Motor de combustión interna de cuatro tiempos que comprende, como mínimo,

una fase de aspiración, una fase de compresión, una fase de expansión y una fase de escape, el susodicho motor funciona por auto inflamación o por encendido dirigido que incluye:

- una pieza cárter superior (1) que presenta una primera serie de cilindros (2) que presentan cada uno un eje y un diámetro y una segunda serie de cilindros (3) que presenta cada uno un eje y un diámetro, los cilindros (2) de la primera serie que presentan una cilindrada y un diámetro más grande que la cilindrada y el diámetro de los cilindros (3) de la segunda i serie,

- unos pistones (6, 8), cada pistón está adaptado para estar animado con un movimiento alternativo en un cilindro y está asociado a una biela,

- dos líneas de árboles cigüeñales que presentan unos ejes de rotación paralelos entre ellos, una primera línea (4) que presenta una manivela con un recorrido amplio, mientras que la segunda línea (5) presenta una manivela con un recorrido corto inferior al recorrido amplio de la manivela de la primera línea de árbol cigüeñal, los susodichos árboles cigüeñales (4, 5) están adaptados para que se acoplen a la misma velocidad de rotación a través de un tren de engranajes (14, 16) y una transmisión de calado variable (10);

en el que cada pistón asociado a una biela (7, 9) funciona con una manivela de un cigüeñal, la manivela de corto recorrido de la segunda línea del árbol cigüeñal (5) acciona la biela (9) de un pistón (8) que se desplaza en el pequeño cilindro (3), mientras que la manivela de recorrido amplio de la primera línea del árbol cigüeñal (4) acciona la biela (7) del pistón (6) que se desplaza en el cilindro grande (2),

en el que la primera serie de cilindros (2) está dispuesta por encima de la primera línea de árbol cigüeñal (4), mientras que la segunda serie de cilindros (3) está dispuesta por encima de la segunda línea de árbol cigüeñal (5),

en el que cada cilindro (2) de la primera serie comunica con al menos un cilindro (3) de la segunda serie a través de una espacio muerto de manera que se forme un grupo de dos cilindros (2, 3) que se comuniquen entre ellos para permitir que los gases pasen de un cilindro al otro independientemente de la posición de los pistones (6, 8) que se desplazan en los susodichos cilindros (2, 3),

caracterizado porque la pieza cárter superior presenta una cara a lo largo de la cual los cilindros se abren, de un modo ventajoso, a lo largo de la cara del plano de junta de culata, de los canales formados en la citada cara para formar los pasajes distintos para cada grupo de cilindro, un canal de un grupo se extiende entre un cilindro de la primera serie y un cilindro de la segunda serie, de un modo ventajoso con un vaciado suplementario correspondiente en la junta de la culata, el susodicho canal presenta una anchura media, determinada en el plano de junta de la culata, comprendida entre 0,5 y 0,8 veces la media de los diámetros de los cilindros unidos por el canal considerado

Perfeccionamiento del motor de relación volumétrica variable.

El objetivo de la invención consiste en la regularización del esfuerzo del par motor entre dos cigüeñales de un motor de relación volumétrica variable, así como la disposición de una cámara de combustión por grupos de dos cilindros.

Sector técnico de la invención

La presente invención concierne la habilitación de la transmisión de calado variable de un motor de relación volumétrica para perfeccionar el dispositivo de comando del ángulo de fase entre un primer y un segundo cigüeñales. Este medio se define por una nueva forma de espaciado entre los dos cigüeñales, de manera que se genere el desbordamiento del acoplamiento de la transmisión de calado variable al lado del volante del motor. El comando de la transmisión de calado variable tiene un cilindro de pilotaje de toma directa para controlar el ángulo de fase entre el cigüeñal de corto recorrido y el cigüeñal de amplio recorrido. Se han previsto unos medios para permitir la reducción, o incluso la supresión de la transferencia de esfuerzos de par motor no regularizados por el pequeño cigüeñal en la línea del árbol del cigüeñal grande. Se han previsto también otros medios en el cárter superior a través de una nueva disposición de los dos cilindros agrupados que permiten constituir en su punto muerto superior una cámara de combustión común a estos dos cilindros. Igualmente, esta nueva disposición de los dos cilindros agrupados en el cárter superior autoriza la descongestión de los ensamblajes de los dos cigüeñales, este medio permite la estandarización de la distancia entre ejes cabeza-pie de biela en el ensamblaje del cigüeñal grande.

La patente EP 0689642 B1 describe un motor de relación volumétrica variable, de cuatro tiempos, diseñado con dos cigüeñales, un cigüeñal de amplio recorrido y un cigüeñal de corto recorrido. Se conoce que la línea de árbol de un cigüeñal de un motor de combustión interna constituye un elemento susceptible de vibrar naturalmente en torsión debido a su elasticidad, así como las masas de órganos bajo esfuerzos que le están vinculadas directa o indirectamente. En la descripción de la patente EP 0689642 B1 citada anteriormente, el cigüeñal de corto recorrido no comporta un volante regulador de esfuerzos. Por consiguiente, se produce en la salida de la transmisión del calado variable un cúmulo de pares motores no regularizados que generan vibraciones provocadas por el cigüeñal de corto recorrido sobre el cigüeñal de amplio recorrido. Por ello, el cálculo de resistencia del cigüeñal de amplio recorrido es inherente a los pares resultantes de sus propios cilindros, pero también a los pares resultantes de los cilindros del cigüeñal de corto recorrido.

En la patente EP 0689642 B1 el acercamiento en paralelo de los dos cilindros agrupados tiene como consecuencia la limitación del espacio lateral necesario para la movilidad de los dos cigüeñales; en esta aproximación, la arquitectura del motor necesita un alejamiento vertical de los dos cigüeñales a través de bielas cortas (bielas con una pequeña distancia entre ejes) sobre el cigüeñal de corto recorrido y bielas largas (bielas con una gran distancia entre ejes) sobre el cigüeñal de amplio recorrido, lo que necesita una mayor altura del cárter superior. Se conoce también que para el mismo ángulo de manivela entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior, el desplazamiento lineal de un pistón centrado sobre una biela corta es tan rápido por el punto muerto superior como por el punto muerto inferior. Lógicamente, se puede discernir que una biela larga sobre un cigüeñal de amplio recorrido presenta menos oblicuidad en su movimiento giratorio. Esto tiene como consecuencia que en el primer cuarto de vuelta de la fase de expansión del gas, el recorrido lineal del pistón del cigüeñal de amplio recorrido se ve disminuido respecto a su movimiento giratorio.

La presente invención concierne al concepto de un motor de relación volumétrica variable que permite que varíe el volumen de la cámara de combustión en función de la densidad y de la temperatura del aire de admisión, de la velocidad de rotación y de la temperatura del motor, lo que permite una ultra sobrealimentación del motor, para ayudar una presión simple o doble de sobrealimentación con inter enfriamiento.

La presente invención describe una nueva combinación de un motor de cámara de combustión con un volumen variable de cuatro tiempos. El motor comprende de un modo ventajoso una cadena cinemática en la que los árboles de los dos cigüeñales se acoplan a la misma velocidad de rotación a través de la transmisión de calado variable. El recorrido de desfase angular entre los dos cigüeñales realizado entre el principio y el final del recorrido de la transmisión de calado variable está dispuesto con una relación apropiada entre las dos cilindradas de los dos cilindros agrupados y entre el volumen de éstos últimos y el espacio muerto, lo que permite modular la relación volumétrica del motor por el desplazamiento lineal del pistón del pequeño cilindro respecto a las fases del motor.

Por definición, el principio de la sobrealimentación de los motores de pistones consiste en aumentar las masas de aire sin aumentar la cilindrada. Para los motores con índice de compresión fijo resulta en un aumento de la presión de combustión y una mayor potencia volumétrica (potencia por litro de cilindrada). Sin embargo, cuando se aumenta la presión de sobrealimentación, las obligaciones de esfuerzos mecánicos y térmicos crecen en los órganos del motor. Este inconveniente mayor procede del hecho que la relación volumétrica, generada por la cámara de combustión y el recorrido del pistón, es no modificable, no se puede adaptar a las variaciones de presiones y temperaturas del aire de admisión y de las velocidades y temperaturas del motor.

Por consiguiente, los motoristas respetan ciertas reglas de concepción que determinan, por una parte, un límite en la amplitud de las variaciones de presiones en la admisión, y por otra, la realización de una relación de compresión media entre la presión de aspiración atmosférica y la presión de la sobrealimentación. Como la determinación de la relación de comprensión media es un compromiso que concilia, en el mejor de los casos, los diferentes regímenes del motor, el régimen de aspiración atmosférica se sitúa a presiones y temperaturas demasiado bajas y el régimen de presiones de sobrealimentación se sitúa en presiones y temperaturas demasiado altas.

La invención tiene como objeto un motor de combustión interna de cuatro tiempos que comprende, como mínimo, una fase de aspiración, una fase de comprensión, una fase de expansión y una fase de escape, el susodicho motor funciona por auto inflamación o por encendido dirigido que incluye:

1. Motor de combustión interna de cuatro tiempos que comprende, como mínimo, una fase de aspiración, una fase de compresión, una fase de expansión y una fase de escape, el susodicho motor funciona por auto inflamación o por encendido dirigido que incluye:

en el que cada pistón asociado a una biela (7, 9) funciona con una manivela de un cigüeñal, la manivela de corto recorrido de la segunda línea del árbol cigüeñal (5) acciona la biela (9) de un pistón (8) que se desplaza en el pequeño cilindro (3), mientras que la manivela de recorrido amplio de la primera línea del árbol cigüeñal (4) acciona la biela (7) del pistón (6) que se desplaza en el cilindro grande (2),

en el que la primera serie de cilindros (2) está dispuesta por encima de la primera línea de árbol cigüeñal (4), mientras que la segunda serie de cilindros (3) está dispuesta por encima de la segunda línea de árbol cigüeñal (5),

en el que cada cilindro (2) de la primera serie comunica con al menos un cilindro (3) de la segunda serie a través de una espacio muerto de manera que se forme un grupo de dos cilindros (2, 3) que se comuniquen entre ellos para permitir que los gases pasen de un cilindro al otro independientemente de la posición de los pistones (6, 8) que se desplazan en los susodichos cilindros (2, 3),

caracterizado porque la pieza cárter superior presenta una cara a lo largo de la cual los cilindros se abren, de un modo ventajoso, a lo largo de la cara del plano de junta de culata, de los canales formados en la citada cara para formar los pasajes distintos para cada grupo de cilindro, un canal de un grupo se extiende entre un cilindro de la primera serie y un cilindro de la segunda serie, de un modo ventajoso con un vaciado suplementario correspondiente en la junta de la culata, el susodicho canal presenta una anchura media, determinada en el plano de junta de la culata, comprendida entre 0,5 y 0,8 veces la media de los diámetros de los cilindros unidos por el canal considerado.

2. Motor según la reivindicación 1, en el que por cada grupo de cilindros unidos entre ellos por un canal, el eje de un cilindro de la primera serie del grupo considerado forma con una derecha paralela al eje de rotación de una línea de árbol cigüeñal un primer plano, mientras que el eje del cilindro de la segunda serie del grupo considerado forma con una derecha paralela al eje de rotación de una línea de árbol cigüeñal un segundo plano, caracterizado porque los susodichos planos definen entre ellos un ángulo comprendido entre 10 y 60º, de un modo ventajoso entre 10º y 50º, preferentemente entre 15º y 45º. Los ejes de los cilindros de un grupo se cortan de un modo ventajoso sensiblemente en un punto.

3. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, caracterizado porque el volumen del canal situado entre los dos cilindros de un grupo está comprendido entre 1% y 25% del volumen total del grupo considerado, el susodicho volumen muerto total se define por el volumen libre total del grupo con los dos pistones en posición de punto muerto superior.

4. Motor siguiendo una reivindicación cualquiera de las anteriores, caracterizado porque comprende un árbol de levas de toma a media velocidad con la primera línea del árbol cigüeñal (4) para asegurar la comunicación periódica de los grupos de dos cilindros (2, 3) con conductos de admisión y de escape a través de válvulas de admisión y de escape en momentos predeterminados del ciclo de cuatro tiempos.

5. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, caracterizado porque comporta una habilitación para la transmisión de calado variable (10), la susodicha habilitación se adapta para recibir, al menos parcialmente, un dispositivo de comando de la diferencia de ángulo de fase entre la primera y segunda líneas del árbol cigüeñal.

6. Motor según la reivindicación 5, en el que la primera y la segunda línea del árbol cigüeñal se asocian respectivamente con una primera rueda de arrastre y con una segunda rueda de arrastre, y en el que un volante motor se monta sobre el eje del cigüeñal de amplio recorrido (4) mientras que la transmisión de calado variable (10) se monta sobre el eje del árbol cigüeñal de corto recorrido (5), caracterizado porque un medio de arrastre se extiende entre las citadas ruedas, y porque los ejes de los dos cigüeñales (4, 5) se adaptan de manera que la transmisión de calado variable (10) se sitúe al lado del volante del motor (26).

7. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, caracterizado porque comprende una transmisión de calado variable (10) que comprende un conjunto separado del árbol (13) del cigüeñal de manivela de corto recorrido (5), porque la transmisión de calado variable (10) está dotada de un soporte de aplique (15) que se fija por centrado en un orificio previsto en el cárter superior (1), y porque la transmisión de calado variable comprende un árbol (12) una extremidad del cual presenta unas ondulaciones externas, mientras que el árbol (13) se asocia a un elemento (20) o presenta una porción que presenta un vaciado con unas ondulaciones internas adaptadas para colaborar con las ondulaciones externas del árbol (12) para asegurar un acoplamiento de los árboles (12, 13) entre ellos, a la vez que permite un desplazamiento axial entre ellos.

8. Motor según la reivindicación 7 caracterizado porque el árbol (13) se asocia a un pivote de soporte (20) que presenta unas ondulaciones internas que colaboran con las ondulaciones externas del árbol (12) y porque refuerza, de un modo ventajoso, la rigidez axial entre el cigüeñal de corto recorrido (5) y la transmisión de calado variable (10), los árboles (12, 13) se fusionan en un sólo árbol de manera que permita que el árbol de trasmisión (35) que comprende el disco (40) y las ondulaciones derechas (47) se asocien con el cigüeñal de corto recorrido (5), la distancia de separación entre los soportes de fijación del disco (40) y el soporte (15) se realizan de un modo ventajoso a la misma distancia de separación entre la fijación del cárter superior (1) del soporte (15) y el soporte de fijación del disco (40) cuando el árbol de cigüeñal de corto recorrido se inserta en los soportes del cárter superior.

9. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, en el que la junta de la culata se extiende sensiblemente en un plano, caracterizado porque la relación del plano de la junta de la culata, el eje de los cilindros (2) de la primera serie se dispone sensiblemente en perpendicular al plano de junta de la culata (29).

10. Motor según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque presenta una culata adaptada para recibir para cada cilindro de la segunda serie una parte del pistón (8) en posición de muerto superior y para formar al menos parcialmente para cada cilindro de la segunda serie, en posición de punto muerto superior del pistón (8) una cámara situada en la culata que comunica con el canal (32).

11. Motor según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los ejes de los cilindros (2) de la primera serie y los ejes de los cilindros (3) de la segunda serie no están dispuestos perpendicularmente al plano de la culata (29).

12. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, en el que comprende un volante motor (26) centrado y fijado sobre una extremidad del árbol cigüeñal (4) de los pistones de los cilindros de la primera serie, el susodicho motor se sitúa de un modo ventajoso en un cárter de acoplamiento (31).

13. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, caracterizado porque la transmisión de calado variable comporta un tubo o árbol deslizante (17) axialmente respecto al eje de rotación del árbol cigüeñal de los pistones de los cilindros de la segunda serie, y porque comporta unos medios de topes para limitar el recorrido del movimiento de la transmisión de calado variable entre un principio y un final de recorrido.

14. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, caracterizado porque los árboles de los dos cigüeñales (4, 5) se asocian a unos engranajes (14, 16) de toma directa, los árboles giran en sentido de rotación inversa y a la misma velocidad.

15. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, caracterizado porque comprende un cilindro de comando para hacer que varíe la posición angular entre los dos árboles cigüeñales (4, 5) sin pasar por el intermediario del volante de motor (26) situado en la parte trasera del motor, o caracterizado porque el comando de la transmisión de calado variable (10) comprende un cilindro de pilotaje de toma directa para controlar la diferencia de ángulo de fase entre el árbol cigüeñal de corto recorrido (5) y el árbol cigüeñal de amplio recorrido (4).

16. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores, caracterizado porque la transmisión de calado variable (10) comporta un mecanismo de comando para hacer variar angularmente el calado de la manivela de la segunda línea de árbol cigüeñal (5) respecto a la manivela de la primera línea de árbol cigüeñal (4), a través de un amplificador de fuerza hidráulica que comporta un cilindro sometido que actúa sobre la transmisión de calado variable (10), la susodicha transmisión permite que se modifique en la fase final de compresión del pistón (6) del cilindro grande (2) la relación de compresión del motor entre una relación de compresión mínima y una relación volumétrica máxima, las susodichas relaciones volumétricas mínimas y máximas son en función:

17. Motor según una reivindicación cualquiera de las anteriores,

para el que la manivela del primer árbol cigüeñal (4) pasa por un punto muerto superior y por un punto muerto inferior en su rotación, caracterizado porque las dos líneas del árbol cigüeñal (4, 5) se disponen para definir un espacio de trabajo mínimo de las dos líneas de árbol de cigüeñal de tal manera que se obtenga una relación de las cilindradas de los dos cilindros agrupados (2, 3) mínimo y porque la transmisión de calado variable presenta un recorrido de desplazamiento que se extiende entre un principio de recorrido y un final de recorrido, la relación volumétrica mínima de los dos cilindros agrupados (2, 3) se obtiene al final del recorrido de la transmisión de calado variable, esta relación volumétrica se calcula con la fórmula siguiente:

en la cual:

V1: cilindrada del cilindro grande (2) de los dos cilindros agrupados (2, 3)

V2: cilindrada del cilindro pequeño (3) de los dos cilindros agrupados (2, 3)

ve: volumen del espacio muerto (24) de los dos cilindros agrupados (2, 3) que permite la transferencia de los gases entre los cilindros (2, 3) sin una laminación excesiva

(a máximum): avance angular de la manivela de la segunda línea de árboles cigüeñales (5) al final de la carrera de la transmisión de calado variable

Vr (a máximum): volumen de expulsión de aire al final de la carrera de la transmisión de calado variable, definido por el ángulo máximo del avance angular de la manivela del cigüeñal (5) de recorrido corto cuando la manivela del cigüeñal de recorrido amplio (4) se sitúa en el punto muerto inferior, en la fase final de la admisión.

Va (a máximum): volumen adicional que se añade al volumen del espacio muerto (24) al final de la carrera de la transmisión de calado variable, definido por el ángulo máximo del avance angular de la manivela del cigüeñal (5) de recorrido corto cuando la manivela del cigüeñal (4) de recorrido amplio se sitúa en el punto muerto superior, en la fase final de la compresión.

18. Sistema o aparato o máquina que comporta al menos un motor según al menos una de las reivindicaciones 1 a 17.