Motor de compresión variable y Ciclo Atkinson sin rozamientos ni vibraciones

Figura 1

 

Breve descripción del estado del arte

Con el fin de reducir los rozamientos laterales entre pistón y cilindro se han ideado, a lo largo de la historia, gran cantidad de configuraciones que consiguen un movimiento lineal del pistón sin necesidad de ser guiado por los cilindros. Estos esfuerzos comienzan en la época de las máquinas de vapor y para ello se utilizaron cadenas cinemáticas complicadas o deslizaderas.

Una configuración interesante, consiste en un sistema de corona de dientes interiores y planetario que permiten fijar la biela en un punto cuya trayectoria es una línea recta, lo cual convierte el movimiento de la biela en un movimiento de translación. Al evitar que la biela se incline, desaparecen las fuerzas que el cilindro hace sobre el pistón y los rozamientos asociados.

Este concepto, que se conoce desde las primeras maquinas de vapor, se encuentra muy elaborado en una patente de 1914: Nº 271755 Klosse 46ª Gruppe 30.

La idea se ha intentado patentar muchas otras veces debido al desconocimiento de los trabajos anteriores.

La presente invención utiliza dicha configuración, sustituyendo el pistón, que va unido al planetario, por dos eslabones cinemáticos que constituyen la cabeza del pistón y su pie, y tienen movimiento relativo entre sí: haciendo girar la cabeza del pistón respecto a su pie, debido a una unión roscada, se modifican las medidas del conjunto, consiguiendo una diferencia de altura en el punto muerto superior y modificando de este modo la relación de compresión.

Con el fin de poder conseguir una gran variación en la carrera efectiva de la admisión y compresión, necesaria para realizar un ciclo Atkinson, se recurre a una válvula de admisión rotativa, cuyo cierre se puede desfasar, y que opera en serie con una segunda válvula, de diseño convencional, que se encarga del cierre final y de combatir las altas presiones. Esta solución, de gran simplicidad, es posible debido a que la válvula rotativa retiene una presión diferenciada inferior a un bar, y un cierre imperfecto no penaliza el rendimiento. La Figura 1 muestra el mecanismo al completo.

Objetivos

Los objetivos que se quieren lograr es un mejor rendimiento de los motores o compresores actuales. Con este fin se actúa en varios frentes:

1. Se elimina el rozamiento entre pistón y cilindro característicos de todos los motores constituidos por bielas que se inclinan, lo que origina una fuerza de rozamiento. Dicha fuerza origina grandes pérdidas mecánicas.

2. Se utiliza un sistema de compresión variable que mejora el ciclo termodinámico para cualquier demanda de potencia.

3. Con el fin de combinar, en condiciones habituales de bajo consumo con grandes picos de potencia, se recurre a un control de la carrera de efectiva de la carrera de admisión utilizando una válvula rotativa de desfase variable que trabaja en serie con otra válvula de arquitectura convencional. Esta segunda válvula tiene su cierre retrasado y se encarga de cerrar las altas presiones.