MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA DE DIMENSIONES MÍNIMAS.

La presente invención se refiere de manera general a un motor de combustión interna. De manera más precisa, la invención se refiere a un motor de combustión interna que comprende por lo menos un cilindro del tipo que está dotado de una cámara de trabajo de volumen variable, para el desplazamiento dentro de este cilindro de un émbolo entre una posición de punto muerto superior y una posición de punto muerto inferior, estando asociados a cada uno de dichos cilindros medios de admisión y de escape de un fluido gaseoso, estando conectado cada uno de los émbolos de estos cilindros a un árbol cigüeñal de dicho motor, cuyo motor utiliza: a) por una parte, como mínimo, un cilindro que funciona como cilindro de baja presión, según una modalidad del tipo de dos tiempos, que comprenden la admisión acompañada de la expansión que produce un trabajo útil en el curso de cada carrera de émbolo de este cilindro de baja presión hacia su punto muerto inferior y el escape de un fluido gaseoso en el curso de cada carrera del émbolo hacia su punto muerto superior y b) por otra parte, dos de dichos cilindros funcionan en forma de cilindros de combustión de alta presión, según una modalidad del tipo de cuatro tiempos que comprenden la admisión de aire o una mezcla de aire-combustible en el curso de la primera carrera del émbolo de cada uno de dichos cilindros de combustión hacia su punto muerto inferior, la compresión del aire o una mezcla de aire-combustible en el curso de la primera carrera del émbolo hacia su punto muerto superior, seguido de la combustión, la expansión de los gases quemados en el curso de la segunda carrera del émbolo hacia su punto muerto inferior produce un trabajo útil y el escape de los gases quemados en el curso de la segunda carrera del émbolo hacia su punto muerto superior, siendo la cilindrada de cada uno de dichos cilindros inferior a la del cilindro de baja presión, cuyos cilindros de combustión, igualmente denominados cilindros de alta presión, hacen pasar alternativamente sus gases quemados hacia el cilindro de baja presión para una segunda expansión de los gases quemados. El motor de combustión interna de cinco tiempos, que se describe en la patente europea nº 1201892 (Gerhard Schmitz) o la patente de Estados Unidos de América nº 6553977 (Gerhard Schmitz) es fundamentalmente un motor de tres cilindros dispuestos en línea. Los dos cilindros de los extremos del cigüeñal, llamados cilindros de alta presión (HP), tienen cilindradas iguales y netamente menores que la del cilindro central llamado cilindro de baja presión (BP). Los dos émbolos de los cilindros HP se desplazan perfectamente en fase entre sí y en la posición de fase con respecto al émbolo del cilindro BP. Los dos cilindros HP son alimentados preferentemente por una mezcla de aire/combustible precomprimido en el curso de la primera carrera descendente del émbolo del cilindro HP. Al subir la primera vez, el émbolo del cilindro HP comprime la mezcla aire/combustible que se ha admitido, cuya mezcla es quemada cuando el émbolo del cilindro HP se encuentra en las proximidades de su punto muerto superior (PMH), lo que hace aumentar fuertemente la presión en el interior del cilindro HP. Estos gases quemados se expansionan una primera vez durante la segunda carrera descendente del émbolo del cilindro HP. Cuando el émbolo del cilindro HP alcanza su punto muerto inferior (PMB), el émbolo del cilindro BP por su parte, se aproxima a su PMH; en este momento, se establece la comunicación entre el cilindro HP y el cilindro BP. Durante la segunda carrera del émbolo del cilindro HP hacia su PMH, el émbolo del cilindro BP desciende hacia su PMB, los gases quemados son transvasados del cilindro HP hacia el cilindro BP y, al ser la cilindrada del cilindro BP netamente superior a la del cilindro HP, los gases quemados se expansionan una segunda vez. Cuando el émbolo del cilindro HP alcanza su PMH y el émbolo del cilindro BP su PMB, se interrumpirá la comunicación entre los cilindros HP y BP, mientras que la válvula de escape del cilindro BP empieza a abrirse continuando de este modo en la carrera ascendente del émbolo del cilindro BP con la finalidad de permitir finalmente el escape de los gases quemados del motor. Durante el mismo tiempo, el émbolo del cilindro HP vuelve a descender y empieza un nuevo ciclo aspirando una nueva mezcla aire/combustible. El otro cilindro HP, por su parte, realiza el mismo ciclo que el primer cilindro HP, pero con un retraso equivalente a un ángulo de 360° a nivel del cigüeñal con respecto al primero, de manera que el segundo cilindro HP pueda transvasar sus gases quemados hacia el mismo cilindro BP durante el período en el que el émbolo de este último desciende por segunda vez y así sucesivamente. La presente invención tiene por objetivo proponer un motor de combustión interna que permite mejorar este motor correspondiente al estado de la técnica. Para conseguir este objetivo, un motor del tipo indicado anteriormente se caracteriza, según uno de sus aspectos, por el hecho de que las muñequillas del cigüeñal, a las que están conectadas las bielas fijadas a los émbolos de los cilindros de alta presión que alimentan alternativamente un mismo cilindro de baja presión, son paralelas entre sí y forman con la manivela, a la que está conectada la biela fijada al émbolo del cilindro de baja presión en cuestión, un ángulo sensiblemente más pequeño de 180°, del orden de 90°, de manera que este émbolo del cilindro de baja presión alcance su punto muerto superior sensiblemente antes que los émbolos de los cilindros de alta presión adyacentes hayan alcanzado su punto muerto inferior respectivo. 2 E09008809 18-10-2011   Esta configuración permite optimizar la relación de expansión global del ciclo realizado en el motor. Esta relación de expansión global se define de la manera siguiente: Relación de expansión global = relación HP x relación BP en la que la relación HP es igual al volumen intermedio del cilindro HP dividido por el volumen muerto de este cilindro HP (es decir, el volumen de la cámara de combustión), siendo dicho volumen intermedio del cilindro HP el contenido de este cilindro de alta presión en el momento en el que el émbolo de baja presión se encuentra en su PMH, y en la que la relación BP es igual al máximo del volumen total contenido simultáneamente en el cilindro HP, en el canal de transvase y en el cilindro de baja presión, siendo alcanzado este máximo cuando tiene lugar la carrera descendente del émbolo del cilindro BP, dividido por el volumen intermedio que se ha definido anteriormente. No obstante, este volumen máximo, del orden de 30° AV (es decir, para un ángulo de avance o AV de 30° del cigüeñal, a saber un ángulo AV de 30° entre las mani velas de los cilindros HP y la posición vertical alta o posición del eje de los cilindros HP en el PMH) se obtendrá antes de que el émbolo del cilindro BP alcance su PMB (ver figura 4). Esto es debido al hecho de que las velocidades de los émbolos de los cilindros HP y BP no son uniformes a causa de la cinemática manivela/biela. Si por razones mecánicas y termodinámicas los otros parámetros geométricos son fijos, es decir, las cilindradas de los cilindros HP y BP, las relaciones de compresión volumétricas de los cilindros HP y BP, el volumen del canal de transvase y las relaciones biela/manivela, la relación global de expansión, en este caso, ya no es función más que del ángulo A, ángulo que forma las manivelas HP (paralelas entre sí) con la manivela del cilindro BP conectada al émbolo de cilindro BP correspondiente (ver figura 5). En el caso en el que otros parámetros geométricos adoptan valores corrientes, o incluso técnicamente posibles, a saber relación de compresión y/o expansión volumétrica del cilindro BP del orden de 32 y volumen del canal de transvase igual aproximadamente a 6% de la cilindrada del cilindro BP, esta relación de expansión global del motor se alcanza si el ángulo A es próximo a 90°. Por el hecho de que el volumen en el curso de la segunda expansión se ha alcanzado ya antes de que el émbolo del cilindro BP haya alcanzado su PMB (aproximadamente 30° AV antes del PMB), la duración disponible para el escape se puede aumentar en este tiempo o, de otro modo, la apertura de la válvula o válvulas de escape del cilindro BP se puede adelantar aproximadamente 30° AV. La evacuación de los gases quemados residuales de la cámara de combustión del cilindro HP se puede mejorar igualmente gracias a este avance de la apertura del escape del cilindro BP. En efecto, dado que dicho volumen máximo total se alcanza cuando el émbolo del cilindro HP se encuentra aproximadamente a media altura en su cilindro, el escape del cilindro BP se encontrará ya abierto, como consecuencia, durante la subida restante del émbolo del cilindro... [Seguir leyendo]

1. Motor de combustión interna, del tipo que comprende, como mínimo, un cilindro dotado de una cámara de trabajo de volumen variable por el desplazamiento en dicho cilindro de un émbolo entre una posición de punto muerto superior y una posición de punto muerto inferior, estando asociados a cada uno de dichos cilindros medios de admisión y de escape de un fluido gaseoso, estando conectado el émbolo de cada cilindro de este tipo a un eje cigüeñal de dicho motor, cuyo motor utiliza: a) por una parte, por lo menos dicho cilindro (1) que funciona como cilindro de baja presión según una modalidad del tipo de dos tiempos, que comprende la admisión acompañada de la expansión que produce un trabajo útil en el curso de cada carrera del émbolo de este cilindro de baja presión (1) hacia su punto muerto inferior y el escape del fluido gaseoso en el curso de cada carrera del émbolo (4) hacia su punto muerto superior, y b) por otra parte, dos de dichos cilindros (2, 3) funcionan como cilindros de combustión de alta presión, según una modalidad del tipo cuatro tiempos, comprendiendo la admisión del aire o una mezcla aire-combustible en el curso de la primera carrera del émbolo de cada uno de dichos cilindros de combustión (2, 3) hacia su punto muerto bajo, la compresión del aire o de una mezcla aire-combustible en el curso de la primera carrera del émbolo hacia su punto muerto superior, seguido de la combustión produciendo la expansión de los gases quemados en el curso de la segunda carrera del émbolo hacia su punto muerto inferior un trabajo útil y la expulsión de los gases quemados en el curso de la segunda carrera del émbolo hacia su punto muerto superior, siendo la cilindrada de cada uno de los cilindros de combustión (2, 3) inferior a la del cilindro de baja presión (1), expulsando alternativamente los cilindros de combustión (2, 3) sus gases quemados hacia el cilindro de baja presión (1) para una segunda expansión de los gases quemados, caracterizado porque, por una parte, el eje de los cilindros de alta presión (2, 3) está desplazado con respecto al eje del cigüeñal (12), de manera que la manivela (27) en la que está acoplada la biela (29) del émbolo (5, 6) de dicho cilindro de alta presión se encuentra al mismo lado con respecto al eje del cigüeñal (12), que el eje de este cilindro de alta presión (2, 3) en el momento en el que dicho émbolo (5, 6), que se encuentra a medio camino entre su punto muerto superior y su punto muerto inferior, se encuentra en condiciones de descenso y que, por otra parte, el eje del cilindro de baja presión (1) está desplazado con respecto al eje del cigüeñal (12), de manera que la manivela (26) a la que está acoplada la biela (28) del émbolo (4) del cilindro de baja presión (1) se encuentra al mismo lado con respecto al eje del cigüeñal (2), que el eje de dicho cilindro de baja presión (1) en el momento en el que dicho émbolo (4) que se encuentra a medio camino entre su punto muerto inferior y su punto muerto superior se encuentra en condiciones de ascender. 2. Motor de combustión interna, según la reivindicación 1, caracterizado por comportar dos alineaciones de tres cilindros en línea, formando estas alineaciones un ángulo entre sí de 180° y encontrándose a un l ado y otro de un mismo cigüeñal único con tres manivelas (26, 27), siendo las dos manivelas que se encuentran en los extremos de este cigüeñal (27) paralelas a los émbolos (5, 6) de los cilindros de alta presión y conectadas a los mismos por las bielas correspondientes (29), encontrándose la tercera manivela (26) en el medio y estando conectada a los émbolos (4) de los cilindros de baja presión por las bielas correspondientes (28), formando esta última manivela (26) un ángulo de 90° aproximadamen te con las otras dos manivelas (27), de manera que los émbolos (4) de los cilindros de baja presión alcanzan su punto muerto superior respectivo sensiblemente antes que los émbolos (5, 6) de los cilindros de alta presión adyacentes (2, 3) alcancen su punto muerto inferior respectivo. 3. Motor de combustión interna, según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por comportar canales de transvase cada uno de los cuales comprende una válvula principal de transvase (9, 11) y una válvula auxiliar de transvase (23, 24), la cual funciona como válvula de admisión del cilindro de baja presión, estando configuradas la válvula principal de transvase (9, 11) y dicha válvula auxiliar de transvase (23, 24) del canal de transvase (16, 17) que desemboca en el cilindro de alta presión correspondiente (2, 3), de manera que dicha válvula auxiliar (23, 24) se abre sensiblemente antes que el émbolo (4) del cilindro de baja presión alcance su punto muerto superior, de manera que en las proximidades de dicho instante empezará el transvase de gases quemados del cilindro de alta presión correspondiente (2, 3) a través de dicho canal de transvase (16, 17), de manera que este canal de transvase (16, 17) es puesto a presión por una parte de los gases quemados residuales contenidos en el cilindro de baja presión (1) antes que se abra la válvula principal de transvase (9, 11) que funciona como válvula de escape de dicho cilindro de alta presión correspondiente (2, 3) y obturando dicho canal de transvase (16, 17) en el lado de este cilindro de alta presión (2, 3) y sin que aumente de manera demasiado importante la profundidad del alojamiento de válvula (25) dispuesto en la superficie superior del émbolo (4) del cilindro de baja presión para evitar el contacto entre la válvula auxiliar de transvase (23, 24) y el émbolo (4) del cilindro de baja presión. 4. Motor de combustión interna, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el cilindro de baja presión (1) presenta una o varias válvulas de escape (7) controladas por un eje de levas que gira a la velocidad del cigüeñal. 8 E09008809 18-10-2011   5. Motor de combustión interna, según la reivindicación 4, caracterizado porque el eje de levas que controla las válvulas de escape del cilindro de baja presión y que gira a la velocidad del cigüeñal está dotado de masas de equilibrado dispuestas y dimensionadas, de manera que reduzca las vibraciones del motor generadas por otras masas existentes y que se desplazan a la frecuencia de rotación del cigüeñal. 9 E09008809 18-10-2011   E09008809 18-10-2011   11 E09008809 18-10-2011   12 E09008809 18-10-2011   13 E09008809 18-10-2011   14 E09008809 18-10-2011   E09008809 18-10-2011   16 E09008809 18-10-2011   17 E09008809 18-10-2011   18 E09008809 18-10-2011   19 E09008809 18-10-2011