ES2553386T3 - Motor de émbolo alternativo con compensación de masas mejorada - Google Patents

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Abstract

Motor de émbolo alternativo (1) con cuatro cilindros (8, 8') con sección transversal en forma de círculo con ejes de cilindro paralelos entre sí y un árbol de salida (2), estando los ejes de los cilindros, vistos en sección axial, en los puntos de las esquinas de un rectángulo, preferiblemente de un cuadrado, en cuyo centro se encuentra el eje del árbol de salida (2) que se extiende en paralelo con respecto a los ejes de los cilindros y produciéndose la transmisión de fuerza o de momento a través de una manivela (7, 7') rotativa y un engranaje (3, 4, 5, 6) al árbol de salida (2), caracterizado por que respectivamente dos cilindros (8; 8') opuestos entre sí diagonalmente, visto axialmente, visto en el mismo sentido y axialmente, están dispuestos en sentido contrario a los dos otros cilindros (8'; 8), y que la transmisión de fuerza o de momento de cada cilindro (8, 8') se produce a través de una manivela (7, 7') rotativa propia.

Description

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DESCRIPCION
Motor de embolo alternativo con compensacion de masas mejorada
La invencion se refiere a un motor de embolo alternativo con compensacion de masas mejorada en correspondencia con el preambulo de la reivindicacion 1. Un motor de este tipo se conoce del documento FR 416 890. En el caso de este motor de ocho cilindros, actuan respectivamente dos embolos segun la manera de un motor en V de 180° sobre un elemento comun, que provoca el giro del arbol de salida central, que transcurre en direccion de los ejes de los cilindros. Cuatro de estos pares de embolos estan dispuestos en los puntos de las esquinas de un cuadrado alrededor del arbol de salida.
Otro motor parecido se conoce del documento JP 2004204777. Esta publicacion divulga un dispositivo en el que cada embolo actua sobre una bascula, que por su parte transforma mediante un reductor de engranajes conicos y ruedas libres, el movimiento redproco en un movimiento de giro continuo de un arbol de salida que transcurre normal con respecto a los ejes de los cilindros. La compensacion de masas es, adicionalmente a todos los problemas fundamentales de las masas redprocas, mala.
Del documento DE 26 26 979 se conoce un motor con embolos alternativos giratorios, que puede continuar moviendose tambien en caso de estar el eje de salida fijo, pero que se pone entonces en movimiento de giro alrededor del eje de salida. Presenta dos cilindros anulares con embolos anulares dispuestos de manera opuesta coaxialmente alrededor del eje de salida, que estan unidos mediante un mecanismo transmisor interno con un tipo de articulacion de cardan o diferencial, con el eje de salida. Aunque los embolos tambien presenten una compensacion de masas completa, el mecanismo transmisor complejo (jdispuesto en el espacio hueco central de los cilindros!) no esta compensado completamente, por no hablar de las demas insuficiencias practicas.
Los motores de embolo alternativo presentan en general debido a su madurez y a los conocimientos que se encuentran a disposicion en general y al refinamiento tecnologico de los materiales y al profundo conocimiento de los procesos de combustion en el cilindro y a la adaptacion excelente lograda de esta manera al correspondiente ambito de aplicacion, una gran difusion.
Un problema relacionado intrmsecamente con el principio del motor de embolo alternativo, es el problema de la compensacion de masas, que por un lado se produce debido al movimiento del embolo que se mueve en una y otra direccion en relacion con la velocidad del embolo irregular, partiendo del punto muertos superior y partiendo del punto muerto inferior, y por otro lado debido a la masa centnfuga excentrica que parte del componente lateral del movimiento de la manivela.
Las filas de motores de seis cilindros con funcionamiento de cuatro tiempos con 120° de intervalo de encendido, ofrecen en este caso hasta el segundo orden, tanto en el caso de las fuerzas de masa libres, como tambien en el caso de los momentos de masa libres, una compensacion completa, sin embargo, en este tipo de motores ya comienza a ser problematica la rigidez de torsion o la falta de rigidez de torsion del eje de la manivela largo, y debido a la disposicion de los cilindros en lmea resultan bloques de motor de construccion muy larga.
Las construcciones de compensacion trabajan con diferentes vastagos excentricos que se extienden en paralelo con respecto al eje de la manivela y estan unidos de manera resistente al giro con ella y que rotan en la mayona de los casos para la compensacion de las fuerzas de masa y momentos de masa de un orden mayor, con un numero de revoluciones doble o cuadruple del eje de la manivela. Por el contrario, en el caso de estos sistemas complejos y con ello caros, los constructores se conforman de manera diferente con una suspension o alojamiento del motor que en la medida de lo posible no transmita las vibraciones al fundamento o al marco del vehnculo.
La invencion tiene frente a ello el objetivo de proporcionar un motor de embolo alternativo, que tenga una configuracion compacta y que presente una compensacion en un alto grado de las fuerzas de las masas y de los momentos de las masas.
Segun la invencion, estos objetivos se logran en el caso de un motor de embolo alternativo con las caractensticas indicadas en la parte caracterizadora de la reivindicacion 1.
De esta manera, dicho con otras palabras, el motor de embolo alternativo segun la invencion esta caracterizado esencialmente por que respectivamente dos cilindros opuestos entre sf diagonalmente, visto axialmente, estan dispuestos en el mismo sentido, y, visto axialmente, en direccion opuesta a los otros dos cilindros. Preferiblemente los cuatro cilindros estan dispuestos en cuadrado, trabajando los cilindros dispuestos en diagonal entre sf en sentido contrario, pero por lo demas en la misma posicion angular y estando dispuestos los dos pares de cilindros formados de esta manera cabeza con pie, esto quiere decir, que entre los mecanismos de manivela de uno de los pares, las cabezas de los cilindros se proporcionan con las valvulas del otro par. De esta manera se transmite el momento de giro generado correspondientemente de la mejor manera posible al eje de salida y a pesar de la construccion compacta existe suficiente espacio para el control de la valvula y el suministro de combustible.
La transmision de los momentos de giro de los cilindros individuales al eje de salida mediante engranajes conicos, ya no es un problema para los engranajes conicos debido a la posibilidad de fabricacion con alta exactitud y con alta
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resistencia, ya se han superado completamente los problemas relacionados con ello, que se daban hasta los anos 80 del siglo veinte en lo que se refiere a la durabilidad y exactitud de engranajes conicos, igualmente los costes de produccion muy altos que se daban en aquel momento.
La invencion se explica a continuacion con mayor detalle mediante el dibujo. En este caso muestra o muestran la Fig. 1 una seccion puramente esquematica normal con respecto al eje de salida, la Fig. 2 una seccion puramente esquematica conducida varias veces alrededor de la esquina por diferentes ejes de cilindro, las Figs. 3 y 4 una variante en las mismas vistas que las Figs. 1 y 2 y la Fig. una variante con funcionamiento de dos tiempos.
La Fig. 1 muestra en una seccion esquematica, conducida por varios pasos, a traves de un motor de embolo alternativo 1 segun la invencion, un arbol de salida 2 con un engranaje conico 3 fijado sobre el, que se engrana con dos engranajes conicos de accionamiento 4. Hay unido de manera resistente al giro y coaxialmente con el engranaje conico de accionamiento 4, respectivamente un engranaje intermedio 5 que se engrana con un engranaje de manivela 6. El engranaje de manivela 6 esta unido de manera fija por su parte con una manivela (arbol) 7 de una biela 11 de un embolo 9 (Fig. 2) de un cilindro 8. Mediante la eleccion de la transmision de los engranajes conicos es posible alcanzar transmisiones adaptadas dentro de unos amplios lfmites, con lo que el motor puede funcionar en rangos de numeros de revoluciones ventajosos para el.
En la Fig. 1 puede verse que los dos cilindros 8, cuyo arbol de manivela 7 se representa, estan dispuestos simetricamente con respecto al arbol de salida 2 y con ejes de cilindros que se extienden en paralelo con respecto a este. Los dos arboles de manivela se extienden paralelos entre sf, el arbol de salida 2 transcurre normal con respecto al plano tensado por los ejes de la manivela.
Alrededor del eje del arbol de salida 2 se proporcionan girados a razon de 90° y dispuestos sobre la cabeza otros dos cilindros 8' de construccion similar a los cilindros 8, proporcionandose para ellos solo para el fin de la distincion las referencias con...
Mediante estas medidas, los cuatro embolos 9 alcanzan al mismo tiempo el punto muerto superior y al mismo tiempo el punto muerto inferior. Pero como tambien hay dispuestos dos y dos cilindros en sentido opuesto entre sf, casi cabeza con pie, se compensan completamente las diferencias del movimiento del embolo a traves del giro de la manivela; mediante la simetna de respectivamente dos cilindros dispuestos en el mismo sentido, se compensan completamente las fuerzas horizontales (que se presentan en sf de manera normal con respecto a los ejes de los cilindros).
Como se desprende de la disposicion de los embolos y manivelas y de las flechas que indican la direccion de giro, el motor presenta una compensacion de masas completa. Debido a la forma de construccion compacta, en la que pueden controlarse las valvulas 10' asignadas a los cilindros 8' de las manivelas 7 de los embolos 9 o de los cilindros 8, la necesidad de espacio es reducida y el arbol de salida 2 continuo central permite las situaciones de montaje mas diversas. El motor esta practicamente libre de torsiones y con ello de vibraciones de torsion debido al flujo de fuerza o de momento practicamente directo desde el embolo 9 a traves de la biela 11, a traves de la manivela corta 9 y el engranaje con el arbol de salida 2, a las que tienden por ejemplo, motores de filas de seis cilindros clasicos debido a la longitud del arbol de manivela.
En esta variante de la invencion es posible debido a la utilizacion de los engranajes 3, 4, 5 y 6 de manera aun mejor que en la primera variante, marcar ya en el motor mismo el “numero de revoluciones principal” deseado correspondientemente del arbol de salida 2 en caso del numero de revoluciones normal de la totalidad del motor, sin que requiera componentes adicionales.
Una variante de la invencion se representa en las Figs. 3 y 4, indicandose las mismas partes con las mismas referencias que en las Figs. 1 y 2, tambien es la misma la estructura principal del mecanismo de manivela o de la maquina de embolo, solo es diferente la orientacion de los ejes de la manivela 7' de los cilindros individuales:
Como puede verse particularmente en la Fig. 3, el eje 7' del arbol de manivela 7 se extiende hacia el eje del arbol de salida 2 y lo corta. De esta manera es posible que un engranaje conico de accionamiento 4 dispuesto sobre el arbol de manivela 7 se engrane con un engranaje conico 3 dispuesto sobre el arbol de salida 2 desviandose de esta manera el momento de giro del motor sin que sea necesario un engranaje intermedio.
Mediante esta construccion puede renunciarse a los engranajes frontales 5, 6 necesarios en la primera forma de realizacion, se suprime de esta manera la posibilidad de transmision adicional existente debido a estos engranajes, se mantiene la posibilidad de transmision existente debido a la eleccion de los engranajes conicos.
En las Figs. 3 y 4 tambien puede verse una variante para el accionamiento de las valvulas, concretamente a traves de un engranaje dispuesto en el arbol de accionamiento 2 tipo rosca, que puede verse tambien como tornillo sinfm y con ello como ruedas dentadas frontales de engranaje, que se encuentran sobre un arbol con correspondientes levas. Dado que esta variante solo ha de verse sin embargo, como apendice, se ha renunciado a indicar referencia.
La Fig. 5 muestra una variante como accionamiento para una helice 13 de un avion - no representado-, previendose un funcionamiento de dos tiempos, como indican los “rayos de encendido” 12. La representacion transcurre por su
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parte a lo largo de una superficie doblada varias veces, para permitir secciones transversales a traves de los cilindros dispuestos de manera escalonada. En el sistema de propulsion se proporciona entre la helice 13 y el motor un elemento de amortiguacion 14, que en el ejemplo representado continua coaxialmente el propulsor, lo cual no tiene que ser asr Este amortiguador puede estar combinado con un mecanismo transmisor con transmision adaptada. Mediante el arbol de salida en seccion se indica que se proporciona al menos otra unidad de motor similar en el lado alejado de la helice, que tambien actua sobre el arbol de salida y sobre la helice 13.
El dispositivo segun la invencion no necesita materiales, controles, juntas, etc., nuevos o exoticos, por lo que segun el conocimiento de la invencion es facil y no problematico de dimensionar ni de configurar para el constructor del motor. El engranaje puede configurarse y producirse sin problemas segun los conocimientos de la invencion y el rendimiento y el momento de giro del motor y el rango del numero de revoluciones del arbol de salida, en el ambito de la construccion de mecanismos transmisores son de facil acceso todos los conocimientos necesarios para ello.
Las representaciones muestran el arbol de salida 2 con transcurso en direccion vista en vertical intuitivamente, pero esto solo es una convencion. Como es habitual en el caso de los motores de embolo alternativo, la orientacion de los ejes de los cilindros puede adaptarse a la correspondiente situacion de montaje, sin que esto tenga una influencia en el motor mismo. Es concebible refrigeracion de agua y refrigeracion de aire, funcionamiento de 2 tiempos o funcionamiento de 4 tiempos; la utilizacion de gasolina, diesel u otros combustibles depende del criterio del constructor.
Al utilizarse como motor de avion, lo cual se ofrece debido a la construccion compacta y a la compensacion de masas de alto grado, se indica para la proteccion de los engranajes conicos frente a oscilaciones de momento de giro a modo de golpe, como pueden ser inducidas por la helice, una conexion “blanda” o un dispositivo de amortiguacion. Tambien es ventajoso en esta utilizacion el funcionamiento como motor de dos tiempos, dado que la presion de compresion es mas baja, y de esta manera pueden reducirse los grosores de la pared y con ello la masa; dado que no se requieren depositos de aceite y el funcionamiento es independiente de la posicion (“apto para acrobacias aereas”); dado que no se produce ningun intercambio de cargas en el engranaje conico y finalmente porque la conduccion de los flujos de gas es posible en un espacio reducido mas facilmente que en el funcionamiento de cuatro tiempos.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Motor de embolo alternativo (1) con cuatro cilindros (8, 8') con seccion transversal en forma de drculo con ejes de cilindro paralelos entre sf y un arbol de salida (2), estando los ejes de los cilindros, vistos en seccion axial, en los puntos de las esquinas de un rectangulo, preferiblemente de un cuadrado, en cuyo centro se encuentra el eje del arbol de salida (2) que se extiende en paralelo con respecto a los ejes de los cilindros y produciendose la transmision de fuerza o de momento a traves de una manivela (7, 7') rotativa y un engranaje (3, 4, 5, 6) al arbol de salida (2), caracterizado por que respectivamente dos cilindros (8; 8') opuestos entre sf diagonalmente, visto axialmente, visto en el mismo sentido y axialmente, estan dispuestos en sentido contrario a los dos otros cilindros (8'; 8), y que la transmision de fuerza o de momento de cada cilindro (8, 8') se produce a traves de una manivela (7, 7') rotativa propia.
  2. 2. Motor de embolo alternativo (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que los embolos (9; 9') opuestos entre sf diagonalmente estan dispuestos en la misma fase y con manivela (7) con rotacion en sentido contrario.
  3. 3. Motor de embolo alternativo (1) segun la reivindicacion 2, caracterizado por que los embolos (9; 9') de todos los cilindros (8; 8') alcanzan al mismo tiempo su punto muerto superior e inferior.
  4. 4. Motor de embolo alternativo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el engranaje presenta engranajes conicos (3, 4).
  5. 5. Motor de embolo alternativo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los ejes (7') de los arboles de manivela (7) cortan el eje del arbol de salida (2), y que los arboles de manivela (7) portan engranajes conicos (4), que se engranan con engranajes conicos (3) sobre el eje de salida.
  6. 6. Motor de embolo alternativo segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los ejes (7') de los arboles de manivela (7) se extienden por pares en paralelo entre sf y de manera torcida con respecto al eje del arbol de salida (2), y que los arboles de manivela (7) portan engranajes de manivela (6) que se engranan con engranajes intermedios (5), que portan coaxialmente engranajes conicos (4), que se engrana con engranajes conicos (3) en el eje de salida.
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