ES2641230T3 - Sistema de inyección para un motor de dos tiempos - Google Patents

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ES2641230T3
ES2641230T3 ES16707957.3T ES16707957T ES2641230T3 ES 2641230 T3 ES2641230 T3 ES 2641230T3 ES 16707957 T ES16707957 T ES 16707957T ES 2641230 T3 ES2641230 T3 ES 2641230T3
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Lapo BIANCHI
Paolo TRASSI
Federico TOZZI
Jacopo FIASCHI
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Abstract

Un motor endotérmico de encendido controlado de dos tiempos, de un tipo que comprende al menos un cilindro (1) que aloja de forma deslizante un pistón (2) en su interior y está conectado a un cabezal (3) por el lado superior, para determinar una cámara de combustión (6) con al menos una bujía (5), y está conectado a un cárter del cigüeñal de bombeo por el lado inferior, estando este último en comunicación con dicho cilindro (1) al menos a través de un orificio de paso central (15), estando dicho cilindro (1) en comunicación con el mundo externo a través de un conducto de escape (11) y un conducto de admisión (12), caracterizado por que dicho conducto de admisión (12) está atravesado por dicho orificio de paso central (15) y aloja un inyector de combustible superior (13) en su lado superior y un inyector de combustible inferior (14) en su lado inferior, estando este último orientado de forma que el combustible pulverizado desde el mismo, alcanza el interior de dicho cilindro (1) después de haber atravesado en primer lugar dicho conducto de admisión (12) y haciendo funcionar posteriormente la parte superior de dicho orificio de paso central (15) que conecta dicho conducto de admisión (12) con dicho cilindro (1).

Description

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DESCRIPCION
Sistema de inyeccion para un motor de dos tiempos Campo tecnico
[0001] La presente invencion se refiere al campo de los motores endotermicos de dos tiempos, de los del tipo de inyeccion de combustible y de encendido por chispa controlada, tipicamente usados para vehiculos ligeros, entre los que se incluye motocicletas, scooters o motos de 4 ruedas, o incluso para su uso en agua o para motorizar vehiculos o equipamiento de jardineria.
[0002] Concretamente, la invencion pertenece al campo de motores equipado con inyectores de baja presion y es particularmente ventajosa en el caso de inyectores que inyectan combustible y lubricante de forma simultanea.
Estado actual de la tecnica
[0003] En principio, se conoce que los motores endotermicos de inyeccion de combustible son motores de encendido controlado, en los que se carbura aire directamente en los cilindros o antes de las valvulas de aspiracion, por medio de chorros intermitentes de gasolina producida por los inyectores.
[0004] Cuando la inyeccion se realiza directamente en el cilindro, puede realizarse un buen lavado del cilindro y de la camara de combustion por medio de aire, por lo tanto, sin gasto de combustible y con una considerable reduccion de emisiones toxicas; tambien es posible realizar una dosificacion de combustible mas exacta que con un carburador a cualquier cantidad de revoluciones y durante transitorios.
[0005] Sin embargo, en los motores de inyeccion de dos tiempos es mas dificil obtener una mezcla homogenea de combustible con aire comburente, puesto que el combustible tiene un periodo de tiempo mas corto a su disposicion para mezclarse con el aire; se ha intentado reducir esta desventaja mediante la creacion de un fuerte remolino para mejorar la combustion.
[0006] Una combustion mejorada es esencial para reducir las emisiones de sustancias contaminantes, es decir, principalmente hidrocarburos sin quemar y oxidos de nitrogeno.
[0007] Otra causa de contaminacion consiste en el mezclado de lubricante con combustible, mediante el cual el porcentaje de combustible sin quemar tambien se ve afectado por la presencia de residuos con lubricante, puesto que la lubricacion en motores de dos tiempos se lleva a cabo habitualmente usando combustible con lubricante anadido.
[0008] Para evitar estos inconvenientes, se han preparado motores de inyeccion de gasolina directa de dos tiempos. En particular, vamos a recordar el documento WO 2004/106714 A1, que ilustra un motor de dos tiempos con un inyector insertado en el cilindro de acuerdo con un angulo tal para pulverizar gasolina hacia el cabezal del motor en un instante cuando el piston acaba de cerrar los orificios de entrada de aire; en estas condiciones la presion aun es baja en la camara de combustion y no es necesario que un inyector de alta presion necesariamente la supere.
[0009] Sin embargo, este sistema presenta una cantidad de inconvenientes, principalmente por la cantidad limitada de combustible que puede inyectarse por un solo inyector.
[0010] Este inconveniente tambien afecta al documento WO 2006/007614 A1, en el que, por otro lado, no se inyecta aire en el cilindro, sino que mas bien se inyecta en el carter del ciguenal de bombeo.
[0011] No se recomienda generalmente aumentar el tiempo de abertura del inyector, por el contrario, para minimizar el resto de una fuga de mezcla reciente, es mas bien recomendable terminar la inyeccion despues de cerrar el conducto de escape; esta es la razon por la que se han desarrollado potentes motores de dos tiempos proporcionados con dos inyectores por cilindro durante mucho tiempo, como se muestra en el documento WO 9322545 A1 o en el documento US 2011/0220059 A1.
[0012] La ultima solicitud de patente explica que si los inyectores se disponen en el cilindro de forma simetrica con respecto al orificio de escape, los ejes que intersecan el eje longitudinal (X) del cilindro, se consiguen condiciones de simetria que potencian la distribucion de combustible en la camara de combustion siempre que el motor funcione a una cantidad de revoluciones alta y ambos inyectores esten activos, mientras que tales condiciones favorables no existen en correspondencia con una cantidad de revoluciones baja o cuando solo funciona un inyector. Por otro lado, esta configuracion implica que las corrientes inyectadas se encuentran en la zona media del cilindro, desarrollando de este modo una componente significativa de velocidad dirigida hacia el orificio de escape, con una emision consiguiente de cantidades considerables de hidrocarburos sin quemar.
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[0013] Por el contrario, si los inyectores no se disponen de forma simetrica, no pueden conseguirse, por lo tanto, las condiciones ideales cuando el motor funciona a la cantidad de revoluciones mas alta, sino que solo en la mas baja. Por lo tanto, el documento US 2011/0220059 A1 ensena a disponer los inyectores de tal modo que su eje interseccion reciprocamente sobre un lado del eje del cilindro que se enfrenta al orificio de escape y se extiende hacia los orificios de paso ubicados sobre los lados opuestos del plano diametral respectivamente.
[0014] Esta solucion presenta una cantidad importante de criticidades: en primer lugar, hace que sea necesario equipar el motor con un circuito de lubricacion separado, por ejemplo, mediante una bomba electrica, para lubricar adecuadamente el mecanismo articulado alojado en el carter del ciguenal de bombeo, porque el lubricante solo anadido al combustible permaneceria siempre dentro del cilindro.
[0015] Ademas, la corriente de combustible se concentra inevitablemente sobre la corona del piston, aumentando de este modo las emisiones nocivas de hidrocarburos sin quemar; por otro lado, la construccion del piston incluira ranuras adecuadas para hacer posible que el combustible pase a traves, una solucion que es particularmente cara.
[0016] La solicitud de patente US 5249557 A muestra el uso de dos inyectores en un motor endotermico supercargado de dos tiempos. La realizacion que se muestra en la figura 5 comprende dos inyectores que descargan el combustible dentro de dos camaras de inyeccion separadas, comunicandose ambas con el cilindro. La camara de inyeccion superior se coloca directamente aguas abajo de una camara de acumulacion a traves de la cual recibe el flujo de aire que viene del compresor; el flujo de aire producido por el compresor tambien alcance la camara de inyeccion inferior. El inyector superior asegura la operacion en condiciones normales, mientras que el inyector inferior se pone el funcionamiento cuando se requiere mas potencia.
[0017] El motor que se muestra en el documento US 5249557 A esta disenado para mantener, incluso durante la eliminacion, la estratificacion del combustible pulverizado a partir del inyector superior; este resultado se logra inyectando el combustible en la camara de inyeccion superior a traves de la cual el flujo de aire empujado por un compresor debe pasar.
Objetos y sumario de la invencion
[0018] Un objeto del dispositivo de acuerdo con la presente solicitud de patente es, por lo tanto, proporcionar un motor endotermico de dos tiempos, del tipo de encendido controlado, que sea capaz de reducir las emisiones nocivas y consumo, mientras que simultaneamente mejora el rendimiento y garantiza una alta potencia especifica.
[0019] Estos objetos de la presente invencion y otros se logran por medio de un motor que comprende al menos un cilindro que se pone en contacto con el mundo externo a traves de un conducto de admision en el que se alojan dos inyectores aguas abajo del pack laminar; el cilindro esta cerrado por un cabezal con el menos una bujia por el lado superior y esta cerrado por un carter del ciguenal de bombeo por el lado inferior, que aloja los mecanismos articulados y esta conectado al cilindro a traves de orificios de paso laterales; dicho conducto de admision tambien esta atravesado por un orificio de paso, denominado orificio de paso central, de modo que el inyector superior pulveriza combustible en el conducto y lo orienta hacia el eje del cilindro y hacia abajo, mientras que el inyector inferior pulveriza el combustible hacia el eje del cilindro y hacia arriba, mediante el cual se dirige hacia el cilindro despues de atravesar en primer lugar el conducto de admision y cubrir posteriormente la seccion superior del orificio de paso central.
[0020] Los gases de escape se expulsan finalmente del cilindro a traves del conducto de escape.
[0021] Por las razones anteriormente explicadas, el objetivo es retrasar la inyeccion de combustible lo maximo posible, de forma compatible con el tiempo de orificio de paso, para realizar la primera parte del lavado con aire solo o con una mezcla muy pobre. Segun aumenta la demanda de potencia, funcionan ambos inyectores. El inyector superior garantiza un buen mezclado, como es necesario para obtener altos valores de energia.
[0022] En una realizacion practica de la invencion, el combustible es gasolina, al cual se ha anadido una cantidad apropiada de lubricante, para eliminar la necesidad de un tanque de lubricante dedicado y de bombas para su transferencia. De forma ventajosa, el sistema usado para controlar el inyector del motor de acuerdo con la presente solicitud de patente es de un tipo que comprende al menos una unidad de control electronica, de modo que los inyectores pueden hacerse funcionar individualmente de forma independiente entre si.
[0023] De acuerdo con una secuencia de funcionamiento tipica, siempre que el motor funcione a una cantidad de revoluciones baja y a una carga baja, el inyector inferior funciona de tal modo que la inyeccion de combustible termina por adelantado con respecto al cierre del orificio de paso por el piston; de este modo el inyector inferior transfiere la mayoria de la cantidad de combustible necesaria, mientras que el inyector superior solo funciona con el proposito de garantizar el caudal minimo necesario para lubricar los mecanismos articulados en el carter del ciguenal de bombeo.
[0024] El inyector inferior se posiciona de tal modo que el chorro de combustible que sale fuera del mismo sigue
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perfectamente la corriente de aire en ese momento, durante la embolada descendente del piston, va hacia arriba a lo largo del orificio de paso central y se dirige hacia el electrodo de la bujia.
[0025] De este modo la primera parte del lavado tendra lugar con una mezcla muy pobre de aire y de combustible, es decir, con poco combustible, permitiendo de este modo la reduccion considerable de perdidas de combustible en el escape.
[0026] Segun aumenta la demanda de potencia, la cantidad de combustible transferido por el inyector inferior aumenta, hasta alcanzar una condicion en la que este ultimo ya no es capaz de conseguir una peticion adicional de combustible; por lo tanto, el cociente de combustible inyectado por el inyector superior aumentara progresivamente. A continuacion, el combustible inyectado por el inyector superior va hacia abajo dentro del carter del ciguenal de bombeo a partir del cual lo transferira dentro de la camara de combustion a traves de los orificios de paso, durante el descenso subsiguiente del piston hacia el punto muerto inferior; este proceso atiende una buena homogeneizacion aire-combustible como es necesario para generar los valores de potencia maximos disponibles.
Breve descripcion de los dibujos
[0027]
La Fig. 1 muestra una vista trasera del cilindro del motor endotermico de acuerdo con la presente solicitud de patente en una realizacion en la que el canal de aspiracion presenta una primera parte que forma parte integral del cilindro (1) y una segunda parte que consiste en un elemento independiente, comprendiendo este ultimo, asientos para un inyector superior (13), un inyector inferior (14) y para un pack laminar (9). La vista tambien muestra la traza del plano de corte de la seccion transversal que se muestra en la siguiente figura.
La Fig. 2 muestra una vista de seccion transversal en la que es posible mirar en el interior del cilindro (1), con su eje longitudinal respectivo (X), conectado al mundo externo a traves de un conducto de admision (12) y un conducto de escape (11).
La Fig. 3 y la Fig. 4 muestran una vista de seccion transversal de una realizacion del motor endotermico de acuerdo con la presente solicitud de patente que permite mirar las caracteristicas peculiares de la invencion; el piston se muestra respectivamente en sus puntos muertos inferior y superior.
[0028] Las figuras muestran el cilindro (1), que presenta un conducto de escape (11), orificios de paso laterales (7, 8), y un orificio de paso central (15). La parte interna superior de dicho cilindro, cerrada por el cabezal (3) que comprende un asiento para una bujia (5), funciona como una camara de combustion (6).
[0029] Las figuras muestran una realizacion mediante la cual el conducto de admision (12) se separa en dos partes, siendo una parte anterior que forma parte integral del cilindro (1) y que comprende una interseccion con el orificio de paso central (15) y una segunda parte, sobre el lado a mano derecha del dibujo, en el que se obtienen asientos para el alojamiento del inyector superior (13) y del inyector inferior (14), asi como un asiento para el pack laminar (9).
[0030] En las paredes laterales del cilindro (1) los conductos para el fluido vector termico del motor, tipicamente una mezcla acuosa, estan visibles.
[0031] Se aloja un mecanismo articulado (4) en el interior de un carter del ciguenal de bombeo, el ultimo no se muestra.
[0032] La Fig. 3 tambien muestra el eje longitudinal (X) del cilindro y el eje longitudinal (B) del inyector inferior que, en proximidad del punto muerto inferior, alcanza la camara de combustion con ningun tipo de interseccion, atravesando de forma transversal el conducto de admision (12) y posteriormente entrando en la seccion superior del orificio de paso central (15).
[0033] La Fig. 4, con respecto a las referencias de la figura anterior, muestra el eje longitudinal (A) del inyector superior y la seccion inferior del orificio de paso central (15) colocado entre el conducto de admision (12) y el carter del ciguenal de bombeo.
Descripcion detallada de una realizacion de la invencion
[0034] La siguiente descripcion detallada, que se realiza por propositos explicativos no limitantes con referencia a los dibujos adjuntos, subraya las caracteristicas adicionales y ventajas que se derivan a partir de la misma y que son una parte integral de la materia objeto.
[0035] En una realizacion particularmente compacta y economica, el motor endotermico de encendido controlado de dos tiempos de acuerdo con la presente solicitud de patente comprende al menos un cilindro (1), que caracteriza una seccion transversal sustancialmente circular, que de forma deslizante aloja internamente al mismo un piston sustancialmente cilindrico (2), y esta conectado sobre el lado superior a un cabezal (3) de tal modo que define una
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camara de combustion (6) con el menos una bujia (5). El cilindro (1) esta conectado sobre el lado inferior a un carter del ciguenal de bombeo, comunicandose este ultimo con dicho cilindro (1) por medio de al menos un orificio de paso central (15) y, normalmente, tambien por medio de varios orificios de paso laterales (7, 8); el cilindro (1) tambien incluye un conducto de escape (11) y un conducto de admision (12), este ultimo aloja un inyector de combustible superior (13) y un inyector de combustible inferior (14).
[0036] Los dos inyectores pueden tener distintas caracteristicas y su funcionamiento esta controlado de forma independiente por un sistema de control y conduccion apropiado que, ventajosamente, se controla electronicamente.
[0037] Ademas, en proximidad a la pared del cilindro (1), el conducto de admision (12) esta atravesado por un orificio de paso adicional (15) denominado orificio de paso central.
[0038] El inyector superior (13) esta alojado en la parte mas alta del conducto de admision (12) y la velocidad del combustible pulverizado por este tiene tanto una componente paralela al eje (X) del cilindro (1) dirigida hacia el carter del ciguenal de bombeo, como una componente ortogonal al eje central de dicho cilindro (1) dirigida hacia el interior del cilindro (1).
[0039] El inyector inferior (14) esta alojado en la parte inferior de dicho conducto de admision (12) de modo que el combustible pulverizado por este alcanza el interior de dicho cilindro (1) despues de atravesar en primer lugar dicho conducto de admision (12) y de ir posteriormente a lo largo de la seccion superior de dicho orificio de paso central (15).
[0040] En una realizacion particularmente sencilla y practica el extremo externo de dicho conducto de admision (12) incluye un asiento para montar el pack laminar (9) sobre el mismo.
[0041] De forma ventajosa dicho conducto de admision (12), cuyos asientos se obtienen para alojar dicho inyector superior (13) y dicho inyector inferior (14), esta alineado con el orificio de aspiracion sobre dicho cilindro (1) que esta acoplado integralmente con este.
[0042] En una realizacion conveniente el conducto de admision (12) esta opuesto diametralmente al conducto de escape (11).
[0043] El conducto de admision (12) puede obtenerse completamente en una parte del cilindro (1) o separarse en dos o mas partes, una primera parte que forma parte integral del cilindro (1) y una segunda parte que consiste en un elemento independiente, integralmente conectada al cilindro (1) a traves de unos medios de acoplamiento de un tipo conocido.
[0044] En la realizacion que se ilustra en los dibujos adjuntos a la presente solicitud de patente, la parte que forma parte integral del cilindro (1) comprende una seccion en la que el conducto de admision (12) atraviesa el orificio de paso central (15), mientras que la parte que consiste en dicho elemento independiente comprende el asiento para los inyectores (13, 14 ) y el pack laminar (9), formando de este modo un subconjunto independiente que tambien puede usarse sobre distintos cilindros, siempre que este ultimo tenga todas las preprogramaciones necesarias para acoplarse con dicho subconjunto.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un motor endotermico de encendido controlado de dos tiempos, de un tipo que comprende al menos un cilindro (1) que aloja de forma deslizante un piston (2) en su interior y esta conectado a un cabezal (3) por el lado superior, para determinar una camara de combustion (6) con al menos una bujia (5), y esta conectado a un carter del ciguenal de bombeo por el lado inferior, estando este ultimo en comunicacion con dicho cilindro (1) al menos a traves de un orificio de paso central (15), estando dicho cilindro (1) en comunicacion con el mundo externo a traves de un conducto de escape (11) y un conducto de admision (12), caracterizado por que dicho conducto de admision (12) esta atravesado por dicho orificio de paso central (15) y aloja un inyector de combustible superior (13) en su lado superior y un inyector de combustible inferior (14) en su lado inferior, estando este ultimo orientado de forma que el combustible pulverizado desde el mismo, alcanza el interior de dicho cilindro (1) despues de haber atravesado en primer lugar dicho conducto de admision (12) y haciendo funcionar posteriormente la parte superior de dicho orificio de paso central (15) que conecta dicho conducto de admision (12) con dicho cilindro (1).
  2. 2. Un motor de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado por que dicho cilindro (1) tambien se comunica con dicho carter del ciguenal de bombeo (4) a traves de uno o varios orificios de paso laterales (7, 8).
  3. 3. Un motor de acuerdo con la reivindicacion anterior 1 o 2, caracterizado por que la velocidad del combustible pulverizado por dicho inyector de combustible superior (13) tiene una componente paralela al eje de dicho cilindro (1) dirigida hacia el carter del ciguenal de bombeo y una componente ortogonal al eje central de dicho cilindro (1) dirigida hacia el interior del cilindro (1).
  4. 4. Un motor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho orificio de paso central (15) atraviesa la parte de dicho conducto de admision (12) entre dichos inyectores de combustible superior (13) e inferior (14) y dicho cilindro (1).
  5. 5. Un motor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho inyector de combustible inferior (14) esta alojado en la parte inferior de dicho conducto de admision (12) de modo que el eje segun el cual pulveriza el combustible atraviesa el orificio de paso central hasta alcanzar el interior de dicho cilindro.
  6. 6. Un motor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho conducto de admision (12) esta subdividido en dos o varias partes, de las cuales una primera parte forma parte integral del cilindro (1) y una segunda parte consiste en un elemento independiente, conectadas integralmente al cilindro (1) a traves de unos medios de acoplamiento de un tipo conocido, para formar un subconjunto independiente que tambien podria usarse incluso sobre distintos cilindros.
  7. 7. Un motor de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado por que dicha primera parte de dicho conducto de admision (12) comprende la interseccion con el orificio de paso central (15), mientras que dicha segunda parte de dicho conducto de admision (12) comprende los asientos para dicho inyector de combustible superior (13) y para dicho inyector de combustible inferior (14) y para el pack laminar (9).
  8. 8. Un motor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho orificio de paso central (15) se dirige hacia el electrodo de la bujia (5).
  9. 9. Un metodo para el funcionamiento de un motor de dos tiempos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, caracterizado por que siempre que la demanda de potencia es baja el inyector inferior (14) funciona de tal modo que a finalizar la inyeccion de combustible antes de que dicho piston (2) cierre dicho orificio de paso central (15), inyectando el combustible dentro del chorro de aire que durante la embolada descendente del piston (2) esta fluyendo hacia arriba a lo largo del orificio de paso central (15) y por que el inyector superior (13) esta funcionando solo a la velocidad minima necesaria para lubricar el mecanismo articulado (4) ubicado en el carter del ciguenal de bombeo.
  10. 10. Un metodo para el funcionamiento de un motor de dos tiempos de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado por que, segun aumenta la demanda de potencia, la cantidad de combustible transferido por el inyector inferior (14) aumenta hasta el maximo su capacidad de suministro, a continuacion, el inyector superior (13) aumenta progresivamente su propio suministro de combustible que va hacia abajo al interior del carter del ciguenal de bombeo a partir del cual, durante el siguiente descenso de dicho piston (2), entrara en la camara de combustion (6) a traves del orificio de paso.
ES16707957.3T 2015-02-11 2016-02-03 Sistema de inyección para un motor de dos tiempos Active ES2641230T3 (es)

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ITFI20150028 2015-02-11
ITFI20150028 2015-02-11
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