Motor de dos tiempos con bajo consumo y bajas emisiones.

Motor de dos tiempos, compuesto de un carter (11) que define at nnenos un cilindro (18) de motor,

un inyector (58) para la inyeccion directa de combustible en el cilindro (18) de motor, un piston (20) de motor movil en el interior del cilindro (18) de motor entre un punto muerto superior y un punto muerto inferior, un ciguefial (14) soportado en el carter (11) con at menos dos cojinetes (2, 3) y que incluye al menos un pasador (83) de manivela, at menos una primera biela (15) articulada en el pist6n (20) de motor y el pasador (83) de manivela del ciguerial (14), una bomba (9) de aire, un tubo (32) principal conectado a la bomba (9) de aire que se comunica con el cilindro (18) de motor a traves una pluralidad de tubos (28) de barrido que se abren en dicho cilindro a traves de los puertos de barrido respectivos colocados inmediatamente por encima del pist6n (20) en su posici6n de punto muerto inferior, y un tubo (33) de escape que se abre en el cilindro (18) a traves de un puerto de escape localizado inmediatamente por encima del piston (20) en su posicion de punto muerto inferior, caracterizado por incluir at menos un tubo (29) auxiliar conectado a una fuente de aire presurizado y que fluye en dicho cilindro (18) a un nivel mas alto que los tubos (28) de barrido y los tubos (33) de escape, y una valvula (30) para abrir y cerrar selectivamente el tubo (29) auxiliar para la sobrealimentacion durante el funcionamiento y para la descompresiOn para reducir el par resistente en el arranque del motor.

Motor de dos tiempos con bajo consumo y bajas emisiones

Campo tecnico

La presente invenciOn se refiere a un motor de dos tiempos, especialmente para uso automotriz.

Antecedentes de la tecnica

Como ya se sabe, el uso de un motor de dos tiempos se ha limitado principalmente al uso de motocicletas, lo que se debe sobre todo al reducido numero de componentes y la estructura simple consiguiente.

Otros aspectos positivos de un motor de dos tiempos, en comparacion con uno de cuatro tiempos, son la elevada potencia producida con el mismo desplazamiento y un par mas regular gracias a la disponibilidad de una carrera de expansion para cada revolucion del eje motriz.

Sin embargo, en el campo automotriz, los aspectos negativos han prevalecido sobre estas ventajas: un mayor consumo en comparaciOn con el de cuatro tiempos, la emisiOn de contaminantes, la necesidad de un mantenimiento masfrecuente.

El consumo y las emisiones, en particular, son objeto de regulaciones cada vez mas estrictas y una mayor atenciOn por parte del pUblico.

Todos

los fabricantes se comprometen a mejorar el rendimiento de los motores de cuatro tiempos esencialmente en dos frentes: por un lado, tratando de hacer el mejor uso del combustible en la camara de combustion (por consiguiente, pequefios motores con pequefias camaras de combustion para la maxima eficiencia, inyecciOn directa y sobrealimentaciOn) , y por el otro, mejorando la eficiencia mecanica mediante la reduccion de la fricciOn y la

reducciOn de las perdidas por sobretension, usando dispositivos eficaces pero costosos que cambian la fase y la elevaciOn de valvulas; vale la pena recordar que en un motor de cuatro tiempos normal las perdidas mecanicas a potencia maxima alcanzan aproximadamente un 20% de la potencia maxima del motor.

En un motor disefiado para el trafico urbano, y por lo tanto usado principalmente a una velocidad media-baja, y con valores MEP de aproximadamente un 20-30% del MEP maximº , las perdidas por fricciOn y sobretension afectan gravemente al consumo.

Un motor de dos tiempos al 30% del MEP tiene la mitad de las perdidas por fricción y un tercio de las perdidas por sobretension que un motor de cuatro tiempos; al 100% del MEP las perdidas por friccion para el de dos tiempos permaneceran por debajo de aproximadamente el 20%.

Cuando se analiza el rango de funcionamiento habitual de los coches con motores pequetios en el trafico urbano, el consumo especifico indicado para un motor de dos tempos alimentado por inyección directa de gasolina es aproximadamente un 30% mas bajo que el de uno de cuatro tiempos con el mismo rendimiento.

Eneste punto, parece logicº plantear el problema de si un nuevo concepto de motor de dos tiempos es una alternativa valida a uno de cuatro tiempos en el campo del transporte ligero, y especialmente dentro de un entorno predominantemente urbano. \tease, por ejemplo, la publicaciOn de patente GB2249585.

Divulgacion de la invencion

El objetivo de la presente invencion es proporcionar un motor de dos tiempos mejorado que elimine las desventajas asociadas con los motores de dos tiempos tradicionales, pero que aproveche los aspectos positivos, de manera que pueda usarse con eficacia en el campo automotriz.

Otro objetivo de la presente invencion es proporcionar un motor de dos tiempos que sea especialmente adecuado para aplicaciones de accionamiento electricº o hibridas.

El objetivo mencionado anteriormente se logra con un motor de dos tiempos, de acuerdo con la reivindicacion 1.

Breve descripcion de los dibujos

Con el fin de entender mejor la presente invencion, se proporciona una descripción de dos realizaciones preferidas coma ejemplos no limitantes, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una sección de un motor de un solo cilindro de dos tiempos construido de acuerdo con la presente invencion, basado en una superficie perpendicular al eje del ciguerial, y que contiene el eje del cilindro;

Las figuras 2 a 8 son vistas esquernaticas y parciales que ilustran las posiciones de las partes principales del motor en diferentes angulos con respecto al eje motriz a traves de un ciclo;

La figura 9 es una sección del motor de la figura 1 a lo largo de una superficie que contiene el eje del ciguerial y el eje del cilindro; La figura 10 es una sección transversal del motor basado en una superficie perpendicular al eje del cilindro;

• La figura 11 es una seccion de la sincronización del arbol de levas variable para el motor de la figura 1, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

La figura 12 es una sección transversal de un motor de tres cilindros de acuerdo con una realizacion diferente de la presente invencion; y

La figura 4A es una vista esquernatica de las partes principales del motor de la figura 12, en una posiciOn que corresponde a la de la figura 4, de acuerdo con otra realizaciOn.

Mejor modo de realizar la invencion

Las figuras 1, 9 y 10 muestran un nuevo concepto de motor de un solo cilindro indicado en conjunto con el nOmero 10, que se aplica en particular, pero no exclusivamente, a vehiculos electricos o hibridos.

El motor 10 incluye un carter 11 que consiste en dos semicarteres 12, 13 y un ciguefial 14 soportado por dos cojinetes 2, 3 en el carter 11. El carter 11 define en un lado un cilindro 18 de motor, que tiene un eje A, que contiene unpiston 20 de motor deslizante completo con unos segmentos 21 de carril y un anillo 22 de control de aceite, alojados en la parte inferior del piston. El piston 20 se articula en una biela 15 por medio de un pasador 19.

En otro lado del carter 11 hay un bomba 9 de aire que incluye un cilindro 23 de bomba, que tiene un eje B perpendicular al eje A, que contiene un pistón 24 de bomba deslizante completo con unos segmentos 25 de carril y unanillo 26 de control de aceite. El piston 24 de bomba se articula en una biela 16 por medio de un pasador 27.

El ciguefial 14 tiene un pasador 83 de manivela en el que se articulan unas bielas 15, 16 a traves de unos cojinetes 4, 5 de bolas. Por razones económicas, el ciguerial 14 se construye preferentemente en tres piezas: dos semiarboles 14a, 14b y el pasador 83 de manivela que los conecta (figura 9) .

La bomba 9 de aire, colocada con su eje perpendicular al del cilindro 18 de motor, tiene la ventaja de equilibrar las fuerzas de primer orden: el componente de equirotacion puede equilibrarse con el contrapeso del cigilierial 14 mientras que el componente de contrarotacion se opone al del motor y lo anula.

Los cojinetes 2, 3 principales del cigtierial 14 y los cojinetes 4, 5 de bolas se lubrican con aceite presurizado por medio de una bomba 17 colocada en el ciguefial 14; esta elecciOn tiene por objeto lograr unos niveles de sonido bajos.

El cilindro 23 de bomba y el cilindro 18 de motor estan conectados por un tubo 32 principal que se comunica con un

colector 34 de admision a traves de un grupo de valvulas unidireccionales con unos listones 37. El tubo 32 principal se comunica con el interior del cilindro 18 de motor a traves de una pluralidad de puertos 28 de transferencia que se abren en los puertos respectivos colocados inmediatamente por encima del piston 20 en el punto muerto inferior. Los puertos 28 de transferencia, que tienen una seccion transversal sustancialmente rectangular, se inclinan hacia arriba, avanzando desde el tubo 32 principal hacia el cilindro 18, y se distribuyen alrededor de este ultimo (figura 10)

conla excepcion del area diametralmente opuesta al tubo 32, que contiene el puerto de salida para un tubo 33 de escape. El puerto del tubo 33 de escape, que tambien tiene una sección transversal sustancialmente rectangular, se establece inmediatamente por encima del piston colocado en el punto muerto inferior.

El tubo 32 principal esta conectado al cilindro 18 por un tubo 29 auxiliar que se ramifica aguas arriba desde los

puertos 28 de transferencia, se inclina hacia arriba y fluye en el cilindro 18 a un nivel mas alto que los conductos 28 de transferencia y el tubo 33 de escape. El tubo 29 auxiliar sirve tanto para la sobrealimentacion como para la descompresion.

El tubo 29 auxiliar se interseca con un asiento 38 cilindrico, proporcionado de manera tangencial en la pared del

cilindro 18, que aloja una valvula 30 giratoria que gira a la misma velocidad que el cigOefial 14, pero en la dirección opuesta, y soportado por dos cojinetes 85, 86 de bolas; la valvula 30 giratoria es cilindrica y se acopla hermeticamente al asiento 38 para cerrar el tubo 29, pero tiene una ranura 31 anular configurada para abrir el tubo 29 de... [Seguir leyendo]

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para la inyeccion directa de combustible en el cilindro (18) de motor, un piston (20) de motor movil en el interior del cilindro (18) de motor entre un punto muerto superior y un punto muerto inferior, un ciguefial (14) soportado en el

• carter (11) con at menos dos cojinetes (2, 3) y que incluye al menos un pasador (83) de manivela, at menos una primera biela (15) articulada en el pistón (20) de motor y el pasador (83) de manivela del ciguerial (14) , una bomba

(9) de aire, un tubo (32) principal conectado a la bomba (9) de aire que se comunica con el cilindro (18) de motor a

traves una pluralidad de tubos (28) de barrido que se abren en dicho cilindro a traves de los puertos de barrido respectivos colocados inmediatamente por encima del pistón (20) en su posición de punto muerto inferior, y un tubo (33) de escape que se abre en el cilindro (18) a traves de un puerto de escape localizado inmediatamente por encima del piston (20) en su posicion de punto muerto inferior, caracterizado por incluir at menos un tubo (29) auxiliar conectado a una fuente de aire presurizado y que fluye en dicho cilindro (18) a un nivel mas alto que los tubos (28) de barrido y los tubos (33) de escape, y una valvula (30) para abrir y cerrar selectivamente el tubo (29)

auxiliar para la sobrealimentacion durante el funcionamiento y para la descompresiOn para reducir el par resistente en el arranque del motor.

2. Motor de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el tubo (29) auxiliar proviene del tubo (33) principal y par que la bomba (9) es la fuente de aire presurizado.

3. Motor de acuerdo con la reivindicaciOn 1, caracterizado por que la valvula (30) es una valvula giratoria acoplada hermeticamente a un asiento (38) cilindrico que se interseca con el tuba (29) auxiliar y tiene at menos una ranura

(31) tangencial capaz de alinearse selectivamente por si misma con el tuba (33) principal.

4. Motor de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la valvula (30) incluye un canal (35) configurado para permitir que los gases de escape recirculen desde el cilindro (18) a traves del tubo (29) auxiliar, antes de que se abra el puerto de escape.

5. Motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por incluir un transformador

(76) de fase asociado con dicha valvula (30) y configurado para girar la valvula (30) en un angulo determinado, para excluir la sobrealimentaciOn en condiciones de carga parcial.

6. Motor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por incluir una valvula (51) reguladora para reducir el tubo (33) de escape en condiciones de carga parcial, estando la valvula (51) reguladora

alojada preferentemente en un colector (60) en contacto con una camara (63) de refrigeracion que se comunica con el circuito de refrigeraciOn del motor.

7. Motor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por ser un motor (10) de un solo cilindro.

8. Motor de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que la bomba incluye un cilindro (24) de bomba alojado en el motor (10) , un piston (23) de bomba que se desliza en el cilindro (24) de bomba, y una segunda biela

(16) articulada en el mismo pasador (83) de manivela del ciguefial (14) .

9. Motor de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que el cilindro (18) de motor y el cilindro (24) de bomba tienen unos ejes (A, B) respectivos dispuestos sustancialmente a 900 entre si.

10. Motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por incluir una maquina electrica integrada con un estator (81) alojado en el carter (11) y un rotor (88) conectado at ciguerial (14) .

11. Motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el motor es un motor

(100) de varios cilindros.

12. Motor de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado par incluir al menos una bomba de suministro continuo

• que alimenta aire en los cilindros.

13. Motor de acuerdo con la reivindicaciOn 12, caracterizado por que incluye una camara (82) conectada a los puertos (28) de transferencia de cada cilindro (18) y un tubo (66) principal que conecta la camara a la bomba.

14. Motor de acuerdo con la reivindicacion 13, caracterizado por incluir medios para suministrar aire a los tubos

(29) auxiliares de cada cilindro (18) a una presiOn mas alta que la del aire en el tubo (66) principal.

15. Motor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por incluir una bomba (17) de aceite para la lubricacion forzada de los cojinetes (2, 3) y el pasador (83) de manivela.

Fig, I

Fig. 2 Fig. 3

Fig. 4 Fig. 4A

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Fig 10