WO2017037310A4 - Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas - Google Patents

Abstract

Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, donde cada cilindro es independiente y oscila hacia ambos lados respecto a un eje horizontal paralelo al eje del cigüeña!, como consecuencia de una conexión rígida entre pistón y biela, provocando que el pistón haga oscilar al cilindro mientras recorre su camisa por su interior. Con la culata provista de cara superior curvada concéntrica respecto al eje horizontal del cilindro para que el agujero que abre y cierra cada válvula en la culata oscile hacia un lado recorriendo el conducto de expulsión que le corresponde en un trayecto de ida y vuelta durante las carreras ascendentes del pistón y oscile al fado opuesto recorriendo el conducto de admisión que le corresponde, en un trayecto de ida y vuelta opuesto al anterior durante las carreras descendentes. Funcionando con una sola válvula de uso mixto de expulsión y admisión.

Claims

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REIVINDICACIONES MODIFICADAS

recibidas por la oficina Internacional el 02 Marzo 2017 (02.03.2017)

Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, caracterizado porque comprende:

Un cigüeñal (1);

Al menos una biela (4);

Al menos un pistón (8) unido a la biela (4) por una conexión rígida que impide el giro entre ambos; Al menos un cilindro (5) que se adapta a la oscilación que le confiere el pistón (8) en su recorrido por su camisa;

Un eje horizontal (6) paralelo al eje del cigüeñal (1) de oscilación del cilindro anterior;

Al menos una culata (11) en la parte superior del cilindro (5);

Al menos un orificio (12) que atraviesa la culata por el que entra gas en admisión y sale humo en expulsión;

Al menos una válvula (13) que abre el paso por el orificio (12) anterior, para que entre gas en el tiempo de admisión y permanezca abierta al pasar al tiempo de expulsión para que salga humo en el tiempo expulsión, abriendo dicha válvula desplazándose hacia el interior de la cámara de combustión, con bordes en forma de cuña para que cuando esté cerrada la presión que se genera dentro de la cámara de combustión contribuya a generar un cierre hermético.

Un colector de admisión (14) para cada válvula (13), anclado a la estructura fija del motor;

Un colector de expulsión (15) para la misma válvula anterior, anclado a la estructura fija del motor;

Un tabique de separación (16) entre los dos colectores anteriores;

Un sistema de apertura y cierre de válvulas sincronizado con el giro del cigüeñal.

Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicación anterior, caracterizado porque, la biela (4) está provista de una articulación en su extremo inferior para permitir su rotación alrededor de la muñequilla (3) del cigüeñal y provista de un anclaje (9) sin articulación en su extremo superior, para conseguir una conexión rígida con el pistón (8) que está provisto de un punto de conexión de diseño complementario al de la biela (4), para ensamblarse con ella mediante un anclaje que garantiza que los ejes longitudinales del pistón (8) y biela (4) son coincidentes, para realizar el mismo movimiento.

Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, el eje (6) de oscilación del cilindro (5) a modo de prolongación horizontal a cada lado, es paralelo al eje del cigüeñal (1) y está situado en una posición intermedia de la carrera del cilindro (5), permite el anclaje del cilindro (5) a la estructura fija del motor (7) y permite que el cilindro (5) se adapte a la inclinación que en cada momento le confiere el pistón (8) en su recorrido por su interior, para que durante las carreras descendentes del pistón (8), el cilindro (5) empiece pivotando en sentido contrario a las agujas de un reloj hasta un punto intermedio en el que el eje longitudinal de la biela (4) haga un ángulo de 90° con el brazo del cigüeñal (2), punto a partir del cual invierte el sentido de oscilación y empieza a hacerlo en el mismo sentido que las agujas de un reloj, hasta volver a la posición vertical en el punto neutro inferior; y que durante las carreras ascendentes del pistón (8), el cilindro (5) empiece pivotando en el mismo sentido de las agujas de un reloj hasta un punto intermedio en el que el eje longitudinal de la biela (4) haga otro ángulo de 90° con el brazo del 2

cigüeñal, punto a partir del cual invierte el sentido de oscilación y empieza a hacerlo en sentido anti horario, hasta volver a su posición vertical en el punto neutro superior. Los cilindros (5) son independientes entre sí para permitir que oscilen de forma independiente, no obstante se agrupan de 2 en 2 en una misma culata (11) cuando sus muñequillas son coincidentes en ángulo de rotación y por tanto hacen la misma oscilación.

Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, el eje de oscilación (6) del cilindro (5) está diseñado hueco por su interior, para hacer pasar por su interior, los circuitos de engrase, encendido e inyección y refrigeración, este último diseñado mediante la conexión entre 2 tubos que encajan uno dentro del otro cuando entran por el eje de oscilación del cilindro, de modo que el tubo que queda entra dentro de la pared del cilindro (5) puede oscilar y el de fuera queda fijo, disponiendo unos segmentos de similares características a los del pistón (8) en el interior del solape entre ambos tubos, haciendo circular el circuito de engrase entre dichos segmentos para garantizar la estanqueidad y permitir la oscilación entre ellos.

Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, la culata (11) tiene la cara inferior plana para fijarla a la parte superior del cilindro con una junta hermética y una cara superior en forma de arco de cilindro con un radio de curvatura concéntrico con el eje horizontal (6) de oscilación del cilindro (5), la cual hace los mimos movimientos de oscilación que el cilindro (5), provista de al menos un orificio (12) que la atraviesa de cara curva superior a cara plana inferior, con forma redonda por la cara plana de la culata (11) para acoplar una válvula (13) que encaje por su interior para estar en posición abierto o cerrado, que hace la doble función de admisión y de escape, porque cuando el cilindro (5) pivota hacia un lado, el orificio (12) de la culata (11) recorre por dentro el colector de admisión (14) y cuando pivota hacia el lado opuesto, recorre por dentro el colecto de expulsión (15). La válvula (13) abre y cierra el orificio que atraviesa la culata (11), desplazándose hacia el interior del cilindro (5) cuando abre, tanto para permitir como impedir la entrada de aire al interior del cilindro (5) cuando el orificio (12) recorre el interior de la boca del colector de admisión (14), como para permitir o impedir la salida de humo procedente de la combustión cuando el orificio (12) de la culata (11) recorre el interior de la boca del colector- de expulsión (15); estando fijada a la culata (11) y sobresaliendo su eje longitudinal por fuera de los colectores. Cumpliendo la función de válvula mixta (13), por su uso tanto en admisión como en expulsión.

Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, el colector de admisión (14) para cada válvula (13) está anclado a la estructura fija del motor (7), con la boca con forma curva para adaptarse a la curvatura de la cara superior de la culata (11), de manera que la culata (11) oscila sin perder el contacto con el colector (14) que está fijo de manera que el orificio (12) de entrada y salida de aire de la culata (11) oscila sin salirse de dentro de la boca del colector de admisión (14) durante las carreras descendentes del pistón (8). Mientras que el colector de expulsión (15) para cada válvula (13) está anclado a la estructura fija del motor (7), con la boca con forma curva para adaptarse a la curvatura de la cara superior de la culata (11) y en posición 3

simétrica al colector de admisión (14), de manera que la culata (11) oscila sin perder el contacto con el colector (15) que está fijo de manera que el orificio (12) de entrada y salida de aire de la culata (11) oscila sin salirse de dentro de la boca del colector de expulsión (15) durante las carreras ascendentes del pistón (8). El tabique (16) de separación entre los colectores (14) y (15) anteriores, delimita la frontera a partir de la cual el orificio (12) de entrada y salida de aire en la culata (11), pasa de expulsar humo a aspirar aire al cruzarlo de derecha a izquierda.

7. Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, la junta entre los colectores (14) y (15) y la cara curva de la culata (11) en los tramos perpendiculares al tabique (16) de separación entre colectores (14) y (15), dispone de un canal en la cara curva de la culata (11) en el que encaja el borde de la boca de los colectores (14) y (15) para hacer circular aceite lubrificante por dicho canal para disminuir el rozamiento y garantizar la estanqueidad en la entrada y salida de gases cuando las válvulas (13) están abiertas; en los tramos laterales que son paralelos al tabique (16) de separación entre ellos, se disponen unos segmentos rectos entre el borde de la boca de los colectores (14) y (15) y la superficie curva de la culata (11), haciendo circular aceite para mantenerlo lubricado y para conseguir que sea estanco para la entrada de aire y salida de humos de los colectores (14) y (15) cuando la válvula (13) está abierta.

8. Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, cuando la culata (11) dispone de más de una válvula (13), tiene el tabique (16) de separación entre los colectores (14) y (15) con la posición adelantada hacia la derecha en una válvula (13) y con su posición adelantada hacia la izquierda en otra válvula (13) de manera que cuando el pistón (8) pasa por el punto neutro superior, se genera un intervalo de tiempo en el que el orificio (12) de una válvula (13) todavía está dentro de la boca del colector de expulsión (15) y el orificio (16) de la otra válvula (13) ya está dentro de la boca del colector de admisión (14), generándose una cruzada de válvulas (13) con las válvulas (13) abiertas a su máxima capacidad, en la que un turbocompresor puede estar impulsando aire por el conducto de admisión (14) y saliendo por el conducto de expulsión (15) de la otra válvula (13), limpiando de impurezas el interior del cilindro (5).

9. Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, el tabique (16) de separación entre los colectores (14) y (15) de cada válvula (13), equipados con un mecanismo de desplazamiento regulado por la electrónica del motor para aumentar o disminuir el desfase entre los tabiques (16) de las válvulas y así aumentar o disminuir en tiempo real la intensidad de la cruzada de válvulas.

10. Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, el sistema de apertura y cierre de válvulas está formado por un árbol de levas (17) paralelo al eje del cigüeñal (1) y sincronizado con él mediante una polea (22) en el eje del cigüeñal (1) y otra polea (24) de doble radio en el árbol de levas (17) para que una correa de distribución (23) haga girar el árbol de levas (17) a la mitad de velocidad que el cigüeñal; con una leva (18) para cada válvula (13) diseñada a partir de la superposición de una leva en posición de admisión con otra leva en posición 4

de escape y rellenando el espacio entre las crestas de ambas levas con un arco, de modo que provoca la apertura de la válvula (13) al comienzo del tiempo de expulsión y su cierre al final del tiempo de admisión, intercalando entre la leva (18) y el cojinete de la válvula, un elemento intermedio en forma de guillotina (19) con el borde superior recto y el borde inferior en forma de arco concéntrico con el eje de oscilación del cilindro, para que permita mantener pulsado el cojinete de la válvula (13) durante la oscilación de la válvula (13).

11. Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones de la 1 a la 9, caracterizado por, un segundo sistema de apertura y cierre de válvulas alternativo al de la reivindicación anterior, que consiste en colocar un eje (26) paralelo al eje del cigüeñal (1) encima de la cabeza superior de la válvula (13), sujeta a una prolongación del soporte (25) de la válvula por fuera de los colectores (14 y 15), en cual va fijado en la culata (11) del cilindro (5), y por lo tanto, hace el mismo movimiento pivotante que la válvula (13), encima de ella; en dicho eje (26) se colocan 4 ruedas que giran solidariamente con el eje (26) que las sustenta, la primera es una rueda (27) que tiene 4 levas repartidas alrededor en forma de cruz, la 2^a es una rueda (28) con 8 hendiduras uniformemente repartidas alrededor con un bulón presionado con un muelle para frenar el giro del eje (26) siempre coincidiendo en una hendidura, la tercera es una rueda (29) con 4 dientes alineados cada uno de ellos con una cresta de una leva, la cuarta es una rueda (30) igual que la anterior pero con los dientes desfasados 45° respecto a la anterior; la rueda de las hendiduras (28) hace que el eje (26) solo sea estable en posición 1 y posición 2, esto es, posición 1 cuando la rueda de levas (27) tiene 2 levas en vertical y otra 2 en horizontal y posición 2 cuando la rueda de levas (27) tiene las 4 levas en cruz, giradas 45° respecto a la posición 1 ; en posición 1 la 1^a rueda de dientes (29) tiene 2 dientes en vertical y 2 en horizontal y la segunda rueda de dientes (30) tiene los dientes girados 45° respecto a la primera rueda (29), mientras que en posición 2, giran 45° y se intercambian la posición entre las 2, de modo que siempre hay una rueda con un diente en vertical; encima de las ruedas dentadas (29 y

30) hay 2 dientes (31 y 32) colgando de la estructura fija del motor, uno encima de cada rueda dentada, diseñados con un borde redondeado por la esquina superior izquierda y con el borde puntiagudo en la esquina superior derecha de modo que giran libremente en sentido horario cuando uno de ellos es golpeado por un diente vertical de una rueda dentada al oscilar la válvula (13) hacia la izquierda al pasar el pistón (8) por el punto neutro superior y se mantiene firme cuando es golpeado por un diente vertical de una rueda dentada (29 o 30) al oscilar la válvula (13) hacia la derecha al pasar el pistón (8) por el punto neutro inferior. De modo que al oscilar la válvula (13) a la izquierda es la rueda de 4 levas (27) la que se mantiene firme sin girar y al oscilar la válvula (13) hacia la derecha es la rueda de 4 levas (27) la que gira 45°, siendo los dientes que cuelgan (30 o 31) los que se mantienen firmes. Obligando a la rueda de 4 levas (27) a girar 45° cada vez que el pistón

(8) pasa por el punto neutro inferior, obligando a la válvula (13) a cerrarse si estaba abierta y a abrirse si estaba cerrada. Permitiendo en cambio que la rueda de 4 levas (27) permanezca sin girar cuando pasa por el punto neutro superior. Uno de los dos dientes colgantes (31) siempre provoca el cierre de la válvula (13) y se puede adelantar o retrasar su posición para adelantar o retrasar el cierre de la válvula (13), mientras que el otro diente colgante (32), adelanta o retrasa su posición para adelantar o retrasar la apertura de la válvula (13). Este diseño referido a una rueda de 4 levas para la 5

explicación, es aplicable a cualquier otro diseño con un número indefinido de levas. Desplazando el eje (26) que sujeta la rueda de 4 levas a un lateral del cilindro (5), se traslada la acción de apertura y cierre de la válvula (13) a un lateral del cilindro 85), siendo necesario disponer un balancín intermedio para trasladar dicha acción de apertura y cierre de la válvula (13).

12. Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, un dispositivo controlado por el sistema electrónico del motor, eleva la posición de los dientes (31) y (32) que cuelgan de la estructura fija del motor (7) descritos en la reivindicación 11 , para desactivar algunas válvulas (13) quedando en posición cerrado, provocando así una distribución variable que regula el número de válvulas activas en función de las necesidades del motor en cada momento.

13. Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, utiliza un tercer mecanismo alternativo de apertura y cierre de válvulas, que consiste en colocar una pieza de coronación (40) encima del eje de la válvula (13), por encima de la prolongación del soporte (35) de la válvula (13), dicha pieza lleva una aleta (41) a cada lado perpendiculares al plano de oscilación de la válvula (13), las cuales van sujetas a la pieza de coronación (40) mediante un eje paralelo al eje de la válvula. Dichas aletas (41) llevan un lateral redondeado para permitir que se replieguen cuando la válvula (13) oscila en sentido contrario a las agujas de un reloj y el otro lateral diseñado en esquina para mantenerse firmes sin replegarse cuando la válvula (13) oscila en el mismo sentido que las agujas del reloj. Por otro lado, se colocan dos tabiques (38) sujetos a la estructura fija (7) del motor encima y a ambos lados de la pieza de coronación de la válvula y paralelos al plano en el que oscila la válvula (13), cada tabique (38) lleva dos hendiduras (39) en forma de S por la cara interior, que se cruzan entre sí, con un relieve de diseño complementario al del extremo de cada aleta (41), para permitir que cada aleta (41) cruce por dentro de la hendidura (39) que le corresponde en su tabique (38) cuando la válvula (13) oscila en sentido horario, provocando que cierre la válvula (13) si estaba abierta y que abra si estaba cerrada, por el contrario, cuando la válvula (13) oscila en sentido anti horario cada aleta (41) no consigue entrar en su carril (39), porque se repliega, en consecuencia, las aletas (41) pasan entre los tabiques (38) sin entrar por los carriles (39) que hacen cambiar de posición la válvula (13), por lo que, la válvula (13) permanece abierta si estaba abierta y permanece cerrada si estaba cerrada. En conclusión, la válvula (13) permanece en la misma posición cuando el pistón (8) pasa por el punto neutro superior y hace cambia la posición de la válvula (13) cuando el pistón (8) pasa por el punto neutro inferior. En la prolongación del soporte de la válvula (35) se pone un pasador (37) perpendicular al eje de la válvula (13), con un muelle que lo hace presionar sobre el eje de la válvula (13), el cual va provisto de un rebaje en la posición de cerrado y otro rebaje en la posición de abierto, para que el pasador (37) mantenga la válvula (13) en una de las dos posiciones. La hendidura (41) que provoca la apertura de la válvula puede tener diseñada la "S" más hacia la derecha o más hacia la izquierda en función de si queremos que la válvula (13) abra en posición más adelantada o más retrasada. La hendidura (41) que provoca el cierre puede tener diseñada la "S" en una posición distinta de la de apertura, para permitir que el cierre de la válvula (13) se realice en el momento que más convenga. 6

14: Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, caracterizado porque, se prescinde del cigüeñal (1) dotando al volante de inercia (43) de 2 bordes circulares opuestos (44 y 45) con dientes a 45° respecto al eje de giro, a cada lado, para engranar en esquina dos ruedas dentadas (46) también con los dientes a 45°, opuestas entre sí por la derecha y otras dos (46) también opuestas entre sí por la izquierda, girando estas últimas en sentido opuesto a las 2 primeras por estar engranadas con el volante de inercia (43) por el lado opuesto. De este modo, a cada una de las 4 ruedas dentadas (46) que están engranadas con el volante de inercia (43), se las dota de una articulación (48) que hace la función de la muñequilla de un cigüeñal (3), para conectar a cada una de ellas la biela (4) de cada pistón (8). 15. Motor de 4 tiempos de válvulas mixtas, según reivindicación 14, caracterizado porque, partiendo el diseño de la reivindicación anterior, se modifica la forma de las ruedas dentadas (46) que hacen la función del brazo del cigüeñal (2), pasando de ser ruedas circulares (46) con el mismo diámetro que el volante de inercia a ser ruedas elípticas (61) manteniendo dicho diámetro para que sigan dando las mismas vueltas que el volante de inercia (62). En consecuencia, para que los engranajes a 45° de las elipses (61) sigan engranando con los engranajes a 45° del volante de inercia (62), se modifican las superficies circulares del volante (62) y se pasan de superficies planas a superficies alabeadas de modo que encajan los engranajes en todo momento durante la rotación.