ES2638339T3

ES2638339T3 - Motores de combustión interna

Info

Publication number: ES2638339T3
Application number: ES12725135.3T
Authority: ES
Inventors: Christian BUCKSEY
Original assignee: Cox Powertrain Ltd
Current assignee: Cox Powertrain Ltd
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: WO2012160376A2; PL2721256T3; CN103842618B; IL229585A0; IL229585B; JP6069306B2; KR101598875B1; LU92143B1; WO2012160376A3; GB2491155B; EP2721256B1; JP2014515453A; US9512777B2; EP2721256A2; GB201108766D0; HK1197092A1; PT2721256T; CN103842618A; GB2491155A; DK2721256T3

Abstract

Un motor de combustión interna que comprende: al menos un cilindro; un par de émbolos alternos opuestos dentro del cilindro que forman una cámara de combustión entre ellos; un cigüeñal situado en un extremo del cilindro, en donde un movimiento alterno de los émbolos acciona el cigüeñal; y al menos un inyector de combustible dispuesto al menos parcialmente dentro del cilindro, teniendo el inyector de combustible una carcasa y una tobera que está situada dentro de la cámara de combustión y a través de la cual el combustible es expulsado hacia la cámara de combustión; donde la tobera del inyector de combustible sobresale hacia fuera desde una cara extrema de una carcasa del inyector en la dirección del eje del cilindro, de manera que la tobera está expuesta directamente dentro de la cámara de combustión y donde el inyector de combustible está fijado en el extremo del cilindro más alejado desde el cigüeñal y se proyecta en el cilindro desde ese extremo, a lo largo de o paralelo al eje central del cilindro, para colocar la tobera de inyector en una posición fijada que está dentro de la cámara de combustión cuando el volumen de la cámara de combustión está al mínimo, extendiéndose el inyector de combustible a través del émbolo más alejado del cigüeñal y estando este émbolo configurado para alternar a lo largo de la carcasa del inyector.

Description

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DESCRIPCION

Motores de combustion interna Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a motores de combustion interna. Mas en concreto, se refiere a motores de combustion interna con una configuracion de embolos opuestos.

Antecedentes

El documento WO2008/149061 (Cox Powertrain) describe un motor de combustion interna con inyeccion directa de 2 tiempos y 2 cilindros. Los dos cilindros son opuestos horizontalmente y en cada cilindro hay embolos alternos opuestos que forman una camara de combustion entre ellos. Los embolos accionan un ciguenal central entre los dos cilindros. El embolo interno (es decir, el embolo mas cercano al ciguenal) de cada cilindro acciona el ciguenal a traves de un par de mecanismos de yugo escoces paralelos. El embolo externo de cada cilindro acciona el ciguenal a traves de un tercer yugo escoces, anidado entre los dos mecanismos de yugo escoces del embolo interno, mediante una barra de accionamiento que pasa a traves del centro del embolo interno. La barra de accionamiento tiene una forma tubular hueca y el combustible se inyecta en la camara de combustion con un inyector de combustible alojado dentro de la barra de accionamiento. La pared de la barra de accionamiento tiene una serie de aberturas espaciadas de forma circunferencial a traves de las cuales el combustible se proyecta lateralmente hacia el exterior en la camara de combustion.

Sumario de la invencion

La presente invencion esta relacionada en general con motores de combustion interna de embolos opuestos que tienen un inyector de combustible dispuesto en cada cilindro para inyectar combustible directamente en una camara de combustion formada entre los dos embolos alternos opuestos del cilindro. La presente invencion es un desarrollo de la configuracion del motor descrito en el documento WO2008/149061, y pretende ofrecer realizaciones que mantengan los beneficios de dicho motor anterior, a saber un motor muy compacto y eficiente con una alta relacion entre peso y potencia de salida, y que al mismo tiempo ofrezcan ventajas adicionales.

En un primer aspecto, la presente invencion proporciona un motor de combustion interna que comprende al menos un cilindro, un par de embolos alternos opuestos dentro del cilindro que forman una camara de combustion entre ellos, y al menos un inyector de combustible dispuesto al menos parcialmente dentro del cilindro, teniendo el inyector de combustible una tobera que esta situada dentro de la camara de combustion y a traves de la cual el combustible se expulsa hacia la camara de combustion, donde la tobera esta expuesta directamente dentro de la camara de combustion tal y como se recita en la reivindicacion 1.

Al exponer la tobera del inyector directamente a la camara de combustion (es decir, colocando ffsicamente la tobera dentro de la camara de combustion) en el momento dado de inyeccion, al diferencia de la configuracion del estado de la tecnica anterior mencionada arriba en la que el inyector esta alojado dentro de la barra de accionamiento central, se evita la necesidad de inyectar combustible a traves de las aberturas de una pared. Esto deriva en una construccion mas sencilla, una inyeccion de combustible mejorada, caracterfsticas de combustion y movimiento de aire, y hace posible utilizar inyectores mas convencionales.

Especialmente en casos en los que solo se utiliza un unico inyector, el inyector esta preferiblemente en o cerca del eje central del cilindro/embolo. La tobera de inyector estara normalmente en un extremo del inyector (el extremo que proyecta hacia el cilindro).

Los conceptos de la invencion son aplicables a motores de encendido por compresion (CI y HCCI) y tambien a motores de encendido por chispa (SI) y encendido asistido por chispa. Para una realizacion de CI, el combustible normalmente se inyectara en la camara de combustion en o cerca del punto del ciclo del motor donde los dos embolos estan mas cercanos y el volumen de la camara de combustion es el mas pequeno. La tobera del inyector estara situada para estar colocada dentro de la camara de combustion en este punto del ciclo. Para variantes de HCCI y SI es probable que la inyeccion sea mucho antes en el ciclo y posiblemente tan pronto como la apertura del puerto de entrada.

La tobera del inyector de combustible preferiblemente sobresale hacia afuera desde una cara extrema de una carcasa del inyector en la direccion del eje del cilindro. La tobera puede tener una serie de aberturas alrededor de su periferia desde las que el combustible generalmente se expulsa de forma radial a la camara de combustion. Preferiblemente hay una valvula (por ejemplo, una valvula de aguja) en la tobera que es operable para controlar un suministro presurizado de combustible a las aberturas. El suministro de combustible puede controlarse de forma convencional.

El inyector de combustible esta fijado en un extremo del cilindro, normalmente a un componente estructural fijado, y

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proyecta hacia el cilindro desde ese extremo, a lo largo de o paralelo al eje central del cilindro, para colocar la tobera de inyector en una posicion fijada que esta dentro de la camara de combustion durante todo el ciclo del motor. En este caso, el inyector se extiende a traves del embolo mas cercano al extremo del cilindro desde el cual se proyecta el inyector, y este embolo esta configurado para alternar a lo largo de una carcasa del inyector.

Normalmente, el movimiento de los embolos accionara un ciguenal situado en un extremo del cilindro, denominandose el embolo mas cercano al extremo del ciguenal el «embolo interno» y el embolo mas alejado del ciguenal el «embolo externo». El o cada inyector de combustible puede asociarse o bien al embolo externo o bien al embolo interno.

Dado que el inyector esta fijado y el embolo asociado (por ejemplo, el externo) alterna a lo largo de la carcasa del inyector, el inyector preferiblemente se refrigera. La refrigeracion puede proporcionarse, por ejemplo, mediante un suministro de lfquido refrigerante (por ejemplo, aceite de motor, lfquido refrigerante del motor, refrigeracion por agua sin tratar tal como agua del mar, o combustible) al interior de la carcasa del inyector.

Dado que uno de los embolos alterna sobre la carcasa del inyector, la superficie exterior de la carcasa del inyector preferiblemente proporciona una superficie de rodadura a lo largo de la cual se puede deslizar el embolo. Un sistema de sellado, por ejemplo uno o mas anillos de sellado, se proporciona entre el embolo y la superficie de rodadura de la carcasa del inyector para limitar el escape de gases de combustion y la entrada de aceite lubricante a la camara de combustion.

El inyector puede estar fijado a una parte exterior de la estructura del motor mediante cualquier acoplamiento adecuado. En algunos casos puede ser conveniente utilizar un acoplamiento que permita que el inyector se auto alinee paralelamente a la lfnea central del cilindro y se adapte a las tolerancias y a la distorsion termica del embolo al que esta asociado. Por ejemplo, puede utilizarse un acoplamiento Oldham (este tipo de acoplamiento permite que el inyector se mueva en un plano perpendicular a su eje para permitir la alineacion deseada mientras que se evita el movimiento a lo largo de su eje).

En el caso en el que los embolos accionan un ciguenal, puede utilizarse cualquier acoplamiento de accionamiento adecuado para trasladar el movimiento alterno opuesto de los embolos en un movimiento rotativo del ciguenal. En realizaciones preferentes, no obstante, se utilizan mecanismos de yugo escoces. Cuando se utilizan mecanismos de yugo escoces, como mfnimo serfa necesario tener al menos un yugo escoces a traves del cual el embolo interno (es decir, el embolo mas cercano al ciguenal) acciona el ciguenal y al menos un yugo escoces a traves del cual el embolo externo acciona el ciguenal. No obstante, para evitar fuerzas en desequilibrio indeseables sobre el embolo externo mientras que se evita la necesidad de una barra de accionamiento central a traves del cilindro, es mas preferible para el embolo externo accionar el ciguenal a traves de un par de yugos escoceses, uno a cada lado del cilindro conectado al embolo externo mediante miembros de conexion respectivos en los lados opuestos del cilindro. Los miembros de conexion pueden ser, por ejemplo, partes de barras o manguitos dentro del cilindro en o cerca de la periferia del cilindro. Mas preferiblemente, los miembros de conexion son externos al cilindro. Estos pueden comprender, por ejemplo, una o mas barras de accionamiento.

Los embolos accionan un ciguenal dispuesto en un extremo del cilindro mediante respectivos acoplamientos de accionamiento, siendo el acoplamiento de accionamiento para el embolo mas alejado del ciguenal (el embolo «externo») externo al cilindro.

Al proporcionar para el embolo externo el acoplamiento externo al cilindro, se evita la necesidad de cualquier barra de accionamiento que pase a traves del cilindro interno. La ausencia de una barra o barras de accionamiento que pasen a traves de la camara de combustion tambien permite un diseno de camara de combustion mas simple y convencional, una refrigeracion mas sencilla del embolo interno, la eliminacion de una trayectoria de escape de gases al carter y la eliminacion de perdidas de calor a la barra de accionamiento. El uso de un acoplamiento externo tambien significa que puede colocarse un inyector centralmente con respecto al embolo (o cerca del centro del embolo) sin obstruccion.

Puede utilizarse cualquier acoplamiento de accionamiento adecuado para trasladar el movimiento alterno opuesto de los embolos en un movimiento rotativo del ciguenal, pero se prefieren mecanismos de yugo escoces. Por ejemplo, el embolo externo podrfa accionar el ciguenal a traves de un par de yugos escoceses, uno a cada lado del cilindro, conectado al embolo externo mediante el acoplamiento de accionamiento externo. El acoplamiento de accionamiento externo podrfa comprender miembros de conexion a cada lado del cilindro, por ejemplo una o mas barras de accionamiento.

Si bien es posible una configuracion con un unico cilindro, motores preferentes segun las realizaciones de los aspectos primero y/o segundo de la invencion comprenden multiples cilindros, por ejemplo dos cilindros, cuatro cilindros, seis cilindros, ocho cilindros o mas.

Cuando se usan multiples cilindros, son posibles varias configuraciones que pueden ofrecer ventajas diferentes en terminos de equilibrio de fuerzas, forma y tamano del motor en general, etc. Ejemplos de configuraciones incluyen

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(pero no se limitan a) pares de cilindros opuestos coaxiales (por ejemplo, «motores boxer de dos cilindros», «motores boxer de cuatro cilindros», etc.), configuraciones «en lmea» con todos los cilindros uno al lado del otro, configuraciones en «U» con dos bancos de cilindros en lmea uno al lado del otro (por ejemplo, el motor «square 4»), configuraciones en «V» y configuraciones en «W» (es decir, dos bancos adyacentes de cilindros configurados en «V») y configuraciones radiales. Dependiendo de la configuracion, los multiples cilindros podnan accionar un unico ciguenal o una pluralidad de ciguenales. Normalmente, las configuraciones «boxer», «en lmea», «en V» y radiales tendran un unico ciguenal, mientras que las configuraciones «en U» y «en W» tendran dos ciguenales, uno para cada banco de cilindros. En algunas realizaciones de la invencion es posible utilizar dos unidades de motor (cada una con uno o mas cilindros) con ciguenales contrarrotantes que accionan un eje de salida compartido a traves de una caja de engranajes conica. Esta configuracion tiene la ventaja de que los efectos de retroceso del par estan equilibrados.

Breve descripcion de los dibujos

Una realizacion de la invencion se describe ahora a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la Figura 1 es una seccion transversal de una configuracion de motor boxer de cuatro cilindros segun una realizacion de la presente invencion;

la Figura 2 es una seccion transversal del motor de la fig. 1 a lo largo de la lmea z-z de la fig. 1; la Figura 3 es una seccion transversal del motor de la fig. 1 a lo largo de la lmea central del par inferior de cilindros opuestos tal y como se muestran en la fig. 1; la Figura 4 es una vista isometrica del motor de la fig. 1;

la Figura 5 es una vista de planta simplificada de los componentes fundamentales (en forma ensamblada) del motor de la fig. 1, incluyendo el ciguenal, los yugos escoceses, los embolos, las barras de accionamiento y los inyectores de combustible;

la Figura 6 es una vista isometrica simplificada de los componentes esenciales mostrados en la fig. 5; y las Figuras 7(a) a 7(m) muestran instantaneas del motor de la fig. 1 durante una revolucion completa del ciguenal a 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°, 210°, 240°, 272°, 300°, 330° y 360°, respectivamente, empezando desde el

punto del ciclo de volumen mmimo de la camara de combustion (denominado en lo sucesivo por comodidad

como «punto muerto superior» o «TDC», tal terminologfa (TDC) utilizada porque la persona experta en el arte reconocera que es el punto analogo del ciclo de funcionamiento para un motor dispuesto mas convencionalmente) del cilindro visto en la parte inferior izquierda de la figura.

Descripcion detallada

La realizacion que se utiliza aqrn para ejemplificar la invencion es un motor 2 tiempos de cuatro cilindros con sistema de inyeccion directa. El motor esta configurado con dos pare de cilindros opuestos horizontalmente. Un par de

cilindros esta dispuesto al lado del otro para proporcionar una configuracion boxer de cuatro cilindros. Como mejor

se ve en la Fig. 4, esta configuracion proporciona al motor una envoltura general de bajo perfil que sera ventajosa para algunas aplicaciones, por ejemplo para utilizar como motor fueraborda mantimo. Los motores conformes a las realizacion de la invencion tambien pueden utilizarse como unidades de propulsion o de generacion electrica para otras aplicaciones mantimas, asf como para vehmulos terrestres y aeronaves.

Con mas detalle, observando inicialmente las Figs. 1 a 3, el motor 10 comprende cuatro cilindros 12 dispuestos sobre un ciguenal 14 central, montado para girar sobre el eje z-z (vease la Fig. 1). Los dos cilindros de la parte inferior de la Fig. 1, uno a cada lado del ciguenal, son un par de cilindros opuestos, y los otros dos cilindros, hacia la parte superior de la Fig. 1, son el otro par de cilindros opuestos.

Dentro de cada cilindro hay dos embolos, un embolo interno 16 y un embolo externo 18. Los dos embolos de cada cilindro son opuestos el uno al otro y se alternan en direcciones opuestas, en este ejemplo 180 grados fuera de fase.

Cada embolo tiene una cabeza 20, 22, las cabezas de los dos embolos enfrentadas la una a la otra, y una falda 24, 26 que depende de la cabeza. En este ejemplo, la cabeza 26 del embolo externo es parcialmente plana mientras que la cabeza 24 del embolo interno tiene una depresion anular con una seccion transversal generalmente en forma de lagrima. En punto muerto superior, cuando las cabezas de los embolos estan mas cercanas la una de la otra (y practicamente se tocan), las cabezas opuestas 24, 26 definen una camara de combustion 28 toroide en la que se inyecta el combustible.

Tal como se explica a continuacion mas detalladamente, cuando los embolos estan en una posicion en su ciclo en la que estan mas alejados el uno del otro para definir un volumen contenido maximo dentro del cilindro («punto muerto inferior»), tal y como se ve en los cilindros inferior derecho y superior izquierdo de la Fig. 1, las cabezas de los embolos estan retiradas lo suficientemente lejos para descubrir los puertos de entrada 30 y de salida 32 hacia los extremos interno y externo del cilindro respectivamente. Mientras que los embolos 16, 18 se mueven el uno hacia el otro en el tiempo de compresion del ciclo, las faldas de los embolos cubren y cierran los puertos, la falda 24 del embolo interno 16 cerrando el puerto de entrada 30 y la falda 26 del embolo externo 18 cerrando el puerto de salida

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32. Como mejor se ve en las Figs. 1 y 2, los puertos de salida 32 tienen una extension axial mayor (es decir, dimension en la direccion del eje longitudinal del cilindro) que los puertos de entrada, de manera que los puertos de salida se abren antes que aquellos y permanecen abiertos mas tiempo que los puertos de entrada, para ayudar a limpiar el cilindro.

Hay un inyector de combustible 34 asociado a cada cilindro 12. El inyector de combustible 34 tiene una carcasa 36 cilfndrica con una tobera 38 de inyector en un extremo. El combustible se suministra bajo presion a la tobera, a traves de la carcasa del inyector, de una manera convencional. La tobera 38 proyecta desde una cara extremo de la carcasa 36 del inyector y tiene una serie de aberturas igualmente espaciadas alrededor de su periferia a traves de las cuales se inyecta el combustible en direccion generalmente radial. La tobera se abre y se cierra mediante una valvula de aguja (no mostrada). Cuando la valvula de aguja se abre el combustible se inyecta bajo presion a traves de las aberturas. La apertura y el cierre de la valvula de aguja pueden controlarse de una manera convencional. Cuando se usa, la carcasa del inyector puede refrigerarse mediante el suministro de lfquido refrigerante, que puede ser el propio combustible o un refrigerante del motor por ejemplo (aunque esto no sea necesario en algunos casos).

El inyector de combustible 34 esta montado a lo largo del eje central del cilindro 12. En este ejemplo, un extremo externo del inyector 34 esta fijado a un componente 40 del extremo externo del cilindro (es decir, el extremo del cilindro opuesto al ciguenal 14). El inyector 34 se extiende entre una abertura central 42 de la cabeza 22 del embolo externo para colocar el extremo interno del inyector, desde el que se proyecta la tobera 38, centralmente en el cilindro 12. Mas especfficamente, tal como se ve en los cilindros inferior izquierdo y superior derecho de la Fig. 1 y en el cilindro izquierdo de la Fig. 2, cuando los embolos 16, 18 estan en punto muerto superior, la tobera 38 del inyector de combustible 34 esta directamente dentro de la camara de combustion 28 toroide y el combustible puede inyectarse lateralmente desde la tobera 38 a la camara de combustion 28.

En la configuracion del inyector central descrita aquf, el inyector 34 esta fijado en posicion y, durante el funcionamiento del motor 10, el embolo 18 externo se desplaza a lo largo del exterior de la carcasa 36 del inyector. Se proporcionan sellos 44 adecuados alrededor de la periferia de la abertura 42 en la cabeza 22 del embolo externo para mantener un sello entre la cabeza 22 del embolo y la carcasa 36 del inyector, mientras que el embolo 18 se alterna de un lado para otro a lo largo de la carcasa 36 del inyector para evitar o al menos minimizar el escape de gases presurizados desde el interior del cilindro y para evitar la entrada de aceite en la camara de combustion.

Los propios inyectores de combustible 34 pueden tener una construccion convencional, salvo que la superficie exterior de la carcasa del inyector esta configurada para permitir el contacto por deslizamiento con el embolo 18. Normalmente, la pulverizacion de combustible adoptara la forma de una pluralidad de chorros radiales espaciados alrededor de una tobera del inyector y controlados por una unica configuracion de valvula (por ejemplo, una configuracion de valvula de aguja que comprende una aguja y un asiento al que se acopla la aguja para cerrar la valvula). El inyector de combustible podrfa, por ejemplo, ser un inyector convencional alojado en un manguito que proporciona la carcasa externa a lo largo de la que se desliza el embolo. Con esta configuracion, la tobera del inyector convencional sobresaldrfa desde un extremo del manguito. El inyector podrfa estar rodeado por un refrigerante dentro del manguito, aunque esto no sea necesario en algunas realizaciones. De manera alternativa, un inyector personalizado podrfa usarse, teniendo un cuerpo que proporciona una superficie de deslizamiento en su exterior y opcionalmente un refrigerante en el interior, aunque en este caso los componentes internos podrfan seguir siendo convencionales.

En este ejemplo, los embolos 16, 18 accionan el ciguenal 14 por configuraciones de cuatro yugos escoceses 50, 52, 54, 56, montados sobre respectivos excentricos 58 en el ciguenal 14. Las conexiones entre los embolos 16, 18 y los yugos escoceses 50, 52, 54, 56, especialmente aquellos de los embolos externos 18, se ven mejor en las Figs. 5 y 6. En este ejemplo, multiples embolos comparten los yugos escoceses, tal como se explica a continuacion mas detalladamente, para minimizar el numero de yugos escoceses y, por tanto, minimizar una longitud necesaria del ciguenal y asf proporcionar un diseno mas compacto.

Las direcciones/direcciones relativas («superior», «inferior», «izquierda», «derecha», etc.) utilizadas a continuacion y en otras partes aquf se refieren a las posiciones relativas de los componentes tal y como se han dibujado y no se debe considerar que implican una orientacion particular del motor o posiciones de los componentes del motor en el espacio.

Observando la Fig. 5, los cuatro yugos escoceses 50, 52, 54, 56 pueden verse conectados al ciguenal 14 extendiendose verticalmente a traves de la mitad de la figura.

Un primer yugo escoces 50 (en la parte superior de la Fig. 5) esta conectado adyacente a un extremo del ciguenal 14. Barras de accionamiento 60 conectan este yugo 50 a los embolos externos 18a, 18b de los dos cilindros superiores 12a, 12b (tal como se ve en la Fig. 5). Como mejor se ve en la Fig. 6, hay dos barras de accionamiento 60 por embolo externo 18a, 18b, fijadas a esquinas adyacentes (las esquinas mas superiores de la Fig. 1, hacia el extremo superior del ciguenal) de un plato de conexion 72a, 72b que esta el mismo fijado al embolo 18a, 18b. El plato de conexion 72a, 72b se extiende mas alla de la circunferencia exterior del cilindro 12 de manera que las barras de accionamiento 60 se extienden desde las esquinas del plato 72a, 72b a lo largo del exterior de los cilindros

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Un segundo yugo escoces 52 esta situado entre dos cilindros superiores 12a, 12b y esta conectado a los embolos internos 16a, 16b de estos dos cilindros mediante respectivas barras de accionamiento 62 (se ve con mas claridad en la Fig. 1). Las barras de accionamiento 62 se extienden desde los centros de los embolos internos 16a, 16b hasta sus conexiones con el yugo escoces 52. Ventajosamente, el segundo yugo escoces 52 tambien esta conectado al par inferior de los embolos externos 18c, 18d mediante barras de accionamiento 64. De forma similar a las barras de accionamiento 60 mencionadas arriba, de estas barras 64 hay dos por embolo que se extienden desde esquinas adyacentes de respectivos platos de conexion 72c, 72d (en este caso las dos esquinas que estan mas cerca al punto medio del ciguenal) que estan fijados a los extremos externos de los embolos externos 18c, 18d.

Un tercer yugo escoces 54 esta situado entre dos cilindros inferiores12c, 12d y esta conectado a los embolos internos 16a, 16b de estos dos cilindros mediante respectivas barras de accionamiento 66 (de nuevo, se ve mas claramente en la Fig. 1). Las barras de accionamiento 66 se extienden desde los centros de los embolos internos 16c, 16b hasta sus conexiones con el yugo escoces 54. De forma similar al segundo yugo escoces 52, este tercer yugo escoces esta adicionalmente conectado al par superior de embolos externos 18a, 18b mediante barras de accionamiento 68. Hay dos de estas barras de accionamiento 68 por embolo y estas se extienden desde las otras dos esquinas adyacentes de los platos de conexion 72a, 72b (opuestas a las esquinas desde las que se extienden las barras de accionamiento 60, es decir, las dos esquinas que estan mas cerca del punto medio del ciguenal).

El cuarto yugo escoces 56 se muestra en el extremo inferior del ciguenal 14 en la Fig. 5. Este yugo 56 esta conectado al par inferior de los embolos externos 18c, 18d mediante otro par de barras de accionamiento 70 para cada embolo 18c, 18d. Estas barras estan conectadas a respectivas esquinas inferiores (es decir, las esquinas opuestas a aquellas a las que estan conectadas las barras de accionamiento 64) de los platos de conexion 72c, 72d fijados al par inferior de los embolos 18c, 18d.

Los platos de conexion 72 tienen forma de manera que las barras de accionamiento conectadas a sus esquinas mas cerca del punto medio del ciguenal queden paralelas y una al lado de la otra sin interferir con la otra durante el movimiento de los embolos.

De este modo, cada uno de los embolos externos 18a, 18d esta conectado al primer yugo escoces 50 mediante un primer par de barras de accionamiento 60 y al tercer yugo escoces 54 mediante un segundo par de barras de accionamiento 68. Cada uno de los embolos externos inferiores 18c, 18d esta conectado al cuarto yugo escoces 56 mediante un primer par de barras de accionamiento 70 y al segundo yugo escoces 52 mediante un segundo par de barras de accionamiento 64. Los embolos internos superiores 16a, 16b estan conectados al segundo yugo escoces 52 mediante respectivas barras de accionamiento 62 centrales y los embolos internos inferiores 16c, 16d estan conectados al tercer yugo escoces 54 mediante respectivas barras de accionamiento 66 centrales.

Dicho de otra forma, el primer yugo escoces 50 se acciona por los embolos externos superiores 18a, 18b; el segundo yugo escoces 52 se acciona por los embolos internos superiores 16a, 16b y los embolos externos inferiores 18c, 18d; el tercer yugo escoces 54 se acciona por los embolos internos inferiores 16c, 16d y los embolos externos superiores 18a, 18b; y el cuarto yugo escoces 56 se acciona por los embolos externos inferiores 18c, 18d.

Como se menciona arriba, el hecho de que los embolos interno y externo compartan los yugos escoceses reduce el numero de yugos escoceses que, de otra forma, serfan necesarios, minimizando la longitud necesaria del ciguenal.

La conexion cruzada, mediante los yugos escoceses, de los embolos internos en un par opuesto de cilindros con los embolos externos en el otro par opuesto de cilindros tambien ayuda a estabilizar los embolos dentro de los cilindros, evitando la rotacion no deseada de los embolos sobre ejes perpendiculares al eje central del cilindro. Esta configuracion sirve tambien para colocar los deslizadores del yugo, evitando la necesidad de otros elementos (como superficies de deslizamiento cilfndricas o carriles) para colocarlos.

Funcionamiento del motor

La Fig. 7 ilustra el funcionamiento del motor durante una rotacion completa del ciguenal. Concretamente, las Figs. 7(a) a 7(m) ilustran las posiciones del embolo en incrementos de 30°.

La Fig. 7(a) a 0° ADC muestra el motor en una posicion del ciguenal de 0° (arbitrariamente definida como TDC en el cilindro izquierdo inferior 12c de la Fig. 5). En esta posicion, el embolo externo izquierdo inferior 18c y el embolo interno izquierdo inferior 16c estan en su punto de mayor aproximacion. Aproximadamente en este angulo de rotacion del ciguenal, en el motor de inyeccion directa ejemplificado, una carga de combustible se inyectarfa en el cilindro izquierdo inferior y comenzarfa la combustion. En este punto, los puertos de salida y entrada 32, 30 del cilindro izquierdo inferior estan completamente cerrados mediante embolos externos e internos respectivamente.

En la Fig. 7(b) a 30° ADC, los embolos interno y externo del cilindro izquierdo inferior se separan al comienzo de la carrera de expansion.

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En la Fig. 7(c) a 60° ADC, el cilindro izquierdo inferior continua su carrera de expansion con los dos embolos iguales pero con velocidades opuestas.

En la Fig. 7(d) a 90° ADC, el cilindro izquierdo inferior continua su carrera de expansion.

En la Fig. 7(e) a 120° ADC, el embolo externo del cilindro izquierdo inferior ha abierto los puertos de salida 32, mientras que los puertos de entrada permanecen cerrados. En este estado de «purgado», parte de la energfa cinetica de los gases en expansion procedentes de la camara de combustion puede recuperarse externamente, si asf se desea, mediante un turbocompresor (turbocompresion de «pulso»), por ejemplo, para comprimir el siguiente.

En la Fig. 7(f) a 150° ADC, el embolo interno del cilindro izquierdo inferior ha abierto los puertos de entrada 30 y el cilindro esta siendo limpiado de forma uniforme.

En la Fig. 7(g) a 180° ADC, los embolos interno y externo del cilindro izquierdo inferior provocan que ambos puertos de entrada y salida 30, 32 permanezcan abiertos y continue la limpieza de forma uniforme. Los embolos estan en punto muerto inferior.

En la Fig. 7(h) a 210° ADC, en el cilindro izquierdo inferior, ambos conjuntos de puertos 30, 32 permanecen abiertos y continua la limpieza de forma uniforme.

En la Fig. 7(i) a 240° ADC, en el cilindro izquierdo inferior, el embolo interno ha cerrado los puertos de salida 30, mientras que los puertos de salida 32 permanecen parcialmente abiertos. En otras realizaciones, el puerto de salida podrfa abrirse despues y/o cerrarse antes de que el puerto de entrada se abra/cierre. Tambien podrfa ser conveniente en algunas aplicaciones que la sincronizacion de los puertos sea asimetrica, por ejemplo al usar una valvula de manguito para controlar la apertura y el cierre de los puertos.

En la Fig. 7(j) a 270° ADC, en el cilindro izquierdo inferior, el embolo externo ha cerrado los puertos de salida 32 y los dos embolos se mueven el uno hacia el otro, comprimiendo el aire que hay entre ellos.

En la Fig. 7(k) a 300° ADC, en el cilindro izquierdo inferior, los embolos continuan el ciclo de compresion.

En la Fig. 7(l) a 330° ADC, el cilindro izquierdo inferior se acerca al fin del ciclo de compresion y comienza la fase de «presion». Aquf es cuando las caras opuestas, anulares y externas de los embolos interno y externo empiezan a expulsar el aire que hay entre ellos.

En la Fig. 7(m) a 360° ADC, la posicion es la misma que en la Fig. 3(a). El cilindro inferior izquierdo ha alcanzado la posicion TDC, en la que los embolos estan en su posicion de maxima aproximacion. Continua la fase de «presion», causando que se sobreponga un efecto de «anillo de humo» intensificador sobre el remolino del eje del cilindro ya existente causado por los puertos de entrada parcialmente tangenciales. Estos movimientos compuestos de gas tendran mayor intensidad en el momento TDC, cuando la camara de combustion se asemeje mas a un toroide y se encuentre con un volumen mfnimo. En este punto, se emiten multiples pulverizaciones de combustible radiales desde el inyector de combustible central, alcanzando casi todo el aire disponible y causando una combustion muy eficiente. La inyeccion no debe comenzar exactamente en el volumen mfnimo y, en algunas realizaciones, el tiempo de inyeccion podrfa cambiar en funcion de la velocidad y/o la carga.

Los angulos y tiempos especfficos dependen de la geometrfa del ciguenal y los tamanos y colocaciones de los puertos; la descripcion anterior solo pretende ilustrar los conceptos de la invencion.

La persona experta en el arte apreciara que son posibles varias modificaciones de la realizacion descrita en concreto sin desviarse de la invencion. El inyector de combustible podrfa proyectar desde el extremo interno del cilindro, con el embolo interno deslizandose sobre el inyector. En este caso, la camara de combustion probablemente se formarfa en el embolo externo. La persona externa en el arte apreciarfa tambien que realizaciones de la invencion podrfan ser de 2 tiempos o 4 tiempos, y podrfan ser de encendido por compresion o encendido por chispa.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Un motor de combustion interna que comprende:

al menos un cilindro;

un par de embolos alternos opuestos dentro del cilindro que forman una camara de combustion entre ellos; un ciguenal situado en un extremo del cilindro, en donde un movimiento alterno de los embolos acciona el ciguenal; y

al menos un inyector de combustible dispuesto al menos parcialmente dentro del cilindro, teniendo el inyector de combustible una carcasa y una tobera que esta situada dentro de la camara de combustion y a traves de la cual el combustible es expulsado hacia la camara de combustion;

donde la tobera del inyector de combustible sobresale hacia fuera desde una cara extrema de una carcasa del inyector en la direccion del eje del cilindro, de manera que la tobera esta expuesta directamente dentro de la camara de combustion y

donde el inyector de combustible esta fijado en el extremo del cilindro mas alejado desde el ciguenal y se proyecta en el cilindro desde ese extremo, a lo largo de o paralelo al eje central del cilindro, para colocar la tobera de inyector en una posicion fijada que esta dentro de la camara de combustion cuando el volumen de la camara de combustion esta al mfnimo, extendiendose el inyector de combustible a traves del embolo mas alejado del ciguenal y estando este embolo configurado para alternar a lo largo de la carcasa del inyector.
2. Un motor de combustion interna segun la reivindicacion 1, donde la tobera tiene una serie de aberturas alrededor de su periferia desde las que el combustible es expulsado, generalmente de forma radial, a la camara de combustion.
3. Un motor de combustion interna segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el inyector esta refrigerado.
4. Un motor de combustion interna segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el inyector esta contenido en un acoplamiento que permite el movimiento en un plano perpendicular al eje del cilindro, pero que limita el movimiento en la direccion del eje del cilindro.
5. Un motor de combustion interna segun la reivindicacion 1, que ademas comprende un acoplamiento de accionamiento que conecta los embolos al ciguenal para traducir el movimiento alterno opuesto de los embolos en un movimiento rotativo del ciguenal.
6. Un motor de combustion interna segun la reivindicacion 5, donde el acoplamiento de accionamiento comprende una pluralidad de mecanismos de yugo escoces.
7. Un motor de combustion interna segun la reivindicacion 6, que comprende al menos un yugo escoces a traves del cual el embolo interno acciona el ciguenal y al menos dos yugos escoceses, uno a cada lado del cilindro, a traves de los cuales el embolo externo acciona el ciguenal.
8. Un motor de combustion interna segun la reivindicacion 7, donde dicho par de yugos escoceses estan conectados al embolo externo mediante miembros de conexion respectivos en los lados opuestos del cilindro, donde los miembros de conexion son externos al cilindro.