MXPA06014336A

MXPA06014336A - Motor de combustion interna de pistones opuestos y dos ciclos mejorado.

Info

Publication number: MXPA06014336A
Application number: MXPA06014336A
Authority: MX
Inventors: James U Lemke; William B Mchargue; Patrick R Lee; Michael H Wahl
Original assignee: Achates Power Llc
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2007-02-19
Also published as: JP2008502849A; EP1781914B1; EP1781914A1; US20100012055A1; US20110094223A1; KR20070057084A; US7156056B2; US7546819B2; RU2375594C2; US20090293820A1; ATE526496T1; US8276552B2; RU2006143207A; US8286596B2; CN1985082A; US20070245892A1; JP4987714B2; US20070039572A1; US8281755B2; CA2568196A1

Abstract

En un motor de combustion interna de pistones opuestos y dos ciclos, pistones opuestos colocados en un cilindro son acoplados a un par de ciguenales montados a los lados por varillas conectoras que son sujetas a fuerzas sustancialmente tensas que actuan entre los pistones y los ciguenales, Esta geometria reduce o elimina fuerzas laterales entre los pistones y el orifico del cilindro. El cilindro y los pistones son enfriados independientemente para reducir la deformacion cilindrica causada por la expansion termica durante la operacion del motor.

Description

MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA DE PISTONES OPUESTOS Y DOS CICLOS MEJORADO SOLICITUDES RELACIONADAS Esta es una continuación en parte de la solicitud de patente co-pendiente de E. U.A. No. 10/865,707, presentada el 06/1 0/2004 para "Motor de Combustión Interna de Pistones Opuestos y Dos Ciclos", cuya materia se incorpora en la presente a manera de referencia en su totalidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un motor de combustión interna. Más particularmente, la invención se refiere a un motor de pistones opuestos y de dos ciclos. El motor de pistones opuestos fue inventado por Hugo Junkers alrededor de finales del siglo diecinueve. La configuración básica de Junker, mostrada en la figura 1 , usa dos pistones P l y P2 dispuestos corona con corona en un cilindro C común que tiene puertos de entrada y escape I y E, cerca de un punto muerto inferior de cada pistón, los pistones sirviendo como las válvulas de los puertos. Los puentes B soportan el tránsito de los anillos del pistón más allá de los puertos I y E. El motor tiene dos cigüeñales C l y C2, uno dispuesto en cada extremo del cilindro. Los cigüeñales, los cuales giran en la misma dirección, están unidos por varillas R l y R2 a pistones respectivos. Muñequillas o muñones W l y W2 unen las varillas a los pistones. Los cigüeñales son engranados j untos para controlar el faseo de los puertos y proporcionar salida de motor. Típicamente, un supercargador turbo es impulsado desde el puerto de escape, y su compresor asociado se usa para depurar los ci lindros y dejar una carga fresca de aire en cada revolución del motor. Las ventaj as del motor de pistones opuestos de Junker sobre los motores tradicionales de dos ciclos y cuatro ciclos incluyen una depuración superior, cantidad de partes reducida y confiabilidad incrementada, alta eficiencia térmica y alta densidad de potencia. En 1936, los motores para avión Jumo de Junker, los motores a diesel más exitosos hasta ese entonces, eran capaces de lograr una densidad de potencia que no ha sido igualada por ningún motor a diesel desde entonces. De acuerdo con C. F. Taylor (The Internal-Combustion Engine in Theory and Practice: Volumen II, edición revisada; MIT Press, Cambridge, Mass. , 1985): "El ahora obsoleto motor a diesel para aviones de Junker aún tiene el récord de salida específica de motores a diesel en servicio real (volumen 1 , figuras 13 - 1 1 )".

No obstante, el diseño básico de Junker contiene un número de deficiencias. El motor es alto, con su altura abarcando las longitudes de cuatro pistones y al menos los diámetros de dos cigüeñales, uno en cada extremo de los cilindros. Un gran tren de engranajes típicamente con cinco engranajes se requiere para acoplar las salidas de los dos cigüeñales a un impulsor de salida. Cada pistón está conectado a un cigüeñal con una varilla que se extiende desde el interior del pistón. Como una consecuencia, las varillas son masivas para recibir las altas fuerzas compresivas entre los pistones y cigüeñales. Estas fuerzas compresivas, acopladas con el movimiento oscilatorio de las muñequillas o muñones y el calentamiento de los pistones, causan una falla prematura de los muñones que conectan las varillas a los pistones. La fuerza compresiva ejercida en cada pistón por su varilla conectora a un ángulo hacia el eje del pistón produce una fuerza radialmente dirigida (una fuerza lateral) entre el pistón y el orificio del cilindro. Esta fuerza lateral incrementa la fricción pistón/cilindro, lo cual eleva la temperatura del pistón limitando de esta manera la presión efectiva media de frenado (BMEP, un indicador de la potencia del motor) que puede lograrse por el motor. Un cigüeñal está conectado sólo a los pistones laterales de escape, y el otro sólo a los pistones laterales de entrada. En el motor Jumo los pistones laterales de escape compensan 70% del par de torsión, y el cigüeñal lateral de escape soporta la carga de par de torsión más pesada. La combinación del desequilibrio en el par de torsión, la amplia separación de los cigüeñales y la longitud del tren de engranajes que acopla los cigüeñales produce efectos de resonancia torsional (vibración) en el tren de engranajes. Un bloque de motor masivo se requiere para restringir las fuerzas altamente repulsivas ejercidas por los pistones en los cigüeñales durante la combustión, las cuales literalmente intentan despedazar el motor.

Una mejora propuesta para el motor de pistones opuestos básico, descrita en la patente británica 558, 1 15 de Bird, es ubicar los cigüeñales atrás de los cilindros de tal manera que sus ejes de rotación descansen en un plano que interseque los cilindros y sea normal a los ejes de los orificios del cilindro. Estos cigüeñales montados lateralmente están más cerca unos de otros que en los motores Jumo, y son acoplados por un tren de engranajes más corto. Los pistones y cigüeñales están conectados por varillas que se extienden desde cada pistón a lo largo de los lados de los cilindros, a ángulos agudos hacia los lados de los cilindros, hasta cada uno de los cigüeñales. En esta disposición, las varillas están principalmente bajo fuerza de tensión, lo cual elimina las fuerzas repulsivas en los cigüeñales y produce una reducción de peso sustancial toda vez que se requiere de una estructura de varilla menos masiva para una varilla localizada con una fuerza principalmente de tensión que para una varilla bajo una carga principalmente compresiva de la misma magnitud. Los muñones que conectan las varillas a los pistones están dispuestos fuera de los pistones sobre carros montados en los faldones exteriores de los pistones. El motor propuesto por Bird tiene un equilibrio torsional ocasionado al conectar cada pistón a ambos cigüeñales. Este equilibrio, la proximidad de los cigüeñales y la longitud reducida det tren de engranajes producen una adecuada estabilidad torsional. Para equi librar las fuerzas dinámicas del motor, cada pistón está conectado por medio de un conjunto de varillas a un cigüeñal y por medio de otro conj unto de varillas a otro cigüeñal. Este equilibrio de la carga elimina esencialmente las fuerzas laterales que de otra manera operarían entre los pistones y los orificios internos de los cilindros. El perfil del motor también es reducido al volver a colocar los cigüeñales hacia los lados de los cilindros, y el tren de engranajes más corto requiere de menos engranaj es (cuatro) que el motor Jumo. Sin embargo, incluso con estas mejoras, un número de problemas evitan que el motor propuesto por Bird alcance su potencial completo para la simplificación y relación potencia a peso ("PWR", la cual se mide en caballos de fuerza (746 julios) por libra (0.453 kg), hp/lb).

La PWR favorable de los motores de pistón opuesto en comparación con otros motores de dos y cuatro ciclos resulta principalmente de los diseños simples de estos motores que eliminan cabezas de cilindros, trenes de válvulas y otras partes. Sin embargo, reducir sólo el peso tiene únicamente una capacidad limitada de impulsar PWR toda vez que a cualquier peso, cualquier incremento en BMEP para incrementar la potencia es confinado por la capacidad limitada de los motores para enfriar los cilindros y pistones.

El calor sustancial en la cámara de combustión es absorbido por los pistones y cilindros. De hecho, la corona de un pistón es uno de los puntos más calientes en un motor de encendido por compresión de pistones opuestos y dos ciclos. El calor excesivo ocasionará que la corona se expanda, lo cual puede llevar a una ruptura del pistón. El pistón debe ser enfriado para mitigar esta amenaza. En todos los motores de alto rendimiento, los pistones son enfriados principalmente por anillos montados en las superficies exteriores de los pistones, cerca de sus coronas. Los anillos de un pistón hacen contacto con el orificio del cilindro y conducen el calor del pistón al cilindro, y a través del mismo hasta un refrigerante que fluye a través de una camisa de enfriamiento, o por aletas de enfriamiento en el ensamble del cilindro del motor. Se requiere un contacto íntimo entre los anillos y el orificio del cilindro para enfriar al pistón de manera efectiva. Sin embargo, los anillos del pistón deben ser ligeramente cargados en motores de puestos con dos ciclos para de esta manera sobrevivir al tránsito sobre los puentes de los puertos del cilindro, en donde ocurren tensiones muy complejas. Por lo tanto, los anillos son limitados en su capacidad para enfriar los pistones, lo cual presenta una limitante en la temperatura máxima de la cámara de combustión que puede lograrse antes de que ocurra una falla del motor. Se conoce aplicar un lubricante líquido a una superficie interior de un pistón para de esta manera enfriar el pistón, pero la presencia de estructura en el interior del pistón para recibir una o más muñequillas o muñones generalmente limita la superficie disponible para el enfriamiento y los medios mediante los cuales el lubricante líquido puede ser aplicado.

Los motores de pistones opuestos anteriores incluyen un bloque de motor en el cual cilindros y coj inetes de motor son fundidos en una unidad pasiva grande que sirve como el elemento estructural y arquitectónico principal del motor. Aunque el desequilibrio en el par de torsión rectificado del motor de Bird, eliminaba la mayoría de las fuerzas compresivas en las varillas, y eliminaba las fuerzas laterales en el orificio del cilindro, aún usaba el bloque del motor como el elemento estructural primario. Es decir, el bloque de motor proporcionaba soporte para los cilindros y cojinetes del motor, múltiples para puertos de cilindros y camisas de enfriamiento para los cilindros. Las tensiones térmicas y mecánicas transmitidas a través del bloque del motor ocasionaban una distorsión radial no uniforme de los cilindros, requiriendo de anillos de pistón para ayudar a mantener el sello pistón/cilindro.

Es claro que un incremento en la potencia de un motor en un motor de pistones opuestos y dos ciclos puede lograrse con la eliminación o al menos la reducción sustancial de las tensiones térmicas y mecánicas que ocasionan una distorsión radial no uniforme del cilindro y con la eliminación o al menos reducción sustancial de la distorsión térmica de las coronas del pistón.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Una BMEP incrementada se logra en un motor de pistones opuestos y dos ciclos con cigüeñales montados a los lados al enfriamiento que es tanto efectivo como diseñado y por la remoción de las tensiones mecánicas provenientes del cilindro.

Un enfriamiento efectivo limita las temperaturas máximas del cilindro y pistones al conducir tanto calor como sea posible lej os de estos elementos durante la operación del motor. El enfriamiento diseñado a la medida elimina o por lo menos reduce significativamente una distorsión no uniforme del cilindro y la expansión de las coronas del pistón que de otra manera podrían ser causadas por el calentamiento de estos elementos durante la operación del motor. En un aspecto, el cilindro puede ser enfriado por una corriente de refrigerante líquido dirigida a través de grupos de ranuras sobre una superficie externa del cilindro. En otro aspecto, cada pistón puede ser enfriado mediante la aplicación de uno o más chorros de refrigerante líquido dirigidos a una superficie posterior de la corona del pistón.

Las tensiones mecánicas radialmente no uniformes en el cilindro son eliminadas o al menos reducidas significativamente al liberar al cilindro de elementos arquitectónicos o estructurales pasivos del motor, tales como un bloque de motor. En un aspecto, el cilindro puede ser soportado en el motor principalmente por estructuras de pistón y líneas de combustible y refrigerante.

Todas juntas, estas mejoras mantienen un espacio de cilindro a pistón uniforme y cercano que hace posible un sello hermético entre el cilindro y los pistones, evitando al mismo tiempo el contacto entre los pistones y la superficie interior del cilindro.

Mejoras adicionales en la operación del motor pueden lograrse al permitir cierta cooperación entre los cilindros y pistones durante la operación del motor. Los pistones pueden ser montados en el motor con un grado de flexibilidad que haga posible que los pistones conserven la alineación con el cilindro durante la operación del motor.

Estas mejoras, y otras mejoras y ventajas descritas en la siguiente descripción, proporcionan un motor de pistones opuestos y dos ciclos muy simple capaz de un incremento sustancial en BMEP, y con peso reducido, dando como resultado un motor con el potencial de lograr una PWR mucho más alta que aquella lograda por los motores de la técnica anterior comparables del mismo tamaño y velocidad.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos descritos abajo intentan ilustrar principios y ejemplos descritos en la siguiente descripción detallada. No necesariamente están a escala.

La figura 1 es una ilustración parcialmente esquemática de una porción de un motor a diesel de pistones opuestos de la técnica anterior.

Las figuras 2A y 2B son vistas seccionales laterales de un cilindro con pistones opuestos acoplados por varillas de conexión cargadas con tensión a dos cigüeñales en una primera modalidad de un motor de combustión interna de pistones opuestos. La figura 2A muestra los pistones en un punto muerto interior o superior. La figura 2B muestra los pistones en un punto muerto exterior o inferior.

Las figuras 3A-3F son ilustraciones seccionales esquemáticas del cilindro y pistones de las figuras 2A y 2B que ilustran un ciclo completo de todos los pistones.

La figura 4 es una gráfica que muestra el faseo relativo de los dos pistones opuestos de las figuras 3A-3F.

La figura 5A es una vista seccional lateral del cilindro con pistones opuestos de las figuras 2A y 2B girados 90° sobre su ej e. La figura 5 B es la misma vista del cilindro en la figura 5A que muestra una modalidad alternativa para enfriar el cilindro.

Las figuras 6A y 6B son vistas en perspectiva laterales que muestran etapas de ensamblaje cada vez más completas de un mecanismo de cilindro individual para el motor de pistones opuestos de la primera modalidad.

Las figuras 7A-7C son vistas en perspectiva de un módulo de motor de pistones opuestos de un solo cilindro para el ensamble de motor de pistones opuestos de la primera modalidad, que muestra detalles de ensamblaje en etapas cada vez más completas del ensamble. La figura 7D es una vista extrema del módulo de motor de pistones opuestos y un solo cilindro que muestra una caja de engranajes abierta con un engranaje parcialmente abierto.

Las figuras 8A-8C son vistas en perspectiva de una implementación de varios cilindros del módulo de motor de pistones opuestos de la primera modalidad que muestra detalles de ensamblaje en etapas de ensamblaje cada vez más completas.

La figura 9A es un diagrama esquemático de un sistema de suministro para un motor de pistones opuestos que proporciona refrigerante líquido al motor. La figura 9B es un diagrama esquemático de un sistema de suministro de combustible refrigerante combinado para un motor de pistones opuestos. La figura 9C es un diagrama esquemático de otro sistema de suministro para un motor de pistones opuestos que proporciona refrigerante líquido al motor.

La figura 10 es un diagrama esquemático de flujo de gas en un motor de pistones opuestos.

Las figuras 1 1 A- 1 1 D ilustran la estructura de un cilindro que puede usarse en una segunda modalidad de un motor de combustión interna de pistones opuestos.

La figura 12 es un flujo de calor de cilindro promediado en tiempo de modelación de curva en una dirección axial durante la operación del motor de pistones opuestos.

Las figuras 13A- 13E ilustran la estructura de un pistón que puede usarse en el motor de la segunda modalidad.

La figura 14A es una vista lateral del motor de la segunda modalidad que muestra un cilindro con pistones opuestos en el cual los pistones están acoplados por varillas conectoras cargadas con tensión principalmente a dos cigüeñales, con la vista parcialmente abierta para mostrar una estructura de enfriamiento de pistón de acuerdo con las figuras 1 3 A- 1 3 E.

La figura 14B es una vista lateral parcialmente seccional del motor de la segunda modalidad, que muestra un cilindro con pistones opuestos en el cual los pistones son acoplados por varillas conectoras cargadas con tensión principalmente a dos cigüeñales, con la vista parcialmente cortada para mostrar una estructura de enfriamiento de pistón alternativa.

Las figuras 15A- 1 5E son vistas en perspectiva de una implementación de varios cilindros del motor de la segunda modalidad, que muestran detalles de ensamblaje en varias etapas de ensamblaje.

La figura 16A es un diagrama esquemático de un sistema de suministro que puede usarse para controlar la aplicación de refrigerante líquido a un cilindro y pistones opuestos del motor de la segunda modalidad.

La figura 16B es un diagrama esquemático de un sistema de suministro modificado que puede usarse para controlar la aplicación de refrigerante líquido a un cilindro y pistones opuestos del motor de la segunda modalidad.

Las figuras 17A- 1 7F ilustran aplicaciones del motor de pistones opuestos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Una primera modalidad de motor Los componentes de una primera modalidad de un motor de pistones opuestos se ilustran en las figuras 2A y 2B. Estas figuras muestran un cilindro 10 con pistones opuestos 12 y 14 dispuestos en el mismo. Los pistones 12 y 14 se mueven coaxialmente en el cilindro 10 en movimientos opuestos, hacia y lejos uno del otro. La figura 2A ilustra los pistones 12 y 14 en el punto muerto superior (o interior) en donde están en el pico de sus carreras de compresión, cerca del momento de encendido. La figura 2B ilustra a los pistones cerca del punto muerto inferior (o exterior), en donde están al final de sus carreras de expansión o potencia. Estas posiciones y posiciones intermedias se describirán a continuación en más detalle.

La siguiente explicación asume un motor de encendido por compresión por motivos de ilustración y ejemplo únicamente. Los expertos en la técnica se darán cuenta de que los elementos, módulos y ensambles descritos también pueden ser adaptados para un motor de encendido por chispa.

Como se muestra en las figuras 2A y 2B, el cilindro 10 es un tubo con los pistones opuestos 12 y 14 dispuestos en éste para un movimiento opuesto recíproco hacia y lejos uno del otro y el centro del cilindro 10. Los pistones 12 y 14 están acoplados a primero y segundo cigüeñales giratorios levógiramente montados 30 y 32 los cuales, a su vez, están acoplados a una salida común (no mostrada en estas figuras).

Los pistones 12 y 14 son miembros cilindricos huecos con extremos axiales cerrados 12a y 14a que concluyen en coronas 12d y 14d, extremos axiales abiertos 12o y 14o, y faldones 12s y 14s que se extienden desde los extremos axiales abiertos 12o y 14o hasta las coronas 12d y 14d. Carros 16 y 1 8, en forma de estructuras anulares abiertas, están montados a los extremos axiales abiertos 12o y 14o de los pistones 12 y 14, respectivamente. Cada uno de los carros 16, 1 8 conecta extremos de una pluralidad de varillas conectoras al pistón respectivo sobre el cual están montadas. La perspectiva de estas figuras ilustra sólo dos varillas conectoras para cada pistón, y se debe entender que una o más varillas conectoras adicionales no son visibles. Las varillas conectoras 20a y 20b están conectadas al carro 16 cerca del extremo abierto del pistón 12, mientras que las varillas conectoras 22a y 22b están conectadas al carro 1 8 cerca del extremo abierto del pistón 14. Debido a que los carros 16 y 1 8 proporcionan una unión entre los pistones 12 y 14 y sus varillas respectivas, los pistones carecen de muñones internos. La estructura abierta resultante de los carros y los pistones permite que distribuidores de refrigerante 24 y 26 se extiendan axialmente dentro de los pistones 12 y 14 desde los extremos abiertos 12o y 14o para ser apuntados a las coronas y faldones internos de los pistones 12 y 14, respectivamente.

Los dos cigüeñales montados lateralmente 30 y 32 están dispuestos con sus ejes paralelos uno al otro y descansando en un plano común que intersecta el cilindro 10 en o cerca de su centro longitudinal y que es perpendicular al eje del cilindro. Los cigüeñales giran en direcciones opuestas. Las varillas conectoras 20a, 20b y 22a, 22b están conectadas a cigüeñas en los cigüeñales 30 y 32. Cada varilla conectora está dispuesta para formar un ángulo agudo con respecto a los ejes (y los lados) del cilindro 10 y los pistones 12 y 14. Las varillas conectoras están unidas a los carros 16 y 18 por medio de coj inetes de agujas 36, y a las cigüeñas por medio de cojinetes de rodillos 38. Al moverse cada pistón a través del ciclo operativo del motor, los extremos de las varillas conectoras acoplados al carro del pistón oscilan a través de una trayectoria angular, y no hay una revolución completa entre los extremos y los elementos del carro al cual están acoplados. Cojinetes de aguj as con rodillos de diámetro suficientemente pequeño producen al menos una rotación completa de los rodillos durante cada oscilación, reduciendo de esta manera la asimetría de desgaste y extendiendo la vida del coj inete.

La relación geométrica entre las varillas conectoras, carros y cigüeñales en las figuras 2A y 2B mantiene a las varillas conectoras principalmente bajo tensión al moverse los pistones 1 2 y 14 en el cilindro 10, con un nivel limitado de tensión compresora resultando de las fuerzas de inercia de los pistones a altas velocidades del motor. Esta geometría reduce o elimina sustancialmente las fuerzas laterales entre los pistones y el orificio del cilindro. En las figuras 2A y 2B, se muestran detalles adicionales y características del cilindro 1 0 y los pistones 12 y 14. El cilindro 10 incluye un puerto de entrada 46 a través del cual aire, a presión, fluye dentro del cilindro 10. El cilindro tiene también un puerto de escape 48 a través del cual fluyen los productos de combustión fuera del cilindro 10. Gracias a sus ubicaciones con respecto a estos puertos, los pistones 12 y 14 pueden ser referidos respectivamente como los pistones de "escape" y "entrada", y los extremos del cilindro 1 0 pueden nombrarse similarmente. Una configuración preferida pero por ningún motivo la única posible para los puertos 46 y 48 se describe a continuación. Las operaciones de los puertos de escape y entrada se modulan por el movimiento de los pistones durante la operación del motor. Al menos un sitio de inyección (no mostrado en este dibujo) controlado por uno o más inyectores de combustible (descritos abajo) admite combustible del ci lindro 10.

Como lo establecerán las siguientes ilustraciones y descripción, la relación entre la longitud del pistón, la longitud del cilindro y la longitud agregada al orificio del ci lindro por los múltiples del cilindro, acoplada con la diferencia de fases entre los pistones mientras viajan en sus posiciones de punto muerto inferior, modulan las operaciones del puerto y lo secuencian correctamente con eventos de pistón. A este respecto, los puertos de entrada y escape 46 y 48 son desplazados axialmente del centro longitudinal del cilindro, cerca de sus extremos. Los pistones pueden tener la misma longitud. Cada pistón 12 y 1 4 mantiene al puerto 46 ó 48 asociado del cil indro 10 cerrado hasta que se acerque a su posición de punto muerto inferior. El descentrado de fases entre las posiciones de punto muerto inferior produce una secuencia en la cual el puerto de escape se abre cuando el pistón de escape se mueve cerca de su posición de punto muerto inferior, entonces el puerto de entrada se abre cuando el pistón de entrada se mueve cerca de su posición de punto muerto inferior, después de lo cual el puerto de escape se cierra luego de que el pistón de escape se mueve lejos de su posición de punto muerto inferior, y después el puerto de entrada se cierra luego de que el pistón de entrada se mueve lejos de su posición de punto muerto inferior.

Las figuras 3A-3F son representaciones esquemáticas del cilindro 10 y pistones 12 y 14 de las figuras 2A y 2B, que ilustran un ciclo de operación representativo ("ciclo operacional"). En este ej emplo, con los pistones en el punto muerto superior, las varillas opuestas sobre cada lado del cilindro forman un ángulo de aproximadamente 120° como el mostrado en la figura 3A. Esta geometría es simplemente con el propósito de explicar un ciclo operacional; no se intenta que excluya otras geometrías posibles con otros ciclos operativos. Por motivos de conveniencia, un ciclo operacional puede medirse giratoriamente, iniciando un ángulo de cigüeñal de 0° cuando los pistones están en el punto muerto superior como se muestra en la figura 3A y concluyendo a 360°. Con referencia a la figura 3A, el término "punto muerto superior" se usa para referirse al punto en el cual los extremos cerrados 12a y 14a de los pistones 12 y 14 están más cerca uno del otro y a los cigüeñales y el aire es comprimido más altamente en el espacio del cilindro 42 entre los extremos. Ésta es la parte superior de la carrera de compresión de ambos pistones. Usando una medida conveniente, el punto muerto superior ocurre a 0° del ciclo de operación. Además, con referencia a las figuras 3C y 3E, el término "punto muerto inferior" se refiere a los puntos en los cuales los extremos cerrados 12a y 14a de los pistones 12 y 14 están más lejos de los cigüeñales 30 y 32. El punto muerto inferior para el pistón 12 ocurre justo antes de 180° del ciclo de operación. El punto muerto inferior para el pistón 14 ocurre j usto después de 1 80° del ciclo de operación.

Un ciclo operacional de ignición por compresión y dos carreras se explica ahora con referencia a las figuras 3A-3 F. Esta explicación intenta ser ilustrativa, y usa 360° para medir un ciclo completo. Los efectos de acciones de ciclos son referenciados a puntos específicos en el ciclo de 360° con el entendimiento de que para geometrías diferentes, mientras que la secuencia de eventos y acciones será la misma, los puntos en los cuales ocurran el en ciclo de 360° serán diferentes de aquellos en esta explicación.

En referencia ahora a la figura 3 A, antes del punto de referencia de 0° en el ciclo operacional cuando los pistones 12 y 14 estarán en el punto muerto superior, se inyecta inicialmente combustible en el cilindro a través de por lo menos un sitio de inyección. El combustible puede continuar siendo inyectado después de que inicie la combustión. El combustible se mezcla con aire comprimido y la mezcla se enciende entre los extremos cerrados 12a y 14a, impulsando los pistones aparte en una carrera de potencia, para impulsar los cigüeñales 30 y 32 a girar en direcciones opuestas. Los pistones 12 y 14 mantienen los puertos de entrada y escape 46 y 48 cerrados durante la carrera de potencia, bloqueando la entrada de aire del puerto de entrada y escape para que salga del puerto de escape. En la figura 3 B, a 90° en el ciclo operacional, los pistones 12 y 14, cerca de la mitad a través de sus carreras de potencia, continúan viajando fuera del cilindro 1 0. Los puertos de entrada y escape 46 y 48 aún están cerrados. En la figura 3C, a 167° en el ciclo operacional, el extremo cerrado 12a del pistón 12 se ha movido lo suficientemente lejos fuera del cilindro 10 como para abrir el puerto de escape 48, mientras que el puerto de entrada 46 aún está cerrado. Los productos de combustión empiezan ahora a fluir fuera del puerto de escape 48. Esta porción del ciclo es referida como el soplado descendente. En la figura 3D, a 1 80° en el ciclo operacional, los puertos de entrada y escape 46 y 48 están abiertos y aire presurizado fluye dentro del cilindro 10 a través del puerto de entrada 46, mientras que el escape producido por la combustión fluye fuera del puerto de escape 48. Ocurre ahora la depuración al ser desplazados los gases de combustión residuales con aire presurizado. En la figura 13 , a 193° el puerto de escape 48 es cerrado por el pistón 12, mientras que el puerto de entrada 46 aún está abierto debido al desplazamiento de fases descrito arriba y es explicado en más detalle abajo. La carga de aire continúa siendo forzada en el cilindro 10 a través del puerto de entrada 46 hasta que ese puerto sea cerrado, después de lo cual comienza la carrera de compresión. A 270° en el ciclo operacional, mostrado en la figura 3F, los pistones 12 y 14 están casi a la mitad a través de su carrera de compresión, y tanto los puertos de entrada como de salida 46 y 48 están cerrados. Los pistones 12 y 14 se mueven de nuevo hacia sus posiciones de punto muerto superior, y el ciclo es repetido continuamente siempre y cuando funcione el motor.

La figura 4 es una gráfica que muestra las fases de los pistones 1 2 y 14 durante el ciclo operacional representativo recién descrito. La fase del pistón puede medirse ya sea en el cigüeñal referenciado hacia el punto muerto superior de cada pistón. En la figura 4, el eje AA representa la distancia de la corona de un pistón desde su posición de punto muerto superior, y el eje BB representa la fase. La posición del pistón 12 es indicada por la línea 50, mientras que la del pistón 14 es indicada por la línea 52. En el punto muerto superior 60, ambos pistones están en fase y los pistones cerrados 12a y 14a son igualmente distantes del centro longitudinal del cilindro 10. Al proceder el ciclo operativo, el pistón 12 se adelante cada vez más en fase hasta que alcanza su punto muerto central inferior 61 , justo antes de 1 80° en el ciclo operativo, indicado por 62. Después del punto de 1 80°, el pistón 14 pasa a través de su punto central muerto inferior 63 y empieza a mantenerse j unto con el pistón 12 hasta que los dos pistones nuevamente estén en fase a 360° en el ciclo.

El desplazamiento de fases oscilatorio entre los pistones 12 y 14 ilustrado en la figura 4 hace posible la secuenciación deseada de los puertos de entrada y escape 46 y 48. A este respecto, la línea CC en la figura 4 representa la posición de la corona de un pistón cuando se abre el puerto controlado por el pistón. De esta manera, cuando el extremo cerrado 12a del pistón 12 alcanza el punto representado por 64 en CC, el puerto de escape sólo empieza a abrirse. Cuando el extremo cerrado 14a del pistón 14 se mueve más allá del punto representado por 65 en CC, ambos puertos son abiertos y tiene lugar la depuración. En 67 en CC, el puerto de escape se cierra y la carga de aire del cilindro ocurre hasta que el extremo del pistón 14a alcanza el punto representado por 68 en CC cuando ambos puertos son cerrados y comienza la compresión. Este resultado deseable se origina del hecho de que las varillas conectoras para los pistones respectivos viaj an a través de trayectorias diferentes durante la rotación del cigüeñal ; mientras que una varilla está yendo sobre la parte superior de un cigüeñal, la otra está girando bajo el fondo del mismo cigüeñal.

Se debe notar con respecto a la figura 4 que las posiciones de apertura respectivas para los puertos de escape y entrada no necesariamente pueden estar en la misma línea y que sus fases de apertura y cierre relativas pueden diferir de aquellas mostradas.

Como se observa en las figuras 2A, 2B y 5A, el cilindro 10 incluye un tubo de cilindro 70 con extremos axiales opuestos y múltiples de escape de entrada anulares 72 y 74, cada uno roscado, soldado o de otra manera unido a un extremo axial respectivo del tubo de cilindro 70. Los múltiples 72 y 74 pueden ser denominados el "múltiple de escape de cil indro" y el "múltiple de entrada del cilindro", respectivamente. Los múltiples 72 y 74 tienen galerías anulares internas 76 y 78 respectivas que constituyen los puertos de escape y entrada, respectivamente. De pre ferencia, cada una de las galerías 76 y 78 tiene la forma de una voluta para de esta manera inducir remolino de gases que fluyen a través de las mismas, mientras que se inhibe el mezclado turbulento. El arremolinado del aire presurizado facilita la depuración e incrementa la eficiencia de combustión. El múltiple de cilindro 72 incluye también un pasaje anular 77 que rodea la galería anular 76. El pasaj e anular 77 puede ser conectado para recibir flujo de aire, o como alternativa puede contener aire estancado, para enfriar ta periferia del múltiple 72. Cuando los múltiples de cilindro 72 y 74 son unidos al tubo de cilindro 70, sus porciones exteriores se extienden al orificio del tubo. El orificio puede ser maquinado a precisión para coincidir estrechamente con el diámetro de los pistones 12 y 14, y los pistones y cilindro pueden fabricarse de materiales con características de expansión térmica compatibles. Si se usan pistones sin anillo (pistones que no tienen anillos), no existe la necesidad de puentes que bajen los puertos, y una tolerancia muy cercana puede obtenerse entre los diámetros externos de los pistones y el diámetro interno del orificio común. Con una operación sin anillos, por ejemplo, la separación entre cada pistón y el orificio puede estar en el orden de 50 mieras a 75 mieras. La ausencia de puentes facilita también la formación del múltiple de entrada 74 en una forma inductora de remolino tal como una voluta. Sí, por otro lado, los pistones están provistos con anillos, sería necesario proporcionar los puertos de entrada y escape como pasajes anulares con secuencias anulares de aberturas hacia el tubo 70, de esta manera proporcionando puentes para soportar el tránsito de los anillos más allá de los puertos. Los tubos 82 y 84 formados en los múltiples de cilindro 72 y 74 se abren dentro de las galerías anulares internas 76 y 78, proporcionando una conexión entre los puertos de escape y entrada y los múltiples de escape y entrada respectivos. La figura 5A es una vista seccional lateral ampliada del cilindro 10 con pistones opuestos 1 2 y 14 en sus posiciones respectivas cuando el ciclo operacional está cerca de su punto de 1 80°. Como se muestra en estas figuras, los pistones 12 y 14 están provistos sin anillos de pistón, aunque pueden ser provistos con anillos si se rige por diseño y operación. Los anillos de pistón son elementos opcionales en este motor, por dos razones. Primero, los anillos de pistón reciben la distorsión radial de los pistones y cilindros para de esta manera ayudar a controlar el sello cilindro/pistón durante la operación del motor. Sin embargo, los cilindros ilustrados y descritos en esta descripción no están fundidos en un bloque de motor y por lo tanto no son sujetos a una distorsión no uniforme de ninguna tensión térmica o ninguna tensión mecánica generada por los componentes del motor, o elementos de enfriamiento asimétricos. Como resultado los cilindros y pistones pueden ser maquinados con tolerancias muy estrechas para un ajuste muy cercano, combinando de esta manera la combustión y limitando el soplado de productos de combustión a lo largo del intersticio entre cada pistón y el cilindro. Segundo, los anillos de pistón actúan para enfriar el pistón durante la operación del motor. Sin embargo, mientras opera el motor, cada pistón puede ser enfriado por la aplicación de refrigerante líquido ya que cada pistón es retirado periódicamente de una manera sustancialmente completa del (o sobresale de) el cilindro mientras se mueve a través de su posición de punto muerto inferior de tal manera que el refrigerante líquido pueda ser aplicado a su superficie externa. Véanse figuras 2B, 3C y 5A a este respecto. Al moverse un pistón fuera de y de regreso al interior del cilindro, es bañado (por distribuidores que se describirán) con un refrigerante líquido sobre la superficie exterior de su faldón. Además, el refrigerante líquido es aplicado (por un distribuidor 24 ó 26) a su superficie interior a lo largo de su faldón hacia arriba e incluyendo su corona.

Por ejemplo, las figuras 5A y 6A, cada pistón 12 y 14 es retirado sustancialmente del cilindro 10 cerca de su posición de punto muerto inferior. Tomando el pistón 12 como representativo, esto significa que, con el extremo cerrado 12a del pistón 12 cerca del borde exterior de la galería anular 76, el faldón 12s del pistón 12 es retirado en forma sustancialmente completa del cilindro 10 mientras que sólo la porción de la corona de pistón 12d entre el borde exterior 76o de la galería 76 y el borde exterior 72o del múltiple de escape 72 permanece en el múltiple de escape 72 equipado sobre el extremo del cilindro 1 0 como se describe abajo. Se debe notar que cada pistón 12 y 14 se mueve subsecuentemente de regreso al cilindro 10 al punto en el que sea sustancialmente cerrado por el cilindro 10 cuando alcance su posición de punto muerto superior.

Así, en su posición de punto muerto inferior, sustancialmente el faldón completo de cada pistón 12 y 14 sobresale desde el ci lindro 10 y es expuesto para el enfriamiento. La descripción detallada de cómo esto ocurre en este ejemplo ilustrativo no intenta limitar el alcance de esta característica; lo que se requiere es que suficiente de la superficie exterior del faldón de cada uno de los pistones 12 y 14 esté periódicamente fuera del cilindro 10 durante la operación del motor como para ser enfriado suficientemente por la aplicación de un refrigerante de las superficies exteriores del faldón fuera del cilindro. El porcentaje del faldón del pistón que es expuesto en una aplicación particular puede variar con base en un número de factores incluyendo, por ejemplo, los requerimientos de refrigerante del sistema, geometría del motor y preferencias del diseñador.

Al moverse dentro y fuera de un cilindro un pistón, éste es enfriado por la aplicación de un refrigerante líquido (por distribuidores que serán descritos) hacia la superficie exterior de su faldón. Además, refrigerante líquido se aplica (por el distribuidor 24 ó 26) a su superficie interior a lo largo de su faldón hasta e incluyendo su corona. El mismo refrigerante líquido se usa de preferencia para enfriar tanto el interior como el exterior de los pistones. Con referencia a las figuras 5A y 6A, distribuidores de refrigerante, hechos de preferencia de tubos de acero, suministran un refrigerante liquido sobre los pistones 12 y 14 y. el cilindro 10 durante la operación del motor. Un múltiple distribuidor alargado 86 se extiende al menos generalmente a lo largo y contra el tubo de cilindro y los múltiples de escape y de entrada 72 y 74. Cuatro distribuidores semicirculares separados axialmente 86a, 86b, 86c y 86d se extienden desde el tubo de múltiple 88 a la mitad alrededor del cilindro 10. El distribuidor 86a está colocado hacia afuera del centro del múltiple de escape 72, cerca del borde exterior 72o; los dos distribuidores 86b y 86c se localizan sobre el cilindro 10 entre los múltiples 72 y 74, de preferencia cerca del centro axial del cilindro 10 para de esta manera aplicar proporcionalmente más refrigerante líquido a la región más caliente del cilindro que a otras regiones más frías cerca de los múltiples 72 y 74; y el distribuidor 86d se localiza hacia afuera del múltiple de entrada 74, cerca del borde exterior 74o. Un segundo tubo de múltiple distribuidor 88 se extiende al menos generalmente de forma axial a lo largo y en contra del tubo de cilindro y múltiples de escape de entrada 72 y 74. Cuatro distribuidores semicirculares separados axialmente 88a, 88b, 88c y 88d se extienden desde el tubo de múltiple 88 a la mitad alrededor del cilindro 1 0. El distribuidor 88a está colocado hacia afuera del centro del múltiple de entrada y escape 72, cerca del borde exterior 72o; los dos distribuidores 88b y 88c se localizan sobre el cilindro entre los múltiples 72 y 74, de preferencia cerca del centro axial del cilindro 10 para de esta manera aplicar proporcionalmente más refrigerante líquido a la región más caliente del cilindro que a otras regiones más frías cerca de los múltiples 72 y 74; y el distribuidor 88d se localiza hacia afuera del centro del múltiple de entrada 74, cerca del borde exterior 74o. Los distribuidores opuestos están unidos como en 89 para integridad estructural. Como alternativa, los distribuidores pueden ser completamente circulares y conectados a un solo tubo de derivación individual. Además, menos o más distribuidores pueden ser provistos y pueden colocarse diferentemente que como se muestra. Además, las derivaciones de suministro pueden reemplazarse por un número de boquillas o aspersores separados circunferencialmente suministrados con refrigerante líquido desde una fuente común.

Los distribuidores tienen aberturas sustanciales formadas en los mismos desde las cuales un refrigerante líquido a presión es aplicado a superficies exteriores opuestas de los faldones de los pistones 1 2 y 14 y a la superficie exterior del tubo de cilindro 70. De preferencia, los distribuidores se colocan cerca de los bordes exteriores respectivos de los múltiples para de esta manera asegurar que refrigerante líquido sea aplicado sustancialmente a la superficie exterior completa del faldón a lo largo de la longitud axial de cada pistón. Dependiendo de factores tales como los requerimientos de refrigerante del sistema, geometría de motor y preferencia del diseñador, los distribuidores, boquil las u otros elementos de aplicación de refrigerante adecuados pueden ser recolocados para de esta manera suministrar o aplicar refrigerante líquido a porcentajes más pequeños de las áreas de superficie periférica radiales exteriores de los faldones. Por ejemplo, refrigerante líquido puede ser aplicado a la superficie exterior o externa del faldón a lo largo de al menos 25%, 50% o 75% de la longitud axial de cada pistón.

En las figuras 5A y 6A, los distribuidores de refrigerante líquido que aplican refrigerante líquido a las superficies exteriores de los pistones y cilindro se muestran como siendo elementos separados; sin embargo, uno o más distribuidores también pueden ser integrales con los múltiples de cilindro 72 y 74 además de, o en lugar de, los elementos separados mostrados en las figuras.

En una modalidad alternativa mostrada en la figura 5B, en lugar de enfriar el tubo de cilindro 70 por medio de distribuidores, el tubo de cilindro puede ser dispuesto en una camisa 87 para proporcionar un conducto de enfriamiento 90 alrededor del cilindro a través del cual el refrigerante pueda ser circulado. En este caso, los distribuidores aún serían usados para enfriar los pistones.

La estructura abierta de los carros 16 y 18 y la ausencia de muñones en los pistones permiten una aplicación directa mejorada de refrigerante líquido a las superficies internas de los pistones. A este respecto, como se muestra en las figuras 2A, 2B y 5A, los pistones 12 y 14 son enfriados continuamente durante la operación del motor por la aplicación de refrigerante líquido a través de los distribuidores 24 y 26 a sus superficies interiores incluyendo sus coronas a lo largo de sus faldones hasta sus extremos axiales abiertos. Cada uno de los distribuidores de refrigerante 24, 26 pueden estar constituidos de no o una pluralidad de chorros individuales, los cuales cada chorro sea para suministrar una corriente de refrigerante dirigida a la corona de un pistón.

En la figura 5A el flujo de refrigerante líquido sobre los pistones y el cilindro es indicado por el número de referencia 91 .

Continuando con la descripción de la figura 5A, anillos poliméricos anulares y de alta temperatura 92 localizados en ranuras anulares cerca de los extremos de los múltiples 72 y 74, hacen contacto ligeramente con los pistones 12 y 14 y eliminan el exceso de lubricante de los pistones al viaj ar dentro del cilindro 10. Finalmente, uno o más inyectores de combustible están provistos por el cilindro. Por ej emplo, el inyector de combustible 94 está acoplado al por lo menos un sitio de inyección 95.

Un mecanismo de motor de pistones opuestos y doble carrera se describe a continuación en el cual los elementos de trabaj o (cilindros, pistones, eslabones, cigüeñales, etc.) son recibidos sobre una unidad estructural en forma de un bastidor de elementos estructurales pasivos equipados juntos para soportar los elementos de trabaj o. El bastidor está diseñado para soportar las tensiones y fuerzas de la operación del motor, tal como las fuerzas compresivas entre los cigüeñales. En contraste con muchos motores de pistones opuestos de dos ciclos de la técnica anterior, los cilindros no son fundidos en un bloque ni son formados con otros elementos estructurales pasivos. En consecuencia, los cilindros no son elementos estructurales del motor. Cada cilindro es soportado en el bastidor del motor principalmente por el par de pistones dispuestos en éste. Así, con excepción de las fuerzas en la cámara de combustión, los cilindros son desacoplados de las tensiones mecánicas inducidas por elementos funcionales, y de las tensiones mecánicas y térmicas de un bloque de motor. Por consiguiente, los cilindros son esencialmente sólo receptores de tensión. Esta construcción del motor elimina la distorsión radial no uniforme de los pistones y cilindros, permite que la interfaz cilindro-pistón sea de un aj uste muy estrecho, y hace posible una cercana coincidencia de las características térmicas de los materiales de los cuales están hechos los cilindros y pistones. En forma adecuada, con un enfriamiento mejorado del pistón, esta característica ofrece la opción de un diseño de motor que elimina los anillos de pistón.

Las figuras 6A y 6B son vistas en perspectiva laterales que muestran un ensamble cada vez más completo de un mecanismo de motor de un solo cilindro 100 para un motor de pistones opuestos con cigüeñales montados a los lados con base en la disposición cilindro/pistón de las figuras anteriores. El mecanismo de motor 100 puede ser escalado a motores de cualquier tamaño y motores que tengan de uno a varios cilindros. En la figura 6A, el mecanismo 100 incluye un solo cilindro 10 que tiene la construcción ilustrada en la figura 5A, con pistones opuestos 12 y 14 dispuestos en éste. Los carros 16 y 18 de los pistones opuestos son visibles en la figura. Las orillas conectoras 20a y 20c acoplan el carro 16 al cigüeñal 30, y el par de varillas conectoras 20b acoplan el carro 16 al cigüeñal 32. El par de varillas conectoras 22a acopla el carro 18 al cigüeñal 30, y las varillas conectoras 22b y 22c acoplan el carro 1 8 al cigüeñal 32. El tubo de distribuidor de distribuidor 88 y el distribuidor 24 están conectados al múltiple de refrigerante de 96. El tubo de múltiple 86 y el distribuidor 26 están conectados a otro múltiple de refrigerante 98. Dos pasadores de alineación radialmente opuestos (uno de los cuales se indica por el número de referencia 99) están formados sobre el cilindro 10 para la estabilización del cilindro durante la operación del motor. Dos vigas 1 10 y 1 12 se muestran en la figura 6A por motivos de referencia. La viga 1 1 0 tiene una abertura 1 1 3 a través de la cual el tubo de múltiple 84 puede ser conectado a un múltiple de entrada de aire (no mostrado) y una abertura 1 1 5 para un tubo que conecte el motor de combustible 94 a un múltiple de combustible (no mostrado). La viga 1 12 tiene una abertura 1 1 7 a través de la cual el tubo de múltiple 82 puede ser conectado a un múltiple de escape (no mostrado) y una abertura 1 19 a través de la cual un tubo puede conectarse a otro inyector de combustible (no observado) a un múltiple de combustible (no mostrado).

En la figura 6B, un bastidor para el mecanismo de motor 1 00 incluye dos cabezas de soporte 120 dispuestas sobre lados respectivos del cilindro 10, junto con las vigas 1 10 y 1 12. Las cabezas 120 reciben y soportan los cigüeñales 30 y 32. Cada cabeza 120 incluye una sección de viga en forma de I 122 y una sección transversal 124. Las secciones de viga en forma de I proporcionan el soporte principal para los cigüeñales durante la operación del motor. Las vigas 1 10 y 1 12 están unidas a los extremos de las secciones transversales 124. Los cigüeñales son soportados para su rotación en las secciones de viga en forma de 1 122 por cojinetes 128. Cada cabeza incluye una abertura central con un cilindro elastomérico corto 132 que recibe pasadores de alineación 99 de cilindros adyacentes. Orificios roscados 1 34 son provistos en cada mampara de soporte para la fijación de componentes adicionales, por ejemplo, una caja de engranajes.

El ensamble de un módulo de motor de pistones opuestos de un solo cilindro a partir del mecanismo de motor 100 de las figuras 6A y 6B se muestra en las figuras 7A-7D. En el módulo de motor de un solo cilindro, placas extremas de aluminio liviano 160 y 162 están unidas a cabezas 120 respectivas y a cada una de las vigas 1 10 y 1 12. La placa extrema 160 tiene aberturas 163 y 164 para recibir los múltiples de refrigerante líquido 96 y 98 a líneas de alimentación (no mostradas). Las figuras 7A-7D muestran una caja de engranaj e 1 70 montada sobre una cabeza (no observada en estas figuras) a través de la superficie exterior de la placa extrema 1 60. La caja de engranaje 170 aloj a un tren de engranajes de salida a través del cual los movimientos giratorios repuestos de los cigüeñales son acoplados a una flecha impulsora de salida. Los extremos de los cigüeñales 30 y 32 se extienden dentro de la caja de engranajes 170. Una rueda dentada 1 72 con un borde exterior dentado está fijado al extremo del cigüeñal 30 y una rueda dentada 173 con un borde exterior dentado está fijado al extremo del cigüeñal 32.

Una rueda dentada de salida 1 75 tiene un anillo 1 76 con una circunferencia interior dentada 177 y una circunferencia exterior dentada 1 78. Como se observa en estas figuras, el anillo exterior de la rueda dentada 1 72 acopla la circunferencia interior 1 77 de la rueda dentada de salida 175 en un lugar y el contorno exterior de la rueda dentada 173 acopla la circunferencia exterior 1 78 de la rueda dentada de salida 1 75 en otro lugar diametralmente opuesto al primer lugar. La relación de engranaj e entre el engranaje interior 1 72 y la circunferencia interior 1 77 puede ser 33/65 con dientes MOD 4 sobre el engranaje interior y la circunferencia interior, mientras que la relación de engranaje entre el engranaje exterior 1 73 y la circunferencia exterior 178 puede ser 33/65 con dientes MOD 5 sobre el engranaje exterior y la circunferencia exterior. Esta disposición de engranaj es permite que las rotaciones opuestas de los cigüeñales 30 y 32 sean traducidas en la rotación continua de las ruedas dentadas de salida 1 75 y con un número primo de engranajes (tres en este caso), con una relación de engranaje no integral, y sin ninguna banda, cadena intermediaria u otros elementos de transferencia de par de torsión. El resultado es un tren de engranaj es de salida corto y simple.

El ensamblaje del módulo del motor de pistón opuesto de un solo cilindro se completa como se muestra en las figuras 7A-7D por la fijación de paneles de cubierta de aluminio liviano 1 80 al bastidor formado de las mamparas y vigas ensambladas. Una cubierta 1 82 es sujetada a la caja de engranaje 170. La cubierta 1 82 incluye un cojinete de salida 1 85 que recibe al ej e 1 86 de la rueda dentada de salida 175 de esta manera haciendo posible que el bastidor soporte el engranaje de salida 175 para su rotación. El módulo de motor de pistones opuestos de un solo cilindro ensamblado resultante es indicado con el número de referencia 190 en la figura 7C. El eje 1 86 continúa el impulso de salida del módulo de motor 190. Puede ser acoplado a una transmisión intermedia o directamente al componente impulsado por uno o más engranajes, bandas, cadenas, levas u otro elemento o sistema de transferencia de par de torsión adecuado (no mostrado).

Las figuras 8A-8C ilustran el ensamblaje de un módulo de motor de pistones opuestos de varios cilindros con tres mecanismos de un motor 100 dispuestos en una hilera. Nótese que las mamparas frontal y posterior están retiradas de la figura 8A por motivos de claridad. Los mecanismos 100 tienen la estructura ya ilustrada en las figuras 6A y 6B, y descrita con respecto a las figuras anteriores. Se proporcionan cuatro mamparas 1 20 en el bastidor de este módulo de motor, cada uno soportando los cigüeñales en coj inetes respectivos. El bastidor incluye también vigas alargadas 1 10 y 1 12 fijadas a las secciones transversales de las mamparas 120. Las placas extremas 160 y 162 cierran los extremos del módulo del motor. El tren impulsor de tres engranaj es es soportado para su rotación en la caja de engranaj es 1 70. Los múltiples de re frigerante líquido 96 y 98 son alargados para abarcar los tres mecanismos de motor 100. El ensamblaj e del módulo de motor de pistones opuestos de varios cilindros se completa por la fij ación de paneles de cubierta de aluminio liviano 1 80 al bastidor. Una cubierta 1 82 es sujetada a la caja de engranajes 170. La cubierta 1 82 incluye un coj i nete de salida 1 85 que recibe al eje 1 86 de la rueda dentada de salida 1 75 haciendo de esta manera posible que el bastidor soporte la rueda dentada de salida 1 75 para su rotación. El módulo de motor de pistones opuestos de varios cilindros ensamblado resultante es indicado por el número de referencia 290 en la figura 8C. El eje 1 86 constituye el impulsor de salida del módulo de motor 290.

De preferencia, se proporcionan cuatro varillas conectoras idénticas para cada pistón. Este modo de práctica se observa mejor en la figura 6A. En la vista de la figura 6A, sobre el lado del puerto de escape del cilindro 10, las dos varillas conectoras 20a y 20c están separadas aparte y cada una está conectada en un extremo al carro 16 y en el extremo opuesto al cigüeñal 30. El par de varillas conectoras 20b comprende dos varillas de empalme, cada una idéntica en forma y estructura a las varillas 20a y 20c. El par de varillas conectoras 20b están conectadas en un extremo al carro 16, y en el otro extremo al cigüeñal 32. Sobre el lado del puerto de entrada del cilindro 10, las dos vari llas conectoras 22b y 22c están separadas aparte y cada una está conectada en un extremo al carro 1 8 y en el extremo opuesto al cigüeñal 32 sobre cada lado del par de varillas conectoras 20b. El par de varillas conectoras 22a comprende dos varillas de empalme, cada una idéntica en forma y estructura a las varillas 22b y 22c. El par de varillas conectoras 22a está conectado en un extremo al carro 1 8, y en el otro extremo al cigüeñal 30, entre las varillas conectoras 20a y 20c. Así, sobre cada uno de los cigüeñales, los pares de varillas conectoras de los pistones sobre un extremo de los cilindros son intercalados con las dos varillas conectoras de los pistones sobre el otro extremo de los cilindros, como se muestra en la figura 6a. Esto proporciona un equi l ibrio óptimo de las fuerzas en los pistones y reduce también el conteo de tipos de partes para el motor. Las varillas idénticas también ayudan a mantener una expansión térmica uniforme de las varillas durante la operación del motor.

Las varillas conectoras están hechas de acero forjado o titanio, cilindros y pistones de aleaciones de aluminio-silicio con orificios de cilindro laqueados con cromo, elementos conectores de refrigerante líquido de tubos de acero, y cigüeñales de acero forj ado y maquinado. Las partes del bastidor del motor pueden hacerse de aleaciones de peso liviano tales como aluminio.

Un sistema de suministro 300 para suministrar un refrigerante líquido que será distribuido sobre y en los pistones y sobre los cilindros en un motor de pistones opuestos de uno o más cilindros se ilustra en la figura 9A. El refrigerante líquido puede ser cualquier líquido capaz de ser aplicado a los pistones y de enfriarlos lo suficiente como para la aplicación deseada. Aceite lubricante y combustible diesel son dos posibilidades. En esta figura, una fuente de refrigerante líquido 3 10 está conectada a una bomba de alto volumen y baja presión 312. La bomba 3 12 puede comprender, por ejemplo, una bomba centrífuga que proporciona el refrigerante líquido en la escala de 0. 1 89 a 0.630 litros/segundo para un motor de 100 caballos de fuerza. La cual bombea refrigerante líquido a través de una línea de distribución 3 1 3 hacia los múltiples 96 y 98. Estos múltiples suministran un alto volumen de refrigerante líquido a baja presión a los distribuidores 24 y 26 y a los múltiples de distribución 86 y 88 de uno o más módulos 100. El refrigerante líquido es recogido por un depósito 3 15 en el motor de pistones opuestos. Una bomba 3 17 conectada al depósito bombea el refrigerante líquido recogido a través de un filtro 3 1 8 y un radiador 3 1 9 de regreso a la fuente 3 10. Como se observa en la figura 9A, una línea 320 puede ser provista en paralelo con el radiador 3 19. En este caso, una válvula 321 controlaría el flujo de refrigerante líquido a través del radiador 3 19 y una válvula 322 controlaría el fluj o de refrigerante líquido a través de la línea 320. Para operación normal, sólo la válvula 32 1 podría estar abierta, permitiendo que el refrigerante líquido fluyera a través del radiador 3 19, de esta manera disipando el calor de los pistones y cilindros por medio del radiador 319. Para una operación impulsada a corto plazo, las válvulas 321 y 322 podrían estar ambas abiertas, de esta manera disipando el calor de los pistones y los cilindros por medio del radiador 3 1 9 y absorbiendo una parte del calor en el depósito de refrigerante líquido en la fuente 3 10. Finalmente, durante una operación de emergencia en el caso de una falla del radiador, la válvula 321 sería cerrada y la válvula 322 sería abierta, de esta manera desviando temporalmente el calor de los pistones y cilindros dentro del depósito de refrigerante líquido.

Si un motor de pistones opuestos es operado como un motor de encendido por compresión, la inyección de combustible es el método para suministrar combustible diesel a los cilindros para la combustión. En este caso, el combustible diesel también sirve de preferencia como el refrigerante líquido y como el lubricante para los pistones. Es por lo tanto posible combinar las fuentes de combustible y refrigerante, eliminando la necesidad de varias fuentes. En referencia a la figura 9B, un sistema 400 para suministrar combustible diesel que será distribuido sobre y en pistones y sobre cilindros y suministrado a inyectores de combustible en un motor de pistones opuestos de uno o más cilindros se ilustra. En esta figura, una fuente de combustible diesel 410 está conectada a una bomba de alto volumen y baj a presión 412 (una bomba centrífuga, por ejemplo), la cual bombea refrigerante líquido a través de la línea de distribución 413 hacia los múltiples 96 y 98. Estos múltiples suministran un alto volumen de refrigerante líquido a baja presión a los distribuidores 24 y 26 y a los múltiples de suministro 86 y 88 de uno o más mecanismos de motor 100. El combustible diesel es recogido por un cárter 4 1 5 en el motor de pistones opuestos. Una bomba 41 7 conectada al cárter bombea el combustible diesel recogido a través de un filtro 41 8 y un radiador 419 de regreso a la fuente 410. Una línea de retorno 420 paralela al radiador 41 9 está provista. Válvulas 421 y 422 controlan el uso del radiador 419 y línea de retorno 420 como se explicó arriba con las válvulas 321 y 322 en la figura 9A. Una pre-bomba 423 conectada a la fuente 410 bombea combustible diesel a través de un filtro 424, y a una bomba de alta presión 426, la cual impulsa la presión de combustible suministrado a los inyectores. Por ejemplo, la bomba 426 puede suministrar combustible diesel a 2, 109 kg/cm2. El combustible que proviene de la bomba 426 es suministrado a través de una línea de combustible de entrada 427 conectada a un riel común 429 y los puertos de entrada de uno o más inyectores de combustible 94. Los puertos de retorno del uno o más inyectores de combustible son regresados a través de la línea 430 a la fuente 410. Una unidad de control electrónica (ECU) 43 1 controla las operaciones de uno o más inyectores de combustible 94.

Otra ventaja de un motor construido de acuerdo con esta descripción es que todos los coj inetes usados para soportar los cigüeñales y varillas conectoras pueden ser coj inetes de rodillos. Estos coj inetes pueden ser lubricados al ser rociados con combustible diesel, cuya lubricidad y viscosidad a las temperaturas operativas de un motor de pistones opuestos son completamente adecuadas para su lubricación.

Así, por medio de la bomba 412, el sistema 400 puede suministrar combustible diesel como un lubricante para todos los coj inetes del motor, ahorrar aquellos en la caj a de engranaje 1 70. A este respecto, el combustible diesel suministrado de los distribuidores, el combustible diesel es quemado en una neblina dentro del motor que se esparce a lo largo del motor y busca su camino entre las partes movibles del motor y dentro de los cojinetes de rodillos contenidos dentro del motor. Una sola fuente puede usarse entonces para suministrar este refrigerante, y lubricante al motor.

Un sistema de suministro alternativo 350 para suministrar un refrigerante líquido que será distribuido sobre y en pistones y sobre cilindros en un motor de pistones opuestos de uno o más cilindros se ilustra en la figura 9C. Este sistema se puede usar para suministrar refrigerante líquido solo como el sistema 300 en la figura 9A, o se puede combinar con otros elementos en un sistema para suministrar combustible diesel para enfriar, lubricar y dar combustión a un motor como se ilustra en la figura 9B. El refrigerante líquido puede ser cualquier líquido capaz de ser aplicado a los pistones y de enfriarlos lo suficiente para la aplicación deseada. Aceite lubricante y combustible diesel son dos posibilidades. En esta figura, un estuche de motor 352 que encierra uno o más mecanismos de motor 100 contiene una región de cárter 357 en donde el re frigerante líquido emitido por los distribuidores descritos arriba es conectado. El refrigerante líquido conectado en la región de cárter 357 tiene un nivel de fluido operativo nominal 358. Una válvula de suministro 359 está montada al cierre de motor. Un sensor de nivel 360 en contacto con el refrigerante líquido conectado en la región de cárter 357 controla un enlace 361 que selecciona el estado de la válvula de suministro 359. La válvula de suministro 359 tiene una salida conectada a una bomba de alto volumen y baja presión 362. La bomba 362 puede comprender, por ejemplo, una bomba centrífuga. La válvula de suministro 359 tiene dos entradas, una primera conectada a una línea de alimentación 363 desde la región del cárter 358, y una segunda conectada a una línea de alimentación 364 desde un tanque de suministro 366 que contiene el refrigerante líquido. La bomba 362 bombea refrigerante líquido a través de una línea de alimentación 367 o un filtro 368 y a través del mismo hasta un radiador 369. Del radiador 369, el refrigerante líquido fluye a través de una línea de alimentación 370 a los múltiples 96 y 98. Estos múltiples suministran el alto volumen de refrigerante líquido a baja presión a los distribuidores 24 y 26 y a los múltiples de distribución 86 y 88 de uno o más módulos 100. Por ejemplo, el re frigerante líquido puede ser provisto en la escala de 0. 1 89 a 0.630 litros/segundo para un motor de 100 caballos de fuerza. Como se observa en la figura 9C, una válvula térmica 372 está conectada en paralelo con el radiador 369 entre la salida del filtro 368 y la línea de alimentación 370. El estado de la válvula térmica 372 es controlado por la temperatura del refrigerante líquido o por un circuito de emergencia 373. El circuito de emergencia 373 también está conectado a la válvula de suministro 359. Una válvula de nivel 375 tiene una entrada conectada en común con la salida del filtro 368, la entrada del radiador 369, y la entrada de la válvula térmica 372. La salida de la válvula de nivel 375 está conectada a través de una línea de alimentación 377 al tanque de suministro 366. El enlace de control 361 también está conectado para controlar el estado de la válvula de nivel 375.

Con referencia adicional a la figura 9C, en operación normal, el sensor de nivel 360 detecta el nivel de refrigerante líquido en la región de cárter 357 y selecciona como una fuente para la bomba 362 ya sea en la región de cárter 357 o el tanque de suministro 366. Cuando el nivel operativo ha sido alcanzado, un sensor de nivel ajusta el enlace de control 361 para poner a la válvula de suministro en el estado en el que extrae refrigerante líquido sólo de la región de cárter 357. El refrigerante líquido calentado es bombeado por la bomba 362 a través del filtro 368 hasta el radiador 369 y la válvula térmica 372. Cuando se logra una temperatura operativa del diseño del refrigerante líquido, la válvula térmica se cerrará parcialmente o completamente para modular el fluj o de refrigerante líquido a través del radiador 369, de esta manera regulando la temperatura del motor. El flujo de refrigerante líquido continúa a través de la línea de alimentación 370 hasta los distribuidores en donde el refrigerante líquido es aplicado para remover calor de los componentes del motor. Si el nivel de refrigerante líquido en la región de cárter se hace muy alto, el sensor de nivel 360 hace que el enlace de control 361 abra parcialmente la válvula de nivel 375 para regresar una porción del refrigerante líquido al tanque de suministro 366 después de la filtración en 368. En una situación de emergencia en la que sea necesario derivar temporalmente el radiador 369, el circuito de emergencia 373 abre completamente la válvula térmica 372, de esta manera derivando el radiador 369, y fuerza la válvula de suministro 359 para extraer inicialmente refrigerante líquido del tanque de suministro 366. El refrigerante líquido en exceso que se acumule en la región de cárter 357 será removido por la válvula de nivel en respuesta al sensor de nivel 360. Para un rendimiento máximo temporal, la válvula térmica 372 es cerrada, utilizando de esta manera la capacidad completa del radiador 369, mientras que el estado de la válvula de suministro 359 se pone para extraer fluido únicamente del tanque de suministro 366.

Un sistema 500 para proporcionar aire de carga a y para descargar gases de escape de un motor de pistones opuestos se ilustra en la figura 10. El sistema puede escalarse para servir a uno o más cilindros 10. En el sistema 500, una línea de múltiple de entrada de aire 534 y una línea de múltiple de salida de escape 532 está conectada respectivamente a los tubos de puerto de entrada 84 y los tubos de puerto de escape 82 de uno o más módulos. Estas líneas de múltiple están de preferencia montadas fuera del cierre de motor. El motor ilustrado esquemáticamente en la figura 1 0 es un motor turbo-supercargado o supercargado. Así, las líneas de distribución están conectadas a un turbo-supercargador 536. Específicamente, los gases de escape que se mueven a través de la línea de múltiple de escape 532 impulsan una turbina 540 en dirección a una línea de salida 538 para impulsar mecánicamente un compresor 542. El compresor 542 succiona aire en una línea de entrada de aire 537 y presuriza el aire de entrada antes de dirigir el aire a la línea de múltiple de entrada 534 por medio de un intercambiador de calor 539. De manera convencional, un supercargador o dispositivo equivalente puede conectarse entre el intercambiador de calor 539 y la línea de múltiple 534 para proporcionar aire depurado para encender el motor.

Otros elementos de motor no incluidos en las ilustraciones de esta primera modalidad serán provistos de acuerdo con circunstancias específicas de cada aplicación de este motor de pistones opuestos. A este respecto, la caja de engranajes 1 70 puede ser sellada y auto-lubricada por aceite o puede ser lubricada separadamente del resto del motor. Como alternativa, se dejaría abierta y lubricada por el refrigerante/lubricante usado para controlar y lubricar los pistones, siempre y cuando se emplee un lubricante adecuado.

En motores anteriores, al incrementarse el BMEP, la fricción en la interfaz anillo de pistón/cilindro se incrementa y se eleva la temperatura en la interfaz. La temperatura de interfaz cada vez más alta da como resultado finalmente que el calor fluya de regreso al pistón proveniente desde la interfaz en lugar de desde el pistón a la interfaz. Como una consecuencia, los anillos ya no enfrían más el pistón. Suponiendo un flujo máximo de refrigerante hacia las superficies interiores del faldón y la corona del pistón, las únicas superficies de pistón restantes para enfriar son las superficies exteriores del faldón y corona. La superficie exterior de la corona es un componente de la cámara de combustión y sólo es enfriada marginalmente por la expansión del gas de combustión y el flujo de aire de depuración; esta superficie es de otra manera inaccesible al enfriamiento externo. En motores de la técnica anterior, la superficie exterior del faldón del pistón también es inaccesible al enfriamiento del pistón debido a que el pistón está encerrado en el cilindro. Sin embargo, con una exposición periódica de la superficie externa del faldón del pistón al retirar sustancialmente el pistón del orificio del ci lindro, esa superficie está disponible para el enfriamiento. Como resultado, en el orden del doble de la cantidad de transferencia de calor puede lograrse cuando se compara con enfriar únicamente las superficies interiores del faldón y corona del pistón.

Una segunda modalidad de motor En un motor de combustión interna de pistones opuestos, el cilindro es sometido a tensiones técnicas no uniformes como consecuencia de la combustión durante la operación del motor. La consideración de la primera modalidad descrita arriba ha llevado a la realización de que estas tensiones podrían no ser controladas adecuadamente en todos los casos al bañar directamente la superficie exterior del cilindro con una gran corriente de baja velocidad de refrigerante líquido, lo cual tiende a desprender de la superficie exterior hacia el fondo del cilindro. Por otro lado, también se ha apreciado que el pistón puede ser enfriado adecuadamente bajo condiciones de alta BMEP j usto por la aplicación de chorros dirigidos de refrigerante líquido a la superficie posterior de la corona del pistón.

Estas retrospectivas han llevado al diseño de una segunda modalidad de un motor de combustión interna de pistones opuestos en el cual las no uniformidades térmicas ocurren en el cilindro son eliminadas o por lo menos sustancialmente reducidas mediante la aplicación de corrientes de un refrigerante líquido sobre la superficie completa de la superficie exterior del cilindro que varían en dirección y densidad de área para remover cantidades variables de calor y de esta manera diseñar y adaptar el enfriamiento a la distribución de calor no simétrica en el cilindro. Además, la distorsión inducida térmicamente del pistón se reduce o elimina mediante la provisión de un espesor de pared reducido en la corona del pistón y la aplicación de chorros dirigidos de refrigerante líquido a la superficie posterior de la corona.

La ausencia de no uniformidades térmicas en el cilindro y la distorsión térmica de la corona del pistón a alta BMEP da como resultado un ajuste estrechamente controlado entre el orificio del cilindro y el pistón con un mínimo flujo de gases entre el cilindro y los pistones ("fuga") durante la compresión y combustión. Con la relación geométrica entre las varillas conectoras, carros y cigüeñales en la primera modalidad y el control mejorado de la distorsión inducida térmicamente, el motor de la segunda modalidad opera con fuerzas laterales de pistón reducidas y puede operar con pistones sin anillos.

El motor de combustión interna de pistones opuestos de la segunda modalidad incluye elementos que corresponden en forma y/o función a los elementos de la primera modalidad descrita arriba. No obstante, por motivos de claridad y facilidad de entendimiento, los elementos de la segunda modalidad son numerados independientemente de la numeración de los elementos correspondientes de la primera modalidad.

Las figuras 1 1 A- l I D ilustran un cilindro 100 que puede usarse en la segunda modalidad de un motor de combustión interna de pistones opuestos. El cilindro 1 100 tiene cuatro partes: un forro de cilindro 1 102 formado como un tubo cilindrico abierto con un orificio cilindrico 1 103 , un múltiple de escape 1 104, un múltiple de entrada 1 106 y un manguito de cilindro 1 140. De preferencia, el cilindro 1 100 está hecho de aluminio, tal como aleación de aluminio de alta temperatura, y puede ser colado como una sola pieza, o ensamblarse al fijar los múltiples 1 104 y 1 106 al manguito de cilindro 1 140 y luego fijándose en sub-ensamble a la superficie exterior del forro de cilindro 1 102. El eje longitudinal Ac del forro de cilindro 1 102 es también el eje longitudinal del cilindro 1 100.

Como se observa mejor en la figura 1 1 A, el forro de cilindro 1 102 tiene un puerto de escape 1 105 constituido de una serie de aberturas separadas circunferencialmente 1 108 cerca de un extremo de escape 1 109 del forro de cilindro 1 102. El forro de cilindro 1 102 tiene también un puerto de entrada 1 107 constituido de una serie de aberturas separadas circunferencialmente 1 1 10 cerca de un extremo de entrada 1 1 12. Cada abertura 1 108 del puerto de escape 1 105 tiene un extremo corriente abajo enrampado 1 108r. Los gases de combustión que forman una espiral hacia el extremo de escape 1109 del forro de cilindro 1102 son desviados al menos generalmente fuera del cilindro 1102 dentro del múltiple de escape 1104. En forma similar, cada abertura 1110 del puerto de entrada 1107 tiene un extremo corriente arriba enrampado 111 Or en el cual el aire presurizado que fluye dentro del puerto de entrada 1107 a través del múltiple de entrada 1106 es desviado dentro del orificio 1103 en una dirección en espiral hacia el extremo de escape 1109. En una porción central 1114 del forro de cilindro 1102, se proporciona un número de aberturas roscadas 1116 en una secuencia circunferencial. Al menos una de las aberturas 1116 recibe un inyector de combustible, y por lo menos otra de las aberturas 1116 recibe un sensor para detectar las condiciones operativas del motor tales como presión o temperatura. En el forro de cilindro 1102 mostrado, puede haber, por ejemplo, dos aberturas 1116 para recibir inyectores de combustible, una abertura 1116 para recibir un sensor de presión, y una abertura 1116 para recibir un sensor de temperatura.

La curva 1200 de la figura 12 representa el flujo de calor promedio a través de una traza longitudinal sobre la pared inferior del forro del cilindro 1102 durante la operación del motor. Como lo muestra la curva 1200, el forro de cilindro 1102 es calentado no uniformemente con respecto a su eje longitudinal. El forro del cilindro 1102 tiene su mayor carga de calor en su porción central 1114, en donde ocurre la combustión. Igualmente, la porción extrema del forro de cilindro con el puerto de escape 1 105 experimenta una mayor carga de calor que la porción extrema con el puerto de entrada 1 107. Así, para minimizar las no uniformidades en la temperatura del ci lindro 1 100 y la no uni formidad cilindrica resultante del orificio 1 103 , el cilindro 1 100 debe ser enfriado de una manera diseñada que se adapte a las formas no uniformes en las que son calentadas sus porciones durante la operación del motor. Es decir, un sistema para enfriar el cilindro 1 100 debe proporcionar una mayor capacidad de enfriamiento a la porción del cilindro desde cerca de su centro axial hasta el extremo de escape que la porción desde casi su centro axial al extremo de entrada, y debe proporcionar la capacidad de enfriamiento más alta a la porción central del cilindro.

Además de minimizar las no uniformidades en la temperatura de la pared del ci lindro a lo largo del eje longitudinal del cilindro 1 100 causadas por el flujo de calor variable a lo largo de ese eje, existe un potencial para una variación en la temperatura circunferencial en la pared del cilindro incluso con un flujo de calor uniforme si el enfriamiento disponible no es uniforme alrededor de la circunferencia como es el caso en la porción central 1 1 14 debido a la secuencia de aberturas 1 1 16. Para mantener una uniformidad en la temperatura circunferencial, y de esta manera uniformidad cilindrica, en la porción central 1 1 14 el enfriamiento adyacente a estas aberturas 1 1 16 debe asumir el enfriamiento que hubiera ocurrido si las aberturas no hubieran estado presentes.

Para proporcionar una capacidad de enfriamiento diseñada que satisfaga estas metas, se proporciona un número de ranuras o canales sobre la superficie exterior 1 120 del forro de cilindro 1 102. En referencia a las figuras 1 1 A, 1 l B y 1 1 D, un primer grupo 1 122 de ranuras entrelazadas 1 123 crean una espiral alrededor de la superficie exterior 1 120 desde la porción central 1 1 14 hacia el puerto de escape 1 105, y un segundo grupo 1 126 de ranuras entrelazadas 1 1 27 crean una espiral alrededor de la superficie exterior 1 120 desde la porción central 1 1 14 hacia el puerto de entrada 1 107. Cada ranura de estos dos grupos se origina en o cerca de la porción central 1 1 14, sigue una trayectoria en espiral alrededor de la superficie exterior 1 120, y concluye cerca de un puerto respectivo 1 105, 1 107 en una sección radial perforada. La sección radial perforada de cada ranura se comunica con un canal axial perforado que se extiende longitudinalmente dentro del forro de cilindro 1 102 a través de un borde del forro de cilindro 1 102. Uno de estos canales axiales, indicado por el número de referencia 1 129, comunica a través de una sección radial perforada 1 130 con un extremo 1 127e de una ranura 1 127 y penetra el borde 1 13 1 a través del orificio 1 133. Esto hace posible que una corriente de refrigerante líquido fluya desde el principio de una ranura en o cerca de una porción central 1 144, a lo largo del espiral de la ranura hacia un extremo respectivo del forro de cilindro 1 102, a través de un canal en el forro del cilindro, y fuera de un orificio en un borde del forro de cilindro 1 102. Cada grupo 1 122, 1 126 de ranuras conduce un flujo agregado de refrigerante líquido desde la porción central 1 1 14 hasta una porción extrema del forro de cilindro 1 102, haciendo posible el enfriamiento de la porción correspondiente respectiva del forro de cilindro, y de esta manera, del propio cilindro 1 100. Existe un paso, o separación, (el cual puede ser constante o variable) entre las ranuras de cada grupo y el paso para las ranuras del grupo 1 122 que se extiende desde una porción central 1 1 14 hacia el extremo de escape 1 109 es menor que el paso para el grupo 1 126 de ranuras que se extiende desde la porción central 1 1 14 hacia el extremo de entrada 1 1 12. Como resultado, más refrigerante líquido hace contacto con la porción de forro del cilindro sobre un área de superficie más grande incluyendo el puerto de escape 1 105 en la porción de forro de cilindro que incluye puerto de entrada 1 107, de esta manera proporcionando mayor capacidad de enfriamiento para la porción del forro de cilindro que incluye el puerto de escape 1 105. El refrigerante también es el más frío, y por lo tanto tiene la mayor capacidad de intercambio de calor, mientras entra en las ranuras cerca de la porción central 1 1 14 del forro de cilindro 1 1 02 en donde los requerimientos de enfriamiento son los más grandes. Además, las ranuras pueden tener un área transversal variable a lo largo de su longitud que afecte la velocidad de flujo local del refrigerante dentro de las ranuras y por lo tanto la velocidad de remoción de calor. Así, la capacidad de enfriamiento de las ranuras en espiral puede ajustarse sobre una amplia gama al variar cualquiera o todos del número de ranuras entrelazadas, la longitud de las ranuras, el paso de las ranuras, el área transversal a lo largo de la longitud de las ranuras y la velocidad de flujo de refrigerante en los canales.

Aún en referencia a las figuras 11 A, 11B y 11D, se muestra un tercer grupo de ranuras 1135 que se extienden alrededor de la superficie exterior 1120 en la porción central del forro de cilindro 1102, cada ranura 1135 extendiéndose entre dos de las ranuras 1116 en la porción central. Cada ranura 1135 tiene una porción alargada 1137 que se extiende en un arco sobre la circunferencia del forro de cilindro 1102, y porciones de cruz 1138 en los extremos opuestos de la porción alargada 1137. Cada porción de cruz 1138 es transversal a la porción alargada 1137 de tal forma que cada una de las ranuras 1135 tenga la forma de una I. Como se observa mejor en la figura 11 A, cada porción de cruz 1138 está colocada inmediatamente adyacente a una abertura 1116. En operación, refrigerante líquido introducido en cada ranura 1135 en el centro de su porción alargada 1137 fluye a través de la porción alargada 1137 hacia cada porción de cruz 1138 y luego es escapada desde los orificios 1147 en el manguito de cilindro 1140 en cada extremo de cada porción de cruz 1138. Así, el refrigerante líquido que fluye en cada ranura 1135 tiene una trayectoria de flujo más larga en cada extremo 1138 y la ranura, cerca de una abertura 1116. En consecuencia, cada ranura 1135 proporciona una mayor capacidad para enfriamiento en las partes más calientes de la porción central 1114, cerca de las aberturas 1116. La capacidad de enfriamiento provista para la porción central 1114 varía con la distancia circunferencial hasta la abertura 1116 más cercana en la porción central. El enfriamiento en las ranuras 1135 es un método muy efectivo y localizado para remover calor del área de las aberturas 1116 que no es accesible al enfriamiento por el grupo de ranuras en espiral 1122, 1126. La efectividad de remoción de calor en la sección central 1114 se debe a un patrón de flujo de estancamiento del refrigerante que ocurre en la zona en donde el refrigerante fluye hacia y toca el centro de cada extremo 1138 antes de fluir a las puntas del extremo.

Los detalles de ensamble del cilindro 1100 se observan en las figuras 11A-11D. El manguito de cilindro tubular 1140 es recibido sobre la superficie 1120, centrado sobre la porción central 1114 y que se extiende hacia y se encuentra con los múltiples de escape y entrada 1104 y 1106. Los múltiples 1104, 1106 pueden ser soldados al manguito de cilindro 1140 en las soldaduras 1141 entre el manguito de cilindro y los múltiples de escape y entrada 1104 y 1106. Estas soldaduras 1141w se observan mejor en la figura 11D. Como alternativa, los múltiples 1104 y 1106 pueden ser fundidos individualmente con porciones respectivas del manguito de cilindro 1140 y fijados uno al otro y al forro del cilindro 1102 por soldadura. Juntos, los múltiples de escape y entrada 1104 y 1106 y el manguito de cilindro 1140 cubren las ranuras 1123, 1127 y 1135, confinando el flujo de refrigerante líquido en las ranuras. Como se observa mejor en la figura 11B, el manguito de cilindro 1140 incluye los puertos 1142, 1144 y 1145. Cada puerto 1142 está colocado sobre el principio de una ranura 1123 respectiva cerca de la porción central 1114. Cada puerto 1144 está colocado sobre el inicio de una ranura 1127 respectiva cerca de la porción central 1114; y cada puerto 1145 está colocado sobre el centro de la porción alargada 1137 de una ranura 1135 respectiva. El refrigerante líquido fluye en las ranuras 1123 y 1127 a través de puertos 1142 y 1144, cerca o en la porción central del forro de cilindro 1102, y fluye en corrientes a través de las ranuras y los canales perforados 1129, y fuera de los orificios 1133 en los bordes extremos del forro de cilindro 1102. El refrigerante líquido fluye en las ranuras 1135 a través de los puertos 1145, y fluye en corrientes a través de las porciones alargadas 1137, hasta los extremos 1138. Orificios 1147 provistos a través del manguito de cilindro 1140 están colocados como las puntas de los extremos 1138 para permitir que el refrigerante líquido fluya fuera de las ranuras 1135. Como mejor se ve en la figura 11C, los puertos 1142, 1144 y 1145 reciben acoplamientos 1148 montados sobre líneas de suministro de refrigerante líquido 1 149 que conectan a un sistema de suministro de refrigerante líquido como se explica abajo en relación con las figuras 16A y 16B . Tres circuitos de suministro de refrigerante líquido pueden ser provistos en un sistema de suministro de refrigerante líquido para suministrar refrigerante líquido para los tres grupos de ranuras. Cada circuito está conectado a un grupo respectivo de ranuras por medio de los puertos que comunican con las ranuras para ingresar refrigerante líquido a una presión y velocidad de flujo deseadas para el grupo de ranuras. En estas figuras, no se proporcionan líneas para conducir refrigerante líquido que fluya fuera de las ranuras sobre la superficie exterior 1 120 del forro de cilindro 1 102. Al igual que para la descripción de la figura 9A arriba, el refrigerante líquido puede ser colectado por un cárter en el motor. En este caso, alguna porción del refrigerante líquido expulsada a través de los orificios 1 133 en cada borde del forro del cilindro 1302 caerá sobre las superficies del faldón exterior de los pistones opuestos (no mostrados en las figuras 1 1 A- 1 1 E) al moverse recíprocamente en el orificio 1303 , de esta manera enfriando y lubricando esas superficies durante la operación del motor. Como alternativa, el refrigerante líquido que fluye fuera de los extremos de las ranuras sobre el cilindro 1 100 puede ser conducido en líneas de retorno de refrigerante líquido conectadas por ajustes convencionales a los orificios 1 133 y 1 147 para la recolección y recirculación del refrigerante líquido como se explica abajo en relación con la figura 16B.

Como se observa en las figuras 11 C y 11D, los múltiples de escape y entrada 1104 y 1106 tienen volutas anulares internas 1150 y 1152 respectivas que comunican con los puertos de escape y entrada 1105 y 1107, respectivamente. De preferencia, cada una de las volutas 1150 y 1152 tiene la forma de un remolino para introducir el arremolinamiento de gases que fluyen a través del mismo, mientras que controla el mezclado turbulento. El arremolinamiento del aire presurizado facilita la depuración e incrementa la eficiencia de combustión. Ductos 1153 y 1154 conectan los múltiples de escape y entrada 1104 y 1106 a un sistema para descargar gases de escape desde y proporcionando aire de carga a un motor de pistones opuestos, tal como el sistema en la figura 10.

Como se observa en las figuras 11 B-l ID, el manguito de cilindro 1140 incluye una o más aberturas 1156, cada una alineadas con una abertura roscada 1116 correspondiente en el forro de cilindro 1102. Uno o más inyectores de combustible 1158 cada uno enroscado en su extremo de boquilla están montados al cilindro 1100 al ser enroscados en aberturas 1116. Cada inyector de combustible 1158 está acoplado en 1159 a una línea de combustible de alta presión 1160 y puede ser provisto con combustible por un sistema tal como el sistema de la figura 9B. El cilindro 1100 está provisto con lengüetas de montaje 1164 que son recibidas en un bastidor (no mostrado en estas figuras) cuando el cilindro 1 100 es ensamblado en un motor de pistones opuestos.

Las figuras 1 3A- 13E ilustran un pistón 1300 que puede usarse en la segunda modalidad de un motor de combustión interna de pistones opuestos. El pistón 1300 es de preferencia sin anillos. El pistón 1 300 tiene una sección cilindrica 1302 con un extremo cerrado que forma la corona de pistón 1 308. La sección cilindrica 1302 tiene un extremo abierto 1 309 opuesto a la corona 1 308. La porción de la sección cilindrica 1 302 que se extiende desde la corona 1308 al extremo abierto 1309 forma el faldón de pistón 1 3 10. El ej e longitudinal Ap de la sección cilindrica 1302 es también el eje longitudinal del pistón 1300.

Para funcionar efectivamente sin anillos, el pistón 1 300 debe conservar al menos una simetría sustancialmente cilindrica bajo todas las condiciones operativas del motor. La deformación del pistón es el resultado de la expansión térmica, presión de compresión, presión de combustión, fuerzas de inercia y presión de fuga. El mayor riesgo de deformación térmica ocurre en la corona, especialmente adyacente a y en la esquina 1302 en donde la corona 1 308 cambia al faldón 13 10. Sin enfriamiento, esta porción del pistón 1 300 puede abultarse durante la operación del motor, dando al pistón 1 300 una forma de hongo o tulipán. Esta deformación inducida térmicamente es sustancialmente uniforme pero aún eleva el riesgo de contacto entre el pistón y el orificio de cilindro, si no se controla. La deformac ión puede eliminarse, o al menos reducirse sustancialmente, al mantener un corte transversal x-x lo más delgado posible en la corona 1308 para de esta manera minimizar la impedancia térmica en la corona 1308 en donde ocurre el calentamiento máximo, mientras que al mismo tiempo se enfría la corona mediante el choque directo de uno o más chorros de refrigerante líquido sobre la superficie posterior de la corona. Ya que la deformación es sustancialmente uniforme, el enfriamiento puede ser diseñado a la distribución de calor sustancialmente simétrica en y adyacente a la corona.

Sin embargo, una corona delgada debilita potencialmente un pistón precisamente cuando la presión más grande debe ser recibida durante la combustión. En el pistón 1 300, la robustez estructural en la corona 1 308 se asegura por la provisión de elementos de soporte de carga o elementos que se extienden entre la corona 1 308 y el faldón 13 10 para transferir la carga apoyada sobre la corona durante la combustión al faldón y otros elementos del pistón. Con el enfriamiento eficiente de la corona 1300, se hace menos importante transferir calor a través del faldón del pistón 1302. Como resultado, el faldón 1302 puede hacerse más delgado, de lo que otra manera hubiera sido necesario, de esta manera reduciendo la masa del pistón e incrementando la PWR del motor.

Beneficios adicionales también pueden lograrse al permitir que la estructura de soporte del pistón se deforme elásticamente en cierta forma durante la operación del motor con el propósito de volver a ganar y/o de mantener una alineación axial entre el pistón y el cilindro al moverse recíprocamente el pistón en el orificio del cilindro.

La corona 1 08 tiene un contorno endentado y en forma de tazón 1 3 1 8 que puede corresponder con un contorno idéntico de un pistón opuesto para definir una cámara de combustión cuando los pistones estén en o cerca del punto muerto superior en el cilindro 1 100. El grosor de la corona 1308 en x-x puede ser 2 mm, o menos, si el pistón 1300 está hecho de una aleación de aluminio o acero de alta temperatura. Por ej emplo, presuponiendo que la corona 1 308 esté constituida de aluminio 5454, y tenga un diámetro de 80 mm, el grosor de la corona 1 308 en x-x puede estar en la escala de 1 .5 a 2.0 mm.

El pistón 1 300 incluye costillas 1322 formadas dentro de la sección cilindrica 1302 que sirven como los elementos de soporte de carga descritos arriba. De preferencia, las costillas 1322 están separadas uniformemente de manera circunferencial alrededor del ej e longitudinal Ap y se extienden radialmente desde una protuberancia cilindrica 1326 hasta la superficie interior 1324 del pistón. Las costillas 1322 empalman la superficie posterior 13 16 de la corona 1308 y también se extienden longitudinalmente dentro del pistón 1300 desde la superficie posterior 13 16 al menos parcialmente a la mitad a lo largo de la superficie interior 1 324 del faldón hacia el extremo abierto 1309. En otras modalidades, las costillas 1322 pueden acercarse o incluso alcanzar el extremo abierto 1309. Las costillas 1322 tienen también un grado axial y convergen sobre la protuberancia cilindrica 1326. La protuberancia cilindrica 1326 tiene un anillo anular inferior roscado 1327 y está centrada sobre el ej e longitudinal Ap, detrás de la corona 1 308. Las costillas 1322 transfieren las cargas axiales ejercidas en la corona 1308 durante la operación del motor al faldón 13 10 y la protuberancia cilindrica 1 326. La forma, grado y número preciso de costillas 1322 pueden variar de acuerdo con el diseño del motor y las especificaciones operativas. La corona 1308, la porción superior del faldón 13 1 0, las costillas 1322 y la protuberancia cilindrica 1326 se forman como una sola unidad de corona, con la porción más baja del faldón 13 10 formada como una sola unidad cilindrica y unida a la unidad de corona en 1325. La corona y unidades cilindricas pueden hacerse mediante fundición y/o maquinado de una aleación de aluminio o acero de alta temperatura y unirse por soldadura, braceado o roscado.

En referencia aún a las figuras 13A- 13E, la protuberancia cilindrica 1326 tiene un espacio de acumulación de fluido interno 1328.

Un número de orificios se abren a través de la pared de la protuberancia cilindrica 1 326. Los orificios incluyen primeros orificios separados circunferencialmente 1329. Cada primer orificio 1 329 está colocado entre un par de costillas 1 322 respectivo y es inclinado axialmente de tal manera que se abra a través de la protuberancia cilindrica 1326 a una inclinación hacia la superficie posterior 13 16. Los ori ficios incluyen también una pluralidad de segundos orificios separados circunferencialmente y dispuestos radialmente 13 1 3 que están separados longitudinalmente de los primeros orificios 1329 hacia la superficie posterior 13 1 6 de la corona 1308 y colocados cuando la protuberancia ci lindrica 1326 se une a la superficie posterior 1 3 1 6. (El acceso para perforar los segundos orificios 1 330 es provisto a través de orificios radiales 1330a en la pieza de corona). Cada segundo ori ficio 1330 está colocado circunferencialmente entre un par de costillas respectivo 1322 y se abre radialmente a través de la protuberancia cilindrica 1326 cerca de la superficie posterior 13 16 de la corona 1308. Una varilla conectora tubular 1 33 1 mejor observada en las figuras 1 3 C y 1 3 D tiene un orificio central 1332 y secciones extremas roscadas 1333 y 1334. La varilla 133 1 es recibida y retenida en la protuberancia cilindrica 1 326 mediante acoplamiento roscado entre la sección extrema 1333 y el anillo 1327, y la varilla 1 33 1 es trabada al pistón 1300 por una tuerca roscada 1335.

Como mejor se observa en las figuras 13C y 13D, un carro 1345 , en forma de una estructura cruzada abierta, está montado por una pieza central roscada 1347 a la sección extrema roscada 1334 de la vari lla 133 1 . Tuercas de trabamiento 1 348 y 1349 enroscadas sobre la sección extrema 1334, mantienen al carro 1345 sobre el pistón 1300. Una instalación de puerto 1350 está enroscada al extremo de la sección extrema 1334.

Como puede apreciarse con referencia a las figuras 13C y 13 E, la varilla 133 1 constituye un canal para suministrar al menos un chorro dirigido de un refrigerante líquido sobre la superficie posterior 13 16 de la corona 1 308. El orificio 1332 de la varilla 1 33 1 comunica con el espacio de acumulación 1 328, un refrigerante líquido introducido a través de la instalación de puerto 1 350 fluye a través del orificio 1 332, dentro del espacio de acumulación 1328, y fuera del primero y segundo orificios 1329 y 1 330 sobre la superficie posterior 13 16.

En referencia ahora a las figuras 1 3A y 1 3E, puede entenderse la aplicación de refrigerante de superficie posterior 13 1 6 de la corona 1 308. Las costillas 1322 definen un anillo radialmente simétrico de cámaras 135 1 sobre la superficie posterior 13 16 de la corona 1 308. Al fluir refrigerante C axialmente a través del orificio 1332 de la varilla 133 1 , el refrigerante es desviado fuera de la protuberancia cilindrica 1326 y a través de cada primer orificio 1329 en un chorro axialmente inclinado J l dirigido hacia una porción de la superficie posterior 13 16 en una de las cámaras 135 1 . Al entrar refrigerante C en el espacio de acumulación interno 1328 de la protuberancia cilindrica 1 326, choca axialmente sobre y enfría la porción central de la superficie posterior 13 1 6. El refrigerante C es desviado radialmente a través de la porción central de la superficie posterior 13 16, y fluye hacia afuera a través de cada primer orificio 1 329 en un chorro J2 dirigido sustancialmente en forma radial con respecto al eje longitudinal Ap. Cada cámara 1 35 1 recibe un chorro inclinado axialmente turbulento J l de refrigerante líquido expulsado a través de un primer orificio 1 329 respectivo y dirigido hacia la sección de la superficie posterior 1 3 16 dentro de ta cámara 135 1 . Cada cámara 135 1 recibe también un chorro dirigido radialmente y turbulento J2 de refrigerante líquido expulsado a través de un segundo orificio 1330. Los chorros turbulentos J l y J2 de refrigerante líquido chocan sobre la sección de la superficie posterior 1 3 1 6 dentro de la cámara 135 1 . El refrigerante líquido expulsado fluye a lo largo de la sección de la superficie interior 1324 y las superficies frontales de las costillas 1322 definiendo la cámara 135 1 , y luego fuera de la cámara 1351 a lo largo de la superficie interior 1324 del faldón 13 10. Así, durante la operación del motor, el pistón 1300 es enfriado por uno o más chorros de refrigerante líquido dirigidos que golpean la superficie posterior 13 16, entre las costillas 1322. La viscosidad y presión del refrigerante C y los diámetros del primero y segundo orificios 1329 y 1330 pueden variar para asegurar la turbulencia de los chorros en el flujo local del refrigerante dentro de las cámaras 135 1 y contra la superficie posterior 13 16. Como se conoce la turbulencia incrementa la capacidad del refrigerante para conducir el calor lejos de la superficie posterior 1 3 16 y los lados de las cámaras 1 35 1 . La velocidad de flujo del refrigerante C se eleva hasta un nivel para asegurar una alta velocidad de remoción del calor de la corona 1 308. Los chorros J l y J2 están dirigidos para chocar sobre la superficie posterior 13 16. Así, la capacidad de enfriamiento del primero y segundo orificios 1329 y 1330 puede aj ustarse sobre una amplia gama al variar cualquiera o todos los números de orificios, el diámetro de los orificios, la orientación axial de los orificios y la viscosidad, presión y velocidad de flujo del refrigerante C en el pistón 1300. De preferencia, el refrigerante C fluye fuera del extremo abierto 1309 del pistón 1300 para ser recogido con el refrigerante líquido que fluye fuera del cilindro 1 100 por un cárter.

De esta manera, un corte transversal delgado y un suministro cilindricamente simétrico de chorros de refrigerante líquido dirigido en la superficie posterior 13 16 de la corona 1308 aseguran un enfriamiento uniforme de la corona durante la operación del motor y eliminan, o reducen sustancialmente, el hinchamiento de la corona y la porción del faldón inmediatamente adyacente a la corona. La simetría cilindrica del pistón 1 300 se mantiene entonces a una alta BMEP, lo cual soporta una construcción de operación de pistones sin anillos. De acuerdo con un diseño de pistón ejemplar que utiliza estos chorros para controlar la distorsión térmica, la expansión diferencial de la corona en relación con la porción cilindrica inferior de un pistón de 97 milímetros de diámetro puede mantenerse tan poco como en 0.025 milímetros.

La construcción del pistón 1300 mitiga también otra consecuencia de un motor de pistones opuestos del tipo de Bird que se origina a partir de la interconexión rígida de los pistones y los cigüeñales a otras partes del motor. En el motor de Bird, cada pistón está conectado a dos cigüeñales montados a los lados por una sola horquilla y un número de varillas conectoras. La orquilla es integral con o está fijada al faldón exterior del pistón y cada extremo de la orquilla está conectado por una o más varillas rígidas a uno de los cigüeñales. El cilindro es inmovilizado en un bloque de motor. Como resultado, una desalineación en traslación entre los ejes del pistón y el cilindro que contiene el pistón no puede soportarse comprometiendo las estructuras de soporte de cualquiera del cilindro o el pistón. A este respecto, "comprometer" se refiere a la cantidad de extensión o desplazamiento de una estructura cargada por carga unitaria. En comparación con Bird, la construcción ilustrada en las figuras 13A- 13E produce considerablemente más compromiso en la estructura del soporte del pistón al permitir el doblez de la varilla tubular 133 1 en respuesta a la desalineación en traslación entre el eje longitudinal del pistón 1 300 y el eje longitudinal del cilindro 1 10.

Se describe ahora un motor de combustión interna de pistones opuestos y dos ciclos ilustrado en forma esquemática a la figura 14A. Esta descripción presume un motor de encendido por compresión por motivos de ilustración y ej emplo únicamente. Puede en su lugar ser un motor encendido por chispa. El motor descrito está constituido de al menos un cilindro en el cual no uniformidades térmicas son eliminadas o reducidas sustancialmente mediante la aplicación de corrientes de un refrigerante líquido de la manera descrita con respecto al cilindro 1 100 ilustrado en las figuras 1 1 A- l I D. Un ci lindro de este motor tiene un par de pistones sin ani llos opuestos, en cada uno de los cuales la deformación térmica se elimina o se reduce sustancialmente mediante la aplicación de uno o más chorros de un refrigerante líquido de la manera descrita con respecto al pistón 1300 descrito en relación con las figuras 13 A- 1 3E.

Como se muestra en la figura 14A, el motor 1400 incluye al menos un cilindro 1 100 con pistones opuestos 1300A y 1300B dispuestos en éste para moverse recíprocamente en forma opuesta hacia y lejos uno del otro y del centro del cilindro 1 100. El eje longitudinal Ac del cilindro es colineal con los ejes longitudinales Ap de los pistones 1300A y 1300B. Los pistones 1300A y 1300B están acoplados a primero y segundo cigüeñales de giro contrario montados a los lados 1430 y 1432 los cuales, a su vez, están acoplados a una salida común (no mostrada en esta figura). Carros 1345 están montados a los pistones 1300. Cada uno de los carros 1345 conecta extremos de una pluralidad de varillas conectoras 1447 a uno respectivo de los pistones. La perspectiva de esta figura ilustra sólo dos varillas conectoras 1 1 47 para cada pistón, y se debe entender que una o más varillas conectoras adicionales no son visibles. Las varillas conectoras 1447 están conectadas a un carro 1 345 cerca del extremo abierto 1 309 de cada pistón 1300A y 1300B.

Los dos cigüeñales montados a los lados 1430 y 1432 están dispuestos con sus ejes paralelos unos a otros y descansando en un plano común que intersecta el cilindro 1 1 00 en o cerca de su centro longitudinal y que es perpendicular al eje longitudinal Ac del cilindro. Los cigüeñales giran en direcciones opuestas. Las varillas conectoras 1447 están conectadas a flechas de cigüeñal sobre los cigüeñales 1430 y 1432. Cada varilla conectora 1447 está dispuesta para formar un ángulo agudo con respecto a los ejes (y los lados) del cilindro 1 100 y los pistones 1300A y 1300B. Las varillas conectoras 1447 están unidas a los carros 1345 por medio de cojinetes de agujas 1436, y a los cigüeñales por medio de coj inetes de rodillos 1438.

La relación geométrica entre las varillas conectoras 1447, carros 1345 y cigüeñales 1430, 1432 en la figura 14A mantienen las varillas conectoras principalmente bajo tracción por tensión al moverse los pistones 1 300A y 1 300B en el cilindro 1 100, con un nivel limitado de tensión compresora resultando de fuerzas inerciales de los pistones a altas velocidades del motor. Esta geometría elimina o al menos reduce sustancialmente las fuerzas laterales entre los pistones 1 300A y 1 300B y el orificio del cilindro 1 100.

En la figura 14A, detalles adicionales y características del cilindro 1 100 y los pistones 1 300A y 1300B se muestran. El cilindro 1 100 incluye un puerto de escape 1 1 05 cubierto por el múltiple de escape 1 104 a través del cual los productos de la combustión fluye fuera del cilindro 1 100. Durante la operación a alta potencia del motor 1400, por ejemplo a BMEP= 10.54 kg/cm2, la temperatura externa promedio del múltiple de escape 1 104 y el ducto 1 153 puede alcanzar o exceder 375 °C, una temperatura lo suficientemente alta como para coquificar combustible diesel. La temperatura promedio del múltiple 1 104 y el ducto 1 1 53 es reducida considerablemente de la alta temperatura inicial del gas de escape por el gran fluj o subsecuente de aire de depuración. En consecuencia, las superficies exteriores del múltiple de escape 1 1 04 y el ducto 1 1 53 pueden ser cubiertas con un revestimiento aislante tal como una pintura de alta temperatura. Las composiciones a base de silicón son útiles para este propósito. Una de estas composiciones es una pintura rellena con óxido de metal con una conductividad térmica (K) de menos de 1 W/metro-°K vendida con el nombre comercial Corr-Paint CP4040 por Aremco. Otra composición adecuada es un revestimiento formulado al mezclar microesferas redondas de celdas vendidas por Eager Plastics, Inc. o microesferas de vidrio vendidas por Potters Europe con un sistema aglutinante a base de silicón vendido con el nombre comercial Aremco 8080 por Aremco; esta composición proporciona un revestimiento que tiene una conductividad térmica (K) de menos de 0.36 W/metro-°K.

Como se observa en la figura 14A, el cilindro 1 100 tiene también un puerto de entrada oculto por el múltiple de entrada 1 106 a través del cual el aire presurizado fluye dentro del cilindro 1 100. Gracias a sus ubicaciones con respecto a estos puertos, los pistones 1 300A y 1300B pueden ser referidos respectivamente como los pistones de "escape" y "entrada", y los extremos del cilindro 1 100 se nombran de manera similar. Al menos un inyector de combustible 1 1 58 inyecta combustible en el cilindro 1 100. Los puertos 1 142, 1 144 y 1 145 conducen refrigerante líquido dentro de grupos respectivos de ranuras sobre la superficie exterior del cilindro 1 100.

Como se describe en relación con la primera modalidad, la relación entre la longitud del pistón y la longitud del cilindro, acoplada con una diferencia en fases entre los pistones 1300A y 1300B mientras viajan en sus posiciones de punto muerto inferior, modulan las operaciones del puerto y la secuencia correctamente con eventos de pistón. Así, el descentrado de fases entre las posiciones del punto muerto inferiores produce una secuencia en la cual el puerto de escape 1 105 se abre cuando el pistón de escape 1300a se mueve cerca de su posición de punto muerto inferior, después el puerto de entrada 1 107 se abre cuando el pistón de entrada 1 300B se mueve cerca de su posición de punto muerto inferior, después de lo cual el puerto de escape se cierra luego de que el pistón de escape se mueve lejos de su posición de punto muerto inferior, y luego el puerto de entrada 1 1 07 se cierra después de que el pistón de entrada 1 300B se mueve lejos de su posición de punto muerto inferior.

Con referencia a las figuras 1 3C y 14A, se proporcionan dos depósitos 1460A y 1460B hacia afuera de los extremos abiertos de los pistones 1300A y 1 300B. Cada depósito tiene una instalación 1461 desde la cual refrigerante líquido para enfriar el pistón 1 300A o 1 300B asociado es alimentado a la instalación 1 350 montada sobre el extremo roscado 1334 de la varilla de pistón 133 1 . La instalación 1350 está alineada con una boquilla 1461 sobre el depósito 1460A o 1460B. El refrigerante líquido alimentado en un depósito 1460A o 1460B es forzado fuera de una boquilla 1461 en una corriente proyectada que entra en el orificio 1332 de una varilla 133 1 correspondiente a través de una instalación 1350. La fuerza de la corriente proyectada y el movimiento del pistón 1300A y 1300B fuerzan el refrigerante líquido fuera de la varilla 133 1 en uno o más chorros dirigidos sobre la superficie posterior de la corona 1308 a través del primero y segundo orificios 1329 y 1330.

La figura 14B muestra una vista lateral parcialmente seccional de una modificación del motor de la segunda modalidad que es idéntico en todos aspectos al motor 1400, con excepción de que tiene estructuras de soporte y enfriamiento de pistón alternativas. En la figura 14B, el cilindro 1 100 tiene dispuestos en éste dos pistones opuestos 1480A y 1480B en los cuales cada pistón 1480A o 1480B está acoplado alrededor de su manguito a un carro 1482 respectiva de la manera descrita arriba para el motor de la primera modalidad. A este respecto véase el acoplamiento de los manguitos de pistón 1 2s y 14s a los carros 1 6 y 1 8 en las figuras 2A, 2B, 6A y 6B. Además, las coronas 1480c de los pistones 1480A y 1480B son delgadas y soportadas sobre sus superficies posteriores 1486 por costillas (no mostradas) de la manera del pistón 1 300. Sin embargo, los pistones 1480A y 1 480B carecen de la protuberancia cilindrica 1326 y varilla tubular del pistón 1 300. Para cada pistón 1480A y 1480B, existe una estructura de enfriamiento 1490 fijada a un depósito 1460 y que tiene una disposición anular de tubos 1492 que miran hacia la superficie superior 1486 del pistón 1480A y 1480B. La salida de cada tubo 1492 dirige un chorro turbulento de refrigerante entre un par respectivo de costillas 1488. Existe un solo tubo 1493 centrado en cada disposición anular; la salida de este tubo 1493 mira a la porción central de la superficie posterior 1486 de una corona de pistón 1480c. El refrigerante líquido alimentado desde cada depósito 1460A y 1460B, a través de la disposición anular asociada emerge de los tubos 1492, 1493 como una pluralidad de chorros dirigidos a la superficie posterior 1486 de una corona de pistón 1480c al moverse recíprocamente el pistón en el cilindro 1 100 durante la operación del motor.

Como se describió arriba en relación con la primera modalidad, un motor de pistones opuestos y doble carrera de acuerdo con la segunda modalidad tiene elementos de trabaj o (ci lindros, pistones, eslabones, cigüeñales, etc.) recibido sobre una unidad estructural en forma de un bastidor de elementos estructurales pasivos equipados j untos para soportar los elementos de trabajo. El bastidor porta las tensiones y fuerzas de la operación del motor, tal como las fuerzas compresoras entre los cigüeñales, y los cilindros no son fundidos en un bloque ni formados con otros elementos estructurales pasivos. Cada ci lindro es soportado en el bastidor del motor y es desacoplado de las tensiones mecánicas y térmicas de un bloque de motor. Por consiguiente, al igual que con la primera modalidad, los cilindros en la segunda modalidad son esencialmente sólo recipientes de presión. Esta construcción de motor, j unto con el enfriamiento de cilindro 1 100 y los pistones 1300A y 1300B de la manera descrita arriba, elimina la distorsión radial no uniforme del cilindro y el hinchamiento de las coronas del pistón, y permite que la interfaz cilindro-pistón tenga un aj uste muy estrecho. De manera adecuada, con un enfriamiento diseñado, esta característica ofrece la opción de un diseño de motor que elimina los anillos de pistón.

Las figuras 15A- 15E son vistas en perspectiva laterales que muestran un ensamble cada vez más completo del motor de pistones opuestos 1400 con cigüeñales montados a los lados a base de las construcciones de cilindro y pistón de las figuras 1 1 A- l I D y 1 3 A- 13E. El motor 1400 tiene dos cilindros, aunque esto es simplemente por motivo de ilustración. De hecho, puede ser escalado en motores de cualquier tamaño y motores que tengan uno, dos o tres o más cilindros. En la figura 15A, el motor 1400 incluye dos cilindros 1 100 que tienen la construcción ilustrada en las figuras 1 1 A- l I D, con pistones opuestos 1 300A y 1 300B dispuestos en ésta. Los carros 1354 de los pistones opuestos son visibles en la figura 1 5A. Varillas conectoras 1447 acoplan los carros 1 354 a los cigüeñales 1430 y 1432. Los ductos de escape 1 1 53 son recibidos en aberturas correspondientes en una placa de motor 1 5 10, y los ductos de entrada son recibidos en aberturas correspondientes de una placa de motor 1 520.

Las figuras 1 5B y 1 5C muestran al motor 1400 sin cilindros 1 100 y depósitos 1460. El motor 1400 tiene un bastidor constituido de placas extremas 1 522 y 1524, y una placa media 1526 colocada entre las placas extremas 1522 y 1 524. Ranuras 1 528 están dispuestas sobre lados opuestos de las placas 1 522, 1524 y 1526. Las placas 1522, 1524 y 1526 tienen coj inetes 1530 para soportar giratoriamente el cigüeñal 1430 y coj inetes 1 532 para soportar de manera giratoria el cigüeñal 1432. Las placas extremas y medias 1522, 1524 y 1526 se mantienen juntas sobre un lado por un número de placas de motor que incluyen la placa de motor 1510 y la placa de motor de contraparte 151,1, y sobre un segundo lado por la placa de motor 1520 y la placa de motor de contraparte 1521. Un depósito 1460 está montado a un lado del bastidor entre las placas de motor 1520 y 1511, el otro al otro lado del bastidor entre las placas de motor 1510 y 1521.

Una caja de engranajes 1570 aloja un tren de engranajes de salida a través del cual los movimientos giratorios opuestos de los cigüeñales 1530 y 1532 son acoplados a una flecha impulsora de salida. Los extremos de los cigüeñales 1430 y 1432 se extienden dentro de la caja de engranajes 1570. Una rueda dentada 1572 con un anillo exterior dentado está fijado al extremo del cigüeñal 1430 y una rueda dentada 1573 con un contorno exterior dentado está fijado al extremo del cigüeñal 1432. Una rueda dentada de salida 1575 tiene un anillo 1576 con una circunferencia interior dentada 1577 y una circunferencia exterior dentada 1578. Como se observa en estas figuras, el contorno exterior de la rueda dentada 1572 acopla la circunferencia interior 1577 de la rueda dentada 1575 en una ubicación y el contorno exterior de la rueda dentada 1573 acopla la circunferencia exterior 1578 de la rueda dentada 1573 en otra ubicación diametralmente opuesta a la primera ubicación. La relación de engranaje entre el engranaje interior 1572 y la circunferencia interior 1 577 puede ser 33/65 con dientes MOD 4 sobre el engranaje interior y la circunferencia interior, mientras que la relación de engranaje entre el engranaj e exterior 1 573 y la circunferencia exterior 1 578 puede ser de 33/65 con dientes MOD 5 sobre el engranaj e exterior y la circunferencia exterior. Esta disposición de engranajes permite que las rotaciones opuestas de los cigüeñales 1430 y 1432 sean traducidas en la rotación continua de la rueda dentada de salida 1 575 con un número primo de engranajes (tres, en este caso), con una relación de engranaj e no integral, y sin ninguna banda, cadena intermediaria u otro elemento de transferencia de par de torsión. El resultado es un tren de engranajes de salida simple y corto.

Una placa de eje 1 581 está unida por tornillos roscados al anillo 1576 y una cubierta 1 582 es suj etada por tornillos roscados a la placa extrema 1 522, sobre la caj a de engranajes 1570. La placa de eje 1581 tiene un eje central 1 586. La cubierta 1582 incluye un coj inete de salida 1 585 que recibe al eje 1586, de esta manera haciendo posible que el bastidor soporte el engranaje de salida 1575 para su rotación. El ej e 1586 constituye el impulsor de salida del motor 1400. Puede ser acoplado a una transmisión intermedia o directamente al componente impulsado por una o más flechas, engranajes, bandas, cadenas, levas u otro elemento o sistema de transferencia de par de torsión adecuado (no mostrado).

La figura 1 5D muestra el motor 1 400 con dos cilindros 1 100 montados a las placas extrema y media 1 522, 1 524 y 1 526 mediante el acoplamiento de las lengüetas 1 164 en ranuras 1 528. Las ranuras 1 528 proporcionan la fácil remoción de cilindros del motor 1400 para inspección, reparación o reemplazo de cilindros o pistones. El motor ensamblado 1400 se observa en la figura 1 5E, con los depósitos 1460 montados por tornillos roscados entre las placas extremas 1 522 y 1 524.

Las placas de motor 1 520, 1 521 , 1 5 10 y 1 5 1 1 , depósitos 1460 y placas de cubierta 1 580 están montados por tornillos roscados y/o pernos a las placas extrema y media 1522, 1524 y 1 526 del bastidor.

Las partes de bastidor para el motor 1400 están hechas de preferencia de una aleación de aluminio de alta temperatura (tal como aluminio 5454) que es fundida y/o maquinada según sea necesario para el ensamble de operación del motor. Sistemas de combustible y depuración de motor pueden ser como los descritos arriba con respecto a la primera modalidad. De preferencia, el refrigerante líquido y combustible usados para el motor 1400 son combustible diesel que también puede servir como un lubricante para los pistones y otros elementos del motor. De preferencia, las operaciones del motor se controlan por medio de la unidad de control del motor (ECU) con sensores y accionadores asociados, según se requiera.

El montaje de aparatos de motor auxiliares al motor 1400 puede entenderse con referencia a las figuras 1 5A- 1 5E. Por ej emplo, un turbocargador 1 590 es montado a la placa de motor 1 5 10 para facilitar el acoplamiento a uno o más ductos de escape 1 1 53 y un supercargador 1 591 es montado a la placa de motor 1 520 para facilitar el acoplamiento a ductos de entrada 1 1 54. Una bomba de inyección de combustible 1593 es impulsada por una banda de sincronización desde el extremo de uno de los cigüeñales 1430, 1432. Bombas de refrigerante, lubricante y depuración (no mostrada) se muestran hacia la parte posterior del motor 1400 y son impulsadas por el extremo de uno de los cigüeñales 1430, 1432. La bomba de refrigerante proporciona refrigerante líquido a los puertos del manguito de cilindro 1 140 y a los depósitos 1460A y 1460B. Una bomba de cárter 1594 está montada a la placa inferior 1580. Aunque no se muestra en estas figuras, las extensiones de los cigüeñales 1430 y 1432 a través de la placa posterior 1524 también se pueden emplear para conducir amortiguadores de vibración y accesorios de motor.

El control del suministro de refrigerante líquido por un sistema de suministro de refrigerante líquido 1600 que puede usarse en la segunda modalidad se ilustra en el diagrama esquemático de la figura 16A. El sistema de suministro 1600 incluye una unidad de control de motor programable (ECU) 1601 . La ECU 1601 detecta una temperatura del cilindro 1 100 por medio de un sensor 161 0 enroscado en una de las aberturas 1 1 16 en el forro de cilindro 1 102. La EC U 1 601 también detecta temperaturas de las coronas de los pistones 1 300A y 1 300B por medio de sensores 161 Í A y 161 I B montados en los pistones 1300A y 1 300B. Otros sensores (no todos mostrados) pueden proporcionar entradas indicadoras de varias condiciones operativas del motor a la ECU 1 601 . En el sistema de suministro 1 600, una bomba de depuración 1594 recupera el refrigerante expulsado desde el cilindro 1 100 y pistones 1 300A y 1300B y bombea el refrigerante a través de un separador de aire 1630 y un filtro 163 1 a un cárter (seco) 1632.

Una bomba de circuito refrigerante de cilindro 1634A bombea refrigerante colectado en el cárter 1632 a través de un intercambiador de calor 1 635A y una válvula de derivación 1636A y dentro de un múltiple 1638A. El refrigerante líquido para su provisión a las ranuras en el cilindro 1 100 se mantiene a una presión seleccionada en el múltiple 1638A mediante el control de la válvula de derivación 1636A por la ECU 1601 y un sensor de presión 1639A en el múltiple 1638A. Desde el múltiple 1638A, el refrigerante líquido fluye a través de válvulas proporcionales 1642, 1644 y 1645 y dentro de ranuras sobre la superficie exterior del cilindro 1 100 por medio de puertos 1 142, 1 144 y 1 145 , respectivamente. Todas las válvulas 1636A, 1642, 1644 y 1645 son controladas por la ECU 1601.

Una bomba de circuito para refrigerante de pistones 1634B bombea refrigerante colectado en el cárter 1632 a través de un cambiador de calor 1 635B y una válvula de derivación 1636B dentro de un múltiple 1638 B . Refrigerante líquido para su provisión a los tubos 133 1 en los pistones 1 300A y 1300B se mantiene a una presión seleccionada en el múltiple 1 638B mediante el control de la válvula de derivación 1636B por la ECU 1601 y un sensor de presión 1639B en el múltiple 1636B.

Desde el múltiple 1638B, el refrigerante líquido fluye a través de válvulas proporcionales 1 660A y 1660B dentro de los depósitos 1460A y 1460B y desde los depósitos, a través de los orificios 1 332 de los tubos 1 33 1 sobre las superficies posteriores de las coronas en los pistones 1300A y 1300B. Todas las válvulas 1636B, 1 660A y 1660B son controladas por la ECU 1601 .

La ECU 1601 es programada al mapear valores precalibrados de temperaturas de cilindro y pistón y otros datos sensoriales indicadores de las condiciones operativas del motor a presiones de refrigerante y velocidades de fluj o para varias cargas operativas del motor. La ECU 1601 detecta las condiciones operativas del motor y las temperaturas del cilindro y pistón, determina la carga de motor actual e ingresa y calcula las presiones y velocidades de flujo requeridas para los tres circuitos de cilindro 1 100 y los pistones 1300A y 1300B. La ECU 1601 controla entonces las válvulas 1636A, 1642, 1 644 y 1645 para proporcionar refrigerante a los circuitos refrigerantes del cilindro 1 1 00 según se requiera para mantener simetría cilindrica en el punto operativo de motor actual . Este control puede ser ya sea un circuito abierto o circuito cerrado. Por ej emplo, a potencia de motor completa, usando combustible diesel como el refrigerante, la presión y velocidades de flujo provistas a los puertos 1 142 y 1 144 pueden ser de menos de una baria a 0.063 1 litros por minuto, y la presión y velocidad de flujo provistas a los puertos 1 145 puede ser menor que una baria a 0.252 litros por segundo. Al mismo tiempo, la ECU 1601 también ajusta las válvulas 1636B, 1 660A y 1660B para proporcionar refrigerante a los circuitos refrigerantes de los pistones 1300A y 1300B según se requiera para controlar la distorsión térmica de las coronas 1 308 en el punto operativo del motor actual. Por ejemplo, a potencia de motor completa, usando combustible diesel como el refrigerante, la presión y velocidades de flujo provistas a los depósitos 1460A y 1460B puede ser menor que tres barias a 0.946 litros por segundo por pistón.

El control de suministro de refrigerante líquido por un sistema de suministro de refrigerante líquido alternativo 1650 que puede usarse en la segunda modalidad se ilustra en el diagrama esquemático de la figura 16AB. El sistema 1650 proporciona un primer refrigerante (agua, por ejemplo) al cilindro 1 100 y un segundo refrigerante diferente (lubricante o combustible diesel, por ejemplo) a los pistones 1300A y 1 300B . El sistema de suministro 1650 incluye la unidad de control de motor programable (ECU) 1601 y los sensores 1610, 161 Í A y 161 I B en el cilindro 1 1 00 y pistones 1 300A y 1 300B. El sistema de suministro 165 1 utiliza líneas de retorno de refrigerante líquido 1661 conectadas convencionalmente a los orificios 1 147 en el manguito de cilindro 1 140 y los orificios 1 133 en los extremos del cilindro 1 1 00. Las l íneas de retorno de refrigerante líquido 1 661 convergen en un múltiple de retorno 1662 que regresa el primer refrigerante líquido del cilindro 1 100 hasta un depósito 1 663.

Una bomba de circuito refrigerante de ci lindro 1664 bombea el primer refrigerante l íquido recogido en el depósito 1663 a través de un cambiador de calor 1665 y una válvula de derivación 1 666 en un múltiple 1667. El primer refrigerante líquido para su provisión a las ranuras en el cilindro 1 100 se mantiene a una presión seleccionada en el múltiple 1667 mediante el control de la válvula de derivación 1666 por la ECU 1601 y un sensor de presión 1669 en el múltiple 1667. Desde el múltiple 1667, el primer refrigerante líquido fluye a través de válvulas proporcionales 1672, 1674 y 1675 dentro de ranuras sobre la superficie exterior del cilindro 1 100 a través de puertos 1 142, 1 144 y 1 145, respectivamente. Todas las válvulas 1666, 1672, 1674 y 1675 son controladas por la ECU 1601 .

El sistema de suministro 1 650 incluye también los circuitos refrigerantes de pistón del sistema de suministro 1600, los cuales están constituidos de los elementos en secuencia desde la bomba de depuración 1 594 a través de los depósitos 1460A y 1460B para suministrar el segundo refrigerante líquido para enfriar los pistones 1300A y 1300B como se describió arriba en relación con la figura 16A. Al igual que con el sistema 1600, el segundo refrigerante líquido es lanzado a chorros en los pistones 1300A y 1 300b y recuperado por la bomba de depuración 1594.

La ECU 1 601 está programada y opera el sistema de suministro 1 650 de la manera del sistema de suministro 1600 para mapear valores pre-calibrados de temperaturas de cilindro y pistón y otros datos sensoriales indicadores de las condiciones operativas del motor a primera y segunda presiones y velocidades de flujo de refrigerante para varias cargas operativas de motor, y para controlar la provisión de los primero y segundo refrigerantes líquidos a esas presiones y velocidades de flujo al cilindro 1 100 y pistones 1300A y 1300B, respectivamente.

Debe ser evidente que los sistemas de suministro de las figuras 16A y figura 16B pueden controlar el enfriamiento del cilindro 1 100 independientemente de los pistones 1300A y 1 300B en respuesta a las condiciones operativas del motor. En consecuencia, el cilindro 1 100 y los pistones 1300A y 1300B se pueden mantener a temperaturas diferentes. Una ventaja de esta disposición puede ser mantener el cilindro 1 100 a una temperatura más alta que los pistones 1300A y 1 300B para de esta manera mantener una separación predeterminada entre el orificio 1 103 y el diámetro externo de los pistones al variar las condiciones de motor.

Potencia del motor Se logra un rendimiento de motor incrementado, con el resultado de que los motores de pistones opuestos construidos de acuerdo con esta descripción son capaces de lograr BMEP mej orada, salida específica y PWR cuando se les compara con los motores de pistones opuestos de la técnica anterior. Por ej emplo, un motor de pistones opuestos construido de acuerdo con esta descripción tolerará una BMEP de al menos 14 kg/cm2, al menos 17.5 kg/cm2 o por lo menos 21 kg/cm2 gracias al enfriamiento mejorado. Un motor de pistones opuestos de este tipo es capaz de proporcionar densidades de potencia específicas (SPD) en relación a un área de pistón de por lo menos l l .OHP/in2 (8,206 j ulios/6.45 cm2), al menos 12.0HP/in2 (8,952 julios/6.45 cm2), o por lo menos 13.0HP/in (9,698 julios/6.45 cm ). Estas mejoras hacen posible que este motor de pistones opuestos logre una PWR de al menos 0.5 HP/lb (373 julios/0.453 kg), al menos 0.667 HP/lb (498 julios/0.453 kg), o por lo menos 1 .0 HP/lb (746 julios/0.453 kg).

Los usos y aplicaciones de un motor de pistones opuestos descrito en esta descripción son múltiples. Pueden ser escalados para cualquier aplicación usando motores de dos ciclos, incluyendo motores a diesel de dos ciclos. El motor puede instalarse en o montarse sobre una variedad de vehículos de poder, herramientas, dispositivos u otros aparatos que requieran del suministro de potencia giratoria. Véanse figuras 1 7A- 1 7D para ejemplos a este respecto. En la figura 17A, este motor de pistones opuestos de dos ciclos 1 100, 1400 es instalado en un vehículo de superficie, el cual puede incluir vehículos con ruedas o tracción, tales como automóviles, motocicletas, patines del diablo o monopatines, camiones, tanques, vehículos mil itares armados, vehículos para nieve y cualquier caso equivalente y similar. En la figura 1 7B, este motor es instalado en vehículos acuáticos tales como un barco, aerodeslizador, submarino, embarcación acuática personal y todos los vehículos similares y equivalentes. En la figura 17C, este motor es instalado en un avión de alas fijas o giratorias. En la figura 1 7D, este motor está instalado en un implemento accionado con electricidad tal como una segadora de césped, delineadora, cortadora, soplador de hojas, soplador de nieve, sierra de cadena y todos los dispositivos equivalentes y similares. En la figura 17E, este motor está instalado en un dispositivo generador de energía eléctrica. En la figura 17F, el motor esta instalado en un dispositivo de bombeo.

Aunque la invención ha sido descrita con referencia a ilustraciones y ejemplos específicos, se debe entender que pueden hacerse varias modificaciones sin alejarse del espíritu de los principios del presente motor. En consecuencia, la invención está limitada sólo por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1 . Un motor de combustión interna y pistones opuestos, caracterizado porque comprende: un cilindro con una superficie exterior, porciones central y extremas, y un orificio; un sistema de suministro adaptado para aplicar corrientes de un refrigerante líquido sobre la superficie exterior que fluyen de la porción central hacia las porciones extremas; primero y segundo pistones opuestos adaptados para moverse recíprocamente en el orificio, cada pistón incluyendo una corona que tiene una superficie posterior y el sistema de suministro está adaptado para aplicar un refrigerante líquido a una porción interna de cada pistón sobre la superficie posterior de la corona.

2. El motor de conformidad con la reivindicación 1 -caracterizado porque el cilindro incluye grupos de ranuras que se extienden sobre la superficie exterior desde la porción central hacia las porciones extremas, y un grupo de ranuras que se extienden en forma sustancialmente circunferencial en la porción central, incluyendo además un manguito de cilindro que cubre las ranuras y uno o más puertos en el manguito de cilindro, cada puerto está en comunicación con una ranura respectiva, el sistema de suministro está conectado al uno o más puertos.

3. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque cada pistón incluye un cuerpo cilindrico, un extremo abierto y un extremo cerrado que define una corona, el motor incluye además por lo menos dos canales para refrigerante, cada canal para refrigerante estando conectado al sistema de suministro y colocado para dirigir al menos un chorro de refrigerante líquido a la superficie posterior de la corona del pistón.

4. El motor de conformidad con la reivindicación 3 , caracterizado porque el cilindro incluye grupos de ranuras que se extienden sobre la superficie exterior desde la porción central hacia las porciones extremas, y un grupo de ranuras que se extienden en forma sustancialmente circunferencial en la porción central, que incluye además un manguito de cilindro que cubre las ranuras y uno o más puertos en el manguito de cilindro, cada puerto está en comunicación con una ranura respectiva, el sistema de suministro está conectado al uno o más puertos.

5. El motor de conformidad con la reivindicación 3 , caracterizado porque cada pistón incluye un eje longitudinal y una pluralidad de costillas que empalman la superficie posterior de la corona y se extienden radialmente con respecto al ej e longitudinal.

6. El motor de conformidad con la reivindicación 5 , caracterizado porque incluye además un bastidor, en donde cada canal para refrigerante es montado al bastidor.

7. El motor de conformidad con la reivindicación 5 , caracterizado porque cada canal para refrigerante está montado a un pistón respectivo.

8. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque incluye además un bastidor, en donde el cilindro incluye extremos de escape y entrada, un múltiple de escape en el extremo de escape, un múltiple de entrada en el extremo de entrada y por lo menos una lengüeta sobre cada uno de los múltiples de escape y entrada, en donde cada lengüeta puede ser recibida en el bastidor.

9. El motor de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque incluye además un revestimiento aislante sobre el múltiple de escape.

10. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque cada pistón incluye un cuerpo cilindrico que tiene un radio, un extremo abierto, un extremo cerrado que define una corona y un tubo, el tubo es coaxial con el cuerpo cilindrico y tiene un primer extremo unido al pistón cerca de la superficie posterior de la corona, y un segundo extremo que se extiende a través del extremo abierto y adaptado para ser conectado a un mecanismo de movimiento recíproco en el motor.

1 1 . El motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el tubo forma un canal para refrigerante, e incluye además medios para conectar el canal para refrigerante al sistema de suministro.

12. El motor de conformidad con la reivindicación 1 1 caracterizado porque el tubo es flexible.

13. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el refrigerante líquido provisto al cilindro y pistones comprende el mismo refrigerante líquido.

14. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el refrigerante líquido provisto al cilindro y pistones comprenden diferentes refrigerantes líquidos.

15. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema de suministro incluye un primer medio para aplicar un primer refrigerante líquido al cilindro y un segundo medio adaptado para aplicar un segundo refrigerante líquido, diferente del primer refrigerante líquido, a los primero y segundo pistones.

16. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque cada pistón es un pistón hueco que carece de un muñón.

17. El motor de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el sistema de suministro incluye canales para refrigerante apuntados a las coronas de los pistones.

1 8. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema de suministro incluye medios para mantener al cilindro y pistones a temperaturas respectivas.

19. El motor de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque comprende además: primero y segundo cigüeñales montados a los lados y varillas que conectan los pistones a los cigüeñales.

20. El motor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque las varillas son sometidas principalmente a fuerzas de tracción durante el funcionamiento del motor.

2 1 . El motor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el cilindro tiene puertos de escape y entrada y en donde los cigüeñales, las varillas y los puertos de escape y entrada están dispuestos de tal forma que los pistones estén en fase en sus posiciones de punto muerto superiores y fuera de fase en sus posiciones de punto muerto inferiores.

22. El motor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende además un bastidor adaptado para soportar los cigüeñales para su rotación.

23. El motor de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el bastidor soporta las fuerzas compresivas entre los cigüeñales.

24. El motor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el motor es un motor de encendido por compresión de dos ciclos.

25. El motor de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el cilindro incluye además múltiples, en donde los puertos de escape y entrada se abren en múltiples respectivos, y cada múltiple tiene una forma que induce remolinos.

26. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el motor opera a una relación potencia a peso de al menos 373 julios por 0.453 kilogramos (0.50 HP/lb).

27. El motor de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el motor opera a una relación potencia a peso de al menos 500 j ulios por 0.453 kilogramos (0.67 HP/lb).

28. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el motor opera a una relación potencia a peso de al menos 746 j ulios por 0.453 kilogramos ( 1 .00 HP/lb).

29. Una máquina caracterizada porque es activada por el motor de conformidad con la reivindicación 1 .

30. Un vehículo caracterizado porque es activado por el motor de conformidad con la reivindicación 1 .

3 1 . El vehículo de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el vehículo es una nave acuática.

32. El vehículo de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el vehículo es un vehículo de superficie.

33. El vehículo de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el vehículo es una aeronave de alas fijas.

34. El vehículo de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el vehículo es una aeronave de alas giratorias.

35. Una herramienta eléctrica caracterizada porque es activada por el motor de conformidad con la reivindicación 1 .

36. Un generador de energía caracterizado porque es activado por el motor de conformidad con la reivindicación 1 .

37. El motor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende además primero y segundo cigüeñales de rotación contraria, el motor incluyendo además: un bastidor adaptado para soportar los cigüeñales para su rotación; un primer engranaje sobre el primer cigüeñal; un segundo engranaje sobre el segundo cigüeñal y un tercer engranaje soportado sobre el bastidor, el tercer engranaje tiene un anillo con una circunferencia exterior que acopla al primer engranaje en una primera ubicación y una circunferencia interior que acopla al segundo engranaje en una segunda ubicación.

38. El motor de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque la segunda ubicación es opuesta a la primera ubicación.

39. Un motor de combustión interna y pistones opuestos, caracterizado porque comprende: un cilindro con un orificio, una superficie exterior, una porción central, un extremo de escape y un extremo de entrada; un primer grupo de ranuras sobre la superficie exterior para conducir un refrigerante líquido de la porción central hacia el extremo de escape; un segundo grupo de ranuras sobre la superficie exterior para conducir un refrigerante líquido de la porción central hacia el extremo de entrada; un tercer grupo de ranuras sobre la superficie exterior para conducir un refrigerante líquido circunferencialmente en la porción central; primero y segundo pistones opuestos adaptados para moverse recíprocamente en el orificio, cada pistón incluyendo una corona; al menos un canal para refrigerante para aplicar un chorro dirigido de un refrigerante líquido a una porción interna del primer pistón sobre una superficie posterior de la corona y al menos un canal para refrigerante para aplicar un chorro dirigido de un refrigerante líquido a una porción interna del segundo pistón sobre una superficie posterior de la corona.

40. El motor de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque comprende además: medios para el ajuste cooperante del primero o segundo pistón con respecto al cilindro.

41 . El motor de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque los pistones no tienen anillos.

42. Un ensamble para un motor de combustión interna de pistones opuestos, caracterizado porque comprende: un cilindro con un orificio, una superficie exterior, una porción central, un extremo de escape y un extremo de entrada; el cilindro incluye un múltiple de escape sobre el puerto de escape y un múltiple de entrada sobre el puerto de entrada; medios para conducir un refrigerante líquido sobre la superficie exterior en una dirección desde la sección central hacia el puerto de entrada; medios para conducir un refrigerante líquido sobre la superficie exterior en una dirección desde la sección central hacia el puerto de escape; medios para conducir un refrigerante líquido sobre la superficie exterior en una dirección circunferencial en la sección central; primero y segundo pistones opuestos adaptados para moverse recíprocamente en el orificio, cada pistón incluyendo una corona; al menos un canal para refrigerante para aplicar un chorro dirigido del refrigerante líquido a una porción interna del primer pistón sobre una superficie posterior de la corona y al menos un canal para refrigerante para aplicar un chorro dirigido del refrigerante líquido a una porción interna del segundo pistón sobre una superficie posterior de la corona del pistón.

43. El ensamble de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque comprende además: al menos un elemento cooperante montado sobre cada pistón para mantener la alineación entre el pistón y el cilindro.

44. El motor de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque los pistones no tienen anillos.

45. Un motor de combustión interna y pistones opuestos, caracterizado porque comprende: un cilindro con una superficie exterior, porciones central y extremas, y un orificio; un sistema de suministro adaptado para aplicar corrientes de un refrigerante líquido sobre la superficie exterior que fluyen de la porción central hacia las porciones extremas y primero y segundo pistones opuestos adaptados para moverse recíprocamente en el orificio.

46. El motor de conformidad con la reivindicación 45 , caracterizado porque el cilindro incluye grupos de ranuras que se extienden sobre la superficie exterior desde la porción central hacia las porciones extremas, y un grupo de ranuras que se extienden en forma sustancialmente circunferencial en la porción central, incluyendo además un manguito de cilindro que cubre las ranuras y uno o más puertos en el manguito de cilindro, cada puerto está en comunicación con una ranura respectiva, el sistema de suministro está conectado al uno o más puertos.

47. El motor de conformidad con la reivindicación 45 , caracterizado porque cada pistón incluye una corona que tiene una superficie posterior, el sistema de suministro estando adaptado para aplicar un refrigerante líquido a una porción interna de cada pistón sobre la superficie posterior de la corona.

48. El motor de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado porque cada pistón incluye un cuerpo cilindrico, un extremo abierto y un extremo cerrado que define una corona, el motor incluye además por lo menos dos canales para refrigerante, cada canal para refrigerante estando conectado al sistema de suministro y colocado para dirigir al menos un chorro de refrigerante líquido a la superficie posterior de la corona del pistón.

49. El motor de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque el cilindro incluye grupos de ranuras que se extienden sobre la superficie exterior desde la porción central hacia las porciones extremas, y un grupo de ranuras que se extienden en forma sustancialmente circunferencial en la porción central, que incluye además un manguito de cilindro que cubre las ranuras y uno o más puertos en el manguito de ci l indro, cada puerto está en comunicación con una ranura respectiva, el sistema de suministro está conectado al uno o más puertos.

50. Un motor de combustión interna de pistones opuestos, caracterizado porque comprende: un ci lindro con un orificio; primero y segundo pistones opuestos adaptados para moverse recíprocamente en el orificio, cada pistón incluyendo una corona que tiene una superficie posterior y un sistema de suministro adaptado para aplicar uno o más chorros de un refrigerante líquido a la superficie posterior de la corona.

51 . El motor de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado porque el cilindro incluye además una superficie exterior, una porción central y porciones extremas, y el sistema de suministro está adaptado para aplicar corrientes de un refrigerante líquido sobre la superficie exterior del cilindro que fluyen de la porción central hacia las porciones extremas.

52. El motor de conformidad con la reivindicación 5 1 , caracterizado porque el cilindro incluye grupos de ranuras que se extienden sobre la superficie exterior desde la porción central hacia las porciones extremas, y un grupo de ranuras que se extienden en forma sustancialmente circunferencial en la porción central, incluyendo además un manguito de ci lindro que cubre las ranuras y uno o más puertos en el manguito de cilindro, cada puerto está en comunicación con una ranura respectiva, el sistema de suministro está conectado al uno o más puertos.

53. El motor de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado porque cada pistón incluye un cuerpo cilindrico, un extremo abierto y un extremo cerrado que define una corona, el motor incluye además por lo menos dos canales para refrigerante, cada canal para refrigerante estando conectado al sistema de suministro y colocado para dirigir al menos un chorro de refrigerante líquido a la superficie posterior de la corona del pistón.

54. Un método para operar un motor de combustión interna que incluye al menos un cilindro con una superficie exterior, porciones centrales y extremas y un orificio y un par de pistones opuestos adaptados para moverse recíprocamente en el orificio, cada pistón incluyendo una corona con una superficie posterior, el método se caracteriza porque incluye: aplicar corrientes en espiral de un refrigerante líquido a la superficie exterior que fluyen desde la porción central hacia las porciones extremas y aplicar al menos un chorro dirigido de un refrigerante líquido a una porción interna de cada pistón sobre la superficie posterior de la corona.

55. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque incluye además aplicar corrientes de un refrigerante líquido circunferencialmente a la superficie exterior en la porción central.

56. El método de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado porque aplicar corrientes en espiral de un refrigerante líquido, aplicar al menos un chorro dirigido de un refrigerante líquido, y aplicar corrientes de un refrigerante líquido a la superficie exterior en la porción central, comprenden todos aplicar un combustible.

57. Un método para enfriar un motor de pistones opuestos que incluye un cilindro y primero y segundo pistones opuestos, el cilindro incluyendo una superficie exterior, una porción central, porciones extremas y un orificio, el primero y segundo pistones estando adaptados para moverse recíprocamente en el orificio, cada pistón incluyendo una corona con una superficie posterior, el método se caracteriza porque comprende: enfriar la superficie exterior del cilindro usando un refrigerante líquido para de esta forma obtener una temperatura al menos generalmente uniforme a lo largo de la longitud y circunferencia de la superficie exterior y enfriar la superficie posterior de cada corona de pistón mediante choque directo con un refrigerante líquido.

58. El método de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el refrigerante líquido usado para enfriar la superficie exterior del cilindro y el refrigerante líquido usado para enfriar la superficie posterior de cada corona de pistón son el mismo refrigerante líquido.

59. El método de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el refrigerante líquido usado para enfriar la superficie exterior del cilindro y el refrigerante líquido usado para enfriar la superficie posterior de cada corona de pistón son refrigerantes líquidos diferentes.

60. Un método para enfriar un motor de pistones opuestos que incluye un cilindro y primero y segundo pistones opuestos, el cilindro incluyendo una superficie exterior, una porción central, porciones extremas y un orificio, el primero y segundo pistones estando adaptados para moverse recíprocamente en el orificio, cada pistón incluyendo una corona con una superficie posterior, el método se caracteriza porque comprende: enfriar no uniformemente la superficie exterior del cilindro usando un refrigerante líquido para de esta forma obtener una temperatura al menos generalmente uniforme a lo largo de la longitud y circunferencia de la superficie exterior.

61 . Un método para enfriar un motor de pistones opuestos que incluye un cilindro y primero y segundo pistones opuestos, el cilindro incluyendo una superficie exterior, una porción central, porciones extremas y un orificio, el primero y segundo pistones estando adaptados para moverse recíprocamente en el orificio, cada pistón incluyendo una corona con una superficie posterior, el método se caracteriza porque comprende: dirigir chorros de refrigerante líquido de flujo turbulento contra las superficies posteriores de las coronas de pistón.

62. Un tren de engranaj es para un motor de combustión interna, caracterizado porque: primero y segundo engranajes adaptados para ser acoplados a cigüeñales de giro contrario y un tercer engranaje que tiene un anillo con una circunferencia exterior que acopla al primer engranaj e en una primera ubicación y una circunferencia interior que acopla al segundo engranaje en una segunda ubicación.

63. El tren de engranajes de conformidad con la reivindicación 62, caracterizado porque la segunda ubicación es opuesta a la primera ubicación.