ES2877923B2

ES2877923B2 - Sistema de refrigeracion interna para motores de combustion interna

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Publication number: ES2877923B2
Application number: ES202030551A
Authority: ES
Inventors: De Castro De La Fuente Jose Luis Bermudez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2022-10-03
Anticipated expiration: 2040-06-08
Also published as: ES2877923A1

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de refrigeración interna para motores de combustión interna

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere a motores de combustión interna, y más concretamente a la refrigeración interna de los mismos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención objeto de esta patente se presenta como un eficaz sistema de refrigeración de motores de combustión interna, al tiempo que su aplicación controlada apenas incide en el trabajo desarrollado por los mismos. Mediante la acción conjunta de introducir un fluido refrigerante dentro del motor, junto con la anulación del encendido y/o la admisión de combustible, se someten los motores a un funcionamiento en modo de refrigeración (en adelante "modo de refrigeración del motor”). Esto supone alterar el funcionamiento habitual de los motores para destinarlos a que disminuyan su temperatura, en vez de a producir trabajo. No obstante, el modo de refrigeración del motor se puede alternar con el modo habitual de combustión del motor, de una forma muy limitada en el tiempo y sobre todo muy localizada y controlada, por lo que apenas afecta al rendimiento del motor.

Para que el modo de refrigeración del motor pueda llevarse a cabo, el motor debe contar con los siguientes elementos:

• Encendido electrónico y controlable

• Inyección o introducción de combustible de forma electrónica y controlable

• Inyección o introducción de fluido refrigerante distinto del aire, como por ejemplo agua, en el interior del motor, a través de un medio adicional para la introducción del mismo • Al menos una centralita electrónica que controle estas acciones necesarias para la refrigeración del motor, o en su defecto, que la centralita del motor realice este control además del resto de sus funciones habituales

• Algún sistema o mecanismo de variación del funcionamiento de las válvulas Puede además contar con un elemento de medición o estimación de la temperatura en el interior del motor, que permita a la centralita determinar cuándo aplicar la refrigeración interna del motor. Pero podría no tenerlo y aplicarse el modo de refrigeración del motor de una forma preestablecida o pasiva actuando de manera intermitente pero constante, cada un cierto número de revoluciones del motor o un determinado transcurso de tiempo.

Cuando se activa el modo de refrigeración del motor, durante al menos un ciclo de funcionamiento habitual del motor, se producen las siguientes acciones de forma conjunta:

1. Interrupción de la admisión de combustible. Si no hay combustible no hay combustión y por tanto se interrumpe su aporte térmico en el motor.

2. Corte del encendido (chispa de la bujía, microondas o cualquier otro medio). Esta acción es sólo para motores de explosión, pues los de combustión (por ejemplo Diesel) no tienen encendido.

3. Introducción de un fluido refrigerante, como por ejemplo agua destilada, dentro de al menos algunos de los elementos del motor por donde normalmente fluye el carburante ( por ejemplo el colector de admisión, la cámara de combustión, el colector de escape, los posibles turbos, etc.) para enfriar el motor. El fluido refrigerante absorbe parte del calor a su alrededor y lo porta hasta el exterior cuando es expulsado por el tubo de escape.

4. Modificación del funcionamiento de los elementos de admisión y escape a la cámara de combustión, variando el ciclo de funcionamiento del motor, desde un ciclo de combustión a un "ciclo de ventilación” , el cual:

^o comprende un primer tiempo 1 o de Admisión, durante la carrera descendente del pistón, donde se abre la válvula de admisión para que entre aire fresco a la cámara de combustión,

^o comprende un segundo y último tiempo 2 o de Escape, durante la carrera ascendente del pistón, donde se abre la válvula de escape para expulsar hacia el exterior los fluidos presentes en la cámara de combustión, y ^o no comprende ningún tiempo de compresión ni expansión debido a que en todo momento hay al menos una válvula de admisión o escape abierta

El fluido refrigerante más lógico a emplear sería el agua por su abundancia, precio y disponibilidad, y por no ser contaminante. Pero se podrían usar soluciones acuosas u otros fluidos que sigan estas dos recomendaciones:

• Que posea un buen poder calorífico, para que absorba una gran cantidad de calor y por tanto refrigere lo más posible

• Que no presente lo que se conoce como explosión de vapor, que se produce cuando un líquido hierve rápidamente debido a altas temperaturas y/o presiones, como las que se dan en la cámara de combustión. Esto supone que un líquido parece que explota cuando pasa a estado gaseoso, produciéndose una onda expansiva. No obstante, podría emplearse un fluido refrigerante que presente explosiones de vapor, si éstas son de una intensidad reducida o si es posible controlarlas para que se produzcan sólo en los momentos positivos que ayuden al giro del motor (en la carrera descendente del pistón).

Dado que la introducción del fluido refrigerante tiene la misión de refrigerar el motor, no tiene por qué hacerse en un momento específico del ciclo del motor, como sucede con el combustible que normalmente sólo se inyecta durante la admisión y/o la compresión. Por tanto se puede introducir en cualquier momento del ciclo del motor (cualquiera de los cuatro tiempos) aunque siguiendo estas dos recomendaciones:

• Maximizar el tiempo de refrigeración, para que ésta sea mayor.

• Minimizar los efectos adversos que la presencia del fluido refrigerante pueden producir en el movimiento del motor, los cuales pueden ser:

^o Reducción de la riqueza del carburante

^o Presiones que el fluido refrigerante pueda producir al ser comprimido, y que entorpezcan el movimiento del motor

^o Explosiones de vapor que se produzcan en momentos ascendentes del pistón y que provoquen lo que se conoce como "picado de bielas” .

Conviene poner de manifiesto, que este modo de refrigeración del motor no sólo es válido para motores de cuatro tiempos, sino también para motores de dos tiempos y para cualquier motor de combustión interna donde se desee refrigerar los elementos internos del mismo.

En cuanto a la cuarta acción, en caso de que el motor cuente con un sistema de válvulas variables o libres, u otro sistema regulable de admisión y escape de gases a la cámara de combustión, se puede utilizar este sistema en al menos una cámara de combustión para variar el ciclo del motor a un nuevo ciclo que se define como "ciclo de ventilación” y que se describe más adelante. Este nuevo ciclo tiene como misión ventilar las cámaras de combustión así como optimizar las presiones de los fluidos (aire, más refrigerante, más otros posibles fluidos) dentro de la cámara de combustión.

Por tanto, un motor con sistema regulable de admisión y escape de gases a la cámara de combustión podría cambiar su ciclo de funcionamiento, pasando de su ciclo normal de combustión (por ejemplo Otto, Atkinson, Miller, Diesel, etc.) al nuevo ciclo de ventilación. A continuación se enumeran y describen brevemente los nuevos tiempos de este ciclo de ventilación, y se comparan con su equivalente en los ciclos normales de un motor de cuatro tiempos de combustión interna:

1. Tiempo 1 o Admisión (denominado "Admisión” en el ciclo normal de combustión): El funcionamiento se mantiene igual que los ciclos de combustión, donde se abre la válvula de admisión para que entre aire fresco del exterior.

2. Tiempo 2 o Escape (denominado "Compresión” en el ciclo normal de combustión): Se produce un cambio radical de funcionamiento comparado con los ciclos de combustión ya que se abre la válvula de escape para expulsar los fluidos presentes en la cámara de combustión (aire principalmente junto con cualquier otro fluido que pudiera haber). Junto con el tiempo anterior, se produce una ventilación completa de la cámara de combustión.

3. Tiempo 1 o Admisión (antiguo tiempo 3, denominado "Combustión” o "Expansión”, en el ciclo normal de combustión): Se produce otro cambio radical de funcionamiento comparado con los ciclos de combustión, ya que se abre la válvula de admisión para que entre aire fresco.

4. Tiempo 2 o Escape (antiguo tiempo 4, denominado "Escape” , en el ciclo normal de combustión): El funcionamiento se mantiene igual que los ciclos de combustión, donde se abre la válvula de escape para expulsar los fluidos presentes en la cámara de combustión (aire principalmente junto con cualquier otro fluido que pudiera haber).

En definitiva el motor se dedica a ventilar la cámara de combustión, por lo que no tiene sentido aportar combustible o ejecutar el encendido. No se produce compresión alguna de fluidos pues siempre hay alguna válvula abierta, por lo que no se produce el llamado "freno motor” . Es posible introducir líquido refrigerante en cualquier tiempo del motor sin que se produzcan presiones que se opongan al movimiento del motor. Por último, cabe destacar que en los cuatro tiempos habituales del ciclo de combustión se suceden dos ciclos completos de ventilación. Dicho de otra forma, el "ciclo de ventilación” es de dos tiempos o se produce cada dos carreras de pistón.

De forma adicional, la introducción del fluido refrigerante se puede efectuar a través de inyección directa o indirecta. En caso de inyección directa en la cámara de combustión, se produce una refrigeración adicional por la vaporización del fluido refrigerante, debido al fenómeno físico conocido como enfriamiento por evaporación.

De forma alternativa, el modo de refrigeración del motor se puede implementar sobre al menos un cilindro del motor. Es decir, no sólo sobre todos los cilindros a la vez, sino sobre cualquiera de ellos de forma independiente, o sobre cualquier combinación de los mismos, o incluso de forma solapada. De esta manera, por ejemplo, mientras un sólo cilindro se encuentra en modo de refrigeración del motor y por tanto no genera par motor, el resto de cilindros permanecen trabajando en el modo habitual de combustión, y el motor en su conjunto no sufre una caída brusca de potencia.

Mientras actúa el modo de refrigeración del motor se anula la fuerza desarrollada en el motor por la combustión o explosión del combustible, por tanto se debe implementar de una forma comedida y equilibrada que cuide la eficiencia del motor. La manera idónea de aplicarse sería de forma individualizada y por poco tiempo sobre sólo uno de los cilindros. De esta forma el resto de cilindros continuarían funcionando normalmente y el motor no sufriría un cambio de rendimiento pronunciado. Una vez que el cilindro sobre el que se actúa haya sido refrigerado convenientemente, se procedería a actuar sobre otro cilindro, y luego sobre otro, y así hasta completar todos los cilindros del motor. Una vez completados todos los cilindros, se volvería a empezar el proceso cuando fuera necesario para reducir de nuevo las altas temperaturas. También se podría actuar sobre más de un cilindro a la vez, sobre todos, sobre cualquier combinación, o incluso de forma solapada, dependiendo de lo que sea más óptimo para al mismo tiempo maximizar la refrigeración de las cámaras de combustión y minimizar la reducción de prestaciones del motor.

Las acciones del modo de refrigeración del motor pueden combinarse en la forma que resulte más efectiva y/o eficiente en cada momento, incluso de forma solapada, con el fin de optimizar los resultados deseados. De forma ilustrativa pero no limitativa se exponen varias formas en las que se pueden combinar, así como sus posibles efectos:

• Las dos primeras acciones (corte de la admisión de combustible y corte del encendido) impiden que se produzca la combustión o explosión dentro de la cámara de combustión, y por tanto que se siga generando energía térmica en el motor (salvo la producida por la compresión de los gases). En el caso de los motores Diesel, al no tener encendido, sólo es necesario dejar de inyectar combustible. El mero flujo de aire fresco por dentro de la cámara de combustión, junto con los elementos propios de refrigeración del motor (disipadores térmicos, circuito de refrigeración por radiador de agua o aceite, u otros elementos de refrigeración en un motor de combustión interna), producen un descenso de las temperaturas de funcionamiento del motor.

• La tercera acción del modo de refrigeración del motor (introducción de fluido refrigerante en el interior del motor) conviene que se realice en combinación con las otras dos anteriores. No obstante, el motor podría seguir en modo de combustión pero al mismo tiempo introducir fluido refrigerante, especialmente en el 4° tiempo de escape, con lo que se produce una cierta refrigeración del motor, sin interrumpir el funcionamiento normal del motor de combustión interna.

• En caso de que el motor esté en modo de refrigeración y además desarrolle el ciclo de ventilación, la introducción de fluido refrigerante es apropiada en cualquier momento puesto que no se producen presiones en la cámara de combustión.

• En caso de que el motor esté en modo de refrigeración pero mantenga su ciclo de combustión, debido a los efectos adversos que puede producir el fluido refrigerante (explosiones de vapor y presiones que entorpecen el movimiento del motor), podría ser conveniente no introducir fluido refrigerante antes del segundo tiempo motor de Compresión, y limitar su uso exclusivamente para cuando no se vayan a producir presiones dentro de la cámara de combustión. Esto limita el uso de fluido refrigerante a los tiempos motor 3° de Expansión y 4° de Escape.

• Debido también a estos posibles efectos adversos y a que pueden ser más intensos en determinadas circunstancias, se puede por ejemplo ejecutar un modo de refrigeración del motor en donde se produzca al menos una revolución del motor sin introducir fluido refrigerante, para a continuación actuar con las tres acciones de forma solidaria. Es decir, durante al menos una revolución de motor se actuaría sólo con la ventilación de la cámara de combustión con aire fresco, y cuando la cámara esté suficientemente ventilada proceder a introducir el fluido refrigerante.

• Del mismo modo que en el punto anterior, se puede optar por una ventilación sin introducción de fluido refrigerante durante al menos una revolución del motor después de haber actuado con las tres acciones de forma conjunta. De este modo la cámara de combustión se ventilaría con aire fresco sin la presencia de fluido refrigerante antes de que el modo de refrigeración del motor concluya y se regrese al modo de funcionamiento normal del motor de combustión.

• Una combinación de los dos puntos anteriores, donde se produzcan al menos una revolución de motor sin la introducción de fluido refrigerante antes y después de actuar con las tres acciones de forma conjunta. Posibles ventajas de estos tres últimos puntos serían:

^o Evitar o minimizar explosiones de vapor por introducir fluido refrigerante en un ambiente demasiado caliente

^o Evitar o minimizar que se mezclen del fluido refrigerante y el combustible ^o Evitar o minimizar la posible oxidación de los materiales del motor por efecto del fluido refrigerante

Conviene poner de manifiesto que la explosión de vapor del fluido refrigerante en algunos momentos puede no necesariamente ser un problema sino más bien todo lo contrario. En caso de inyectar líquido refrigerante en el momento oportuno para que de producirse una explosión de vapor se haga durante el movimiento descendente del pistón, se conseguiría algo de potencia añadida para el motor.

De forma adicional, la variación de las válvulas o elementos de admisión y escape de gases en al menos una cámara de combustión para implementar el ciclo alternativo de ventilación del motor, se puede producir por un sistema controlado electrónicamente. Este sistema permite una perfecta e instantánea adaptación de las válvulas al ciclo de ventilación, y además de forma independiente para cualquiera de los cilindros del motor.

De forma alternativa, la variación de las válvulas o elementos de admisión y escape de gases en al menos una cámara de combustión, para implementar el ciclo alternativo de ventilación del motor, se puede realizar duplicando la frecuencia de giro en al menos un árbol de levas. De esta forma, el cilindro o cilindros sobre los que actúa el árbol de levas pasan a funcionar en el ciclo de ventilación, puesto que la válvula de admisión se abriría no sólo en el primer tiempo de Admisión, sino también en el teórico tercer tiempo de Expansión, y la válvula de escape se abriría no sólo en el cuarto tiempo de Escape, sino también en el teórico segundo tiempo de Compresión. Los posibles otros árboles de levas que no dupliquen su frecuencia de giro, en caso de haberlos, permanecerían ejerciendo el ciclo habitual de combustión del motor.

De forma alternativa, la variación de las válvulas o elementos de admisión y escape de gases en al menos una cámara de combustión, para implementar el ciclo alternativo de ventilación del motor, se puede producir por un desplazamiento longitudinal de al menos un árbol de levas, para que cambie las levas que actúan sobre los seguidores o taqués. Estos árboles de levas serían similares a los de otros motores ya existentes como por ejemplo los que alternan entre ciclo Otto y Atkinson, donde:

• Tendrían el doble de levas que válvulas sobre las que actuar

^o La mitad de las levas serían estándar y desarrollarían el ciclo habitual de combustión de cuatro tiempos

^o La otra mitad de las levas presentarían dos puntas o picos, teóricamente enfrentados 180°, y estarían adaptadas para desarrollar el ciclo alternativo de ventilación

• Las levas estarían agrupadas por parejas de forma que en cada pareja hubiera levas correspondientes a ciclos distintos.

• Solamente una leva de cada pareja quedaría enfrentada a su correspondiente seguidor o taqué, incidiendo sobre él. La otra leva queda libre y su movimiento no tendría incidencia alguna.

• La distancia y orden de las levas en cada pareja de levas serían siempre los mismos

Para cambiar de ciclo se produciría un desplazamiento longitudinal en al menos un árbol de levas, en una magnitud igual a la distancia que hay entre los centros de cada leva dentro de las parejas de levas, provocando que:

• Se cambien las levas activas, que pasan a ser las que quedan enfrentadas a los seguidores o taqués dependientes de ese árbol de levas.

• Se cambie el ciclo desarrollado en los cilindros dependientes de ese árbol de levas.

Las principales diferencias de esta solución con respecto a la solución anterior de duplicar la frecuencia de giro de los árboles de levas son las siguientes:

• No se necesita disponer de un mecanismo o engranajes adicionales para duplicar la frecuencia de giro de los árboles de levas.

• Se necesita disponer de un mecanismo que desplace los árboles de levas de una forma precisa y que se produzca de una forma rápida y fiable.

• El movimiento desarrollado por una leva normal que simplemente gira al doble de frecuencia puede presentar tiempos de apertura muy cortos, pues simplemente se trata de una leva optimizada para el ciclo habitual de combustión del motor, pero que ha pasado a girar el doble de rápido. Sin embargo, las nuevas levas de doble punta o pico están totalmente optimizadas al ciclo alternativo de ventilación del motor, es decir, a maximizar el flujo de aire fresco dentro de la cámara de combustión.

De forma adicional, la variación de las válvulas o elementos de admisión y escape de gases en al menos una cámara de combustión, para implementar el ciclo alternativo de ventilación del motor mediante un desplazamiento longitudinal de al menos un árbol de levas, se puede ejecutar de forma que el ciclo de ventilación actúe solamente sobre un cilindro. En este caso el árbol de levas debe tener tantas posiciones como cilindros sobre los que actúa, además de al menos una posición adicional. No obstante, para una mejor realización práctica del árbol de levas, lo ideal es que en vez de una posición adicional sean dos y ubicadas en las posiciones extremas. Dicho de otro modo, el número de posiciones sería "n+2” , siendo "n” el número de cilindros sobre los que actúa el árbol de levas. Por ejemplo, si un motor tiene cuatro cilindros en línea, una válvula de admisión y una válvula de escape por cilindro, un árbol de levas para todas las válvulas de admisión y un árbol de levas distinto para todas las válvulas de escape, cada uno de los árboles de levas tendrá 6 posiciones distintas de desplazamiento longitudinal.

Para cada válvula, habría tantas levas agrupadas en torno a ella como posiciones tenga el árbol de levas. Las levas estarían agrupadas en torno al seguidor o taqué al que pertenecen, de tal forma que se podría decir que cada grupo de levas formaría una especie de leva multifunción compuesta, pero en la que sólo una posición desarrollaría el ciclo de ventilación y el resto el ciclo normal de combustión del motor. En esa posición en que se desarrollaría el ciclo de ventilación, la leva sería del tipo de doble punta o pico anteriormente descrito, para poder desarrollar las aperturas y cierres de válvulas que le corresponden.

En una distribución práctica de las levas, la primera y la última posición de los árboles de levas serían únicamente para desarrollar el ciclo normal de combustión del motor. Las posiciones intermedias serían para que uno a uno cada cilindro desarrollara el ciclo de ventilación del motor. Es decir, a medida que el árbol de levas se situara en cada una de las posiciones intermedias, habría un cilindro distinto que estaría desarrollando el ciclo de ventilación, y el resto el ciclo habitual de combustión del motor. Dado que en cada una de las posiciones intermedias, sólo un cilindro entraría en el ciclo de ventilación, debería necesariamente haber tantas posiciones intermedias como cilindros en línea hay para un árbol de levas.

Cuando el motor funcione 100% en ciclo de combustión interna, los árboles de levas estarían posicionados en uno de los dos extremos. Cuando debido a alta temperatura o cualquier otro motivo se iniciara una secuencia de ciclos de ventilación en los cilindros, se procedería a desplazar los árboles de levas de forma secuencial en cada una de sus posiciones, hasta alcanzar el otro extremo. En cada posición intermedia el motor no estaría operando al 100% de su capacidad, pues el cilindro que esté en modo de refrigeración no generaría par motor (pero al menos no generaría freno motor). Cada desplazamiento se mantendría por un determinado número de revoluciones de motor hasta que cada cilindro se refrigere lo suficiente. Cuando se alcance el final del desplazamiento del árbol de levas, el motor volvería a funcionar al 100% en ciclo de combustión, y se mantendría en esa posición hasta que se iniciara otra secuencia de ciclos de ventilación. En ese caso se procedería a desplazar secuencialmente los árboles de levas de vuelta hasta el otro extremo, repitiéndose la refrigeración de cada uno de los cilindros pero en orden inverso.

De forma adicional, el al menos un árbol de levas con múltiples posiciones en su movimiento longitudinal para desarrollar el ciclo alternativo de ventilación de forma independiente en cada uno de los cilindros sobre los que actúa, puede presentar en cada una de sus posiciones más de una leva que desarrolle el ciclo de ventilación, y por tanto se produzca en más de un cilindro a la vez. En este caso, las posiciones intermedias del árbol de levas serían tantas como combinaciones se deseen de cilindros desarrollando el ciclo de ventilación, además de al menos una posición adicional donde todos los cilindros estarían desarrollando a la vez el ciclo habitual de combustión.

De forma alternativa, la adaptación de las aperturas de válvulas o elementos de admisión y escape de gases en al menos una cámara de combustión, puede realizarse sin necesidad de levas de dos puntas o picos, sino mediante levas estándar de una sola punta o pico pero duplicándose la frecuencia de giro del árbol de levas. Es decir, que además de desplazarse el árbol de levas para cambiar la leva que actúa sobre los seguidores o taqués, al mismo tiempo se duplica la frecuencia de giro de dicho árbol de levas para adaptarlo al ciclo de ventilación.

En principio no parece que esta última solución de duplicar la frecuencia de giro de los árboles de levas sea mejor que la de incorporar levas de doble punta o pico, pues supone emplear un mecanismo adicional que modifique la frecuencia de giro de los árboles de levas, pero sobre todo supone que se vean afectados todos los cilindros sobre los que actúan. Sin embargo, comparada esta última solución con la de simplemente duplicar la frecuencia de giro de los árboles de levas sin que se produzca desplazamiento alguno de los mismos, sí que supone una mejora pues las nuevas levas diseñadas para girar al doble de frecuencia están optimizadas para desarrollar el ciclo de ventilación, en vez de ser simplemente levas optimizadas para un ciclo de combustión pero que han pasado a girar el doble de rápido.

Como resumen de toda la descripción de la invención, las medidas principales para la refrigeración de motores de este invento son:

1. la interrupción de la admisión de combustible

2. el corte del encendido

3. la introducción de fluido refrigerante en el motor

4. la modificación de las válvulas o elementos de admisión y escape de la cámara de combustión para adaptarlas al ciclo de ventilación del motor (mediante distintas alternativas que se han descrito anteriormente)

Se trata de herramientas independientes que se pueden combinar de diferentes formas para lograr la refrigeración interna del motor. Todas ellas producen por sí mismas en mayor o menor medida un efecto de refrigeración. Dependiendo de lo que más interese en cada momento, la centralita del motor se encargará de aplicar estas acciones de forma individual o en cualquier combinación de las mismas, así como distribuirlas entre los distintos cilindros, o incluso solaparlas, para optimizar la acción conjunta de una mejor refrigeración del motor y una menor reducción de potencia y eficiencia del mismo.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A continuación se describe un ejemplo no exclusivo ni limitativo de realización preferente de la invención, el cual comprende los elementos y funcionamiento que se describen con detalle a continuación.

Partimos de motor de combustión interna común con:

• Cuatro cilindros en línea

• Ciclo Otto de gasolina común

• Cuatro inyectores electrónicos de inyección directa de gasolina, uno por cilindro • Dos válvulas (una de admisión y una de escape) por cilindro

• Cuatro inyectores electrónicos adicionales de inyección directa de agua destilada común (fluido refrigerante), uno por cilindro

• Una sonda en el colector de escape que mide la temperatura de salida de los gases que provienen de las cámaras de combustión

• Un sistema de accionamiento electrónico de las válvulas, controlado por una centralita de distribución configurada para variar el funcionamiento de las válvulas, el cual es totalmente libre y controlable

• Una centralita electrónica que controla todos los parámetros de motor (incluyendo la centralita de distribución), y sobre todo que es capaz de reaccionar antes temperaturas elevadas que sobrepasan unos límites establecidos

Cuando la sonda de temperatura del colector de escape detecta una temperatura por encima de un nivel establecido como límite, la centralita del motor interpreta que la temperatura de las cámaras de combustión supera el máximo permitido para que no se generen demasiados óxidos de nitrógeno. Entonces la centralita del motor inicia un proceso denominado "modo de refrigeración del motor” y actúa electrónicamente con estas acciones:

1. se interrumpe la admisión de combustible

2. se corta el encendido

3. se introduce agua destilada en la cámara de combustión

4. Se varía el funcionamiento de las válvulas para cambiar el ciclo desarrollado en el motor, pasándose de un ciclo Otto a un "ciclo de ventilación” donde la válvula de admisión está abierta sólo y siempre en las carreras descendientes del pistón, y la válvula de escape está abierta sólo y siempre en las carreras ascendentes del pistón

El proceso se ejecuta sobre sólo un cilindro y sólo durante cuatro revoluciones de motor. A continuación se ejecutan cuatro revoluciones normales donde los cuatro cilindros funcionan en modo normal en ciclo Otto. A continuación el proceso se vuelve a repetir pero sobre un segundo cilindro, con cuatro revoluciones de motor en modo de refrigeración de motor, y acto seguido se ejecutan cuatro revoluciones en ciclo Otto en los cuatro cilindros. A continuación cuatro revoluciones en modo de refrigeración de motor sobre un tercer cilindro, seguidas de cuatro revoluciones en ciclo Otto sobre los cuatro cilindros. Finalmente se ejecutan cuatro revoluciones en modo de refrigeración del motor sobre el cuarto cilindro.

Después el motor vuelve al funcionamiento normal en ciclo Otto en todos los cilindros de forma continua, hasta que la sonda vuelva a detectar una temperatura elevada y la centralita vuelva a efectuar un nuevo modo de refrigeración de motor pasando por todos los cilindros. Cada fase completa del modo de refrigeración de motor se ejecuta de forma secuencial en todos los cilindros, y consiste en veintiocho revoluciones de motor.

Cuatro revoluciones de motor equivalen a ocho carreras de pistón y a dos ciclos completos Otto. Si el motor estuviera funcionando por ejemplo a 2.400 revoluciones por minuto (40 revoluciones por segundo) estas cuatro revoluciones en "modo de refrigeración del motor” se producirían en tan sólo 1 décima de segundo, y además en sólo un cilindro, permaneciendo los otros tres en funcionamiento normal produciendo par motor. Por tanto, una fase completa del modo de refrigeración del motor duraría siete décimas de segundo, en donde sólo cuatro veces de una décima de segundo cada una el motor funcionaría en tres cilindros. Como resultado, el motor se refrigera lo suficiente en una fracción de tiempo muy reducida y actuando sólo sobre un 25% de los cilindros al mismo tiempo, lo cual apenas repercute en rendimiento global del motor y por tanto apenas se nota en la conducción de un vehículo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Sistema de refrigeración interna para motores de combustión interna de cualquier tipo, caracterizado por comprender:

• encendido electrónico y controlable,

• inyección o introducción de combustible de forma electrónica y controlable,

• al menos un elemento adicional para la introducción de un fluido específico de refrigeración distinto del aire en el interior del motor,

• al menos un medidor de temperatura en el interior del motor, y

• al menos una centralita electrónica para controlar todo el sistema de refrigeración objeto de esta patente;

consistiendo este sistema de refrigeración de motores en un "modo de refrigeración del motor” que cuando se activa, durante al menos un ciclo de funcionamiento del motor, se producen las siguientes cuatro acciones:

• interrupción de la admisión de combustible,

• corte del encendido,

• introducción de un fluido refrigerante distinto del aire dentro del motor, mediante el al menos un medio adicional de introducción de fluidos, y

• modificación del funcionamiento de los elementos de admisión y escape a la cámara de combustión, variando el ciclo de funcionamiento del motor, desde un ciclo de combustión a un "ciclo de ventilación” , el cual:

^o comprende un segundo y último tiempo 2 o de Escape, durante la carrera ascendente del pistón, donde se abre la válvula de escape para expulsar hacia el exterior los fluidos presentes en la cámara de combustión, y

^o no comprende ningún tiempo de compresión ni expansión, debido a que en todo momento hay al menos una válvula de admisión o escape abierta

2. - Sistema de refrigeración de motores según la reivindicación 1, donde la activación del "modo de refrigeración del motor” se produce de forma preestablecida, cada un cierto número de revoluciones o un determinado transcurso de tiempo.

3. - Sistema de refrigeración de motores según la reivindicación 1, donde la activación del "modo de refrigeración del motor” se produce cuando se detecta una temperatura interna del motor superior a un valor determinado.

4. - Sistema de refrigeración de motores según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por comprender al menos un inyector directo de fluido refrigerante, para inyectar dicho fluido directamente dentro de la cámara de combustión de cada cilindro.

5. - Sistema de refrigeración de motores según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por ser capaz de implementar el "modo de refrigeración del motor” en al menos sólo un cilindro de forma independiente de los demás. Por tanto puede actuar sólo en un cilindro, quedando el resto de cilindros en el funcionamiento normal de su ciclo de combustión, o en cualquier combinación de cilindros al mismo tiempo, o incluso de forma solapada.

6. - Sistema de refrigeración de motores según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por incorporar un sistema de accionamiento electrónico de los elementos de admisión y escape de gases en al menos una cámara de combustión, de forma que su funcionamiento sea totalmente libre, y por tanto se pueda variar el motor libre y fácilmente entre el ciclo de combustión normal del motor y el "ciclo de ventilación” , y además en cualquier cilindro de forma independiente.

7. - Sistema de refrigeración de motores según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por modificar los elementos de admisión y escape de gases en al menos una cámara de combustión para desarrollar el "ciclo de ventilación”, mediante la duplicación de la frecuencia de giro de al menos un árbol de levas, de forma que el cilindro o cilindros sobre los que actúa dicho árbol de levas funcionen en "ciclo de ventilación”. Los posibles otros árboles de levas que no duplican su frecuencia de giro permanecen desarrollando el ciclo habitual de combustión del motor.

8. - Sistema de refrigeración de motores según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por modificar los elementos de admisión y escape de gases en al menos una cámara de combustión para desarrollar el "ciclo de ventilación” , mediante un desplazamiento longitudinal de al menos un árbol de levas, lo cual hace que cambie la leva que actúa sobre los seguidores o taqués sobre los que incide. Estos árboles de levas comprenden las siguientes características:

• Tienen el doble de levas que válvulas sobre las que actúan

^o La mitad de las levas son estándar y desarrollan el ciclo habitual de combustión de cuatro tiempos

^o La otra mitad de las levas presentan dos puntas o picos y están adaptadas para desarrollar el ciclo alternativo de ventilación

• Las levas están agrupadas por parejas de forma que en cada pareja haya levas que desarrollen cada uno de los dos ciclos distintos.

• Solamente una leva de cada pareja queda enfrentada a su correspondiente seguidor o taqué, incidiendo sobre él. La otra leva queda libre y su movimiento no tiene incidencia alguna sobre ningún elemento.

• La distancia y el orden de las levas en cada pareja de levas son siempre los mismos.

Para cambiar de ciclo se produce un desplazamiento longitudinal en al menos un árbol de levas, en una magnitud igual a la distancia que hay entre los centros de cada leva dentro de las parejas de levas, provocando que:

9. - Sistema de refrigeración de motores según la reivindicación 8, caracterizado por comprender al menos un árbol de levas que modifica de forma individualizada los elementos de admisión y escape de gases de los cilindros sobre los que actúa, para adaptarlos a desarrollar el "ciclo de ventilación” de forma individualizada. Estos árboles de levas:

• Incorporan levas agrupadas en torno a los seguidores o taqués sobre los que actúan.

• Comprenden tantos grupos de levas como cilindros sobre los que actúan, y cada grupo de levas comprende tantas levas como cilindros sobre los que actúa su árbol de levas, además de al menos una leva más. En cada grupo una leva es del tipo de doble punta o pico para desarrollar el "ciclo de ventilación” , y el resto son normales con una sola punta o pico y optimizadas para el ciclo de combustión.

• Se desplazan longitudinalmente con tantas posiciones como levas hay en cada grupo de levas, en una magnitud entre cada posición igual a la distancia que hay entre los centros de cada leva dentro de cada grupo de levas.

• Comprenden unas levas de un determinado ancho y una determinada posible separación entre las levas de un mismo grupo, que unido al ancho de los seguidores o taqués, resulta en que para cada posición sólo una de las levas quede activa incidiendo sobre su seguidor o taqué, mientras que el resto de levas quedan libres sin incidir sobre elemento alguno.

• En al menos una posición todos los seguidores o taqués son incididos por levas normales de las que desarrollan el ciclo habitual de combustión.

• En el resto de posiciones sólo los seguidores o taqués de un cilindro son incididos por levas del tipo de doble punta o pico de las que desarrollan el "ciclo de ventilación”. En cada una de estas posiciones, el cilindro que es incidido por estas levas del tipo de doble punta o pico es un cilindro distinto.

Cuando este al menos un árbol de levas se haya desplazado secuencialmente por todas sus posiciones, en al menos una de ellas todos sus cilindros a la vez habrán desarrollado el ciclo normal de combustión, y en el resto todos sus cilindros de uno en uno habrán desarrollado el "ciclo de ventilación” de forma individualizada.

10.- Sistema de refrigeración de motores según la reivindicación 9, caracterizado por comprender más de una leva del tipo de doble punta o pico de las que desarrolla el "ciclo de ventilación” en cada grupo de múltiples levas que están asociadas a un mismo seguidor o taqué, por lo que el "ciclo de ventilación” se desarrolla en más de un cilindro a la vez. Puede haber tantas posiciones del árbol de levas como combinaciones se quieran realizar de cilindros desarrollando el "ciclo de ventilación” al mismo tiempo, además de al menos una posición adicional donde todos los cilindros desarrollan el ciclo habitual de combustión.