ES2348516T3 - Un sistema de escape mejorado de un motor de encendido por chispa de cuatro tiempos de un solo cilindro. - Google Patents

Abstract

Un vehículo comprendiendo un sistema de escape para mejorar las características del par de un motor, comprendiendo el sistema de escape un colector de escape de longitud fija con un primer extremo (12) conectado a una lumbrera de escape de dicho motor, una cámara (14) de volumen predeterminado, un silenciador (15) y un tubo colector (1) conectando dicho primer extremo (12) de dicho colector de escape y dicho silenciador (15) caracterizado por el hecho de que dicho motor es un motor de cuatro tiempos de un solo cilindro y dicha cámara (14) es una cámara de mejora del par motor (14) para mejorar el par en un rango de velocidades del motor más bajo seleccionado y está conectado al tubo colector (1) y situado externamente a dicho tubo colector (1) entre dicho primer extremo (12) del colector de escape y dicho silenciador (15) en un punto entre el 40% y el 60% a lo largo de la longitud desarrollada del tubo colector (1).

Description

Un sistema de escape mejorado de un motor de encendido por chispa de cuatro tiempos de un solo cilindro.

La presente invención se refiere a un vehículo comprendiendo un sistema de escape para mejorar las características del par de un motor, en particular de un motor de encendido por chispa de cuatro tiempos de un solo cilindro.

La invención se refiere también a la mejora en un sistema de escape de un vehículo, en particular en vehículos que usan un motor de encendido por chispa de cuatro tiempos de un solo cilindro, lo cual resulta en un rendimiento mejorado.

Más particularmente, la invención habilita una mejora en la producción del par motor a velocidades de motor inferiores. Por ejemplo, el solicitante ha diseñado motores que utilizan la invención en la cual las mejoras del par se han hecho a velocidades de motor que varían de 3000 a 5000 r.p.m., lo cual es típicamente una zona de transmisión de vehículo normal, mientras que se siguen consiguiendo rendimientos de alta potencia a mayores velocidades del motor. Esta invención es especialmente útil para motores usados como motores primarios para dos y tres vehículos con ruedas. Para simplificar la explicación, una referencia a "vehículos" en esta especificación debería entenderse por una referencia a vehículos que usan motores de encendido por chispa de cuatro tiempos de un solo cilindro, y una referencia a 'motores' en esta especificación se entiende por motores de encendido por chispa de cuatro tiempos de un solo cilindro.

Los vehículos están generalmente equipados con un sistema de escape para conseguir características de rendimiento del motor deseadas, reducir el ruido de combustión del motor y funcionar con productos de combustión de mezcla de combustible y aire para su emisión a la atmósfera en una dirección definida. Por ejemplo, un sistema de escape de motocicleta simple consiste en tubo colector, un silenciador y si es necesario, un dispositivo de seguridad o escudo térmico. El tubo colector puede ser de un único diámetro o con una o más etapas de diferentes diámetros. Un extremo del sistema de escape se fija a la lumbrera de escape del motor y otro extremo está situado en la parte de atrás del vehículo. El sistema de escape se acopla cuidadosamente dentro del espacio disponible en la motocicleta.

Una de las dificultades cursadas con sistemas de escape convencionales para los motores anteriormente mencionados es que cuando el sistema de escape se diseña para conseguir niveles de rendimiento deseados, un compromiso adecuado entre el par disponible a velocidades inferiores y el rendimiento a velocidades más altas es difícil. Por lo tanto, para conseguir un mejor rendimiento, particularmente la máxima potencia neta a velocidades de motor más altas, es frecuentemente necesario sacrificar la mejor disponibilidad del par a velocidades de motor inferiores.

Otra dificultad es que la mejora en el rendimiento, normalmente, está unida al aumento en el nivel de ruido, el cual es indeseable y también puede exceder los límites estatutarios.

Para superar al menos algunos de los problemas anteriores, los solicitantes han inventado un sistema de escape donde se produce mayor par a velocidades de motor inferiores mientras que se sigue manteniendo el rendimiento del motor deseado y el par a mayores velocidades de motor y también manteniendo niveles de ruido deseables. Esto se consigue conectando una cámara de volumen predeterminado, externamente al tubo colector (en etapas o de otra forma) del sistema de escape en un punto preferiblemente entre el 40% y el 60% de la longitud desarrollada del tubo colector a partir de la parte delantera de la brida de escape a lo largo de la longitud de dicho tubo colector bien directamente o a través de un tubo de conexión. Convenientemente, la ubicación de la cámara se selecciona para alojarse dentro de un espacio disponible en la motocicleta y sin sacrificar la distancia con el suelo.

Normalmente, si un motor conocido típico se modifica para tener una potencia neta máxima a 8000 r.p.m., entonces un buen motor puede conseguir un par con un valor máximo a 6000 r.p.m. En este caso, el par a 3500 r.p.m. sería aproximadamente un 15% inferior al valor del par máximo. Esto resulta en una facilidad de conducción del vehículo pobre a velocidades de motor bajas, mientras que ofrece un buen funcionamiento a velocidades de motor más altas. Al contrario, si los motores se modificasen para conseguir un valor del par máximo a velocidades inferiores, por ejemplo 5000 r.p.m., la potencia máxima ocurriría a aproximadamente 7000 r.p.m. pero normalmente sería de valor inferior. En base a una comparación usando las mismas proporciones de engranaje del vehículo, esto significaría que los vehículos con motores de este tipo tendrían mejor facilidad de conducción a velocidades bajas pero también un peor rendimiento a velocidades altas.

Para conseguir un mejor rendimiento de este motor, el sistema de escape mejorado por los solicitantes según esta invención habilita al menos dos picos de par a producir en la relación de velocidad entre el par y el motor.

En una forma de realización determinada de la invención, uno de los picos del par ocurre a aproximadamente 4500 r.p.m. del motor y el segundo a aproximadamente 6000 r.p.m. del motor. En tal solicitud, se descubrió que el sistema de escape habilita la disponibilidad del par a 3500 r.p.m. para estar entre el 5% del pico del par y 6000 r.p.m.

El sistema de escape mejorado según la presente invención funciona según los principios del ajuste por impulso del sistema de escape. La cámara de un volumen predeterminado se conecta directamente o mediante un tubo de diámetro y longitud predeterminados a un tubo colector a una distancia desarrollada que preferiblemente varía del 40% al 60% de la longitud total desarrollada del tubo colector de la parte delantera de la brida de escape. Los dos picos del par se producen por la combinación de la reflexión de las ondas de presión del extremo del tubo colector y las de la boca de la cámara.

En el pasado, se realizaron diferentes invenciones en el campo de los sistemas de escape. No obstante, sus instrucciones son muy diferentes a las de la presente invención, para poner un ejemplo:

1)

US4779415: Ilustra el uso de un resonador Helmholtz fijado al colector de escape de un motor multicilindro con el objetivo de suprimir el ruido. Los motores multicilindro están expuestos a dinámicas de gases de escape muy diferentes en comparación con los motores de un solo cilindro. Las pulsaciones de escape de superposición de un motor multicilindro crean oportunidades para los efectos de ajuste de escape, los cuales no están disponibles para los motores de un solo cilindro.

2)

JP11-062547: Ilustra el uso de resonadores Helmholtz en un sistema de escape del motor que enseña a crear una frecuencia de ondas específica por el efecto del resonador mediante el resonador Helmholtz, el cual silencia el sistema de resonancia. En cuanto a lo anterior, las instrucciones también se ilustran con referencia a aplicaciones de motor multicilindro.

3)

US 3.254.484 describe medios para manipular ondas de presión de sonido en relación con los sistemas de admisión y escape de motores de combustión interna. Este documento describe además medios para ajustar manual o automáticamente la longitud acústica eficaz de los sistemas de escape y admisión de un motor mientras el motor está en marcha. Como una consecuencia, esta invención requiere un sistema de escape de longitud acústica variable eficaz que se coordine para adaptarse a la velocidad del motor.

En consecuencia, no hay instrucciones en estas patentes que se refieran a la mejora del par y a los requisitos especiales para motores de un solo cilindro, en contradicción clara con las instrucciones de los solicitantes.

La invención se elaborará ahora con referencia a las siguientes figuras anexas con esta especificación: -

Fig 1 - Ilustra un sistema de escape típico de motores según la técnica anterior.

Fig 1A - Ilustra una vista desde arriba de la ubicación del sistema de escape típico en una motocicleta según la técnica anterior

Fig 1B - Ilustra una vista lateral de la ubicación del sistema de escape típico en una motocicleta según la técnica anterior

Fig 2 - Ilustra la curva del par de un motor típico según la técnica anterior.

Fig 3 - Ilustra un sistema de escape incorporando una cámara según la presente invención.

Fig 3A: - Ilustra una vista desde arriba de la ubicación del sistema de escape típico en una motocicleta según la presente invención.

Fig 3B: - Ilustra una vista lateral de la ubicación del sistema de escape típico en una motocicleta según la presente invención

Fig 4 - Ilustra detalles del acoplamiento de la cámara al tubo colector del sistema de escape del motor según la presente invención.

Fig 5 - Ilustra la curva del par típica del motor ajustada al sistema de escape mejorado según la presente invención.

En una forma de realización, un sistema de escape mejorado según la invención comprende un tubo colector pequeño (11), una brida de escape (12), un tubo de conexión (13), una cámara (14), un tubo (16), un tubo colector grande (17), una boquilla (19), una arandela (20), un perno (21) y un soporte (18).

Fig.1, 1 A y 1B ilustran un sistema de escape típico y su ubicación según la técnica anterior. Éste consiste en un extremo del tubo colector (1) el cual se ensambla con una brida (2). La brida (2) se conecta al fondo del cilindro (no mostrado) del motor con pernos o tornillos y tuercas adecuados. El otro extremo del tubo colector o bien está soldado o ensamblado al silenciador (3). Los gases de escape del fondo del cilindro se conducen hasta dicho tubo colector y después al silenciador y después se liberan hacia la atmósfera. El escudo térmico (4) provisto en el silenciador protege al conductor y el asiento trasero de la motocicleta del calor del sistema de escape. Este sistema de escape es bien conocido y no necesita ninguna explicación detallada.

Fig 2 ilustra la curva del par de aceleración ampliamente abierta típica de un motor típico ensamblado con el sistema de escape según la técnica anterior. Se observa a partir de la curva que el pico del par se produce a aproximadamente 6500 r.p.m. del motor.

Figs 3, 3A, 3B y 4, ilustran un sistema de escape mejorado según la invención teniendo una cámara (14), un tubo de conexión (13) conectando dicha cámara al tubo (16), estando situado dicho tubo (16) entre un tubo colector delantero (11) y un tubo colector trasero (17), estando provisto el tubo colector (11) de una brida de escape (12) y dicho tubo colector trasero (17) se conecta a dicho silenciador (15).

Como una alternativa a usar el tubo (16) como un conector intermedio entre el tubo colector delantero (11) y el tubo colector trasero (17), el tubo de conexión (13) se podría soldar directamente al tubo colector (1) como se muestra en Fig (1).

Como una alternativa a conectar dicho tubo de conexión (13) y dicha cámara (14) al tubo colector (1), dicha cámara (14) se podría soldar directamente al tubo colector (1) como se muestra en Fig (1).

Como se muestra en figs 3, 3A, 3B y 4 el tubo colector (1) se divide como un tubo colector delantero (11) y un tubo colector trasero (17). Los extremos de dichos tubos delantero y trasero conectados al escape del motor y a dicho silenciador son idénticos al tubo colector (1). La longitud por extenso de dicho tubo colector delantero (11) se decide considerando los parámetros como la potencia de motor, las necesidades del par con diferentes revoluciones del motor, el diámetro del tubo, etc. Para reforzar el soporte de la cámara (14)/ se suelda un tubo (16) uniendo el tubo colector trasero (17) y la cámara (14). El silenciador (15) se conecta al tubo colector trasero (17). Dicho tubo de conexión (13) está provisto en un punto, preferiblemente entre el 40% y el 60% de la longitud desarrollada del tubo colector (ésta es la longitud combinada de los tubos delantero y trasero y el tubo de conexión) desde de la parte delantera de dicha brida de escape (12) a lo largo de la longitud de dicho tubo colector. El tubo de conexión (13) o tubo (16) dispone de una boquilla (19). El otro extremo de la boquilla es roscado, el cual se cierra mediante una arandela (20) y un perno (21). Dicha arandela y dicho perno se pueden retirar para permitir la medición conveniente de los valores de emisión de gases de escape mediante un instrumento adecuado. El soporte (18) está provisto entre la cámara (14) y el tubo colector trasero debido a consideraciones de resistencia.

La cámara (14) es de un volumen predeterminado y está hecha de dos mitades de metal en lámina soldadas entre sí. Convenientemente, los hoyuelos de refuerzo (25) se añaden a la superficie superior (24) de la cámara (14) para proporcionar rigidez y reducir el ruido provocado por la vibración de esta superficie. Una característica adicional conveniente de la presente forma de realización es la ubicación de la superficie inferior (26) de la cámara (14) para estar ligeramente más alta e inclinada hacia abajo hacia el tubo de conexión 13. Esto permite drenar cualquier humedad acumulada de la cámara (14) de vuelta en el sistema de escape.

La longitud del tubo de conexión (13) se elige de tal manera que se consigue el resultado deseado de mejora en las características del par y la cámara está fácilmente localizable bajo la motocicleta en un espacio disponible sin sacrificar la distancia con el suelo. Esto es una cuestión de diseño muy simple y en algunos casos se puede determinar fácilmente con un tanteo no inventivo.

Fig 3A y 3B ilustran una ubicación típica de este tipo. La forma de la cámara y la construcción pueden variar con su ubicación en la motocicleta.

Fig 5 ilustra curvas de rendimiento del par de aceleración muy abiertas típicas del motor ensamblado con el sistema de escape según la forma de realización representada de la invención con respecto a la velocidad del motor en r.p.m. Se puede observar que el par motor entre el rango de velocidad de 3000 a 5000 r.p.m., la cual es la zona de transmisión normal de un vehículo para una motocicleta típica, ha mejorado sustancialmente, mientras que mantiene sustancialmente el par original a velocidades de motor superiores a 7000 r.p.m., lo cual es importante para el rendimiento del motor. Los solicitantes han realizado una prueba sustancial y han concluido que la mejora en el par de un motor típico en el rango de velocidades entre 3000 y 5000 r.p.m. es del orden del 5% a 7%. Además, los vehículos cumplen los requisitos estatutarios del nivel de ruido.

Un sistema de escape mejorado para vehículos como se describe en este caso y como se ilustra en los dibujos adjuntos y teniendo variaciones y modificaciones bien dentro del conocimiento de un experto en la técnica sin desviarse del ámbito de la invención están dentro del campo de la presente invención y de sus formas de realización.

\vskip1.000000\baselineskip

Documentos citados en la descripción Esta lista de documentos citados por el solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información del lector y no forma parte del documento de patente europea. La misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u omisiones. Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 4779415 A [0012]

\bullet US 3254484 A [0012]

\bullet JP 11062547 A [0012]

Claims (16)

1. Un vehículo comprendiendo un sistema de escape para mejorar las características del par de un motor, comprendiendo el sistema de escape un colector de escape de longitud fija con un primer extremo (12) conectado a una lumbrera de escape de dicho motor, una cámara (14) de volumen predeterminado, un silenciador (15) y un tubo colector (1) conectando dicho primer extremo (12) de dicho colector de escape y dicho silenciador (15) caracterizado por el hecho de que dicho motor es un motor de cuatro tiempos de un solo cilindro y dicha cámara (14) es una cámara de mejora del par motor (14) para mejorar el par en un rango de velocidades del motor más bajo seleccionado y está conectado al tubo colector (1) y situado externamente a dicho tubo colector (1) entre dicho primer extremo (12) del colector de escape y dicho silenciador (15) en un punto entre el 40% y el 60% a lo largo de la longitud desarrollada del tubo colector (1).

2. Un vehículo según la reivindicación 1 donde dicho tubo colector (1) comprende un tubo colector delantero conectado a dicho primer extremo (12) del colector de escape y un tubo colector trasero (17) conectado a dicho silenciador (15), estando interconectados dicho tubo colector delantero (11) y dicho tubo colector trasero (17) con un tubo de unión (16) al cual se ajusta dicha cámara (14) con un tubo de conexión (13) de un volumen predeterminado.

3. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicha cámara (14) mejora operativamente el par en un rango de velocidades del motor de 3.000 r.p.m. a 5.000 r.p.m.

4. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde se consigue dicha mejora en el par en un rango de velocidades del motor más bajo mientras que se mantiene el par en un rango de velocidades de motor más alto.

5. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicho sistema de escape se aplica a un segundo o tercer vehículo con ruedas.

6. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho sistema de escape se aplica a un segundo vehículo con ruedas, teniendo dicho vehículo sus ruedas alineadas a lo largo de un eje longitudinal del vehículo, estando colocado un motor entre dichas ruedas y estando localizada la cámara (14) debajo del motor.

7. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicha cámara (14) tiene una forma plana donde sus dimensiones verticales son significativamente más pequeñas que sus dimensiones horizontales.

8. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicha cámara (14) hecha de metal en lámina tiene dicho volumen predeterminado.

9. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicha cámara (14) es rectangular en su forma con una mitad superior y una mitad inferior, estando unidas dichas dos mitades la una a la otra para formar dicho volumen predeterminado.

10. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicha cámara (14) tiene una superficie inferior (26) inclinada hacia abajo hacia el tubo de conexión (13) para drenar la humedad acumulada de la cámara (14) de vuelta en el tubo de conexión (13).

11. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicha cámara (14) está localizada horizontalmente debajo del motor manteniendo la distancia con el suelo y no extendiéndose más allá de la anchura del vehículo.

12. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicho tubo de conexión (13) dispone de una boquilla para permitir la medición de los valores de emisión del escape de gases.

13. Un vehículo según la reivindicación 2 donde dicho tubo de unión (16) dispone de una boquilla para permitir la medición de los valores de emisión del escape de gases.

14. Un vehículo según la reivindicación 2 donde está provisto un soporte de refuerzo (18) entre dicha cámara (14) y dicho tubo colector trasero (17).

15. Un vehículo como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde dicha cámara (14) se conecta al tubo colector (1) mediante un tubo de conexión (13) y la mejora de las características del par depende de la longitud del tubo de conexión (13).

16. Un vehículo según la reivindicación 15 donde dicha cámara (14) se conecta al tubo colector (1) mediante un tubo de conexión (13) y la mejora de las características del par depende de la longitud, el diámetro y el volumen del tubo de conexión (13).