Motor de ciclo dividido.

Un motor de "ciclo dividido" de ignición por compresión (100) que comprende:

- un bloque de cilindros (200):

- un cilindro de expansión (6) que tiene un pistón de expansión (7) que está adaptado para desplazarse, de formaalternativa, en dicho cilindro de expansión (6) entre un punto muerto superior (ETDC) y un punto muerto inferior(EBDC) mediante un mecanismo de cigüeñal (20), dando lugar siempre dicho mecanismo de cigüeñal (20) a unaposición predeterminada de dicho pistón de expansión (7) para estar en correspondencia con un ángulo de cigüeñalpredeterminado;

- un cilindro de compresión (2) que tiene un pistón de compresión que está adaptado para desplazarse, de formaalternativa, en dicho cilindro de compresión (2) entre un punto muerto superior (CTDC) y un punto muerto inferior(CBDC) en función de un desplazamiento de fase angular predeterminado, en retardo con respecto al ángulo delcigüeñal de dicho cilindro de expansión (6), estando dicho cilindro de compresión (2) dispuesto adyacente a dichocilindro de expansión (6);

- una culata de cilindro (30) que cierra dichos cilindros de compresión y de expansión (6) y en donde al menos seproporciona un paso de cruce (5) que conecta dichos cilindros y que comprende una abertura en el lado de lacompresión y una abertura en el lado de la expansión, incluyendo dicha culata de cilindro (30) al menos una válvulade admisión (3) que está situada frente a dicho cilindro de compresión (2) o introduciendo un fluido comburente endicho cilindro de compresión (2) y al menos una válvula de escape (9) que está situada frente a dicho cilindro deexpansión (6) para el escape de los gases quemados que salen desde dicho cilindro de expansión (6);

- al menos una válvula de transferencia (4) dispuesta en la abertura del lado de compresión del paso de cruce (5);

- un medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de transferencia (4) en momentospredeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones (1, 7);

- un medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de escape (9) en momentospredeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones (1, 7);

- un medio de inyección de combustible en dicho paso de cruce (5) o en dicho cilindro de expansión (6) en momentospredeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones (1, 7) de modo que se produzca una ignición porcompresión del combustible inyectado por medio de la compresión hasta alcanzar una temperatura de auto-ignición;caracterizado por cuanto que dicho paso de cruce (5) define una cámara de combustión única en combinación condicho cilindro de expansión (6) con el que está en comunicación constante, por cuanto que dicho medio para causarun movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de transferencia (4) abre dicha válvula de transferencia (4) conanticipación con respecto al ángulo del cigüeñal de dicho punto ETDC, con un movimiento de apertura anticipadomás alto o igual a 20º del ángulo del cigüeñal, de tal manera que:

- desde el instante de apertura de dicha válvula de transferencia (4) hasta el alcance de dicho punto ETDC exista unaimportante ecualización de presión instantánea entre dicho cilindro de compresión (2) y dicho cilindro de expansión(6) y entre dicho punto ETDC y dicho punto CTDC se produce una transferencia prácticamente total de dicho fluidocomburente entre dicho cilindro de compresión (2) y dicho cilindro de expansión (6), a través de dicho paso de cruce(5); y por cuanto que dicho medio de inyección de combustible inyecta dicho combustible comenzando desde elalcance de dicho punto ETDC por dicho pistón de expansión (7), de modo que dicha inyección de combustible seproduzca simultáneamente con la transferencia de dicho fluido comburente a través de dicho paso de cruce (5).

Motor de ciclo dividido CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un motor de encendido por compresión de “ciclo dividido”, con introducción del combustible y fluido comburente en el cilindro de expansión en la fase de combustión.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Como es bien conocido, los motores de encendido por compresión convencionales pueden realizar el ciclo en un cilindro único, en donde, en primer lugar, hay una admisión de aire, que luego se comprime, a continuación se inyecta y es objeto de ignición combustible debido a la alta temperatura alcanzada por el aire gracias a la compresión; las etapas siguientes son las de expansión y de escape. El modo de combustión peculiar de dichos motores presenta las consecuencias de emisiones de alto nivel de contaminación de polvo carbonáceo y óxidos de nitrógeno.

Varias soluciones han sido propuestas para reducir dichas emisiones y están basadas en mejoras del sistema de inyección y también en estrategias particulares de admisión y mezcla del combustible con el aire, en conformidad con el principio de combustión homogénea, entre las cuales son conocidas las técnicas tales como HCCI, PCCI, MK, etc.

Sin embargo, en todas estas técnicas, para controlar el progreso de la combustión, es necesaria la presencia en el cilindro de un alto porcentaje de gas quemado, lo que limita la potencia específica disponible. Otros inconvenientes, en particular, debido a algunas de estas técnicas, son el alto gradiente de presión en la fase de combustión, que implica la presencia de ruido y alto esfuerzo mecánico.

Asimismo, son conocidas soluciones, que se denominan de “ciclo dividido”, en donde las etapas de admisión y de compresión se realizan fuera del cilindro, en donde ocurren las etapas de combustión y de escape (cilindro de expansión) . Más concretamente, la cámara en la que ocurren las etapas de admisión y de compresión suelen consistir en un segundo cilindro (cilindro de compresión) . Las soluciones de “ciclo dividido” han sido propuestas y aplicadas en los motores de ignición por compresión y en los motores de ignición por bujías con fines diferentes.

En los documentos WO2009020488, WO2009020489, WO2009020490, WO2009020491 y WO2009020504 a nombre de Scuderi, se describe un motor de “ciclo dividido” que tiene un bloque de cilindros con un cilindro de compresión y un cilindro de expansión cerrados por una culata de cilindro, en donde se proporcionan uno o más pasos (78) , denominados de “cruce”, cerrados en los respectivos extremos por una válvula en el lado de la compresión (84) y una válvula en el lado de la combustión (86) . Cada paso de cruce define una cámara presurizada (81) , en donde se puede acumular gas a presión cuando las válvulas del lado de la compresión y las válvulas del lado de la combustión se cierran. En los pasos (78) , la inyección de gasolina se proporciona por un inyector (90) que inyecta gasolina en el aire comprimido presente en los pasos de cruce. Al menos una bujía (92) se proporciona en el cilindro de expansión para la ignición de la mezcla.

Aún cuando en los documentos de patentes citados, se menciona la posible aplicación del sistema a los motores de ignición por compresión, se observa que esta aplicación no es viable. De hecho, a diferencia del caso de los motores de ignición por bujía, en el caso de los motores de ignición por compresión la inyección en el cruce daría lugar también a la ignición del combustible. Esto generaría un esfuerzo térmico insoportable de las válvulas en el lado de la combustión. La presencia de lo que antecede daría lugar también a un bajo rendimiento por la caída de presión durante el paso del gas de combustión a través de la válvula.

Además, en el motor descrito en los documentos citados, cuando se abre el lado de la combustión, está presente una fuerte diferencia de presión entre el cilindro de compresión y el cilindro de expansión, con la consiguiente pérdida de rendimiento debido a la fuerte pérdida dinámica del fluido.

En el documento US6340004 se describe un motor de la misma clase anteriormente descrita que proporciona un paso de cruce que tienen las respectivas válvulas en las aberturas de admisión y de salida. El conducto comprende, además, un regenerador del gas de combustión para acumular parte del calor de un ciclo y su explotación durante un ciclo sucesivo.

En los documentos US4157080A y en DE2812199, se describen motores que proporcionan una etapa de sobrealimentación del motor y dos pistones del cilindro de compresión y del cilindro de combustión que están desplazados en un ángulo de 180 grados entre sí.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Es una característica de la presente invención dar a conocer un motor de “ciclo dividido” de ignición por compresión que genera bajas emisiones de polvo.

Otra característica de la presente invención es dar a conocer un motor de ignición por compresión que causa una baja emisión de óxidos de nitrógeno.

Asimismo, otra característica de la presente invención es dar a conocer un motor de ignición por compresión que hace posible obtener altos valores de rendimiento y de potencia específica.

Otra característica de la presente invención es dar a conocer un motor de ignición por compresión para reducir el gradiente de presión en la fase de combustión y luego, el ruido y el alto esfuerzo mecánico que se derivan de dichas presiones.

Otra característica adicional de la presente invención es dar a conocer un motor de ignición por compresión que es estructuralmente fácil y de bajo coste de fabricación.

Estos y otros objetos se consiguen mediante un motor de “ciclo dividido” de ignición por compresión que comprende:

- un bloque de cilindros;

- un cilindro de expansión que tiene un pistón de expansión que está adaptado para desplazarse, de forma alternativa, en dicho cilindro de expansión entre un punto muerto superior ( ETDC) y un punto muerto inferior (EBDC) por medio de un mecanismo de cigüeñal, causando siempre dicho mecanismo de cigüeñal una posición predeterminada de dicho pistón de expansión para estar en correspondencia con un ángulo del cigüeñal predeterminado;

- un cilindro de compresión que tiene un pistón de compresión que está adaptado para desplazarse, de forma alternativa, en dicho cilindro de compresión entre un punto muerto superior (CTDC) y un punto muerto inferior (CBDC) en función de un desplazamiento de fase angular predeterminado en retardo con respecto al ángulo del cigüeñal de dicho cilindro de expansión, estando dicho cilindro de compresión dispuesto adyacente a dicho cilindro de expansión;

- una culata de cilindro que cierra dicho cilindro de compresión y de expansión y en donde al menos está previsto un paso de cruce que conecta dichos cilindros y comprende una abertura en el lado de la compresión y una abertura en el lado de la expansión, comprendiendo dicha culata de cilindro al menos una válvula de admisión que está situada frente a dicho cilindro de compresión para la admisión de un fluido comburente en dicho cilindro de compresión y al menos una válvula de escape que está situada frente a dicho cilindro de expansión para e escape del gas quemado que sale desde dicho cilindro de expansión;

- al menos una válvula de transferencia dispuesta en la abertura del lado de la compresión del paso de cruce;

- un medio para causar un movimiento de apertura y cierra de dicha válvula de transferencia en momentos predeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones;

- un medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de escape en momentos predeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones;

- un medio para inyectar combustible en dicho paso de cruce o en dicho cilindro de expansión en momentos predeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones, de modo que ocurra una ignición por compresión del combustible inyectado al alcanzar una temperatura de ignición por compresión; caracterizado por cuanto que dicho paso de cruce define una cámara de combustión única en combinación con dicho cilindro de expansión con el que está en comunicación constante, por cuanto que dicho medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de transferencia abre dicha válvula de transferencia por anticipado con respecto al ángulo del cigüeñal de dicho ETDC, con un movimiento de apertura de avance más alto o igual a 20º del ángulo del cigüeñal, de tal manera que:

- desde la apertura instantánea de dicha válvula de transferencia... [Seguir leyendo]

1. Un motor de “ciclo dividido” de ignición por compresión (100) que comprende:

- un bloque de cilindros (200) :

- un cilindro de expansión (6) que tiene un pistón de expansión (7) que está adaptado para desplazarse, de forma alternativa, en dicho cilindro de expansión (6) entre un punto muerto superior (ETDC) y un punto muerto inferior (EBDC) mediante un mecanismo de cigüeñal (20) , dando lugar siempre dicho mecanismo de cigüeñal (20) a una posición predeterminada de dicho pistón de expansión (7) para estar en correspondencia con un ángulo de cigüeñal predeterminado;

- un cilindro de compresión (2) que tiene un pistón de compresión que está adaptado para desplazarse, de forma alternativa, en dicho cilindro de compresión (2) entre un punto muerto superior (CTDC) y un punto muerto inferior (CBDC) en función de un desplazamiento de fase angular predeterminado, en retardo con respecto al ángulo del cigüeñal de dicho cilindro de expansión (6) , estando dicho cilindro de compresión (2) dispuesto adyacente a dicho cilindro de expansión (6) ;

- una culata de cilindro (30) que cierra dichos cilindros de compresión y de expansión (6) y en donde al menos se proporciona un paso de cruce (5) que conecta dichos cilindros y que comprende una abertura en el lado de la compresión y una abertura en el lado de la expansión, incluyendo dicha culata de cilindro (30) al menos una válvula de admisión (3) que está situada frente a dicho cilindro de compresión (2) o introduciendo un fluido comburente en dicho cilindro de compresión (2) y al menos una válvula de escape (9) que está situada frente a dicho cilindro de expansión (6) para el escape de los gases quemados que salen desde dicho cilindro de expansión (6) ;

- al menos una válvula de transferencia (4) dispuesta en la abertura del lado de compresión del paso de cruce (5) ;

- un medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de transferencia (4) en momentos predeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones (1, 7) ;

- un medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de escape (9) en momentos predeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones (1, 7) ;

- un medio de inyección de combustible en dicho paso de cruce (5) o en dicho cilindro de expansión (6) en momentos predeterminados del ciclo alternativo de dichos pistones (1, 7) de modo que se produzca una ignición por compresión del combustible inyectado por medio de la compresión hasta alcanzar una temperatura de auto-ignición; caracterizado por cuanto que dicho paso de cruce (5) define una cámara de combustión única en combinación con dicho cilindro de expansión (6) con el que está en comunicación constante, por cuanto que dicho medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de transferencia (4) abre dicha válvula de transferencia (4) con anticipación con respecto al ángulo del cigüeñal de dicho punto ETDC, con un movimiento de apertura anticipado más alto o igual a 20º del ángulo del cigüeñal, de tal manera que:

- desde el instante de apertura de dicha válvula de transferencia (4) hasta el alcance de dicho punto ETDC exista una importante ecualización de presión instantánea entre dicho cilindro de compresión (2) y dicho cilindro de expansión

(6) y entre dicho punto ETDC y dicho punto CTDC se produce una transferencia prácticamente total de dicho fluido comburente entre dicho cilindro de compresión (2) y dicho cilindro de expansión (6) , a través de dicho paso de cruce (5) ; y por cuanto que dicho medio de inyección de combustible inyecta dicho combustible comenzando desde el alcance de dicho punto ETDC por dicho pistón de expansión (7) , de modo que dicha inyección de combustible se produzca simultáneamente con la transferencia de dicho fluido comburente a través de dicho paso de cruce (5) .

2. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de transferencia (4) abre dicha válvula de transferencia (4) con anticipación con respecto al ángulo del cigüeñal de dicho punto ETDC, con un movimiento de apertura avanzado, que se establece entre 80º y -25º, en particular entre -35º y -30º.

3. Un motor según la reivindicación 1, en donde dicho medio de inyección de combustible está adaptado para inyectar una pequeña cantidad de combustible, así denominadas inyecciones piloto, con anticipación con respecto al punto ETDC para el precalentamiento del entorno de combustión.

4. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de escape (9) está adaptada para bloquear dicha válvula de escape (9) con un ángulo de avance predeterminado con respecto al alcanzado por dicho pistón de expansión (7) de dicho punto ETDC, de modo que en dicho cilindro de expansión (6) se produzca una compresión de una parte del gas de escape hasta una presión predeterminada y dicho medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de transferencia (4) abre dicha válvula de transferencia (4) cuando dicho pistón de compresión haya comprimido fluido comburente en dicho cilindro de compresión

(2) hasta una presión prácticamente igual a la presente en dicho cilindro de expansión (6) , de modo que dicha transferencia de dicho fluido comburente se realice a través de dicho paso de cruce (5) desde dicho cilindro de compresión (2) a dicho cilindro de expansión (6) y la auto-ignición del combustible se produzca prácticamente al mismo tiempo, en particular dicho cierre del ángulo de avance determinado de dicha válvula de escape (9) con respecto a dicho punto ETDC sea de al menos 40º.

5. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho desplazamiento de fase angular entre el ángulo del cigüeñal de dicho pistón de compresión con respecto al ángulo de cigüeñal de dicho pistón de expansión (7) se establece entre 10º y 45º, preferentemente entre 20º y 30º, en particular es de 25º, en particular un medio de ajuste se proporciona para regular dicho desplazamiento de fase angular entre dicho pistón de compresión y dicho pistón de expansión (7) teniendo en cuenta las condiciones operativas del motor.

6. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho medio para causar un movimiento de apertura y cierre de dicha válvula de transferencia (4) abre dicha válvula de transferencia (4) con anticipación con respecto al cierre de dicha válvula de escape (9) , de modo que, en el cilindro de expansión (6) se produce un lavado con fluido comburente reciente del gas de escape antes del cierre de dicha válvula de escape (9) , de modo que cuando se cierre la válvula de escape

(9) exista un crecimiento de la presión en los dos cilindros de expansión y de compresión (2) con el fin de alcanzar una mayor potencia.

7. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho mecanismo de cigüeñal (20) comprende un eje impulsor único que acciona dicho pistón de compresión (1) y dicho pistón de expansión (7) .

8. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho mecanismo de cigüeñal (20) comprende al menos un eje impulsor que acciona dicho pistón de expansión (7) y un segundo eje impulsor que acciona dicho pistón de compresión (1) , estando dichos primero y segundo ejes impulsores conectados entre sí, manteniendo una misma velocidad de rotación.

9. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho mecanismo de cigüeñal (20) de dichos pistones de dicho cilindro de compresión (2) y de dicho cilindro de expansión (6) es del tipo de biela maestra-biela articulada.

10. Un motor, según la reivindicación 1, en donde se proporcionan varios pasos de cruce (5) entre dicho cilindro de expansión (6) y dicho cilindro de compresión (2) , en donde cada uno de dichos pasos de cruce (5) tiene al menos una válvula de transferencia respectiva (4) dispuesta en la abertura del lado de compresión del paso de cruce (5) y en comunicación constante con dicho cilindro de expansión (6) .

11. Un motor, según la reivindicación 1, en donde para la admisión en el cilindro de compresión (2) , así como para el escape desde el cilindro de expansión (6) , se proporcionan más válvulas de admisión y de escape (9) asociadas con los respectivos conductos de admisión y de escape.

12. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho motor está asociado con un compresor de sobrealimentación que está adaptado para obtener una más alta potencia específica del motor y también un mejor rendimiento termodinámico.

13. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho cilindro de compresión (2) y dicho cilindro de expansión presenta un mismo desplazamiento o un diferente desplazamiento, en particular, en el caso de un desplazamiento diferente, el más alto desplazamiento está en el cilindro de expansión (6) .

14. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho motor comprende una pluralidad de cilindros de compresión (2) asociados, respectivamente, a una pluralidad de cilindros de expansión (6) dispuestos y combinados entre sí en una forma determinada.

15. Un motor, según la reivindicación 1, en donde dicho paso de cruce (5) proporciona un elemento de ajuste que está adaptado para ajustar la sección transversal y/o el volumen de dicho paso de cruce (5) con el fin de adaptarse a las diferentes condiciones operativas del motor, en particular dicho elemento de ajuste puede estar conformado como un perno o una paleta.