Cigüeñal excéntrico preferentemente para motores de combustión.

Sistema de conexión biela-árbol del motor originalmente conectado por un pasador (5) compuesto por una conexión excéntrica (1) entre la biela (2) y árbol del motor (3) determinada por el hecho de que en el punto muerto superior de la cinemática biela-manivela,

manteniendo la biela (2) en línea con los soportes del árbol y utilizando un brazo de desviación (14), siendo el punto de anclaje real (6) de la misma biela (2) y del árbol del motor (3 ) movido por un ángulo de desviación (8) con respecto al eje vertical; generando la fuerza de la explosión en la fase de expansión en el punto muerto superior, un momento de torsión significativo y en el que el punto de anclaje real (6) de la biela (2) al árbol del motor (3) es un bulón (4) de conexión biela-árbol motor, dicho punto de anclaje real (6) se ubica lateralmente en la sección transversal original del pasador con relación al eje de simetría que pasa por el centro del árbol del motor (3) y siendo dicho punto de anclaje (6) unido a una circunferencia (13) descrito por el radio de rotación del pasador original, que se compone de una pieza (15) moldeada que actúa como enganche del bulón (4) y se inserta en la apertura del pasador original, dicho elemento (15) está fijado al árbol del motor (3), de modo que el bulón de conexión (4) se mueve junto con y se fija al árbol del motor (3).

"Cigüeñal excentrico preferentemente para motores de combustión"

Es objeto de la presente patente de invención, un sistema excéntrico de conexión entre la manivela y la biela para dispositivos tales como motores de combustión, motores para prensas, a vapor y similares.

Este sistema hace trabajar al soporte de la biela excéntricamente sobre la manivela, por lo general integrado al árbol del motor, a fin de tener un momento de torsión en el punto muerto superior.

Por ejemplo, la conexión excéntrica objeto de la patente se puede utilizar en la conexión entre la biela y manivela, integrada al eje del motor, en motores de combustión.

Como se sabe, un motor de combustión interna incluye una cámara de combustión cilíndrica dentro de la cual se presenta un movimiento longitudinal de un cilindro, a su vez conectado a través de una biela y una manivela al árbol del motor. De esta manera el movimiento alternativo del cilindro dentro de la cámara de combustión se convierte en un movimiento circular generalmente utilizado para la tracción de los vehículos o para otros fines.

El motor de combustión, llamado también motor de gasolina, contempla la formación, antes del comienzo de la combustión, de una mezcla de aire con todo el combustible utilizado para el ciclo de combustión, el encendido de la mezcla por medios artificiales y la posterior propagación de la llama a toda la mezcla restante.

Además, los motores de combustión clásicos se dividen en dos tipos diferentes: los motores de cuatro tiempos y motores de dos tiempos.

En el caso de motores de cuatro tiempos un ciclo de combustión se compone de una rotación de 720º del árbol del motor, o dos rotaciones de un ángulo redondo, formado por seis etapas distintas, divididas en cuatro tiempos, como se describe a continuación:

- una primera rotación de 180 º que corresponde a una traslación baja del émbolo en la cámara de combustión cilíndrica, en la que se aspira la mezcla dentro de la misma cámara;

- una rotación posterior de 180 º que corresponde a una traslación hacia arriba de traslación del émbolo en la cámara de

combustión, donde la mezcla se comprime, y en el enfoque del émbolo al punto más alto, se inicia la combustión de la mezcla que es encendida a través de una chispa;

- una tercera rotación de 180 º que corresponde a una traslación hacia abajo del émbolo en la cámara de combustión,

en la que termina la combustión, la expansión de los gases de combustión y, posteriormente, el comienzo de la descarga;

- una cuarta y última rotación de 180 º que corresponde a un movimiento hacia arriba de traslación del pistón en la

cámara de combustión, en el que todos los residuos restantes de la combustión son expulsados de la cámara cilíndrica.

En cuanto al motor de dos tiempos, las diferentes fases están concentradas en un ángulo de rotación de un solo giro, 360º , en el primer tiempo, cuando el émbolo se mueve hacia abajo, se producen los pasos de la combustión y expansión; al final del recorrido en la parte baja de la cámara de combustión se producen las fases de descarga de los gases y el llenado de la cámara cilíndrica con la mezcla que se enciende, y finalmente, cuando el émbolo regresa hacia el punto más alto, se aspira la mezcla en el cárter, colocado debajo del cilindro, y la compresión en el cilindro.

Es fácil entender que, entre los puntos más delicados en la rotación del árbol del motor se encuentran aquellos en los que el émbolo está en la posición más baja del recorrido dentro de la cámara cilíndrica; esta posición se define como el punto muerto inferior.

Aún más delicada es la situación en la que se encuentra el émbolo en la posición más alta dentro de la cámara de combustión, es decir, el punto muerto superior, puesto que la ignición de la mezcla ("explosión") , que también tiene lugar anticipadamente con respecto al mismo punto muerto superior, provoca graves tensiones en el eje del motor.

De hecho, en la configuración clásica de la biela en relación con el árbol del motor, en el momento de la "explosión", idealmente en el punto muerto superior, tiene una fuerza de corte, impulsado por el pistón, con línea de disposición de paso para el árbol del motor, sin generar torsión, tensando el mismo árbol y los soportes.

Durante el desplazamiento del émbolo, la fuerza impulsada por el mismo mueve su línea de disposición y con ello genera una torsión respecto al árbol del motor, haciéndolo girar.

Es evidente por tanto que es de especial atención el estudio de dicho punto muerto superior, tanto para la reducción de la tensión impropia en el árbol del motor, que para un aumento del rendimiento del mismo motor.

Para superar los problemas descritos anteriormente se han estudiado numerosas mejoras que dependen de tecnologías y enfoques diferentes.

Se han mejorado las prestaciones del motor con modificaciones químicas en el combustible y en consecuencia, en las mezclas de que son provistos los motores, produciendo una mejora en el rendimiento, pero causando un aumento de los gases tóxicos y un mayor índice de contaminación.

Además, se trató de realizar mejoras en los motores con la ayuda de sistemas electrónicos o sistemas que están equipados con un turbocompresor, con el consiguiente aumento de los costes de producción y, sobre todo alcanzar una alta sofisticación del aparato con problemas obvios de ajuste y de operación.

La finalidad y función de la presente invención es proporcionar una mejora del sistema mecánico del motor de combustión tradicional por medio de una conexión excéntrica de la biela sobre la manivela con el fin de tener una torsión en el punto muerto superior.

Desde el FR-A-2414122 se conoce un motor de combustión interna en la que la biela del pistón se une a la manivela a través de un sistema de excéntrica. Este sistema se realiza mediante un primer pasador fijo en una posición excéntrica sobre un segundo perno. El primer bulón está acoplado giratoriamente al extremo de la manivela y el segundo bulón se coloca de forma giratoria en la cabeza de la biela.

El objeto de la presente patente de invención, lo constituye un sistema excéntrico de conexión entre la biela-manivela y el árbol del motor determinada por el hecho de que en el punto muerto superior el sistema cinemático biela-manivela cuenta con un brazo de desviación que mantiene en línea la biela con los soportes del árbol del motor y se desplaza a un ángulo definido, luego la fuerza de la explosión durante la expansión genera en el punto muerto superior, una torsión significativa, y en el que el punto de anclaje real (6) de la biela (2) en el árbol del motor (3) está sobre un bulón (4) de conexión biela-árbol del motor, llamado punto de anclaje real (6) que se encuentra en el lado de la sección transversal del pasador original respecto al eje de simetría que pasa por el centro del árbol del motor (3) , que es el punto de anclaje (6) unido a una circunferencia (13) descrita en el radio de rotación de la biela del árbol del motor (3) , una pieza (15) moldeada que actúa como enganche del bulón (4) e insertado en la apertura del pasador primario , fijado al árbol del motor (3) , de tal manera que el bulón de conexión (4) se desplaza junto con y se fija al árbol del motor (3) .

Otras características y detalles de la invención se podrán entender mejor con la siguiente descripción, la cual es sólo a título de ejemplo, consultando los dibujos adjuntos en los que:

La fig. 1 muestra la conexión excéntrica de la biela al árbol del motor en la fase inicial del ciclo del sistema o al punto muerto superior;

La fig. 2 representa la configuración de la biela - árbol del motor después de una rotación de 90 º del árbol del motor con respecto al punto muerto superior;

La fig. 3 muestra la conexión excéntrica de la biela al árbol del motor hasta el punto muerto inferior;

La fig. 4 representa la configuración de la biela - árbol del motor después de una rotación de 90 º del árbol del motor con respecto al punto muerto inferior;

La fig. 5 representa el diagrama de las posiciones definidas por el anclaje excéntrico de la biela al árbol del motor;

La fig. 6 muestra el esquema de conexión excéntrica biela - árbol del motor, con... [Seguir leyendo]

1. Sistema de conexión biela-árbol del motor originalmente conectado por un pasador (5) compuesto por una conexión excéntrica (1) entre la biela (2) y árbol del motor (3) determinada por el hecho de que en el punto muerto superior de la cinemática biela-manivela, manteniendo la biela (2) en línea con los soportes del árbol y utilizando un brazo de desviación (14) , siendo el punto de anclaje real (6) de la misma biela (2) y del árbol del motor (3 ) movido por un ángulo de desviación (8) con respecto al eje vertical; generando la fuerza de la explosión en la fase de expansión en el punto muerto superior, un momento de torsión significativo y en el que el punto de anclaje real (6) de la biela (2) al árbol del motor (3) es un bulón (4) de conexión biela-árbol motor, dicho punto de anclaje real (6) se ubica lateralmente en la sección transversal original del pasador con relación al eje de simetría que pasa por el centro del árbol del motor (3) y siendo dicho punto de anclaje (6) unido a una circunferencia (13) descrito por el radio de rotación del pasador original, que se compone

de una pieza (15) moldeada que actúa como enganche del bulón (4) y se inserta en la apertura del pasador original, dicho elemento (15) está fijado al árbol del motor (3) , de modo que el bulón de conexión (4) se mueve junto con y se fija al árbol del motor (3) .

2. Sistema de conexión biela-árbol del motor según las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el ángulo de desviación (8) depende del límite de seguridad, con relación a la sección del bulón (4) que se desea y el tamaño de la sección del pasador (5) , ubicando el bulón (4) y por consiguiente el punto de anclaje real (6) de la biela (2) al árbol del motor (3) dentro de la sección original del pasador (5) .

3. Sistema de conexión biela-árbol del motor según las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por presentar un momento de torsión en el punto muerto superior con las consiguientes mejoras en el par y en la potencia desarrollada en modo fluido, armónico y en constante crecimiento durante todo el tiempo en que gira el motor.

4. Sistema de conexión biela-árbol del motor según las reivindicaciones anteriores, el cual se puede utilizar tanto en motores de combustión como todos aquellos dispositivos que utilizan la cinemática biela-manivela, tales como motores de combustión, motores para prensas, a vapor y similares.