WO2012113949A1 - Motor de combustión interna de tres tiempos - Google Patents

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WO2012113949A1
WO2012113949A1 PCT/ES2012/000042 ES2012000042W WO2012113949A1 WO 2012113949 A1 WO2012113949 A1 WO 2012113949A1 ES 2012000042 W ES2012000042 W ES 2012000042W WO 2012113949 A1 WO2012113949 A1 WO 2012113949A1
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internal combustion
combustion engine
stroke internal
engine according
cylinder
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PCT/ES2012/000042
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Juàn GARRIDO REQUENA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/04—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces
    • F01B3/045—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces by two or more curved surfaces, e.g. for two or more pistons in one cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/026—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle three

Definitions

  • THREE-TIME INTERNAL COMBUSTION ENGINE The present invention relates to a three-stroke internal combustion thermal engine; a first time of compression, a second time of combustion and expansion and a third time of sweep and cooling, which by means of a novel system of opposed pistons drives a rotary movement in the drive shaft, achieving less vibration and lower expense than conventional thermal engines .
  • document 215925 presents an internal combustion engine with mounted pistons to describe an alternative movement in the cylinders arranged in equidistant relation about a longitudinal axis of rotation.
  • This documented model presents the following disadvantages to the proposed invention:
  • the engine in general requires many more parts, many of which work with friction by sliding, significantly increasing losses and wear, while reducing the life of the engine. It uses a ribbed shaft or similar which will produce a huge friction and wear, these axes are designed for other types of applications such as gearboxes.
  • gearboxes There are large masses in linear motion, the inertia is not in your favor, in each cycle you have to change the sense to the whole set of pistons plus the mounting plate four times and that in case you do not use the system in which the cylinders also move. You will have great vibrations To get an over feed or a better filling of the cylinders you need a turbocharger, reducing the performance, increasing the number of parts and increasing friction.
  • the centrifugal force does not take advantage of the injector pump because it does not rotate with the whole assembly. It uses rollers for contact with the track, causing a decompensation between the turning speed of the outermost section and the innermost one, causing a significant friction in the track.
  • the radial distance of the cylinders to the axis can not vary. There is no regulated or automatic variation of the arms.
  • the engine must be cooled by water since, due to all the above, it continues to be cooled by the exterior faces of the cylinder. It has the disadvantage that when manufacturing the plates with the pistons, the central grooved hole of the plates, the cylinder block and the
  • the present invention brings to the state of the art novel, simple and easy-to-implement solutions that result in the following advantages: It works with a three-cycle cycle for which you only need one highlight per cycle.
  • the distribution system of the present invention does not need any part since it is made by means of ports which open and close the plunger itself. 5
  • Opposed pistons are used within the same cylinder. It can work with at least one cylinder and each one works independently or associating them in the way that most interests the final application, achieving great versatility. It is not necessary to have the cylinders parallel to the axis of rotation, they may have certain inclination to reduce centrifugal force or to improve the passage of gases through the interior of the cylinder.
  • the surface of the raceway may have a slight cant to reduce the centrifugal force of the pistons. It has a perfect symmetry, thus eliminating vibrations and losses. It is built with fewer parts,
  • the mass to which the sense must be changed is much smaller, using less energy in each cycle in the change of inertia. All parts can be lubricated very easily.
  • the present invention has the advantage of being able to perform the compression in a controlled manner, acquiring the novelty that if the Exhaust ports slightly ahead of the intake, you can make a small highlight on the track so that only the exhaust ports are closed by keeping the intake ports open a certain angle and thus achieve a greater filling of the cylinders, so it would not be necessary to use a turbocharger since this function is carried out by the movement of the engine and the exhaust manifold, thus eliminating the use of any system to help the entrance of the gases from the outside filling the cylinder more. thus initiating compression at a higher pressure and temperature.
  • the centrifugal force of the fuel is used because the pump is rotating in conjunction with the engine block, thus requiring less pumping work.
  • the distance of the cylinders from the axle can be varied, even with the engine running, automatically or controlled, thus varying the torque and thus the power of the engine without having to open it.
  • the engine presented in this invention thanks to its exclusive cooling system of three or four zones can be cooled exclusively by air, with all the great advantages that entails, no corrosion, less waste of energy in moving the fluid, not possible freezing.
  • Another great advantage is that the cylinder can be cooled internally, even during compression and expansion, which leads us to be able to cool the same motor core both inside and outside, reducing the very high temperature gradient that appears in the engines conventional between the walls of the cylinder and the plunger.
  • This invention also has the advantage that the heads of the pistons do not come to rest on the walls of the cylinder, minimizing the friction between them. All this leads to an improvement in performance, reduces wear, can work the engine at higher temperature because there is no risk of seizing, there is no alternative lateral wear that is one of the main causes of loss of compression and ultimately power and performance, which implies a lower need for oil and lower consumption than conventional engines.
  • Another advantage that brings a great advance to the current state of the art is the natural elimination of the burned gases that in the conventional engines pass to the crankcase by the sides of the pistons.
  • the invention is constituted from a more or less cylindrical casing of steel, aluminum or similar material, oriented vertically, limited at its ends by two caps held together, similar material to the crankcase, the upper cover has a hole with Threaded and hermetic plug to introduce the oil into the motor set In the lower cover there is a second hole with screw cap to release the oil.
  • a bearing with seals is located in the center of each of the covers of the crankcase, supporting between them a hollow shaft along its entire length. An orifice, for each cylinder described later, passing through the wall of the shaft has been practiced on it approximately in the center of its length.
  • At least one hollow arm is attached to the shaft integrally, perpendicular to it, coinciding with the aforementioned hole, through which passes the air for cooling and through ports, also described later, located inside the arm for combustion and for internal cooling.
  • a cylinder parallel to the shaft traverses the arm.
  • Two opposing and opposite pistons move with axial movement with respect to the cylinder, inside the latter.
  • At each end of the cylinder there is a support for a linear bearing.
  • Each piston is formed by two parts, a first part preferably cylindrical and a second part preferably in the shape of a diabolo that acts as a head of the piston at the end of which at least one compression segment is located and at least a second lubrication segment is located at the end of the piston. beginning of the plunger head.
  • the compression chamber is formed in the middle of the cylinder by the axial and opposite movement of both pistons.
  • an injection pump that is on the outside of one of the crankcase covers, subject jointly to one end of the hollow shaft.
  • a duct for each cylinder, or a single common from which come as many ducts as injectors has the engine, which provides fuel to the injectors, passing through the hole in the shaft and the hole made in it.
  • a crown made of steel, aluminum or similar material is held solidly inside each crankcase cover, each crown has at least one ripple with the height peaks facing the inside of the crankcase and in line with each other,
  • a support for a rolling system running on the crown is located at the outer end of each of the pistons.
  • a compression spring surrounds the outer area of the upper part of each piston, with stop at the end of the piston and at the end of the cylinder, keeping the pistons in the proper position.
  • a longitudinally open tubular part the interior of which draws the same shape as the fins, although with sufficient tolerance for them to pass freely, is secured jointly to the inside of the cylindrical wall of the crankcase, between it and the rim.
  • This tubular piece has an outlet to the outside where the hot air comes out. Between the outlet manifold and the tubular part, separate containment seals are incorporated.
  • An intake port that starts from the hole in the shaft and divides into two bodies, each directed to the ends of the cylinder, directs the air needed for combustion.
  • This tubular part has an outlet to the outside where the exhaust gases exit.
  • the operation of the engine begins with the action of a starter motor that initiates the rotation of the drive shaft.
  • the piston bearings move through the crowns until they reach the beginning of the corrugation ramps, starting at this time the compression time of the air that has entered through the intake ports.
  • fresh air begins to circulate through the sides of the piston and the ends of the cylinder, allowing the cooling of these and sweeping through the exhaust manifold any particle from the combustion chamber that exceeds the combustion segments.
  • the pistons reach the peaks of the undulations, the air is at its maximum compression, acquiring enough temperature and pressure to explode the injected fuel, at this moment the combustion and expansion time begins. This time ends when the pistons reach the ends of the undulation ramps, starting at this moment the third time of sweep and cooling.
  • each cylinder instead of a single cylinder with two pistons facing in the same direction there are two cylinders connected by one end where the chamber is formed. combustion, each cylinder being inclined with respect to the other.
  • connection of the arms to the hole of the hollow shaft is formed by two parts in telescopic relation.
  • the crowns with corrugation have the appropriate width to the distance traveled in the telescopic relation
  • each of the cylinders has an independent injection pump.
  • the engine as an explosion engine in the center of the cylinder, next to the injector, it incorporates a coupling for a spark plug.
  • a compressor for forced ventilation is incorporated differently inside the hollow tube. In a different way crowns with ripples are banked.
  • the shaft and arms are solid, with the ventilation ducts located on the outside
  • the hollow of the shaft has a sealing wall approximately in the center of its length, using one inlet for the cooling air and the other for the combustion air. Differently the shaft admits the air for the cycle and for cooling at both ends but through different conduits.
  • lubrication is achieved with a closed pressure circuit, provided with an external reservoir and a compressor that sends the pressurized oil to the motor assembly.
  • crankcase and the shaft are oriented horizontally or inclined.
  • the crowns with corrugation are held solidly to the shaft and the cylinders remain attached to the casing integrally, so that the cylinders have no rotary movement, rotating the crowns integral with the shaft.
  • the linear displacement system of the piston is formed by a bearing cage.
  • slots are made to increase the air flow, reduce the mass of the piston and increase the cooling.
  • the pump is external and a rotary pressure joint is used.
  • the rim carries another type of gasket such as mechanical fluid and said gaskets are used as means of recirculating the oil or air inside the crankcase.
  • a palometa or air strangulation system is used to regulate the intake.
  • the air intake is carried out only by one end of the cylinder and the exhaust by the opposite one.
  • the ports are directed to obtain the adequate air flow.
  • the outermost surface of the heads of the pistons have a special geometry to improve the entry and exit of the combustion gases.
  • the foot of the piston is provided with a tracking system for a cam track, which does not require, in principle, the compression spring.
  • the foot of the piston is provided with bearings or bearings having the conical trunk outer surface for reducing bearings.
  • the cylinder has fins on its external part to increase cooling.
  • a preferred embodiment of the proposed invention is constituted from a cylindrical casing (1) of steel, aluminum or similar material, limited at its ends by two lids (2) fastened
  • each cylinder (8) there is a support (9) for a linear bearing (10) through which the plunger (11 and 12) slides.
  • the plunger (11 and 12) is formed by two parts, a first part (11) cylindrical and a second part in the form of a diabolo that exerts a head (12) at the end of which is located a compression segment (13) and a second lubrication segment (14) at the beginning of the head (12) of the piston.
  • the compression chamber (15) is formed in the middle of the cylinder (8) by the axial and opposite movement of both pistons.
  • an injection pump (18) which is on the outside of one of the covers of the crankcase (2), subject solidari noir to one of the ends of the hollow shaft (4).
  • a duct (19) for each cylinder (8), which provides fuel to the injectors (17), passing through the hollow shaft (4) and the holes (5) made in this.
  • crowns (20) of steel, aluminum or similar material which incorporate a ripple (21), each of them, oriented their peaks of height (22) to the interior of the crankcase (1 ) and in a situation that coincides with each other.
  • a support for a bearing system (23) that rolls on the crowns (20) is located at the outer end of each of the pistons (11 and 12).
  • a compression spring (24) surrounds the outer area of the upper part of each plunger with stop at the end of the plunger and at the end of the cylinder (8), keeping the plungers in the proper position.
  • the cooling air enters through the hollow shaft (4) passing through all the arms (6) and surrounding the cylinders (8), unloading in an exit manifold (26) located in the furthest wall of each arm (6) .
  • a first longitudinally open tubular part (28), of the same internal shape of the fins (27), with sufficient tolerance for them to pass freely through its interior, is held together to the inside of the cylindrical wall of the crankcase (1) , between it and the rim (25).
  • This first tubular piece (28) has an outlet to the outside (29) through which hot air exits.
  • An intake port (7) that starts from the orifices of the shaft (4) and divides into two bodies each directed to the 5 ends of each cylinder (8), directs the air that is needed for combustion.
  • a second exhaust port (30) formed by two bodies that exit each of them from the ends of each cylinder (8) and join in a single conduit that forms an exhaust manifold (31) that connects with a second piece tubular (36), of the same shape, subjection, and situation described for the hot air outlet.
  • This tubular piece (36) has an outlet to the outside (37) through which the exhaust gases exit.
  • a hole with threaded plug (32) and hermetic is found in the upper cover of the crankcase (2) to introduce the oil into the motor assembly.
  • a second hole with threaded plug (33) and airtight is found in the lower cover of the crankcase (2) to proceed to remove the oil.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Constituido por un cárter cilindrico con dos tapas, un eje hueco, un orificio que atraviesa la pared del eje por cada cilindro, un brazo con un cilindro, dos émbolos opuestos y enfrentados con un soporte para un cojinete lineal, una cámara. En las tapas del cárter se encuentran sendas coronas con una ondulación, cada una de ellas. Un soporte para rodamiento se halla en el extremo exterior de cada uno de los émbolos. Un muelle de compresión mantiene los émbolos en la posición adecuada. Una llanta de acero provista de retenes se encuentra sujeta solidariamente al brazo. El colector de salida del aire caliente está formado por unas aletas sujetas a la llanta que pasan por el interior de una pieza tubular. El aire entra a través de lumbreras y sale a través de colectores.

Description

MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA DE TRES TIEMPOS La presente invención se refiere a un motor térmico de combustión interna de tres tiempos; un primer tiempo de compresión, un segundo tiempo de combustión y expansión y un tercer tiempo de barrido y refrigeración, que mediante un novedoso sistema de pistones enfrentados acciona un movimiento rotativo en el eje motriz, consiguiendo menor vibración y menor gasto que los motores térmicos convencionales.
Su campo de aplicación se encuadra en la industria de la automoción y singularmente en la industria auxiliar de motores térmicos rotativos.
En este sector de la técnica priman aquellos desarrollos efectivos y específicamente dedicados a la función en cuestión, que den lugar a un sistema de sencilla instalación, con bajo coste y resultados técnicamente apreciables. Las características del sistema presentado en esta invención se adaptan perfectamente a este concepto, ofreciendo al estado de la técnica una realización novedosa, simple, sencilla y de fabricación altamente económica.
Se conocen en este sector de la industria algunos modelos que no aportan al estado de la técnica las características novedosas que propone la presente invención. Así, el documento 215925 presenta un motor de combustión interna con pistones montados para describir un movimiento alternativo en los cilindros dispuestos en relación equidistante alrededor de un eje de rotación longitudinal. Este modelo documentado presenta frente a la invención propuesta los siguientes inconvenientes:
Funciona con un ciclo de cuatro tiempos por lo que necesita dos resaltos de pistón de leva por ciclo. Para el sistema de distribución emplea muchas piezas, aumentando considerablemente los rozamientos, el desgaste, los ruidos y reduciendo el rendimiento. No utiliza émbolos enfrentados dentro de un mismo cilindro. Tiene dos juegos de pistones teniendo a su vez cada juego al menos dos pistones, restringiendo la forma de trabajo a un mínimo de cuatro cilindros y siempre cilindros en número par. Tiene que tener los cilindros paralelos al eje de rotación, no puede trabajar de otra manera. Su pista tiene que tener en todo instante la superficie de contacto horizontal. No existe simetría respecto de un eje o plano perpendicular al árbol de salida. El motor en general requiere de bastantes más piezas, muchas de las cuales trabajan con rozamiento por deslizamiento, incrementando considerablemente las pérdidas y el desgaste, reduciendo a su vez la vida útil del motor. Utiliza un eje nervado o similar lo cual va a producir un rozamiento y un desgaste enormes, estos ejes están diseñados para otro tipo de aplicaciones como son cajas de cambios. Hay grandes masas en movimiento lineal, la inercia no va a su favor, en cada ciclo hay que cambiarle el sentido a todo el conjunto de émbolos más la placa de montaje cuatro veces y eso en el caso de que no utilice el sistema en el que los cilindros también se desplazan. Va a tener grandes vibraciones. Para conseguir una sobre alimentación o un mejor llenado de los cilindros necesita un turbosobrealimentador, reduciendo el rendimiento, aumentando el número de piezas y aumentando los rozamientos. No aprovecha la fuerza centrífuga en 5 la bomba inyectora ya que esta no gira con todo el conjunto. Utiliza rodillos para el contacto con la pista provocando una descompensación entre la velocidad de giro de la sección más exterior y la más interior, provocando un rozamiento importante en la pista. No puede variar la distancia radial de los cilindros al eje. No í o hay variación regulada o automática de los brazos. El motor debe ser refrigerado por agua ya que por todo lo dicho anteriormente sigue refrigerándolo por las caras exteriores al cilindro. Tiene el inconveniente de que al fabricar las placas con los émbolos, el agujero central acanalado de las placas, el bloque de cilindros y el
15 eje nervado, es difícil que todo deslice a la perfección. Otro inconveniente es la dificultad para vaciar por completo los gases de la combustión. Los gases de la combustión pueden pasar al cárter y mezclarse con el aceite, necesitando por ello un sistema de retorno o reciclado. Existe rozamiento entre cilindro y émbolo y entre placas 0 y guías o eje nervado. Necesita una mayor lubricación por todo lo dicho anteriormente.
Ante estos inconvenientes descritos, la presente invención aporta al estado de la técnica unas soluciones novedosas, sencillas y de fácil ejecución que dan como resultado las siguientes ventajas: Funciona con un ciclo de tres tiempos para el que solamente necesita un resalto por ciclo. El sistema de distribución de la presente invención, no necesita de pieza alguna ya que se realiza por medio de lumbreras las cuales abre y cierra el propio émbolo. 5 Se utilizan émbolos enfrentados dentro de un mismo cilindro. Puede funcionar con al menos un solo cilindro y cada uno funciona de forma independiente o asociándolos de la forma que más interese a la aplicación final, consiguiendo gran versatilidad. No es necesario tener los cilindros paralelos al eje de rotación, pueden tener cierta l o inclinación para reducir fuerza centrífuga o para mejorar el paso de los gases por el interior del cilindro. La superficie de la pista de rodadura puede tener un ligero peralte para reducir la fuerza centrífuga de los émbolos. Tiene una perfecta simetría, eliminando así vibraciones y pérdidas. Está construido con menos piezas,
15 especialmente aquellas que se encuentran rozando por deslizamiento. Se pueden utilizar cojinetes lineales o rodamientos, de aguja, o similares, los cuales trabajan por rozamiento de rodadura con menos pérdidas que por deslizamiento. Solamente se desplazan los émbolos y de manera separada, dos veces por ciclo 0 en lugar de cuatro como el propuesto en el documento de referencia.
La masa a la que hay que cambiarle el sentido es mucho menor, empleando en cada ciclo menos energía en el cambio de inercia. Se pueden lubricar todas las partes de forma muy sencilla. La presente invención tiene la ventaja de poder realizar la compresión de forma 5 controlada, adquiriendo la novedad de que si se colocan las lumbreras de escape un poco adelantadas a las de admisión, se puede realizar un pequeño resalte en la pista de tal manera que solamente se cerrasen las lumbreras de escape permaneciendo las lumbreras de admisión abiertas un determinado ángulo y así conseguir un mayor llenado de los cilindros, por lo que no sería necesaria la utilización de un turbosobrealimentador ya que esta función la realiza el propio movimiento del motor y el colector de escape, eliminando así el empleo de algún sistema para ayudar a la entrada de los gases del exterior llenando más el cilindro e iniciando así la compresión a una mayor presión y temperatura. Se aprovecha la fuerza centrífuga del combustible al estar girando la bomba conjuntamente con el bloque motor, necesitando de esta manera menor trabajo de bombeo. Se puede variar la distancia de los cilindros respecto al eje, incluso con el motor en funcionamiento, de forma automática o controlada, variando así el par y con ello la potencia del motor sin necesidad de abrirlo. El motor presentado en esta invención, gracias a su exclusivo sistema de refrigeración de tres o cuatro zonas podrá refrigerarse exclusivamente por aire, con todas las grandes ventajas que ello conlleva, no corrosión, menos gasto de energía en mover el fluido, no posible congelación. Otra gran ventaja es que el cilindro se puede refrigerar internamente, incluso durante la compresión y expansión, lo que nos lleva a poder refrigerar el mismo núcleo del motor tanto por dentro como por fuera consiguiendo disminuir el gradiente de temperaturas muy elevado que aparece en los motores convencionales entre las paredes del cilindro y el émbolo. Unas dilataciones más parecidas o proporcionales entre las distintas piezas permitiendo trabajar a mayores temperaturas obteniendo así una mejora muy considerable a nivel termodinámico. Se asegura la limpieza total de gases quemados para la siguiente combustión. Esta invención presenta también la ventaja de que las cabezas de los émbolos no llegan a apoyar en las paredes del cilindro reduciendo al mínimo la fricción entre ambos. Todo esto lleva a una mejora del rendimiento, reduce el desgaste, puede trabajar el motor a mayor temperatura porque no existe riesgo de gripado, no existe desgaste lateral alternativo que es uno de los principales causantes de la pérdida de compresión y en definitiva de potencia y rendimiento, lo que implica una menor necesidad de aceite y un menor consumo que el de los motores convencionales. Otra ventaja que aporta un gran avance al estado de la técnica actual es la eliminación natural de los gases quemados que en los motores convencionales pasan al cárter por los lados de los émbolos. Todos estos elementos conjugados dan lugar a un resultado final en el que se aportan características diferenciadoras significativas frente al estado de la técnica actual. Así, la invención se constituye a partir de un cárter más o menos cilindrico de acero, aluminio o material similar, orientado verticalmente, limitado en sus extremos por dos tapas sujetas solidariamente, de material similar al del cárter, la tapa superior tiene un orificio con tapón roscado y hermético para introducir el aceite en el conjunto motor. En la tapa inferior hay un segundo orificio con tapón roscado para dar salida al aceite. Un cojinete provisto de retenes está situado en el centro de cada una de las tapas del cárter, soportando entre ambos un eje hueco en toda su longitud. Un orificio, por cada cilindro descrito más adelante, que atraviesa la pared del eje se ha practicado en éste aproximadamente en el centro de su longitud. Al menos un brazo hueco está sujeto al eje solidariamente, perpendicular a éste, coincidente con el orificio antes mencionado, por el que pasa el aire para la refrigeración y mediante unas lumbreras, descritas también más adelante, situadas en el interior del brazo para la combustión y para la refrigeración interna. Un cilindro paralelo al eje atraviesa el brazo. Dos émbolos opuestos y enfrentados se mueven con movimiento axial con respecto al cilindro, por el interior de éste. En cada uno de los extremos del cilindro existe un soporte para un cojinete lineal. Cada émbolo está formado por dos partes, una primera parte preferentemente cilindrica y una segunda parte preferentemente en forma de diábolo que ejerce de cabeza del émbolo en cuyo extremo está situado al menos un segmento de compresión y al menos un segundo segmento de engrase está situado al principio de la cabeza del émbolo. La cámara de compresión se forma en la mitad del cilindro por el movimiento axial y opuesto de ambos émbolos.
En la cámara de compresión está situado un calentador y un inyector de combustible accionado por una bomba de inyección que se encuentra en el exterior de una de las tapas cárter, sujeta solidariamente a uno de los extremos del eje hueco. De la bomba inyectora sale un conducto, por cada cilindro, o uno solo común del que salen tantos conductos como inyectores tiene el motor, que proporciona combustible a los inyectores, pasando a través del hueco del eje y del orificio practicado en éste.
Una corona de acero, aluminio o material similar, se encuentra sujeta solidariamente al interior de cada tapa del cárter, cada corona tiene al menos una ondulación con los picos de altura orientados hacia el interior del cárter y en línea uno con el otro,
Un soporte para un sistema de rodamiento que rueda por la corona se halla situado en el extremo exterior de cada uno de los émbolos.
Un muelle de compresión rodea la zona exterior de la parte superior de cada émbolo, con tope en el extremo del émbolo y en el extremo del cilindro, manteniendo los émbolos en la posición adecuada.
Una llanta de acero, aluminio o material similar, de diámetro y longitud inferior a la pared cilindrica del cárter, se encuentra sujeta solidariamente por su interior al extremo exterior del brazo que soporta el cilindro. Ambos bordes de la llanta están provisto de retenes con relación a las tapas del cárter, que dan hermeticidad al conjunto. El aire de refrigeración entra a través del eje hueco pasando por todo el brazo y rodeando el cilindro, descargando en un colector de salida situado en la pared más alejada del brazo. Al final del colector de salida del aire caliente se hallan unas aletas en número suficiente para que sean capaces de crear una depresión que succione el aire necesario para la debida refrigeración.
Una pieza tubular abierta longitudinalmente, cuyo interior dibuja la misma forma de las aletas, aunque con tolerancia suficiente para que éstas pasen con holgura, se encuentra sujeta solidariamente al interior de la pared cilindrica del cárter, entre éste y la llanta. Esta pieza tubular tiene una salida al exterior por donde sale el aire caliente. Entre el colector de salida y la pieza tubular se incorporan sendos retenes de contención.
Una lumbrera de admisión que parte del orificio del eje y se divide en dos cuerpos dirigidos cada uno de ellos a los extremos del cilindro, dirige el aire que se necesita para la combustión. Una segunda lumbrera de escape formada por dos cuerpos que salen cada uno de ellos de los extremos del cilindro se unen en un solo cuerpo que forma un colector de escape que conecta con una segunda pieza tubular, por la que también pasan por su interior unas aletas de la misma forma, sujeción y situación que las descritas para la salida del aire caliente. Esta pieza tubular tiene una salida al exterior por donde salen los gases de escape.
El funcionamiento del motor comienza con la acción de un motor de arranque que inicia el giro del eje motriz. Los mecanismos de rodamientos de los émbolos se desplazan por las coronas hasta llegar al principio de las rampas de las ondulaciones, empezando en este momento el tiempo de compresión del aire que ha entrado por las lumbreras de admisión. En este momento comienza a circular aire fresco por los laterales del émbolo y los extremos del cilindro, permitiendo la refrigeración de éstos y barriendo por el colector de escape cualquier partícula procedente de la cámara de combustión que superase los segmentos de combustión. Cuando los émbolos llegan a los picos de las ondulaciones, el aire se encuentra en su máxima compresión adquiriendo la temperatura y presión suficiente para hacer explotar el combustible inyectado, en este instante se inicia el tiempo de combustión y expansión. Dicho tiempo concluye cuando los émbolos alcanzan los finales de las rampas de ondulación, empezando en este instante el tercer tiempo de barrido y refrigeración. Aquí concluye la refrigeración de los extremos del cilindro y de la cabeza del émbolo. Durante este tiempo los émbolos se encuentran en su posición de máxima abertura, permitiendo así circular el aire a través del cilindro. De esta manera se expulsa el aire de la combustión, se refrigera y se renueva el aire para el siguiente ciclo que empieza cuando los émbolos llegan al principio de las rampas de subida de las ondulaciones de las coronas. Consiguiendo así transformar el movimiento lineal de los émbolos en movimiento giratorio del eje motriz.
En una realización diferente en lugar de un solo cilindro con dos émbolos enfrentados en la misma dirección hay dos cilindros conectados por un extremo donde se forma la cámara de combustión, estando cada uno de los cilindros inclinados con respecto al otro.
De forma distinta la conexión de los brazos al orificio del eje hueco está formada por dos partes con relación telescópica. En este caso, las coronas con ondulación tienen la anchura adecuada a la distancia recorrida en la relación telescópica
Alternativamente en lugar de una bomba de inyección única cada uno de los cilindros dispone de una bomba de inyección independiente En otra realización distinta para utilizar el motor como motor de explosión en el centro del cilindro junto al inyector incorpora un acoplamiento para una bujía.
De forma diferente en el interior del tubo hueco se incorpora un compresor de aire para ventilación forzada. De forma diferente las coronas con ondulación están peraltadas.
En otra realización diferente el eje y brazos son macizos, con los conductos de aireación situados por el exterior
Distintamente el hueco del eje tiene una pared obturadora aproximadamente en el centro de su longitud, utilizando una entrada para el aire de refrigeración y la otra para el aire de la combustión. De forma diferente el eje admite el aire para el ciclo y para la refrigeración por ambos extremos pero por conductos diferentes.
De forma distinta el sistema de rodamiento de los émbolos, son sustituidos por sistemas de deslizamientos. De forma diferente se encuentra un pequeño resalte en la rampa de la ondulación de las coronas, antes de iniciar el tiempo de compresión y así cerrar sólo las lumbreras de escape, consiguiendo un mayor llenado de los cilindros.
De forma alternativa la lubricación se consigue con un circuito cerrado de presión, provisto de un depósito exterior y un compresor que envía el aceite a presión al conjunto motor.
En otra realización diferente el cárter y el eje están orientados horizontalmente o inclinados.
De forma diferente las coronas con ondulación están sujetas solidariamente al eje y los cilindros permanecen sujetos solidariamente al cárter, por lo que los cilindros no tienen movimiento giratorio, haciendo girar las coronas solidarias al eje.
En una realización diferente a las anteriores el sistema de desplazamiento lineal del émbolo está formado por una jaula de rodamientos. En realización diferente a las anteriores a la cabeza del émbolo se le practican ranuras para aumentar el flujo del aire, reducir la masa del émbolo y aumentar la refrigeración.
En realización diferente se alimenta el motor mediante 5 carburador
En realización diferente la bomba es externa y se utiliza una junta rotatoria de presión.
En realización diferente la llanta lleva otro tipo de junta como por ejemplo fluido mecánico y se utilizan dichas juntas como medio de í o recirculación del aceite o del aire en el interior del cárter.
En realización diferente hay dos lumbreras de admisión y dos de escape separadas. Dichas lumbreras pueden situarse de tres formas, según convenga:
1o A la misma altura
15 2o Las de escape adelantadas a las de admisión
3o Las de admisión adelantadas a las de escape.
En realización diferente se utiliza una palometa o sistema de estrangulación del aire para regular la admisión.
En realización diferente la admisión del aire se realiza sólo por un 0 extremo del cilindro y el escape por el opuesto. En realización diferente las lumbreras se encuentran direccionadas para obtener el adecuado flujo del aire.
En realización diferente la superficie más exterior de las cabezas de los émbolos tienen una geometría especial para mejorar la entrada y salida de los gases de combustión.
En realización diferente el pie del émbolo está provisto de un sistema de seguimiento de pista de leva prisionero con lo que no hace falta, en principio, el muelle de compresión.
En realización diferente el pié del émbolo está provisto de cojinetes o rodamientos que tienen la superficie exterior tronco cónica para reducir rodamientos.
En realización diferente el cilindro tiene aletas en su parte externa para aumentar la refrigeración.
Para una mejor comprensión de esta memoria descriptiva se acompañan unos dibujos que a modo de ejemplo no limitativo, describen una realización preferida de la invención:
Figura 1.- Perspectiva
Figura 2.- Sección de Alzado
Figura 3.- Sección de planta
En dichas figuras se destacan los siguientes elementos numerados:
1.- Cárter cilindrico 2. - Tapas del cárter
3. - Cojinetes
4. - Eje hueco
5. - Orificios en el eje hueco
6. - Brazos
7. - Lumbreras de admisión
8. - Cilindros
9. - Soporte para cojinete lineal
10. - Cojinete lineal
1 1. - Cuerpo del émbolo
12. - Cabeza del émbolo
13. - Segmento de compresión
14. - Segmento de engrase
15. - Cámara de compresión
16. - Calentador
17. - Inyector
18. - Bomba de inyección
19. - Conductos del combustible
20. - Coronas
21. - Ondulaciones
22. - Picos de altura de las ondulaciones
23. - Soporte para sistema de rodamiento
24. - muelle
25. - Llanta
26. - Colector de refrigeración 27. - Aletas
28. - Pieza tubular del aire caliente
29. - Salida al exterior del aire caliente
30. - Lumbrera de escape
5 31.- Colector de escape de gases
32. - Tapón de entrada de aceite
33. - Tapón de salida de aceite
34. - Retenes en la llanta
35. - Retenes de contención
í o 36.- Pieza tubular de gases de escape
37 - Salida al exterior de gases de escape
Una realización preferida de la invención propuesta, se constituye a partir de un cárter cilindrico (1) de acero, aluminio o material similar, limitado en sus extremos por dos tapas (2) sujetas
15 solidariamente al cárter, del mismo material, que incorporan cada una de ellas en sus centros geométricos sendos rodamientos (3), soportando entre ambos rodamientos (3) un eje hueco (4) en toda su longitud. Dos orificios (5) que atraviesan la pared del eje (4) se han practicado en éste, aproximadamente en el centro de su longitud. 0 Dos brazos (6) huecos están sujetos solidariamente, perpendiculares al eje (4), coincidente con los orificios (5) antes mencionados, por los que pasa el aire para la refrigeración y mediante unas lumbreras (7), descritas también más adelante, situadas en el interior de los brazos (6) para la combustión. Un cilindro (8) paralelo al eje (4) 5 atraviesa cada uno de los brazos (6). Dos émbolos formados por dos partes (11 y 12) opuestos y enfrentados se mueven en cada cilindro (8) con movimiento axial con respecto éste, por su interior. En cada uno de los extremos de cada cilindro (8) existe un soporte (9) para un cojinete lineal (10) por el que se desliza el émbolo (11 y 12). El émbolo (11 y 12) está formado por dos partes, una primera parte (11) cilindrica y una segunda parte en forma de diábolo que ejerce de cabeza (12) en cuyo extremo está situado un segmento de compresión (13) y un segundo segmento de engrase (14) al principio de la cabeza (12) del émbolo. La cámara de compresión (15) se forma en la mitad del cilindro (8) por el movimiento axial y opuesto de ambos émbolos.
En la cámara de compresión (15) está situado un calentador (16) y un inyector (17) de combustible accionado por una bomba de inyección (18) que se encuentra en el exterior de una de las tapas del cárter (2), sujeta solidariamente a uno de los extremos del eje hueco (4). De la bomba inyectora (18) sale un conducto (19), por cada cilindro (8), que proporciona combustible a los inyectores (17), pasando a través del hueco del eje (4) y de los orificios (5) practicados en éste.
En la zona interior de cada una de las tapas (2) del cárter
(1), sujetas solidariamente, se encuentran sendas coronas (20) de acero, aluminio o material similar, que incorporan una ondulación (21), cada una de ellas, orientados sus picos de altura (22) hacia el interior del cárter (1) y en situación coincidente el uno con el otro. Un soporte para un sistema de rodamiento (23) que rueda por las coronas (20) se halla situado en el extremo exterior de cada uno de los émbolos (11 y 12).
Un muelle de compresión (24) rodea la zona exterior de la parte superior de cada embolo con tope en el extremo del émbolo y en el extremo del cilindro (8), manteniendo los émbolos en la posición adecuada.
Una llanta de acero (25) de diámetro y longitud inferior a la pared cilindrica del cárter (1), se encuentra sujeta solidariamente por su interior al exterior de los brazos (6) que soportan los cilindros (8). En ambos bordes de la llanta (25) se incorporan sendos retenes (34) que dan hermeticidad al conjunto. El aire de refrigeración entra a través del eje hueco (4) pasando por todos los brazos (6) y rodeando los cilindros (8), descargando en un colector de salida (26) situado en la pared más alejada de cada brazo (6).
Al final del colector de salida del aire caliente (26) se hallan unas aletas (27) en número suficiente para que sean capaces de crear una depresión que succione el aire necesario para la debida refrigeración, sujeto solidariamente al exterior de la llanta (25).
Una primera pieza tubular (28) abierta longitudinalmente, de la misma forma interior de las aletas (27), con tolerancia suficiente para que éstas pasen con holgura por su interior, se encuentra sujeta solidariamente al interior de la pared cilindrica del cárter (1), entre éste y la llanta (25). Esta primera pieza tubular (28) tiene una salida al exterior (29) por donde sale el aire caliente. Entre el colector de salida (26) y la pieza tubular (28) se incorporan sendos retenes de contención (35).
Una lumbrera de admisión (7) que parte de los orificios del eje (4) y se divide en dos cuerpos dirigidos cada uno de ellos a los 5 extremos de cada cilindro (8), dirige el aire que se necesita para la combustión. Y una segunda lumbrera de escape (30) formada por dos cuerpos que salen cada uno de ellos de los extremos de cada cilindro (8) y se unen en un solo conducto que forma un colector de escape (31) que conecta con una segunda pieza tubular (36), de la í o misma forma, sujeción, y situación que la descrita para la salida del aire caliente. Esta pieza tubular (36) tiene una salida al exterior (37) por donde salen los gases de escape.
Un orificio con tapón roscado (32) y hermético se encuentra en la tapa superior del cárter (2) para introducir el aceite en el 15 conjunto motor. Un segundo orificio con tapón roscado (33) y hermético se encuentra en la tapa inferior del cárter (2) para proceder a sacar el aceite. 0
5

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Motor de combustión interna de tres tiempos, un primer tiempo de compresión, un segundo tiempo de combustión y expansión y un tercer tiempo de barrido y refrigeración, constituido a partir de un cárter cilindrico de acero, aluminio o material similar, limitado en sus extremos por dos tapas sujetas solidariamente, de material similar al del cárter. Un cojinete provisto de retenes está situado en el centro de cada una de las tapas del cárter, soportando entre ambos un eje hueco en toda su longitud caracterizado porque un orificio, por cada cilindro descrito más adelante, que atraviesa la pared del eje se ha practicado en éste aproximadamente en el centro de su longitud,
2. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicación 1 , caracterizado porque al menos un brazo hueco está sujeto al eje solidariamente, perpendicular a éste, coincidente con el orificio antes mencionado, por el que pasa el aire para la refrigeración y mediante unas lumbreras, descritas también más adelante, situadas en el interior del brazo pasa el aire para la combustión.
3. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque un cilindro paralelo al eje atraviesa el brazo.
4.- Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dos émbolos opuestos y enfrentados se mueven con movimiento axial con respecto al cilindro, por el interior de éste.
5.- Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque un sistema de desplazamiento lineal de los émbolos se encuentra en cada uno de los extremos del cilindro.
6. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada émbolo está formado por dos partes, una primera parte preferentemente cilindrica y una segunda parte preferentemente en forma de diábolo que ejerce de cabeza del émbolo en cuyo extremo está situado al menos un segmento de compresión y al menos un segundo segmento de engrase está situado al principio de la cabeza del émbolo.
7. - Motor de Combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la cámara de combustión se forma en la mitad del cilindro por el movimiento axial y opuesto de ambos émbolos.
8. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en la cámara de compresión está situado un calentador o bujía y un inyector de combustible accionado por una bomba de inyección que se encuentra en el exterior de una de las tapas del cárter, sujeta solidariamente a uno de los extremos del eje hueco.
9. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque una corona de acero, aluminio o material similar, se encuentra sujeta solidariamente al interior de cada tapa del cárter, y porque cada corona tiene al menos una ondulación con los picos de altura orientados hacia el interior del cárter y en línea uno con el otro.
10. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque un soporte para un sistema de rodamiento que rueda por la corona o un sistema de deslizamiento se halla situado en el extremo exterior de cada uno de los émbolos.
11. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque un muelle de compresión rodea la zona exterior de la parte superior de cada embolo, con tope en el extremo del émbolo y en el extremo del cilindro, manteniendo los émbolos en la posición adecuada.
12. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque una llanta de acero, aluminio o material similar, de diámetro y longitud inferior a la pared cilindrica del cárter, se encuentra sujeta solidariamente por su interior al extremo exterior del brazo que soporta el cilindro.
13. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque ambos bordes de la
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) llanta están provisto de retenes o juntas fluido mecánicas con relación a las tapas del cárter, que dan hermeticidad al conjunto.
14. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el aire de refrigeración
5 entra a través del eje hueco pasando por todo el brazo y rodeando el cilindro, descargando en un colector de salida situado en la pared más alejada del brazo.
15. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque unas aletas se hallan í o al final del colector de salida del aire caliente, en número suficiente para que sean capaces de crear una depresión que succione el aire necesario para la debida refrigeración.
16. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque una pieza tubular
15 abierta longitudinalmente, cuyo interior dibuja la misma forma de las aletas, aunque con tolerancia suficiente para que éstas pasen con holgura, se encuentra sujeta solidariamente al interior de la pared cilindrica del cárter, entre éste y la llanta y porque esta pieza tubular tiene una salida al exterior por donde sale el aire caliente.
0 17.- Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque una lumbrera de admisión que parte del orificio del eje y se divide en dos cuerpos dirigidos cada uno de ellos a los extremos del cilindro.
18.- Motor de combustión interna de tres tiempos según 5 reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque una segunda lumbrera
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) de escape formada por dos cuerpos que salen cada uno de ellos de los extremos del cilindro se unen en un solo cuerpo que forma un colector de escape que conecta a su vez con una segunda pieza tubular, por la que también pasan por su interior unas aletas de la 5 misma forma, sujeción y situación que las descritas para la salida del aire caliente.
19. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque en lugar de un solo cilindro con dos émbolos enfrentados en la misma dirección hay dos í o cilindros conectados por un extremo donde se forma la cámara de combustión, estando cada uno de los cilindros inclinados con respecto al otro.
20. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque la conexión de los
15 brazos al orificio del eje hueco está formada por dos partes con relación telescópica.
21. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque las coronas con ondulación están peraltadas.
20 22.- Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 21 , caracterizado porque el hueco del eje tiene una pared obturadora aproximadamente en el centro de su longitud,
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) utilizando una entrada para el aire de refrigeración y la otra para el aire de la combustión.
23. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque se encuentra un
5 pequeño resalte en la rampa de la ondulación de las coronas, antes de iniciar el tiempo de compresión.
24. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque en una realización diferente la lubricación se consigue con un circuito cerrado de í o presión, provisto de un depósito exterior y un compresor que envía el aceite a presión al conjunto motor.
25. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque en una realización diferente las coronas con ondulación están sujetas solidariamente al
15 eje y los cilindros permanecen sujetos solidariamente al cárter, por lo que los cilindros no tienen movimiento giratorio, haciendo girar las coronas solidarias al eje.
26. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque en realización0 diferente se alimenta el motor mediante carburador.
27. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 26, caracterizado porque en realización
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) diferente hay dos lumbreras de admisión y dos de escape separadas. Dichas lumbreras pueden situarse de tres formas, según convenga:
1o A la misma altura 2o Las de escape adelantadas a las de admisión
3o Las de admisión adelantadas a las de escape.
28. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 27, caracterizado porque en realización diferente se utiliza una palometa o sistema de estrangulación del aire.
29. - Motor de combustión interna de tres tiempos según reivindicaciones 1 a 28, caracterizado porque en realización diferente la admisión del aire se realiza sólo por un extremo del cilindro y el escape por el opuesto.
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26)
PCT/ES2012/000042 2011-02-25 2012-02-23 Motor de combustión interna de tres tiempos Ceased WO2012113949A1 (es)

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