ES2556945T3 - Motores de combustión interna - Google Patents

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ES2556945T3 ES08750704.2T ES08750704T ES2556945T3 ES 2556945 T3 ES2556945 T3 ES 2556945T3 ES 08750704 T ES08750704 T ES 08750704T ES 2556945 T3 ES2556945 T3 ES 2556945T3
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Abstract

Un motor de combustión interna de dos tiempos que comprende: dos cilindros opuestos, alojando cada cilindro dos pistones (3, 4, 5, 6) opuestos y que tienen uno o más puertos de admisión (35) y uno o más puertos de escape (33), y un cigüeñal (112) para accionar los pistones (3, 4, 5, 6), caracterizado por que cada cilindro comprende una válvula de camisa (7, 8) que puede accionarse mediante el cigüeñal (112) para controlar la apertura y el cierre del puerto o de los puertos (33, 35) de admisión y de escape; y los pistones (3, 4, 5, 6) y las válvulas de camisa (7, 8) funcionan en cada cilindro para abrir su puerto o puertos de escape (33) antes que su puerto o puertos de admisión (35) y para cerrar su puerto o puertos de escape (33) antes que su puerto o puertos de admisión (35).

Description

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DESCRIPCION
Motores de combustion interna Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a motores de combustion interna. Mas en particular, se refiere a motores de combustion interna con una configuracion de piston opuesto, cilindro opuesto (“POCO”).
Antecedentes
Los motores de combustion interna han sufrido muy pocos cambios desde el final de la Segunda Guerra Mundial y se podrla arguir que el motor de piston que hoy en dla se usa a nivel practicamente universal tiene mas en comun con la practicidad del diseno al inicio de la Segunda Guerra Mundial que con los desarrollos que tuvieron lugar durante la misma.
Con el fin de la guerra, se necesitaba algo que fuera barato y simple de producir, algo que no necesitara tecnicas de mecanizado especialmente avanzadas o materiales exoticos. En ese momento, el motor de combustion interna se vela solamente como una medida temporal hasta que apareciera otra tecnologla, y esta suposicion se ha repetido una y otra vez durante las siguientes decadas.
El motor rotativo fue uno de un numero de desarrollos tras la guerra. La geometrla basica del motor rotativo ha estado presente desde la epoca del vapor, pero el trabajo realizado por Felix Wankel lo llevo hasta el punto donde parecla ofrecer una solucion viable. En comparacion con un motor de combustion interna convencional, el Wankel era mucho mas pequeno para una capacidad determinada y ofrecla el extra anadido de un funcionamiento casi libre de vibraciones. Para el final de la decada, casi todos los grandes productores de motores hablan comprado licencias del Instituto Wankel para producir motores rotativos, pero los problemas pronto se volvieron aparentes. El primero, un pobre sellado de los extremos del rotor, se soluciono finalmente, aunque solo despues de que muchas retiradas de productos y reclamaciones de garantla llevaran a los fabricantes pioneros practicamente a la bancarrota. El segundo era inherente en el diseno basico. La geometrla del rotor giratorio y la pared de la camara en un Wankel obligan al volumen de combustion a convertirse en lo que queda entre el rotor y la pared de la camara en el punto de combustion. Esto conduce a una combustion incompleta debido a la gran relacion de area/volumen y la forma ineficaz. Se penso que el mundo podrla vivir con un pobre consumo de combustible hasta la llegada de la primera crisis de combustible en 1974, pero casi de la noche a la manana, la mayorla de participantes mas importantes, excepto Mazda, abandonaron el Wankel. Con emisiones tan importantes hoy en dla como el consumo de combustible, la combustion ineficaz del Wankel hace que sea diflcil verlo desarrollar cualquier papel significante en el futuro, excepto en aplicaciones donde el usuario puede tolerar estas deficiencias a cambio de su pequeno tamano y fluidez.
Tras haberse quemado, los fabricantes volvieron a los motores convencionales y esperaron a avances en lo que aceptaron como la fuente de potencia del futuro; la celula de combustible. Los desarrollos en las baterlas avanzadas tambien estan en curso, pero es ironico que en el mismo momento en que el primer vehlculo electrico comercial puede contemplarse de manera realista, existe el entendimiento creciente de que el motor de combustion interna tendra un futuro significativo durante muchos anos como una unidad altamente eficaz por si sola o como parte de un tren de potencia hlbrido.
En algunos sentidos, los disenadores de motores diesel para uso comercial se han aventurado mas con pistones opuestos de 2 tiempos desarrollados en Alemania en los anos treinta con el Junkers Jumo, y en los cincuenta y sesenta con el Napier Deltic y el Commer TS3.
Habiendo establecido el requisito de un motor de piston moderno, la pregunta es que caracterlsticas deberla tener.
Por motivos de eficiencia de fabricacion y fiabilidad durante el uso, el motor deberla ser tan simple como fuera posible con las mlnimas piezas moviles. Deberla ser tan pequeno como fuera posible, para que pudiera alojarse facilmente en lo que sea que este alimentando, mejorando el empaquetado de un vehlculo, mejorando la seguridad de los peatones y haciendo que su incorporacion a un tren de potencia hlbrido sea mas simple.
Deberla ser ligero, para que use una energla minima al mover su propia masa, mientras que se hace posible una mayor carga dentro de un peso bruto y fijo del vehlculo.
Deberla usar su combustible de manera mas eficaz que los motores contemporaneos, lo que significa una mejor combustion, menos friccion interna y masas alternativas reducidas.
En caso de que sea posible, deberla estar libre de vibraciones para mejorar la comodidad de los ocupantes del vehlculo y reducir las tensiones en el chasis.
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Teoricamente, un motor de dos tiempos tiene la ventaja de que logra una mayor salida por su tamano, ya que cada cilindro produce potencia en cada revolucion. Sin embargo, este potencial se ha visto comprometido por una superposicion excesiva del periodo de admision y escape y el hecho de que los motores de 2 tiempos de piston opuesto no han tenido tradicionalmente una simetrla optima para lograr la combustion mas eficaz. Los avances en los combustibles, sistemas de inyeccion y gestion de motor significan que mucho de esto puede solucionarse, emergiendo un motor mas limpio.
Un motor de combustion interna de 2 tiempos con cilindros opuestos, teniendo cada cilindro un par de pistones opuestos conectados con un ciguenal central comun, se ha divulgado por parte de Hofbauer en el documento US 6.170.443. Una colocacion angular e independiente de las excentricas del ciguenal permite una temporizacion asimetrica de los puertos de admision y escape, optimizando de esta manera la superposicion del puerto de admision y escape. El efecto del desequilibrio dinamico primario resultante se minimiza controlando las configuraciones geometricas y las masas de las piezas moviles de una manera compleja.
Otra contribucion a las emisiones producidas y a la ineficacia general de un motor convencional viene ocasionada por el avance lateral del piston, provocado al conectar la geometrla de varilla/ciguenal, mientras que son significativos los lanzamientos friccionales debido a las fuerzas de combustion que actuan directamente en el extremo grande de los cojinetes principales.
Las mejoras en todas estas areas solo pueden ser beneficiosas.
El documento FR2888907A describe un motor de combustion interna que tiene dos cilindros opuestos, incluyendo cada cilindro dos pistones opuestos.
Sumario de la invencion
La presente invencion se refiere generalmente a motores de combustion de intervalo con 2 cilindros y de 2 tiempos.
Es un objetivo de la presente invencion proporcionar un motor de combustion interna de 2 cilindros y 2 tiempos que tiene caracterlsticas de rendimiento superiores en relacion con los motores actuales de 4 cilindros y 4 tiempos, pero con una eficacia mejorada, un perfil de altura reducido y una masa inferior para una instalacion mejorada, adaptabilidad a una sobrealimentacion y metodos de inyeccion de combustible avanzados, equilibrio dinamico y simplicidad mecanica para costes de produccion reducidos.
Por consiguiente, la presente invencion proporciona un motor de combustion interna de dos tiempos tal como se expone en la reivindicacion 1.
Un mecanismo de yugo escoces que acopla rlgidamente los pistones exteriores se proporciona preferentemente para acoplar de manera impulsora los pistones exteriores al ciguenal. Preferentemente, se proporcionan dos mecanismos de yugo escoces paralelos, igualmente dispuestos en torno a la llnea central de los cilindros con suficiente espacio entre ellos para recibir de manera deslizante el unico yugo escoces de los pistones exteriores antes mencionado, acoplando rlgidamente los pistones interiores para acoplarlos de manera impulsora con el ciguenal.
En algunas realizaciones, un orificio esta provisto de medios de sellado en la corona de cada piston interior para proporcionar espacio para el movimiento de una varilla que conecta los pistones exteriores con su mecanismo de yugo escoces. De esta manera, el mecanismo de yugo escoces de los pistones exteriores queda alojado dentro de los dos mecanismos de yugo escoces de los pistones interiores.
Para facilitar el ensamblaje de los pistones interiores y exteriores, una caracterlstica preferente de la invencion es la division de los pistones interiores a lo largo de un plano a traves del eje de los cilindros y normal con respecto al eje del ciguenal. Las dos mitades de los pistones interiores vuelven a unirse entonces con sujeciones. Se reconoce que pueden emplearse metodos de ensamblaje alternativos para lograr el mismo efecto.
Ademas, de acuerdo con la invencion, el ciguenal tiene preferentemente al menos tres munones separados para recibir las fuerzas impulsoras desde los mecanismos respectivos de yugo escoces. Cada cilindro tiene puertos de escape y puertos de admision de aire formados cerca de sus extremos respectivos.
Una caracterlstica preferente de la invencion es que se proporcionan medios de inyeccion de combustible que suministran combustible a traves de un numero de boquillas dispuestas radialmente, cuyo eje de disposicion es coaxial con los cilindros. Durante el periodo de inyeccion, un numero igual de puertos dispuestos radialmente en las varillas tubulares de los pistones exteriores estan alineados con y rodean las corrientes de inyeccion de combustible, permitiendo por tanto su admision en las camaras de combustion.
Una caracterlstica preferente e importante de la invencion es que las masas de los conjuntos de piston rlgido interior y exterior/yugo escoces/piston (API y APO) se seleccionan para eliminar o minimizar el desequilibrio dinamico
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primario del motor. Los motores que utilizan mecanismos de yugo escoces accionan sus pistones con un puro movimiento armonico simple y, por tanto, no tienen segundos componentes de movimiento armonico o de orden superior. Mas especlficamente, se prefiere elegir la masa del API de manera que el producto de su masa multiplicado por el desplazamiento de sus munones de ciguenal de accionamiento sea igual al producto de la masa del APO multiplicado por el desplazamiento de su munon de ciguenal de accionamiento. Esta configuracion elimina el desequilibrio dinamico a menos que se introduzca asimetrla del munon del ciguenal.
De acuerdo con una caracterlstica preferente y adicional de la invencion, los munones en el ciguenal que accionan el API y el APO, en lugar de estar diametralmente opuestos, estan dispuestos simetricamente para que los puertos de escape del cilindro asociado se abran antes que los puertos de admision de aire y se cierren antes de cerrarse los puertos de admision de aire. Esta temporizacion de puertos asimetrica hace que sea posible mejorar el barrido de gas de escape y utilizar la sobrealimentacion para mejorar la eficacia del motor.
Una vez que el movimiento asimetrico del piston se introduce en un motor de piston opuesto, es necesario redefinir el significado de punto muerto superior (tDc) y punto muerto inferior (BDC), que en la gran mayorla de los disenos de motor coincide con los volumenes mlnimos y maximos contenidos dentro del cilindro. En el caso de motores de piston opuesto cuyos pistones estan fuera de fase por un angulo de (180+a)°, donde a se conoce como el angulo fuera de fase (OOP), la posicion del volumen mlnimo contenido se conoce como el punto muerto interior (IDC) y la posicion del volumen maximo contenido se conoce como el punto muerto exterior (oDc).
Una caracterlstica adicional e importante de la invencion es el uso de dos valvulas de camisa que contienen los puertos de admision y escape y forman el cilindro dentro del que alterna el piston. Es una caracterlstica preferente de la invencion que un munon excentrico y esferico en un extremo del ciguenal accione una valvula de camisa, mientras que un munon similar coaxial en el otro extremo del ciguenal acciona la segunda valvula de camisa. En algunas realizaciones, las excentricidades maximas de los munones excentricos llevan un retraso con respecto al munon del ciguenal APO de (90+a/2) °.
Puede mostrarse mediante trigonometrla algebraica que cuando una disposition cinematica tal como la anteriormente descrita tiene un angulo a OOP, se genera una fuerza primaria fuera de equilibrio con un retraso respecto a la posicion del munon APO de (90+a/2)° y de magnitud 2sin(a/2) multiplicado por el producto de la masa/desplazamiento del ciguenal del API o APO. Para lograr un equilibrio dinamico perfecto, todo lo que es necesario es disponer el producto de la suma de las masas de las dos valvulas de camisa multiplicado por el desplazamiento de sus munones excentricos para que sea igual a la magnitud de la fuerza fuera de equilibrio descrita anteriormente. De esta manera, el motor resultante se encuentra esencialmente en un equilibrio dinamico completo. Deberla apreciarse en este caso que los componentes rotativos del movimiento de las valvulas de camisa se encuentran en direcciones opuestas y se anulan totalmente entre si. Ademas, ya que los cilindros opuestos son coaxiales, no se generan parejas de balanceo y se ahorra espacio en comparacion con una disposicion de cilindro escalonada, convencional y opuesta horizontalmente.
Otra razon importante para esta caracterlstica de la invencion es que el efecto de que el movimiento de la valvula de camisa tenga un retraso con respecto al movimiento del piston de escape de (90+a/2)° es multiplicar la simetrla del temporizacion de puerto por un factor de tres o mas, lo que permite que la simetrla del piston se minimice, lo que a su vez minimiza el volumen perdido del motor y los componentes internos fuera de equilibrio, un clrculo virtuoso escaso en el diseno de ingenierla.
Un efecto deseable adicional, bien documentado en la bibliografla, es que el movimiento circular impartido a las valvulas de camisa por sus excentricas, reduce significativamente la friction del piston y el desgaste del cilindro debido a la velocidad de los anillos de piston en relation con su cilindro, sin llegar nunca a ser cero. La lubrication hidrodinamica se maximiza por tanto. Al mismo tiempo, el aceite de lubricacion se extiende de manera mas uniforme, conduciendo a una mayor fiabilidad por medio de una posibilidad reducida de fallo de lubricacion y una transferencia de calor mejorada que conduce a zonas calientes y gradientes de temperatura reducidos.
Una maxima eficacia de potencia de un motor de acuerdo con la presente invencion puede lograrse aplicando aire presurizado a los puertos de admision de cada cilindro. La forma actualmente preferida del motor con temporizacion asimetrica de acuerdo con la invencion incluye por tanto dos sobrealimentadores, cada uno de los cuales se acopla a los puertos de escape de un cilindro asociado para recibir gases de purga de ese cilindro y aplicar aire presurizado a los puertos de admision de ese cilindro asociado. Un acoplamiento cercano de un sobrealimentador separado en cada anillo de puerto de escape tiene como resultado una mayor eficacia al utilizar energla adicional desde las pulsaciones dinamicas de gas inherentes en cualquier motor de piston.
Breve descripcion de los dibujos
Una realization de la invencion se describe ahora a modo de ejemplo, en referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La FIG. 1 es una section transversal a traves de una configuracion de motor de acuerdo con una realizacion de
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la presente invencion, descansando la seccion transversal en un plano vertical que pasa a traves del eje de los cilindros a mano izquierda y derecha y normal con respecto al eje del ciguenal;
La FIG. 2 es una seccion transversal a traves de una configuracion de motor de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, descansando la seccion transversal en un plano horizontal que pasa a traves del eje de los cilindros de mano izquierda y derecha y el eje del ciguenal; y
Las FIGS. 3(a) a (m) muestran las posiciones relativas de las piezas componentes de la configuracion de motor de las FIGS. 1 y 2 durante una rotacion completa del ciguenal:
La FIG. 3(a) muestra el ciguenal en una posicion inicial, con los puertos de admision (IN) y escape (EX) abiertos en el cilindro de mano derecha;
La FIG. 3(b) muestra las posiciones relativas de todos los componentes despues de una rotacion de 30 grados en el sentido contrario a las agujas del reloj; y
Las FIGS. 3(c) a 3(m) muestran las posiciones relativas de todos los componentes despues de 60°, 90°, 120°, 150°, 180°, 210°, 240°, 270°, 300°, 330°, 360° respectivamente.
Descripcion detallada
A continuation aparece una descripcion de la realizacion preferente, pero son posibles muchas variaciones dentro del alcance de la invencion.
Tal como se ilustra en las FIGS. 1 y 2, la configuracion del motor de la presente invencion comprende un cilindro derecho 7, un cilindro izquierdo 8 y un unico ciguenal 112 central ubicado entre los cilindros (para mas claridad, la mayorla de la estructura de soporte del motor, a parte de 1 y 2, se ha omitido en las FIGS. 1 y 2).
El cilindro derecho 7 tiene un piston exterior (Pro) 3 y un piston interior (Pro) 5 con caras 23 y 25 de combustion respectivamente, formando los dos pistones una camara de combustion 27 entre ellos. El cilindro izquierdo 8 tiene de manera similar un piston exterior 4 (Plo) y un piston interior (Pli) 6, con caras 24 y 26 de combustion y una camara de combustion 28. Los dos pistones exteriores 3 y 4 se conectan rlgidamente entre si mediante el yugo escoces 101. Las dos mitades superiores 5a y 6a del piston interior se conectan rlgidamente entre si mediante el yugo escoces superior 103 y las dos mitades inferiores 5b y 6b del piston interior se conectan rlgidamente entre si mediante el yugo escoces inferior 104. En la realizacion preferente, para un mejor ensamblaje, las dos mitades resultantes del piston interior/yugo escoces/piston, cuya llnea de division queda a traves de los ejes de los cilindros y es normal con respecto al eje del ciguenal, se aseguran rlgidamente entre si, atrapando al mismo tiempo los grupos de sellado de anillo de piston 17 y 18.
El sistema de piston exterior/yugo escoces/piston 3, 101 y 4 se une a la excentrica media 115 de cinco excentricas en el ciguenal 112 por medio de un patln 102. El sistema de piston interior/yugo escoces/piston se une al par interior de excentricas 114 y 116 de las cinco excentricas en el ciguenal 112 por medio de patines 105 y 106. Los cuatro pistones 3, 4, 5(a+b) y 6(a+b) se muestran con una pluralidad de anillos de piston 19, 20, 21 y 22, respectivamente, ubicados detras de las caras de combustion. En otras realizaciones del motor, pueden emplearse anillos de piston adicionales a lo largo de los cuerpos de piston o en la pared de cilindro coincidente para minimizar el escape de gases desde los puertos al carter 118. En la realizacion preferente, se emplean anillos de piston adicionales en las zonas exteriores 31 y 32.
Los cilindros consisten en valvulas de camisa 7 y 8 y sus respectivas tapas de cojinete 110 y 109, que se accionan desde el ciguenal mediante excentricas 113 y 117 respectivamente. Las valvulas de camisa 7 y 8 tienen puertos de escape 35, 34 y puertos de admision 33 (no se muestran los puertos de admision de la valvula de camisa 8 a mano izquierda). En la valvula de camisa del cilindro derecho 7, el piston exterior 3 abre y cierra los puertos de escape 33 y el piston interior 5(a+b) abre y cierra los puertos de admision 35. Multiples puertos 37 radiales de inyeccion de combustible perforan la union tubular del piston exterior y proporcionan una trayectoria para el combustible desde las multiples boquillas radiales de inyeccion de combustible 39 del inyector 9 para acceder a la camara de combustion 27 unicamente cuando los puertos 37 se alinean y envuelven las boquillas 39 durante la fase de inyeccion. De manera similar, en la valvula de camisa 8 del cilindro izquierdo, el piston exterior 4 abre y cierra los puertos de escape 34 y el piston interior 6(a+b) abre y cierra los puertos de admision 36. Multiples puertos radiales de inyeccion de combustible 38 perforan la union tubular del piston exterior y proporcionan una trayectoria para el combustible desde las multiples boquillas 40 radiales de inyeccion de combustible del inyector 10 para acceder a la camara de combustion 28 solo cuando los puertos 28 se alinean y rodean las boquillas 40 durante la fase de inyeccion (que, tal como se muestra en las FIGS. 1 y 2, ocurre en el cilindro izquierdo).
Cada una de las cinco excentricas del ciguenal 113, 114, 115, 116 y 117 se colocan unicamente con respecto al eje rotativo del ciguenal 111. En la realizacion ilustrada, la excentrica 115 para los pistones de escape exteriores y las excentricas coaxiales 114 y 116 para los pistones de admision interiores estan a la misma distancia radial del eje rotativo del ciguenal 111. En la realizacion preferente, el yugo escoces 101 se recibe de manera alternativa dentro de los faldones de los pistones 5(a+b) y 6(a+b) de admision interiores y el radio de la excentrica 115 se restringe de esta manera. Sin embargo, no existe restriction equivalente en los radios de las excentricas coaxiales 114 y 116, por tanto es posible extender el radio de estas excentricas, lo que tendrla el efecto de incrementar la carrera de los
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pistones de admision interiores. Los motores anteriores de piston opuesto y de dos tiempos tienen, de acuerdo con la bibliografia, periodos de admision de aproximadamente 110° y periodos de escape de aproximadamente 130° de rotacion del ciguenal. Ya que el area maxima de puerto disponible varia linealmente con la carrera del piston asociado, una carrera adicional del piston de admision restauraria la igualdad de las areas de puerto de admision y escape. Que esto sea aconsejable para cualquier realization de motor determinada de acuerdo con su tamano y funcion dependera de un analisis adicional por ordenador y de ensayos para la optimization de manera individual.
La excentrica 115 para los pistones de escape exteriores, que abren y cierran los puertos de escape en los dos cilindros, esta avanzada angularmente 4° en la realizacion preferente, mientras que las excentricas coaxiales 114 y 116 para los pistones de admision interiores, que abren y cierran los puertos de admision en los dos cilindros, estan retrasadas angularmente 4° (con respecto a sus posiciones teoricas opuestas 180° en una realizacion de motor con una temporizacion de puerto simetrica) y las excentricas coaxiales 113 y 117, que accionan el movimiento de la valvula de camisa del cilindro, estan retrasadas angularmente (90+4)° con respecto a la position de la excentrica 115 (debe apreciarse que la direction de la rotacion del ciguenal es contraria a la direction de las agujas del reloj, tal como se indica mediante las flechas).
Las posiciones unicas de las excentricas contribuyen tanto al equilibrio del motor como al funcionamiento del motor con respecto a la sobrealimentacion y la recuperation de energia de la purga de escape, tal como se analizara a continuation. Este equilibrio del motor tiene como resultado que se cancelen todas las fuerzas no rotativas del ciguenal, permitiendo de esta manera un diseno de ciguenal simplificado, como tambien se analizara a continuacion. El uso de pistones opuestos logra una mayor cilindrada por cilindro mientras que al mismo tiempo reduce los desplazamientos del ciguenal, reduciendo por tanto la altura del motor. La configuration de yugo escoces anidado permite un motor compacto muy corto, mientras que reduce en gran medida las perdidas friccionales de las fuerzas de reaction a traves de las interfaces de piston/cilindro.
En comparacion con un motor en linea de 4 tiempos y 4 cilindros de production actual de la tecnica anterior que tiene un rendimiento comparable, el motor de la presente invention proporciona mejoras sustanciosas en la idoneidad de instalacion, la reduction de perdidas de friction y la elimination de vibration. La altura del motor de piston opuesto y cilindro opuesto se determina principalmente mediante el barrido maximo del cilindro y el diametro minirno disponible del embrague y mediante requisitos de volante. Con el diseno de piston opuesto, los desplazamientos del ciguenal pueden reducirse aproximadamente a la mitad para el mismo desplazamiento del cilindro. Una altura reducida a aproximadamente 200 mm es por tanto posible, en comparacion con una altura de 450 mm para un motor en linea de 4 tiempos y 4 cilindros. Como una ilustracion, un motor que incorpora la presente invencion que tiene una perforation de 46,6 mm produciria una cilindrada de 158 cm3. La configuracion de un unico ciguenal central y yugo escoces anidado permite un unico motor compacto que, en un diseno de prototipo con un anchura de aproximadamente 720 mm, queda dentro de la anchura de instalacion disponible para automoviles, vehiculos comerciales, aeronaves ligeras etc. Con una perforacion y una carrera de 152 x 83,5 mm, una cilindrada de 5,5 litros es el resultado. Puede esperarse una masa de aproximadamente 130 Kg con sobrealimentadores y accesorios. Para la mayoria de aplicaciones de produccion en masa sedan necesarias versiones mas pequenas.
La friccion debido a las fuerzas de reaccion a traves de las interfaces de piston/cilindro se reduce en gran medida gracias a esta invencion. Un motor en linea de 4 tiempos y 4 cilindros del estado de la tecnica tiene una relation (A) del desplazamiento del ciguenal con los centros de biela de aproximadamente 0,25. Debido a los mecanismos de yugo escoces, se logra un valor de A de infinidad y tiene como resultado un perfecto movimiento armonico simple de todos los pistones.
Aunque el motor de 2 cilindros de la presente invencion tiene el mismo numero total de pistones que un motor convencional en linea de 4 tiempos y 4 cilindros, para una salida de potencia comparable, la velocidad media del piston se reduce sustancialmente ya que cada piston recorre una distancia mas corta.
La configuracion de piston opuesto elimina sustancialmente las fuerzas de combustion no rotativas sobre los cojinetes principales, ya que la traction del piston exterior contrarresta el empuje del piston interior. Estas grandes fuerzas tensan principalmente el ciguenal en una doble cizalla e imponen un par de torsion casi puro en el ciguenal. El numero de cojinetes principales puede reducirse por tanto a dos y el ciguenal y la estructura de soporte del motor pueden realizarse mas ligeras de manera correspondiente.
El motor de la presente invencion puede equilibrarse totalmente y dinamicamente tal como se analizara a continuacion incluso con una asimetria sustancial en las temporizaciones de puerto de escape y admision. Esto se logra a traves del uso de los productos de desplazamiento de masa/excentrica de las valvulas de camisa que contrarrestan exactamente el componente de desequilibrio de los productos de desplazamiento de masa/excentrica de los sistemas de dos pistones/yugo escoces/piston. Ademas, el movimiento de las valvulas de camisa modifica la temporizacion del puerto de escape y admision de tal manera que la asimetria de la temporizacion de puerto puede ser al menos tres veces la asimetria de las excentricas del ciguenal.
La configuracion del motor de la presente invencion se adapta bien a la sobrealimentacion. Tal como se muestra en las FIGS. 1 y 2, en la realizacion preferente, cada cilindro del motor tiene un sobrealimentador 29 y 30 separado.
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Solo con dos cilindros, un sobrealimentador puede dedicarse economicamente a cada cilindro, haciendo que tales tecnicas sean mas practicas, tal como la turbosobrealimentacion de pulsos. Los sobrealimentadores son preferentemente turbosobrealimentadores que funcionan con un motor electrico, que sirven para mejorar el barrido, mejorar el rendimiento del motor a bajas velocidades del motor mientras que evitan el retardo turbo y recuperan energla del escape del motor (composicion), tal como se describira a continuacion, as! como precalentar el aire de admision para la facilidad del inicio en frlo.
Funcionamiento del motor
Las FIGS. 3 ilustran el funcionamiento del motor de la presente invention durante una rotation completa del ciguenal. Las FIGS. 3(a) a 3(m) ilustran las posiciones del piston, la valvula de camisa y las posiciones del puerto de escape y admision asociado en incrementos de 30° (debe apreciarse que la rotacion del ciguenal de la FIG. 3 esta en sentido contrario a las agujas del reloj tal como se muestra mediante las flechas). El angulo 9 del ciguenal se muestra a la derecha del numero de la FIG. y esta etiquetado como ADC (tras el punto muerto) ya que los pistones en los cilindros izquierdo y derecho estan simultaneamente en IDC (punto muerto interior) y ODC (punto muerto exterior) respectivamente. Las flechas en los puertos de admision IN y puertos de escape EX indican que los puertos estan abiertos.
La FIG. 3(a) a 0° ADC muestra el motor en una position de ciguenal de 0° (arbitrariamente definida como IDC en el cilindro izquierdo). En esta posicion, el piston exterior izquierdo Plo y el piston interior izquierdo Pli se encuentran en su punto de maxima cercanla. Aproximadamente en este angulo de rotacion del ciguenal, en una version de inyeccion directa del motor, una carga de combustible se inyectarla en el cilindro izquierdo y comenzarla la combustion. En este punto, los puertos de escape y admision (EX e IN) del cilindro izquierdo se cierran completamente mediante el Plo y el Pli respectivamente. Ya que la temporizacion de los pistones que accionan los puertos de escape avanza 4° y la temporizacion de los pistones que accionan los puertos de admision se retrasa 4°, ambos pistones Plo y Pli tienen una velocidad ligera hacia la izquierda, habiendo cambiado Plo su direction. En el cilindro derecho, el piston exterior derecho Pro y el piston interior derecho Pri se encuentran en su punto de mayor separation. Tanto los puertos de escape como de admision EX e IN del cilindro derecho estan abiertos tal como se muestra mediante las flechas, y los gases de escape del anterior ciclo de combustion estan sufriendo un barrido de uniflujo (flujo en una direccion en lugar de flujo de bucle). Al igual que los pistones en el cilindro izquierdo, tanto el Pro como el Pri deben tener una ligera velocidad hacia la izquierda ya que se conectan rlgidamente mediante mecanismos de yugo escoces anidados, habiendo cambiado Pro su direccion. Ambas valvulas de camisa, que se mueven como una y llevan un retraso con respecto al movimiento de los pistones Plo y Pro de (90+4)° y un adelanto con respecto al movimiento de los pistones Pli y Pri de (90+4)°, se encuentran a mitad de la carrera con una velocidad maxima hacia la derecha sin provocar por tanto ningun cambio eficaz en la temporizacion del puerto.
En la FIG. 3(b) a 30° ADC, los pistones Plo y Pli del cilindro izquierdo se separan en el comienzo de la carrera de expansion, habiendo cambiado Pli su direccion de recorrido. Plo, ya que va 8° delante de Pli, se mueve a una mayor velocidad que Pli. En el cilindro derecho, ambos conjuntos de puertos EX e IN permanecen abiertos tal como se muestra mediante las flechas, pero los puertos EX comienzan a cerrarse. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 50 % del desplazamiento de sus excentricas hacia la derecha de la posicion de media carrera y todavla se mueven a la derecha, incrementando por tanto la abertura de los puertos de admision IN y reduciendo la abertura de los puertos de escape EX en el cilindro derecho.
En la FIG. 3(c) a 60° ADC, el cilindro izquierdo continua su carrera de expansion, teniendo los dos pistones Plo y Pli velocidades casi iguales pero opuestas. En el cilindro derecho, el piston exterior Pro ha cerrado los puertos de escape EX, mientras que los puertos de admision IN permanecen parcialmente abiertos para recibir una sobrealimentacion tal como se muestra mediante la flecha. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 87 % del desplazamiento de sus excentricas hacia la derecha de la posicion de media carrera y todavla se mueven a la derecha, incrementando por tanto la abertura de los puertos de admision IN y han apresurado el cierre de los puertos de escape EX en el cilindro derecho.
En la FIG. 3(d) a 90° ADC, el cilindro izquierdo continua su carrera de expansion, mientras que en el cilindro derecho, Pri ha cerrado los puertos de admision IN y los dos pistones Pro y Pri se mueven uno hacia el otro, comprimiendo el aire entre ellos. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 100 % del desplazamiento de sus excentricas hacia la derecha de la posicion de media carrera y son estacionarias y han retrasado el cierre de los puertos de admision IN en el cilindro derecho.
En la FIG. 3(e) a 120° ADC, el piston Plo del cilindro izquierdo ha abierto los puertos de escape EX tal como se muestra mediante la flecha, mientras que los puertos de admision permanecen cerrados. En esta condition de “purga”, algo de la energla cinetica de los gases de expansion de la camara de combustion puede recuperarse externamente mediante el turbosobrealimentador (turbosobrealimentacion “de pulsos”) para comprimir la siguiente carga y/o generar energla electrica que pueda almacenarse y/o suministrarse de vuelta al ciguenal del motor (composicion). En el cilindro derecho, los pistones Pro y Pri continuan la carrera de compresion. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 87 % del desplazamiento de sus excentricas hacia la derecha de la posicion de media carrera y se mueven hacia la izquierda, incrementando por tanto la abertura de los puertos de escape EX, y han
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retrasado la abertura de los puertos de admision IN en el cilindro izquierdo.
En la FIG. 3(f) a 150° ADC, el piston Plo del cilindro izquierdo ha abierto los puertos de admision IN y el cilindro esta sufriendo un barrido de uniflujo tal como se muestra mediante las flechas. El cilindro derecho esta cerca del final de la carrera de compresion y esta comenzando la fase de “apriete”. Aqul es donde las caras opuestas, exteriores y anulares de los pistones Pro y Pri comienzan a expulsar aire desde entre ellas tal como se muestra mediante las flechas con partes traseras discontinuas. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 50 % del desplazamiento de sus excentricas hacia la derecha de la posicion de media carrera y todavla se mueven a la izquierda, incrementando por tanto la abertura de los puertos de escape EX y reduciendo la abertura de los puertos de admision IN en el cilindro izquierdo.
En la FIG. 3(g) a 180° ADC, los pistones Plo y Pli del cilindro izquierdo estan provocando que ambos puertos EX e IN permanezcan abiertos, tal como se muestra mediante las flechas y que continue el barrido de uniflujo. El piston exterior Plo ha cambiado su direccion de recorrido. El cilindro derecho ha alcanzado la posicion IDC, donde los pistones Pro y Pri se encuentran en su posicion de aproximacion mas cercana, habiendo cambiado Pro su direccion. La fase de “apriete” continua tal como se indica mediante las flechas con partes traseras discontinuas, provocando un efecto de intensificacion de “anillo de humo” que se superpone al remolino de eje de cilindro ya existente provocado por los puertos de admision IN parcialmente tangenciales. Estos movimientos de gas compuesto estaran en su punto mas intenso en IDC cuando la camara de combustion se asemeje mas a un toroide y tenga un volumen mlnimo. En este punto, emanan multiples pulverizaciones radiales de combustible desde el inyector de combustible central tal como se indica mediante los campos de puntos, alcanzando casi todo el aire disponible y provocando una combustion muy eficaz, lo que conduce, con composicion, al mejor consumo de combustible especlfico. Ambas valvulas de camisa se encuentran a media carrera con una velocidad maxima hacia la izquierda, sin provocar por tanto ningun cambio eficaz en la temporizacion del puerto.
En la FIG. 3(h) a 210° ADC, en el cilindro izquierdo, ambos conjuntos de puertos EX e IN permanecen abiertos tal como se muestra mediante las flechas, pero los puertos EX comienzan a cerrarse. Los pistones Pro y Pri del cilindro derecho se separan en el comienzo de la carrera de expansion, habiendo cambiado Pri su direccion de recorrido. Pro, ya que va 8° por delante de Pri, se mueve a una velocidad mayor que Pri. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 50 % del desplazamiento de sus excentricas hacia la izquierda de la posicion de media carrera y todavla se mueven a la izquierda, incrementando por tanto la abertura de los puertos de admision IN y reduciendo la abertura de los puertos de escape EX en el cilindro izquierdo.
En la FIG. 3(i) a 240° ADC, en el cilindro izquierdo, el piston exterior Plo ha cerrado los puertos de escape EX, mientras que los puertos de admision IN permanecen parcialmente abiertos para recibir sobrealimentacion tal como se muestra mediante la flecha. El cilindro derecho continua su carrera de expansion, teniendo los dos pistones Pro y Pri velocidades mas parecidas pero opuestas. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 85 % del desplazamiento de sus excentricas a la izquierda de la posicion de media carrera y todavla se mueven a la izquierda, incrementando por tanto la abertura de los puertos de admision IN y han apresurado el cierre de los puertos de escape EX en el cilindro izquierdo.
En la FIG. 3(j) a 270° ADC, en el cilindro izquierdo, Pli ha cerrado los puertos de admision IN y los dos pistones Plo y Pli se mueven uno hacia el otro, comprimiendo el aire entremedias, mientras que el cilindro derecho continua su carrera de expansion. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 100 % del desplazamiento de sus excentricas a la izquierda de la posicion de media carrera y son estacionarias y han retrasado el cierre de los puertos de admision IN en el cilindro izquierdo.
En la FIG. 3(k) a 300° ADC, en el cilindro izquierdo, los pistones Plo y Pli continuan la carrera de compresion. El piston Pro del cilindro derecho ha abierto los puertos de escape EX tal como se muestra mediante la flecha, mientras que los puertos de admision permanecen cerrados. En esta condicion de “purga”, algo de la energla cinetica de los gases de expansion de la camara de combustion puede recuperarse externamente mediante el turbosobrealimentador (turbosobrealimentacion “de pulsos”) para comprimir la siguiente carga y/o generar energla electrica que puede almacenarse y/o volver a suministrarse en el ciguenal del motor (composicion). Ambas valvulas de camisa se encuentran al 87 % del desplazamiento de sus excentricas a la izquierda de la posicion de media carrera y se mueven a la derecha, incrementando por tanto la abertura de los puertos de escape Ex y han retrasado la abertura de los puertos de admision IN en el cilindro derecho.
En la FIG. 3(l) a 330° ADC, el cilindro izquierdo se encuentra cerca del fin de la carrera de compresion y esta comenzando la fase de “apriete”. Aqul es donde las caras opuestas anulares y exteriores de los pistones Plo y Pli comienzan a expulsar aire de entre ellas tal como se muestra mediante las flechas con partes traseras discontinuas. El piston Pro del cilindro derecho ha abierto los puertos de admision IN y el cilindro esta sufriendo un barrido de uniflujo tal como se muestra mediante las flechas. Ambas valvulas de camisa se encuentran al 50 % del desplazamiento de sus excentricas a la izquierda de la posicion de media carrera y todavla se mueven a la derecha, incrementando por tanto la abertura de los puertos de escape EX y reduciendo la abertura de los puertos de admision IN en el cilindro derecho.
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En la FIG. 3(m) a 360° ADC, la posicion es la misma que en la FIG. 3(a). El cilindro izquierdo ha alcanzado la posicion IDC, donde los pistones Plo y Pli se encuentran en su posicion de aproximacion mas cercana, habiendo cambiado Plo su direccion. La fase de “apriete” continua tal como se indica mediante las flechas con partes traseras discontinuas, provocando un efecto de intensification de “anillo de humo” que se superpone al remolino de eje de cilindro ya existente provocado por los puertos de admision IN parcialmente tangenciales. Estos movimientos de gas compuesto se encuentran en su punto mas intenso en IDC cuando la camara de combustion se asemeja mas a un toroide y tiene un volumen mlnimo. En este punto, emanan multiples pulverizaciones radiales de combustible desde el inyector de combustible central tal como se indica mediante los campos de puntos, alcanzando casi todo el aire disponible y provocando una combustion muy eficaz, lo que conduce, con composition, al mejor consumo de combustible especlfico. Los pistones Pro y Pri del cilindro derecho provocan que tanto los puertos EX como IN permanezcan abiertos y que continue el barrido de uniflujo tal como se muestra mediante las flechas. El piston exterior Pro acaba de cambiar su direccion de recorrido. Ambas valvulas de camisa se encuentran a la mitad de la carrera con una velocidad maxima hacia la derecha, sin provocar por tanto ningun cambio eficaz en la temporizacion del puerto.
Los angulos y temporizaciones especlficas dependen de las geometrlas del ciguenal y de los tamanos de puertos y ubicaciones; la anterior description pretende unicamente ilustrar los conceptos de la invention.
Temporizacion asimetrica de los puertos de escape y admision
La temporizacion asimetrica de los puertos de escape y admision en un motor de 2 tiempos produce un numero importante de ventajas. Si los puertos de escape se abren antes que los puertos de admision, la energla en los gases de escape puede recuperarse de manera mas eficaz mediante un turbosobrealimentador y, si los puertos de escape se cierran antes que los puertos de admision, el cilindro puede sobrealimentarse de manera mas eficaz.
En la configuration de motor de la presente invencion, los puertos de escape se controlan mediante el piston exterior en cada cilindro, y los puertos de admision se controlan mediante el piston interior, tal como se ha descrito antes. Esta configuracion no solo permite un barrido eficaz (barrido de “uniflujo”), sino que tambien permite una temporizacion asimetrica independiente de los puertos de escape y de admision.
La temporizacion asimetrica de los dos pistones en cada cilindro se logra cambiando las posiciones angulares relativas de los munones de ciguenal correspondientes. La colocation de los munones para los pistones de escape y admision con una separation de 180° tendrla como resultado que ambos pistones alcancen sus excursiones maximas y mlnimas al mismo tiempo (temporizacion simetrica). En la realization preferente de la presente invencion, los munones de los pistones de escape estan avanzados angularmente 4° y los munones para los pistones de admision estan retrasados 4° (los puntos muertos interiores y exteriores todavla ocurren de esta manera en el mismo angulo del ciguenal al igual que en el motor temporizado de manera simetrica, pero ambos pistones tienen una velocidad pequena comun con respecto al cilindro). Ademas de esto, aparece la contribution de la velocidad comun de ambas valvulas de camisa, que contienen todos los puertos de escape y admision y cuyo movimiento lleva un retraso de 90° con respecto a los puntos muertos interiores de los pistones de escape. Este movimiento, en la realizacion preferente, incrementa el adelanto eficaz del piston de escape en 12,5° y el retraso eficaz del piston de admision en 12,5°. Como resultado, los puertos de escape se abren antes que los puertos de admision para la “purga” y se cierran antes que los puertos de admision para la sobrealimentacion.
El producto de desplazamiento de la masa/excentrica de las valvulas de camisa puede coincidir de tal manera que se elimine completamente el desequilibrio primario provocado por la asimetrla de los munones del piston. Esta invencion describe de esta manera un motor de dos tiempos y dos cilindros que puede lograr un equilibrio perfecto en ordenes primarios y superiores. Ademas, siempre y cuando los productos de desplazamiento de la masa/excentrica de los sistemas de piston opuesto/yugo escoces/piston permanezcan iguales, las carrera de los pistones de escape y admision pueden ser diferentes, lo que permite la optimization de las areas maximas de puerto disponibles para el mejor rendimiento.
Adaptabilidad de la configuracion de piston opuesto y cilindro opuesto en motores mayores
En muchas configuraciones de motor, el equilibrio depende de tener cuatro, seis, ocho o mas cilindros dispuestos de manera que se cancelen las fuerzas de masa libres aportadas por los pistones individuales. A menudo tambien se emplean pesos de rotation contraria, anadiendo complejidad, masa y perdida friccional a los motores. Una ventaja de la presente invencion es que el equilibrio total puede lograrse en un motor compacto solo con dos cilindros. Por tanto, pueden fabricarse motores mayores de multiples cilindros colocando multiples motores de 2 cilindros lado a lado y acoplando sus ciguenales entre si. El acoplamiento puede ser por medios tales como un embrague bajo operador o control logico, permitiendo que se desacoplen pares de cilindros cuando no se necesitan a cargas bajas. Actualmente existen motores que usan menos que todos sus cilindros cuando funcionan con una carga parcial, pero los cilindros permanecen conectados al ciguenal y los pistones continuan moviendose dentro de los cilindros y, por tanto, continuan siendo una carga friccional parasitaria en el motor.
Conclusion
Lo anterior es una descripcion detallada de una realizacion particular de la invencion. Se reconoce que las desviaciones con respecto a las realizaciones divulgadas pueden entrar dentro del alcance de esta invencion y que a 5 los expertos en la materia se les ocurriran modificaciones obvias. Esta memoria descriptiva no deberla interpretarse para estrechar excesivamente el alcance total de proteccion al que da derecho la invencion.
Las estructuras, materiales, actos y equivalentes correspondientes de todos los medios o elementos de etapa mas funcion en las reivindicaciones a continuacion pretenden incluir cualquier estructura, material o acto para realizar las 10 funciones en combinacion con otros elementos reivindicados tal como se reivindica especlficamente.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un motor de combustion interna de dos tiempos que comprende:
    dos cilindros opuestos, alojando cada cilindro dos pistones (3, 4, 5, 6) opuestos y que tienen uno o mas puertos de admision (35) y uno o mas puertos de escape (33), y un ciguenal (112) para accionar los pistones (3, 4, 5, 6),
    caracterizado por que cada cilindro comprende una valvula de camisa (7, 8) que puede accionarse mediante el ciguenal (112) para controlar la apertura y el cierre del puerto o de los puertos (33, 35) de admision y de escape; y
    los pistones (3, 4, 5, 6) y las valvulas de camisa (7, 8) funcionan en cada cilindro para abrir su puerto o puertos de escape (33) antes que su puerto o puertos de admision (35) y para cerrar su puerto o puertos de escape (33) antes que su puerto o puertos de admision (35).
  2. 2. Un motor de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el ciguenal (112) tiene munones dispuestos asimetricamente para accionar las valvulas de camisa (7, 8) de los cilindros.
  3. 3. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que las configuraciones geometricas y las masas de las valvulas de camisa (7, 8) estan seleccionadas para contrarrestar el desequilibrio dinamico provocado por los movimientos asimetricos de los pistones (3, 4, 5, 6).
  4. 4. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada cilindro y valvula de camisa (7, 8) asociada tiene uno o mas puertos de escape en un extremo y uno o mas puertos de admision en el otro.
  5. 5. Un motor de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que una extension rlgida en el extremo de la valvula de camisa (7, 8) adyacente al ciguenal (112) contiene un orificio acoplado de manera impulsora con un primer munon esferico y excentrico en un extremo del ciguenal (112).
  6. 6. Un motor de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que la valvula de camisa (7, 8) del segundo cilindro se acopla de manera impulsora a un segundo munon esferico y excentrico, coaxial con el primero, en el otro extremo del ciguenal (112), obligando a las valvulas de camisa (7, 8) a alternar en fase, pero a rotar en fase opuesta.
  7. 7. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que ambos cilindros tienen sus puertos de escape en sus extremos interiores mas cercanos al ciguenal (112) y sus puertos de admision en sus extremos exteriores mas alejados del ciguenal (112).
  8. 8. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que ambos cilindros tienen sus puertos de escape en sus extremos exteriores mas alejados del ciguenal (112) y sus puertos de admision en sus extremos interiores mas cercanos al ciguenal (112).
  9. 9. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
    dichos dos pistones (3, 4, 5, 6) opuestos en cada cilindro comprenden un piston interior y un piston exterior que forman una camara de combustion (28) entremedias; comprendiendo ademas el motor:
    primeros y segundos mecanismos de yugo escoces (103, 104), unidos rlgidamente a los pistones interiores (5, 6) que, al actuar al unlsono, acoplan de manera impulsora los pistones interiores (5, 6) con sus munones correspondientes en el ciguenal (112); y
    un tercer mecanismo de yugo escoces (101) unido rlgidamente a los pistones exteriores (3, 4) que acopla en el ciguenal (112) de manera impulsora los pistones exteriores (3, 4) con su munon correspondiente.
  10. 10. Un motor de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que las configuraciones geometricas de los pistones (3, 4, 5, 6) y los mecanismos de yugo escoces estan seleccionados para minimizar el desequilibrio dinamico del motor durante su funcionamiento.
  11. 11. Un motor de acuerdo con las reivindicaciones 9 o 10, en el que el tercer mecanismo de yugo escoces (101) esta unido rlgidamente a los pistones exteriores (3, 4) por medio de varillas que pasan a traves de orificios en las caras de combustion de los pistones interiores (5, 6).
  12. 12. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los ejes de los cilindros son paralelos, pero estan descentrados en direcciones opuestas con respecto al eje del ciguenal (112).
  13. 13. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que estan incluidos medios (29, 30) para aplicar aire presurizado a los puertos de admision de cada cilindro.
  14. 14. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
    dichos dos pistones (3, 4, 5, 6), opuestos en cada cilindro, comprenden un piston interior y un piston exterior que forman una camara de combustion (28) entremedias,
    estando cada piston exterior acoplado al ciguenal (112) de manera impulsora, mediante un miembro tubular 5 respectivo que generalmente se extiende de manera axial a traves de la camara de combustion, y
    unos medios de inyeccion de combustible (9, 10) alojados dentro de los miembros tubulares estan dispuestos para inyectar combustible radialmente hacia fuera dentro de la camara de combustion (28).
  15. 15. Un motor de acuerdo con la reivindicacion 14, en el que la compresion de la mezcla de aire y combustible en el 10 cilindro provoca la ignicion de la mezcla de aire y combustible.
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2477272B (en) 2010-01-27 2014-06-25 Two Stroke Developments Ltd Internal combustion engine comprising piston dwell mechanism
DE102010038543A1 (de) * 2010-07-28 2012-02-02 Robert Bosch Gmbh Über einen Dampfkraftprozess antreibbare Kolbenmaschine
US8763583B2 (en) * 2011-02-11 2014-07-01 Ecomotors, Inc. Opposed-piston, opposed-cylinder engine with collinear cylinders
GB2494371B (en) * 2011-05-24 2013-12-04 Cox Powertrain Ltd Internal combustion engine with an opposed piston configuration
GB2491155B (en) * 2011-05-24 2013-04-10 Cox Powertrain Ltd Opposed piston engine having injector located within cylinder
GB2493061A (en) * 2011-07-15 2013-01-23 Ecomotors Internat Inc Opposed piston engine with toroidal combustion chamber
GB2495827A (en) * 2011-10-20 2013-04-24 Ecomotors Internat Inc Balancing an Opposed-Piston, Opposed-Cylinder Engine
GB201122432D0 (en) * 2011-12-23 2012-02-08 Cox Powertrain Ltd Internal combustion engines
US8925528B2 (en) * 2012-06-26 2015-01-06 Ford Global Technologies, Llc Engine balancing supercharger
RU2669434C2 (ru) * 2013-03-15 2018-10-11 ПРАЙМ ГРУП АЛЛАЙЕНС, ЭлЭлСи Оппозитный поршневой двигатель внутреннего сгорания (варианты) и оппозитный двигатель внутреннего сгорания
DE102013106755A1 (de) 2013-06-27 2014-12-31 Bertwin R. Geist Gleitstein für eine Kurbelschlaufen-Hubkolbenmaschine
CN103670698A (zh) * 2013-09-09 2014-03-26 安徽中鼎动力有限公司 一种发动机机体
WO2015056015A1 (en) * 2013-10-17 2015-04-23 Cox Powertrain Ltd Internal combustion engines
US9032927B1 (en) * 2013-11-08 2015-05-19 Achates Power, Inc. Cold-start strategies for opposed-piston engines
CN104564331A (zh) * 2015-01-28 2015-04-29 邵金彪 一种串联活塞的往复式同步冲程内燃机
US9447754B1 (en) 2015-07-02 2016-09-20 Bright Acceleration Technologies LLC Method and apparatus for internal combustion engine system with improved turbocharging
CN105804869A (zh) * 2016-03-15 2016-07-27 刘运金 一种双轴活塞发动机
US10215129B2 (en) * 2016-08-09 2019-02-26 Achates Power, Inc. Port edge shape with continuous curvature for improved ring-port interaction and flow area
US10082099B2 (en) 2016-08-09 2018-09-25 Achates Power, Inc. Port edge shape with continuous curvature for improved ring-port interaction and flow area
US10364739B2 (en) 2016-09-01 2019-07-30 Bright Acceleration Technologies LLC Synergistic induction and turbocharging in internal combustion engine systems
US9638095B1 (en) 2016-09-01 2017-05-02 Bright Acceleration Technologies LLC Synergistic induction and turbocharging in internal combustion engine systems
US10107215B2 (en) 2016-09-01 2018-10-23 Bright Acceleration Technologies LLC Synergistic induction and turbocharging in internal combustion engine systems
US10697357B2 (en) 2016-09-01 2020-06-30 Bright Acceleration Technologies LLC Cross-port air flow to reduce pumping losses
CN106523131B (zh) * 2016-11-10 2018-12-18 宁波市鄞州煜隆工具有限公司 一种二冲程内燃机
KR102525254B1 (ko) * 2017-03-13 2023-04-26 인핸스드 에너지 에피션시 엔터프라이즈 리미티드 내연기관
GB201719042D0 (en) * 2017-11-17 2018-01-03 Oxford Two Stroke Ltd Internal combustion engine
CN110185539B (zh) * 2019-07-01 2024-03-01 西北农林科技大学 一种双缸内燃机

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1257104A (en) * 1916-05-26 1918-02-19 Oscar A Olson Internal-combustion engine.
US2093433A (en) * 1933-06-09 1937-09-21 Greene Catharine De Motte Internal combustion engine
US2132802A (en) * 1937-07-21 1938-10-11 Jefferson F Pierce Internal combustion engine
US2169807A (en) * 1938-03-04 1939-08-15 George R Lyon Compressor
US2213817A (en) * 1939-04-03 1940-09-03 Walter T Kinslow Internal expansion engine
GB690479A (en) * 1947-12-19 1953-04-22 Frederick Charles Hammick Improvements in or relating to internal combustion engines having two pistons acted upon by the same impulse
DE2744686A1 (de) * 1977-09-30 1979-04-05 Hermann Prof Dipl Ing Schott Gegenkolben-motor/aufbau
WO1993022551A1 (en) * 1992-05-06 1993-11-11 Balanced Engines, Inc. Balanced compound engine
DE19503443C1 (de) * 1995-02-03 1996-05-15 Daimler Benz Ag Zweitakt-Gegenkolbenmotor
DE19503442C1 (de) * 1995-02-03 1996-05-23 Daimler Benz Ag Zweitakt-Gegenkolbenmotor
JP3698858B2 (ja) 1997-06-10 2005-09-21 リンナイ株式会社 ガス遮断弁
US6170443B1 (en) * 1998-09-11 2001-01-09 Edward Mayer Halimi Internal combustion engine with a single crankshaft and having opposed cylinders with opposed pistons
US6065440A (en) * 1999-07-07 2000-05-23 Pasquan; Raymond F. Internal combustion engine with binary cylinder sizing for variable power output
JP2001355451A (ja) * 2000-06-14 2001-12-26 Walbro Japan Inc 層状掃気２行程内燃機関
UA61980C2 (en) * 2000-06-15 2003-12-15 Ihor Olehovych Kyryliuk Opposite internal combustion engine
US6536399B2 (en) * 2000-11-15 2003-03-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Crankshaft supporting structure for horizontal opposed type internal combustion engine
BG105831A (bg) * 2001-08-20 2003-02-28 Стоян КОКУДЕВ Комбиниран бутален двигател
US7004120B2 (en) * 2003-05-09 2006-02-28 Warren James C Opposed piston engine
JP2006002803A (ja) 2004-06-15 2006-01-05 Toyo Tire & Rubber Co Ltd サスペンションサポート
FR2888907A1 (fr) * 2005-07-21 2007-01-26 Marie Therese Mazille Dispositif pour ouvrir et fermer les lumieres de distribution dans les moteurs deux temps, et guider les pistons quand ils sont monocylindriques.
GB2432398B (en) 2005-11-18 2008-08-13 Lotus Car Reciprocating piston sleeve valve engine

Also Published As

Publication number Publication date
HK1175826A1 (en) 2013-07-12
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