ES2894448T3 - Motor de combustión interna - Google Patents

Abstract

Motor (10) de combustión interna que incluye al menos dos cilindros (11, 11') de ejes longitudinales paralelos, incluyendo cada cilindro una abertura y un pistón (12, 12') adaptado para trasladar al interior de dicho cilindro, estando enfrentadas dichas aberturas respectivas de dichos cilindros, estando dichos pitones en relación cinemática con un mecanismo biela-manivela, incluyendo dicho mecanismo de biela-manivela: - un tirante (13) que conecta dichos pistones, adaptado para mantener una separación fija entre dichos pistones, de modo que un desplazamiento en traslación de un pistón provoque el mismo desplazamiento en traslación para el otro pistón, estando dichos pistones fijados respectivamente a unos brazos (131, 131') de dicho tirante, - un cigüeñal (20) móvil en rotación alrededor de un eje, dispuesto entre las aberturas de los cilindros y entre los ejes longitudinales de dichos cilindros, incluyendo dicho cigüeñal un botón (21) de manivela, - al menos una biela (30) que incluye un primer extremo, llamado «pie» (31), solidario del tirante, y un segundo extremo, llamado «cabeza» (32), caracterizado por que dicho mecanismo biela-manivela incluye además un balancín (40) móvil en rotación alrededor del botón de manivela, incluyendo dos extremos dispuestos a una y otra parte de dicho botón de manivela, y por que el segundo extremo de la biela llamado «cabeza» es solidario de uno de los extremos del balancín.

Description

DESCRIPCIÓN

Motor de combustión interna

Campo de la invención

La invención pertenece al campo de los sistemas de transformación de movimiento aptos para generar un movimiento continuo circular a partir de un movimiento rectilíneo alternativo, y se refiere más particularmente a un motor, en particular del tipo denominado, de combustión interna.

Estado de la técnica

La transformación de un movimiento circular continuo en un movimiento rectilíneo alternativo se realiza mediante un mecanismo denominado biela-manivela. Este mecanismo se implementa generalmente en motores de combustión interna con el fin de entregar un par capaz de poner en movimiento un vehículo.

Típicamente, un motor de combustión interna comprende un cigüeñal provisto de uno o más botones de manivela, formando el o cada botón de manivela una manivela alrededor de la cual pivota una biela por uno de sus extremos, denominado cabeza de biela. La biela, por su extremo opuesto, llamado pie de biela se fija de forma articulada a un pistón ajustado a deslizamiento en un cilindro. El pistón forma con el cilindro, una cámara de trabajo, en el interior del cilindro llamada «cámara de combustión», en la que se lleva a cabo una combustión de una mezcla de gas, tal como aire, y de carburante, tal como un hidrocarburo. Esta combustión, que hace que la mezcla se expanda, genera un esfuerzo de empuje sobre el pistón que transmite, a través de la biela, parte de este esfuerzo sobre el botón de manivela del cigüeñal, para accionar el cigüeñal en rotación.

El ciclo de funcionamiento de un motor de combustión interna comprende una fase de admisión de una mezcla de gas fresco y de carburante, en la cámara de combustión del o de cada cilindro, seguida de una fase de compresión de esta mezcla por el o cada pistón, y luego de las fases respectivas de combustión de la mezcla, que genera un aumento de la presión en la cámara de combustión, y de expansión de los gases quemados, y finalmente una fase de escape de los gases quemados.

La carrera del pistón, en el cilindro, está limitada por dos posiciones extremas, denominadas respectivamente punto muerto superior, en la que el volumen de la cámara de combustión es mínimo, y punto muerto inferior, en la que el volumen de la cámara de combustión es máximo.

Uno de los inconvenientes de los motores de combustión interna del estado de la técnica es su bajo rendimiento. Se entiende por rendimiento la relación entre la potencia mecánica suministrada por el cigüeñal y la potencia suministrada por el carburante necesaria para la combustión de la mezcla de gas y de carburante.

El bajo rendimiento de los motores de combustión interna del estado de la técnica se debe en particular a los rozamientos generados por las numerosas partes en movimiento que componen la cadena cinemática de estos motores.

Estos rozamientos se generan en parte por la carrera del pistón a lo largo del cilindro. En efecto, durante la carrera del pistón, la biela forma un ángulo con el eje de una generatriz del cilindro, que varía en función de la posición angular del botón de manivela, se habla de oblicuidad de la biela. Esta oblicuidad alcanza un valor máximo cuando el pistón está a medio camino entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior. Debido al valor relativamente alto de este ángulo, el pistón genera esfuerzos transversales, es decir perpendiculares al eje longitudinal del cilindro, durante su deslizamiento a lo largo del cilindro. Por otra parte, además de generar rozamientos que pueden causar un desgaste prematuro de las piezas en movimiento, estos esfuerzos pueden generar una fatiga mecánica del cigüeñal, bajo la acción de tensiones mecánicas cíclicas, y por lo tanto ser el origen de una rotura del cigüeñal.

La oblicuidad de la biela está también en el origen de fuertes aceleraciones y desaceleraciones del pistón durante su carrera entre los puntos muertos superior e inferior, y viceversa. Estas fuertes aceleraciones y desaceleraciones generan las fuerzas de inercia denominadas de «segundo orden». Estas fuerzas de segundo orden varían dos veces por vuelta del cigüeñal y pueden estar en el origen de la aparición de tensiones mecánicas internas significativas en los elementos en movimiento del motor.

El bajo rendimiento de los motores de combustión interna también se debe al hecho de que la combustión de la mezcla de gas y de carburante es incompleta. De hecho, debido a la combustión incompleta, la potencia que el carburante puede proporcionar potencialmente en la cámara de combustión no se aprovecha completamente.

El hecho de que la combustión sea incompleta tiene como origen en particular la duración insuficiente de las fases de compresión y de combustión. De hecho, el pistón no permanece un tiempo suficientemente largo en la proximidad del punto muerto superior para mantener la mezcla a una compresión elevada durante un tiempo suficientemente largo para asegurar una combustión sustancialmente completa. De hecho, debido a la estructura del mecanismo bielamanivela de los motores del estado de la técnica, la rotación de la biela alrededor del botón de manivela del cigüeñal somete al pistón a una fuerte aceleración lineal inmediatamente después de haber alcanzado el punto muerto superior.

Como ejemplo, cuando el pistón está cerca del punto muerto superior, el pistón es accionado para comprimir la mezcla entre el noventa y el cien por ciento de la presión máxima de la mezcla durante una rotación de cinco a diez grados del cigüeñal. La presión máxima de la mezcla se alcanza cuando el pistón está en el punto muerto superior.

El hecho de que la combustión sea incompleta también genera un problema de contaminación atmosférica en la medida en que se liberan gases no quemados durante la fase de escape. Estos gases no quemados también son perjudiciales para la salud humana.

Además, los pistones de los motores de combustión interna del estado de la técnica están sometidos a ciclos de fuerte aceleración y desaceleración. Por este hecho, los pistones generan fuerzas de inercia que actúan cíclicamente sobre el cigüeñal. Además de una fatiga mecánica sufrida por estas piezas, estas solicitaciones cíclicas generan vibraciones que pueden estar en el origen de la rotura de las piezas.

Otro inconveniente de los motores de combustión interna del estado de la técnica reside en su elevado peso, debido al gran número de piezas que incluyen. Este elevado peso tiene por incidencia, en particular, necesitar una potencia importante para desplazar el vehículo que incluye el motor y, en consecuencia, generar un consumo importante de carburante. Además, el hecho de que los motores de combustión interna tengan un peso elevado complica las operaciones de mantenimiento.

El documento WO 2014/011122 A1 da a conocer un motor de combustión interna según el preámbulo de la reivindicación 1 y que forma parte de la técnica anterior.

Exposición de la invención

El objeto de la presente invención es paliar los inconvenientes antes mencionados proponiendo un motor de combustión interna, de alto rendimiento, ligero y compacto.

La presente invención se refiere en particular, según un primer aspecto, a un motor de combustión interna que incluye al menos dos cilindros de ejes longitudinales paralelos, incluyendo cada cilindro una abertura y un pistón adaptado para trasladarse dentro de dicho cilindro, estando dichas aberturas respectivas de dichos cilindros enfrentadas, estando dichos pistones en relación cinemática con un mecanismo de biela-manivela que incluye:

- un tirante que conecta dichos pistones, adaptado para mantener una separación fija entre dichos pistones de modo que un desplazamiento en traslación de un pistón provoca el mismo desplazamiento en traslación para el otro pistón, estando dichos pistones fijados respectivamente a los brazos de dicho tirante,

- un cigüeñal móvil en rotación alrededor de un eje, dispuesto entre las aberturas de los cilindros y entre los ejes longitudinales de dichos cilindros, incluyendo dicho cigüeñal un botón de manivela,

- un balancín móvil en rotación alrededor del botón de manivela, que incluye dos extremos dispuestos a cada lado de dicho botón de manivela,

- al menos una biela que incluye un primer extremo, llamado «pie», solidario del tirante, y un segundo extremo, llamado «cabeza», solidario de uno de los extremos del balancín.

El término «solidario» se entiende que significa «fijado móvil en rotación».

Debido a estas características, el guiado en traslación de un pistón es realizado por el otro pistón. Por este hecho, los pistones están sometidos esencialmente a esfuerzos axiales durante la combustión de la mezcla, y generan pocos o ningún esfuerzo transversal en los cilindros durante su deslizamiento. Los rozamientos generados por el deslizamiento de los pistones en los cilindros son entonces despreciables en comparación con los rozamientos generados por el deslizamiento de los pistones en los cilindros de los motores del estado de la técnica. El rendimiento del motor resulta sustancialmente aumentado.

Además, el balancín está adaptado para describir un movimiento de rotación alternativo alrededor del botón de manivela durante la traslación de los pistones en los cilindros, para hacer que la cabeza de la o de las bielas describan una trayectoria no circular. Así, la velocidad de llegada y salida de cada pistón en el punto muerto superior es relativamente reducida en comparación con los motores del estado de la técnica, de modo que el tiempo durante el cual cada pistón evoluciona en la proximidad del punto muerto superior es relativamente alto en comparación con los motores del estado de la técnica. Como ejemplo, cuando el pistón está cerca del punto muerto superior, el pistón es accionado para comprimir la mezcla entre el noventa y el cien por ciento de la presión máxima de la mezcla durante una rotación de alrededor de veinticinco grados del cigüeñal.

Por este hecho, el pistón mantiene una alta presión durante un tiempo suficientemente largo en la cámara de combustión para que la combustión sea sustancialmente completa. Así, los gases liberados ya no comprenden (o comprenden cantidades despreciables) de gases no quemados, fuente de contaminación atmosférica y nocivos para la salud humana. Como ejemplo, la fase de combustión se lleva a cabo durante una rotación de aproximadamente ciento veinte grados del cigüeñal.

La combustión sustancialmente completa también genera una ganancia de rendimiento del motor y, por lo tanto, una reducción del consumo de combustible. A igualdad de potencia, la cantidad de carburante necesaria para el funcionamiento del motor es menos importante para el motor de combustión interna objeto de la invención que para un motor de combustión interna del estado de la técnica. A modo de ejemplo, a igualdad de potencia y en las mismas condiciones de funcionamiento, el consumo de carburante del motor objeto de la invención es más del 60% inferior al consumo de carburante de un motor del estado de la técnica.

En modos de realización particulares de realización, la invención también responde a las siguientes características, implementadas por separado o en cada una de sus combinaciones técnicamente operativas.

En modos de realización particulares de la invención, los brazos del tirante están conectados a un cuerpo de tirante que comprende una abertura a través de la cual el cigüeñal puede evolucionar.

Gracias a estas características, el tirante es más rígido y por tanto más adecuado para restaurar los esfuerzos transmitidos por los pistones durante la fase de combustión de la mezcla. Además, el tirante es más adecuado para resistir las tensiones mecánicas resultantes de estos esfuerzos.

Los gorrones o el botón de manivela del cigüeñal pueden evolucionar a través de la abertura del tirante, dependiendo de la configuración de dicha abertura.

En modos de realización particulares, el motor de combustión interna comprende dos bielas solidarias respectivamente del tirante por su pie, y solidarias respectivamente de uno de los extremos del balancín por su cabeza.

Los pies de biela pueden ser solidarios respectivamente de los brazos o del cuerpo del tirante, preferiblemente en dos puntos respectivos de manera sustancial diametralmente opuestos entre sí con respecto al eje de rotación de los gorrones del cigüeñal.

En modos de realización particulares de la invención, el motor de combustión interna que comprende cuatro cilindros dispuestos por pares, dispuestos simétricamente a cada lado de un plano medio P que incluye el eje de rotación del cigüeñal, de modo que el eje longitudinal de los cilindros sea perpendicular al plano P.

En modos de realización particulares de la invención, el tirante comprende cuatro brazos distribuidos en dos pares conectados a cada lado de un cuerpo de tirante.

En modos de realización particulares de la invención, el motor de combustión interna comprende dos balancines móviles en rotación alrededor del botón de manivela, siendo solidaria una biela por su cabeza de al menos uno de los extremos de cada balancín.

Según otras características, el motor de combustión interna comprende cuatro bielas solidarias respectivamente de uno de los brazos del tirante por su pie, y solidarias respectivamente de uno de los extremos de los balancines por su cabeza.

Según otro modo de realización de la invención, el motor de combustión interna comprende una pluralidad de conjuntos de cuatro cilindros yuxtapuestos entre sí según el eje de rotación del cigüeñal, de manera que los pistones de cada conjunto de cuatro cilindros estén en relación cinemática con un mismo cigüeñal.

En sus diversos aspectos, el motor de combustión interna según la invención tiene la ventaja particular de presentar, a idéntica potencia, menores dimensiones y menor masa, debido a la disposición de los cilindros y a la corta longitud del cigüeñal. A modo de ejemplo, a igual potencia, el motor de combustión según la invención presenta una masa y un volumen aproximadamente tres veces inferior a un motor del estado de la técnica.

Presentación de las figuras

La invención se comprenderá mejor con la lectura de la siguiente descripción, dada a modo de ejemplo no limitativo, y realizada con referencia a las figuras que representan:

La figura 1: una vista esquemática de un primer modo de realización de un motor de combustión interna, estando los pistones a mitad de carrera,

La figura 2: una vista de algunos elementos aislados del motor de combustión interna según la figura 1,

La figura 3: una vista esquemática del motor de combustión interna según la figura 1, estando los pistones en una posición extrema,

La figura 4: una vista de algunos elementos aislados del motor de combustión interna según la figura 3,

La figura 5: una vista esquemática de un motor de combustión interna según un segundo modo de realización de la invención, estando los pistones a mitad de carrera,

La figura 6: una vista de algunos elementos aislados del motor de combustión interna según la figura 5,

La figura 7: una vista esquemática de un mecanismo de biela-manivela de un motor de combustión interna según un tercer modo de realización de la invención,

La figura 8: una vista esquemática de un ejemplo de realización de un mecanismo de biela-manivela de un motor de combustión interna según la invención.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a un motor 10 de combustión interna que comprende cilindros en cada uno de los cuales se aplica un pistón de manera deslizante, para formar una cámara de combustión, conocida por los expertos en la técnica. Los pistones están en relación cinemática con un mecanismo de biela-manivela destinado a transmitir un par capaz de impulsar, por ejemplo, un vehículo en movimiento.

En un primer modo de realización de la invención, como se representa por las figuras 1 a 4, el motor 10 de combustión interna comprende dos cilindros 11, 11' que se extienden respectivamente según dos ejes longitudinales AA' y BB' paralelos y que comprenden cada uno una abertura. Los cilindros 11, 11' no son coaxiales y están dispuestos preferentemente a ambos lados, y a una distancia, de un plano medio P, de modo que los ejes longitudinales AA' y BB' son perpendiculares al plano medio P y que sus respectivas aberturas están enfrentadas.

Cada cilindro 11, 11' está adaptado para recibir un pistón 12, 12' aplicado de manera deslizante, por su abertura, entre dos posiciones extremas, denominadas respectivamente «punto muerto superior» y «punto muerto inferior».

En el primer modo de realización de la invención, el mecanismo de biela-manivela comprende un tirante 13 que conecta los pistones 12 y 12', y al cual dichos pistones 12 y 12' están rígidamente fijados. El tirante 13 está adaptado para mantener una separación fija entre los dos pistones 12, 12', de modo que el movimiento de traslación de uno de los pistones 12 o 12' provoque un movimiento similar del otro pistón. Así, como se muestra en la figura 3, cuando un pistón 12' está en el punto muerto superior, el otro pistón 12 está en el punto muerto inferior y viceversa.

Como se muestra en las figuras 2 y 4, el tirante 13 comprende dos brazos, 131, 131', por ejemplo, paralelos. Los brazos 131, 131' del tirante 13 se extienden entre un primer extremo, llamado proximal, para el que los brazos 131, 131' están conectados a ambos lados de un cuerpo 133 de tirante 13, y un segundo extremo, llamado distal, distante del cuerpo 133, al que está fijado un pistón 12, 12'. Preferiblemente, cada pistón 12 y 12' está fijado a un brazo 131 y 131' con grados de libertad en rotación, por ejemplo, según ejes perpendiculares a los ejes longitudinales de los brazos, para corregir los eventuales defectos de paralelismo de los cilindros entre sí.

Cabe señalar que, en las figuras 2 y 4, no se muestran los pistones. Como se ilustra en las figuras 1 y 3, el extremo distal de cada brazo 131, 131' está adaptado para aplicarse en un cilindro, con el pistón 12, 12' al que está fijado. El mecanismo de biela-manivela también comprende un cigüeñal 20 provisto de un botón 21 de manivela interpuesto entre dos gorrones 22, y al menos un contrapeso 23 conocido por los expertos en la técnica. Los gorrones 22 están montados móviles en rotación, por ejemplo, en cojinetes conocidos per se.

En el ejemplo no limitativo ilustrado por la figura 2, el cuerpo 133 del tirante 13 está provisto de una abertura 132 configurada para recibir el botón 21 de manivela, y a través del cual dicho botón 21 de manivela es capaz de evolucionar, durante, por ejemplo, la rotación del cigüeñal 20. La abertura se extiende, por ejemplo, según un eje longitudinal perpendicular a los respectivos ejes longitudinales AA' y BB de los cilindros 11 y 11'.

Alternativamente, el cuerpo 133 del tirante 13 puede estar configurado de manera que no incluya una abertura. Preferiblemente, el eje de rotación de los gorrones 22 del cigüeñal 20 está inscrito en el plano medio P, y dicho eje está ubicado equidistante de cada uno de los respectivos ejes longitudinales AA' y BB de los cilindros 11, 11'.

El mecanismo de biela-manivela también comprende al menos una biela 30 solidaria, por uno de sus extremos denominado «pie de biela» 31, al extremo distal de uno de los brazos 131 o 131', y por su otro extremo, denominado «cabeza de biela» 32 a un balancín 40.

En otros ejemplos de realización, la biela 30 también puede ser solidaria por su pie 31, en cualquier punto a lo largo de los brazos 131 o 131'. Esta disposición permite ventajosamente poder dimensionar la longitud de la biela de manera óptima para limitar los esfuerzos de inercia de segundo orden.

En el ejemplo de realización no limitativo representado por las figuras 1 a 4, el mecanismo de biela-manivela comprende dos bielas 30 y 30' solidarias respectivamente por su pie 31 o 31' del extremo distal de uno de los brazos 131 o 131', y por su cabeza 32 o 32' a un balancín 40. Preferiblemente, los pies 31 y 31' de biela son solidarios de los brazos 131 y 131' en dos puntos respectivos de manera sustancial diametralmente opuestos entre sí con respecto al eje de rotación de los gorrones 22.

Como se muestra esquemáticamente en las figuras 1 a 4, el balancín 40 comprende una abertura central a través de la cual está montado en rotación alrededor del botón 21 de manivela, por ejemplo, por medio de un cojinete deslizante conocido per se. El centro del balancín 40 se define como el punto con respecto al cual cualquier punto en la periferia del balancín tiene un punto simétrico.

El balancín 40 se extiende según un eje longitudinal CC' e incluye dos extremos a cada lado del botón 21 de manivela.

Preferiblemente, cada uno de los extremos del balancín 40 es solidario de una cabeza 32, 32' de biela, por medios conocidos per se, tal como un árbol alojado en orificios hechos respectivamente en las cabezas 32, 32' de las bielas 30, 30' y en los extremos del balancín 40.

El balancín 40 es capaz de accionar cada extremo 32, 32' de biela para describir una trayectoria diferente de la trayectoria circular descrita por el botón 21 de manivela del cigüeñal, durante el funcionamiento del motor 10 de combustión interna. Ventajosamente, el balancín 40 hace que cada extremo 32 de biela describa una trayectoria sustancialmente no circular.

Las bielas 32 y 32' y el balancín 40 están dimensionados de modo que, cuando los pistones estén a media distancia, las bielas 30 y 30' sean sustancialmente paralelas.

Durante el ciclo de funcionamiento del motor 10 de combustión interna objeto de la presente invención, cuando se genera la combustión en la cámara de combustión de un cilindro 11 u 11', un esfuerzo de empuje es producido en un pistón 12 o 12' dispuesto de forma deslizante en dicho cilindro. A continuación, dicho pistón transmite, a través del tirante 13, parte de este esfuerzo a las bielas 30 y 30'. Las bielas 30 y 30' transmiten estos esfuerzos a los respectivos extremos del balancín 40 de los que son solidarias, creando un momento de fuerza que provoca la rotación de dicho balancín 40 alrededor del botón 21 de manivela y, provocando de hecho, la rotación del botón 21 de manivela alrededor del eje de rotación de los gorrones 22. Cabe señalar que los esfuerzos aplicados por las bielas sobre el balancín se caracterizan, para una de las bielas, por un esfuerzo de tracción sobre el balancín 40, y por la otra, por un esfuerzo de empuje sobre el balancín 40.

La distancia entre el centro del balancín 40 y el eje de rotación de cada cabeza 32 de biela sobre el balancín 40 representa un brazo de palanca. Por lo tanto, la intensidad del momento de fuerza generado sobre el extremo del balancín 40 es proporcional a la longitud de esta distancia.

Estas disposiciones permiten poder reducir las dimensiones de los cilindros 11, 11' y de los pistones 12, 12', permitiendo al mismo tiempo que el cigüeñal proporcione un par relativamente alto. Para un par proporcionado por el cigüeñal de un valor dado, las dimensiones de los pistones y cilindros del motor 10 objeto de la presente invención son por tanto menores que las de los motores del estado de la técnica.

Los dos pistones 12 y 12' están cinemáticamente unidos entre sí por medio del tirante 13, es esfuerzo de empuje producido en uno de los pistones 12 o 12', durante la combustión, también se transmite en parte al otro pistón 12 o 12'. El guiado axial de uno de los pistones 12 o 12', durante su deslizamiento en el cilindro 11 u 11' al que está asociado, es garantizado por el otro pistón 12 o 12' al deslizar en el cilindro 11 u 11' al que está asociado. Por este hecho, los pistones 12 y 12' son sometidos esencialmente a esfuerzos axiales y generan pocos o ningún esfuerzo transversal en los cilindros 11, 11' durante su deslizamiento. Esta disposición permite ventajosamente reducir significativamente los esfuerzos de inercia de segundo orden.

Durante el desplazamiento de los pistones 12 y 12' entre los puntos muertos superior e inferior, y viceversa, los esfuerzos de las bielas 30 y 30' sobre el balancín 40 llevan a dicho balancín 40 a describir sustancialmente un movimiento de traslación circular alrededor del eje de rotación de los gorrones 22.

Durante el desplazamiento de un pistón 12 o 12' de una de sus posiciones extremas a la otra, la biela 30 o 30' solidaria del brazo 131 o 131' al que dicho pistón 12 o 12' está fijado, pivota alrededor de su pie 31 o 31', entre dos posiciones angulares extremas, como se muestra en líneas discontinuas en la figura 2. Cada biela 31 y 31' está adaptada para que su cabeza 32 o 32' describa, durante un ciclo de funcionamiento del motor, un arco de círculo de un ángulo a.

Cuando los pistones 12 y 12' están, respectivamente, a media distancia entre las posiciones de punto muerto superior y de punto muerto inferior, el eje longitudinal CC' del balancín 40 forma un ángulo B con el plano medio P, como se muestra esquemáticamente en la figura 1. Por otra parte, cuando los pistones 12 y 12' ocupan las posiciones de punto muerto superior e inferior, el eje longitudinal CC' es paralelo al plano medio P, como se muestra en la figura 3.

El balancín 40 es entonces sometido, durante el desplazamiento de los pistones 12 y 12' entre sus dos posiciones extremas, a un movimiento de rotación alternativo alrededor del botón 21 de manivela, de un ángulo p con respecto al plano medio P.

Por tanto, el balancín 40 describe un movimiento compuesto de una traslación circular alrededor del eje de rotación de los gorrones 22 y de una rotación alternativa alrededor del botón 21 de manivela.

Esta rotación alternativa permite ventajosamente que los pistones 12 y 12' permanezcan un máximo de tiempo en las proximidades de los puntos muertos superior e inferior.

Así, durante el funcionamiento del motor 10 de combustión interna, cuando el pistón 12 o 12' está en el punto muerto superior, dicho pistón 12 o 12' mantiene una presión elevada, cercana a la presión máxima de la mezcla, durante un tiempo más largo que en un motor de la técnica anterior. Se entiende por presión elevada, cercana a la presión máxima de la mezcla, una presión comprendida entre el noventa y el cien por ciento de la presión máxima. La presión máxima de la mezcla es la presión de la mezcla cuando el pistón 12 o 12' está en el punto muerto superior. El período de tiempo durante el cual se aplica una presión elevada a la mezcla es representativo de aproximadamente veinticinco grados de rotación del cigüeñal.

Ventajosamente, la presión elevada es mantenida durante un tiempo suficientemente largo dentro de la cámara de combustión, para obtener una combustión sustancialmente completa de la mezcla durante la fase de combustión.

Además, esta rotación alternativa del balancín 40 permite en particular limitar en gran medida la aceleración del pistón 12, 12' debido a la oblicuidad de las bielas.

En un segundo modo de realización, como se muestra esquemáticamente en las figuras 5 y 6, el motor 10 de combustión interna comprende cuatro pistones 12, 12', 12’’ y 12’'', respectivamente, aplicados de manera deslizante en cuatro cilindros 11, 11', 11’' y 11’'' comprendiendo cada uno con una abertura. Dichos cilindros están dispuestos dos a dos, a cada lado de un plano medio P', siendo el eje longitudinal de los cilindros 11, 11', 11” y 11”' perpendicular a este plano P'. Preferentemente, dichos cilindros están dispuestos simétricamente a cada lado, y a una distancia del plano medio P', de modo que los cilindros 11, 11" de un par sean, respectivamente, coaxiales con los cilindros 11', 11"' del otro par, y que las aberturas de dichos cilindros 11, 11" estén dispuestas enfrente de las aberturas de los cilindros 11', 11"'.

El motor 10 de combustión interna según el segundo modo de realización presenta un mecanismo de biela-manivela análogo al del primer modo de realización, excepto por el número de cilindros, y por lo tanto de pistones, de brazos de tirante y de bielas.

Preferiblemente, por razones de equilibrio de las masas en movimiento, el eje de rotación de los gorrones 22 del cigüeñal 20 está situado equidistante del conjunto de los cilindros 11, 11', 11’’ y 11 ’'', por ejemplo, inscrito en el plano P'.

Los cuatro pistones 12, 12', 12’' y 12’'' están cinemáticamente unidos entre sí por medio del tirante 13, de modo que el desplazamiento de dos pistones 12 y 12" o 12' y 12'" de un par provoca un desplazamiento análogo de los pistones 12 y 12", o 12' y 12"' del otro par.

Análogamente al primer modo de realización, los pares de pistones 12 y 12", 12' y 12"' están fijados tirante 13 por medio de pares de brazos 131 y 131', 131’' y 131'’' del tirante 13 unido al cuerpo 133 del tirante, como se muestra en la figura 6. Cabe señalar que los pistones no se muestran en la figura 6. Los pares de brazos están conectados respectivamente a cada lado del cuerpo 133 del tirante de manera que el eje longitudinal de un brazo 131 o 131’ de un par coincide con el eje longitudinal de un brazo 131'’ o 131''’ del otro par. Preferiblemente, los ejes longitudinales de los brazos 131, 131', 131" y 131"' coinciden respectivamente con los ejes longitudinales de los cilindros 11, 11', 11" y 11"'.

Como se muestra esquemáticamente en la figura 6, de cada extremo distal de los brazos 131, 131', 131" y 131"' del tirante es solidario respectivamente el pie 31,31', 31" y 31"' de una biela 30, 30', 30" y 30"'. Dichas bielas 30 y 30' son solidarias respectivamente por su cabeza 32, 32' de un balancín 40, y dichas bielas 30" y 30"' son solidarias respectivamente por su cabeza 32", 32"' de un segundo balancín 40'. Alternativamente, cada balancín 40, 40' puede ser solidario respectivamente de una sola biela 30 o 30', y 30" o 30"'. Dos pares de bielas están formados respectivamente por las bielas 30 y 30' y por las bielas 30” y 30”'.

Ventajosamente, las bielas 30 y 30', y 30" y 30"' de cada par están opuestas diagonalmente, como se ilustra en las figuras 5 y 6. Se entiende por «diagonalmente opuestas» que las bielas de cada par de bielas están respectivamente asociadas a los brazos de cada par de brazos, y que los ejes longitudinales respectivos de los brazos a los que están asociadas las bielas de un mismo par están distantes entre sí.

En este modo de realización de la invención, dos balancines 40 y 40' están montados móviles en rotación alrededor del botón 21 de manivela. Los balancines 40 y 40' están dispuestos, por ejemplo, a cada lado del tirante 13, sobre el botón 21 de manivela.

Así, durante el desplazamiento de los pistones 12, 12', 12" y 12"' entre los puntos muertos superior e inferior y viceversa, los esfuerzos de las bielas 30, 30', 30" y 30"' sobre cada uno de los balancines 40 y 40’ provocan que cada uno de dichos balancines describa sustancialmente un movimiento de traslación circular alrededor del eje de rotación de los gorrones 22.

Sin embargo, en la medida en que cada balancín 40 y 40' está asociado respectivamente con un par de bielas 30 y 30', y 30" y 30"' diagonalmente opuestas, los balancines 40 y 40' son llevados a describir, alrededor del botón 21 de manivela, un movimiento de rotación alternativo, invertidos un con respecto al otro. En otras palabras, el movimiento de rotación de uno de los balancines 40 o 40' es simétrico al movimiento de rotación del otro balancín 40 o 40' según un plano de simetría paralelo al plano P'. El ángulo formado por el eje longitudinal de uno de los balancines 40 o 40' con el plano P es opuesto al ángulo formado por el eje longitudinal del otro balancín 40 o 40' con dicho plano P, en relación con a este plano P.

Así, de la misma manera que para el primer modo de realización, este movimiento de rotación alternativo permite que las cabezas 32, 32', 32’' y 32'’' de bielas describan una trayectoria no circular durante el funcionamiento del motor 10 de combustión interna., es decir, durante la rotación de los balancines 40 y 40' alrededor del eje de rotación de los gorrones 22.

Por este hecho, durante las carreras de los pistones 12, 12', 12", 12"' respectivamente en los cilindros 11, 11', 11", 11"', dichos pistones permanecen un tiempo suficientemente largo en el punto muerto superior para mantener una presión lo suficientemente elevada por el pistón dentro de la cámara de combustión, para obtener una combustión sustancialmente completa de la mezcla.

Ventajosamente, una combustión se puede realizar de forma concomitante en la cámara de combustión de cada cilindro 11 y 11", u 11' y 11"' del mismo par. Los esfuerzos de empuje producidos por la combustión son transmitidos por los pistones 12 y 12', o 12" y 12"' aplicados respectivamente en los cilindros 11 y 11", u 11' y 11"' de dicho par a los otros pistones 12 y 12', o 12" y 12"' y comprenden solo un componente axial. El guiado axial de uno de los pistones durante su deslizamiento en el cilindro al que está asociado está asegurado por el deslizamiento de los otros pistones en los respectivos cilindros a los que están asociados. Por tanto, los pistones no generan esfuerzos transversales. Esta disposición permite ventajosamente reducir significativamente los esfuerzos de inercia de segundo orden.

En un tercer modo de realización de la invención, el motor 10 de combustión interna comprende dos cilindros según el primer modo de realización descrito anteriormente, excepto en que son coaxiales. De manera análoga a los otros modos de realización de la invención, un pistón está aplicado de manera deslizante en cada cilindro.

El motor 10 de combustión interna según el tercer modo de realización comprende un mecanismo de biela-manivela, como se muestra en la figura 7, idéntico al del primer modo de realización, excepto por la configuración del tirante 13.

Más particularmente, de manera análoga al primer modo de realización, los pistones están unidos cinemáticamente entre sí por medio de los brazos 131 y 131' del tirante 13. Sin embargo, en este modo de realización de la invención, los brazos 131 y 131' son coaxiales y están dispuestos a ambos lados del cuerpo 133 del tirante. Preferiblemente, los ejes longitudinales de los brazos 131 y 131' y el eje de rotación de los gorrones 22 del cigüeñal 20 están inscritos en el mismo plano M. Este plano M es por ejemplo un plano medio del tirante 13.

Los pies 31 y 31' de las bielas 30 y 30' están asegurados respectivamente al cuerpo 133 del tirante, en dos puntos de manera sustancial diametralmente opuestos entre sí con respecto al eje de rotación de los gorrones 22. Las bielas 30 y 30' son solidarias respectivamente por su cabeza 32 y 32' a cada uno de los extremos del balancín 40.

Alternativamente, un primer y un segundo balancín 40 y 40' pueden estar dispuestos a cada lado del tirante 13 y dispuestos en rotación alrededor del botón 21 de manivela. El motor 10 de combustión interna comprende entonces dos pares de bielas, siendo cada uno de los pares de bielas solidario de un balancín como se describió anteriormente.

En otro ejemplo de realización del mecanismo de biela-manivela tal como se representa por la figura 8, y que puede ser implementado en los modos de realización de la invención descritos anteriormente, el tirante 13 está provisto de una abertura 132 configurada de modo que uno de los gorrones 22 del cigüeñal 20 está adaptado para evolucionar a través de dicha abertura 132 durante el deslizamiento de dicho tirante 13. La abertura 132 se extiende preferiblemente según un eje longitudinal paralelo a los respectivos ejes longitudinales AA' y BB' de los cilindros 11 y 11'. El tirante 13 comprende brazos 131, 131' de acuerdo con uno de los modos de realización descritos anteriormente, conectados a cada lado del cuerpo 133 del tirante, y en el extremo de cada uno de los cuales está fijado un pistón 12 o 12'.

El mecanismo de biela-manivela también comprende, por ejemplo, dos bielas 30, 30' solidarios respectivamente por su pie 31,31' a los brazos 131, 131' o al cuerpo 133, y por su cabeza 32, 32' al balancín 40.

Así, de forma análoga al ciclo de funcionamiento del motor 10 de combustión interna descrito anteriormente, cuando se genera una combustión en la cámara de combustión de un cilindro 11 u 11' se produce un esfuerzo de empuje sobre un pistón 12 o 12' dispuesto de forma deslizante en dicho cilindro. Entonces dicho pistón transmite, a través del tirante 13, una parte de este esfuerzo a las bielas 30, 30'. Las bielas 30, 30' transmiten este esfuerzo a los extremos del balancín 40 del que son respectivamente solidarias, creando un momento de fuerza que provoca la rotación de dicho balancín 40 alrededor del botón 21 de manivela, y de hecho provocando la rotación del botón 21 de manivela alrededor del eje de rotación de los gorrones 22.

De la misma manera que para los modos de realización descritos anteriormente, una de las bielas 30 o 30' ejerce un esfuerzo de tracción sobre el balancín 40, y la otra ejerce un esfuerzo de empuje sobre el balancín 40.

En otros modos de realización de la invención, no mostrados en las figuras, el motor 10 de combustión interna puede comprender más o menos cilindros que el motor según los modos de realización de la invención descritos anteriormente. El número de pistones es el mismo que el número de cilindros.

En otros modos de realización de la invención, el motor 10 de combustión interna comprende conjuntos de dos o cuatro cilindros dispuestos en serie, yuxtapuestos entre sí, según el eje de rotación de los gorrones, y compartiendo un único cigüeñal. El motor 10 de combustión interna comprende preferiblemente dos conjuntos de dos o cuatro cilindros, estando cada conjunto de cilindros asociado con pistones en relación cinemática con un mecanismo de bielamanivela según uno de los modos de realización de la invención descritos anteriormente. Más precisamente, el cigüeñal comprende dos botones de manivela, dispuestos, por ejemplo, a ciento ochenta grados entre sí, en cada uno de los cuales se ajustan en rotación, uno o dos balancines. Cabe señalar que un balancín es preferiblemente solidario de dos bielas y, por lo tanto, está asociado a dos pistones. Por lo tanto, el número de balancines es igual a la mitad del número de cilindros.

De manera más general, cabe señalar que los modos de realización considerados anteriormente se han descrito a modo de ejemplos no limitativos y que, por lo tanto, pueden considerarse otras variantes.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Motor (10) de combustión interna que incluye al menos dos cilindros (11, 11') de ejes longitudinales paralelos, incluyendo cada cilindro una abertura y un pistón (12, 12') adaptado para trasladar al interior de dicho cilindro, estando enfrentadas dichas aberturas respectivas de dichos cilindros, estando dichos pitones en relación cinemática con un mecanismo biela-manivela, incluyendo dicho mecanismo de biela-manivela:

- un tirante (13) que conecta dichos pistones, adaptado para mantener una separación fija entre dichos pistones, de modo que un desplazamiento en traslación de un pistón provoque el mismo desplazamiento en traslación para el otro pistón, estando dichos pistones fijados respectivamente a unos brazos (131, 131') de dicho tirante, - un cigüeñal (20) móvil en rotación alrededor de un eje, dispuesto entre las aberturas de los cilindros y entre los ejes longitudinales de dichos cilindros, incluyendo dicho cigüeñal un botón (21) de manivela,

- al menos una biela (30) que incluye un primer extremo, llamado «pie» (31), solidario del tirante, y un segundo extremo, llamado «cabeza» (32), caracterizado por que

dicho mecanismo biela-manivela incluye además un balancín (40) móvil en rotación alrededor del botón de manivela, incluyendo dos extremos dispuestos a una y otra parte de dicho botón de manivela, y por que el segundo extremo de la biela llamado «cabeza» es solidario de uno de los extremos del balancín.

2. Motor (10) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que los brazos (131, 131') del tirante (13) están conectados a un cuerpo (133) de tirante que comprende una abertura (132) a través de la cual el cigüeñal (20) es capaz de evolucionar.

3. Motor (10) de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende dos bielas (30, 30'), solidarias respectivamente del tirante (13) por su pie (31, 31'), y solidarias respectivamente de uno de los extremos del balancín (40, 40') por su cabeza (32, 32').

4. Motor (10) de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende cuatro cilindros (11, 11', 11", 11"') dispuestos por pares, dispuestos simétricamente a cada lado de un plano medio P en el que el eje de rotación del cigüeñal está inscrito, de modo que el eje longitudinal de los cilindros sea perpendicular al plano P.

5. Motor (10) de combustión interna según la reivindicación 4, en el que el tirante (13) comprende cuatro brazos (131, 131', 131", 131"') distribuidos en dos pares conectados a cada lado de un cuerpo (133) de tirante.

6. Motor (10) de combustión interna según una de las reivindicaciones 4 o 5, que comprende dos balancines (40, 40') móviles en rotación alrededor del botón 21 del cigüeñal, siendo solidaria una biela (30, 30") por su cabeza al menos a uno de los extremos de cada balancín.

7. Motor (10) de combustión interna según una de las reivindicaciones 4 a 6, que comprende cuatro bielas (30, 30', 30", 30"'), solidarias respectivamente de uno de los brazos (131, 131', 131", 131"') del tirante (13) por su pie (31,31', 31", 31"'), y solidarios respectivamente de uno de los extremos de los balancines (40, 40') por su cabeza (32, 32', 32", 32"').

8. Motor (10) de combustión interna según una de las reivindicaciones 4 a 7, que comprende una pluralidad de conjuntos de cuatro cilindros yuxtapuestos entre sí según el eje de rotación del cigüeñal, de tal manera que los pistones de cada conjunto de cuatro cilindros estén en relación cinemática con el mismo cigüeñal.