromecánicos.
Esta construcción suprime el efecto de la
formación de motores eléctricos, generadores o transductores
electromecánicos en el motor de combustión interna incrementando el
tamaño del motor de combustión interna. Dado que los elementos de
creación de campo magnético están fijados al cigüeñal, el pequeño
intervalo entre los elementos de creación de campo magnético y las
bobinas adicionales mantenidas en los elementos de formación de
cámara de cigüeñal se puede mantener constante fácilmente mientras
que los elementos de creación de campo magnético giran conjuntamente
con el cigüeñal en sentido opuesto a las bobinas. Así, se puede
generar una fuerza de asistencia grande que asiste la rotación del
cigüeñal cuando los elementos de creación de campo magnético y las
bobinas forman motores eléctricos, y se puede generar potencia a
una eficiencia alta de generación de potencia cuando los elementos
de creación de campo magnético y las bobinas forman generadores.
Las bobinas se pueden mantener en soportes de
bobina dispuestos en la cámara de cigüeñal de modo que el intervalo
entre los elementos de creación de campo magnético y la bobina se
pueda mantener constante.
Así, el pequeño intervalo entre los elementos de
creación de campo magnético y las bobinas mantenidas en la cámara
de mantenimiento de bobina se puede mantener constante fácilmente
mientras que los elementos de creación de campo magnético giran
conjuntamente con el cigüeñal en sentido opuesto a las bobinas, se
puede generar una fuerza de asistencia grande que asiste la
rotación del cigüeñal cuando los elementos de creación de campo
magnético y las bobinas forman motores eléctricos, y se puede
generar potencia a una eficiencia alta de generación de potencia
cuando los elementos de creación de campo magnético y las bobinas
forman generadores.
Deseablemente, los elementos de creación de
campo magnético se mantienen en lastres de equilibrio incluidos en
el cigüeñal. Así, los elementos de creación de campo magnético
sirven como lastres de equilibrio, se puede evitar el aumento del
peso del motor de combustión interna por la combinación de motores
eléctricos, generadores o transductores electromecánicos con el
motor de combustión interna, y se puede evitar el aumento del tamaño
del motor de combustión interna porque los lastres de equilibrio
están dispuestos originalmente en la cámara de cigüeñal.
Los elementos de formación de cámara de cigüeñal
pueden incluir una bandeja colectora de aceite, y las bobinas
pueden estar sumergidas en el aceite contenido en la bandeja
colectora de aceite. Así, las bobinas se pueden enfriar
efectivamente por una gran cantidad de aceite contenido en la
bandeja colectora de aceite y, en consecuencia, los motores
eléctricos, los generadores o los transductores electromecánicos
operan con alta eficiencia.
La figura 1 es una vista en sección longitudinal
de una parte esencial de un motor de combustión interna en una
primera realización según la presente invención, tomada en un plano
incluyendo el eje de un cigüeñal incluido en el motor de combustión
interna.
La figura 2 es una vista en sección tomada en la
línea II-II en la figura 1.
Las figuras 3A y 3(b) son vistas de
asistencia para explicar la relación posicional con respecto a una
dirección circunferencial entre imanes permanentes y bobinas en un
par de transductores electromecánicos en un estado representado en
la figura 2.
La figura 4 es una vista de asistencia para
explicar un sistema de control de bobina.
La figura 5 es una vista en sección, similar a
la figura 2, de un motor de combustión interna en una segunda
realización según la presente invención.
La figura 6 es una vista en sección, similar a
la figura 2, de un motor de combustión interna en una tercera
realización según la presente invención.
La figura 7 es una vista en sección, similar a
la figura 1, de un motor de combustión interna en una cuarta
realización según la presente invención.
Realizaciones preferidas de la presente
invención se describirán a continuación con referencia a las figuras
1 a 7.
Con referencia a las figuras 1 y 2 que
representan un motor de combustión interna E en una primera
realización según la presente invención, el motor de combustión
interna E, que es un motor de combustión interna de cuatro tiempos
y tres cilindros, tiene un cuerpo del motor incluyendo un bloque de
cilindro 1, una culata de cilindro 2 unida al extremo superior del
bloque de cilindro 1, y una bandeja colectora de aceite 3 unida al
extremo inferior del bloque de cilindro 1. El bloque de cilindro 1
tiene una unidad de cilindro 1a formada conectando integralmente
tres cilindros C1, C2 y C3 en el lado de la culata de cilindro 2, y
una unidad de cárter 1b en el lado de la bandeja colectora de
aceite 3. La unidad de cárter 1b y la bandeja colectora de aceite 3
definen una cámara de cigüeñal 4. Un cigüeñal 5 está dispuesto en la
cámara de cigüeñal 4 con su eje L extendido en un plano divisorio
entre la unidad de cárter 1b y la bandeja colectora de aceite 3. En
la primera realización, la unidad de cárter 1b y la bandeja
colectora de aceite 3 son elementos de formación de cámara de
cigüeñal. Unos pistones P1, P2 y P3 están montados para movimiento
axial deslizante en los cilindros C1, C2 y C3, respectivamente. Los
pistones P1 a P3 son movidos con movimiento alternativo por la
presión de combustión producida en las cámaras de combustión 6
formadas entre los pistones P1 a P3 y la culata de cilindro 2 para
mover el cigüeñal 5 a rotación mediante bielas R1, R2 y R3.
El cigüeñal 5 tiene cuatro muñones J1, J2, J3 y
J4. Los cuatro muñones J1 a J4 se soportan en cuatro cojinetes
principales 7 que tienen cojinetes deslizantes en estructuras de
soporte B1, B2, B3 y B4 en la cámara de cigüeñal 4. Las estructuras
de soporte B1 a B4 constan de partes de soporte D1, D2, D3 y D4 del
bloque de cilindro 1, y una tapa de cojinete 8 unida a las partes
de soporte D1 a D4. Los cojinetes principales 7 se mantienen en
agujeros de soporte formados uniendo la tapa de cojinete 8 a las
estructuras de soporte D1 a D4. La tapa de cojinete 8 tiene cuatro
cuerpos de tapa de cojinete A1, A2, A3 y A4 unidos a las partes de
soporte D1 a D4, respectivamente, y un elemento de conexión en
forma de chapa T unido a los cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4
para proporcionar alta rigidez a la tapa de cojinete 8. El elemento
de conexión T unido a partes periféricas A1a, A2a, A3a y A4a está
fijado juntamente con los cuatro cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4
a las partes de soporte D1 a D4 con pernos 9. Así, la tapa de
cojinete 8 está fijada al bloque de cilindro 1.
En el cigüeñal 5, un par de hojas de manivela W1
y W2 están formadas axialmente de forma adyacente a las dos
estructuras de soporte B1 y B2, una muñequilla N1 se extiende entre
las hojas de manivela W1 y W2, y la biela R1 conectada al pistón P1
montado en el cilindro C1 está conectada a la muñequilla N1.
Igualmente, un par de hojas de manivela W3 y W4 están formadas
axialmente de forma adyacente a las dos estructuras de soporte B2 y
B3, una muñequilla N2 se extiende entre las hojas de manivela W3 y
W4, y la biela R2 conectada al pistón P2 montado en el cilindro C2
está conectada a la muñequilla N2, y un par de hojas de manivela W5
y W6 están formadas axialmente de forma adyacente a las dos
estructuras de soporte B3 y B4, una muñequilla N3 se extiende entre
las hojas de manivela W5 y W6, y la biela R3 conectada al pistón P3
montado en el cilindro C3 está conectada a la muñequilla N3. El
cigüeñal 5, las hojas de manivela W1 a W6 y las muñequillas N1 a N3
están formados integralmente en una sola pieza. Las tres
muñequillas N1 a N3 están dispuestas a intervalos angulares de 120º.
Las hojas de manivela W1 a W6 no se mueven con relación al cigüeñal
5.
Las hojas de manivela W1 a W6 tienen partes de
equilibrio W1a, W2a, W2a, W3a, W4a, W5a y W6a provistas de lastres
de equilibrio y formadas enfrente de las muñequillas N1 a N3,
respectivamente, con respecto al eje L del cigüeñal 5. Las partes
de equilibrio W1a a W6a producen fuerzas capaces de equilibrar las
fuerzas inerciales primarias que actúan en partes alternativas que
alternan según el movimiento alternativo de los pistones P1 a P3,
tal como los pistones P1 a P3, elementos unidos a los pistones P1 a
P3, tal como aros de pistón y pasadores de pistón, y los vástagos
de conexión R1 a R3. Cada una del par de partes de equilibrio W1a y
W2a, el par de lastres de equilibrio W3a y W4a, y el par de partes
de equilibrio W5a y W6a respectivamente correspondientes a los
pistones P1 a P3 están a la misma fase. Las partes de equilibrio W1a
a W6a están dispuestas axialmente de forma adyacente a las
estructuras de soporte correspondientes B1 a B4. Un piñón de
accionamiento 10 está montado fijamente en una parte de extremo
izquierdo del cigüeñal 5 que sobresale a la izquierda, según se ve
en la figura 1, de la estructura de soporte B1. Una cadena de
distribución 11 se extiende entre el piñón de accionamiento 10, y
piñones excéntricos, no representados, respectivamente montados
fijamente en un árbol de levas de operación de válvula de
aspiración y un árbol de levas de operación de válvula de escape
incluido en un mecanismo de válvula dispuesto en la culata de
cilindro 2. Dos válvulas de aspiración y dos válvulas de escape
combinadas con cada uno de los cilindros C1 a C3 se abren y cierran
en tiempos predeterminados por excéntricas formadas integralmente
con los ejes de excéntricas movidos por la fuerza rotativa del
cigüeñal 5 transmitida a través de la cadena de distribución
11.
Con referencia a la figura 2, la cantidad de un
aceite contenido en la bandeja colectora de aceite 3 se determina
de tal manera que un primer nivel de aceite H1, es decir, el nivel
de aceite mientras el motor de combustión interna E está parado,
sea ligeramente inferior al nivel de los extremos inferiores de las
partes de equilibrio W1a a W6a en un estado donde los pistones P1 a
P3 están en sus puntos muertos superiores, y un segundo nivel de
aceite H1, es decir, el nivel de aceite mientras el motor de
combustión interna E está funcionando, está por debajo del primer
nivel de aceite H1. Una bomba de aceite 12 movido por el cigüeñal 5
aspira el aceite a través de una alcachofa de aceite 13 y un tubo
de aspiración 14 de la bandeja colectora de aceite 3 y suministra
el aceite a una galería principal formada en el bloque de cilindro
1. Entonces, el aceite es suministrado desde la galería principal a
partes deslizante que requieren lubricación incluyendo los cojinetes
principales 7 que soportan el cigüeñal 5, los elementos de conexión
que conectan las muñequillas N1 a N3 y los vástagos de conexión R1
a R3, las superficies deslizantes de los pistones P1 a P3 y los
cilindros C1 a C3. El aceite suministrado a las partes deslizantes
para lubricación cae a la cámara de cigüeñal 4 y es recogido en la
bandeja colectora de aceite 3 después de la lubricación. Una gran
cantidad del aceite que lubricó los cojinetes principales 7 fluye
alrededor de los cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4 de la tapa de
cojinete 8, y el aceite que lubricó las partes deslizantes cae
cerca del elemento de conexión T unido a los cuerpos de tapa de
cojinete A1 a A4 situados cerca de la pared inferior de la bandeja
colectora de aceite 3. Parte del aceite suministrado a la galería
principal lubrica las partes deslizantes del mecanismo de válvula,
fluye después de la lubricación a través de un paso de retorno
formado en el bloque de cilindro 1 y una cámara de cadena 15 que
sujeta la cadena de distribución 11 a la bandeja colectora de
aceite 3.
Un transductor electromecánico formado en el
motor de combustión interna E se describirá a continuación. Con
referencia a la figura 2, las partes de equilibrio W1a a W6a de las
hojas de manivela W1 a W6 tienen una forma que se asemeja a un
sector que tiene lados que forman un ángulo central de
aproximadamente 120º. Cuatro imanes permanentes 20, es decir,
elementos de creación de campo magnético, están montados fijamente
por encaje a presión en rebajes formados a intervalos
sustancialmente iguales en una parte periférica de cada una de las
partes de equilibrio W1a a W6a, estando la parte periférica muy
separada del eje rotacional L del cigüeñal 5. Los imanes
permanentes 20 sirven también como lastres de equilibrio. Los imanes
permanentes 20 siempre están por encima del primer nivel de aceite
H1.
Las partes periféricas A1a a A4a de los cuerpos
de tapa de cojinete A1 a A4 están provistas de pestañas A1b, A2b y
A2c, pestañas A3b y A3c, y una pestaña A4b, respectivamente. Seis
bobinas 21 están fijadas a cada una de las pestañas A1b, A2b y A2c,
A3b y A3c, y A4b. Las bobinas 21 están dispuestas en el lado
radialmente exterior de los imanes permanentes 20 a lo largo de un
arco circular en un rango angular de aproximadamente 120º
radialmente enfrente de los imanes permanentes 20. Las bobinas 21
están dispuestas de modo que se forme un pequeño intervalo radial
fijo G entre las superficies radialmente interiores de las bobinas
21 y los imanes permanentes 20. Por lo tanto, los cuerpos de tapa
de cojinete A1 a A4 sirven como partes de sujeción de bobina y las
bobinas 21 están dispuestas en espacios en el lado del eje L del
cigüeñal 5 con relación al elemento de conexión T. Partes de las
bobinas 21 están por debajo del primer nivel de aceite H1 o el
segundo nivel de aceite H2 y están sumergidas en el aceite. Dado
que las bobinas 21 están dispuestas en una posiciones tales que
estén en contacto con el aceite lubricante, la estructura de
soporte para el cigüeñal, las bobinas 21, se enfrían
efectivamente.
Así, cada una de las hojas de manivela W1 a W6
está provista de la pluralidad de imanes permanentes 20, y los
imanes permanentes 20 y las bobinas 21 forman seis transductores
electromecánicos M1, M2, M3, M4, M5 y M6. Como es obvio por las
figuras 3A y 3B, dado que los imanes permanentes 20 y las bobinas 21
están dispuestos en dicha disposición, al menos los imanes
permanentes 20 de uno de los tres pares de los transductores
electromecánicos M1 y M2, los transductores electromecánicos M3 y
M4, y los transductores electromecánicos M5 y M6 que tiene los
imanes permanentes 20 respectivamente mantenidos en los tres pares
de lastres de equilibrio W1a y W2a, los lastres de equilibrio W3a y
W4a y los lastres de equilibrio W5a y W6a de la misma fase son
opuestos a las bobinas correspondientes 21 con el intervalo G
formado entre los imanes permanentes 20 y las bobinas
correspondientes 21 mientras que el cigüeñal 5 del motor de
combustión interna E gira una revolución completa. Así, tiene lugar
una acción electromagnética entre los imanes permanentes 20 y las
bobinas 21 de al menos uno de los tres pares de los transductores
electromecánicos M1 y M2, los transductores electromecánicos M3 y
M4, y los transductores electromecánicos M5 y M6.
Con referencia a la figura 4, las bobinas 21 de
los transductores electromecánicos M1 a M6 están conectadas a una
unidad de accionamiento de potencia (PDU) 41 controlada por un
controlador electrónico 40. La PDU 41 hace que los transductores
electromecánicos M1 a M6 funcionen como motores CA (motores
síncronos CA de imán permanente). En un modo de operación asistida,
en el que la acción electromagnética entre los imanes permanentes
20 y las bobinas 21 genera fuerza de asistencia para asistir la
rotación del cigüeñal 5, se suministra potencia motriz a los
transductores electromecánicos M1 a M6. En un modo de operación
regenerativo, en el que la energía rotativa del cigüeñal 5 es
convertida a potencia eléctrica por la acción electromagnética entre
los imanes permanentes 20 y la bobina 21, la potencia generada por
los transductores electromecánicos M1 a M6 es almacenada en un
dispositivo de almacenamiento de potencia 42. La potencia almacenada
en el dispositivo de almacenamiento de potencia se usa como la
potencia motriz para mover los transductores electromecánicos M1 a
M6 en el modo de operación de asistencia, y se usa para cargar una
batería después de ajustar el voltaje a un voltaje apropiado.
A continuación se describirán las operaciones y
los efectos de la realización.
El motor de combustión interna E es operado, y
el cigüeñal 5 es movido en rotación por los pistones P1 a P3.
Entonces, los imanes permanentes 20 de los transductores
electromecánicos M1 a M6 mantenidos en los lastres de equilibrio
W1a a W6a pasan por las bobinas 21 mantenidas en los cuerpos de tapa
de cojinete A1 a A4 a lo largo de un recorrido en el lado
radialmente interior de las bobinas 21 y espaciado de las bobinas 21
el pequeño intervalo G. En un modo operativo donde la salida del
motor de combustión interna E se tiene que incrementar para
aceleración, el controlador electrónico 40 da una orden a la PDU 41
de suministrar potencia motriz a los transductores electromecánicos
M1 a M6 para usar los transductores electromecánicos M1 a M6 como
motores eléctricos con el fin de asistir la rotación del cigüeñal
5. En un modo operativo donde la salida del motor de combustión
interna E se tiene que disminuir para deceleración o el dispositivo
de almacenamiento 42 se tiene que cargar, el controlador
electrónico 40 da una orden a la PDU 41 de dejar de suministrar la
potencia motriz a las bobinas 21 para usar los transductores
electromecánicos M1 a M6 como generadores y la potencia generada
por los transductores electromecánicos M1 a M6 es suministrada al
dispositivo de almacenamiento 42.
Así, los imanes permanentes 20 y las bobinas 21
de los transductores electromecánicos M1 a M6 se mantienen en las
hojas de manivela W1 a W6 y en los cuerpos de tapa de cojinete A1 a
A4, respectivamente, en la cámara de cigüeñal 4. Por lo tanto, se
evita el aumento del tamaño del motor de combustión interna E debido
a la incorporación de los transductores electromecánicos M1 a M6 en
el motor de combustión interna E. Dado que las bobinas 21 están
dispuestas en el espacio en el lado del cigüeñal de eje L 5, se
puede evitar el aumento del tamaño del motor de combustión interna
E. Dado que las hojas de manivela W1 a W6 que sujetan los imanes
permanentes 20 son inmóviles con relación al cigüeñal 5, las hojas
de manivela W1 a W6 giran conjuntamente con el cigüeñal 5 y por lo
tanto los pequeños intervalos G entre los imanes permanentes 20 y
las bobinas 21 mantenidas en los cuerpos de tapa de cojinete A1 a
A4 se pueden mantener constantes fácilmente, los transductores
electromecánicos M1 a M6 son capaces de funcionar como generadores
que generan gran fuerza de asistencia para asistir la rotación del
cigüeñal 5, y los transductores electromecánicos M1 a M6 son capaces
de funcionar como generadores a una eficiencia alta de generación
de potencia. Dado que los transductores electromecánicos M1 a M6
están provistos de los imanes permanentes 20 y las bobinas 21, y el
pequeño intervalos G entre los imanes permanentes 20 y las bobinas
correspondientes se pueden mantener constantes, los transductores
electromecánicos M1 a M6 son capaces de funcionar como motores
eléctricos capaces de producir alta fuerza de asistencia y son
capaces de funcionar como generadores capaces de generar potencia a
alta eficiencia. Dado que las bobinas 21 se mantienen en los
cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4, los cuerpos de tapa de cojinete
A1 a A4 que sujetan las bobinas 21 se pueden montar y desmontar del
bloque de unidad de cilindro 1b del bloque de cilindro 1. Así, se
facilita la operación de disponer las bobinas 21 en la cámara de
cigüeñal 4. Dado que la gran cantidad de aceite que lubrica los
cojinetes principales 7 fluye cerca de los cuerpos de tapa de
cojinete A1 a A4, las bobinas 21 se pueden enfriar efectivamente
por el aceite y se mejora la eficiencia de los transductores
electromecánicos M1 a M6.
Dado que los imanes permanentes 20 mantenidos en
los lastres de equilibrio W1a a W6a de las hojas de manivela W1 a
W6 del cigüeñal 5, se pueden usar como lastres de equilibrio. Se
puede evitar el aumento de peso del motor de combustión interna E
debido a la combinación de los transductores electromecánicos M1 a
M6 con el motor de combustión interna E.
Dado que las bobinas 21 están fijadas a las
pestañas A1b, A2b y A2c, las pestañas A3b y A3c, y la pestaña A4b
formadas en las partes periféricas A1a a A4a de los cuerpos de tapa
de cojinete A1 a A4, respectivamente, la distancia entre el eje L
del cigüeñal 5 y las bobinas 21 es muy larga, y los imanes
permanentes 20 mantenidos en los lastres de equilibrio W1a a W6a,
al igual que las bobinas 21, se puede disponer a una distancia larga
del eje L. En consecuencia, los transductores electromecánicos M1 a
M6 son capaces de funcionar como motores eléctricos capaces de
producir un par de asistencia grande por la fuerza de asistencia que
asiste la rotación del cigüeñal 5 y son capaces de funcionar como
generadores, en los que los imanes permanentes 20 se mueven a una
velocidad circunferencial alta, capaces de generar potencia con alta
eficiencia.
Dado que partes de las bobinas 21 están por
debajo del primer nivel de aceite H1 o el segundo nivel de aceite
H2 y están sumergidas en el aceite contenido en la bandeja colectora
de aceite 3, las bobinas 21 pueden ser enfriadas por la gran
cantidad de aceite contenido en la bandeja colectora de aceite 3.
Así, el enfriamiento de las bobinas 21 se puede promover más y se
mejora la eficiencia de los transductores electromecánicos M1 a M6.
Dado que los lastres de equilibrio W1a a W6a y los imanes
permanentes 20 están por encima del primer nivel de aceite H1 y no
están sumergidos en el aceite mientras el motor de combustión
interna E está parado, los lastres de equilibrio W1a a W6a y los
imanes permanentes 20 no agitan el aceite mientras el motor de
combustión interna E está en funcionamiento, el aceite no ejerce
resistencia contra la rotación del cigüeñal 5 y se puede evitar la
mezcla del aceite y aire.
Dado que al menos los imanes permanentes 20 de
uno de los tres pares de los transductores electromecánicos M1 y
M2, los transductores electromecánicos M3 y M4, y los transductores
electromecánicos M5 y M6 están enfrente de las bobinas
correspondientes 21 con el intervalo G formado entre los imanes
permanentes 20 y las bobinas correspondientes 21 mientras que el
cigüeñal 5 del motor de combustión interna E gira una revolución
completa, se puede lograr una operación de asistencia estable y una
operación regenerativa estable, y se puede suprimir la variación de
la velocidad de giro del cigüeñal 5 asistido por los transductores
electromecánicos M1 a M6.
Dado que las bobinas 21 se mantienen en la tapa
de cojinete 8, una fuerza que reduce la carga de explosión
producida por combustión en la cámara de combustión 6 actúa entre
las bobinas 21 y los imanes permanentes 20 mantenidos en los
lastres de equilibrio W1a a W6a. Así, la carga de explosión ejercida
por el cigüeñal 5 en las partes de soporte B1 a B4 se puede reducir
y por lo tanto se puede prolongar la duración de los cojinetes
principales 7.
Dado que los imanes permanentes 20 y las bobinas
21 de los transductores electromecánicos M1 a M6 están dispuestos
uno enfrente de otro en los lados opuestos del intervalo G, se puede
evitar el aumento de la anchura del motor de combustión interna E,
es decir, una dimensión a lo largo del eje L.
Un motor de combustión interna de una segunda
realización según la presente invención se describirá con referencia
a la figura 5, en la que partes análogas o correspondientes a las
del motor de combustión interna de la primera realización se
denotan con los mismos caracteres de referencia y se omitirá su
descripción.
La segunda realización difiere de la primera
realización solamente en que un elemento correspondiente al elemento
de conexión T representado en la figura 1 está formado
integralmente con pestañas A1b, A2b, A2c, A3b, A3c y A4b, y cuerpos
de tapa de cojinete A1 a A4. Una tapa de cojinete 8 sirve como un
elemento de sujeción de bobina. Dado que las bobinas 21 se
mantienen en la tapa de cojinete 8 integralmente provista de los
cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4 y el elemento de conexión T, el
motor de combustión interna de la segunda realización necesita
menos piezas que el motor de combustión interna de la primera
realización, se reducen los errores en las posiciones de las
bobinas 21 y se puede formar fácilmente intervalos uniformes G para
todas las bobinas 21. Las bobinas 21 se pueden fijar firmemente a
partes de la tapa rígida de cojinete 8 formada en una pieza en
posiciones cerca del elemento de conexión T, lo que es ventajoso
para mantener constantes los intervalos G entre los imanes
permanentes 20 y las bobinas 21.
Un motor de combustión interna de una tercera
realización según la presente invención se describirá con referencia
a la figura 6, en la que las partes análogas o correspondientes a
las del motor de combustión interna de la primera realización se
denotan con los mismos caracteres de referencia y se omitirá su
descripción.
En el motor de combustión interna en la tercera
realización, tres bobinas 21 y tres bobinas 21 están dispuestas
simétricamente con respecto a un plano vertical incluyendo el eje L
de un cigüeñal 5 en la superficie interior de un cárter 1b que
forma una cámara de cigüeñal de manera que esté diametralmente
enfrente de imanes permanentes 20 en cada uno de los lastres de
equilibrio W1a a W6a además de seis bobinas 21 fijamente mantenidas
en cada uno de los cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4. Las bobinas
21 mantenidas en la superficie interior del cárter 1b están
dispuestas de modo que se forme un pequeño intervalo radial G entre
las superficies interiores de las bobinas 21 y los imanes
permanentes 20.
La tercera realización tiene los efectos
siguientes además de los de la primera realización. Incluso aunque
los transductores electromecánicos M1 a M6 estén incorporados en el
motor de combustión interna E, se evita el aumento del tamaño del
motor de combustión interna E porque las bobinas adicionales 21 se
mantienen en la superficie interior del cárter 1b. Dado que el
número de las bobinas 21 que interactúan con los imanes permanentes
20 cuando el cigüeñal 5 gira una revolución completa es mayor que el
experimentado por los imanes permanentes 21 de la primera
realización, se dispone de un aumento de la fuerza de asistencia y
se puede generar una mayor cantidad de potencia.
Un motor de combustión interna de una cuarta
realización según la presente invención se describirá con referencia
a la figura 7, en la que las partes análogas o correspondientes a
las del motor de combustión interna en la primera realización se
denotan con los mismos caracteres de referencia y se omitirá su
descripción.
En la cuarta realización, un rotor en forma de
disco 30 está montado fijamente en una parte cerca de un muñón J4
adyacente a una hoja de manivela W6 en un cigüeñal 5. Imanes
permanentes 20 están unidos a intervalos a la circunferencia del
rotor 30. Seis bobinas 21 están dispuestas en una pestaña A4b
formada en un elemento de soporte A4, en una disposición similar a
la disposición de las bobinas en la parte de soporte A4 de la
primera realización de manera que corresponda al rotor 30 y se forme
un intervalo radial G entre los imanes permanentes 20 y la bobina
21.
La cuarta realización tiene los efectos
siguientes además de los de la primera realización. El motor de
combustión interna E está provisto de un solo transductor
electromecánico M7. Aunque las bobinas 31 están dispuestas en un
arco circular, la variación de la rotación del cigüeñal 5 debido a
la fuerza de asistencia ejercida en el cigüeñal 5 por el
transductor electromecánico M7 porque los imanes permanentes 20
están dispuestos en toda la circunferencia del rotor 30.
A continuación se describirán modificaciones de
las realizaciones anteriores.
En la primera realización, el elemento de
conexión T que conecta los cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4 está
unido a las partes periféricas A1a, A2a, A3a y A4a de los cuerpos de
tapa de cojinete A1 a A4. Cuando el elemento de conexión T se
dispone con el fin de evitar la interferencia entre el elemento de
conexión T y las hojas de manivela W1 a W6 incluyendo los lastres
de equilibrio W1a a W6a, el elemento de conexión T no se une
necesariamente a las partes periféricas A1a, A2a, A3a y A4a de los
cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4. Aunque el elemento de conexión
T esté dispuesto así, las bobinas 21 se pueden disponer a larga
distancia del eje L del cigüeñal 5, los transductores
electromecánicos M1 a M6 son capaces de funcionar como motores
eléctricos capaces de producir un par de asistencia grande para
asistir la rotación del cigüeñal 5.
Aunque los cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4
están provistos de las pestañas A1b, A2b, A2c, A3b, A3c y A4b en
las realizaciones primera a tercera, las bobinas 21 de los
transductores electromecánicos M1 a M6 pueden estar unidas al
elemento de conexión T y las pestañas A1b, A2b, A2c, A3b, A3c y A4b
se pueden omitir. Cuando las bobinas 21 están unidas al elemento de
conexión T que conecta las partes periféricas A1a a A4a de las
partes de soporte A1 a A4, la distancia entre el eje L del cigüeñal
5 y las bobinas 21 se puede incrementar un valor igual al grosor
radial de las pestañas A1b, A2b, A2c, A3b y A4b, y por lo tanto, los
imanes permanentes 20 se puede disponer a una distancia
incrementada del eje L. En consecuencia, los transductores
electromecánicos M1 a M6 son capaces de funcionar como motores
eléctricos capaces de producir un par de asistencia grande por la
fuerza de asistencia que asiste la rotación del cigüeñal 5 y son
capaces de funcionar como generadores, porque los imanes
permanentes 20 se mueven a una velocidad circunferencial alta, capaz
de generar potencia a alta eficiencia. Dado que las bobinas 1 están
unidas al elemento de conexión T para mejorar la rigidez de los
cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4, las bobinas 21 se mantienen
firmemente en el elemento de conexión rígido T, lo que es ventajoso
para mantener constante el intervalo G entre el imán permanente 20 y
las bobinas 21. Igualmente, en la cuarta realización, la pestaña
A4b de la parte de soporte A4 se puede omitir, la bobina 21 del
transductor electromecánico M7 puede estar unida al elemento de
conexión T.
En la tercera realización, las bobinas 21 pueden
estar unidas solamente en el cárter 1b sin unir ninguna bobina a
los cuerpos de tapa de cojinete A1 a A4.
La bobina se puede disponer en cualesquiera
posiciones en la cámara de cigüeñal 4, a condición de que se forme
un intervalo fijo entre los imanes permanentes 20 y las bobinas
21.
Aunque el rotor 30 está dispuesto axialmente
junto a la estructura de soporte B4 en la cuarta realización, el
rotor 30 se puede montar en cualquier posición adecuada en el
cigüeñal 5 en la cámara de cigüeñal 4. En tal caso, se puede formar
un muñón adicional en el cigüeñal 5, el muñón adicional se puede
soportar en un soporte principal adicional, y el rotor 30 se puede
soportar en una parte entre el soporte adicional principal, y la
estructura de soporte B1 o B4 en el cigüeñal 5. Dado que una parte
del cigüeñal 5 que soporta el rotor 30 se soporta en los extremos
opuestos, la curva del cigüeñal 5 se puede suprimir. Si el rotor 30
se forma integralmente con el lastre de equilibrio W6a del cigüeñal
5, se puede reducir el número de piezas.
El motor de combustión interna puede ser un
motor multicilindro de combustión interna distinto de un motor de
combustión interna monocilindro o de tres cilindros. En un motor de
combustión interna que tiene cuatro o más cilindros, es fácil hacer
que los imanes permanentes 20 mantenidos en las hojas de manivela y
las bobinas 21 asociadas con los imanes permanentes 20 de algunos
transductores electromecánicos miren uno a otro mientras que el
motor de combustión interna está funcionando. Así, la operación de
asistencia de un motor eléctrico y la operación de regeneración de
un generador se pueden lograr establemente.
Aunque la tapa de cojinete 8 de las
realizaciones anteriores está provista del elemento de conexión T,
el elemento de conexión T se puede omitir. Si un bloque inferior,
es decir, un elemento de formación de cámara de cigüeñal, está
interpuesto entre el bloque de cilindro 1 y la bandeja colectora de
aceite 3, la tapa de cojinete 8 se puede formar integralmente con
el bloque inferior, lo que mejora la rigidez de la estructura de
soporte para soportar las bobinas 21 y el intervalo G se puede
mantener fácilmente constante.
Los imanes permanentes 20 en las realizaciones
anteriores están enfrente de las bobinas 21, formando el intervalo
radial G entre los imanes permanentes 20 y las bobinas 21. Los
imanes permanentes 20 pueden estar unidos a las superficies
laterales de las hojas de manivela, y las bobinas 21 pueden estar
unidas a las superficies laterales de los cuerpos de tapa de
cojinete, de modo que los imanes permanentes 20 y las bobinas estén
dispuestos axialmente uno enfrente de otro con un intervalo axial
formado entre los imanes permanentes 20 y las bobinas 21.
Las bobinas 21 se pueden mantener en toda la
circunferencia de las partes de soporte de manera que miren a los
lastres de equilibrio o el rotor 30. Aunque algunas bobinas 21
mantenidas en la tapa de cojinete 8 están sumergidas en el aceite
contenido en la bandeja colectora de aceite 3 en las realizaciones
anteriores, todas las bobinas 21 pueden estar parcial o totalmente
sumergidas en el aceite.
Aunque los imanes permanentes 20 y las bobinas
21 forman los transductores electromecánicos capaces de funcionar
como un motor eléctrico y un generador en las realizaciones
anteriores, los imanes permanentes 20 y las bobinas 21 pueden
formar motores incapaces de generar potencia o de ser un generador.
El motor eléctrico o el generador según la presente invención
pueden ser cualquier tipo de motor eléctrico CA o cualquier tipo de
generador CC.
Un motor de combustión interna (E) incluye un
cigüeñal (5), y una tapa de cojinete (8) que soporta el cigüeñal
(5) para rotación. Imanes permanentes (20) que sirven como elementos
de creación de campo magnético están unidos a los lastres de
equilibrio (W1a a W6a) formados integralmente con las hojas (W1 a
W6) del cigüeñal (5). Unas bobinas (21) están unidas a los cuerpos
de tapa de cojinete (A1 a A4) de la tapa de cojinete (8). Los
imanes permanentes (20) y las bobinas (21) forman transductores
electromecánicos (M1 a M6). Se puede formar y mantener un pequeño
intervalo entre los imanes permanentes (20) y las bobinas
correspondientes (21) con fiabilidad sin implicar un aumento
sustancial del tamaño del motor de combustión interna. Los
transductores electromecánicos (M1 a M6) se controlan según el modo
operativo del motor de combustión interna de manera que sirvan como
motores eléctricos o generadores.
Claims (10)
1. Un motor de combustión interna incluyendo: un
bloque de cilindro (1),
un cigüeñal (5),
una tapa de cojinete (8) fijada a dicho bloque
de cilindro con el fin de mantener dicho cigüeñal (5) para rotación
en dicho bloque de cilindro (1),
un elemento de formación de cámara de cigüeñal
(1b, 3) formando una cámara de cigüeñal (4),
elementos de creación de campo magnético (20)
fijados a partes de dicho cigüeñal (5) en dicha cámara de cigüeñal
(4) de manera que no se muevan con relación a dicho cigüeñal (5),
y
bobinas (21),
formando dichos elementos de creación de campo
magnético (20) y dichas bobinas (21) al menos motores eléctricos,
generadores o transductores electromecánicos (M1 - M6),
caracterizado porque
dichas bobinas (21) se mantienen en dicha tapa
de cojinete (8) en dicha cámara de cigüeñal (4).
2. El motor de combustión interna según la
reivindicación 1, donde dicha tapa de cojinete (8) incluye una
pluralidad de cuerpos de tapa de cojinete (A1-A4) y
un elemento de conexión (T) que conecta dichos cuerpos de tapa de
cojinete (A1-A4), y dichas bobinas (21) están
dispuestas en el lado de un eje (L) de dicho cigüeñal (5) con
respecto a dicho elemento de conexión (T).
3. El motor de combustión interna según la
reivindicación 1 o 2, donde dicha tapa de cojinete (8) incluye una
pluralidad de cuerpos de tapa de cojinete (A1-A4) y
un elemento de conexión (T) que conecta dichos cuerpos de tapa de
cojinete (A1-A4), y dichas bobinas (21) se mantienen
en dicho elemento de conexión (T).
4. El motor de combustión interna según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dichos elementos de
creación de campo magnético (20) se mantienen en lastres de
equilibrio (W1a-W6a) incluidos en dicho cigüeñal
(5).
5. El motor de combustión interna según la
reivindicación 4, donde dichos lastres de equilibrio
(W1a-W6a) tienen forma de un sector y dichos
elementos de creación de campo magnético (20) se mantienen en una
parte periférica de cada uno de dichos lastres de equilibrio
(W1a-W6a), estando dicha parte periférica muy
separada de un eje de rotación (L) de dicho cigüeñal (5).
6. El motor de combustión interna según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde dichos elementos de
formación de cámara de cigüeñal (1b, 3) incluyen una bandeja
colectora de aceite (3), y dichas bobinas (21) están sumergidas en
aceite contenido en dicha bandeja colectora de aceite (3).
7. El motor de combustión interna según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde bobinas adicionales
(21) se mantienen en dicho elemento de formación de cámara de
cigüeñal (1b) en dicha cámara de cigüeñal (4).
8. El motor de combustión interna según la
reivindicación 7, donde dichas bobinas adicionales (21) se mantienen
en dicha cámara de cigüeñal (4) de modo que un intervalo entre
dichos elementos de creación de campo magnético (20) y dichas
bobinas adicionales (21) se pueda mantener constante.
9. El motor de combustión interna según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde dichas bobinas (21)
se mantienen fijamente en un lado radialmente exterior de dicha tapa
de cojinete (8) en posiciones opuestas a dichos elementos de
creación de campo magnético (20), respectivamente, a lo largo de un
arco circular que se extiende periféricamente desde dicho lado
radialmente exterior.
10. El motor de combustión interna según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde dichas bobinas (21)
están dispuestas en unas posiciones tales que estén en contacto con
aceite que lubrica una estructura de soporte para dicho cigüeñal
(5).
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