ES2317495T3 - Sistema de inyeccion de combustible para motores de combustion interna de dos tiempos. - Google Patents
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Abstract
Sistema de inyección de combustible para un motor de combustión interna de dos tiempos (1) elásticamente alojado en un compartimiento y que comprende un carburador (30) con el cual están asociados un puerto de admisión (9) para la mezcla de aire/combustible y unos medios de distribución fijados a un sistema de acumulación de combustible (25) que comunica con una primera abertura (14) colocada por debajo del puerto de admisión (9) y con una segunda abertura (15) colocada por encima del puerto de admisión (9), abriéndose dichas aberturas (14, 15) alternativamente por la falda del pistón (3), caracterizado porque comprende un colector de admisión elástico no conductor del calor (22) colocado entre el carburador (30) fijado a la pared (40) del compartimiento que aloja al motor (1) y unos medios de distribución del combustible conectados al sistema de acumulación de combustible (25), comprendiendo dicho colector de admisión elástico no conductor del calor (22) una parte de un conducto de alimentación del combustible (10) interceptado por dichos medios de distribución y un canal (23) en comunicación fluídica con dicho puerto de admisión (9).
Description
Sistema de inyección de combustible para motores
de combustión interna de dos tiempos.
La presente invención se refiere a un sistema de
inyección de combustible para motores de combustión interna de dos
tiempos.
A partir del documento WO 00/11334 y del
documento US 2001/0032601 son conocidos los motores de combustión
interna de dos tiempos que comprenden un cárter y un cilindro unido
al cárter. El puerto de admisión se abre en la zona entre la base
del cilindro y el cárter y se origina a partir del carburador el
cual alimenta una mezcla "pobre", esto es con aire en exceso
de estequiometría, el propósito del cual es lubricar los mecanismos
del cigüeñal del cárter y proporcionar aire para la combustión. Un
pistón alternativo está colocado en el interior del cilindro para
arrastrar la mezcla pobre en el interior del cárter durante su
ascenso y transferir dicha mezcla al cilindro a través de un
conducto de transferencia entre el cárter y el cilindro durante su
descenso. Por lo menos un puerto de escape está presente enfrente
del puerto de admisión.
Está previsto un sistema de inyección que
comprende un conducto de admisión de combustible el cual alimenta
un sistema de acumulación que comprende un conducto de acumulación
que presenta una primera abertura y una segunda abertura las cuales
comunican con el cilindro respectivamente por debajo y por encima
del puerto para la admisión de la mezcla en el interior del
cilindro. La falda del pistón sucesivamente abre y cierra las dos
aberturas mientras el pistón se desplaza con movimiento alternativo
en el interior del cilindro.
Antes de su inyección en el interior del
cilindro a través de la segunda abertura, el combustible se acumula
en el interior del sistema de acumulación, desde el cual es
inyectado en el interior del cilindro mediante una onda de presión
generada por la explosión de la mezcla en el interior del cilindro.
La onda de presión penetra en el interior del conducto de
acumulación a través de la segunda abertura y pasa a lo largo de
ella hasta la primera abertura, la cual está bloqueada por la falda
del pistón. Desde aquí, se eleva a lo largo del conducto para
arrastrar el combustible, el cual es inyectado de ese modo en el
interior del cilindro. El combustible generalmente es inyectado en
el interior del combustible cuando el pistón está en o ligeramente
antes de su punto muerto inferior y con la primera abertura
bloqueada.
Para inyectar la cantidad correcta de
combustible en el interior del cilindro, la cantidad acumulada en el
acumulador debe ser medida adecuadamente antes de la inyección en
el interior del cilindro.
Para conseguir esto, se utilizan dispositivos de
dosificación controlada que consisten generalmente en un
distribuidor electrónico para el combustible que se origina a partir
del carburador. Dicho distribuidor electrónico debe ser altamente
preciso en términos tanto del tiempo como de la cantidad y no sólo
es de una construcción altamente compleja sino también muy
voluminoso.
Además, puesto que el carburador se debe
mantener a una temperatura sustancialmente inferior que la
temperatura del compartimiento del motor, dicho carburador está
colocado fuera del compartimiento del motor a una distancia
adecuada del motor, al cual está conectado mediante un colector de
una longitud suficiente para dispersar el calor y también colocado
fuera del compartimiento del motor.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un sistema de inyección de combustible para motores de
combustión interna el cual está provisto de unos medios para la
dosificación del combustible de pequeño tamaño y funcionamiento
elemental y puede ser utilizado en herramientas portátiles provistas
de un compartimiento que aloja el motor relativamente pequeño,
tales como tijeras de podar, segadoras, sierras de cadena,
sopladores de césped y similares.
Este objetivo se alcanza mediante un sistema de
inyección de combustible para motores de combustión interna de dos
tiempos según la reivindicación 1.
Las reivindicaciones subordinadas definen formas
de realización preferidas y particularmente ventajosas del sistema
de inyección de combustible para motores de combustión interna de
dos tiempos según la invención.
Las características y ventajas adicionales de la
invención se pondrán más claramente de manifiesto al leer la
siguiente descripción, proporcionada a título de ejemplo no
limitativo, haciendo referencia a las figuras de los dibujos
adjuntos, en las cuales:
las figuras 1A-1E muestran
esquemáticamente una sección axial a través de un motor que
incorpora un sistema de inyección de combustible con el pistón en
diferentes posiciones funcionales adoptadas durante el ciclo;
la figura 2 muestra la brida del sistema de
inyección de la presente invención, vista en el lado del
carburador;
la figura 3 es una vista en sección por la línea
III-III de la figura 2;
la figura 4 muestra la vista desde IV de la
figura 2;
la figura 5 muestra la sección
V-V de la figura 4;
la figura 6 es una vista en perspectiva del
colector de admisión.
\vskip1.000000\baselineskip
Dichas figuras muestran un sistema de inyección
de combustible para un motor de combustión interna 1 según la
presente invención.
El motor 1 es un motor de dos tiempos que
comprende un cilindro 2, un pistón 3, una biela 4 conectada al
cigüeñal, un cárter 5, un conducto de transferencia 24 (figuras 1D,
1E) entre el cárter 5 y el cilindro 2 y un sistema de inyección de
combustible 6.
Una bujía de la chispa de encendido (no
representada) está asociada con la culata del cilindro 2; el extremo
inferior del cilindro comunica libremente con el cárter 5.
La cámara de combustión 7 está prevista en la
culata. El puerto de escape 8 y el puerto de admisión de la mezcla
de aire y combustible 9 están colocados opuestos entre sí en la
parte central del cilindro 2.
Según la invención, la alimentación de la mezcla
de aire y combustible al cárter 5 es una mezcla pobre, esto es con
aire en exceso de estequiometría, siendo su propósito lubricar
además de suministrar aire para combustión.
Esta mezcla está compuesta de combustible el
cual se mezcla en forma de gotas muy pequeñas con aire en un
carburador 30, representado para simplificar únicamente en la figura
1. El carburador 30 es el tipo de diafragma ya que puede funcionar
en cualquier posición y no vierte combustible durante la
manipulación o durante el transporte. Comprende esencialmente una
cámara 31 en el interior de la cual llega el combustible bajo
presión a través de un conducto 32 interceptado por una válvula de
aguja 33 accionada por un diafragma 34, un conducto de admisión de
aire 35 que comunica con un conducto de succión 36 asociado con el
puerto de admisión 9 y un primer conducto 37 y un segundo conducto
38 para arrastrar combustible desde la cámara 31 hacia
respectivamente el conducto de succión 36 y un conducto de
alimentación del combustible 10 que pertenece al sistema de
inyección de combustible 6.
El conducto de alimentación del combustible 10
está interceptado por unos medios de válvula 11, descritos en
detalle a continuación en la presente memoria, y comunica con un
sistema de acumulación 25 al cual está conectado.
El sistema de acumulación 25 comprende un
conducto de acumulación 12 que comunica con una primera abertura la
cual comunica con el cárter 5 y con una segunda abertura 15 la cual
comunica con el interior del cilindro 2, estando separadas y
colocadas estas aberturas respectivamente por debajo y por encima
del puerto de admisión de la mezcla 9.
La falda del pistón 3 está conformada para abrir
la primera abertura 14 y la segunda abertura 15 en sucesión durante
el ascenso del pistón y viceversa durante su descenso.
Según la presente invención, el conducto de
acumulación 12 también comunica con un rebaje 16 conformado para
recibir en un ajuste exacto, en la proximidad de la segunda abertura
15, los medios de válvula 11 los cuales interceptan el conducto de
alimentación del combustible 10.
En la forma de realización representada en las
figuras 1 a 3, el conducto de acumulación 12 está asociado con una
brida de resina termoendurecible 13 fijada al motor y en la cual
está previsto dicho rebaje 16.
Un colector que no conduce el calor 22 fijado
herméticamente a la brida 13 comprende una base rígida 22a fijada
herméticamente a la brida 13, una parte intermedia 22b de un
material sintético elásticamente deformable y una brida 22c fijada
entre el carburador 30 y la pared 40 del compartimiento que aloja el
motor 1, estando formada en la parte intermedia 22b una parte del
conducto de alimentación del combustible 10 y un canal 23 que
termina en el puerto de admisión de la mezcla de aire y combustible
9 (figura 1A).
Según la invención, este extremo 22c de la parte
intermedia del colector 22 asociado con el carburador 30 está
perfilado para cooperar con aquella parte de la pared 40 del
compartimiento de alojamiento del motor la cual sostiene el
carburador 30, colocado fuera del compartimiento del motor (figura
1A).
Puesto que el colector 22 está fabricado de un
material que no conduce el calor, es capaz de aislar térmicamente
el carburador 30 del motor 1, el cual alcanza una elevada
temperatura durante el funcionamiento.
El colector 22 es de un tamaño global pequeño de
tal forma que puede ser alojado, como se ilustra en la forma de
realización, en el interior del compartimiento que aloja al motor 1
(figura 1A).
Los medios de válvula 11 se abren, para aplicar
succión al conducto de acumulación 12 para el combustible presente
en el conducto 10, mediante el vacío creado en el conducto 12 a
través de la primera abertura 14.
La operación de abertura se describe con más
detalle a continuación en la presente memoria.
Según la forma de realización preferida de la
presente invención representada en las figuras 1 a 3, los meses de
válvula 11 comprende un cuerpo de la válvula 17 provisto de un paso
18 y una cuchilla flexible 19 para cerrar este paso 18 en la
dirección del conducto 10 (figura 3).
En la forma de realización de las figuras 1 a 3,
la cuchilla flexible 19 está fabricada de metal y está fijada en un
extremo del cuerpo de la válvula 17, para apoyarse periféricamente
contra el cuerpo de la válvula 17.
Sin embargo, se puede utilizar cualquier otro
material para la cuchilla 19 con tal de que sea flexible.
Esencialmente, la cuchilla flexible 19 puede
flexionar únicamente en un lado ya que la parte periférica que se
apoya contra el cuerpo de la válvula 17 evita que la cuchilla
flexible 19 se doble en la otra dirección.
En el ejemplo, la flexión tiene lugar hacia el
interior del conducto de acumulación 12.
En aquel lado enfrentado al conducto de
alimentación del combustible 10, la cuchilla flexible 19 está
constantemente humedecida por el combustible el cual está aislado
del conducto de acumulación 12 cuando la cuchilla está en su
posición de cierre.
Por consiguiente, las aberturas primera y
segunda 14, 15 se comunican entre sí a través del conducto de
acumulación 12 incluso cuando la cuchilla flexible 19 está en su
posición de cierre.
Según la presente invención, el combustible
presente en el conducto de alimentación del combustible 10, y el
cual humedece la cuchilla flexible 19, pasa a través del paso 18 en
el cuerpo de la válvula 17 cuando, en ese lado de la cuchilla
flexible 19 opuesto al que está humedecido por el combustible, se
crea un vacío suficiente para que la cuchilla flexible 19 flexe y
abra el paso 18 (figura 3).
Esencialmente, los medios de válvula 11 se abren
simplemente por la diferencia en la presión ejercida en los lados
opuestos de la cuchilla flexible 19. Por consiguiente, la elección
del material y el grueso de la cuchilla flexible 19 se realizará
sobre la base del grado deseado de abertura para un vacío
determinado presente en el lado enfrentado al conducto de
acumulación 12.
Pueden estar previstos unos medios adecuados
para la limitación de la abertura de la cuchilla 19, tales como una
tira rígida 20 fijada en un extremo al cuerpo de la válvula 17 para
limitar el ángulo de abertura de la cuchilla 19 (figura 3).
Como se representa en las figuras 2 y 3, tanto
la cuchilla flexible 19 como la tira rígida 20 están fijadas al
cuerpo de la válvula 17 por unos medios de fijación comunes tales
como un remache 21.
El funcionamiento del motor de dos tiempos es
como sigue, haciendo referencia a las figuras 1A a 1E:
- -
- una etapa de compresión (figura 1A), en la cual el pistón 3 se eleva hasta su punto muerto superior, durante la cual abre la primera abertura 14 y el puerto de admisión 9 y cierra la segunda abertura 15 y el puerto de escape 8. Durante la elevación que empieza a partir del punto muerto inferior, la presión en el cárter 5 cae por debajo de la atmosférica. De este modo, cuando la primera abertura 14 se abre, no sólo se libera la presión presente en el conducto de acumulación 12, sino que también se crea vacío. Este vacío abre la cuchilla flexible 19 y arrastra el combustible desde el conducto 10 y al interior del conducto de acumulación 12; inmediatamente después de esto, durante la elevación el puerto de admisión 9 también se abre, a través del cual se arrastra la nueva mezcla pobre;
- -
- una etapa de combustión (figura 1B), en la cual el pistón 3 está próximo a su punto muerto superior, una chispa en la cámara de combustión 7 enciende la mezcla de combustible y aire la cual ha sido comprimida por encima del pistón 3. La presión en el cárter 5 y la presión en el conducto de acumulación 12 en la segunda abertura 15 no cambia ya que la cuchilla flexible 19 está cerrada mediante un retorno elástico ayudado por la presión de la combustión. La combustión en la cámara de combustión 7 causa que los gases se expandan, para forzar al pistón 3 hacia abajo;
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
- -
- una etapa de expansión (figura 1C), en la cual el pistón 3 desciende para cerrar la abertura de salida 15, el puerto de escape y el puerto de admisión 9, mientras se abre la abertura de entrada 14. La mezcla pobre previamente inspirada es comprimida en el interior del cárter 5 y, a través de la primera abertura 14, también en el conducto de acumulación 12 en donde ya está presente el combustible;
- -
- una etapa de escape (figura 1D), en la cual mientras continúa descendiendo el pistón 3 abre el puerto de escape 8, entonces durante el descenso cierra el puerto de admisión 9 y la primera abertura 14, mientras abre la segunda abertura 15; mientras los gases de escape a alta presión están siendo expulsados de la abertura de escape 8, transfieren parte de su energía al interior del conducto de acumulación 12 a través de la segunda abertura 15 en la forma de onda de presión; la mezcla también se empieza a transferir desde el cárter 5 hasta la cámara de combustión 7 a través del conducto de transferencia 24;
- -
- una etapa de inyección (figura 1E), en la cual el pistón 3 se eleva desde su punto muerto inferior, para cerrar el puerto de admisión 9 y la primera abertura 14. La onda de presión atrapada en el conducto de acumulación 12 alcanza el extremo opuesto que corresponde a la primera abertura cerrada 14, vuelve de vuelta y arrastra con ella el combustible acumulado en el conducto de acumulación 12, el cual es inyectado a alta velocidad en el interior de la cámara de combustión 7 para repetir la etapa de combustión, y así sucesivamente. Cuando el combustible es inyectado, la presión en la cámara de combustión 7 está próxima a la atmosférica.
En virtud de la onda de presión la cual inyecta
el combustible a una alta velocidad, este último sufre una
atomización la cual mejora el rendimiento del motor y por
consiguiente el consumo de combustible, minimizando de ese modo el
consumo y reduciendo la contaminación debida a pérdidas del barrido
de los gases quemados.
El combustible puede ser inyectado a lo largo de
una dirección deseada conformando adecuadamente la segunda abertura
15.
Como se ha establecido, la brida 13 está
fabricada a partir de una resina termoendurecible.
En la forma de realización de las figuras 3 a 6,
la brida 13 está fabricada de aluminio, un material el cual ha
demostrado ser particularmente conveniente debido a su capacidad
térmica que facilita conseguir la temperatura de trabajo dentro de
un tiempo mucho más corto que con la resina termoendurecible.
A este respecto, se ha encontrado que con una
brida de aluminio 23, la temperatura de trabajo de 60ºC se alcanza
en aproximadamente 10 segundos, contra los aproximadamente 120
segundos requeridos con una resina termoendurecible. La utilización
de una brida de aluminio resulta en una simplificación considerable
de la construcción porque la válvula entera 11, esto es el asiento
de la válvula 17, la cuchilla flexible 19 y la tira rígida 20, se
pueden fijar directamente sobre el colector de caucho 22 en lugar de
sobre la brida 13.
En este caso el colector 22 comprende, en aquel
extremo en contacto con la brida 13, una placa de refuerzo 22d
(visible en la figura 5) incorporada en el interior de la pieza de
caucho.
Haciendo particular referencia a la forma de
realización representada en las figuras 4 a 6, en las cuales se
utilizan los mismos números de referencia para piezas que
corresponden a aquellas de las figuras 1 a 3, la placa 22d se puede
ver incorporada en el interior de la base del colector de caucho 22
y atravesada por el paso 18 el cual en la figura 3 estaba colocado
en el cuerpo de la brida 13 y el cual ahora permite que el
combustible alcance el puerto 15 a través del cual es alimentado al
interior del cilindro.
La figura 5 muestra también el puerto de
admisión 9, el conducto de acumulación 12 y el orificio 14 mediante
el cual se abre en el interior del cilindro a través de un paso
indicado por líneas discontinuas en la figura y que se extiende en
el interior de la brida 13 en un plano diferente del plano de la
sección.
Como se puede apreciar a partir de la
descripción, el sistema de inyección de combustible para un motor de
combustión interna según la presente invención satisface los
requisitos y supera los inconvenientes de la técnica conocida
establecida en la introducción a la descripción.
A este respecto, el sistema de inyección de
combustible para un motor de combustión interna según la presente
invención presenta unos medios de válvula de construcción elemental
que no requieren mantenimiento alguno durante la utilización
normal, son extremadamente simples y son activados directamente por
el vacío que se forma en el conducto de acumulación, para
proporcionar una cantidad de combustible alimentado garantizada y
un tiempo de funcionamiento comparable con aquél de los sistemas de
distribución electrónicos más complejos de la técnica conocida.
Además, el colector de admisión que no conduce
el calor según la invención puede estar totalmente alojado en el
interior del compartimiento del motor para reducir adicionalmente
los requisitos de espacio globales.
Un experto en la materia puede aplicar numerosas
modificaciones y variantes al sistema de inyección de combustible
de un motor de combustión interna anteriormente descrito para
satisfacer eventuales requisitos específicos, estando comprendidos
todos ellos, sin embargo, dentro del alcance de protección de la
invención, tal como se define mediante las siguientes
reivindicaciones.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Claims (12)
1. Sistema de inyección de combustible para un
motor de combustión interna de dos tiempos (1) elásticamente
alojado en un compartimiento y que comprende un carburador (30) con
el cual están asociados un puerto de admisión (9) para la mezcla de
aire/combustible y unos medios de distribución fijados a un sistema
de acumulación de combustible (25) que comunica con una primera
abertura (14) colocada por debajo del puerto de admisión (9) y con
una segunda abertura (15) colocada por encima del puerto de admisión
(9), abriéndose dichas aberturas (14, 15) alternativamente por la
falda del pistón (3), caracterizado porque comprende un
colector de admisión elástico no conductor del calor (22) colocado
entre el carburador (30) fijado a la pared (40) del compartimiento
que aloja al motor (1) y unos medios de distribución del combustible
conectados al sistema de acumulación de combustible (25),
comprendiendo dicho colector de admisión elástico no conductor del
calor (22) una parte de un conducto de alimentación del combustible
(10) interceptado por dichos medios de distribución y un canal (23)
en comunicación fluídica con dicho puerto de admisión (9).
2. Sistema de inyección según la reivindicación
1, en el que dicho colector (22) comprende una base rígida (22a)
fijada de forma hermética a una brida (13) para la unión al motor,
una pieza intermedia (22b) de material sintético elásticamente
deformable y una brida (22c) fijada entre el carburador (30) y la
pared (40) del compartimiento que aloja al motor (1), estando
formada en la pieza intermedia (22b) una parte del conducto de
alimentación del combustible (10) y un canal (23) que termina en el
puerto de admisión de la mezcla de aire/combustible (9) a través de
dichos medios de distribución y de la brida de ayuda (13).
3. Sistema de inyección según la reivindicación
2, en el que dicha brida (13) está provista de unos orificios que
comunican con dichas primera abertura (14) y segunda abertura (15),
en las cuales termina el sistema de acumulación (25).
4. Sistema de inyección según la reivindicación
2, en el que dichos medios de distribución comprenden en el
interior de la brida (13) un rebaje (16) conformado para alojar como
un ajuste exacto medios de válvula (11) colocados entre el sistema
de acumulación (25) y el conducto de alimentación del combustible
(10), abriéndose dichos medios de válvula (11) directamente
mediante el vacío que se puede percibir en dicha segunda abertura
(15) mediante el cual el combustible es arrastrado desde el conducto
de alimentación del combustible (10) y al interior del sistema de
acumulación (25).
5. Sistema de inyección según la reivindicación
4, en el que dichos medios de válvula (11) comprenden un cuerpo de
la válvula (17) provisto de un paso (18) y una cuchilla flexible
(19) dispuesta para cerrar dicho paso (18) en la dirección del
sistema de acumulación (25).
6. Sistema de inyección según la reivindicación
5, en el que dicha cuchilla flexible (19) está fijada en un extremo
al cuerpo de la válvula (17).
7. Sistema de inyección según la reivindicación
5, en el que dichos medios de válvula (11) comprenden asimismo unos
medios (20) para limitar la abertura de dicha cuchilla flexible
(19).
8. Sistema de inyección según la reivindicación
7, en el que dichos medios que limitan la abertura comprenden una
tira rígida (20) fijada en un extremo al cuerpo de la válvula
(17).
9. Sistema de inyección según la reivindicación
1, en el que dicha segunda abertura (15) está conformada para
inyectar el combustible en el interior del cilindro (2) a lo largo
de una dirección predeterminada.
10. Sistema de inyección según la reivindicación
1, en el que la brida (13) es de aluminio.
11. Sistema de inyección según la reivindicación
5, caracterizado porque dicha cuchilla flexible (19) está
fijada al colector (22).
12. Sistema de inyección según la reivindicación
5, caracterizado porque dicha tira fija (20) está fijada al
colector (22).
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