ES2961837T3 - Sistema de cilindro con estructura de ocupación de movimiento relativo - Google Patents

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Abstract

En el presente documento se divulgan implementaciones que se relacionan con una estructura que ocupa un cilindro. Un ejemplo proporciona un sistema de cilindro que comprende un cilindro mecánico que incluye un espacio interno en el que se introduce un fluido, y un pistón configurado para movimiento alternativo en el espacio interno, y una estructura que ocupa el cilindro que incluye una varilla de inserción que actúa como un segundo pistón, en el que el la varilla de inserción se inserta y se retrae de forma variable dentro del espacio interno del cilindro en correspondencia con el movimiento alternativo del pistón y donde partes de la varilla de inserción y el pistón pueden rodear el espacio de combustión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de cilindro con estructura de ocupación de movimiento relativo
Campo técnico
La presente invención se refiere generalmente a dispositivos mecánicos usados para realizar un trabajo, y más particularmente a cilindros de combustión.
Antecedentes de la técnica
Una amplia variedad de dispositivos utilizan cilindros para realizar funciones mecánicas y producir trabajo útil. Un motor de combustión interna (ICE) típico, por ejemplo, emplea un número de cilindros en los que se comprime y quema una mezcla de aire y combustible para producir trabajo que se imparte a un pistón alternativo respectivo. Cada pistón puede acoplarse a un cigüeñal, con el cual las fuerzas impartidas a los pistones pueden transmitirse, a través de varios dispositivos intermedios, a las ruedas de un vehículo para de esta manera propulsar el vehículo. Los motores que no son ICE y otros dispositivos pueden utilizar cilindros para producir trabajo.
Cuando se configura para su uso en un ICE, o en otros contextos, un cilindro típico produce un rendimiento (por ejemplo, potencia, fuerza) que es proporcional a su volumen de carrera (por ejemplo, el volumen a través del cual se desplaza la superficie del pistón), que es el producto de una superficie del pistón y distancia de carrera (por ejemplo, la distancia axial a través de la cual se desplaza la superficie del pistón). En consecuencia, los sistemas anteriores (por ejemplo, ICE de gasolina y diésel) han recurrido a aumentados volúmenes de carrera y/o distancias para aumentar el rendimiento del cilindro. El aumento del volumen de carrera y/o la distancia puede estipular un aumento en las dimensiones del cilindro y, por lo tanto, en la masa del cilindro, realizando la reducción sin embargo de la economía total de un motor y vehículo en el que se usan tales cilindros agrandados.
Otros enfoques para aumentar la economía del motor/vehículo pueden incluir el uso de un sistema de recuperación. Se han implementado métodos de motores de inyección directa con el fin de satisfacer los requisitos de un entorno limpio, pero se ha vuelto más desafiante satisfacer dichos requisitos. Los motores de dos carreras, por ejemplo, que son deseables por tener menos partes móviles, están completamente prohibidos en determinadas áreas debido a su tendencia a liberar cantidades excesivas de gases de escape no completamente quemados y tampoco son efectivos energéticamente debido a la pérdida de fluidos comprimidos antes de que entren en una siguiente fase de combustión. Los motores rotativos Wankel son favorables debido a que tienen menos partes, pero su rendimiento de energía es limitado.
El método de aceleración existente para reducir la velocidad de un vehículo generalmente se realiza liberando un fluido no completamente quemado durante la carrera del cilindro de expansión para liberar la presión que actúa sobre su pistón. Las trayectorias de admisión de fluidos en los motores de inyección directa sufren de acumulación de gases de escape no quemados que pueden filtrarse hacia atrás dentro del motor. Además, la liberación de fluido no quemado provoca contaminación y es un desecho de combustible. Además, se conoce que presiones iniciales mayores en motores sobrealimentados provocan altas temperaturas y daños subsecuentes debido a las altas temperaturas.
En vista de lo anterior, existe la necesidad de un mecanismo que cumpla con los requisitos ambientales de un motor de combustión al optimizar la presión del cilindro mientras se minimiza la liberación de fluidos no quemados o la pérdida de fluidos comprimidos, al mismo tiempo que se logra una excelente potencia de salida.
El documento US2017/107894 describe la técnica relacionada.
Breve Descripción de la Invención
Este resumen se proporciona para introducir, en una forma simplificada, una selección de conceptos que se describen en más detalle más abajo en la descripción detallada. Este resumen no pretende identificar características claves o características esenciales de la materia reivindicada, ni pretende ser usado para limitar el alcance de la materia reivindicada. Además, la materia reivindicada no se limita a implementaciones que resuelven alguna o todas las desventajas señaladas en cualquier parte de esta descripción.
De acuerdo con las modalidades de la presente descripción, se describe un sistema de cilindro, comprendiendo el sistema de cilindro un cilindro mecánico que incluye un espacio interno en el que se introduce un fluido, y un pistón de cigüeñal configurado para el movimiento alternativo en el espacio interno; y una estructura de ocupación del cilindro que incluye una varilla de inserción, en donde la varilla de inserción avanza y se retrae de forma variable desde el espacio interno del cilindro en correspondencia con el movimiento alternativo del pistón del cigüeñal y en donde la varilla de inserción contiene o rodea parcialmente o completamente un espacio de combustión.
En otro aspecto, la varilla de inserción desplaza una porción del espacio interno, de manera que un volumen del espacio interno ocupado por el fluido es menor que un volumen intrínseco del espacio interno.
En otro aspecto, la varilla de inserción reduce la admisión de fluido correspondiente a una carrera determinada del pistón del cigüeñal.
En otro aspecto, la varilla de inserción puede ser una estructura fija, o puede funcionar como un segundo pistón que puede, a través de un enlace mecánico, control magnético o comunicación hidráulica, agregar una fuerza secundaria para aumentar y/o disminuir selectivamente, dinámicamente y controlablemente la presión interna del cilindro durante las carreras de expansión o compresión, respectivamente, según lo requiera la aplicación particular del sistema.
En otro aspecto, el disparo del actuador electromagnético en cada ciclo mecánico se inicia sustancialmente mediante sensores mecánicos o magnéticos que monitorean y responden a la posición del pedal del acelerador. En otro aspecto, el sistema de cilindro comprende además un mecanismo controlador configurado para el control de la estructura de ocupación del cilindro a través de un actuador electromagnético.
En otro aspecto, el actuador electromagnético incluye, en una modalidad, un sistema eléctrico configurado para suministrar una corriente DC a una bobina y generar de esta manera un campo magnético, y que comprende una orientación de polos no alternos configurada para aplicar sus fuerzas como repulsión o acción de atracción para cambiar o forzar el movimiento de la varilla de inserción durante una carrera de expansión.
En otro aspecto, el campo magnético interactúa con un imán permanente en la varilla de inserción para retirar de forma variable la varilla de inserción del espacio interno del cilindro durante la carrera de expansión.
En otro aspecto, la varilla de inserción avanza de forma variable hacia el espacio interno del cilindro a través de un actuador mecánico o a través de un cargador hidráulico.
En otro aspecto, la varilla de inserción avanza hacia el espacio interno del cilindro durante una carrera de expansión del cilindro, iniciando la carrera de expansión principalmente por las fuerzas de combustión, y la varilla de inserción se retrae del espacio interno del cilindro durante una carrera de compresión del cilindro, junto con la retracción del pistón del cigüeñal.
Omitido
En otro aspecto, el cilindro es un cilindro de combustión y el fluido es un fluido combustible.
En otro aspecto, la varilla de inserción experimenta un movimiento sustancialmente a la misma velocidad que el pistón del cigüeñal y en la misma dirección o dirección opuesta de la ubicación del pistón del cigüeñal durante una carrera de expansión y en la misma dirección que la ubicación del pistón del cigüeñal durante la carrera de compresión.
En otro ejemplo, se describe un sistema de cilindro, que comprende: un cilindro de motor mecánico que incluye un espacio interno en el que se introduce un fluido, y un pistón del cigüeñal configurado para el movimiento alternativo en el espacio interno, y una estructura de ocupación del cilindro que incluye una varilla de inserción que es un segundo pistón, en donde la varilla de inserción avanza y se retrae de forma variable dentro del espacio interno del cilindro en correspondencia con el movimiento alternativo del pistón del cigüeñal.
En otro aspecto, la varilla de inserción desplaza una porción del espacio interno, de manera que un volumen del espacio interno ocupado por el fluido es menor que un volumen intrínseco del espacio interno.
En otro aspecto, la varilla de inserción reduce la admisión de fluido correspondiente a una carrera determinada del pistón del cigüeñal.
En otro aspecto, el sistema comprende además un controlador configurado para el control de la estructura de ocupación del cilindro a través de un actuador electromagnético o a través de un cargador hidráulico o turbo.
En otro aspecto, el actuador electromagnético incluye un sistema eléctrico configurado para suministrar una corriente DC a una bobina y generar de esta manera un campo magnético dedicado a proporcionar fuerzas de atracción o repulsión dedicadas.
En otro aspecto, el campo magnético interactúa con un imán permanente en la varilla de inserción para hacer avanzar o retraer de forma variable la inserción dentro del espacio interno del cilindro durante una carrera de expansión.
En otro aspecto, la varilla de inserción se inserta de forma variable en, y se retrae, del espacio interno del cilindro a través de un actuador mecánico.
En otro aspecto, el actuador mecánico hidráulico o turbo incluye un resorte que convierte la energía cinética de la varilla de inserción en energía potencial del resorte.
En otro aspecto, la varilla de inserción avanza hacia el espacio interno del cilindro durante una carrera de expansión del cilindro, y en donde la varilla de inserción se retrae completamente del espacio interno del cilindro durante una carrera de compresión del cilindro; y en donde la varilla de inserción avanza o se retrae aún más desde una determinada posición durante una carrera de expansión.
Como otro ejemplo más se describe: en un sistema de cilindro mecánico que incluye un cilindro, un método que comprende: el accionamiento de un pistón del cigüeñal del cilindro durante una carrera de expansión en una primera dirección, durante la carrera de expansión, hacer avanzar una estructura de ocupación del cilindro hacia un espacio interno del cilindro en correspondencia con el movimiento del pistón del cigüeñal, el accionamiento del pistón del cigüeñal del cilindro durante una carrera de compresión en una segunda dirección sustancialmente opuesta a la primera dirección, y durante la carrera de compresión, realizar la retracción de la estructura de ocupación del cilindro desde el espacio interno del cilindro en correspondencia con el movimiento del pistón del cigüeñal.
En otro aspecto, el espacio de combustión se contiene parcialmente o rodea por el cuerpo de la varilla de inserción. En otro aspecto, la superficie interna del pistón del cigüeñal de accionamiento tiene parcialmente o completamente forma de cono.
En otro aspecto, la varilla de inserción es un segundo cilindro que puede cambiar la dirección de su aceleración durante una carrera de expansión.
Como otro ejemplo se describe un método para realizar 2 carreras de motor por cilindro de combustión, mediante el uso de 2 pistones internos donde tales dos pistones proporcionan cuatro funciones de carrera de un motor de cuatro carreras que incluyen admisión de aire, compresión de aire, carrera de potencia y carreras de escape.
Como otro ejemplo se describe un método para aumentar la aceleración del motor al aumentar la presión interna del cilindro mediante el suministro de fluido comprimido en el espacio detrás de una varilla de inserción.
Como otro ejemplo, se describe un método de desaceleración de un motor moviendo un pistón de la varilla de inserción en una dirección opuesta al cigüeñal, provocando una disminución en la presión interna del cilindro y una disminución en la potencia del cigüeñal sin la necesidad de una liberación inicial del escape no quemado.
En otro aspecto, la estructura de ocupación del cilindro avanza y se retrae adicionalmente a través de un actuador electromagnético, un sobrealimentador de prensa hidráulica o un turbocompresor.
En otro ejemplo, se describe un método para el accionamiento híbrido del electroimán-cilindro de gasolina, donde un segundo pistón comunica fuerzas de presión secundarias a un pistón unido al cigüeñal.
En otro aspecto, el actuador electromagnético incluye un sistema eléctrico configurado para suministrar corriente a una o más bobinas y generar de esta manera uno o más campos magnéticos.
En otro ejemplo se describe un método para mejorar el retorno de energía de un segundo electroimán unido al pistón al asignar tal electroimán a una tarea de repulsión o atracción.
En otro aspecto, la estructura de ocupación del cilindro avanza y se retrae a través de un actuador mecánico.
En otro aspecto, el actuador mecánico incluye un resorte que convierte la energía cinética de la varilla de inserción en energía potencial del resorte.
En otro aspecto, el cilindro es un cilindro de combustión, el método que comprende además inyectar un combustible en el cilindro antes de la carrera de compresión.
Omitido
En otro ejemplo se describe un sistema de cilindro que comprende: un cilindro de motor mecánico que incluye un espacio interno en el que se instala una estructura de ocupación fija y no móvil que rodea un espacio de combustión, acoplado con parte del pistón del cigüeñal alternativo de una manera en la que se aplica presión de combustión a un área superficial más pequeña del pistón del cigüeñal durante una parte inicial de la carrera de expansión y a un área superficial más grande del pistón del cigüeñal durante una parte final de la carrera de expansión.
En otro ejemplo más se describe un sistema de cilindro, que comprende: un cilindro de motor mecánico que incluye un espacio interno en el que se introduce un fluido, y un pistón del cigüeñal configurado para el movimiento alternativo en el espacio interno, una estructura de ocupación del cilindro que incluye una varilla de inserción como segundo pistón, en donde la varilla de inserción avanza de forma variable como un segundo pistón en una primera dirección durante una carrera de expansión del cilindro, y se retrae en una segunda dirección sustancialmente opuesta a la primera dirección durante una carrera de compresión en donde la varilla de inserción rodea parcialmente el espacio de combustión, en donde la estructura de ocupación del cilindro se mueve inicialmente por las fuerzas de combustión a una determinada distancia después de lo cual avanza o se retrae adicionalmente mediante un actuador electromagnético o hidráulico.
Como otro ejemplo más, se describe un sistema de cilindro de motor mecánico, que comprende: un cilindro que incluye un espacio interno, una estructura de ocupación y un pistón del cigüeñal, en donde el espacio interno del cilindro se modifica por la estructura de ocupación de manera que la presión de combustión aplicada al pistón del cigüeñal se aplica a un área superficial más pequeña del pistón del cigüeñal durante una parte inicial de una carrera de expansión y a un área superficial más grande del pistón del cigüeñal durante una parte final de la carrera de expansión.
En otro aspecto, el sistema se configura de manera que la combustión se produce dentro de una cavidad de la estructura de ocupación para aplicar la presión de combustión tanto a la estructura de ocupación como al pistón del cigüeñal.
En otro aspecto, la estructura de ocupación es una estructura móvil con relación al cilindro, y en donde el movimiento de la estructura de ocupación se controla por una o más fuerzas aplicadas mediante un mecanismo de aplicación de fuerza.
En otro aspecto, el mecanismo de aplicación de fuerza responde a la posición del acelerador por medio de sensores de posición del acelerador de manera que una o más fuerzas aplicadas a la estructura de ocupación dependen de la posición del acelerador.
En otro aspecto, el mecanismo de aplicación de fuerza se configura para aplicar una fuerza de retracción a la estructura de ocupación durante la carrera de expansión.
En otro aspecto, el mecanismo de aplicación de fuerza se configura para aplicar una fuerza de avance a la estructura de ocupación durante la carrera de expansión.
En otro aspecto, el sistema se configura para ejecutar parcialmente una función de carrera de compresión durante la carrera de expansión al bombear aire fresco detrás de la estructura de ocupación a través del mecanismo de aplicación de fuerza.
En otro aspecto, el sistema se configura para realizar funciones de admisión, compresión, expansión y escape dentro de dos carreras por combustión.
En otro aspecto, el mecanismo de aplicación e fuerza incluye un actuador electromagnético.
En otro aspecto, el mecanismo de aplicación e fuerza incluye un sistema hidráulico.
En otro aspecto, el mecanismo de aplicación e fuerza incluye un sistema de inducción forzada.
En otro aspecto, el sistema se configura para suministrar fluido a un lado de admisión de la estructura de ocupación para aumentar la presión del cilindro y la aceleración del motor.
En otro aspecto, el sistema se configura para provocar la desaceleración del motor al aplicar una fuerza de retracción a la estructura de ocupación.
En otro aspecto, el sistema se configura para provocar la aceleración del motor al aplicar una fuerza de avance a la estructura de ocupación.
En otro aspecto, el sistema se configura para que el movimiento inicial de la estructura de ocupación arrastre los fluidos de combustión y las fuerzas en la dirección del pistón del cigüeñal para absorber parte de las fuerzas de vibración del motor.
En otro aspecto, la estructura de ocupación cambia de dirección durante la carrera de expansión.
En otro aspecto, el sistema se configura para realizar funciones de admisión, compresión, expansión y escape dentro de dos carreras por combustión.
Estos y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de las figuras adjuntas y la descripción detallada de las modalidades preferidas que sigue.
Breve Descripción de las Figuras
Las modalidades preferidas de la materia reivindicada se describirán a continuación junto con las figuras adjuntas proporcionadas para ilustrar y no limitar el alcance de la materia reivindicada, donde las designaciones similares denotan elementos similares, y en los cuales:
La Figura 1 muestra esquemáticamente un ejemplo de un sistema de motor que incluye un sistema de cilindro mejorado, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 2 muestra una primera estructura de ocupación del cilindro ilustrativa, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 3 muestra una vista en sección transversal tomada a lo largo del plano 1A-1A en la Figura 2, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 4 muestra un segundo sistema de ocupación del cilindro ilustrativo, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 5 muestra una vista en sección transversal tomada a lo largo del plano 2A-2A en la Figura 4, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 6 muestra una vista detallada del detalle 2B del segundo sistema de ocupación del cilindro ilustrativo de la Figura 5, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 7 muestra esquemáticamente varios componentes de un sistema de ocupación del cilindro ilustrativo, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 8 muestra esquemáticamente cómo se mueve un pistón del cigüeñal durante una carrera de expansión, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 9 muestra un tercer ejemplo de un sistema de ocupación del cilindro, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 10 muestra una vista en sección transversal de la sección transversal 5A-5A de la Figura 9, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 11 muestra un cuarto ejemplo de un sistema de ocupación del cilindro, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 12 muestra una vista en sección transversal de la sección transversal 6A-6A de la Figura 11, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 13 muestra un quinto ejemplo de un sistema de ocupación del cilindro, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
la Figura 14 muestra una vista en sección transversal de la sección transversal 7A-7A de la Figura 13, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
La Figura 15 muestra una indicación de un diámetro de rotación del árbol de levas, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
La Figura 16 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de un sexto ejemplo de un sistema de ocupación del cilindro, donde la sección transversal se toma longitudinalmente a lo largo de un cilindro, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
Las Figuras 17 y 18 muestran esquemáticamente una disposición magnética para la atracción o repulsión de una estructura de ocupación del cilindro, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
La Figura 19 muestra esquemáticamente un método de ocupación de cilindros mediante el uso de cualquiera de las estructuras de ocupación de cilindros descritas, de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
Las Figuras 20-32 muestran varios gráficos y una tabla que muestra los beneficios de los sistemas de ocupación de cilindros (D2, D3, D4) descritos sobre los sistemas convencionales (D1); y
La Figura 33 muestra una transformación de Galileo y Lorentz, de acuerdo con aspectos de la presente descripción.
Debe entenderse que los números de referencia similares se refieren a partes similares a lo largo de las diversas vistas de las figuras.
Descripción de las Modalidades
La siguiente descripción detallada es simplemente de naturaleza ilustrativa y no pretende limitar las modalidades descritas o la aplicación y usos de las modalidades descritas. Como se usa en la presente descripción, la palabra "ilustrativo" o "representativo" se usa en la presente para expresar "que sirve como ejemplo, caso o ilustración". Cualquier implementación descrita en la presente descripción como "ilustrativa" o "representativa" no debe interpretarse necesariamente como preferida o ventajosa sobre otras implementaciones. Todas las implementaciones descritas más abajo son implementaciones ilustrativas proporcionadas para permitir a las personas expertas en la técnica hacer o usar las modalidades de la descripción y no pretenden limitar el alcance de la descripción, la cual se define mediante las reivindicaciones. Además, no hay intención de estar obligado por ninguna teoría expresa o implícita presentada en el campo técnico anterior, antecedentes, breve resumen o la siguiente descripción detallada. Debe entenderse además que los dispositivos y procesos específicos ilustrados en las figuras adjuntas, y descritos en la siguiente descripción, son simplemente modalidades ilustrativas de los conceptos de la invención definidos en las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, las dimensiones específicas y otras características físicas relacionadas con las modalidades descritas en la presente descripción, no deben considerarse como limitantes, a menos que las reivindicaciones lo establezcan expresamente de cualquier otra manera.
Debe entenderse que "hacia abajo" con respecto a la Figura 7 corresponde a "hacia la derecha" o "derecha" con respecto a las Figuras 2-6 y 8-18, y viceversa.
Se describe una estructura de ocupación del cilindro. Un ejemplo proporciona un sistema de cilindro que comprende un cilindro mecánico que incluye un espacio interno en el que se introduce un fluido, y un pistón del cigüeñal configurado para el movimiento alternativo en el espacio interno, y una estructura de ocupación del cilindro que incluye una varilla de inserción, en donde la varilla de inserción se inserta de forma variable y retrae del espacio interno del cilindro en correspondencia con el movimiento alternativo del pistón del cigüeñal. Como se muestra en las figuras, un espacio de combustión se ubica dentro de las paredes de una estructura de ocupación.
La ilustración de la Figura 1 presenta un sistema ilustrativo que emplea un motor 102 basado en cilindros para producir trabajo útil. La ilustración de la Figura 1 muestra esquemáticamente la inclusión en el motor 102 de uno o más cilindros 104, con los cuales puede derivarse el trabajo útil para realizar tales funciones.
En algunos ejemplos, el motor 102 puede ser un motor de combustión interna (ICE) configurado para producir trabajo útil al quemar combustible en el(los) cilindro(s) 104. El(Los) cilindro(s) 104 puede(n) disponerse en cualquier configuración adecuada (por ejemplo, 1-4, V6, V8, V12), en una disposición lineal o circular. Aunque no se muestra en la ilustración de la Figura 1, en algunos ejemplos el motor 102 puede asistirse por un sistema eléctrico que comprende una fuente de energía (por ejemplo, batería) y un motor acoplado operativamente a una o más ruedas de un vehículo en el que el motor puede implementarse. Tal configuración puede denominarse como configuración "híbrida" y puede emplear técnicas tales como frenado regenerativo para cargar la fuente de energía.
Los cilindros 104 pueden incluir pistones (por ejemplo, primer y segundo pistones en un cilindro) que experimentan un movimiento alternativo provocado por la combustión del combustible en el mismo. En algunos ejemplos, el movimiento alternativo del pistón del cigüeñal puede convertirse en un movimiento rotacional de un cigüeñal, que puede acoplarse a una o más ruedas del vehículo a través de una transmisión para proporcionar de esta manera propulsión al vehículo.
Un conducto de admisión puede acoplarse neumáticamente al motor 102 para proporcionar aire de admisión al motor, permitiendo la mezcla del aire con combustible para formar de esta manera aire de carga para la combustión dentro del cilindro. El aire de admisión de fluido puede comprimirse en un espacio de admisión detrás de la estructura de ocupación y avanzar hacia un espacio de combustión dentro de la estructura de ocupación cuando la estructura de ocupación se retrae hacia el conducto de admisión. Con este fin, la ilustración de la Figura 1 muestra la recepción en el motor 102 de una entrada 106, que puede comprender la mezcla de combustible/aire. La entrada 106 puede incluir cualquier combinación adecuada de combustibles, incluidos, pero no se limita a, gasolina, diésel, óxido nitroso, etanol y gas natural. Puede disponerse un acelerador de admisión en el conducto de admisión y configurarse para el control de forma variable del aire ingerido en el motor 102, por ejemplo, en función del flujo de aire masivo, el volumen y la presión. El conducto de admisión puede incluir varios componentes, incluidos, pero no se limita a, un enfriador de aire de carga, un compresor (por ejemplo, de un turbocompresor o sobrealimentador), un colector de admisión, etc. Las respectivas válvulas de admisión pueden realizar el control de forma variable de la ingestión de aire de carga en el(los) cilindro(s) 104. Puede proporcionarse un sistema de combustible para almacenar y suministrar el(los) combustible(s) suministrado(s) al motor 102.
Un conducto de escape puede acoplarse neumáticamente al motor 102 para proporcionar una trayectoria por la cual los productos de la combustión del aire de carga se escapan del motor y al entorno que rodea. Pueden disponerse varios dispositivos de postratamiento en el conducto de escape para tratar los gases de escape, incluidos, pero no se limitan a, una trampa de NOx, un filtro de partículas, un catalizador, etc. Para implementaciones en las que el motor 102 es impulsado a través de un turbocompresor, puede disponerse una turbina en el conducto de escape para el accionamiento del compresor del turbocompresor. Las respectivas válvulas de escape pueden realizar el control de forma variable de la expulsión de los gases de escape del cilindro(s) 104.
Un controlador 110 puede acoplarse operativamente a varios componentes en el motor 102 para recibir la entrada del sensor, realizar el accionamiento de los dispositivos y, generalmente, efectuar la operación del motor. Como tal, el controlador 110 puede denominarse "unidad de control del motor" (ECU). Como ejemplos, la ECU puede recibir una o más de las siguientes entradas: posición del acelerador, presión barométrica, marcha operativa de la transmisión, temperatura del motor y velocidad del motor. Como se describe con más detalle más abajo, el controlador 110 puede realizar el control de la operación de una estructura de operación del cilindro que se introduce de forma variable en el espacio interno del(de los) cilindro(s) 104 de acuerdo con el ciclo operativo del(de los) cilindro(s).
El controlador 110 puede implementarse de cualquier manera adecuada. Como ejemplo, el controlador 110 puede incluir una máquina lógica y una máquina de almacenamiento que contiene instrucciones legibles por máquina ejecutables por la máquina lógica para efectuar los enfoques descritos en la presente descripción. La máquina lógica puede implementarse como controlador, procesador, sistema en un chip (SoC), etc. La máquina de almacenamiento puede implementarse como una memoria de sólo lectura (ROM, tal como una ROM programable y borrable electrónicamente) y puede comprender una memoria de acceso aleatorio (RAM). El controlador 110 puede incluir una interfaz de entrada/salida (E/S) para recibir entradas y emitir salidas (por ejemplo, señales de control para el accionamiento de los componentes).
Para aumentar el rendimiento del cilindro y evitar los inconvenientes descritos anteriormente asociados con los enfoques existentes para aumentar la salida del cilindro, el(los) cilindro(s) 104 incluyen una estructura de ocupación del cilindro 202 (es decir, varilla de inserción) que se inserta de forma variable en, y se retira del, espacio interno del(de los) cilindro(s) en el que se introduce(n) el(los) fluido(s) operativo(s) (por ejemplo, combustible) usado(s) para producir la salida. Las figuras muestran implementaciones ilustrativas de la estructura de ocupación del cilindro para un cilindro de combustión, donde la estructura de ocupación se configura para someterse a una fuerza de retracción y/o avance hacia un espacio de combustión, y/o hacia un pistón del cigüeñal (por ejemplo, hacia abajo en la Figura 7) mediante un actuador electromagnético, cargador hidráulico, turbocompresor o similar.
Las figuras muestran el cilindro 104 que incluye una estructura de ocupación del cilindro 202, también denominada en la presente descripción varilla de inserción o segundo pistón. La estructura de ocupación del cilindro 202 actúa como un segundo pistón además del pistón del cigüeñal 204 (por ejemplo, el pistón del cigüeñal 204 es un primer pistón), y la estructura de ocupación 202 rodea parcialmente una cámara de combustión.
El pistón del cigüeñal 204 se acopla a una varilla de conexión, que se acopla a otro dispositivo tal como un cigüeñal para traducir de esta manera el movimiento alternativo del pistón del cigüeñal en un movimiento rotacional del cigüeñal u otra forma de movimiento, que a su vez se usa para propulsar un vehículo, accionar un dispositivo, etc. El movimiento alternativo del pistón del cigüeñal 204 se provoca por la combustión del aire de carga en un espacio interno 208 del cilindro 104. La combustión puede controlarse en parte mediante una válvula de admisión 210 accionada a través de un árbol de levas de admisión, que es operable para inyectar selectivamente el aire de carga en el espacio interno 208 para la compresión e ignición en el mismo. Puede controlarse una chispa o bujía incandescente para provocar la ignición del aire de carga inyectado. Los productos de la combustión pueden expulsarse a través de una válvula de escape 216 accionada a través de un árbol de levas de escape. Para extraer el calor alejándolo del cilindro 104 en el curso de la combustión del aire de carga, y de esta manera mantener las temperaturas operativas deseadas y evitar la degradación térmica, puede disponerse una camisa de refrigerante entre la pared interna del cilindro que define el espacio interno 208 y la pared externa del cilindro que define el exterior del cilindro. Un refrigerante adecuado, que puede comprender cualquier sustancia(s) adecuada(s) tal como agua, anticongelante, etc., puede circularse a través de una camisa de refrigerante a través de un sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración puede incluir un radiador que irradia refrigerante calentado a un entorno exterior, por ejemplo.
Como se describió anteriormente, el cilindro 104 incluye una estructura de ocupación del cilindro 202 que se inserta de forma variable en el espacio interno 208 para aumentar el rendimiento y la eficiencia del cilindro. En particular, la estructura 202 es una varilla de inserción que se inserta de forma variable en el espacio interno 208 en correspondencia con el movimiento alternativo del pistón del cigüeñal 204. En algunos ejemplos, la varilla de inserción 202 puede insertarse progresivamente en el espacio interno 208 a medida que el pistón del cigüeñal 204 se mueve hacia abajo (con respecto a la Figura 7, por ejemplo) a través del espacio interno. La varilla de inserción (es decir, la estructura de ocupación) puede tener un espacio o compartimiento de acumulación del fluido detrás de ella cerca de un lado de admisión (lado superior, Figura 7), y se configura para tener cuatro funciones de carrera realizadas en dos movimientos del cigüeñal. Sin embargo, el cilindro 104 puede configurarse de acuerdo con cualquier ciclo operativo adecuado, en base al cual puede controlarse la introducción de la varilla de inserción 202 en el espacio interno 208. Generalmente, la varilla de inserción 202 puede insertarse en el espacio interno 208 a medida que el pistón del cigüeñal 204 se mueve hacia abajo (con respecto a la Figura 7).
El cilindro 104 puede ejecutar una carrera de compresión (por ejemplo, para un ciclo operativo de dos o cuatro tiempos) o una carrera de escape (por ejemplo, para un ciclo operativo de cuatro tiempos). La varilla de inserción 202 puede insertarse y retirarse de forma variable en el espacio interno 208 en correspondencia con el movimiento del pistón del cigüeñal 204 hacia abajo y hacia arriba (con respecto a la Figura 7), respectivamente. La correspondencia entre el movimiento de la varilla de inserción 202 y el pistón del cigüeñal 204 puede asumir cualquier forma adecuada. En algunos ejemplos, el movimiento de la varilla de inserción 202 y el pistón del cigüeñal 204 puede sincronizarse sustancialmente, de manera que la varilla de inserción se acciona sustancialmente a la misma velocidad y dirección como el pistón del cigüeñal. A medida que el pistón del cigüeñal 204 cambia de dirección, es decir, deja de moverse hacia arriba o hacia abajo, y comienza a moverse hacia abajo o hacia arriba, respectivamente, también puede cambiar en consecuencia de dirección la varilla de inserción 202.
Al colocar la varilla de inserción 202 en el cilindro 104 durante las porciones del ciclo operativo en las que se introduce un fluido de trabajo (por ejemplo, combustible) en el espacio interno 208, o un compartimiento o espacio de acumulación detrás de la estructura de ocupación hacia un lado de admisión, el volumen del espacio interno disponible para ocuparse por el fluido se reduce por su ocupación parcial por la varilla de inserción. Sin embargo, el volumen intrínseco del espacio interno 208 y del cilindro 104 permanece sin cambios. De esta manera, se reduce la masa de fluido introducida en el cilindro 104, sin cambiar otros parámetros del cilindro que afectan el rendimiento del cilindro, tales como el volumen de carrera, la distancia de carrera, la fuerza de carrera y el área superficial del pistón del cigüeñal. Dicho de otra manera, la varilla de inserción 202 permite una reducción en el requisito de admisión del cilindro 104 y, como resultado de su ocupación del espacio interno 208, la varilla de inserción provoca además que el volumen del espacio interno que se utiliza en un proceso de combustión - el llamado "volumen de combustión" sea menor que el volumen intrínseco del propio espacio interno. El volumen intrínseco del cilindro 104 puede considerarse el volumen definido por las paredes internas del cilindro y, en algunos contextos, el volumen por encima de la superficie superior del pistón del cigüeñal 204.
Un sistema electromagnético puede agregar fuerzas de avance o retracción a la estructura de ocupación 202. En esta implementación, la varilla de inserción 202 se retira de forma variable del espacio interno 208 durante una carrera de expansión mediante un actuador electromagnético de tipo solenoide que comprende una bobina 224 que se acopla en los extremos superior e inferior a un sistema eléctrico 226. Puede dedicarse un núcleo electromagnético para la aplicación de una fuerza de retracción a la estructura de ocupación (por ejemplo, una fuerza hacia el lado de admisión o, en otras palabras, una fuerza que se aleja del espacio de combustión, hacia arriba en la Figura 7).
Puede dedicarse un electroimán para la repulsión o atracción de la estructura de ocupación, en dependencia de la aplicación específica. Cualquiera que sea (repulsión o atracción) a la que se dedique el electroimán, la función restante (por ejemplo, repulsión o atracción) puede tener una funcionalidad pasiva. La fuerza electromagnética puede usarse para retraer la estructura de ocupación en una etapa inicial de una carrera de expansión con el fin de responder a una orden de desaceleración del motor, vehículo o acelerador, para evitar tener que liberar el escape de forma anticipada. En esta implementación, la varilla de inserción 202 incluye un imán 227 (por ejemplo, un imán permanente) para permitir la interacción con campos magnéticos generados por corrientes eléctricas transmitidas a través de la bobina 224, y la extensión y retracción electromagnética de tipo solenoide de la varilla de inserción. Las líneas de fuerza magnética producidas por la bobina 224 - específicamente las porciones de las mismas dentro del espacio interno de la bobina más abajo del extremo superior de la bobina y por encima del extremo inferior de la bobina - pueden ser sustancialmente paralelas con la dirección en la que la varilla de inserción 202 se extiende y se retrae. Para facilitar el accionamiento electromagnético de la varilla de inserción 202 descrita en la presente descripción, el sistema eléctrico 226 puede incluir una fuente de corriente con la que se proporciona corriente selectivamente a la bobina 224. El sistema eléctrico 226 se acopla operativamente a un controlador 110, que puede realizar el control del sistema eléctri
proporcionar fuerzas de retracción o avance a la estructura de ocupación 202, de acuerdo con el ciclo operativo del cilindro 104 como se describió anteriormente, y/o en base a cualquier otra entrada adecuada (por ejemplo, sincronización del árbol de levas, sincronización de la válvula, variables de admisión o carga de aire, otras condiciones de operación). En algunos ejemplos, el controlador 110 puede ser el controlador 110 de la Figura 1, pero también puede incluir varios dispositivos y sistemas para someter la estructura de ocupación 202 a fuerzas de avance o retracción, o para agregar presión a un lado superior (por ejemplo, el lado de admisión de la Figura 7) de la estructura de ocupación 202. Tales dispositivos y sistemas del controlador 110 pueden ser cargadores hidráulicos o turbo, actuadores electromagnéticos o cualquier sistema apropiado que pueda realizar el control de las fuerzas a las que se somete la estructura de ocupación 202, generalmente denominadas en la presente descripción como "mecanismos de aplicación de fuerza". Uno o más de la bobina 224, el sistema eléctrico 226, el imán 227 y el controlador 110 pueden formar lo que en la presente descripción se denomina como un "actuador electromagnético". En algunos ejemplos, el actuador electromagnético puede considerarse un solenoide, donde la varilla de inserción 202 actúa como un elemento desplazado por el actuador electromagnético. Debe entenderse que, como se muestra en la Figura 7, las fuerzas de retracción y avance se aplican al cuerpo de la varilla de inserción 202.
Se contemplan otras configuraciones electromagnéticas para el accionamiento de la varilla de inserción 202. Por ejemplo, la estructura de ocupación del cilindro 202 puede configurarse con un actuador electromagnético sin un imán permanente incluido en la varilla de inserción 202, donde se aplica selectivamente corriente eléctrica al actuador electromagnético para generar de forma variable un campo magnético. La fuerza electromagnética puede alimentarse al recuperar la energía desperdiciada del sistema. Generalmente, puede usarse cualquier mecanismo electromagnético adecuado para accionar la varilla de inserción 202.
El cilindro 104 puede configurarse con otros aspectos que aumentan el rendimiento del cilindro, tales como la configuración de la estructura de ocupación y/o el pistón del cigüeñal para que tengan una forma o perfil de cono en sus extremos distales. Por ejemplo, un extremo distal puede ser un extremo que mira hacia un espacio de combustión.
Una superficie interna del pistón del cigüeñal puede incluir abolladuras y/o protrusiones para aumentar las fuerzas de cizallamiento durante un movimiento relativo del pistón del cigüeñal. Además, la superficie interna del pistón del cigüeñal puede incluir un segundo metal de densidad más ligera para aumentar la distancia entre el centro de gravedad o de peso y el centro geométrico del pistón del cigüeñal, proporcionando una ventaja parcial en la distancia de carrera con relación al volumen del espacio interno del cilindro.
La bobina 224 puede disponerse en una carcasa, que interactúa con una barrera aislante que permite un movimiento de baja fricción de la varilla de inserción 202 y un sellado sustancial entre el espacio interno 208 y la carcasa. La bobina 224 se acciona eléctricamente por un sistema eléctrico 226, que se acopla a un controlador 110. Un imán 407 (Figura 17) crea un campo magnético entre una porción cargada positivamente de la varilla de inserción 202 y el imán 407. El campo magnético se muestra a través de líneas de fuerza magnética. Debe entenderse que el movimiento mecánico de la varilla de inserción es paralelo a las líneas de fuerza magnética que se muestran en la Figura 17. Por lo tanto, un vector de movimiento de la varilla de inserción 202 no cruzaría las líneas de fuerza magnética. La bobina 224 proporciona otro campo magnético responsable del control de los controles de movimiento recíproco, mientras que la bobina o imán 407 proporciona un campo responsable de proporcionar una fuerza de accionamiento de la varilla de inserción 202. Por lo tanto, además del campo magnético proporcionado por un solenoide, el sistema también necesitaría realizar el control de la frecuencia del movimiento de la varilla de inserción, y la fuerza de avance o el movimiento de la varilla de inserción puede obtenerse de otro campo proporcionado por el imán 407.
En un ejemplo, puede acoplarse un resorte a la varilla de inserción 202 que se introduce y se retrae de forma variable en un espacio interno 208 del cilindro 104 con el fin de evitar una retracción de forma anticipada de la varilla de inserción durante la carrera de expansión.
La estructura de ocupación 202 puede estar hecha de una o más partes o capas cilíndricas. La estructura de ocupación puede ser de diferentes tamaños en diferentes cilindros del motor. Por ejemplo, algunas formas de la estructura de ocupación 202 pueden diseñarse para requisitos de torque mayor, como ejemplo no limitante.
La estructura de ocupación del cilindro 202 y las implementaciones de cilindro descritas en la presente descripción se proporcionan como ejemplos y no pretenden ser limitantes de ninguna manera. Numerosas modificaciones están dentro del alcance de esta descripción. "Cilindro", como se usa en la presente, no requiere geometría cilíndrica, sino más bien se refiere a un dispositivo mecánico en el que se usa el movimiento alternativo del pistón del cigüeñal para producir rendimiento y trabajo útil. Pueden emplearse, por ejemplo, geometrías no esféricas, como por ejemplo geometrías hemisféricas o de cuña. Pueden agregarse, retirarse o modificarse varios componentes del cilindro, incluidos componentes del cabezal, válvulas, etc. Además, se contemplan configuraciones alternativas de la varilla de inserción. Por ejemplo, las varillas de inserción descritas en la presente descripción pueden entrar en el espacio interno de un cilindro desde la parte inferior, lado o desde cualquier otra dirección, incluso en ángulos oblicuos. El cilindro 104 puede tener en sí mismo una forma curva como parte de un motor de forma circular con el pistón y la varilla de inserción siguiendo una trayectoria circular o curva durante un movimiento de carrera. Aún más, son posibles implementaciones en las que se emplea el accionamiento electromagnético y basado en resorte para el control de una varilla de inserción. En algunas implementaciones hidráulicas, puede emplearse una solución híbrida en la que el fluido se bombea mecánicamente, así como también se avanza magnéticamente contra un pistón del cigüeñal. Por ejemplo, puede presionarse el fluido contra el émbolo del pistón del cigüeñal sin usar una bomba hidráulica durante una presión activa.
Las implementaciones de la estructura de ocupación del cilindro descritas en la presente descripción pueden producir varios efectos y ventajas técnicas. Por ejemplo, la estructura de ocupación del cilindro puede reducir la admisión de fluido requerida (por ejemplo, masa de fluido, volumen de fluido) en un cilindro (por ejemplo, la admisión requerida para realizar una carrera determinada o desplazarse una distancia de carrera determinada), donde la admisión de fluido requerida es, en algunos contextos, inicialmente estipulado por el movimiento y la forma del pistón del cigüeñal. Puede usarse una admisión de fluido reducida para mantener una fuerza de carrera similar con relación al a la asociada con una admisión de fluido inicialmente mayor. En otros ejemplos, la estructura de ocupación del cilindro puede permitir el uso de un volumen de fluido similar para una carrera de mayor distancia.
Además, la estructura de ocupación del cilindro puede permitir la aplicación de una fuerza mayor por metro cuadrado (pulgadas) sobre la superficie interna de un pistón del cigüeñal. En algunos ejemplos, una o más varillas de inserción pueden agregarse al área superficial efectiva de un pistón del cigüeñal para aumentar la fuerza y la potencia de salida. En algunos ejemplos, tales como aquellos que emplean accionamiento electromagnético, la estructura de ocupación del cilindro puede mantener la magnitud de la presión de combustión, al mantener una varilla de inserción de manera constante en su lugar, iniciando un campo magnético con la combustión del combustible. En algunos ejemplos, la estructura de ocupación del cilindro puede permitir aumentos en la distancia de carrera y el momento del pistón del cigüeñal mediante la inserción progresiva de la varilla en un espacio interno del cilindro. En algunos ejemplos, la estructura de ocupación del cilindro puede facilitar el movimiento laminar del pistón del cigüeñal con una disminución de la presión más lenta. En algunos ejemplos, la estructura de ocupación del cilindro puede permitir un aumento en la magnitud de la entrada de energía a partir de una fuerza eléctrica estática o magnética estática. En algunos ejemplos, la estructura de ocupación del cilindro puede experimentar un movimiento paralelo a las líneas de fuerza magnética, sin consumir energía eléctrica siempre que una varilla de inserción no cruce las líneas de fuerza magnética. En algunos ejemplos, como aquellos que emplean el accionamiento mecánico basado en resorte, la estructura de ocupación del cilindro puede permitir un aumento de la distancia de carrera, un aumento del impulso, un movimiento más laminar del pistón del cigüeñal con variaciones de presión disminuidas, un aumento de la entrada de potencia procedente de la inercia de la varilla de inserción y el impulso de la expansión del resorte. En implementaciones hidráulicas, una varilla de inserción puede reducir la admisión de fluido hidráulico presurizado de una bomba, ya que el fluido que se mueve contra el émbolo del pistón del cigüeñal tiene una masa calculada mayor que el fluido bombeado. Estos y otros efectos técnicos pueden aumentar la economía de un vehículo en el que se implementa la estructura de ocupación del cilindro.
Las etapas, tareas y métodos descritos en la presente descripción pueden repetirse durante la operación del cilindro, en cualquier frecuencia, intervalo, ciclo de trabajo, etc. adecuado, que puede incluir operación continua o puede interrumpirse (por ejemplo, en respuesta a la entrada del controlador, la entrada del operador).
La varilla de inserción 202 y el pistón del cigüeñal 204 pueden tener forma de cono en las superficies donde interactúan. La varilla de inserción 202 puede contener parcialmente y/o rodear parcialmente el espacio de combustión. La varilla de inserción 202 puede conectarse mecánicamente a un actuador electromagnético u otro mecanismo de aplicación de fuerza controlado por el controlador 110. La forma de cono de la superficie interna del pistón del cigüeñal 204 proporciona un mejor rendimiento en torque y velocidad, en comparación con los cuerpos cilíndricos de forma ordinaria comúnmente usados.
El sistema de cilindro descrito puede emplear un motor 102 basado en cilindros para producir trabajo útil. El espacio de combustión 208 puede rodearse por partes de la varilla de inserción y el pistón del cigüeñal, haciendo que el propio compartimiento de combustión se mueva relativamente o cambie de forma y tamaño dentro del cilindro con respecto al cilindro.
Al dedicar un electroimán a actuar sólo con una tarea de repulsión, o sólo con una tarea de atracción, el núcleo magnético mantendría la orientación de sus polos sin cambios y sus electrones reunidos permanecerían en un lado todo el tiempo. Si se adopta tal disposición, entonces se espera que la intensidad del campo magnético agregado a un componente de solenoide podría ser cientos de veces mayor en magnitud de fuerza que el campo creado por la corriente y la tensión de un imán de polos alternos comparable y tal mejora puede reflejar una enorme magnitud de beneficios en la recuperación de la energía obtenidos de las propiedades de un imán permanente que no tiene polos alternos. Esto sería de gran beneficio para el retorno de la energía total del motor.
La estructura de ocupación (es decir, la varilla de inserción) puede actuar como un segundo pistón móvil dentro del cilindro. Una solución para disminuir la presión interna del cilindro sería mover el segundo pistón en dirección opuesta (por ejemplo, alejándolo) del pistón unido al cigüeñal en lugar de liberar gases de escape no quemados, al usar una fuerza secundaria de un electroimán u otra fuente de fuerza. Sincronizar tal disposición es más fácil cuando la varilla de inserción rodea parcialmente el espacio de combustión y se convierte en parte participante de la aceleración inicial como un segundo pistón, con una forma especial en la superficie, lo que hace que la varilla de inserción cambie de dirección cuando se somete a presión desde el lado frontal, lo que hará que tal varilla de inserción se detenga durante la carrera de expansión y lentamente comenzará a invertir la dirección. El control de su posición puede realizarse mediante el uso de dispositivos de soporte secundarios como un motor electromagnético para una retracción más fuerte o un turbocompresor o cargador hidráulico para un avance más fuerte y prolongado.
Tener un segundo pistón (cuerpo de inserción o estructura de ocupación) colocado entre las trayectorias de admisión y un espacio de combustión, junto con mantener continuamente una presión de fluido mayor en el lado de admisión que en el lado de escape de la estructura de ocupación durante la retracción de un pistón de accionamiento del árbol de levas, ayuda a mantener las trayectorias de admisión más limpias y más confiable durante mucho tiempo.
Cuando la varilla de inserción rodea la cámara de combustión, avanza como parte de la aceleración inicial como un segundo pistón, la varilla de inserción puede cambiar de dirección cuando se somete a presión desde el lado del cigüeñal después de que los dos pistones se desengranan, haciendo que la varilla de inserción se detenga durante la carrera de expansión y lentamente comience a invertir la dirección.
Debe entenderse que la frase "movimiento en una dirección del pistón del cigüeñal" puede referirse a una dirección que apunta a una ubicación del pistón del cigüeñal, en lugar de una dirección de movimiento del pistón del cigüeñal. El sistema proporciona los beneficios descritos en la presente descripción debido a que la energía aplicada para mover una carga similar a una distancia similar mediante el uso de una misma ruta permite que el gasto de energía sea independiente del tiempo, lo que significa que, si el desplazamiento ocurre lento o rápido, puede usarse el mismo valor de energía para realizar el trabajo. El compartimiento de acumulación de fluido detrás de la estructura de ocupación permite realizar cuatro carreras en dos movimientos del cigüeñal. El sistema proporciona no sólo configuraciones de ahorro de energía, sino también una forma alternativa de gestionar la aceleración y desaceleración del motor con emisiones de contaminación disminuidas.
Para ejecutar cuatro carreras en dos movimientos del cigüeñal, inicialmente se introduce aire fresco o fluido premezclado detrás de la estructura de ocupación del espacio durante una carrera de expansión en una cámara de inyección de puerto para agregar fuerza de accionamiento a la carrera de expansión y también (como parte de la etapa de compresión) para comprimir parcialmente el aire. Cuando comienza la carrera de compresión, este fluido parcialmente comprimido se mueve hacia el espacio de combustión como un método de inyección indirecta con compresión adicional (por ejemplo, compresión completa) a través del canal de comunicación instalado detrás del ocupante del espacio. En otro método (inyección directa), un canal especial puede llegar directamente junto con una bujía a la cámara de combustión. Una salida de escape 216 puede tener varias posiciones y configuraciones. Debe entenderse que la definición de fluido de "premezcla" puede ser fluido de inyección de puerto o fluido de inyección indirecta, y una "cámara de premezcla" puede ser una cámara de puerto.
En otras palabras, el fluido de aire fresco se introduce inicialmente detrás del ocupante del espacio durante la carrera de expansión en una cámara de inyección de puerto 201 (Figura 3) mediante el uso de un turbocompresor o sobrealimentador para agregar fuerza de accionamiento al ocupante del espacio y también como parte de la etapa de compresión para comprimir parcialmente el aire en uno o más compartimientos. Cuando comienza la carrera de compresión y los pistones comienzan a retraerse, este aire parcialmente comprimido se moverá al espacio de combustión con mayor compresión a través de la posición de la válvula de entrada 203 de modo que conduzca el fluido de escape al área entre los dos pistones, hacia la válvula de escape, y en el momento en que los pistones comienzan a acoplarse, el espacio de combustión está limpio de gases de escape, luego el fluido de combustible se inyectará completamente o parcialmente en una de las cámaras de inyección de puerto para mezclarlo con el aire fresco y, con la retracción completa del pistón, la mezcla de aire y el combustible se moverá a la cámara de combustión como un método de inyección indirecta. En otro método, la inyección directa a través de un canal o trayectoria especial, el combustible puede llegar directamente junto con la bujía a la cámara de combustión, a través de un espacio central o de lado en o cerca del ocupante del espacio y la inyección de combustible se aplicará al espacio de combustión en lugar de la cámara de inyección de puerto. La salida de escape 216 puede tener diferentes posiciones, sin embargo, puede alinearse con el área entre los dos pistones como punto de comienzo para acoplarse durante la carrera de compresión. También puede usarse una bujía en combustibles no diésel con inyección directa o indirecta.
Las ilustraciones de las Figuras 2-18 se describirán ahora con mayor detalle más abajo.
En las Figuras 2-18 se muestran varios ejemplos, componentes y características que pueden incluirse en un sistema de ocupación del cilindro. Por ejemplo, el cilindro 104 puede incluir un espacio interno 208, una estructura de ocupación 202 y un pistón del cigüeñal 204. El espacio interno 208 del cilindro 104 se modifica por la estructura de ocupación 202 de manera que la presión de combustión aplicada al pistón del cigüeñal 204 se aplica a un área superficial más pequeña del pistón del cigüeñal 204 durante una parte inicial de una carrera de expansión y a un área superficial más grande del pistón del cigüeñal 204 durante una parte final de la carrera de expansión.
Por ejemplo, como se observa en la Figura 8, a la izquierda, un área superficial más pequeña 802 se expone a la combustión en una cavidad de combustión 804 en un punto inicial de una carrera de expansión. Y a la derecha, se muestra un punto posterior en el tiempo de una carrera de expansión, donde un área superficial más grande 806 se expone a la combustión que se originó en la cavidad de combustión 804. Este concepto se aplica a todos los ejemplos que se muestran en las figuras. La forma o perfil de cono parcial del pistón del cigüeñal proporciona una mayor área superficial expuesta al avance de la onda de presión de combustión en comparación con un perfil en ángulo recto, debido a la geometría de las superficies en ángulo con relación a las paredes del cilindro. Sin embargo, incluso los pistones del cigüeñal de perfil en ángulo recto que se muestran en las Figuras 4, 5, 6 y 10 se benefician de los cambios del área superficial de combustión expuesta a los pistones del cigüeñal en los tiempos iniciales y posteriores durante una carrera de combustión.
Por ejemplo, el pistón del cigüeñal puede incluir una porción extrema que cambia de una dimensión más delgada 808 a una dimensión más gruesa 810, de manera que la porción de dimensión más delgada es la que se expone a la presión de combustión inicial, y la porción más gruesa se expone a la presión de combustión posterior, como se muestra en la Figura 8. La porción más delgada puede insertarse en el espacio de combustión o, alternativamente, colocarse justo al lado de un extremo del espacio de combustión en el momento de la combustión. El perfil de la estructura de ocupación puede coincidir exactamente, ser congruente o, generalmente, coincidir con el del pistón del cigüeñal. La porción más delgada puede ubicarse distalmente (por ejemplo, hacia la izquierda en la Figura 8) con respecto a la porción más gruesa.
El sistema puede configurarse de manera que la combustión se produzca dentro de una cavidad 804 de la estructura de ocupación 202 para aplicar la presión de combustión tanto a la estructura de ocupación 202 como al pistón del cigüeñal 204.
La estructura de ocupación 202 puede ser una estructura móvil con relación al cilindro 104. El movimiento de la estructura de ocupación 202 puede controlarse mediante una o más fuerzas aplicadas mediante un mecanismo de aplicación de fuerza 702. La estructura de ocupación 202 puede cambiar de dirección durante la carrera de expansión.
El mecanismo de aplicación de fuerza 702 puede responder a la posición del acelerador (por ejemplo, de un vehículo) por medio de sensores de posición del acelerador de manera que una o más fuerzas aplicadas a la estructura de ocupación 202 dependan de la posición del acelerador. El mecanismo de aplicación de fuerza 702 puede configurarse para aplicar una fuerza de retracción a la estructura de ocupación 202 durante la carrera de expansión. El mecanismo de aplicación de fuerza 702 puede configurarse para aplicar una fuerza de avance a la estructura de ocupación durante la carrera de expansión.
El mecanismo de aplicación de fuerza 702 puede incluir un actuador electromagnético, un sistema hidráulico y/o un sistema de inducción forzada. Ejemplos de sistemas de inducción forzada son los turbocompresores, los cargadores hidráulicos y los sobrealimentadores. La estructura de ocupación puede acoplarse mecánicamente al actuador electromagnético.
La ilustración de la Figura 18 muestra un primer electroimán 1802 que puede activarse durante la expansión del pistón del cigüeñal proporcionando una acción repulsión (fuerza de avance). Un segundo electroimán 1804 puede activarse durante la retracción del pistón del cigüeñal, proporcionando una acción de atracción (fuerza de retracción).
El sistema puede configurarse para ejecutar parcialmente una carrera de compresión, al comprimir el fluido en el lado de admisión, durante la carrera de expansión, lo que también significa la aplicación de una fuerza a la estructura de ocupación 202 a través del mecanismo de aplicación de fuerza 702. Como tal, el sistema puede configurarse para realizar funciones de admisión, compresión, expansión y escape dentro de dos carreras por combustión.
El sistema puede configurarse para suministrar fluido a un lado de admisión 704 de la estructura de ocupación 202 para aumentar la presión del cilindro y la aceleración del motor. El sistema puede configurarse para provocar la desaceleración del motor al aplicar una fuerza de retracción a la estructura de ocupación 202. El sistema puede configurarse para provocar la aceleración del motor al aplicar una fuerza de avance a la estructura de ocupación 202. Además, como se muestra en la Figura 7, un canal de fluido 706 permite que el fluido se desplace desde el lado de admisión 704 hasta la cámara de combustión 804.
El canal de fluido 706, también denominado canal de comunicación, puede tener una válvula de control para separar la sincronización entre: la etapa 1 y la etapa 2 de gestión de fluido. La etapa 1 incluye la acumulación de fluido detrás del ocupante del espacio (cuerpo de inserción) durante la carrera de expansión que comprime parcialmente el aire fresco mediante el uso de un turbo o sobrealimentador, aplicando las fuerzas de accionamiento secundarias a los pistones o la premezcla de fluido mientras se realiza la aplicación de la fuerza de accionamiento a los pistones. La etapa 2 incluye transferir el aire fresco parcialmente comprimido o el fluido premezclado al espacio de combustión dentro del ocupante del espacio a través de un canal de comunicación que puede contener múltiples válvulas y trayectorias. El canal o los canales de comunicación pueden incluir una trayectoria hacia la entrada de aire fresco y otra trayectoria hacia una salida de escape. Mediante el uso de una estructura de ocupación del espacio, las trayectorias de escape pueden pasar a través del canal de comunicación, donde el canal de comunicación puede equiparse con múltiples trayectorias y conexiones para la entrada de aire fresco o la entrada de fluido de premezcla, así como también para la trayectoria de escape.
El canal de comunicación incluye una válvula unidireccional, y la válvula puede abrirse para permitir que el fluido parcialmente comprimido se mueva al espacio de combustión, y la válvula puede cerrarse durante la carrera de expansión. Un compartimiento de inyección del puerto puede expandirse de tamaño durante una carrera de expansión.
El sistema se configura para, debido a la presión de combustión entre el pistón 204 del cigüeñal y la estructura de ocupación 202, permitir que la estructura de ocupación 202 acelere en una dirección de retracción alejándose del pistón del cigüeñal 204 para absorber parte de las fuerzas de combustión que de cualquier otra manera se aplicarían al pistón del cigüeñal 204. El sistema se configura para realizar funciones de admisión, compresión, expansión y escape dentro de dos carreras por combustión.
Como se muestra en la Figura 19, el método descrito incluye, en 1902, iniciar la combustión dentro de los límites de las partes móviles encerradas entre un pistón y una estructura de ocupación del cilindro, en 1904, acelerar ambas partes dentro de un espacio interno del cilindro hasta que la aceleración de la estructura de ocupación del cilindro cambia de dirección y subsecuentemente se detiene por completo durante una carrera de expansión, en 1906 se realiza el avance o la retracción aún más de la estructura de ocupación del cilindro por medio de una aplicación de fuerza por un dispositivo secundario tal como un actuador electromagnético, sistema hidráulico o un turbocompresor, y en 1908 se realiza la compresión y movimiento del fluido de precombustión al retraer completamente la estructura de ocupación durante una carrera de compresión.
Los gráficos de las Figuras 20-32 muestran varios atributos beneficiosos del sistema de cilindro descrito. Si alguna característica de las Figuras 20-32 no se analiza explícitamente en la presente descripción, debe entenderse que cualquier información relevante para la descripción debe extraerse de los gráficos que se muestran y sus títulos o textos adjuntos. Debe entenderse que D1-D3 se refiere al Diseño 1-Prueba 3 del sistema de cilindro descrito y refleja diferentes modalidades. T1-T3, por ejemplo, se refiere a "Diseño 3" - "Prueba 10".
La ilustración de la Figura 20 muestra las métricas de un pistón ordinario, como ejemplo para comparar con las métricas del sistema de pistón descrito, que puede observarse en comparación en la Figura 25.
La ilustración de la Figura 21 muestra un gráfico de presión versus distancia. La prueba se realizó sin resistir la carga. El sistema descrito tiene un área mucho mayor bajo la curva de D2-T1, en comparación con un sistema de cilindro convencional de D1-T1. Durante la carrera de expansión, cuando el cilindro mantiene continuamente una presión interna mayor entre un 300 %-400 %, esto se reflejará en una mayor eficiencia térmica, una relación conveniente mayor de NO2/NOx de aproximadamente el 50 % y una descomposición más completa de las partículas de hidrocarburo (fracción de masa de HC reducida a la mitad con el diseño de la estructura de ocupación del cilindro). Cuando se repitió la prueba bajo la carga resistente aplicada al pistón del cigüeñal, el área bajo el gráfico D2-T1 (llamado entonces D2-T3) mostraba un aumento adicional de la presión interna del cilindro en comparación con el cilindro ordinario.
La ilustración de la Figura 22 muestra una ventaja de presión de la curva D2-T1, donde D2-T1 significa una primera prueba de una segunda modalidad del sistema descrito. Además, la Figura 22 muestra un gráfico de presión versus tiempo. La prueba se realizó sin resistir la carga. El sistema descrito tiene un área mucho mayor (aproximadamente 5 veces mayor) bajo la curva de D2-T1, en comparación con un sistema de cilindro convencional de D1-T1. De manera similar, este gráfico nos informa del gran potencial de una combustión más limpia de los gases de escape. Aunque no se muestra en la Figura 22, debe entenderse que, mediante el uso del fluido premezclado, la presión aumentará a 10,34 MPa (1500 psi) y caerá a cero en 0,007 segundos. Sin embargo, la velocidad del pistón será considerablemente más rápida que la de D1-T3, lo que provocará la congelación del fluido y una mala contaminación.
Por lo tanto, la invención descrita desacelera el pistón al aplicar una fuerza inicial a una superficie más pequeña, mientras aumenta la presión de combustión interna, para disminuir la congelación y la contaminación del fluido, permitiendo que el fluido parcialmente premezclado a través del método de inyección de puerto indirecto se use con menos contaminación y congelamiento del fluido. Por lo tanto, la inyección directa de combustible en la cámara de combustión puede ser parcialmente reemplazada o asistida por el método de premezcla de combustible y aire fresco, con el fin de establecer mayor presión interna y al mismo tiempo mantener una combustión más limpia del combustible al disminuir la velocidad del pistón. El uso del ocupante del espacio descrito y la aplicación de una fuerza de combustión durante la etapa inicial de la carrera de expansión a un área más pequeña o parcial del pistón del cigüeñal provoca un movimiento más lento con ganancia de energía de trabajo en lugar de pérdida. Por lo tanto, el sistema y método descritos pueden permitir parcialmente el uso de inyección indirecta para beneficiar una entrada de fuerza mayor con un movimiento del pistón más lento para beneficiar una combustión más limpia.
La ilustración de la Figura 23 muestra un gráfico de presión versus tiempo. La prueba se realizó sin resistir la carga. En el diseño D3-T1, el espacio de combustión solo se orienta hacia la superficie 802 (Figura 8) sin rodear el elemento 808 (Figura 8). En el diseño D2-T1, el espacio de combustión rodea inicialmente al elemento 808. Para el diseño D3-T1, el gráfico muestra que la presión interna del cilindro permanece siendo mayor aproximadamente el doble que la del cilindro convencional, sin embargo, es aproximadamente el doble que la del D2-T1. Si bien hubo una disminución en la presión interna, el diseño D3-T1 ofreció un mejor retorno de energía de trabajo que el D2-T1. Este gráfico nos informa que un diseño funcional puede basarse en gran medida en los requisitos de retorno de energía y combustión limpia, donde puede preferirse un diseño sobre el otro.
La ilustración de la Figura 24 muestra un gráfico de Fuerza versus Distancia. Este gráfico muestra que D3-T1, donde el espacio de combustión inicialmente no rodea el elemento 808 (Figura 8), ofrece una fuerza mayor durante la carrera de expansión que D2-T1, pero menos que un pistón ordinario. Este gráfico no debe confundirse para la evaluación energética entre diseños nuevos y convencionales, debido a que el rendimiento energético del trabajo se evaluará en base a (Fuerza*Distancia/seg), y que podemos llamar (trabajo/seg) que puede presentarse como trabajo versus tiempo.
La ilustración de la Figura 25 muestra un gráfico de evaluación de la energía de trabajo mediante el uso de la inyección directa y que el nuevo diseño D3 ofrece un área más grande bajo el gráfico de trabajo versus tiempo que el diseño de cilindro ordinario. Esto supone aproximadamente un 200 % más de eficiencia energética en el trabajo de acuerdo con la diferencia de área. El diseño D3-T1 tiene un área de exposición a la combustión más grande (802 Figura 8) al comienzo de la carrera de expansión que el D3-T2 debido al diámetro del cabezal de acoplamiento más grande (elemento 808 Figura 8). Por eso vemos que D3-T1 ofrece mayor energía de trabajo al inicio de la carrera de expansión e inferior energía de trabajo posterior. Cuando se usó la inyección indirecta para D1-T3 (no se muestra el gráfico), la energía disponible fue mejor y casi el doble en el método de inyección directa en comparación con la inyección indirecta de premezcla. Por esa razón, la mejora se logró, después de que comenzamos a usar inyección directa, mejor retorno de energía y mejor cumplimiento del escape, y ahora puede llegarse a una etapa más con el método descrito para un mejor retorno de energía y un fluido de escape más limpio.
La ilustración de la Figura 26 muestra una tabla de fracciones de masa de escape mediante el uso del análisis ANSYS, y puede observarse que el CO se redujo 2,5 veces, el CO2 aumentó 1,4 veces, el NO aumentó 1,08 veces, el NO2 aumentó 3,2 veces y el C12H23 se redujo 5,45 veces. Inmediatamente más abajo hay una lista de información relevante a la tabla de la Figura 26.
Uso de parámetros iniciales similares de combustible de inyección (C12H23) en el diseño D1-T3 y en D3-T10 uso del análisis ANSYS:
Inyección del flujo másico = 0,05 kg/s;
Tiempo de inyección = 0,001 seg;
Presión de inyección = 120 MPa (17405 PSI);
Temperatura del combustible = 300 K;
Masa del combustible de inyección = 50 mg;
Diámetro de la tobera = 1 mm;
Aprox. Rotación del motor = 4000 RPM.
Parámetros iniciales del aire comprimido:
Volumen inicial = 18,21 (4,81 pulgadasA3)
Presión del aire = 3,45 MPa (500 PSI);
Temperatura del aire = 830 K;
Concentración de la masa de N2 = 0,7675
Concentración de la masa de O2 = 0,2325
Presión de resistencia = 0,138 MPa (20 PSI) (1074 N de resistencia en el pistón del cigüeñal)
Resultados: La producción de hidrocarburos en los gases de escape (HC) disminuyó 5,45 veces. Si esperamos reducir el consumo de combustible al 50 %, entonces la producción total de HC se reduciría en un 1100 %. El CO disminuyó 2,5 veces. El NO permaneció en el mismo nivel, sin embargo, esa es otra mejora potencial con la disminución del consumo de combustible. El CO2 aumentó en un 30 %, lo que es un resultado conveniente, especialmente cuando es el resultado de la disminución de HC y CO, y aun así se considera otra disminución potencial con la disminución del consumo de combustible. Es conveniente que el NO2 aumente en 3,2, para lo cual los filtros de escape del producto manejables pueden convertirse fácilmente en N2 (los filtros más caros equipados con una etapa de trabajo del filtro inicial pueden convertir el NO en NO2). Está bien que el NO2 y el CO2 manejables aumenten cuando tal aumento se realiza a expensas del CO, el NO e hidrocarburos no manejables.
La ilustración de la Figura 27 muestra, para D3-T2, un gráfico de trabajo versus tiempo, donde el cabezal de acoplamiento 808 (Figura 8) tiene 6,35 cm (2,5 pulgadas) de largo. El gráfico muestra que la energía de trabajo es mayor al final de la carrera de expansión que el pistón ordinario y también que los nuevos diseños con un cabezal más corto.
La ilustración de la Figura 28, para D4-T1, compara un cabezal de acoplamiento de longitud cero con un pistón común. La longitud del elemento 808 (Figura 8) en esta prueba es cero y el único acoplamiento entre el pistón del cigüeñal y la estructura de ocupación fue el centro en forma de cono de aproximadamente 1,27 cm (0,5 pulgadas) de profundidad. En esta disposición, la estructura de ocupación no avanzará y actuará como una estructura de ocupación estacionaria que puede adoptarse para evitar las complicaciones de motores más avanzados. El gráfico todavía muestra un mejor retorno de la energía de trabajo.
La ilustración de la Figura 29 muestra, para D2-T3, en el nuevo diseño, cuando aplicamos presión a una superficie más pequeña del pistón del cigüeñal de trabajo, el área de energía según el gráfico no se desperdicia durante el primer 10 % de la carrera de potencia como en el pistón normal. La distribución más equilibrada de la fuerza a lo largo del tiempo de carrera en el nuevo diseño crea mejores oportunidades para modificar las cantidades de fluido de combustión necesarias para diferentes cargas y mejores formas de ahorrar en diésel o gasolina. Además, el tamaño cambiante de la superficie 802 (Figura 8) nos brinda controles de diseño para complementar los requisitos de distribución de fuerza; cuanto más inferior sea la fuerza inicial, más tendremos disponible posterior durante la carrera de expansión y menor será la vibración del motor.
La ilustración de la Figura 30 muestra que, para D3-Prueba 9, teníamos 1100 N de carga resistente y tomamos prestados 8000 N de fuerza de accionamiento secundaria aplicada a la estructura de ocupación (segundo pistón) a 0,005 segundos de la carrera de expansión. Este tipo de fuerza aplicada proporcionó un aumento de la fuerza de accionamiento y la velocidad del pistón del cigüeñal en aproximadamente el 80 % del potencial de recuperación de la energía, que apareció en el gráfico de fuerza versus velocidad al aumentar la fuerza del pistón del cigüeñal de 1000 a 8000 N.
Con referencia aún a la Figura 30, para D3-T10 teníamos 1100 N de carga resistente y tomamos prestados 2222 N de fuerza de accionamiento secundaria aplicada a la estructura de ocupación (segundo pistón) todo el tiempo durante la carrera de expansión. Este tipo de fuerza aplicada proporcionó una mejora continua del accionamiento del pistón del cigüeñal con más del 70 % del potencial de recuperación de la energía. En esta prueba, la estructura de ocupación y el pistón no se desengranaron durante la carrera de expansión y el pistón tenía una presión mayor y una fuerza de accionamiento mayor hacia el final de la carrera. La fuerza secundaria de 2222 N puede haber sido tomada prestada de la energía de escape recuperada y cuando se aplicó para ayudar al avance de la estructura de ocupación, la mayoría de los 2222 Newtons se tradujeron en aproximadamente 1500 Newtons de fuerza de accionamiento del pistón del cigüeñal.
Este gráfico también muestra que ayudar a las fuerzas de turbocompresor o fuerzas magnéticas de la recuperación del escape puede proporcionar beneficios únicos donde la energía puede gastarse solo cuando es necesario, proporcionando un motor con capacidades mucho mayor sin la necesidad de aumentar el número de cilindros. La ilustración de la Figura 31 muestra, para D3-T10, que el gráfico del accionamiento del pistón del cigüeñal puede ser continuamente positivo y ofrece una mejora para una vibración inferior del motor y un movimiento más uniforme del cigüeñal. La parte final de la carrera de expansión de un pistón todavía puede tener suficiente potencia para aplicarse a una segunda carrera de compresión del pistón en un movimiento mecánico laminar sin impulso.
La ilustración de la Figura 32 muestra la velocidad del pistón, y esa velocidad del pistón del cigüeñal en el cilindro de trabajo convencional es en promedio de aproximadamente 30-40 metros/segundo, mientras que, sin asistencia de fuerza secundaria, la velocidad del pistón del cigüeñal mediante el uso de la estructura de ocupación es de aproximadamente 16 metro/segundo. A partir de estudios de combustión controlada, sabemos que cuanto más rápido se expande el pistón, más rápido y rápido se enfría la mezcla de combustible del cilindro, lo que resulta en una gran disminución en la reacción química (a menudo denominada mezcla congelada), dejando el escape lejos del equilibrio químico. Los niveles mayores de NOx, si se comparan con un diseño de cilindro determinado con velocidad del pistón únicamente variable, son un ejemplo de productos químicos congelados. Aprendimos que el aumento uniforme de la velocidad del pistón provoca una quema incompleta del combustible y malos resultados en las pruebas de contaminación. Por lo tanto, el modelo descrito de realizar la aplicación de una gran fuerza posterior después de la primera mitad de la carrera de expansión, puede dar como resultado un aumento muy grande en la velocidad del pistón; sin embargo, cuando este aumento ocurre después de un período de movimiento lento del pistón y después de un tiempo suficiente de completa quemando, entonces tal aumento en la velocidad del pistón puede no afectar negativamente los objetivos de mejores resultados en la reducción de la contaminación.
Pruebas adicionales muestran que puede lograrse una velocidad de descenso al disminuir el diámetro del cabezal del pistón del cigüeñal (por ejemplo, 802 en la Figura 8) y para que el pistón funcione a la velocidad deseada, el pistón se movía inferior al objetivo sugerido de 16 metros/seg cuando el cabezal de acoplamiento tenía menos de 2,29 cm (0,9 pulgadas) de diámetro.
Con respecto a la contaminación y a las legislaciones, los hidrocarburos (HC) constituyen un problema de contaminación desafiante y tenemos los mejores resultados al reducir su rendimiento en un 550 % mediante el uso de un cilindro equipado con la estructura de ocupación. Legislativamente en materia de contaminación, uno de los contaminantes más importantes es el NOx (N2, NO2, NO). La relación de NO2/óxidos de nitrógeno total NOx en los gases de escape de la mayoría de los vehículos suele ser de entre el 5-10 % y lo óptimo sería superior al 50 %. Los tratamientos de filtrado modernos de los gases de escape incluyen un filtro de etapa inicial destinado a convertir el NO en NO2 y el proceso final sería convertir el NO2 en N2. Contamos con un número de herramientas de diseño para implementar con el fin de aumentar la relación NO2/NOx a las relaciones deseadas y disminuir la masa total de NOx. Con un diseño de la estructura de ocupación del cilindro como se describe, las principales ventajas sobre la contaminación provienen principalmente de la reducción del uso total de combustible y la mejora del kilometraje del desplazamiento por unidad de combustible, lo que da como resultado una disminución en la producción total de calor donde el calor es el factor principal en la producción de contaminación.
En el método descrito para aumentar la presión interna del cilindro y disminuir la dinámica de la velocidad del pistón, tenemos una fracción de masa de hidrocarburos que se reduce en un 550 %. El NO2 tenía una tasa convenientemente mayor, donde creemos que con este método el aumento de NO2 se produjo a expensas del CO en lugar del NO. La producción de NO con el cilindro de la estructura de ocupación fue aproximadamente la misma que los niveles de NO en el cilindro convencional a una velocidad de ciclo inferior a 6000 rpm; sin embargo, disminuyó cuando usamos parcialmente la inyección indirecta, mientras que el N2 convenientemente duplicó el nivel eliminando más fracción de nitrógeno de la forma oxidada perjudicial, que también es un resultado conveniente que refleja una reacción química equilibrada y un proceso que esperamos ver en el sistema descrito.
Cuando se gastan dos energías similares para conducir dos objetos de peso similar a una distancia similar entre dos puntos A y B en condiciones similares, la energía es independiente del tiempo, lo que significa que se gastará la misma energía independientemente de cuánto tiempo lleve realizar tal tarea. Sin embargo, si se cambia la trayectoria y gastamos el doble de energía entre A y B, sabemos que tuvimos que trabajar más y si todas las demás variables permanecen iguales, entonces sabemos que gastar el doble de energía equivale a hacer el mismo trabajo bajo las mismas condiciones (corregidas) para el doble de distancia (y el doble de tiempo).
En el ejemplo del cilindro, usamos una distancia física similar A-B del movimiento del cigüeñal, pero con una estructura de ocupación, cambiamos la presión y la superficie y, de acuerdo con Pascal eso puede ajustarse o corregirse a una fuerza similar y una distancia relativa diferente cuando tal distancia relativa diferente se llama A'-B' y, de acuerdo con D'Limbert, quien explica que una distancia física similar puede calcularse de manera diferente en movimiento relativo y un movimiento relativo diferente entre A y B puede provocar que se gaste una cantidad diferente de energía en base al valor de la distancia del movimiento relativo A'-B' y esa es energía dependiente del tiempo debido a que la distancia coordinada no es la misma.
En un pistón equipado con una estructura de ocupación del espacio, tenemos un movimiento relativo, y la distancia física del cigüeñal se ajustará, no debido a la distancia de su movimiento cambie sino debido a que la trayectoria entre el comienzo y el final de su movimiento cambie en los valores de superficie y presión.
Una forma de mejorar la energía de salida de un pistón es al usarlo como un segundo pistón de una estructura de ocupación que esté en movimiento relativo con el cilindro, que es la materia de esta solicitud. Los gráficos de simulación muestran una mejora efectiva de la energía con potencial para ya sea reducir el requerimiento de combustible para realizar una determinada tarea realizada por un cilindro convencional o al usar un volumen de combustible similar para superar el rendimiento del cilindro convencional mientras se conduce una carga más grande.
Mediante el uso de un volumen de fluido de combustión similar y un pistón del cigüeñal de peso similar, para conducir una carga similar, en un cilindro de diámetro similar, encontramos que la velocidad del pistón del cigüeñal sería inferior aproximadamente a la mitad en un cilindro equipado con la estructura de ocupación, con algunas variables de diseño. Si tratamos de comparar la energía del movimiento del cigüeñal entre un cilindro convencional y uno con una estructura de ocupación que usa un fluido de combustión similar, una carga resistente similar, un diámetro de cilindro similar, para un tiempo de reloj similar y una distancia similar mediante el uso de una ecuación de energía cinética del cuerpo del pistón en movimiento (E=0,5*m*v2) parecería que el movimiento del pistón del cigüeñal en el cilindro con la estructura de ocupación es de menor energía cinética debido a que la velocidad del movimiento del pistón (v) es menor todo el tiempo con (m) y es la misma para la masa del fluido de combustión o la masa del pistón. Pero la lógica dice que tenemos la fuerza de combustión desplegada en un volumen más pequeño dentro del cilindro y se compensará al conducir el pistón y su carga a una distancia física más larga. Los resultados de las pruebas también muestran un área más grande bajo el gráfico de energía de trabajo donde el trabajo significa ([fuerza*distancia]/tiempo).
La conclusión inmediata de esta discrepancia sugerirá que debemos reformar la ecuación de la energía cinética para que sirva para calcular la energía de trabajo en lugar de la energía cinética, donde la velocidad se reemplaza por la aceleración y el tiempo y donde el tiempo incluye el período de trabajo (en lugar de unidad de tiempo) que llamaremos tiempo coordinado.
Energía=0,5*masa*(aceleración*tiempo)2/tiempo=0,5*masa*aceleración2*tiempo. La unidad de medida de la energía de la ecuación se convierte en: Kg*m2/s3 o (kg*m2/s2)/s que es una expresión de la energía gastada por segundo o del trabajo realizado por segundo o incluso de la potencia del trabajo.
Si bien sabemos que la energía de trabajo necesaria para mover una carga similar por una distancia física similar es independiente del tiempo, quedará claro que cuando dicha distancia cambia físicamente o debido a un movimiento relativo, entonces la energía de trabajo depende del tiempo y para desplazarse el doble de la distancia necesitamos duplicar el consumo de tiempo y energía. Para la estructura de ocupación usamos una distancia física similar; sin embargo, para calcular la energía de trabajo de acuerdo con Pascal, podemos ajustar la presión y la superficie a la distancia, y para hacerlo necesitamos construir las coordenadas del movimiento, donde podemos ajustar la fuerza y la aceleración a una referencia similar y entonces la única variable es la distancia, donde el consumo de energía depende de la distancia coordinada relativa del movimiento del cigüeñal y su tiempo del trabajo coordinado.
Debido a que estamos cambiando el volumen interno del cilindro, reemplazaremos el término combustible más con el valor de la fuerza de masa (mf) del pistón en movimiento, que se mide en Kg*m/s como una dimensión de trabajo independiente del tiempo.
Otro ajuste que consideraremos es una aceleración universal para ambos cilindros en comparación con poder crear coordenadas de movimiento comparables y minimizar las variables de tales coordenadas hasta el tiempo (t). Cualquier aceleración podría usarse como referencia universal, sin embargo, la que le resulte familiar al observador humano puede ser la aceleración de la gravedad (g). Para ajustar una aceleración a otra teniendo en cuenta la conservación de la energía podemos decir, para el pistón 1: A-i'T-Fg't-i, y para el pistón 2: A<2>*T<2>=g*t<2>. La ecuación que puede comparar la energía de trabajo del movimiento relativo de dos cilindros es similar a: Energía1=0,5*mf1*g2*t1 y Energía2=0,5*mf2*g2*t2 también podemos medir esta ecuación mediante la coordenada de energía de trabajo donde (mf=z, dimensión independiente del tiempo de la energía de trabajo medida en Kg*m/s), (g=y, aceleración universal medida en m/s2), (t=x, dimensión dependiente del tiempo de la energía de trabajo medida por s).
La ilustración de la Figura 33 muestra las coordenadas de la ecuación E=A * mf*g2*t donde mf = fuerza de masa en z(g) es la referencia de aceleración universal en y coordenada de tiempo universal (t) en x. Para aclarar el concepto de obtener la energía a partir del movimiento relativo sin romper las reglas de conservación de energía, podemos llamar a E = energía térmica del combustible usado para la combustión. Cuando usamos combustible similar en dos pistones diferentes, entonces Ei es para el pistón 1 y E<2>es para el pistón 2. Por lo tanto, E1=E2 y 0,5*mfi*g2*ti = 0,5*mf2*g2*t2
mf<1>*t<1>=mf<2>*t<2>(energía de trabajo independiente del tiempo del pistón 1 * tiempo 1 de trabajo = energía de trabajo independiente del tiempo del pistón 2 * tiempo 2 de trabajo)
Cuando t1 para el cilindro convencional = 4 segundos (donde la velocidad promedio del pistón = 39,2 m/s); t2 del cilindro modificado = 2 segundos (donde la velocidad promedio del pistón = 19,6 m/s). cuando el tiempo 2 es más pequeño, entonces su energía de trabajo asociada mf<2>es más grande y dicha energía de trabajo está disponible independientemente del tiempo.
Cuando la masa se reemplaza por una fuerza de masa, entonces la fuerza de masa de 1 kg se estima en 1 kg -metro/segundo y esta fuerza se llama energía de trabajo por segundo con un valor independiente del tiempo. La energía de trabajo disponible para un pistón convencional (la fuerza de masa que actúa sobre el pistón durante la carrera de expansión, por metro por segundo) es la mitad del valor de la energía de trabajo de la fuerza de masa que actúa sobre el pistón en el cilindro modificado. Obsérvese que la velocidad promedio del pistón en el cilindro modificado como se reivindicó es inferior que la velocidad media del pistón del cilindro convencional (ordinario).
Además, la ilustración de la Figura 33 compara las coordenadas del movimiento entre el cilindro convencional xyz y un cilindro con la estructura de ocupación x'y'z' y con el fin de analizar el movimiento relativo para mejores controles de diseño del sistema, intentamos usar las coordenadas del movimiento relativo en un primer método en base a nuestra comprensión de la relatividad especial donde usaremos referencia del tiempo independiente de cada cilindro (t y t') para las coordenadas y donde no se permiten ajustes de aceleración debido a que todas las aceleraciones se ajustaron a su destino final "C= la velocidad de la luz " lo que resultó en la famosa ecuación (E=m*C2) y donde el tiempo del reloj se convierte en la variable a ajustar de acuerdo con la fórmula de Lorentz para t y t' en un segundo método, mediante el uso de nuestra comprensión de la transformación de Galileo de asignar un tiempo universal para ambas coordenadas. Con X'Y'Z' representando el movimiento con la estructura de ocupación, los pistones de diferente aceleración se ajustan a (g) en lugar de (c) la velocidad de la luz, t<1>y t<2>representan el tiempo ajustado de la velocidad promedio de los pistones del cigüeñal a su valor comparable bajo la aceleración universal de (g), lo que significa que si la velocidad promedio de un pistón es 19,6 m/s, es como t = 2 segundos, que es el lapso de tiempo necesario para un objeto en caída libre alcance 19,6 m/s. XYZ y X'Y'Z' representan las dimensiones de una ecuación de energía relativa sugerida (E=0,5*mf*g2*t) que puede comparar las energías de trabajo de dos movimientos, donde (t) es la aceleración ajustada al tiempo en x, (g) es la aceleración universal en y (en relatividad especial esto sería C), mf es la fuerza (presión *superficie * distancia física/seg) en z. Mediante el uso de un tiempo de movimiento de reloj transcurrido similar, encontramos que mediante el uso de una estructura de ocupación (con una velocidad del pistón medida más lenta) necesitamos un tiempo de coordenadas menor (t) de aceleración para igualar una fuerza de trabajo similar por segundo de un cilindro convencional.
El cálculo del ahorro de energía por el uso de la estructura de ocupación descrita de un pistón en una segunda coordenada x'y'z' de acuerdo con la transformación de Lorentz y el método de la relatividad especial, muestra que los ajustes de tiempo relativos de (t' a t) son infinitamente pequeños debido a la enorme diferencia entre la velocidad de un pistón y la velocidad de la luz.
Mientras se ajusta el tiempo (t<1>y t<2>a t) en referencia a la velocidad del pistón del primer y segundo cilindro en relación con la gravedad (g) de acuerdo con la relatividad Newtoniana; la transformación de Galileo está en correlación con los resultados de la prueba, donde t<1>/t<2>explica la diferencia de áreas bajo el gráfico de la energía de trabajo. La ecuación Energía de trabajo = A *mf*g2*t medido en (Kg*m2/s3) constituye una herramienta de diseño y control necesaria para decidir el tamaño de las superficies y las estructuras de ocupación necesarias para proporcionar un determinado rendimiento.
Los resultados de las pruebas muestran que la relación de ti/t<2>mediante el uso de la relatividad Newtoniana-Galileo refleja ahorros de energía proporcionales a la relación del área bajo la curva de energía de trabajo medida mediante simulación por computadora, mientras que el uso del método de la relatividad especial arrojaba resultados congelados en el tiempo que no reflejaban diferencias de energía independientemente del diseño.
Debe entenderse que cuando la energía de trabajo es mayor bajo el gráfico de un cilindro equipado con la estructura de ocupación, entonces menor tiempo coordenado de aceleración (t<2>) es necesario en x para lograr niveles de energía similares a los de un cilindro convencional comparable y en ese sentido podemos expresar que en movimiento relativo, el ahorro de energía se intercambia con el tiempo de acuerdo con la relatividad Newtoniana y el hecho de que el tiempo es una forma verdadera de energía.
El método y sistema descritos disminuyen los hidrocarburos y el CO en el fluido de escape por medio de la modificación estructural y de presión a nivel del cilindro de un motor al usar una estructura de ocupación del espacio dentro de un cilindro. Además, los requisitos de combustible disminuyen para realizar determinadas tareas de trabajo mecánico por medio de tener el espacio de combustión contenido dentro de un cuerpo móvil que está en movimiento relativo con el cilindro. El sistema y método usan el movimiento relativo para ahorrar energía, donde tal ahorro se realiza a cambio del tiempo de acuerdo con la relatividad Newtoniana y la transformación de Galileo. Los métodos en la presente descripción descritos pueden incluir: 1) un método de motor híbrido que utiliza dos fuentes de fuerza a nivel de cilindro. 2) Un método de trabajo de filtro del fluido de escape a nivel del cilindro al convertir una más grande porción de CO y radicales de hidrocarburos libres en CO2, N2 y NO2 manejables al aumentar la presión interna relativa y disminuir la velocidad del pistón del cigüeñal. 3) un método para reducir las vibraciones al usar una estructura de ocupación como amortiguador. 4) Un método de ahorro de energía por medio del uso de una estructura de ocupación como un segundo marco en una relatividad Newton-Galileo. 5) un método de intercambio y ahorro de energía que depende del tiempo.
Como pueden hacerse muchas modificaciones, variaciones y cambios en detalle a las modalidades preferidas descritas de la invención, se pretende que todas las materias en la descripción anterior y que se muestran en las figuras adjuntos se interpreten como ilustrativos y no en un sentido limitante. Por lo tanto, el alcance de la invención debe determinarse mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de cilindro de motor mecánico, que comprende:
un cilindro (104) que incluye un espacio interno (208);
una estructura de ocupación (202) dispuesta en el espacio interno (208) del cilindro (104); y
un pistón del cigüeñal (204);
en donde el espacio interno (208) del cilindro (104) se modifica por la estructura de ocupación (202) de manera que la presión de combustión aplicada al pistón del cigüeñal (204) se aplica a un área superficial más pequeña (802) del pistón del cigüeñal (204) durante una parte inicial de una carrera de expansión, y a un área superficial más grande (806) del pistón del cigüeñal (204) durante una parte final de la carrera de expansión, y
en donde la estructura de ocupación (202) es una estructura móvil con relación al cilindro (104), y en donde el movimiento de la estructura de ocupación (202) durante la parte final de la carrera de expansión se controla por una o más fuerzas aplicadas por un mecanismo de aplicación de fuerza (702),
caracterizado porque:
la estructura de ocupación (202) comprende una cavidad (804) para definir un espacio de combustión para generar la presión de combustión a aplicar a la estructura de ocupación (202) y al pistón del cigüeñal (204), en donde el espacio de combustión se rodea y ubica dentro de las paredes de la estructura de ocupación (202) y tiene un diámetro más pequeño que el espacio interno (208) del cilindro (104), en donde la estructura de ocupación (202) se configura para avanzar en la dirección del pistón del cigüeñal y retraerse del pistón del cigüeñal, dentro del espacio interno del cilindro,
en donde la estructura de ocupación se configura para moverse inicialmente hacia el pistón del cigüeñal por las fuerzas de combustión generadas dentro del espacio de combustión rodeado por las paredes de la estructura de ocupación, durante la parte inicial de la carrera de expansión, y
en donde la estructura de ocupación se configura para acelerarse en una dirección de retracción, alejándose del pistón del cigüeñal (204), por la presión de combustión entre el pistón del cigüeñal 204 y la estructura de ocupación 202, en la parte final de la carrera de expansión, para absorber una parte de las fuerzas de combustión que de cualquier otra manera se aplicarían al pistón del cigüeñal (204); y el mecanismo de aplicación de fuerza (702) responde a la posición del acelerador por medio de sensores de posición del acelerador de manera que una o más fuerzas aplicadas a la estructura de ocupación (202) dependen de la posición del acelerador.
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema se configura de manera que la combustión se produce dentro de la cavidad (804) de la estructura de ocupación (202) para aplicar la presión de combustión tanto a la estructura de ocupación (202) como al pistón del cigüeñal (204).
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema se configura para ejecutar parcialmente una carrera de compresión durante la carrera de expansión al aplicar una fuerza a la estructura de ocupación (202) a través del mecanismo de aplicación de fuerza.
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema se configura para realizar funciones de admisión, compresión, expansión y escape dentro de dos carreras.
5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el mecanismo de aplicación de fuerza incluye un actuador electromagnético.
6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el mecanismo de aplicación de fuerza incluye un sistema hidráulico.
7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema se configura para suministrar fluido a un lado de admisión de la estructura de ocupación (202) para aumentar la presión del cilindro y la aceleración del motor.
8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema se configura para:
provocar la desaceleración del motor al aplicar una fuerza de retracción a la estructura de ocupación (202); y provocar la aceleración del motor al aplicar una fuerza de avance a la estructura de ocupación (202).
9. Un método para introducir una estructura de ocupación (202) dentro de un sistema de cilindro, el sistema que incluye un cilindro (104) que incluye un espacio interno (208), y el sistema que incluye un pistón del cigüeñal (204), el método que comprende:
modificar el espacio interno (208) de un cilindro (104) mediante el uso de la estructura de ocupación (202) de manera que la presión de combustión aplicada al pistón del cigüeñal (204) se aplique a un área superficial más pequeña del pistón del cigüeñal (204) durante una parte inicial de una carrera de expansión y a un área superficial más grande del pistón del cigüeñal (204) durante una parte final de la carrera de expansión; y ejecutar una acción de aumento de presión dentro de una cavidad (804) de la estructura de ocupación (202) para aplicar la presión de combustión tanto a la estructura de ocupación (202) como al pistón del cigüeñal (204),
en donde un espacio de combustión se rodea y ubica dentro de las paredes de la estructura de ocupación (202) y tiene un diámetro más pequeño que el espacio interno (208) del cilindro (104),
en donde la estructura de ocupación (202) es una estructura móvil con relación al cilindro (104), y en donde el movimiento de la estructura de ocupación (202) se controla por una o más fuerzas aplicadas por un mecanismo de aplicación de fuerza (702);
en donde la estructura de ocupación (202) se configura para avanzar en la dirección del pistón del cigüeñal y retraerse del pistón del cigüeñal, dentro del espacio interno del cilindro,
en donde la estructura de ocupación se configura para moverse inicialmente hacia el pistón del cigüeñal por las fuerzas de combustión generadas dentro del espacio de combustión rodeado por las paredes de la estructura de ocupación, durante la parte inicial de la carrera de expansión, y
en donde la estructura de ocupación se configura para acelerarse en una dirección de retracción, alejándose del pistón del cigüeñal (204), por la presión de combustión entre el pistón del cigüeñal 204 y la estructura de ocupación 202, en la parte final de la carrera de expansión, para absorber una parte de las fuerzas de combustión que de cualquier otra manera se aplicarían al pistón del cigüeñal (204); y
en donde el mecanismo de aplicación de fuerza (702) responde a la posición del acelerador por medio de sensores de posición del acelerador de manera que una o más fuerzas aplicadas a la estructura de ocupación (202) dependen de la posición del acelerador.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4457273A (en) * 1982-04-12 1984-07-03 Andrews William V Conical piston and cylinder head in internal combustion engine
JPS58183835A (ja) * 1982-04-19 1983-10-27 Daihatsu Motor Co Ltd 内燃機関における圧縮比の可変装置
IN185712B (es) * 1991-11-02 2001-04-14 Univ Coventry
US5341771A (en) * 1991-12-03 1994-08-30 Motive Holdings Limited Internal combustion engine with variable combustion chambers and increased expansion cycle
US6487858B2 (en) * 2000-09-27 2002-12-03 Charles H. Cammack Method and apparatus for diminishing the consumption of fuel and converting reciprocal piston motion into rotary motion
DE102008020444A1 (de) * 2008-04-23 2009-10-29 Pötzsch, Holger Brennkraftmaschine
ITMC20100068A1 (it) * 2010-06-15 2010-09-14 Fabio Marchetti Motore termodinamico a combustione esterna.
US8453612B2 (en) * 2010-11-23 2013-06-04 Etagen, Inc. High-efficiency linear combustion engine
US20140165963A1 (en) * 2012-12-13 2014-06-19 J. Michael Langham Hydraulic Engine with One or More of Improved Transmission Control, Valve, and Fuel Injection Features
WO2015149109A1 (en) * 2014-03-29 2015-10-08 Ocampo Paul Jermyn D An engine block and a process for hybrid ignition of an engine
US9719415B2 (en) * 2015-01-15 2017-08-01 Etagen, Inc. Energy storage and conversion in free-piston combustion engines
CN104863706B (zh) * 2015-04-15 2017-11-14 丁健威 一种缸动式二冲程发动机
US9657675B1 (en) * 2016-03-31 2017-05-23 Etagen Inc. Control of piston trajectory in a free-piston combustion engine
US11078792B2 (en) * 2016-06-06 2021-08-03 Regents Of The University Of Minnesota Control signals for free-piston engines
JP2017141836A (ja) 2017-03-07 2017-08-17 後藤　寛 筒内掃気エンジン
KR20200015472A (ko) * 2017-04-07 2020-02-12 노틸러스 엔지니어링 엘엘씨 압축 착화 엔진의 개선된 시스템 및 방법
US10781770B2 (en) * 2017-12-19 2020-09-22 Ibrahim Mounir Hanna Cylinder system with relative motion occupying structure

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