ES2443086A2 - Motor de doble pistón - Google Patents

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ES2443086A2 ES201231311A ES201231311A ES2443086A2 ES 2443086 A2 ES2443086 A2 ES 2443086A2 ES 201231311 A ES201231311 A ES 201231311A ES 201231311 A ES201231311 A ES 201231311A ES 2443086 A2 ES2443086 A2 ES 2443086A2
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Abstract

Motor de combustión interna, en el que evolucionan aire y combustible, que comprende al menos un cilindro (16), una cámara de combustión (15) por cada cilindro (16), un pistón principal (1) que recorre el cilindro (16) y delimita la cámara de combustión (15) por uno de los extremos del cilindro (16), un eje de cigüeñal (12'), y al menos una biela (14) por cada cilindro (16), que une el pistón principal (1) con el eje de cigüeñal (12'). Además el motor comprende un pistón secundario (2), el cual recorre el cilindro (16) del pistón principal (1) delimitando la cámara de combustión (15) por el extremo opuesto al del pistón principal (1). El pistón secundario (2) recibe el movimiento proveniente del pistón principal (1) mediante una cadena cinemática que une el eje de cigüeñal (12') y el pistón secundario (2). De esta forma en la explosión del aire y el combustible, el pistón principal (1) se encuentra entre un 25% y un 75% de la carrera del cilindro (16).

Description

Motor de doble pistón
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un motor de combustión interna de doble pistón, el cual posee una configuración y diseño que permite mejorar el rendimiento y reducir el consumo del mismo.
Antecedentes de la invención y problema técnico que se resuelve
En la actualidad son ampliamente conocidos los motores de combustión interna en los que se dispone en la parte superior de los cilindros una zona de entrada de mezcla de aire y combustible, una bujía para los motores de gasolina, una zona de salida de los gases de la combustión, así como un pistón que se desplaza por cada cilindro conectado mediante una biela a un eje de cigüeñal. Existen otras configuraciones de motores en las que tanto la entrada de la mezcla, como la salida de los gases de la combustión se realizan por los laterales de los cilindros.
Habitualmente en un motor con un pistón por cilindro, la explosión se lleva a cabo con el pistón en la posición más elevada, es decir, en el PMS (punto muerto superior). Esto conlleva que en el momento de la explosión la muñequilla del cigüeñal se encuentre en el punto superior de su recorrido, encontrándose la biela que conecta la muñequilla del cigüeñal y el pistón en posición prácticamente vertical.
La posición prácticamente vertical de la biela conlleva que una parte importante de la energía de la explosión sea transmitida por la biela contra los cojinetes de apoyo del cigüeñal, no transmitiendo toda la energía de la explosión a contribuir al giro del cigüeñal. Este hecho conlleva una perdida en el rendimiento del motor, así como un consumo no óptimamente aprovechado.
Una posición más adecuada de la biela es en la que el pistón se encuentra a mitad de su carrera, es decir, cuando la muñequilla del cigüeñal se encuentra próxima al punto más alejado con respecto a un eje imaginario que atravesaría el cilindro longitudinalmente de forma simétrica. Sin embargo esto no resulta posible en un motor convencional dado que entonces el volumen de la cámara de combustión sería tan elevado que evitaría la compresión adecuada de la mezcla, reduciendo la fuerza de explosión y por lo tanto disminuyendo la eficacia del motor.
Por otra parte, los motores de doble pistón, es decir, motores en los que en el interior de cada cilindro se dispone de dos pistones colocados axialmente enfrentados entre sí, son también conocidos.
En el documento ES 241304 A1 se recoge un compresor de aire con bomba de doble pistón, en el que en un cilindro se localizan dos pistones axialmente enfrentados entre sí, siendo ambos pistones los elementos que reciben el movimiento de desplazamiento en lugar de ser los elementos que lo generan, con la finalidad de generar una admisión y compresión de aire, careciendo por tanto de cigüeñales, bujías, combustibles, etc.
En el documento US 2731002 A se recoge un motor cuatro tiempos donde comprende un pistón para controlar la lumbrera de admisión y un segundo pistón por cilindro para controlar la lumbrera de escape, estando ambos pistones acoplados a un mismo codo mediante un complejo conjunto de elementos mecánicos que hacen inviable su empleo en por ejemplo vehículos de transporte, requiriendo además al menos dos cilindros para su funcionamiento.
Es también conocido un motor de tres tiempos, ES 474662 A1, en el que los pistones se desplazan simultáneamente, mediante un sistema de unión entre ambos que requiere una disposición longitudinal pudiendo causar problemas de espacio para la adaptación a diversos dispositivos, no solucionando, por otra parte, el anteriormente comentado problema de la localización de la muñequilla del cigüeñal en el momento que se da la explosión en la cámara de combustión delimitada longitudinalmente por los propios pistones.
Descripción de la invención
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, la invención propone un motor que permite que el pistón se encuentre aproximadamente a media carrera en el cilindro en el momento de la explosión, a la vez que en la cámara de combustión el volumen contenido es el óptimo en el momento de la explosión. De esta forma se proporciona un motor con un menor consumo y un rendimiento superior al de los motores convencionales, ya sea con uno o con dos pistones por cilindro. El empleo de este motor no se limita a vehículos terrestres. Tanto embarcaciones pequeñas, como embarcaciones de grandes dimensiones pueden emplear la presente invención. El empleo de la presente invención ni siquiera se limita a vehículos puesto que maquinaria como motobombas pueden funcionar mediante un motor objeto de la presente invención.
El motor de combustión interna, en el que evolucionan aire y combustible, comprende al menos un cilindro; una cámara de combustión por cada cilindro; un pistón principal, el cual recorre el cilindro y delimita la cámara de combustión por uno de los extremos del cilindro; un eje de cigüeñal; al menos una biela por cada cilindro, el cual une el pistón principal con el eje de cigüeñal; y, un pistón secundario, el cual recorre el cilindro del pistón principal delimitando la cámara de combustión por el extremo opuesto al del pistón principal.
Una característica muy importante de la presente invención es que el pistón secundario recibe el movimiento proveniente del pistón principal mediante una cadena cinemática que une el eje de cigüeñal y el pistón secundario. De esta forma en la explosión del aire y el combustible, el pistón principal se encuentra entre un 25% y un 75% de la carrera del cilindro.
Esta cadena cinemática que une el eje de cigüeñal y el pistón secundario comprende al menos tres subcadenas cinemáticas. La primera subcadena comprende al menos un primer conjunto de elementos de transmisión mecánica, el cual a su vez comprende al menos una biela colgante, siendo el último elemento de transmisión mecánica en transmitir el movimiento proveniente del pistón principal al pistón secundario; al menos una biela intermedia, la cual recibe por uno de sus extremos el movimiento proveniente del pistón principal; al menos una biela pendular; un punto fijo, del cual cuelga la biela pendular; y, un punto de intersección. En el punto de intersección coinciden la biela intermedia, la biela colgante y la biela pendular.
La segunda subcadena cinemática comprende al menos un segundo conjunto de elementos de transmisión mecánica. Este segundo conjunto de elementos de transmisión mecánica, de forma preferente, comprende a su vez al menos un brazo oscilante con una abertura; y, una leva por cada brazo oscilante. Esta leva a su vez comprende al menos una zona de rotación y una zona de guiado que se sitúa excéntricamente con respecto a la zona de rotación y que sobresale perpendicularmente a la zona de rotación.
La leva, por medio de la zona de rotación, recibe el movimiento de giro proveniente del eje del cigüeñal, y que por contacto directo de la zona de guiado con la parte interna de la abertura del brazo oscilante, genera un desplazamiento en el brazo oscilante que permite accionar el primer conjunto de elementos de transmisión mecánica mediante un punto de unión entre biela intermedia y el brazo oscilante.
La tercera subcadena cinemática comprende al menos un tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica. Este tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica, de forma preferente, comprende a su vez al menos un medio flexible de transmisión mecánica y al menos una superficie engranadora como elemento de transmisión mecánica entre el eje del cigüeñal y el medio flexible de transmisión mecánica.
Una característica de la invención es que mediante el medio flexible de transmisión mecánica, a la zona de rotación de la leva le llega el movimiento de giro proveniente del eje del cigüeñal. En una realización preferente, por cada vuelta completa del eje del cigüeñal, la leva gira una vuelta completa.
Por otra parte cabe mencionar que el motor de la presente invención se refiere tanto a un motor de encendido provocado regido por el ciclo Otto, como a un motor de encendido por compresión según el ciclo Diesel. Este motor objeto de la invención, además puede ser un motor de dos tiempos o un motor de cuatro tiempos.
Para el caso de los motores de encendido provocado, estos pueden comprender una bujía, la cual se dispone en un lateral longitudinal del cilindro con un ángulo entre 15º y 90º con respecto a un eje de simetría longitudinal del cilindro.
El motor de combustión interna de doble pistón, objeto de la invención, puede comprender un inyector en el lateral longitudinal del cilindro con un ángulo entre 15º y 90º con respecto al eje de simetría longitudinal del cilindro. De otra forma, el inyector puede disponerse paralelamente con respecto al eje de simetría longitudinal del cilindro en el interior de un pistón seleccionado entre el pistón principal y el pistón secundario.
Descripción de los dibujos
La invención se complementa, para una fácil comprensión de la descripción que se está realizando, con un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
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La figura 1 muestra de forma esquemática un motor de encendido provocado regido por el ciclo Otto de cuatro tiempos, según una realización preferente de la presente invención, en un momento que corresponde tanto al comienzo de una etapa de inyección-admisión, como al momento de finalización de una etapa de escape.
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La figura 2 muestra de forma esquemática la invención de los elementos que unen un eje de cigüeñal y dos levas.
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La figura 3 muestra de forma esquemática el motor de la figura 1, en un momento intermedio de la etapa de inyección-admisión.
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La figura 4 muestra de forma esquemática el motor de la figura 1, en un momento que corresponde tanto a la finalización de la etapa de admisión, como al inicio de una etapa de compresión.
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La figura 5 muestra de forma esquemática el motor de la figura 1, en un momento intermedio de la etapa de compresión.
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La figura 6 muestra de forma esquemática el motor de la figura 1, en otro momento intermedio de la etapa de compresión.
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La figura 7 muestra de forma esquemática el motor de la figura 1, en un momento que corresponde a la finalización de la etapa de compresión, momento en que se da una etapa de explosión, y al inicio de una etapa de expansión.
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La figura 8 muestra de forma esquemática el motor de la figura 1, en un momento intermedio de la etapa de expansión e inicio de una etapa de escape.
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La figura 9 muestra de forma esquemática el motor de la figura 1, en un momento que corresponde tanto a la finalización de la etapa de expansión, como a un momento intermedio de la etapa de escape.
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La figura 10 muestra de forma esquemática la invención adaptada a un motor de encendido por compresión según el ciclo Diesel con un inyector situado horizontalmente.
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La figura 11 muestra de forma esquemática la invención adaptada a un motor de encendido provocado regido por el ciclo Otto con el inyector situado con un ángulo de aproximadamente 40º con respecto a un eje de simetría longitudinal del cilindro.
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La figura 12 muestra de forma esquemática la invención adaptada a un motor de encendido por compresión según el ciclo Diesel con el inyector situado verticalmente en el interior de un pistón secundario.
A continuación se proporciona una lista de los distintos elementos representados en las figuras que integran la invención:
1 = Pistón principal 2 = Pistón secundario 3 = Biela colgante 3’= Punto de intersección 4 = Biela intermedia 4’= Punto de unión 5 = Biela pendular
5’= Punto fijo
6 = Brazo oscilante 6.1= Abertura 7 = Leva 7.1= Zona de rotación 7.2= Zona intermedia 7.3= Zona de guiado 8 = Cadena 9 = Segunda rueda conducida 10 = Primera rueda conducida 11 = Rueda impulsora 12 = Cigüeñal
12’= Eje del cigüeñal
13 = Muñequilla del cigüeñal 14 = Biela 15 = Cámara de combustión
16 = Cilindro 16’= Camisa del cilindro 17 = Pareja de válvulas de admisión/escape superior 18 = Pareja de válvulas de admisión/escape inferior 19 = Bujía 20 = Inyector A = Punto superior de giro B = Punto izquierdo de giro C = Punto inferior de giro D = Punto derecho de giro A’ = Parte exterior B’ = Parte superior C’ = Parte interior D’ = Parte inferior
Descripción detallada de la invención
Como ya se ha indicado, y tal y como puede apreciarse en las figuras, la presente invención describe un motor de combustión interna de doble pistón, el cual posee una novedosa configuración de forma que en el momento de la explosión del aire y el combustible, el pistón principal se encuentra entre un 25% y un 75% de la carrera del cilindro. De esta forma, la muñequilla del cigüeñal se encuentra próxima al punto más alejado con respecto a un eje imaginario que atravesaría el cilindro longitudinalmente de forma simétrica. Este motor, además, se puede adaptar a un motor de encendido provocado regido por el ciclo Otto o a un motor de encendido por compresión según el ciclo Diesel, pudiendo ambos ser de dos o de cuatro tiempos. Su empleo es posible en todo tipo de vehículos y maquinaria.
En la figura 1 se aprecian, entre otros, elementos habituales en motores de combustión interna como son un cilindro (16); una camisa de cilindro (16’), la cual puede ser más larga que la camisa de un motor convencional; una biela (14); un cigüeñal (12); y, un pistón principal (1). En esta figura se muestra la invención adaptada a un motor gasolina, por lo que además de los mencionados elementos, en dicha figura se aprecia una bujía (19). Igualmente se aprecia una cámara de combustión (15), la cual se encuentra longitudinalmente delimitada por la parte inferior por el pistón principal (1), y por la parte superior por un pistón secundario (2).
A cada lado de dicha cámara de combustión (15), según se aprecian las figuras, se encuentran dos válvulas en cada altura, una pareja de válvulas de admisión/escape superior (17), es decir una válvula de admisión y otra de escape, y una pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18), igualmente una válvula de admisión y otra de escape. En las figuras sólo se aprecian dos válvulas, ya que cada una de las válvulas que se ven en las figuras oculta otra válvula.
Además de los elementos mencionados, el motor objeto de la presente invención, de una forma preferente comprende un tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica, siendo éste apreciable en la figura 2, y por duplicado, un primer conjunto de elementos de transmisión mecánica y un segundo conjunto de elementos de transmisión mecánica, apreciables en la figura 1.
El primer conjunto de elementos de transmisión mecánica comprende un conjunto de tres bielas, una biela colgante (3), una biela intermedia (4) y una biela pendular (5). Estas bielas (3, 4, 5) se unen entre sí por un extremo de cada una de ellas en un punto de intersección (3’). La biela colgante (3), por el otro extremo, se encuentra unida al pistón secundario (2), la biela pendular (5) por su parte, por el otro extremo se encuentra unida a la culata propia del motor, y la biela intermedia (4) es la encargada de enganchar con el segundo conjunto de elementos de transmisión mecánica. Las bielas colgantes (3) se encuentran fijadas a la culata por unos puntos fijos (5’), una junto a la otra, de forma que prácticamente se encuentran en contacto, estando este punto en el que casi se tocan ambos puntos fijos (5’), en el eje de simetría del desplazamiento del cilindro.
El segundo conjunto de elementos de transmisión mecánica comprende un brazo oscilante (6) y una leva (7) que está sincronizada con el cigüeñal (12) como se describirá más adelante. El brazo oscilante (6), por medio de un punto de
unión (4’), engancha por uno de sus extremos con la biela intermedia (4). Este punto de unión (4’) permite el giro relativo entre los elementos que une, al igual que los mencionados puntos de intersección (3’), puntos fijos (5’) y el punto en el que la biela colgante (3) se encuentra unida al pistón secundario (2). Próximo al punto de unión (4’), el brazo oscilante
(6) comprende una abertura (6’), de forma irregular y variable dependiendo de si se trata de un motor Diesel o gasolina, dos o cuatro tiempos. En el extremo opuesto el brazo oscilante (6) comprende un punto, el cual no ha sido numerado, que sirve para mantener sujetos los brazos oscilantes (6) a la vez que sirven como punto de giro para los mencionados brazos oscilantes (6).
La leva (7) por su parte comprende una zona de rotación (7.1), opcionalmente una zona intermedia (7.2) y una zona de guiado (7.3). La zona de rotación (7.1) es, vista en planta, de forma circular y su contorno está preparado para una interferencia mecánica con un elemento flexible de transmisión mecánica. Por otra parte la zona intermedia (7.2) es una parte de la leva (7) con la función de asegurar el posicionamiento excéntrico de la zona de guiado (7.3) con respecto al centro de dicha zona de rotación (7.1). La zona de guiado (7.3) sobresale de forma perpendicular al plano que contiene la zona de rotación (7.1), es decir axialmente con respecto a la zona de rotación (7.1), de forma que se introduce en la
abertura (6’) del brazo oscilante (6).
En esta figura 1 se indica, entre otros momentos dentro del funcionamiento de dicho motor, el comienzo del primer tiempo de funcionamiento del motor de encendido provocado regido por el ciclo Otto, es decir, el comienzo de una etapa de inyección-admisión. Inicialmente la muñequilla del cigüeñal (13) se encuentra en un punto superior de giro (A) de la propia muñequilla del cigüeñal (13). Consecuentemente el pistón principal (1) se encuentra en el punto más elevado de su carrera, es decir, en su PMS (punto muerto superior).
La zona de guiado (7.3) se encuentra en una parte exterior (A’) de la abertura (6’) del brazo oscilante (6), de forma que
empuja al brazo oscilante (6) hacia el exterior, y éste (6) a su vez, tira hacia el exterior la biela intermedia (4) para que mediante la biela pendular (5), la biela colgante (3) y la disposición de ambas en conjunto, se disponga el pistón secundario (2) en el punto más elevado de su recorrido.
Para la realización preferente que se está describiendo de un motor de encendido provocado regido por el ciclo Otto de cuatro tiempos, el punto de giro en el que se encuentra la muñequilla del cigüeñal (13) está estrechamente relacionado con la parte de giro en la que se encuentran las zonas de guiado (7.3) de las levas (7). La relación de giro entre la muñequilla del cigüeñal (13) y las zonas de guiado (7.3) es de 1:1. Es el tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica, el cual se describe a continuación, el que une el eje del cigüeñal (12’) con las zonas de guiado (7.3).
En la figura 2, donde se aprecia el tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica, se distinguen unas cadenas (8), como medio flexible de transmisión mecánica, y un conjunto de ruedas dentadas, elementos que engranan entre sí transmitiéndose de unas a otras el movimiento de giro de un eje del cigüeñal (12’) para hacerlo llegar a las cadenas (8). Para el motor de doble pistón, objeto de la presente invención, el eje del cigüeñal (12’) comprende una rueda impulsora
(11) que transmite el movimiento de giro del eje del cigüeñal (12’) a una primera rueda conducida (10), y esta a su vez a
una segunda rueda conducida (9). La primera rueda conducida (10) engancha con una cadena (8) y la segunda rueda conducida (9) engancha con otra cadena (8), pudiendo, la cadena (8) que engancha con la segunda rueda conducida (9), enganchar directamente con la superficie engranadora propia del eje del cigüeñal (12’), es decir, con la rueda impulsora (11).
Entre la figura 1 y la figura 3, comienzo y punto intermedio de la etapa de admisión del motor respectivamente, la diferencia está en que la muñequilla del cigüeñal (13) ha girado 90º, del punto de giro (A) a un punto de giro (B). Consecuentemente, mediante el tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica, las zonas de guiado (7.3) han girado 90º también, de una parte exterior (A’) a una parte superior (B’) de la abertura (6.1) del brazo oscilante (6).
Según realiza dicho giro de 90º la muñequilla del cigüeñal (13), progresivamente el pistón principal (1) va descendiendo de su PMS hasta la mitad de su carrera. En este punto medio de su carrera, el pistón principal (1) deja que tanto la bujía
(19) como la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18) tengan acceso directo a la cámara de combustión (15). Según se va realizando el giro de 90º las zonas de guiado (7.3), en cambio, el pistón secundario (2) no desciende, manteniéndose en su posición más elevada. El hecho de que el pistón secundario (2) no descienda se debe a las geometrías de las aberturas (6.1) de los brazos oscilantes (6) que recorren las zonas de guiado (7.3). Para contribuir en la etapa de admisión del motor, durante este giro de 90º por parte de la muñequilla del cigüeñal (13) y de las zonas de guiado (7.3), de la pareja de válvulas admisión/escape superior (17) la válvula de admisión se encuentra abierta, tal y como se aprecia en la figura 1.
En la figura 3 se aprecia que cuando el giro de 90º de las zonas de guiado (7.3) se completa, el pistón secundario (2) baja repentinamente a su punto más bajo. Esto se debe a la geometría de la abertura (6.1) en la parte superior (B’). Con la bajada del pistón secundario (2) el acceso de la pareja de válvulas de admisión/escape superior (17) a la cámara de combustión (15) queda bloqueado por el propio pistón secundario (2), por lo que la válvula de admisión de la pareja de válvulas admisión/escape superior (17) se cierra.
El descenso del pistón secundario (2) no impide que la bujía (19) y la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18) sigan teniendo acceso directo a la cámara de combustión (15). Dado que la admisión aún no ha acabado, la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18) se encuentran cerradas para que no haya pérdidas en la admisión obtenida en esta primera parte de la admisión.
En la figura 4 se observa que la etapa de admisión continua con otros 90º de giro por parte de la muñequilla del cigüeñal (13), del punto izquierdo de giro (B) a un punto de giro inferior (C), y por tanto de las zonas de guiado (7.3), de la parte superior (B’) a una parte interior (C’), completando dicha etapa de admisión.
Durante esta segunda etapa de la admisión, la posición del pistón secundario (2), debido a la geometría de las aberturas (6.1), no varía. La posición del pistón principal (1), en cambio, sí varía, descendiendo en estos 90º de giro de la muñequilla del cigüeñal (13) otra media carrera hasta llegar a su PMI (punto muerto inferior). Al tratarse de la continuación de la etapa de admisión, la válvula de admisión de la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18) se abre al terminar el pistón secundario (2) su descenso, para completar la etapa de admisión.
Una vez finalizada la etapa de admisión comienza una etapa de compresión. Tal y como se aprecia en la figura 5, inicialmente la muñequilla del cigüeñal (13) gira 90º para ir del punto inferior de giro (C) a un punto derecho de giro (D). Este giro de la muñequilla (13) conlleva que el pistón principal (1) recorra la mitad de su carrera en sentido ascendente. Según se va llevando a cabo el consecuente giro de 90º de las zonas de guiado (7.3), el pistón secundario (2) no asciende manteniéndose en el punto más bajo de su carrera. Debido a esto se lleva a cabo una compresión de la mezcla en la cámara de combustión (15). Al tratarse de la etapa de compresión, una vez el pistón principal (1) inicia su ascenso desde el PMI, la válvula de admisión de la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18) se cierra.
Una vez que las zonas de guiado (7.3) alcanzan la parte inferior (D’) de las aberturas (6.1), el pistón secundario (2) realiza su ascenso hasta el punto más elevado de su carrera. Al igual que el descenso del pistón secundario (2) se da de forma repentina en la etapa de admisión al situarse las zonas de guiado (7.3) en la parte superior (B’), al situarse las zonas de guiado (7.3) en la parte inferior (D’) el ascenso del pistón secundario (2) se da también de forma repentina.
Aunque este hecho conlleva, inicialmente, un aumento del volumen contenido en la cámara de combustión (15) al ascender el pistón secundario (2) más rápido que el pistón principal (1), no resulta contraproducente en plena etapa de compresión dado que al finalizar el ascenso del pistón principal (1) se recupera la compresión inicialmente obtenida de la figura 4 a la figura 5. El ascenso del pistón secundario (2) puede no ser repentino, de forma que hay una mayor conservación de la compresión inicialmente obtenida. Igualmente, en la etapa de admisión el descenso del pistón secundario (2) puede no ser tan repentino, de forma que se lleva a cabo una etapa de admisión más progresiva.
En la figura 6 se aprecia como el pistón secundario (2) se encuentra en el punto más elevado de su carrera, al igual que el pistón principal (1) tras girar 90º la muñequilla del cigüeñal (13) desde el punto derecho de giro (D) hasta el punto superior de giro (A). Al tratarse de una continuación de la etapa de compresión, la pareja de válvulas de admisión/escape superior (17) se mantienen cerradas. Se ha completado una vuelta completa del eje del cigüeñal (12’).
Al iniciarse el giro de 90º de una nueva vuelta de la muñequilla del cigüeñal (13), y por lo tanto de las zonas de guiado
(7.3) en el interior de las aberturas (6’), el pistón principal (1) comienza a bajar progresivamente hasta la mitad de su carrera. Tal y como ha sido anteriormente descrito, al girar la muñequilla del cigüeñal (13) 90º hasta el punto izquierdo de giro (B), mediante el tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica las zonas de guiado (7.3) giran hasta la
parte superior (B’), punto en el que el pistón secundario (2) desciende hasta su punto más bajo de forma repentina.
Al igual que sucedió en la segunda mitad del ascenso del pistón principal (1), pueden existir variaciones en el volumen contenido en la cámara de combustión (15), no suponiendo un problema siempre y cuando, al finalizar los giros de 90º por parte de la muñequilla del cigüeñal (13) y de las zonas de guiado (7.3), no se obtenga una reducción en la compresión de la mezcla. Tal y como se aprecia en la figura 7, durante este giro de 90º las válvulas de admisión y escape de ambas parejas de válvulas (17, 18) se mantienen cerradas.
En dicha figura 7 se aprecia como ninguno de los pistones (1, 2) bloquea la bujía (19). Mediante la bujía (19) se da una explosión con la muñequilla del cigüeñal (13) situada en el punto izquierdo de giro (B), de forma que el pistón principal
(1) se encuentra a aproximadamente la mitad de su carrera, o de una forma genérica entre el 25% y el 75% de la carrera del pistón principal (1). Tras la explosión da comienzo la etapa de expansión con un aprovechamiento de la energía desprendida en la explosión mayor de lo habitual.
Esto se debe a que la biela (14) no se encuentra dispuesta verticalmente, sino muy próxima a formar el mayor ángulo posible con un eje de simetría longitudinal del cilindro (no indicado en las figuras). Por lo tanto, en este eje de simetría no se encuentran alineados la biela (14) y el eje del cigüeñal (12’), no transmitiéndose de esta forma, el empuje que sufre el pistón principal, fruto de la explosión, a los cojinetes de apoyo del cigüeñal en tanta cantidad. Así se contribuye
en mayor medida en el giro del eje del cigüeñal (12’).
En la figura 8, la muñequilla del cigüeñal (13) se encuentra en el punto inferior de giro (C) tras recorrer los 90º de giro correspondientes a la primera parte de la etapa de expansión. Mientras el pistón principal (1) ha descendido media carrera hasta bajar a su PMI, el pistón secundario (2) se ha mantenido en el punto más bajo de su carrera, manteniéndose ambas válvulas cerradas.
En los siguientes 90º de giro de la muñequilla del cigüeñal (13) hasta situarse está (13) en el punto derecho de giro (D), y de las zonas de guiado (7.3) hasta situarse en la parte inferior (D’), se completa la etapa de expansión. De forma simultánea, se aprovecha el ascenso del pistón principal (1), mientras el pistón secundario (2) se encuentra inmóvil en el punto más bajo de su carrera, para llevar a cabo una primera parte de una etapa de escape, figura 9, mediante la apertura de la válvula de escape de la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18). A continuación, el pistón secundario (2) sube hasta su punto más elevado. Según asciende el pistón secundario (2) se desbloquea el acceso de la pareja de válvulas de admisión/escape superior (17) a la cámara de combustión (15), momento en el que la válvula de escape de la pareja de válvulas de admisión/escape superior (17) se abre.
Después se lleva a cabo un nuevo giro de 90º por parte de la muñequilla del cigüeñal (13) y de las zonas de guiado
(7.3) hasta completar una segunda vuelta completa de estos elementos (13, 7.3). La válvula de escape de la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18) se cierra, dado que igualmente se bloquea por la subida del pistón principal (1), y la válvula de escape de la pareja de válvulas de admisión/escape superior (17) se abre dado que el ascenso del pistón secundario (2) ha desbloqueado el acceso de la pareja de válvulas de admisión/escape superior (17) a la cámara de combustión (15). De esta forma se puede continuar y finalizar con la etapa de escape. La figura 1 muestra el final de la etapa de escape al igual que muestra el comienzo de la etapa de admisión, al darse la etapa de admisión a continuación de la de escape.
En el caso de tratarse de un motor de encendido por compresión según el ciclo Diesel de dos tiempos, la bujía (19) desaparece, siendo el funcionamiento el siguiente.
La relación de giro entre la muñequilla del cigüeñal (13) y las zonas de guiado (7.3) es también de 1:1. El giro de 90º por parte de la muñequilla del cigüeñal (13) desde el punto superior de giro (A) hasta el punto izquierdo de giro (B) con la válvula de admisión de la pareja de válvulas de admisión/escape superior (17) abierta conlleva la totalidad de la etapa de admisión.
Una vez se dispone la muñequilla del cigüeñal (13) en dicho punto izquierdo de giro (B) y las zonas de guiado (7.3) en la parte superior (B’), se da la explosión debido a la compresión obtenida en la cámara de combustión (15). La etapa de expansión tiene lugar desde que se da la explosión estando la muñequilla del cigüeñal (13) en dicho punto izquierdo de giro (B), hasta que la muñequilla (13) se sitúa en el punto inferior de giro (C). Las válvulas de admisión y escape de ambas parejas de válvulas (17, 18) se encuentran cerradas.
A continuación comienza la etapa de escape. El comienzo de esta etapa es posible porque el pistón principal (1) asciende hasta la mitad de su carrera mediante el giro de 90º adicionales por parte de la muñequilla del cigüeñal (13), mientras la válvula de escape de la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18) está abierta y el pistón secundario (2) se encuentra inmóvil en su posición más baja.
La etapa de escape, y por tanto un ciclo de funcionamiento, se completa con un nuevo giro de 90º por parte de la muñequilla del cigüeñal (13) y de las zonas de guiado (7.3). La válvula de escape de la pareja de válvulas de admisión/escape inferior (18) se cierra y el pistón secundario (2) sube hasta el punto más elevado de su carrera. Tras desbloquearse el acceso de la pareja de válvulas de admisión/escape superior (17), la válvula de escape de esta pareja de válvulas (17) se abre de forma que según suba progresivamente el pistón principal (1) se complete la etapa de escape.
Para otras configuraciones de motores de combustión interna de doble pistón según la presente invención, el primer, el segundo y el tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica no sufren grandes variaciones.
En la figura 10 se muestra un motor de encendido por compresión según el ciclo Diesel, por lo que el motor carece de bujía (19). En esta realización preferente se ha introducido un inyector (20), pudiendo ser el inyector (20) de aire, de combustible o de aire y combustible. Este inyector (20) está dispuesto de forma perpendicular con respecto a la camisa
del cilindro (16’).
En la figura 11 se aprecia un motor de encendido provocado regido por el ciclo Otto, el cual, además de comprender un inyector (20), comprende también una bujía (19). En este caso el inyector (20) está dispuesto con un ángulo de aproximadamente 40º con respecto a la camisa del cilindro (16’). En la figura 12 se muestra un motor de encendido por compresión según el ciclo Diesel, en el cual el inyector (20) se ha dispuesto de forma paralela con respecto a la camisa
del cilindro (16’) en el interior del pistón secundario (2).
Una vez descrita la naturaleza de la invención se hace constar a los efectos oportunos, que el mismo no queda limitado a los detalles exactos de esta exposición, sino que por contrario, en él que se podrán introducir las modificaciones que se consideran oportunas, siempre que no se alteren las características esenciales del mismo.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Motor de combustión interna, en el que evolucionan aire y combustible, que comprende:
    -
    al menos un cilindro (16),
    -
    una cámara de combustión (15) por cada cilindro (16),
    -
    un pistón principal (1) que recorre el cilindro (16) y delimita la cámara de combustión (15) por uno de los extremos del cilindro (16),
    -
    un eje de cigüeñal (12’),
    -
    al menos una biela (14) por cada cilindro (16), que une el pistón principal (1) con el eje de cigüeñal (12’), y
    -
    un pistón secundario (2), el cual recorre el cilindro (16) del pistón principal (1) delimitando la cámara de
    combustión (15) por el extremo opuesto al del pistón principal (1), caracterizado por que:
    -
    el pistón secundario (2) recibe el movimiento proveniente del pistón principal (1) mediante una cadena
    cinemática que une el eje de cigüeñal (12’) y el pistón secundario (2), tal que en la explosión del aire y el combustible, el pistón principal (1) se encuentra entre un 25% y un 75% de la carrera del cilindro (16).
  2. 2.-Motor de combustión interna, según la reivindicación 1, caracterizado por que la cadena cinemática que une el eje de cigüeñal (12’) y el pistón secundario (2) comprende al menos tres subcadenas cinemáticas (A, B, C).
  3. 3.-Motor de combustión interna, según la reivindicación 2, caracterizado por que la primera subcadena (A) comprende al menos un primer conjunto de elementos de transmisión mecánica el cual comprende:
    -
    al menos una biela colgante (3), siendo el último elemento de transmisión mecánica en transmitir el movimiento proveniente del pistón principal (1) al pistón secundario (2),
    -
    al menos una biela intermedia (4), la cual recibe por uno de sus extremos el movimiento proveniente del pistón principal (1),
    -
    al menos una biela pendular (5),
    -
    un punto fijo (5’), del cual cuelga la biela pendular (5), y
    -
    un punto de intersección (3’), donde en el punto de intersección (3’) coinciden la biela intermedia (4), la biela colgante (3) y la biela pendular (5).
  4. 4.-Motor de combustión interna, según la reivindicación 2 y 3, caracterizado por que la segunda subcadena (B) comprende al menos un segundo conjunto de elementos de transmisión mecánica el cual comprende:
    -
    al menos un brazo oscilante (6) con una abertura (6.1),
    -
    una leva (7) por cada brazo oscilante (6), la cual a su vez comprende al menos:
    o una zona de rotación (7.1), y
    o una zona de guiado (7.3), situada excéntricamente con respecto a la zona de rotación (7.1) y que
    sobresale perpendicularmente a dicha zona de rotación (7.1), donde la leva (7) por medio de la zona de rotación (7.1) recibe el movimiento de giro proveniente del eje del cigüeñal (12’), y que por contacto directo de la zona de guiado (7.3) con la parte interna de la abertura (6.1) del brazo oscilante (6), genera un desplazamiento en el brazo oscilante (6) que permite accionar el primer conjunto de elementos de transmisión mecánica mediante un punto de unión (4’) entre biela intermedia (4) y el brazo oscilante (6).
  5. 5.-Motor de combustión interna, según la reivindicación 2 y 4, caracterizado por que la tercera subcadena (C) comprende al menos un tercer conjunto de elementos de transmisión mecánica el cual comprende:
    -
    al menos un medio flexible de transmisión mecánica, y
    -
    al menos una superficie engranadora como elemento de transmisión mecánica entre el eje del cigüeñal
    (12’) y el medio flexible de transmisión mecánica, donde mediante el medio flexible de transmisión mecánica, a la zona de rotación (7.1) de la leva (7) le llega el movimiento de giro proveniente del eje del cigüeñal (12’).
  6. 6.-Motor de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que por cada vuelta completa del eje del cigüeñal (12’), la leva (7) gira una vuelta completa.
  7. 7.- Motor de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que es seleccionado entre un motor de encendido provocado regido por el ciclo Otto y un motor de encendido por compresión según el ciclo Diesel.
  8. 8.- Motor de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que es seleccionado entre un motor de dos tiempos y un motor de cuatro tiempos.
  9. 9.-Motor de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los motores de encendido provocado comprenden una bujía (19) la cual se dispone en un lateral longitudinal del cilindro
    (16) con un ángulo entre 15º y 90º con respecto a un eje de simetría longitudinal del cilindro (16).
    5 10.-Motor de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un inyector (20) en el lateral longitudinal del cilindro (16) con un ángulo entre 15º y 90º con respecto al eje de simetría longitudinal del cilindro (16).
  10. 11.-Motor de combustión interna, según la reivindicación 9, caracterizado por que el inyector (20) está dispuesto
    10 paralelamente con respecto al eje de simetría longitudinal del cilindro en el interior de un pistón seleccionado entre el pistón principal (1) y el pistón secundario (2).
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