ES2924042T3 - Piston with moving flat top surface - Google Patents
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Abstract
La presente invención comprende el uso de un elemento plano (1.4, 2.4) que se conecta a un elemento flexible (1.3, 2.3) que une tanto dicho elemento plano (1.4, 2.4) como la superficie superior (1.10, 2.10) de la superficie de la cabeza del pistón (1.12, 2.12) que se coloca por debajo de las superficies de borde (1.1, 2.1) de dicha cabeza del pistón (1.12, 2.12), de manera que dicho miembro plano (1.4, 2.4) se monta en la superficie inferior (1.10, 2.10) de la cabeza del pistón (1.12, 2.12). El objetivo de este diseño es eliminar los gases de escape que quedan dentro del volumen libre eliminando dicho volumen libre cuando la cabeza del pistón (1.12, 2.12) alcanza el punto muerto superior en la carrera de escape, manteniendo el volumen libre limpio cuando la cabeza del pistón (1.12, 2.12) alcanza el punto muerto superior en la carrera de compresión. Por lo tanto, este diseño elimina más del 90 % del volumen de espacio libre cuando se requiere en el punto muerto superior al final de la carrera de escape, al tiempo que deja el volumen de espacio libre en las carreras de compresión y encendido para que los gases comprimidos se alojen en el interior. el cilindro según sea necesario, maximizando así la eficiencia de combustión del motor de combustión interna. Dicho diseño se puede aplicar a diseños de motores de combustión interna tanto de dos tiempos como de cuatro tiempos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The present invention comprises the use of a flat element (1.4, 2.4) that is connected to a flexible element (1.3, 2.3) that joins both said flat element (1.4, 2.4) and the upper surface (1.10, 2.10) of the surface of the piston head (1.12, 2.12) which is positioned below the edge surfaces (1.1, 2.1) of said piston head (1.12, 2.12), such that said flat member (1.4, 2.4) is mounted on the lower surface (1.10, 2.10) of the piston head (1.12, 2.12). The objective of this design is to eliminate the exhaust gases that remain within the free volume by eliminating said free volume when the piston head (1.12, 2.12) reaches top dead center on the exhaust stroke, keeping the free volume clean when the head of the piston (1.12, 2.12) reaches top dead center on the compression stroke. Therefore, this design eliminates more than 90% of the clearance volume when required at TDC at the end of the exhaust stroke, while leaving the clearance volume on the compression and ignition strokes to compressed gases stay inside. the cylinder as needed, thus maximizing the combustion efficiency of the internal combustion engine. Such a design can be applied to both two-stroke and four-stroke internal combustion engine designs. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Pistón con superficie superior plana móvilPiston with moving flat top surface
La presente invención se refiere al uso de un miembro plano (1.4, 2.4) conectado a un miembro flexible (1.3, 2.3) que une dicho miembro plano (1.4, 2.4) a la superficie superior (1.10, 2.10) de la superficie de la cabeza del pistón (1.12, 2.12) situada por debajo de las superficies de borde (1.1, 2.1) de dicha cabeza del pistón (1.12, 2.12), de manera que dicho elemento plano (1.4, 2.4) se monta en la superficie inferior (1.10, 2.10) de la cabeza del pistón (1.12, 2.12). El propósito de este diseño es eliminar los gases de escape que quedan dentro del volumen del espacio muerto eliminando dicho volumen del espacio muerto cuando la cabeza del pistón (1.12, 2.12) alcanza el punto muerto superior en la carrera de escape, manteniendo el volumen del espacio muerto libre cuando la cabeza del pistón (1.12, 2.12) alcanza el punto muerto superior en la carrera de compresión.The present invention refers to the use of a flat member (1.4, 2.4) connected to a flexible member (1.3, 2.3) that joins said flat member (1.4, 2.4) to the upper surface (1.10, 2.10) of the surface of the piston head (1.12, 2.12) located below the edge surfaces (1.1, 2.1) of said piston head (1.12, 2.12), so that said flat element (1.4, 2.4) is mounted on the lower surface ( 1.10, 2.10) from the piston head (1.12, 2.12). The purpose of this design is to remove the exhaust gases remaining within the dead space volume by removing the dead space volume when the piston head (1.12, 2.12) reaches top dead center on the exhaust stroke, maintaining the dead space volume. free dead space when the piston head (1.12, 2.12) reaches top dead center on the compression stroke.
El documento US 2012/227705 describe un sistema de control de la presión de combustión que comprende un pistón, en el que se dispone un miembro interpuesto entre un miembro de sellado de fluidos y la cámara de combustión. El miembro interpuesto tiene forma de disco. El elemento intermedio está dispuesto en la parte rebajada del cuerpo del pistón. El miembro interpuesto está formado para no salir volando del cuerpo del pistón debido al contacto con la parte sobresaliente. La interposición está formada por un material duro que no se deformará incluso durante el período de tiempo en el que el miembro de sellado de fluidos se está extendiendo o contrayendo. Disponiendo el elemento de interposición sobre la superficie del elemento de sellado de fluidos, se puede evitar que la parte de la superficie superior del elemento de sellado de fluidos se deforme mientras se hace que el elemento de sellado de fluidos se extienda y se contraiga.US 2012/227705 discloses a combustion pressure control system comprising a piston, in which an interposed member is provided between a fluid sealing member and the combustion chamber. The intervening member is disk-shaped. The intermediate element is arranged in the recessed part of the piston body. The interposed member is formed so as not to fly out of the piston body due to contact with the protruding part. The interposer is formed of a hard material that will not deform even during the period of time that the fluid sealing member is expanding or contracting. By disposing the interposer on the surface of the fluid sealing member, the upper surface part of the fluid sealing member can be prevented from being deformed while causing the fluid sealing member to expand and contract.
La presente invención se refiere a un motor de combustión interna que comprende un pistón que tiene un elemento plano (1.4, 2.4) en el que las superficies superior e inferior de dicho elemento plano (1.4, 2.4) están colocadas en paralelo a las superficies superiores de la cabeza del pistón (1.1, 2.1, 1.10, 2.10), de manera que la superficie inferior de dicho miembro plano (1.4, 2.4) se une a una superficie media rebajada (1.10, 2.10) de dicha cabeza de pistón (1.12, 2.12) o a la superficie del borde superior (1.1, 2.1) de una cabeza de pistón completamente plana del mismo diámetro que dicho miembro plano (1.4, 2.4), por medio de un miembro flexible (1.3, 2.3) que está completamente sellado a lo largo de los lados, además dicho miembro plano (1.4, 2.4) también está conectado a dicha cabeza de pistón (1.12, 2.12) a través de elementos de retención (1.7, 2.7) con un conjunto de elementos metálicos en forma de flecha (1.6, 2.6) que impiden que el elemento plano (1.4, 2.4) se mueva más alto que requerido, de manera que dicho miembro flexible (1.3, 2.3) sella el volumen sobre dicho miembro plano (1.4, 2.4) del volumen debajo de dicho miembro plano (1.4, 2.4), y puede ser comprimido hacia abajo por las presiones del fluido situado sobre dicho miembro plano (1.4, 2.4) al comprender un perfil geométrico de sección transversal similar a un resorte.The present invention relates to an internal combustion engine comprising a piston having a flat element (1.4, 2.4) in which the upper and lower surfaces of said flat element (1.4, 2.4) are placed parallel to the upper surfaces of the piston head (1.1, 2.1, 1.10, 2.10), so that the lower surface of said flat member (1.4, 2.4) joins a lowered middle surface (1.10, 2.10) of said piston head (1.12, 2.12) or to the upper edge surface (1.1, 2.1) of a completely flat piston head of the same diameter as said flat member (1.4, 2.4), by means of a flexible member (1.3, 2.3) that is completely sealed along along the sides, furthermore said flat member (1.4, 2.4) is also connected to said piston head (1.12, 2.12) through retaining elements (1.7, 2.7) with a set of arrow-shaped metal elements (1.6 , 2.6) that prevent the flat element (1.4, 2.4) from moving higher than required, such that said flexible member (1.3, 2.3) seals the volume above said flat member (1.4, 2.4) from the volume below said flat member (1.4, 2.4), and can be compressed downward by fluid pressures located on said flat member (1.4, 2.4) by comprising a geometric profile with a cross-section similar to a spring.
Por lo tanto, este diseño elimina más del 90% del volumen del espacio muerto cuando el pistón está en su punto muerto superior al final de la carrera de escape, al tiempo que deja el volumen del espacio muerto libre en las carreras de compresión y encendido para que los gases comprimidos se alojen en el interior del cilindro según sea necesario, maximizando así la eficiencia de combustión del motor de combustión interna. Dicho diseño se puede aplicar a diseños de motores de combustión interna tanto de dos tiempos como de cuatro tiempos.Therefore, this design eliminates more than 90% of the dead space volume when the piston is at its top dead center at the end of the exhaust stroke, while leaving the dead space volume free on the compression and ignition strokes. so that the compressed gases are accommodated inside the cylinder as needed, thus maximizing the combustion efficiency of the internal combustion engine. Such a design can be applied to both two-stroke and four-stroke internal combustion engine designs.
La figura 1 comprende una vista en sección transversal de la cabeza del pistón (1.12) cuando el miembro plano (1.4) está posicionado en su posición más alta posible. Figure 1 comprises a cross-sectional view of the piston head (1.12) when the flat member (1.4) is positioned in its highest possible position.
La figura 2 comprende una vista en sección transversal de la cabeza del pistón (2.12) cuando el miembro plano (2.4) está posicionado en su posición más baja posible.Figure 2 comprises a cross-sectional view of the piston head (2.12) when the flat member (2.4) is positioned in its lowest possible position.
La figura 3 comprende una vista lateral en sección transversal de dicha cabeza de pistón, con un conducto de evacuación de aire (3.8) que conecta la zona inferior de dicha cabeza de pistón (1.12, 2.12) con la cámara intermedia, además de comprender elementos de posicionamiento de cabeza de pistón más anchos (3.5) y capas de espuma o caucho adheridas con adhesivo en las superficies de contacto (3.1, 3.2, 3.3, 3.7).Figure 3 comprises a cross-sectional side view of said piston head, with an air evacuation duct (3.8) that connects the lower area of said piston head (1.12, 2.12) with the intermediate chamber, in addition to comprising elements piston head locating pins (3.5) and foam or rubber layers bonded with adhesive on contact surfaces (3.1, 3.2, 3.3, 3.7).
La figura 4 comprende una vista lateral en sección transversal de dicha cabeza de pistón (4.1), que comprende un elemento de fijación (4.2), preferentemente un remache (4.2), perno (4.2) o tuerca (4.2), que se posiciona perpendicularmente a la dirección de movimiento de dicha cabeza de pistón (4.1), y por lo tanto, por el lado de la superficie superior de dicha cabeza de pistón (4.1) y simultáneamente por los lados del elemento de fijación (4.3) de dicho elemento móvil plano (1.4, 2.4), hasta la parte interior de dicho elemento de fijación (4.3), de forma que dicho elemento de fijación (4.3) quede posicionado sobre dicha superficie plana interior (4.4). Figure 4 comprises a cross-sectional side view of said piston head (4.1), comprising a fixing element (4.2), preferably a rivet (4.2), bolt (4.2) or nut (4.2), which is positioned perpendicularly to the direction of movement of said piston head (4.1), and therefore, by the side of the upper surface of said piston head (4.1) and simultaneously by the sides of the fixing element (4.3) of said moving element plane (1.4, 2.4), to the inside of said fixing element (4.3), so that said fixing element (4.3) is positioned on said internal flat surface (4.4).
El sistema funciona de forma completamente automática sin necesidad de ningún otro componente, aparte de un conjunto de miembros metálicos en forma de flecha (1.6, 2.6) que impiden que el miembro plano (1.4, 2.4) se mueva más alto de lo requerido debido a las fuerzas de inercia al llegar al punto muerto superior en la carrera de escape. Dos miembros planos dentados (1.5, 2.5) impiden que los miembros en forma de flecha (1.6, 2.6) se extiendan demasiado debido a la inercia. Estos elementos dentados (1.5, 2.5) están sostenidos por elementos solidos (1.7, 2.7) que conectan con la superficie inferior (1.10, 2.10) de la cabeza del pistón (1.12, 2.12).The system works completely automatically without the need for any other components apart from a set of arrow-shaped metal members (1.6, 2.6) that prevent the flat member (1.4, 2.4) from moving higher than required due to inertial forces at top dead center on the exhaust stroke. Two toothed flat members (1.5, 2.5) prevent the arrow-shaped members (1.6, 2.6) from overextending due to inertia. These toothed elements (1.5, 2.5) are supported by solid elements (1.7, 2.7) that connect with the lower surface (1.10, 2.10) of the piston head (1.12, 2.12).
Cuando la cabeza del pistón alcanza el punto muerto superior en la carrera de compresión, las fuerzas de inercia mueven el miembro plano (1.4) a la posición más alta posible, en la que la superficie superior del miembro (1.4) está alineada con las superficies laterales superiores (1.1) de la cabeza del pistón, que casi entran en contacto con la cabeza del cilindro. Los elementos dentados (1.5) impiden que el elemento plano (1.4) se desplace más alto de lo requerido por medio de sus elementos en forma de flecha (1.6), que están conectados al elemento plano (1.4) y son detenidos por dichos elementos dentados (1.5). Cuando la cabeza del pistón alcanza el punto muerto superior en la carrera de compresión, la presión del fluido dentro del cilindro mueve el miembro plano (2.4) lo más hacia abajo posible, que alcanza una posición más baja que está optimizada para que el fluido comprimido se comprima en la relación de compresión requerida. Las superficies superiores (2.5) de los elementos dentados (2.7) impiden que dicho elemento plano (2.4) se mueva más hacia abajo por la presión del fluido, así como el material del miembro flexible (2.3) que conecta dicho elemento plano (2.4) a dicha superficie superior (2.10) de la parte inferior de la cabeza del pistón (2.12).When the piston head reaches top dead center on the compression stroke, inertial forces move flat member (1.4) to the highest possible position, where the top surface of member (1.4) is aligned with the flat surfaces. upper sides (1.1) of the piston head, which almost come into contact with the cylinder head. The toothed elements (1.5) prevent the flat element (1.4) from moving higher than required by means of their arrow-shaped elements (1.6), which are connected to the flat element (1.4) and are stopped by said toothed elements. (1.5). When the piston head reaches top dead center on the compression stroke, the fluid pressure inside the cylinder moves the flat member (2.4) as far down as possible, which reaches a lower position that is optimized for the compressed fluid to flow. compressed to the required compression ratio. The upper surfaces (2.5) of the toothed elements (2.7) prevent said flat element (2.4) from moving further downwards due to fluid pressure, as well as the material of the flexible member (2.3) connecting said flat element (2.4) to said upper surface (2.10) of the lower part of the piston head (2.12).
El fluido ubicado en la parte superior del miembro plano (1.4, 2.4) está completamente aislado de los fluidos presentes debajo de la cabeza del pistón (1.12, 2.12), tales como el aceite. El fluido situado debajo de dicho miembro plano (2.4) es ventilado hacia abajo a través de un conjunto de cavidades huecas (1.11, 2.11) cuando dicho miembro plano (1.4, 2.4) es movido hacia abajo por la presión de compresión y encendido del fluido situado dentro del cilindro. Cuando el miembro plano (1.4) se mueve hacia arriba debido a las fuerzas inerciales de dicho miembro plano (1.4) y la fuerza elástica del material flexible (1.3) que lo conecta (1.4) a la cabeza del pistón (1.10), el fluido puede alcanzar la cámara que se posiciona entre dicho miembro plano (1.4) y la superficie superior (1.10) de la parte inferior de la cabeza del pistón (1.12) por medio de los mismos espacios huecos (1.1.1) presentes en el material de la cabeza del pistón (1.12). Dichas cavidades (1.11) conectan las superficies superior (1.10) e inferior de la sección media de la cabeza del pistón (1.12) entre sí.The fluid located in the upper part of the flat member (1.4, 2.4) is completely isolated from the fluids present below the piston head (1.12, 2.12), such as oil. The fluid located below said flat member (2.4) is vented downwards through a set of hollow cavities (1.11, 2.11) when said flat member (1.4, 2.4) is moved downwards by the compression pressure and ignition of the fluid located inside the cylinder. When the flat member (1.4) moves upwards due to the inertial forces of said flat member (1.4) and the elastic force of the flexible material (1.3) that connects it (1.4) to the piston head (1.10), the fluid can reach the chamber that is positioned between said flat member (1.4) and the upper surface (1.10) of the lower part of the piston head (1.12) by means of the same hollow spaces (1.1.1) present in the material of head of the piston (1.12). Said cavities (1.11) connect the upper (1.10) and lower surfaces of the middle section of the piston head (1.12) with each other.
El miembro flexible (1.3, 2.3) que conecta dicho miembro plano (1.4, 2.4) a la superficie superior de la cabeza del pistón (1.10) sella completamente el volumen superior situado encima de la cabeza del pistón de la cámara situada debajo de dicho miembro plano (1.4, 2.4). Esto se debe a que dicho miembro flexible (1.3, 2.3) está hecho de un material metálico flexible como la aleación de aluminio, que puede resistir altas temperaturas sin cambiar su forma, así como ofrecer altas resistencias a los esfuerzos. Este miembro (1.3, 2.3) comprende una geometría de sección transversal similar a un resorte, pero que está completamente cerrado y por lo tanto sellado a lo largo de los lados de dicho miembro (1.3, 2.3).The flexible member (1.3, 2.3) connecting said flat member (1.4, 2.4) to the upper surface of the piston head (1.10) completely seals the upper volume above the piston head from the chamber below said member. plane (1.4, 2.4). This is because said flexible member (1.3, 2.3) is made of a flexible metallic material such as aluminum alloy, which can withstand high temperatures without changing its shape, as well as offering high resistance to stress. This member (1.3, 2.3) comprises a cross-sectional geometry similar to a spring, but which is completely closed and therefore sealed along the sides of said member (1.3, 2.3).
Durante el proceso de fabricación, el elemento plano (1.4, 2.4) se une al elemento flexible (1.3, 2.3) mediante soldadura, unión adhesiva o ambas. Luego, dicha pieza de dos miembros se une a la superficie inferior de la cabeza del pistón (1.10, 2.10) mediante pegado y/o soldadura del borde lateral (1.9, 2.9) del miembro flexible (1.3, 2.3) a la superficie superior (1.10, 2.10) del miembro inferior de la cabeza del pistón (1.12). La soldadura debe ser preferiblemente un proceso de soldadura por láser, ya que se requiere una precisión dimensional para esta operación de soldadura.During the manufacturing process, the flat element (1.4, 2.4) is joined to the flexible element (1.3, 2.3) by welding, adhesive bonding, or both. Said two-member piece is then attached to the lower surface of the piston head (1.10, 2.10) by gluing and/or welding the lateral edge (1.9, 2.9) of the flexible member (1.3, 2.3) to the upper surface ( 1.10, 2.10) from the lower member of the piston head (1.12). The welding should preferably be a laser welding process, since dimensional accuracy is required for this welding operation.
El miembro flexible (1.3, 2.3) se fija al miembro plano (1.4, 2.4) poniendo adhesivo en una superficie del borde interior (1.8, 2.8) comprendida en el miembro flexible y en el borde inferior del miembro plano (1.4, 2.4). Se puede aplicar un proceso de soldadura en lugar del proceso de unión por adhesivo o además de la operación de unión por adhesivo.The flexible member (1.3, 2.3) is attached to the flat member (1.4, 2.4) by putting adhesive on an inner edge surface (1.8, 2.8) comprised of the flexible member and on the bottom edge of the flat member (1.4, 2.4). A welding process can be applied instead of the adhesive bonding process or in addition to the adhesive bonding operation.
El diseño resultante elimina automáticamente el volumen del espacio muerto libre cuando es necesario y lo deja automáticamente cuando es necesario. Las fuerzas de inercia del elemento plano (1.4, 2.4) y las fuerzas de inercia del elemento flexible (1.3, 2.3) cuando alcanzan el punto muerto superior al final de la carrera de compresión serán superadas con creces por las altas presiones que ofrece la compresión del fluido dentro del cilindro, moviendo así el miembro plano (1.4, 2.4) hacia abajo según sea necesario. La posición destensada del miembro flexible es cuando dicho miembro plano (1.4, 2.4) está posicionado en su posición más alta posible (1.4), encontrándose con la más alta de las superficies laterales del borde (1.1, 2.1) de la cabeza del pistón (1.12, 2. 12).The resulting layout automatically removes the free dead space volume when needed and automatically leaves it when needed. The flat element inertia forces (1.4, 2.4) and the flexible element inertia forces (1.3, 2.3) when they reach top dead center at the end of the compression stroke will be far outweighed by the high pressures offered by the compression of the fluid inside the cylinder, thus moving the flat member (1.4, 2.4) downwards as necessary. The relaxed position of the flexible member is when said flat member (1.4, 2.4) is positioned in its highest possible position (1.4), meeting the highest of the side surfaces of the edge (1.1, 2.1) of the piston head ( 1.12, 2.12).
Los miembros en forma de flecha (1.6, 2.6) se pueden conectar al miembro plano (1.4, 2.4) mediante unión adhesiva, soldadura o ambos. Los elementos de retención (1.7, 2.7) que se fijan a la superficie superior de la cabeza del pistón (1.10, 2.10) pueden soldarse, pegarse o ambos. Dichos elementos (1.7, 2.7) también pueden formar parte de la cabeza del pistón como un miembro moldeado o forjado de una pieza.The arrow-shaped members (1.6, 2.6) can be connected to the flat member (1.4, 2.4) by adhesive bonding, welding, or both. The retaining elements (1.7, 2.7) that are fixed to the upper surface of the piston head (1.10, 2.10) can be welded, glued or both. Said elements (1.7, 2.7) can also form part of the piston head as a one-piece cast or forged member.
La cabeza del pistón (1.12, 2.12) también puede comprender una superficie superior (1.1, 2.1, 1.10, 2.10) que es completamente plana, por lo que la sección central (1.10, 2.10) se posiciona exactamente a la misma altura que las superficies laterales del borde (1.1, 2.1), por lo que son igualmente altos en relación entre si (1.1, 2.1, 1.10, 2.10). En ese caso, el diámetro del miembro plano (1.4, 2.4) es igual al diámetro de la cabeza del pistón (1.12, 2.12). Este diseño garantizará que dicho elemento plano (1.4, 2.4) elimine la mayor cantidad posible del volumen del espacio muerto libre cuando la cabeza del pistón alcance el punto muerto superior al final de la carrera de escape, maximizando así la eliminación de los gases de escape y, por lo tanto, maximizar la eficiencia de combustión del motor. The piston head (1.12, 2.12) can also comprise an upper surface (1.1, 2.1, 1.10, 2.10) which is completely flat, whereby the central section (1.10, 2.10) is positioned exactly at the same height as the upper surfaces. sides of the edge (1.1, 2.1), so they are equally tall in relation to each other (1.1, 2.1, 1.10, 2.10). In that case, the diameter of the flat member (1.4, 2.4) is equal to the diameter of the piston head (1.12, 2.12). This design will ensure that the flat element (1.4, 2.4) removes as much of the free dead space volume as possible when the piston crown reaches top dead center at the end of the exhaust stroke, thus maximizing the removal of exhaust gases. and thus maximizing the combustion efficiency of the engine.
En el caso de este diseño, el elemento flexible (1.3, 2.3) se unirá a la superficie del borde superior exterior (1.1, 2.1) de la cabeza del pistón para ocupar la mayor cantidad posible de espacio libre durante la carrera de escape. Por lo tanto, dicho diseño eliminará más del 90% del volumen de espacio libre en el punto muerto superior al final de la carrera de escape. Los miembros flexibles en forma de flecha (1.6, 2.6) y los miembros de retención dentados (1.7, 2.7) permanecerán posicionados en el mismo lugar para el diseño en cuestión, ya que dicho miembro dentado (1.7, 2.7) deberá permanecer unido a la parte superior. (1.10, 2.10) de la sección media de la cabeza del pistón (1.12, 2.12), que estará al mismo nivel de altura (1.10, 2.10) que las superficies superiores del borde exterior (1.1, 2.1) de la cabeza del pistón (1.12, 2.12).In the case of this design, the flexible element (1.3, 2.3) will be attached to the upper outer edge surface (1.1, 2.1) of the piston head to occupy as much free space as possible during the exhaust stroke. Therefore, such a design will eliminate more than 90% of the free space volume at top dead center at the end of the exhaust stroke. The flexible arrow-shaped members (1.6, 2.6) and the toothed retention members (1.7, 2.7) will remain positioned in the same place for the design in question, since said toothed member (1.7, 2.7) must remain attached to the upper part. (1.10, 2.10) of the middle section of the piston head (1.12, 2.12), which will be at the same height level (1.10, 2.10) as the upper surfaces of the outer edge (1.1, 2.1) of the piston head ( 1.12, 2.12).
En el caso de todos los diseños de cabeza de pistón, los miembros en forma de flecha (1.6, 2.6) que están unidos al miembro plano (1.4, 2.4) serán lo suficientemente flexibles para ser empujados dentro de los dientes (1.5, 2.5) de los miembros dentados (1.7, 2.7) durante el proceso de montaje de la cabeza del pistón (1.12, 2.12). Dichos miembros flexibles en forma de flecha (1.6, 2.6) se moverán hacia adentro cuando dicho miembro plano (1.4, 2.4) sea empujado sobre la superficie media de la cabeza del pistón (1.10, 2.10) debido a las geometrías en forma de flecha de dichos miembros (1.6, 2.6).In the case of all piston head designs, the arrow members (1.6, 2.6) that are attached to the flat member (1.4, 2.4) will be flexible enough to be pushed into the teeth (1.5, 2.5). of the toothed members (1.7, 2.7) during the assembly process of the piston head (1.12, 2.12). Said flexible arrow-shaped members (1.6, 2.6) will move inwards when said flat member (1.4, 2.4) is pushed on the middle surface of the piston head (1.10, 2.10) due to the arrow-shaped geometries of said members (1.6, 2.6).
En el caso de todos los diseños de cabeza de pistón, el elemento plano (1.4, 2.4) se colocará exactamente sobre la misma orientación plana que las superficies superiores (1.1, 2.1, 1.10, 2.10) de la geometría de la cabeza de pistón (1.12, 2.12). La longitud de dichos miembros flexibles en forma de flecha (1.6, 2.6) no varía durante las carreras de compresión o de escape y, por lo tanto, no varía si dicho miembro plano (1.4, 2.4) es empujado hacia abajo por la presión de los fluidos colocados en la parte superior de la cabeza del pistón (1.12, 2.12), o dejado empujado hacia arriba por las fuerzas elásticas del miembro flexible (1.3, 2.3) y las fuerzas de inercia de dicho miembro plano (1.4, 2.4).For all piston head designs, the flat element (1.4, 2.4) will sit on exactly the same flat orientation as the top surfaces (1.1, 2.1, 1.10, 2.10) of the piston head geometry ( 1.12, 2.12). The length of said flexible arrow-shaped members (1.6, 2.6) does not vary during the compression or exhaust strokes and therefore does not vary if said flat member (1.4, 2.4) is pushed downwards by the pressure of the fluids placed on top of the piston head (1.12, 2.12), or left pushed upwards by the elastic forces of the flexible member (1.3, 2.3) and the inertial forces of said flat member (1.4, 2.4).
En el caso de los diseños de cabeza de pistón (1.12, 2.12) en los que las superficies superiores del borde exterior (1.1, 2.12) están colocadas más altas que las superficies superiores de la sección central (1.10, 2.10), el miembro plano (1.4, 2.4) está unido a la superficie superior inferior (1.10, 2.10) de la cabeza del pistón (1.12, 2.12). Por lo tanto, el diámetro del miembro plano (1.4, 2.4) siempre debe ser ligeramente inferior al diámetro de la superficie superior inferior (1.10, 2.10) de la cabeza del pistón (1.12, 2.12). Con un diámetro ligeramente inferior al de la superficie intermedia (1.10, 2.10) a la que se conecta (1.4, 2.4), el miembro plano (1.4, 2.4) se moverá libremente hacia arriba y hacia abajo según sea necesario, maximizando así la eficiencia en combustión del motor y, por lo tanto, maximizando la eficiencia general del motor. In the case of piston head designs (1.12, 2.12) in which the top surfaces of the outer edge (1.1, 2.12) are set higher than the top surfaces of the center section (1.10, 2.10), the flat member (1.4, 2.4) is attached to the upper lower surface (1.10, 2.10) of the piston head (1.12, 2.12). Therefore, the diameter of the flat member (1.4, 2.4) should always be slightly less than the diameter of the lower upper surface (1.10, 2.10) of the piston head (1.12, 2.12). With a slightly smaller diameter than the intermediate surface (1.10, 2.10) to which it connects (1.4, 2.4), the flat member (1.4, 2.4) will move freely up and down as needed, thus maximizing efficiency. in engine combustion and therefore maximizing the overall efficiency of the engine.
En todos los diseños de motores de combustión interna, los miembros dentados (1.7, 2.7) impiden que el miembro plano (1.4, 2.4) sea impulsado más alto de lo requerido por medio de sus geometrías internas dentadas (1.5, 2.5), impidiendo así que dicho miembro plano (1.4, 2.4) entre en contacto con las válvulas de admisión o escape colocadas a lo largo de la culata, así como con la propia culata.In all internal combustion engine designs, the toothed members (1.7, 2.7) prevent the flat member (1.4, 2.4) from being driven higher than required by their internal toothed geometries (1.5, 2.5), thus preventing that said flat member (1.4, 2.4) comes into contact with the intake or exhaust valves placed along the cylinder head, as well as with the cylinder head itself.
El miembro plano (1.4, 2.4) siempre se coloca de manera que sus superficies superior e inferior (1.4, 2.4) estén colocadas exactamente paralelas a las superficies superiores (1.1, 2.1, 1.10, 2.10) del diseño de la cabeza del pistón (1.12, 2.12), maximizando así la igualdad geométrica a lo largo de las superficies superiores (1.1, 2.1, 1.4, 2.4) de todo el diseño de la cabeza del pistón (1.12, 2.12).The flat member (1.4, 2.4) is always positioned so that its top and bottom surfaces (1.4, 2.4) are positioned exactly parallel to the top surfaces (1.1, 2.1, 1.10, 2.10) of the piston head design (1.12 , 2.12), thus maximizing geometric equality along the upper surfaces (1.1, 2.1, 1.4, 2.4) of the entire piston head design (1.12, 2.12).
La cabeza de pistón también puede comprender elementos de posicionamiento (3.5) más anchos para el elemento plano (1.4, 2.4) para distribuir la carga de manera más uniforme cuando dicho elemento plano (1.4, 2.4) entra en contacto con dicho elemento de posicionamiento de pistón (3.5). Capas de caucho o espuma se pueden unir con adhesivo a las superficies (3.1, 3.2, 3.3, 3.7) de contacto, de modo que el elemento plano (1.4, 2.4) se desacelere a una tasa de desaceleración mucho más lenta, maximizando así la vida útil de dicho miembro plano (1.4, 2.4). Esta operación debe realizarse antes de efectuar la unión adhesiva de dicho miembro plano (1.4, 2.4) sobre la superficie superior de la cabeza del pistón (1.12, 2.12). Este diseño también minimizará la fatiga del material de dicho miembro plano (1.4, 2.4). Dicho miembro de sustentación (3.5) también maximiza la vida útil de dicho miembro plano (1.4, 2.4) al distribuir la carga de contacto entre dicho miembro plano (1.4, 2.4) y dichos miembros de posicionamiento (3.5) de la manera más uniforme posible a lo largo de la cabeza del pistón.The piston head can also comprise wider positioning elements (3.5) for the flat element (1.4, 2.4) to distribute the load more evenly when said flat element (1.4, 2.4) comes into contact with said piston positioning element (3.5). Layers of rubber or foam can be adhesively bonded to the contact surfaces (3.1, 3.2, 3.3, 3.7), so that the flat element (1.4, 2.4) decelerates at a much slower rate of deceleration, thus maximizing the service life of said flat member (1.4, 2.4). This operation must be carried out before carrying out the adhesive bonding of said flat member (1.4, 2.4) on the upper surface of the piston head (1.12, 2.12). This design will also minimize the material fatigue of said flat member (1.4, 2.4). Said supporting member (3.5) also maximizes the useful life of said flat member (1.4, 2.4) by distributing the contact load between said flat member (1.4, 2.4) and said positioning members (3.5) as evenly as possible across the piston head.
Los conductos de evacuación de aire (3.8) proporcionan un camino de transferencia de aire desde la cámara central hasta el área inferior de la cabeza del pistón en caso de que dicha cámara esté compuesta por dichos elementos de posicionamiento (3.5) geometrizados en un perfil de circunferencia de 360 grados completamente redondo. Así, dicho aire encontrará una vía de escape y se minimizará la fuerza requerida para empujar hacia abajo dicho elemento plano (1.4, 2.4), minimizando así la energía requerida y maximizando la eficiencia del sistema. The air evacuation ducts (3.8) provide an air transfer path from the central chamber to the lower area of the piston head in the event that said chamber is composed of said positioning elements (3.5) geometrized in a profile of 360 degree completely round circumference. Thus, said air will find an escape route and the force required to push down said flat element (1.4, 2.4) will be minimized, thus minimizing the energy required and maximizing the efficiency of the system.
También se pueden incluir más miembros de contacto (3.6) a lo largo de los bordes de dicho sistema. Esto distribuye la carga de manera más uniforme. Por lo tanto, este diseño minimizará los esfuerzos ejercidos sobre dichos elementos de contacto (3.4, 3.6).More contact members (3.6) can also be included along the edges of said system. This distributes the load more evenly. Therefore, this design will minimize the stresses exerted on said contact elements (3.4, 3.6).
Los miembros planos inferiores (1.9, 2.9) de los miembros flexibles pueden presionarse en posición sobre la cabeza del pistón mediante una prensa, para que tenga lugar la unión adhesiva. Simultáneamente, se puede conducir un proceso de soldadura láser alrededor de la cabeza del pistón para asegurarse de que dicho miembro plano (1.4, 2.4) se inserte en su posición exacta requerida. Alternativamente, dicho proceso de soldadura por láser se puede realizar en un paso de fabricación posterior.The lower flat members (1.9, 2.9) of the flexible members can be pressed into position on the piston head by means of a press, for adhesive bonding to take place. Simultaneously, a laser welding process can be conducted around the piston head to ensure that said flat member (1.4, 2.4) is inserted in its exact required position. Alternatively, said laser welding process can be performed in a later manufacturing step.
Dicho miembro plano (1.4, 2.4) también se puede remachar a dicha cabeza de pistón (4.1), de manera que no se requeriría ningún proceso de soldadura por láser. Así, dicha cabeza de pistón (4.1) puede comprender una pluralidad de elementos de fijación (4.2), preferentemente remaches (4.2), pernos (4.2) o tuercas (4.2), situados perpendicularmente a la dirección de movimiento de dicha cabeza de pistón (4.1) y lateralmente a dicha superficie superior de la cabeza del pistón (4.1). Simultáneamente, dichos elementos de fijación (4.2) atraviesan los lados del elemento de unión (4.3) de dicho elemento móvil plano (1.4, 2.4), hacia el lado interior de dicho elemento de unión (4.3). De tal forma que dicho miembro de unión (4.3) permanece posicionado sobre la superficie plana interna (4.4) de dicho miembro de cabeza de pistón (4.1), minimizando así las dificultades de diseño. De esta forma, dicho miembro de unión (4.3) siempre está situado sobre dicho miembro de superficie plana (4.4) y por lo tanto debajo de dicho miembro móvil plano (1.4, 2.4).Said flat member (1.4, 2.4) can also be riveted to said piston head (4.1), so that no laser welding process would be required. Thus, said piston head (4.1) may comprise a plurality of fixing elements (4.2), preferably rivets (4.2), bolts (4.2) or nuts (4.2), located perpendicular to the direction of movement of said piston head ( 4.1) and laterally to said upper surface of the piston head (4.1). Simultaneously, said fixing elements (4.2) pass through the sides of the connecting element (4.3) of said flat mobile element (1.4, 2.4), towards the inner side of said connecting element (4.3). In such a way that said union member (4.3) remains positioned on the internal flat surface (4.4) of said piston head member (4.1), thus minimizing design difficulties. In this way, said connecting member (4.3) is always located above said flat surface member (4.4) and therefore below said flat mobile member (1.4, 2.4).
Los elementos de unión planos inferiores (4.3) de dicho elemento móvil plano (1.4, 2.4), se unen al cuerpo principal de la cabeza del pistón (4.1) mediante una pluralidad de remaches (4.2), tuercas (4.2) o tornillos (4.2), de manera que dichas fijaciones (4.2) se sitúan perpendicularmente a la dirección de las fuerzas de las presiones del motor de inyección, posicionándose perpendicularmente a la dirección de movimiento de dicha cabeza de pistón (4.1). Dichos elementos de fijación (4.2) deberían ponerse preferiblemente horizontalmente lateralmente desde el lado exterior de dicha cabeza de pistón (4.1) hacia el lado interior de dichos elementos de unión planos (4.3). Siempre se deben utilizar varios elementos de fijación, ya que dichos elementos de fijación (4.2) deben mantener el elemento móvil (1.4, 2.4) en la posición requerida constantemente y, por lo tanto, se requieren varios elementos de fijación (4.2) para mantener la estabilidad estructural del sistema. Dichos elementos de fijación pueden ser de acero, titanio o aluminio, o cualquiera aleación metálica.The lower flat joining elements (4.3) of said flat mobile element (1.4, 2.4), are joined to the main body of the piston head (4.1) by means of a plurality of rivets (4.2), nuts (4.2) or screws (4.2). ), so that said fixings (4.2) are located perpendicular to the direction of the pressure forces of the injection engine, being positioned perpendicular to the direction of movement of said piston head (4.1). Said fixing elements (4.2) should preferably be placed horizontally laterally from the outer side of said piston head (4.1) towards the inner side of said flat connecting elements (4.3). Several fixing elements must always be used, since said fixing elements (4.2) must keep the mobile element (1.4, 2.4) in the position constantly required and therefore several fixing elements (4.2) are required to maintain the structural stability of the system. Said fixing elements can be made of steel, titanium or aluminum, or any metallic alloy.
Los elementos de fijación (4.2) deben estar compuestos por conjuntos de al menos dos o cuatro y preferiblemente en conjuntos de al menos seis u ocho, estando dichos elementos de fijación (4.2) situados uno frente al otro (4.2). De esta forma cada elemento de fijación (4.2) se situará frente a otro elemento de fijación (4.2) posicionado al otro lado del área lateral del material de la cabeza del pistón (4.1). Este diseño minimizaría esfuerzos y maximizaría la estabilidad de dicho miembro móvil (1.4, 2.4), no solo al distribuir los esfuerzos de manera uniforme, sino también al garantizar la estabilidad de dicho miembro móvil (1.4, 2.4) al garantizar simultáneamente una posición de soporte rígida en cada elemento de fijación. Dichos elementos de fijación (4.2) deben ser presionados a través de los lados de dicha superficie lateral de dicha cabeza de pistón (4.1), siendo así empujados perpendicularmente a dicha superficie lateral (4.1), garantizando así la estabilidad funcional y la unión simultánea al elemento de sustentación (4.3) del miembro plano móvil (1.4, 2.4).The fixing elements (4.2) must be made up of sets of at least two or four and preferably in sets of at least six or eight, said fixing elements (4.2) being located opposite each other (4.2). In this way, each fixing element (4.2) will be located opposite another fixing element (4.2) positioned on the other side of the lateral area of the material of the piston head (4.1). This design would minimize efforts and maximize the stability of said mobile member (1.4, 2.4), not only by distributing the efforts evenly, but also by guaranteeing the stability of said mobile member (1.4, 2.4) by simultaneously guaranteeing a support position rigid in each fixing element. Said fixing elements (4.2) must be pressed through the sides of said lateral surface of said piston head (4.1), thus being pushed perpendicularly to said lateral surface (4.1), thus guaranteeing functional stability and simultaneous attachment to the support element (4.3) of the mobile flat member (1.4, 2.4).
Cada uno de dichos elementos de fijación se posicionará simultáneamente a través de dicha área lateral de dicha cabeza de pistón (4.1) y dicho elemento de sustentación (4.3) de dicho elemento plano móvil (1.4, 2.4), maximizando así la estabilidad y maximizando un modelo de distribución de esfuerzo uniforme. Dichos elementos de fijación (4.2) estarían posicionados a través de cavidades comprendidas dentro de dichas áreas laterales (4.1) de dicha cabeza de pistón (4.1) y simultáneamente a través de cavidades comprendidas a través de dicho miembro sustentador (4.3). Cada elemento de fijación (4.2) sería empujado a su posición desde la superficie lateral exterior de la cabeza del pistón (4.1). Para realizar dicha operación se podrían utilizar prensas martilladoras o martillos eléctricos, ya que dichas cavidades presentarían un cierto grado de fricción, para mantener dichos elementos de fijación (4.2) apretados y rígidos después de ser empujados a su posición.Each of said fixing elements will be positioned simultaneously through said lateral area of said piston head (4.1) and said support element (4.3) of said mobile flat element (1.4, 2.4), thus maximizing stability and maximizing a uniform stress distribution model. Said fixing elements (4.2) would be positioned through cavities included within said lateral areas (4.1) of said piston head (4.1) and simultaneously through cavities included through said supporting member (4.3). Each fixing element (4.2) would be pushed into position from the outer lateral surface of the piston head (4.1). To carry out said operation, hammering presses or electric hammers could be used, since said cavities would present a certain degree of friction, to keep said fixing elements (4.2) tight and rigid after being pushed into position.
Dichas cavidades deben estar situadas una frente a la otra, simultáneamente a través del área lateral de la cabeza del pistón (4.1) y el miembro de sustentación (4.3) de dicho miembro plano móvil (1.4, 2.4). Dichas cavidades pueden ser de sección transversal rectangular o circular, pero preferentemente deben ser de sección circular, ya que este diseño distribuiría los esfuerzos de la manera más uniforme posible con la máxima estabilidad estructural.Said cavities must be located opposite each other, simultaneously through the lateral area of the piston head (4.1) and the support member (4.3) of said mobile flat member (1.4, 2.4). Said cavities can be of rectangular or circular cross section, but preferably they should be of circular section, since this design would distribute the stresses in the most uniform way possible with the maximum structural stability.
El material de la pieza plana debe ser un material resistente que ofrezca muy altas resistencias y aguante altas temperaturas, preferentemente acero, titanio o aluminio, y preferentemente aceros inoxidables o aleaciones de titanio. El miembro flexible debe estar hecho de un material fuerte y altamente resistente que debe soportar altas temperaturas, pero también debe ser muy flexible. Los materiales del miembro flexible serían aleaciones de aluminio o aleaciones de titanio, preferiblemente aleaciones de aluminio o titanio.The material of the flat piece must be a resistant material that offers very high resistance and withstands high temperatures, preferably steel, titanium or aluminum, and preferably stainless steel or titanium alloys. The flexible member must be made of a strong and highly resistant material that must withstand high temperatures, but must also be very flexible. The flexible member materials would be aluminum alloys or titanium alloys, preferably aluminum or titanium alloys.
El miembro plano (1.4, 2.4) se puede forjar por compresión, moldear o cortar con láser a partir de una hoja de material y luego tratarlo para las operaciones de acabado. El elemento flexible (1.3, 2.3) puede formarse en frío y soldarse de manera que quede totalmente sellado por los lados. Alternativamente, dicho miembro flexible (1.3, 2.3) se puede producir con el proceso de moldeo por inyección o colada. El forjado a alta presión también es una opción para la producción de dicho miembro flexible (1.3, 2.3).The flat member (1.4, 2.4) can be compression forged, molded or laser cut from a sheet of material and then treated for finishing operations. The flexible element (1.3, 2.3) can be cold formed and welded in such a way that it is totally sealed on the sides. Alternatively, said flexible member (1.3, 2.3) can be produced with the injection molding or casting process. High pressure forging is also an option for the production of said flexible member (1.3, 2.3).
Las aplicaciones de este sistema comprenden todo tipo de motores de combustión interna de cuatro y dos tiempos. Sin embargo, los motores de cuatro tiempos serían una aplicación más simple y esencial para este sistema. The applications of this system include all types of four and two-stroke internal combustion engines. However, four-stroke engines would be a simpler and more essential application for this system.
Las aplicaciones de este sistema incluyen vehículos de carretera, motocicletas, scooters, vehículos de carreras, coches de carreras, automóviles, camiones, autobuses, tractores, excavadoras, vehículos marinos, embarcaciones, barcos, submarinos, yates, sistemas industriales, sistemas de energía, sistemas de generación de energía, aviones, aviones ligeros, helicópteros, helicópteros ligeros, maquetas de aviones, maquetas de helicópteros, compresores de gas, compresores de aire, compresores, vehículos ferroviarios, locomotoras, vehículos ferroviarios de mantenimiento, unidades múltiples diésel, maquinaria agrícola, maquinaria de construcción, equipos de jardinería, máquinas de jardinería, motosierras, motores de dos tiempos, motores de cuatro tiempos, motores de motocicletas, motores de automóviles, motores de autobuses, motores de camiones, motores submarinos, motores marinos, motores de generadores, compresores de motores de combustión interna, motores de pistones para aviones, motores de pistones para helicópteros, máquinas alternativas y motores de combustión alternativos.Applications for this system include road vehicles, motorcycles, scooters, racing vehicles, racing cars, automobiles, trucks, buses, tractors, excavators, marine vehicles, boats, ships, submarines, yachts, industrial systems, power systems, power generation systems, aircraft, light aircraft, helicopters, light helicopters, model aircraft, model helicopters, gas compressors, air compressors, compressors, railway vehicles, locomotives, railway maintenance vehicles, diesel multiple units, agricultural machinery , construction machinery, garden equipment, garden machines, chainsaws, two-stroke engines, four-stroke engines, motorcycle engines, automobile engines, bus engines, truck engines, underwater engines, marine engines, generator engines , internal combustion engine compressors, aircraft piston engines, engines of pistons for helicopters, alternative machines and alternative combustion engines.
La invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjunto. The invention is set forth in the attached set of claims.
Claims (15)
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