ES2333028T3

ES2333028T3 - Disposicion mecanica de distribucion de gas que cambia automaticamente la regulacion de las valvulas de inyeccion de gas de escape.

Info

Publication number: ES2333028T3
Application number: ES05756022T
Authority: ES
Inventors: Arnis Treijs
Original assignee: MOTORCIKLS SIA
Current assignee: MOTORCIKLS SIA
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2010-02-16
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: EP1781904B1; LV13238B; ATE443200T1; DE602005016691D1; EP1781904A1; WO2006014098A1

Abstract

Dispositivo de distribución de gas, el cual cambia automáticamente la regulación de las válvulas de admisión y emisión con respecto a la carga, aplicada al árbol del motor y a la velocidad del árbol, caracterizado porque está configurado como cuatro engranajes helicoidales (19, 20, 25 y 27) acoplados de modo permanente, donde la dirección de la espiral de los dientes de los engranajes (19) y (20) es opuesta a la dirección de la espiral de los dientes de los engranajes (25 y 27), de forma que la fuerza centrífuga del peso (17), que comprime resorte (24) del regulador y que provoca que el buje de deslizamiento (28) se deslice sobre el engranaje (22), induce el desplazamiento axial de los engranajes (19 y 25) con la basculación correspondiente de los engranajes (20 y 27), y de los respectivos árboles de levas (21 y 26), cada uno en direcciones opuestas, induciendo de esta forma una regulación de las válvulas de admisión y emisión más amplia.

Description

Disposición mecánica de distribución de gas que cambia automáticamente la regulación de las válvulas de inyección de gas de escape.

Campo técnico

La invención se refiere al campo de la industria de la ingeniería mecánica, más concretamente a la mejora en la configuración del dispositivo de distribución de gas de un motor de combustión interna. En la disposición mecánica propuesta para el motor de combustión interna, la regulación de las válvulas de inyección y de escape de gas se produce de modo automático en relación con la carga aplicada al árbol del motor y a la velocidad del árbol.

Técnica antecedente

La función del mecanismo de regulación de las válvulas de gas está en la inyección sincronizada de la mezcla del combustible - aire o aire en los cilindros del motor y en la extracción de los gases de la combustión desde ellos. La configuración del mecanismo y los parámetros varían dependiendo del número de cilindros, de su volumen o del modo uso del motor. Los motores de vehículos están generalmente equipados con el mecanismo de válvulas, el cual asegura un completo intercambio de los gases a una gran velocidad del motor, cuando el motor está alcanzando la potencia máxima.

Los procesos de inyección y de escape son el resultado de las válvulas coordinadas, del mecanismo de accionamiento y del funcionamiento de los árboles de levas. La eficiencia del mecanismo de regulación de las válvulas de gas se evalúa en el supuesto del motor de múltiples cilindros mediante el coeficiente de admisión y la uniformidad de cada admisión de los cilindros. Para obtener las mejores admisión y emisión de gases de la combustión de los cilindros, tanto las válvulas de admisión como de emisión deben ser abiertas y cerradas antes o después de que el pistón cambie su carrera en los puntos muertos. El ángulo de apertura y cierre de las válvulas se asigna dependiendo del ángulo de rotación del cigüeñal.

Los valores máximos de la carrera del pistón y del área del orificio, así como la regulación de las válvulas no especifican de modo concreto el rendimiento de las válvulas y el funcionamiento del mecanismo de regulación de las válvulas. Un parámetro tal como el de "sección transversal por tiempo", el cual se refiere al área del orificio así como a la duración del paso de flujo, puede ser utilizado con una finalidad de evaluación más completa, cuyos mecanismos conocidos en general de regulación de las válvulas del motor de combustión interna se presentan en la Fig. 1, donde: a, b, c y d - son los mecanismos con árbol de levas y válvulas en la culata; e - mecanismos con válvulas en la culata y árbol de levas por debajo; f - mecanismos con válvulas inferiores. Las posiciones de la Fig. 1 son como sigue: 1 - árbol de levas con levas; 2 - válvula; 3 - resorte; 4, 5, 6 - miembro transversal; 7 - barra de empuje; 8 - empujador cilíndrico.

Es conocido el mecanismo de regulación de las válvulas (Fig. 2a), en el que para cada cilindro hay cuatro válvulas de distribución de gas, de forma que hay un par de árboles de levas en la culata de flujo. Una de las dos está destinada a la apertura y cierre simultáneas durante el tiempo definido de los dos orificios de admisión 9 por medio de dos válvulas 10 situadas en el mismo lado de la cámara de combustión 14. Utilizando el diseño generalmente conocido, colocado con su engranaje accionado en el extremo delantero del árbol de levas, se asegura una apertura y cierre simultáneas rápidas de las válvulas de admisión 10 con el incremento de la velocidad del motor.

Problema técnico que debe ser resuelto

Constituye un objetivo de la presente invención

-: para reducir el límite de velocidad de marcha lenta, dentro del que el motor funcione de manera regular sin vibraciones;

-: para impedir el sobrecalentamiento del motor, típico de los motores de combustión de baja velocidad de 0 a 1200 rpm;

-: para conseguir la potencia máxima del motor no solo a alta velocidad, sino para asegurar la potencia máxima correspondiente para cada condición de regulación de las válvulas;

-: para obtener una mejor mezcla de aire y combustible, asegurando de esta forma una combustión más completa de la mezcla de combustible y aire, ahorrando combustible, y reduciendo también la contaminación atmosférica;

-: para obtener un coeficiente de admisión de los cilindros diferente en correspondencia con la velocidad del motor y la misma presión de compresión final de la mezcla de combustible y aire como que puede obtenerse con un grado automático de cambio de compresión.

Divulgación de la invención

El objetivo fijado se consigue mediante la sustitución del mecanismo de regulación de las válvulas generalmente conocido, por otro, el cual automáticamente modifica la regulación de las válvulas de emisión y admisión en función de la carga aplicada al motor y su velocidad, de forma que:

-: los conductos de admisión 9 y emisión 12, así como las válvulas de admisión 10 y de emisión 11 están todas situadas en la culata de flujo del motor;

-: la transmisión de potencia desde el cigüeñal hasta el engranaje 23 se lleva a cabo por el árbol 15, el engranaje 22 y el buje de deslizamiento 28 del mecanismo con la pieza transversal integrada 18, pero los dientes de los engranajes 19 y 25 tienen una dirección en espiral opuesta;

-: en engranaje 19 acciona el engranaje 20 y el árbol de levas 21, pero el engranaje 25 acciona el engranaje 27 y el árbol de levas 26;

-: los engranajes 19 y 20 tienen una dirección de la espiral opuesta con la dirección de la espiral de los dientes de los engranajes 25 y 27.

La esencia de la invención se describe en los siguientes dibujos:

- la fig. 2b muestra la disposición de conductos/válvulas de admisión 9/10 y emisión 12/11 para un cilindro y las direcciones de flujo de los gases de acuerdo con la invención, para asegurar un reglaje de las válvulas automático;

- las figs. 3a y 3b muestra una disposición de balancines 33 sobre los ejes 32 y 34 así como una disposición de levas de admisión 30 y emisión 31 sobre el árbol de levas y su interacción con las válvulas de admisión 10 y de emisión 11;

- la fig. 4 y la fig. 5 muestran los diagramas cinemáticos del dispositivo propuesto para dos posibles versiones de realización del dispositivo:

- las figs. 6a, b, c, d muestran los cambios de estado normal de fase de admisión y emisión del dispositivo propuesta durante el funcionamiento del motor en relación con la carga del motor y la velocidad: a - marcha en vacío, b - velocidad baja, c - velocidad alta, d - velocidad altísima.

Las siguientes numeraciones se emplean aplicadas a las figuras mencionadas: 9 - conducto de admisión; 10 - conducto de emisión; 11 - válvula de admisión; 12 - válvula de emisión; 13 - abertura de alimentación del combustible o de la chispa eléctrica; 14 - cámara de combustión; 15 - árbol accionado del regulador; 16 - aleta de retención; 17 - peso del regulador; 18 - pieza transversal; 19 - el engranaje con una dirección de la espiral de los dientes integrado en la pieza transversal; 20 - el engranaje que se acopla con el engranaje 19; 21 - árbol de levas del lado izquierdo; 22 - engranaje del árbol accionado del regulador; 23 - engranaje accionado del cigüeñal; 24 - resorte; 25 - el engranaje con la dirección de la espiral de los dientes opuesta al engranaje 19, integrado en la pieza transversal; 26 - árbol de levas del lado derecho; 27 - acoplamiento del engranaje con el engranaje 25; 28 - buje de deslizamiento con los dientes de engranaje internos; 29 - el engranaje integrado en la pieza transversal con dos direcciones de la espiral de los dientes, el cual en la versión de la realización del dispositivo mostrada en la fig. 5 sustituye a los dos engranajes 19 y 25 por las direcciones de la espiral de los dientes opuestas; 30 - el árbol de levas para la apertura y cierre de la válvula de admisión; 31 - la leva del árbol de levas para la apertura y cierre de la válvula de emisión; 32 y 34 - ejes; 33 - balancines fijados sobre el eje.

En el mecanismo de regulación de válvulas propuesto el engranaje 23 del regulador (fig. 4 y fig. 5) es accionado por el cigüeñal. El engranaje 20 y el árbol de levas 21, así como el engranaje 27 y el árbol de levas 26 rotan en la dirección opuesta al eje 15 del regulador. El engranaje 23, a través del árbol 15, acciona el engranaje 22, el cual está acoplado en todo momento con el buje de deslizamiento 28 de tipo engranaje. Los engranajes 19 y 25 están situados a una distancia definida uno de otro y junto con la pieza transversal 18 pueden desplazarse a lo largo del engranaje 22 en dirección axial dependiendo de la posición del peso 17. Dado que en un régimen de baja velocidad del motor la fuerza centrífuga del peso 17 es relativamente baja, la regulación de las válvulas se corresponde con el estado mostrado en la fig. 6a.

Con el incremento de la velocidad del motor, la fuerza centrífuga del peso 17 también se incrementa y, venciendo la resistencia del resorte 24, desplaza los engranajes 19 y 25, los cuales, a su vez, hacen bascular los engranajes 20 y 27, y los árboles de levas 21 y 26 cada uno en su dirección debido a la espiral opuesta de los dientes. Esto sucede porque el buje de deslizamiento 28 con los dientes internos se deslizan a lo largo del engranaje 22, haciendo bascular de esta forma en mayor medida el engranaje 20 y el árbol de levas 21 en una dirección, y el engranaje 27, accionados por el engranaje 25, en la dirección opuesta. De esta forma, gracias a la interacción de los engranajes 19, 20, 25 y 27, las levas de los árboles de levas 21 y 26 giran en direcciones opuestas, provocando de esta forma una regulación de las válvulas de admisión y emisión más amplia. La regulación de las válvulas, en este caso, se corresponde con el estado mostrado en la fig. 6b. El estado de regulación de las válvulas en regímenes de velocidades más altas se ilustra en la fig. 6c y la fig. 6d.

La velocidad del motor sobrecargado se reduce, provocando que la fuerza centrífuga del peso 17 disminuya. De esta forma, el resorte 24 a través de los engranajes 19 y 25 retrotraen los árboles de levas 21 y 26 a la posición inicial, provocando la transferencia gradual de la regulación de las válvulas desde el estado expuesto en la fig. 6d hasta el estado inferior 6c y en último término hasta los estados aún más inferiores 6b y 6a. El regulador hace retornar la regulación del gas a la posición inicial (detención) con la parada del motor.

Es evidente para la persona experta en la materia, que los engranajes 19 y 25 pueden desplazarse a lo largo del engranaje 22 en dirección axial no solo bajo la presión del peso 17 y del resorte 24. La invención puede así mismo llevarse a la práctica mediante el desplazamiento de los engranajes 19 y 25 en dirección axial utilizando una transmisión hidráulica, electrónica u otra mecánica.

Dependiendo de la aplicación del dispositivo de regulación de válvulas propuesto, por ejemplo en la calle o en el coche de carreras, la relación de transmisión y transmitida del engranaje 23 debe escogerse de forma correspondiente con la relación i = 1:1 y 1:2.

La transferencia gradual del estado mostrado en la fig. 6a al estado 6b es más adecuado para el motor preparado para su uso en ciudad, pero es más aconsejable para los coches de carreras que cambian del estado 6b al estado 6c y después al estado 6d. Así mismo, en el caso de que entren en vigor normas excepcionales de los motores en funcionamiento, la transferencia se producirá para el estado 6d incluso hasta estados más altos. El uso efectivo de la ventaja obtenida, así como el ahorro de combustible pueden conseguirse mediante la elección adecuada del engranaje de cambio y con unas relaciones de engranajes más favorables, y del tamaño del neumático.

Formas de realización preferentes

En la primera forma de realización de la invención (véase la fig. 4 y las reivindicaciones 1 a 4) el diagrama cinemático de la configuración del regulador de la regulación de las válvulas (fig. 4) está configurado como un acoplamiento permanente en forma de cuatro engranajes helicoidales 19, 20, 25 y 27, donde los pares de engranajes 19 y 20, y 25 y 27 tienen direcciones de la espiral de los dientes opuestas. La fuerza centrífuga del peso 17, que comprime el resorte 24 del regulador y que provoca que el buje de deslizamiento 28 se deslice sobre el engranaje 22, induce a los engranajes 19 y 25 al desplazamiento axial con la basculación correspondiente de los engranajes 20 y 27, y de los respectivos árboles de levas 21 y 26, cada uno en direcciones opuestas, induciendo de esta manera una regulación de las válvulas de admisión y emisión más amplia.

En la segunda forma de realización de la invención (véase la fig. 5 y las reivindicaciones 5 a 8), los engranajes 19 y 25 (tal y como se indica en la fig. 4) son sustituidos por un engranaje 29, donde su parte 19' tiene una dirección de la espiral de los dientes como el engranaje 19, pero la parte 25' tiene una dirección de la espiral de los dientes como la del engranaje 25, además, la dirección de la espiral de los dientes de la parte 19' y del engranaje 20 es opuesta a la dirección de la espiral los dientes de la parte 25' del engranaje 27.

En las dos formas de realización de la invención referidas con anterioridad, las válvulas de admisión 11 y emisión 12 de la cámara de combustión del motor están dispuestas como se muestra en la fig. 2b. Los dos árboles de levas 21 y 26 tienen un diseño similar al utilizado en el motor de los dos tipos de árboles de levas, esto es, uno para las válvulas de admisión y el otro para las válvulas de emisión por cilindro. Dicho tipo de disposición de las válvulas (fig. 2b) en la entrada crea el flujo turbulento, favoreciendo la mezcla de combustible y aire y su proceso de conducción. Al mismo tiempo en la abertura de la válvula de emisión se produce la mejor condición para la salida de los gases de escape.

En la tercera forma de realización de la invención (véase la fig. 3a) el mecanismo de regulación de las válvulas es utilizado para accionar el dispositivo de distribución de gas (fig. 4 o fig. 5). Hay unas levas de admisión 30 y de emisión 31 sobre cada uno de los árboles de levas 21 y 26, las cuales a través del eje 32 y del balancín 33 accionan las válvulas de admisión 10 y de emisión 11. Los árboles de levas 21 y 26 son basculados en direcciones opuestas cuando el motor alcanza una determinada velocidad. Esta basculación da como resultado que la leva de admisión 30 situada sobre el árbol de levas 21 a través del balancín 33, fijado sobre el eje 32, actúe sobre una de las válvulas de admisión 10. La segunda válvula de admisión 10 es accionada a través del balancín 33 mediante la leva de admisión 30, fijada sobre el segundo árbol de levas 26, el cual, accionado por el regulador (fig. 4 o fig. 5), es basculado en la dirección opuesta al árbol de levas 21. De esta forma, se lleva a cabo el desplazamiento de las levas 30 en direcciones opuestas, ofreciendo de esta manera una regulación más amplia en la admisión. La leva de emisión 31 del árbol de levas 26 a través del balancín 33 actúa sobre una de las válvulas de emisión 11, de forma que la otra válvula de emisión 11 es accionada a través del balancín 33, fijado sobre el eje 32, mediante la leva 31 fijada sobre el árbol de levas 21. La caja de engranajes (fig. 4 o fig. 5) gira los árboles de levas 21 y 26 en direcciones opuestas. De esta forma, se lleva a cabo el desplazamiento de las levas 31 en direcciones opuestas, ofreciendo de esta manera una regulación de las válvulas más amplia en la emisión.

En la cuarta forma de realización de la invención (véase la fig. 3b) el mecanismo de regulación de las válvulas es también utilizado para accionar el dispositivo de distribución de gas (fig. 4 o fig. 5). Se disponen las válvulas de admisión 30 y de emisión 31 sobre cada uno de los árboles de levas 21 y 26, los cuales, a través del eje 34 y del balancín 33, accionan las válvulas de admisión 10 y de emisión 11. Los árboles de levas 21 y 26 son basculados en direcciones opuestas cuando el motor alcanza la velocidad determinada. Esta basculación da como resultado que la leva de admisión 30 situada sobre el árbol de levas 21 actúe sobre una de las válvulas de admisión 10. La segunda válvula de admisión 10 es accionada por medio del balancín 33 por la leva de admisión 30, fijada sobre el segundo árbol de levas 26, el cual, accionado por el regulador (fig. 4 o fig. 5), es basculado en la dirección opuesta al árbol de levas 21. De esta manera se lleva a cabo el desplazamiento de las levas 30 en direcciones opuestas, proporcionando con ello una regulación de las válvulas más amplia en la admisión. El árbol de emisión 31 del árbol de levas 26 actúa sobre una de las válvulas de emisión 11, de forma que la otra válvula de emisión 11 es accionada a través del balancín 33, fijado sobre el eje 34, mediante la leva 31 fijada sobre el árbol de levas 21. La caja de engranajes (fig. 4 o fig. 5) gira los árboles de levas 21 y 26 en direcciones opuestas. De esta manera se lleva a cabo el desplazamiento de las levas 31 en direcciones opuestas, proporcionando con ello una regulación de las válvulas más amplia en la emisión.

Los efectos ventajosos del dispositivo de distribución propuesto son los siguientes:

-: el dispositivo puede realizarse sobre la base de los elementos de los mecanismos de distribución de gas existentes;

-: es posible reducir la velocidad de la marcha en vacío del motor hasta 400 rpm e incluso menos, de forma que el motor trabaje a un ritmo constante sin vibraciones;

-: en el régimen de tráfico en ciudad el consumo de combustible, así como la contaminación atmosférica, se reducen;

-: tiene lugar un intercambio de gases más completo a velocidades distintas del motor, dando como resultado el incremento de la potencia del motor y la mejora de su funcionamiento dinámico.

Bibliografía

1. Estructura del motor del tractor y automóvil. Teoría y Análisis [Tractor and motor-car engine construction. The theory and anlysis] (Ed. por Kazhoka y G. Melgavis), Riga, Zvaigzne, 1980.

2. Motores de combustión interna. Diseño y trabajo del pistón y de los motores compuestos [Internal combustion engines. Design and duty of piston and compound engines] (Ed. por A.S. Orlin, M. G. Kruglov), Moscú, Editores Mashinostrojenie, 1990.

3. M.A. Masino, V.N. Alexeev, G.V. Motovilin. Materiales para automóviles. Libro de referencia para el ingeniero mecánico [Automotive materials. Reference book for mechanical engineer]. Moscú, Editores del Transporte, 1979. r.

Claims

1. Dispositivo de distribución de gas, el cual cambia automáticamente la regulación de las válvulas de admisión y emisión con respecto a la carga, aplicada al árbol del motor y a la velocidad del árbol, caracterizado porque está configurado como cuatro engranajes helicoidales (19, 20, 25 y 27) acoplados de modo permanente, donde la dirección de la espiral de los dientes de los engranajes (19) y (20) es opuesta a la dirección de la espiral de los dientes de los engranajes (25 y 27), de forma que la fuerza centrífuga del peso (17), que comprime resorte (24) del regulador y que provoca que el buje de deslizamiento (28) se deslice sobre el engranaje (22), induce el desplazamiento axial de los engranajes (19 y 25) con la basculación correspondiente de los engranajes (20 y 27), y de los respectivos árboles de levas (21 y 26), cada uno en direcciones opuestas, induciendo de esta forma una regulación de las válvulas de admisión y emisión más amplia.

2. Dispositivo de distribución de gas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el engranaje (19) dirige el engranaje (20) y el árbol de levas (21), pero el engranaje (25) dirige el engranaje (27) y el árbol de levas (26).

3. Dispositivo de distribución de gas, de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la transmisión de potencia desde el cigüeñal al engranaje (23) se lleva a cabo mediante el eje (15) del regulador, el engranaje (22) y el buje de deslizamiento (28) con la pieza transversal integrada (18) y los engranajes (19 y 25) con las direcciones de la espiral de los dientes opuestas.

4. Dispositivo de distribución de gas, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conducto de admisión (9) y el conducto de emisión (12), así como la válvula de admisión (10) y la válvula de emisión (11) están todos dispuestos en la culata del motor, de forma que cada cilindro tiene cuatro válvulas de distribución de gas, dispuestas de forma transversal las una con relación a las otras: dos válvulas de admisión (10) y dos válvulas de emisión (11) y dos árboles de levas (21 y 26); en consecuencia, las levas de los árboles de levas interfieren directamente con las válvulas de admisión (10) y con las válvulas de emisión (11), en dicha interacción entre las levas de los árboles de leva y los árboles de levas, hay unos colectores, uno de admisión y otro de descarga fijados al conducto de admisión (9) y al conducto de emisión (12) correspondientes a cada lado de la culata de flujo del cilindro.

5. Dispositivo de distribución de gas, el cual cambia automáticamente la regulación de las válvulas de admisión y emisión con respecto a la carga, aplicada al árbol del motor y a la velocidad del árbol, caracterizado porque está configurado como tres engranajes helicoidales (20, 27 y 29) acoplados de modo permanente, donde la dirección de la espiral de los dientes de la parte (19') del engranaje (29) y del engranaje (20) es opuesta a la dirección de la espiral de los dientes de la parte (25') del engranaje (29) y del engranaje (27), de forma que la fuerza centrífuga del peso (17), que comprime el resorte (24) del regulador y que provoca que el buje de deslizamiento (28) se deslice sobre el engranaje (22), induce el desplazamiento axial de la parte (19' y 25') del engranaje con la correspondiente basculación de los engranajes (20 y 27), con respecto a los árboles de levas (21 y 26), cada uno en direcciones opuestas, induciendo de esta manera una regulación de las válvulas de admisión y emisión más amplia.

6. Dispositivo de distribución de gas, de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la parte (19') del engranaje dirige el engranaje (20) y el árbol de levas (21), pero la parte (25') del engranaje dirige el engranaje (27) y el árbol de levas (26).

7. Dispositivo de distribución de gas, de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque la transmisión de potencia del cigüeñal al engranaje (23) se lleva a cabo mediante el eje (15) del regulador, el engranaje (22) y el buje de deslizamiento (28) con la pieza transversal integrada (18) y las partes (19' y 25') del engranaje con direcciones de la espiral de los dientes opuestas.

8. Dispositivo de distribución de gas de acuerdo con las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el conducto de admisión (9) y el conducto de emisión (12) y la válvula de admisión (10) y la válvula de emisión (11) están todos dispuestos en la culata del motor, de forma que cada cilindro tiene cuatro válvulas de distribución de gas, dispuestas en sentido transversal unas con respecto a otras: dos válvulas de admisión (10) y dos válvulas de emisión (11) y dos árboles de levas (21 y 26); en consecuencia, las levas de los árboles de levas interfieren directamente con las válvulas de admisión (10) y las válvulas de emisión (11) en dicha interacción entre las levas de los árboles de levas y los árboles de levas hay unos colectores, uno de admisión y otro de descarga, fijados al conducto de admisión (9) y al conducto de emisión (12) correspondientes a cada lado de la culata de flujo del cilindro.