MX2014000120A - Ensamble de eje y horquilla desmodromico para convertir movimiento lineal en totatorio. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un ensamble para convertir movimiento lineal en movimiento rotatorio, y en particular a una relación mejorada entre un elemento linealmente recíproco tal como una estructura de horquilla y pistón asociado, y un eje rotatorio tal como un cigüeñal; la invención se podría utilizar en cualquier aplicación donde el movimiento va a ser convertido de rotatorio a lineal o viceversa, tal como en compresores por ejemplo.

Description

ENSAMBLE DE EJE Y HORQUILLA DESMODROMICO PARA CONVERTIR MOVIMIENTO LINEAL EN ROTATORIO CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un ensamble para convertir movimiento lineal en movimiento rotatorio, y en particular a una relación mejorada entre un elemento linealmente reciproco tal como una estructura de horquilla y pistón asociado, y un eje rotatorio tal como un cigüeñal. La invención podría ser utilizada en cualquier aplicación donde el movimiento vaya a ser convertido de rotatorio a lineal o viceversa, tal como en compresores por ejemplo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION El motor de combustión interna ha estado con nosotros durante muchas décadas y se ha convertido en un diseño más familiar, en donde el pistón reciprocante utiliza varillas de conexión para conectar el pistón a espigas de manivela del cigüeñal para convertir el movimiento reciprocante lineal de los pistones en movimiento rotatorio del cigüeñal.

Para la mayor parte, una varilla de conexión se puede articular en ambos extremos donde se une al pistón y espiga de manivela. Este pistón está conectado a la varilla de conexión a través de una espiga de muñeca que pasa a través del pistón y la varilla de conexión. Para la mayor parte, estos tipos de diseños para dichos motores de combustión interna son conocidos como motores de biela-manivela. No obstante, el tiempo ha comprobado que estos tipos de motores de combustión interna tienen desventajas y limitaciones significativas .

Ha habido un empuje, particularmente ahora que los combustibles fósiles están escaseando y hay un mayor énfasis comunitario para proteger el ambiente por medio de escape que proviene de energía de combustión interna convencional, para mejorar con el motor de biela-manivela convencional.

La horquilla Scotch ha sido utilizada en algunos diseños de motor que buscan utilizar dinámica cíclica sobre los motores de biela-manivela. Para la mayor parte, los motores de horquilla Scotch tradicionales conectan dos pistones horizontalmente opuestos a través de varillas de conexión no articulables a una lanzadera que tiene una ranura la cual acomoda las espigas de manivela de un cigüeñal. Servicios de guía restringen el movimiento de la lanzadera a una trayectoria lineal y la espiga de manivela se desliza dentro de la ranura a medida que el cigüeñal rota a través de su rango, convirtiendo el movimiento del pistón reciprocante lineal en movimiento de cigüeñal rotatorio.

Tal como observará un experto en la técnica, la ranura dentro de la lanzadera debe ser al menos tan ancha como el diámetro de la espiga de manivela y al menos tan largo como el diámetro del desplazamiento de la espiga de manivela. Además, debido a que la varilla de pistón es parte de una placa de pistón o similar que está restringido a movimiento reciprocado lineal, cualquier movimiento del cigüeñal automáticamente verá el pistón extendido o replegado lejos de cualquier posición momentánea, incluyendo la posición de chispeo .

Una tendencia presente en el diseño de motores es incrementar las rpm del motor utilizando la varilla de pistón convencional con una estructura de horquilla Scotch. El uso de horquillas scotch convencionales no siempre es posible para la mayor parte ya que el golpe del pistón es corto y el tiempo disponible para arrastrar aire a la cámara de combustión es muy corto. Esto ocasiona que la combustión sea menor que la relación ideal de 15 a 1 aire/combustible para el combustible que a su vez, deja que combustible sin quemar sea expulsado hacia la atmósfera como un contaminante. Con el combustible sin quemar agotado se va energía desperdiciada que debiera haber sido convertida en energía para impulsar el pistón.

Lo que efectivamente está sucediendo en ambos motores de biela-manivela actualmente disponibles así como en los diseños basados en horquilla Scotch es que hay un acoplamiento ineficiente entre la varilla de pistón y el cigüeñal. En motores de Conrad, se puede lograr una mayor torsión a ángulos específicos de la manivela incrementando la longitud del golpe, es decir, la altura de la varilla de conexión y, por lo tanto, la altura del motor. Esto sin embargo no es práctico en muchas aplicaciones y hay varias desventajas asociadas.

El destinatario experto observaría que una horquilla de Scotch transmite su fuerza a una ubicación de línea central de una espiga de manivela (una manivela convencional) a un ángulo de manivela de 90° para su máxima torsión. Por lo tanto, el desplazamiento lineal de una horquilla de Scotch siempre es consistente, ya sea que haya sido modificada o no para intervalo, y su máximo apalancamiento siempre es 90°. El cigüeñal típicamente tiene un elemento deslizante/rodante asociado con el mismo que se desliza/rueda sobre la horquilla en la rotación completa de 360 grados del cigüeñal. Por lo tanto, las horquillas de Scotch tienen una aplicación muy limitada .

La presente invención ha reconocido la necesidad de un medio mejorado para convertir movimiento lineal en rotatorio, y viceversa, y en aplicaciones de motor de combustión, una relación mejorada entre la horquilla y la manivela, y la horquilla y el pistón, asegurando que la torsión se eleve al máximo a una fuerza mucho mayor gue por ejemplo una horquilla de Scotch.

La Solicitud de Patente Internacional No. PCT/AU2011/000398, propiedad del presente Solicitante e incorporada por referencia aqui, proporciona un ejemplo de un acoplamiento tipo horquilla de levas que supera parte de los problemas antes mencionados al proporcionar un modo de operación que es intercambiable entre un modo de manivela y un modo de levas en una revolución del cigüeñal para lograr un apalancamiento incrementado (presión transferida a un mayor punto de apalancamiento) y un tiempo de permanencia de pistón para combustión mejorada. Esa invención involucró el uso de un elemento de cojinete o rueda rotatorio alrededor de un extremo de un brazo de manivela asociado con el ciéguenla, y acoplable con una superficie interior de una estructura de horquilla linealmente móvil con la cual está asociado el pistón. La superficie interior incluye una porción de soporte que sirve para interrumpir momentáneamente la transformación del movimiento lineal del pistón en movimiento rotatorio de la manivela, el cojinete entonces experimentando un cambio de función de un modo de manivela a un modo de leva.

La solicitud internacional previa del solicitante entonces propone un ensamble gue mejora la combustión e introduce un efecto de apalancamiento para incrementar la torsión máxima a una fuerza mucho mayor que una horquilla de Scotch convencional, mientras que la técnica propia del Solicitante sirve a su propósito y proporciona una ventaja única sobre ensambles convencionales de este tipo, la presente invención busca proporcionar un ensamble mejorado adicional corrigiendo problemas tales como, pero no limitado a lo siguiente: - que el apalancamiento no sea completamente elevado al máximo; - que al eficiencia de la combustión y energía no sea óptima ; - que el diseño y configuración del componente sea tal que el ensamble involucre un número grande de partes y no se preste a una fabricación simplificada; - que el diseño y configuración del componente sea tal que el ensamble no se pueda ajusfar fácilmente para apalancamiento/permanencia a fin de adecuarse a diferentes aplicaciones; y - que haya problemas de vibración/ruido derivados del uso de múltiples componentes y por la carga significativa que se apoya contra un solo elemento de rodillo.

Por lo tanto un objetivo de la presente invención es superar al menos algunos de los problemas antes mencionados o proporcionar al público una alternativa útil.

Se entenderá desde un inicio que cualquier referencia a un "efecto de leva" aquí no debiera ser interpretado como siendo el mismo fenómeno que el "modo de leva" del cojinete antes mencionado en la solicitud de patente de la técnica anterior del Solicitante.

Objetivos y ventajas adicionales de esta invención serán aparentes a partir de una lectura completa de la siquiente especificación .

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a una relación mejorada entre un eje rotatorio y un elemento linealmente reciproco de manera que el movimiento lineal del eje tiene como resultado que una energía máxima sea transferida al eje para rotación del mismo. Aunque la invención aquí incorporada se refiere a motores de combustión interna, se entenderá que la invención se iqual manera se podría aplicar bien a cualquier aplicación que involucre la conversión de movimiento lineal en rotatorio o viceversa.

Debiera ser aparente a partir de la lectura de esta especificación que el ensamble permite un mayor apalancamiento que la horquilla de Scotch o los tipos de motor Conrad ya que la interacción entre la manivela y el pistón, en parte, está relacionada con las levas. La presente invención proporciona un mecanismo de movimiento lineal que es rígido, lo que significa que el movimiento del pistón es lineal e integral con el movimiento de la estructura de horquilla, y que puede transformar energía a un mayor punto de apalancamiento que los motores convencionales a la misma longitud de golpe. Como resultado, se puede establecer un efecto de apalancamiento y se eleva al máximo la presión transferida a la manivela.

Por consiguiente, en una forma de la invención, aunque ésta no necesita ser la única ni tampoco la forma más amplia de la invención, se proporciona un ensamble para convertir movimiento lineal de un elemento linealmente móvil en movimiento rotatorio de un eje rotatorio, dicho ensamble se caracteriza por: una estructura de horquilla asociada con dicho elemento linealmente móvil, dicha estructura de horquilla incluyendo una superficie interior; un medio de apalancamiento asociado con el eje rotatorio, el medio de apalancamiento incluyendo al menos una superficie curvada adaptada para contactar la superficie interior de la estructura de horquilla, la superficie del medio de apalancamiento y la superficie interior de la estructura de horquilla están dimensionadas de manera que, durante al menos un periodo de cada revolución del eje, una fuerza de contacto constante es transferida desde el elemento linealmente móvil al eje en un movimiento basculante entre las dos superficies.

Es este movimiento basculante o "efecto de leva", en oposición al deslizamiento o rodamiento, entre los dos componentes a través de un rango particular de ángulos que distingue al ensamble de los ensambles tipo horquilla de Scotch convencionales y que es el resultado de una interacción mejorada entre estos componentes y un rango de torsión mucho mayor.

De preferencia, hay dos puntos de contacto entre dichos medios de apalancamiento y la superficie de la estructura de horquilla sustancialmente en todo momento durante la rotación del eje.

De preferencia, dicha fuerza de contacto constante es transferida entre una superficie curvada de los medios .de apalancamiento y una superficie lineal de la superficie interior de la estructura de horquilla.

Por lo tanto, el ensamble de la invención incorpora un eje rotatorio que se puede acoplar con una superficie interior de una estructura de horquilla, el eje incluyendo lo que se refiere aqui como un medio de apalancamiento incluyendo un borde periférico exterior adaptado para contactar la superficie interior de una estructura de horquilla a lo largo de al menos dos superficies curvadas asociadas con el medio de apalancamiento en cualquier momento durante la rotación del eje. Los componentes están dimensionados de manera que durante al menos un rango de ángulos, hay una interacción de "movimiento basculante" entre una superficie curvada de los medios de apalancamiento y la superficie interior de la horquilla (análogo al movimiento de un caballito de balancín que se balancea con el piso) el cual de manera importante provoca que una fuerza de contacto constante sea transferida desde la estructura de horquilla al eje. Este efecto se denomina aquí como un "efecto de leva".

En una forma de la invención, el medio de apalancamiento incluye lo que se refiere aquí como un "elemento de rodillo de leva" y un elemento rodante más grande asociado, en donde el elemento de rodillo de leva incluye una superficie curvada adaptada para contactar una superficie lineal interior de la estructura de horquilla, dicha interacción provoca dicho "efecto de leva" durante al menos un rango de ángulos de rotación de eje, el elemento rodante más grande incluye una superficie curvada que está adaptada para contactar una superficie interior redondeada de la estructura de horquilla colocada junto a dicha superficie lineal.

En una forma adicional de la invención, el medio de apalancamiento incluye un "elemento de rodillo de leva" que tiene un borde periférico exterior adaptado para contactar una superficie interior de la estructura de horquilla a lo largo de dos superficies curvadas del elemento de rodillo de leva sustancialmente en todo momento durante la rotación del eje, dicha interacción provoca dicho "efecto de leva" durante al menos un rango de los ángulos de rotación de eje.

De preferencia, el elemento de rodillo de leva y la superficie interior de la estructura de horquilla están dimensionados de manera que dicho "efecto de leva" ocurre en una rotación del eje de entre al menos 90 y 180 grados.

De preferencia, el elemento de rodillo de leva y la superficie interior de la estructura de horquilla están dimensionados de manera que el eje rota entre 0 y 90 grados sin que dicho movimiento rotatorio sea convertido en un movimiento rectilíneo de la estructura de horquilla. Por lo tanto, cuando se aplica a un motor de combustión, la presente invención mejora la eficiencia de la combustión al introducir también un tiempo de permanencia en el punto muerto superior.

De preferencia, el elemento de rodillo de leva y la superficie interior de la estructura de horquilla están dimensionados de manera que el eje rota entre 180 y 270 grados sin que dicho movimiento rotatorio sea convertido en un movimiento rectilíneo de la estructura de horquilla. Por lo tanto, cuando se aplica a un motor de combustión, la presente invención mejora la eficiencia de la combustión al introducir también un tiempo de permanencia en el punto muerto inferior.

De preferencia, dicho elemento de rodillo de leva incluye al menos un borde semi-circular que tiene un punto central que define una linea central a través del elemento, y dos bordes de cuarto de circulo debajo de la linea central que tiene puntos centrales colocados a lo largo de dicha linea central en cualquier lado del punto central de borde semi-circular, el elemento está asociado con el eje de manera que el punto central del eje se extiende a lo largo del mismo eje que uno de los puntos centrales de cuarto de circulo.

El ensamble se puede ajustar para apalancamiento ajusfando, por un porcentaje igual, el radio de cada uno del cuarto de circulo y semi-circulo asociados con el elemento de rodillo de leva. Además, el golpe del elemento linealmente móvil también se puede ajusfar ajusfando la distancia entre el punto central del eje y el punto central del cuarto de circulo distal.

En una modalidad preferida adicional de la invención, el eje es un eje desmodrómico que incluye un elemento rodante que rota alrededor del punto central de la superficie curvada asociada con el elemento de rodillo de leva que contacta dicha superficie interior de la estructura de horquilla durante dicho "efecto de leva", el elemento rodante es de igual radio a dicha superficie curvada, dicha superficie curvada incluyendo una punta cortada para permitir que dicho elemento rodante contacte dicha estructura de horquilla cuando dicha punto de otra manera habría hecho contacto con dicha superficie interior. El uso de un elemento rodante o anti-fricción es particularmente importante en una rotación del eje entre 0 y 90 grados para reducir la vibración que de otra manera ocurriría entre las superficies en contacto.

El "efecto de leva" de contacto constante entonces transfiere la fuerza del pistón desde la estructura de horquilla al cigüeñal sin "deslizarse" como las horquillas scotch convencionales pero en un movimiento basculante a través de un rango de ángulos de rotación. Esto permite un rango de torsión mucho mayor que cualquier motor diseñado con horquilla de scotch/convencional . Al utilizar un elemento de rodillo de leva y estructura de horquilla aquí incorporados, los aspectos de apalancamiento y permanencia de la invención pueden ser modificados para adecuarse a los requerimientos de un fabricante tal como resultará aparente.

La presente invención es una mejora sobre el ensamble divulgado en la solicitud internacional mencionada en el preámbulo en el hecho de que los medios de interacción, referidos aquí como los medios de apalancamiento, incluyen o comprenden un elemento de rodillo de leva que interactúa a lo largo de su perímetro con una superficie interior de la estructura de horquilla. Resultará aparente que un ensamble que incorpora dicho medio de apalancamiento corrige al menos algunos de los problemas identificados en el preámbulo de la invención .

De preferencia,' el ensamble es un motor de combustión interna, en donde dicho elemento linealmente móvil es un ensamble de horquilla que tiene al menos un pistón asociado con el mismo, y dicho eje rotatorio es un cigüeñal. Convenientemente, dicho eje es un cigüeñal desmodrómico .

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Los dibujos acompañantes, los cuales se incorporan en esta especificación y forman parte de la misma, ilustran varias implementaciones de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar las ventajas y principios de la invención. En los dibujos: La figura 1 ilustra una vista de perfil de extremo de un ensamble de manivela incluyendo un medio de apalancamiento construido dentro del cigüeñal de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención; La figura 2 ilustra una vista en perspectiva de un ensamble de horquilla lineal incluyendo un ensamble de manivela que incorpora el medio de apalancamiento de la figura 1 con dos estructuras de horquilla de un solo pistón; La figura 3 ilustra una vista parcialmente despiezada de la figura 2; La figura 4 ilustra una representación esquemática de la traslación relevante del movimiento entre el ensamble de manivela y las estructuras de horquilla mostradas en las figuras 2-3, en donde la rotación completa del cigüeñal entre 0o y 360° es reconocida con respecto al desplazamiento de la estructura de horquilla trasladada para esa rotación correspondiente; La figura 5 ilustra una vista de perfil de extremo de un ensamble de manivela incluyendo un medio de apalancamiento construido en el cigüeñal de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención; La figura 6 ilustra una dimensión interior de una estructura de horquilla que puede ser acoplada por el medio de apalancamiento de la figura 5; La figura 7 ilustra una representación esquemática de la traslación relevante del movimiento entre el ensamble de manivela y el medio de apalancamiento de la figura 5 y la estructura de horquilla de la figura 6 en donde la rotación completa del cigüeñal entre 0° y 360° es reconocida con respecto al desplazamiento de la estructura de horquilla trasladada para esa rotación correspondiente; La figura 8 ilustra una vista en perspectiva de un ensamble de manivela incluyendo un medio de apalancamiento utilizando un elemento rodante interno de acuerdo con una tercera modalidad preferida de la presente invención; La figura 9 ilustra una vista en perspectiva de un ensamble de horquilla lineal incluyendo un ensamble de manivela con dos medios de apalancamiento de la figura 8 y estructuras de horquilla de un solo pistón correspondientes; y La figura 10 ilustra una vista en perspectiva agrandada del ensamble de manivela y medios de apalancamiento mostrados en las figuras 8-9.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La siguiente descripción detallada de la invención se refiere a los dibujos acompañantes. Aunque la descripción incluye modalidades ejemplares, son posibles otras modalidades, y se pueden realizar cambios a las modalidades descritas sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Siempre que sea posible, se utilizarán los mismos números de referencia en las modalidades y la siguiente descripción para hacer referencia a las mismas partes así como a partes similares.

La presente invención se refiere al ensamble 10, el cual puede formar parte de un motor de combustión interna (que no se muestra), incluyendo un cigüeñal 12, un medio de apalancamiento 14 asociado con o integrado en el cigüeñal, y al menos un ensamble de horquilla lineal 16 incluyendo una estructura de horquilla 18 con la cual interactúa el medio de apalancamiento para convertir el movimiento lineal de un pistón 20, por ejemplo, asociado con la estructura de horquilla en movimiento rotatorio de la manivela o, en términos amplios, el eje 12.

Se apreciará, a partir de una visualizacion de la figura 2, que la presente invención puede ser utilizada como un ensamble translatorio en un motor de combustión interna. El medio de apalancamiento 14 y el ensamble de horquilla lineal 16 actúan para convertir de manera eficiente el movimiento rectilíneo del pistón móvil en un movimiento rotatorio hacia arriba contra el cigüeñal 12 cuando se aplica a un ambiente de motor de combustión interna. Aunque no se muestra, elementos guia pueden ser incluidos para ayudar al movimiento deslizante lineal de la horquilla de pistón. En una modalidad preferida, los pistones están configurados para no tener fricción, es decir, que no entren en contacto con los costados del cilindro.

El ensamble mostrado en las figuras 2 y 3 demuestra la manera en que dos o más ensambles de horquilla están adaptados para quedar colocados lado a lado a lo largo del cigüeñal y operativamente acoplados de manera que cuando un pistón está en TDC, el pistón adyacente está en BDC, y viceversa. El cigüeñal 12 que se extiende a través de las horquillas se puede dividir en secciones modulares que se pueden separar y una pluralidad de éstas se pueden conectar para acumular ensambles de horquilla lineales adicionales y de esta manera la capacidad del cilindro del motor según se requiera.

En cada modalidad aquí descrita, el medio de apalancamiento 14 está comprendido de, o al menos incluyen, al menos un elemento de rodillo de leva 22 que es rotatorio con el cigüeñal 12 y está configurado de manera que al menos una superficie curvada del mismo contacta con una superficie interior asociada con la estructura de horquilla lineal 18 durante la rotación. Esto asegura el contacto total entre la manivela y la horquilla sustancialmente en todo momento durante el ciclo de combustión, y crea el "efecto de leva" previamente descrito.

Resultará aparente que el uso de dicho elemento de rodillo de leva 22 proporciona un medio simplificado para modificar el ensamble a fin de que se adecué a diferentes requerimientos/aplicaciones. A través del uso del elemento 22 y una estructura de horquilla apropiadamente modificada 18 con la cual hace contacto, el ensamble 10 se puede configurar para permanencia sencilla o doble, de manera que también puede volverse óptima la eficiencia de la combustión. El elemento también es fácil de fabricar y no es complejo ya que no involucra un gran número de partes móviles individuales o cojinetes que soportan cargas pesadas.

Los números de referencia utilizados para indicar el ensamble 10, el medio de apalancamiento 14, el ensamble de horquilla 16 y la estructura de horquilla 18 se distinguen entre cada una de las tres modalidades aqui descritas utilizando las letras de referencia a, b y c. Por ejemplo, el ensamble de la primera modalidad tiene la referencia 10a, mientras que el medio de apalancamiento de la segunda modalidad tiene la referencia 14b, y asi sucesivamente. Se debiera observar que por simplicidad, algunos componentes tales como las cámaras de cilindro reales a las cuales se extenderían los pistones respectivos y se retractarían en su interior han sido retirados de manera que los aspectos importantes e inventivos de esta invención se puedan analizar de manera más clara.

Las figuras 1-4 ilustran una primera modalidad de la presente invención que es un ensamble 10a configurado para una sola permanencia de 0 a 90 grados de rotación del cigüeñal 12, el ensamble incluyendo un medio de apalancamiento 14a que tiene dos elementos de rodillo de leva 22 construidos en el cigüeñal 12 e interactuando con la estructura de horquilla 18a de manera que la fuerza es llevada desde la horquilla para rotar la manivela.

En particular, el medio de apalancamiento 14a incluye dos elementos de rodillo de leva 22 paralelos y lateralmente separados que incluyen superficies curvadas adaptadas para contactar superficies interiores respectivas 24 de la estructura de horquilla 18a, las superficies 24 siendo superficies interiores de la estructura de horquilla ubicada en la "base" del ensamble de horquilla 16a, es decir, en el extremo opuesto del pistón 20. El medio de apalancamiento 14a además incluye un elemento rodante de diámetro grande o cojinete 26 de la estructura de horquilla. Colocado dentro del elemento rodante de diámetro más grande 26 está un cojinete de diámetro más pequeño 30 a través del cual se extienden el cigüeñal 12 y una espiga de conexión 32 que conecta los dos elementos de rodillo de leva 22. El destinatario experto observaría que cuando rota el cigüeñal 12, rota el cojinete de diámetro más pequeño 30, junto con el cigüeñal, dentro del elemento rodante de diámetro más grande 26, tal como lo hacen los dos elementos de rodillo de leva 22 y la espiga 32 que conecta los dos elementos.

La figura 1 muestra otro cojinete de diámetro más pequeño todavía montado alrededor de la espiga de conexión 32, pero que no se muestra en las figuras 2-4. Para el propósito de mantener las tres modalidades distintas unas de otras, este cojinete adicional, aunque se muestra en la figura 1 como un componente opcional, éste no se describirá hasta después en esta especificación con referencia particular a la modalidad de eje desmodrómico preferida mostrada en las figuras 8-10.

La superficie interior curvada 28 de la estructura de horquilla es proporcionada por un inserto en forma sustancialmente de J 34 cuyo borde curvado forma un borde adyacente a las superficies interiores respectivas 24. El inserto 34 de preferencia está hecho de acero para muelles para quitar la tensión del cojinete más grande 26. Las superficies interiores 24 son proporcionadas por varillas lineales 36 que forman la "base" de la estructura de horquilla .

El medio de apalancamiento 14a, el cual incluye los elementos de rodillo de leva 22 y el elemento rodante 26, y las superficies interiores de la estructura de horquilla 18a están configurados para asegurar que hay al menos un tiempo de permanencia de pistón para cada rotación de la manivela, y que hay un efecto de leva durante al menos un periodo de la rotación. Esto se logra en la modalidad mostrada a través del uso de un elemento de rodillo de leva 22 que tiene una estructura rígida incluyendo una línea central con tres puntos centrales 38, 40 y 42 colocados a lo largo de la misma, donde cada punto central define el centro del radio de tres superficies exteriores curvadas del elemento 22. Esto probablemente se puede observar mejor en la figura 5 que se refiere a la segunda modalidad de la invención pero que es directamente comparable con el elemento de rodillo de leva de esta primera modalidad..

El primer punto central 38 es el centro del radio de una primera superficie curvada 44 que forma un cuarto de círculo en una esquina base del elemento 22. El segundo punto central 40 es el centro del radio de una segunda superficie curvada 46 que forma un segundo cuarto de círculo en la esquina base opuesta del elemento. El tercer punto central 42 es el centro del radio de una tercera superficie curvada 48 que forma un semi-círculo y la porción superior completa del elemento 22 por encima de la línea central. La primera y segunda superficies 44 y 46 son cuartos de círculo de igual radio, de preferencia la mitad del radio de la superficie de semicírculo 48, y de preferencia están unidas por una cuarta superficie exterior lineal 50.

Se puede apreciar, a partir de una visualización de la figura 4, que en todo momento durante la rotación de la manivela, un punto a lo largo de una de las tres superficies curvas de cada elemento de rodillo de leva 22, asi como una superficie del elemento rodante de diámetro grande 26, está haciendo contacto con una de las superficies interiores de la estructura de horquilla 18. En particular, el elemento rodante 26 contacta la superficie 28 del inserto en forma de J 34, mientras que una de las superficies curvadas de cada elemento de rodillo de leva 22 contacta la superficie 24 de las varillas 36 de la estructura de horquilla. Por lo tanto hay dos puntos de contacto 38 en cada "arco" de los medios de apalancamiento . Los puntos de contacto de horquilla mostrados en la figura 1 corresponden a una rotación del cigüeñal de 90°. Al tener un doble contacto, el ensamble es mucho más robusto y equilibrado que los ensambles hasta ahora conocidos de este tipo y hay mucha menos probabilidad de vibración.

En esta primera modalidad, las superficies interiores de la estructura de horquilla están configuradas para una permanencia entre 0 y 90 grados de rotación de la manivela. Durante al menos un periodo de este tiempo de permanencia, el cojinete exterior 26 rueda sobre el inserto en forma de J hasta que se establece el "efecto de leva" entre el elemento de rodillo de leva 22 y la superficie de horquilla 24, en particular, entre la superficie curvada 46 del elemento 22 y la superficie lineal 24. El efecto de leva tiene como resultado una fuerza de contacto constante que es aplicada desde la estructura de horquilla al cigüeñal a través de al menos ángulos de rotación de eje de 90 a 180 grados. El apalancamiento entonces se obtiene gracias a la forma alargada del elemento de rodillo de leva y es proporcional a la distancia entre el punto central de la manivela 38 y el segundo punto central 40. Una ventaja de la presente invención cuando se utiliza en un ambiente de motor de combustión es que la disminución en la presión de la combustión que ocurre a medida que el pistón se desplaza es contrarrestada por el incremento en el apalancamiento.

La distancia entre el primer y segundo puntos centrales 38 y 40 de cada elemento de rodillo de leva 22 define la longitud del golpe del pistón. El destinatario experto entonces observaría la facilidad con la cual se puede modificar el ensamble 10a de la presente invención para adecuarlo a diferentes aplicaciones que requieren diferentes rangos de torsión. Uno solamente necesita incrementar el radio de cada una de las superficies de cuarto de círculo 44 y 46, y después el radio de la superficie de semi-círculo 48 para compensar la longitud incrementada del elemento, a fin de incrementar la capacidad de la torsión. Debido a que la distancia entre los puntos centrales 38 y 40 sigue siendo la misma, la longitud del golpe permanece igual, lo que significa que el ensamble puede ser modificado para diferentes rangos de torsión sin la necesidad de modificar el golpe y, por lo tanto, la altura del motor o ensamble. De manera similar, si uno desea ajusfar el golpe, la distancia entre los puntos centrales 38 y 40 fácilmente se puede ajusfar. El destinatario experto observaría que cualquier ajuste del elemento de rodillo de leva requeriría un re-dimensionamiento comparable de la superficie interior de la estructura de horquilla.

En resumen, el ensamble 10a permite una sola permanencia de los pistones de 0 a 90 grados de rotación del cigüeñal, y después la transferencia de una fuerza de contacto constante desde la estructura de horquilla lineal al medio de apalancamiento sin deslizamiento, tal como un arreglo tipo horquilla Scotch convencional, pero más bien en un movimiento basculante que, tal como se mencionó en el preámbulo, puede ser considerado análogo al movimiento del caballito de balancín que "bascula" por ejemplo. Es entonces este "efecto de leva" el que permite un rango de torsión mucho más grande que cualquier motor diseñado con horquilla de scotch o convencional. El resto del desplazamiento del pistón después de 90 grados comprende el movimiento desde el punto muerto superior al punto muerto inferior de 90 grados a 180 grados, y desde el punto muerto inferior al punto muerto superior de 180 grados a 360 grados.

El uso del medio de apalancamiento, específicamente el elemento de rodillo de leva 22 y su interacción con la estructura de horquilla, proporciona ventajas sobre la técnica anterior incluyendo una reducción en el número total de partes, la fabricación y ensamble simplificados ya que el elemento de apalancamiento es un solo elemento rígido, y la capacidad de ajuste completo ya que ligeras variaciones en el diseño de los medios de apalancamiento tendrán como resultado un cambio en el apalancamiento y tiempos de permanencia para cumplir con los requerimientos de cualquier aplicación.

Las figuras 5-6 ilustran un cigüeñal 12 con un medio de apalancamiento 14b incluyendo el elemento de rodillo de leva 22, y una estructura de horquilla 18b configurada de acuerdo con una segunda modalidad de la invención. Los componentes están dimensionados de manera que el borde periférico exterior del elemento de rodillo 22, antes descrito, contacta un borde periférico interior 54 de la estructura de horquilla 18b, como se muestra en la figura 7, en todo momento durante el ciclo de combustión. Resulta evidente que los puntos de contacto 55 están en ubicaciones similares que los puntos de contacto 38 de la primera modalidad a un ángulo de manivela de 90 grados.

El ensamble 10b de esta segunda modalidad proporciona menos componentes que la primera modalidad ya que la superficie interior de la estructura de horquilla 18b reemplaza la necesidad de un elemento rodante externo, solamente con un elemento de rodillo de leva 22 requerido para acoplar la superficie interior. Además, esta configuración introduce una doble permanencia del pistón por cada revolución de la manivela tal como se describirá con más detalle a continuación.

El borde periférico interior 54 de la horquilla está dimensionado para asegurar que se mantenga el contacto entre una de las superficies 44 y 46 del elemento de rodillo de leva 22 con el borde de horquilla interior 54, y además, la superficie 48 con el borde 54. En la modalidad mostrada, el borde de horquilla interior 54 incluye dos superficies paralelas 56 y 58 que están separadas por una distancia que corresponde con la longitud del elemento de rodillo de leva 22, como se muestra en la posición TDC de la figura 7, y dos bordes redondeados 60 y 62 de radios equivalentes medidos desde el centro del cigüeñal cuando están colocados a 90° y 270° respectivamente. Los bordes redondeados adicionales 64 mostrados no son esenciales pero están dimensionados como tal para simplificar la fabricación de las horquillas. El elemento de rodillo de leva 22 funciona de la misma manera que se describió previamente con el "efecto de leva" siendo establecido a una rotación de la manivela de 90 grados, cuando la superficie curvada 46 contacta la superficie lineal 58 de la estructura de horquilla.

Algunos radios específicos son proporcionados en las figuras 5 y 6, no obstante se entenderá que la presente invención no pretende quedar limitada a algún radio de borde interior de horquilla o rodillo de leva. Tal como se describió antes, estas dimensiones están destinadas a ser completamente ajustables al momento de la configuración de apalancamiento y permanencia que se requiere para adecuarse a una aplicación particular.

Por lo tanto, aunque el pistón 20 permanece una vez más en una rotación de manivela de 0 a 90 grados, el resto del desplazamiento es diferente a aquél de la primera modalidad ya que su desplazamiento después de 90 grados comprende el movimiento desde el punto muerto superior al punto muerto inferior de 90 grados a 180 grados, un segundo tiempo de permanencia de 180 a 270 grados de rotación de la manivela, y del punto muerto inferior de regreso al punto muerto superior de 270 a 360 grados.

Volviendo ahora a la figura 8 y una forma preferida de la invención, se muestra un medio de apalancamiento 14c que forma parte del ensamble 10c que se muestra en la figura 9, el medio de apalancamiento 14c incluyendo un perfil similar de elemento de rodillo de leva y estructura de horquilla como se muestra en la segunda modalidad pero incluyendo un canal ahuecado 70 entre el cual está montado de manera rotatoria un rodillo interno 72. El rodillo es rotatorio alrededor de una espiga 73. Un eje incluyendo un rodillo de leva configurado como tal e incluyendo un rodillo interno 72 aquí se refiere como un cigüeñal desmodrómico.

Las figuras 9-10 ilustran el medio de apalancamiento 14c en uso con un ensamble de horquilla lineal 16c y se debiera apreciar que la estructura de horquilla es esencialmente la misma que aquella analizada- con respecto a la segunda modalidad pero con una superficie interior configurada de manera ligeramente diferente. Se entenderá que la superficie interior incluso incluye los bordes redondeados principales de la segunda modalidad 60 y 62, asi como superficies paralelas 56 y 58, pero cuyos bordes adicionales 64 tienen radios diferentes. Por lo tanto, esta tercera modalidad proporciona un ejemplo de cómo la dimensión interior de la estructura de horquilla puede ser alterada (por ejemplo, para simplificar la manufactura) sin necesariamente alterar el funcionamiento de la invención.

Una diferencia notable adicional en esta tercera modalidad es la porción cortada 74 en la punta del elemento de rodillo de leva en el cruce entre las superficies 46 y 48. El punto plano 74 permite el contacto entre el rodillo 70 y el borde periférico interior 54 de la horquilla en momentos en que la punta del elemento 14c, es decir, el cruce entre las superficies 46 y 48, de otra manera habría contactado la superficie interior de la horquilla, por ejemplo, durante el periodo de permanencia de 0 a 90 grados. El rodillo 70 entonces sirve para reducir la fricción y vibración entre estas superficies en tiempos apropiados a través de la rotación de 360 grados de la manivela.

En consideración de los dibujos y la descripción anterior, un experto en la técnica debiera apreciar la manera en que funciona el ensamble 10 de la invención y proporciona diversas ventajas sobre los ensambles hasta ahora conocidos que convierten el movimiento lineal en rotatorio y viceversa. Cuando se aplica a un motor de combustión interna, donde el elemento linealmente móvil es una estructura de pistón de horquilla y el eje rotatorio es un cigüeñal, el destinatario experto entendería que, a través del uso del ensamble de la invención, cada cilindro del motor tendría un pistón en su posición más superior en el punto de encendido por un periodo de tiempo en lugar de simplemente un punto de tiempo de manera que el pistón puede permanecer en esa posición más superior para asegurar que todo el combustible de hidrocarburo en la entrada de aire/combustible sea quemado en lugar de dejar que combustible sin quemar sea expulsado. En una forma adicional de la invención, el ensamble también se puede configurar para doble permanencia donde hay un segundo tiempo de permanencia en la posición más baja del pistón.

Por lo tanto, como mejor se aprecia en la figura 7, mientras el cigüeñal continúa su rotación entre 0o - 90°, el pistón por si mismo no se ha movido de su posición más superior lo que significa que, debido a que se deja que el pistón permanezca en su posición más superior por un momento de tiempo, a pesar del hecho de que el cigüeñal ha continuado su rotación, significa que este tiempo adicional permite el quemado completo del combustible de hidrocarburo. De manera similar, en las últimas modalidades, aunque el cigüeñal continúa su rotación entre 180° - 270°, el pistón no se ha movido de su posición más inferior lo que significa que puede ocurrir una salida de gases más eficiente del cilindro. Esto se logra por medio de perfiles de acoplamiento entre el ensamble de rodillo de leva y la estructura de horquilla.

Esta capacidad para crear un tiempo de permanencia para el pistón es solo un beneficio de la presente invención. La configuración del elemento de rodillo de leva 22 y su interacción con la estructura de horquilla 18 tiene como resultado que el apalancamiento se eleve al máximo, para que la permanencia y apalancamiento sean completamente ajustables mediante el simple ajuste de las dimensiones de estos componentes, y en una forma preferida de la invención utilizando un elemento rodante que reduce la fricción y la vibración.

Ventajas y mejoras adicionales pueden ser hechas a la presente invención sin apartarse de su alcance. Aunque la invención se ha mostrado y descrito en lo que se concibe como la modalidad más práctica y preferida, se reconoce que se pueden realizar apartamientos dentro del alcance y espíritu de la invención, lo cual no se limitará a los detalles aquí divulgados sino que se le acordará el alcance completo de las reivindicaciones para abarcar cualquiera y todos los dispositivos y aparatos equivalentes.

En las reivindicaciones, excepto donde el contexto lo requiera de otra manera debido al lenguaje expreso o la implicación necesaria, la palabra "comprendiendo" se utiliza en el sentido de "incluyendo", es decir, las características especificadas pueden estar asociadas con características adicionales en diversas modalidades de la invención.

Claims (14)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un ensamble para convertir movimiento lineal de un elemento linealmente móvil que es móvil entre una posición de un punto muerto superior y un punto muerto inferior a lo largo de un primer eje en movimiento rotatorio de un eje rotatorio que rota alrededor de un segundo eje que se extiende sustancialmente en forma perpendicular a dicho primer eje, dicho ensamble se caracteriza por: una estructura de horquilla asociada con dicho elemento linealmente móvil, dicha estructura de horquilla incluyendo una superficie interior con al menos una superficie curvada interior que tiene un radio definido por dicho segundo eje; un medio de apalancamiento asociado y rotatorio con el eje rotatorio alrededor de dicho segundo eje, un borde periférico exterior de dicho medio de apalancamiento incluyendo al menos una superficie de contacto curvada que tiene un radio definido por un tercer eje extendiéndose paralelo con dicho segundo eje pero colocado a una distancia de separación de ahí, dicho borde periférico exterior adaptado para acoplamiento con la superficie interior de la estructura de horquilla, dicho acoplamiento está relacionado con la manivela a través de al menos un primer rango de ángulos de rotación de eje durante los cuales el movimiento de extensión y retracción del elemento linealmente móvil se convierte en movimiento de rotación del eje, y relacionado con levas a través de al menos un segundo rango de ángulos de rotación de eje durante el cual la posición del elemento linealmente móvil permanece en una posición extendida o replegada, y en donde dichas superficies curvadas están dimensionadas de manera que dicho acoplamiento está relacionado con levas desde el inicio de cada revolución de eje a una rotación de eje de 90 grados para ocasionar una permanencia de dicho elemento linealmente móvil en el punto muerto superior y está relacionado con la manivela entre 90 y 180 grados de rotación del eje tal como dentro de al menos un rango de ángulos entre 90 y 180 grados, dicha superficie interior curvada de estructura de horquilla contacta dicha superficie de contacto curvada a lo largo de un cuarto eje que se extiende paralelo con dicho primer eje pero está colocado por una distancia separada de dicho segundo eje, dicha distancia es mayor que la distancia separada entre el segundo y tercer ejes.

2.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho ensamble es un solo ensamble de permanencia de manera que el acoplamiento relacionado con las levas está limitado a ángulos de rotación de eje entre 0 y 90 grados .

3. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho medio de apalancamiento incluye un elemento rodante que incluye dicho borde periférico que tiene al menos una superficie de contacto curvada para acoplamiento con dicha superficie curvada interior de la estructura de horquilla, y un elemento de rodillo de leva incluyendo un borde periférico exterior adaptado para contactar una superficie lineal de la estructura de horquilla para asi proporcionar un segundo punto de contacto, dicha superficie lineal está axialmente colocada desde dicha superficie curvada interior de manera que dicho elemento rodante y dicho elemento de rodillo de leva están asociados y son rotatorios con dicho eje en un arreglo lado a lado.

4. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho superficie lineal de la estructura de horquilla forma parte del armazón de la estructura de horquilla y dicha superficie curvada interior está formada por un inserto sustancialmente en forma de J alojado dentro de dicho armazón.

5. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho ensamble es un ensamble de doble permanencia de manera que el acoplamiento relacionado con levas ocurre en los ángulos de rotación de eje entre 0 y 90 grados y 180 y 270 grados.

6.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque dicho medio de apalancamiento es un elemento de rodillo de leva cuyo borde periférico exterior incluye al menos dicha superficie de contacto curvada para acoplamiento con dicha superficie curvada interior de la estructura de horquilla.

7.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque al menos dicha superficie de contacto curvada es un borde semicircular de dicho elemento de rodillo de leva.

8. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque dicho elemento de rodillo de leva incluye al menos una segunda superficie de contacto curvada y dicha superficie interior de la estructura de horquilla incluye al menos una superficie lineal, en donde dicha segunda superficie de contacto curvada está adaptada para contactar dicha superficie lineal para asi proporcionar un segundo punto de contacto.

9.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque al menos dicha segunda superficie de contacto curvada es un borde de cuarto de círculo cuyo eje central está colocado a lo largo de una linea base de dicho borde semicircular.

10.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque al menos dicha segunda superficie de contacto curvada incluye un borde de cuarto de circulo cuyo eje central está colocado a lo largo de dicha linea base de dicho borde semicircular y está alineado con dicho segundo eje del eje rotatorio.

11.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque dichos bordes de cuarto de circulo están unidos por un borde lineal.

12. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque al menos dicha segunda superficie de contacto curvada es un borde de cuarto de circulo que está cortado para exponer un elemento rodante alojado sustancialmente dentro del elemento de rodillo de leva de manera que solamente un punto de contacto del elemento rodante se extiende desde la huella del elemento de rodillo de leva, un eje central del elemento rodante está colocado a lo largo de una linea base de dicho borde semicircular.

13. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque al menos dicha superficie de contacto curvada incluye un borde de cuarto de circulo adicional cuyo eje central está colocado a lo largo de dicha linea base de dicho borde semicircular y está alineado con dicho segundo eje del eje rotatorio.

14.- El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho ensamble es un motor de combustión interna y dicho elemento linealmente móvil incluye al menos un pistón y dicho eje rotatorio es un cigüeñal.