ES1291864U

ES1291864U - Mecanismo de piston, biela y cigüenal de trabajo inverso para motores de combustion interna

Info

Publication number: ES1291864U
Application number: ES202132419U
Authority: ES
Inventors: Lanau Jose Miguel Llusa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2022-06-16
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: ES1291864Y

Abstract

Mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna que, comprendiendo un pistón (2) que discurre en un cilindro (3) entre un punto muerto inferior (pmi) y un punto muerto superior (pms) empujado por la explosión de los gases aportados a través de las válvulas (4) en el caso de motores cuatro tiempos situados en la cabeza (3a) de dicho cilindro (3), una biela (5) que se desplaza con el pistón (2) al que está unido y un cigüeñal (6) que gira con el desplazamiento de dicha biela (5), está caracterizado por presentar una configuración que hace trabajar el cigüeñal (6) tirando de él y, o bien comprende el pistón (2) instalado en el cilindro (3) con la cabeza (3a) y las válvulas (4) en el caso de motores cuatro tiempos en el mismo extremo por el que el pistón (2) se une a la biela (5), o bien comprende, al menos, un elemento intermedio adicional (7) intercalado articuladamente entre la biela (5) y el cigüeñal (6) a modo de palanca con un punto de apoyo (73).

Description

DESCRIPCIÓN

MECANISMO DE PISTÓN, BIELA Y CIGÜEÑAL DE TRABAJO INVERSO

PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna que aporta, a la función a que se destina ventajas y características que se describen en detalle más adelante.

El objeto de la presente invención recae en un mecanismo articulado para motores de combustión interna de los constituidos por el conjunto de pistón y biela que mueven el cigüeñal que presenta la particularidad de presentar una configuración tal que determina el funcionamiento de trabajo de dicho cigüeñal de modo inverso a como suele trabajar habitualmente en los sistemas conocidos, es decir, en vez de comprimir el cigüeñal con la biela, estirando de él, gracias a lo cual se mejora el rendimiento del motor para lo cual, o bien comprende el pistón invertido o bien comprende, al menos, un elemento intermedio adicional intercalado en forma de palanca.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicado a la fabricación de motores, particularmente en el ámbito de los motores de combustión interna, centrándose concretamente en los mecanismos articulados de pistón, biela y cigüeñal.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como es sabido, los componentes básicos de un motor de combustión interna son:

- el bloque motor, pieza que proporciona la estructura de todo el conjunto y en cuya parte inferior cuenta con el cárter, donde generalmente se aloja el aceite que lubrica todos los elementos;

- las cámaras de combustión, o cilindros, piezas cerradas por un extremo y por cuyo interior se mueve un pistón;

- los pistones, encargados de modificar el volumen en el interior de los cilindros, generando vacío para introducir la mezcla de aire y combustible y comprimiéndola después para provocar su explosión, y cuyo movimiento es el que acaba moviendo el vehículo;

- el cigüeñal, elemento que sincroniza todos los movimientos de los diferentes pistones, garantizando una generación de potencia constante; y

- la culata, o cabeza de los cilindros, que cierra su extremo abierto, estando provista con válvulas y árboles de levas, conectados al cigüeñal mediante una correa, para permitir la apertura y el cierre de las válvulas al realizar la mezcla del combustible en el caso de los motores de cuatro tiempos, así como dejar salir los gases de escape.

Así pues, el mecanismo articulado que proporciona el movimiento sincronizado de los pistones a través del giro del cigüeñal y las bielas es uno de los elementos fundamentales de los motores de combustión interna. Sin embargo, los motores actuales que usan una biela y cigüeñal para transmitir el movimiento rectilíneo del pistón en movimiento giratorio sufren de los siguientes problemas:

Cuando más presión hay de la explosión (inicio de desplazamiento desde el pms o punto muerto superior del pistón) la palanca que ejerce el codo del cigüeñal en ese momento es casi nula (figura 1-A).

La velocidad del pistón es más rápida desde el pms hasta llegar a los 90° de giro del cigüeñal (figura 1-B) y recorre más distancia que desde los 90° del cigüeñal al pmi (punto muerto inferior) del pistón (figura 1-D).

Cuando la palanca que ejerce el cigüeñal es máxima (90°) (figura 1-F) el pistón ya ha recorrido el aproximadamente 61% de su recorrido (debido al desplazamiento lateral que ejerce el codo del cigüeñal) y la presión interna de la explosión se ha reducido considerablemente.

En el momento de la compresión, el problema es inverso cuando tenemos la mayor palanca del codo del cigüeñal aún nos queda el 61 % del recorrido del pistón por hacer.

El objetivo de la presente invención es el desarrollo de un mecanismo de pistón, biela y cigüeñal mejorado mediante la inversión del proceso, es decir, mediante la inversión del trabajo del cigüeñal tal que, en vez de comprimir el cigüeñal con la biela, trabaje estirando de él, o bien mediante la inversión del pistón o bien mediante el uso de palancas.

Por otra parte, y como referencia al estado actual de la técnica, cabe señalar que, si bien la inversión del modo de trabajar del cigüeñal es conocida, solo se ha usado en motores de pistones opuestos como solución a no usar dos cigüeñales, al menos por parte del solicitante, se desconoce la existencia de configuraciones de inversión de cigüeñal para motores de un único pistón por cilindro, ni la inversión para los dos pistones en motores de pistones opuestos, con lo cual, cabe entender que no se conoce ningún otro mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna que presente unas características técnicas y constitutivas iguales o semejantes a las que presenta el que aquí se reivindica.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna que la invención propone se configura como la solución idónea al objetivo anteriormente señalado, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que lo distinguen convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente descripción.

Concretamente, el mecanismo que la invención propone, como se ha apuntado anteriormente, es un mecanismo articulado para motores de combustión interna de los constituidos por el conjunto de pistón y biela movidos por el cigüeñal que tiene la particularidad de contar con una innovadora configuración que determina el funcionamiento de trabajo de dicho cigüeñal de modo inverso a como suele trabajar habitualmente en los sistemas conocidos, es decir, en vez de comprimir el cigüeñal con la biela, estira de él, gracias a lo cual se mejora el rendimiento del motor para lo cual dicho mecanismo o bien comprende el pistón invertido en el cilindro o bien comprende, al menos, un elemento intermedio adicional intercalado en forma de palanca.

Para ello, y más concretamente, en una primera variante de realización de la invención, el mecanismo articulado que conforma el conjunto de pistón, biela y cigüeñal, comprende el pistón instalado de modo invertido en el cilindro, es decir, tal que la cabeza donde se realiza la compresión y explosión y donde se encuentran las válvulas en el caso de motores cuatro tiempos se encuentra en el mismo extremo por el que el pistón se une a la biela, y en consecuencia, de modo que el pmi (punto muerto inferior) del recorrido de dicho pistón se corresponde con el de elevación máxima o empuje máximo del cigüeñal, y el pms (punto muerto superior) se corresponde con el de elevación mínima.

Y, en una variante de realización alternativa de la invención, el mecanismo articulado que conforma el conjunto de pistón, biela y cigüeñal comprende, como elemento intermedio adicional intercalado articuladamente entre dicha biela y dicho cigüeñal, una palanca constituida por dos eslabones unidos articuladamente entre la biela y el cigüeñal con un punto de apoyo o fulcro en el eslabón principal que actúa de palanca, pudiendo tratarse, en función de cómo se disponga, de una palanca de primer grado, de segundo grado o de tercer grado.

Así, en una opción de realización de dicha variante con palanca, el mecanismo comprende, como elemento intermedio adicional, una palanca de primer grado definida por dos eslabones articulados donde un primer eslabón o eslabón principal está incorporado a modo de balancín, es decir, unido articuladamente por un extremo a la biela, por el centro a un punto de apoyo y por su otro extremo a un segundo eslabón secundario que, a su vez, se une al cigüeñal.

En una segunda variante de realización con palanca, el mecanismo comprende, como elemento intermedio adicional, una palanca de segundo grado, para lo cual, en este caso el elemento que define dicha palanca está constituidos por dos eslabones articulados, donde un primer eslabón principal está unido por un extremo a un punto de apoyo que actúa como fulcro, por su centro a través de un segundo eslabón secundario con el cigüeñal que supone la carga y por el extremo opuesto a la biela que, a su vez, se une al pistón y proporciona la fuerza.

Y, en una tercera opción de realización de la variante del mecanismo con palanca, como elemento intermedio adicional, comprende una palanca de tercer grado, para lo cual dicho elemento está conformado por dos eslabones, donde en este caso un primer eslabón principal está unido por un extremo a un punto de apoyo que actúa como fulcro, por su centro a la biela que se une al pistón y proporciona la fuerza y por el extremo opuesto, a través de un segundo eslabón secundario, al cigüeñal que determina la carga.

Es importante señalar que, cualquiera de las dos opciones de la variante del mecanismo con palanca de segundo o tercer grado descritas, pueden implementarse como sistema de pistones opuestos trabajando en un mismo cilindro, para lo cual bastará instalar dos mecanismos enfrentados de manera simétrica tal que los pistones se desplacen coordinados en un mismo cilindro movidos por un mismo cigüeñal acoplado a los respectivos eslabones del extremo de cada palanca.

Además, asimismo, cualquiera de las dos opciones de la variante del mecanismo con palanca de segundo o tercer grado descritas, pueden convertirse en motores de comprensión variable, para lo cual, únicamente hay que desplazar el punto de apoyo de la palanca.

Con ello, las ventajas y mejoras que proporciona el mecanismo de la invención al motor de combustión interna son, esencialmente, las siguientes:

- Se consigue aprovechar más la presión de la explosión, ya que en el momento de máxima palanca del cigüeñal (90°) el pistón solo ha recorrido aproximadamente el 39% de su recorrido y la presión de la explosión aún es muy alta.

- En el momento de la compresión, cuando tenemos mayor palanca del cigüeñal, ya solo falta un 39% del recorrido por hacer y se pierde menos energía en realizar el trabajo.

- Modificando el eje de apoyo de la palanca inversora, en la opción de palanca de segundo o tercer grado, se puede modificar la compresión del motor.

- Al reducir la velocidad al llegar el pistón a pms en motores de 4 tiempos mejoramos los tiempos de admisión y escape.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos en el que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Las figuras número 1-A, 1-B, 1-C, 1-D, 1-E, 1-F, 1-G y 1-H.- Muestran, esquemáticamente, sucesivas vistas de las fases de funcionamiento de un mecanismo de pistón, biela y cigüeñal según la técnica anterior;

las figuras número 2-A, 2-B, 2-C, 2-D, 2-E, 2-F, 2-G y 2-H.- Muestran, esquemáticamente, sucesivas las fases de funcionamiento de un ejemplo de mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso, según la invención, en concreto un ejemplo con palanca de primer grado o tipo balancín, apreciándose las partes y elementos que comprende para conseguir dicho modo de trabajo inverso;

la figura número 3.- Muestra una vista esquemática de otro ejemplo del mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna según la invención, en este caso un ejemplo con pistón inverso;

la figura número 4.- Muestra una vista esquemática de otro ejemplo del mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna según la invención, en este caso un ejemplo con palanca de segundo grado;

la figura número 5.- Muestra una vista esquemática de otro ejemplo del mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna según la invención, en este caso un ejemplo con palanca de tercer grado; y

la figura número 6.- Muestra una vista esquemática de una opción de disposición del mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna según la invención, en su variante con palanca de segundo grado, para un motor de pistones opuestos.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas varios ejemplos de realización no limitativa del mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna de la invención, el cual comprende lo que se describe en detalle a continuación.

Así, tal como se observa en dichas figuras el mecanismo (1) que la invención comprende, de manera conocida, un pistón (2) que discurre en un cilindro (3) entre un punto muerto inferior (pmi) y un punto muerto superior (pms) empujado por la explosión de los gases aportados a través de válvulas (4) en el caso de motores cuatro tiempos situados en la cabeza (3a) de dicho cilindro (3), una biela (5) que se desplaza con el pistón (2) al que está unido y un cigüeñal (6) que gira con el desplazamiento de dicha biela (5).

Y, a partir de dicha configuración, el mecanismo (1) se distingue por presentar una configuración en que hace trabajar el cigüeñal (6) tirando de él, para lo cual, o bien comprende el pistón (2) instalado en el cilindro (3) de modo inverso, es decir, con la cabeza (3a) y las válvulas (4) en el mismo extremo por el que el pistón (2) se une a la biela (5), como se aprecia en la figura 3, o bien comprende, al menos, un elemento intermedio adicional (7) intercalado articuladamente entre la biela (5) y el cigüeñal (6) a modo de palanca con un punto de apoyo (73).

Para ello, atendiendo a la figura 3, se observa cómo, en una primera variante de realización de la invención, el mecanismo (1) comprende el pistón (2) instalado en el cilindro (3) de modo inverso, es decir, de manera que la cabeza (3a) con las válvulas (4) se encuentran en el mismo extremo por el que el pistón (2) se une a la biela (5), y el pmi del recorrido de dicho pistón (2) se corresponde con el punto de elevación máxima del cigüeñal (6) y el pms se corresponde con el punto de elevación mínima del cigüeñal.

Y, en una variante de realización alternativa, el mecanismo (1) comprende, como elemento intermedio adicional (7) intercalado articuladamente entre la biela (5) y el cigüeñal (6) actuando de palanca, la cual, conformada por dos eslabones (71, 72) unidos articuladamente entre la biela (5) y el cigüeñal (6) cuenta con un punto de apoyo (73).

Así, en una opción de realización apreciable en las figuras 2-A, 2-B, 2-C, 2-D, 2-E, 2-F, 2-G y 2-H, el mecanismo (1) comprende, como elemento intermedio adicional (7), una palanca de primer grado definida por un primer eslabón (71) principal incorporado a modo de balancín, es decir, unido articuladamente por un extremo a la biela (5), por el centro a un punto de apoyo (73) y por su extremo opuesto a un segundo eslabón (72) secundario que, a su vez, se une al cigüeñal (6).

En una segunda opción de realización de la variante con palanca, apreciable en la figura 4, el mecanismo (1) comprende, como elemento intermedio adicional (7), una palanca de segundo grado conformada por un primer eslabón (71) principal que está unido por un extremo a un punto de apoyo (73), por su centro, a través de un segundo eslabón (72) secundario, al cigüeñal (6) y por el extremo opuesto a la biela (5) que, a su vez, se une al pistón (2).

Y, en una tercera opción de realización de la variante con palanca, apreciable en la figura 5, como elemento intermedio adicional (7) el mecanismo (1) comprende una palanca de tercer grado conformada por un primer eslabón (71) principal que está unido por un extremo a un punto de apoyo (73), por su centro a la biela (5) que, a su vez, se une al pistón (2) y por el extremo opuesto, a través de un segundo eslabón (72) secundario, al cigüeñal (6).

Atendiendo a la figura 6 se observa una opción de realización del mecanismo (1) descrito anteriormente, es decir, en su variante con palanca de tercer grado, como muestra el ejemplo de la figura 5, implementado simétricamente como sistema de pistones (2) opuestos trabajando en un mismo cilindro (3), debiendo entenderse que esta posibilidad es igualmente posible con una opción de realización del mecanismo (1) con palanca de segundo grado, como la mostrada en el ejemplo de la figura 4.

Asimismo, cualquiera de las dos opciones de la variante del mecanismo (1) con palanca de segundo grado (figura 4) o de tercer grado (figura 5) descritas anteriormente, pueden convertirse en motores de comprensión variable, mediante el desplazamiento del punto de apoyo (73), referenciado en las figuras 4, 5 y 6 como (73’).

Por último, atendiendo a las figuras 1-A, 1-B, 1-C, 1-D, 1-E, 1-F, 1-G y 1-H, se puede observar un ejemplo de mecanismo

según la técnica anterior, compuesto únicamente de pistón (2), biela (5) y cigüeñal (6) conectados directamente, apreciándose en ellas las sucesivas fases de funcionamiento, y cuyos inconvenientes se han señalado en el apartado de antecedentes.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna que, comprendiendo un pistón (2) que discurre en un cilindro (3) entre un punto muerto inferior (pmi) y un punto muerto superior (pms) empujado por la explosión de los gases aportados a través de las válvulas (4) en el caso de motores cuatro tiempos situados en la cabeza (3a) de dicho cilindro (3), una biela (5) que se desplaza con el pistón (2) al que está unido y un cigüeñal (6) que gira con el desplazamiento de dicha biela (5), está caracterizado por presentar una configuración que hace trabajar el cigüeñal (6) tirando de él y, o bien comprende el pistón (2) instalado en el cilindro (3) con la cabeza (3a) y las válvulas (4) en el caso de motores cuatro tiempos en el mismo extremo por el que el pistón (2) se une a la biela (5), o bien comprende, al menos, un elemento intermedio adicional (7) intercalado articuladamente entre la biela (5) y el cigüeñal (6) a modo de palanca con un punto de apoyo (73).

2. - Mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna, según la reivindicación 1, caracterizado porque, como elemento intermedio adicional (7) intercalado articuladamente entre la biela (5) y el cigüeñal (6) actuando de palanca, comprende dos eslabones (71, 72) unidos articuladamente entre la biela (5) y el cigüeñal (6) con un punto de apoyo (73).

3. - Mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna, según la reivindicación 2, caracterizado porque, como elemento intermedio adicional (7), comprende una palanca de primer grado definida por un primer eslabón (71) principal incorporado a modo de balancín, es decir, unido articuladamente por un extremo a la biela (5), por el centro a un punto de apoyo (73) y por su extremo opuesto a un segundo eslabón (72) secundario que, a su vez, se une al cigüeñal (6).

4. - Mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna, según la reivindicación 2, caracterizado porque, como elemento intermedio adicional (7), comprende una palanca de segundo grado constituido por un primer eslabón (71) principal que está unido por un extremo a un punto de apoyo (73), por su centro, a través de un segundo eslabón (72) secundario, al cigüeñal (6) y por el extremo opuesto a la biela (5) que, a su vez, se une al pistón (2).

5. - Mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna, según la reivindicación 2, caracterizado porque, como elemento intermedio adicional (7), comprende una palanca de tercer grado constituido por un primer eslabón (71) principal que está unido por un extremo a un punto de apoyo (73), por su centro a la biela (5) que, a su vez, se une al pistón (2) y por el extremo opuesto, a través de un segundo eslabón (72) secundario, al cigüeñal (6).

6. - Mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque se configura como mecanismo simétrico con dos pistones (2) opuestos trabajando en un mismo cilindro (3).

7. - Mecanismo de pistón, biela y cigüeñal de trabajo inverso para motores de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el punto de apoyo (73) es desplazable para una compresión variable.