MXNL06000032A - Motor toroidal de combustion interna y metodo de operacion del mismo. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a un motor de combustion interna de dos tiempos y metodo de operacion que comprende dos pares de pistones de doble accion que estan dispuestos en una estructura toroidal hueca. Cada para de pistones de doble accion es operativamente conectado entre si y se mueve en la misma direccion rotacional. Cada uno de los pistones tiene dos cabezas que funcionan con una cabeza de un piston dispuesto adyacente para definir un cilindro entre las dos. Cerca de la mas cercana aproximacion de las dos cabezas opuestas, la combustion de la mezcla de aire y combustible ocurre y los pistones retroceden uno del otro en una carrera de expansion. Cerca de su maxima separacion, una de las dos cabezas opuestas del cilindro definido abre una lumbrera de escape y luego la otra de las cabezas opuestas abre una lumbrera de admision. En la carrera de compresion de regreso, durante la cual las cabezas opuestas se mueven hacia la otra, la lumbrera de escape cierra primero y la lumbrera de admision al ultimo.

Description

MOTOR TOROIDAL DE COMBUSTIÓN INTERNA Y MÉTODO DE OPERACIÓN DEL MISMO DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN Este invento se relaciona en general a un motor de combustión interna de dos tiempos, a su método de operación y más particularmente a un motor de combustión interna que tiene un par de cabezas de pistón de doble acción, opuestas, que definen parcialmente cada cilindro del motor y a un método para operar dicho motor. ANTECEDENTES La presente invención tiene como objetivo promover un mejor aprovechamiento del combustible a través de una configuración que permite llevar a cabo una combustión más eficiente que la alcanzada en los motores reciprocantes convencionales; esto se logra gracias a que el comportamiento de los cilindros de este motor promueve un ciclo de combustión más aproximado al ciclo ideal Otto con lo que, como se explicará con más detalle posteriormente, se logran reducir las emisiones contaminantes e incrementar la potencia de salida del mecanismo. Por último si se hace una comparación de la presente invención con los motores convencionales de potencia de salida similar, este motor cuenta con las ventajas de un tamaño reducido y un menor número de piezas. Los motores convencionales de cuatro tiempos cuentan con un gran número de piezas y elementos para controlar la entrada y salida del aire y gases de escape, estos motores requieren de un árbol de levas y todo un sistema para controlar las válvulas, además de que se desperdicia uno de los ciclos del motor en vaciar y rellenar la cámara con aire y combustible para una nueva combustión. Este ciclo desperdiciado en los motores de cuatro tiempos es aprovechado en los motores de dos tiempos para producir potencia, sin embargo el costo de esta ventaja es que se presenta una gran fuga de combustible o, en algunos motores de dos tiempos con inyección directa de combustible en las cámaras, se requiere de la aplicación de tecnología de inyección de combustible muy costosa y que aumenta considerablemente la complejidad y el tamaño del motor.

El motor toroidal de combustión interna ha logrado mantener un reducido número de piezas asegurando la capacidad de no permitir las fugas de combustible sin la necesidad de tener válvulas accionadas mecánicamente. Así mismo tiene la capacidad de ser sobrealimentado para poder generar mayor densidad de potencia que los motores convencionales de dos y cuatro tiempos. El concepto de este invento se origina a partir de la patente mexicana 208147 titulada MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA DE DOS TIEMPOS Y MÉTODO DE OPERACIÓN, otorgada el 31 de Mayo de 2002 a los señores Octavio Rocha y Serafín Cano. La presente invención esta dirigida para mejorar la eficiencia del motor referido en la patente mencionada. Para cumplir con este objetivo se hicieron una serie de cambios en el motor original que impactaron de forma substancial mejorando su desempeño considerablemente. Como se podrá observar más adelante, la configuración del motor original, de acuerdo a la patente 208147, tiene una pluralidad de pistones de doble acción, entre los cuales cada uno controla con una de sus caras la apertura y cierre de uno de los puertos de admisión y con la otra la apertura y cierre de los puertos de escape. En el mecanismo protegido por la presente patente cada pistón lleva a cabo una función diferente, ya que estos se encuentran especializados. Cada pistón controla con ambas caras o ya sea los puertos de admisión o ya sean los puertos de escape, nunca alternadamente como se hacía en el motor original. Esto, como se vera posteriormente cuando se describa la invención, permite utilizar una configuración que minimiza el espacio total que ocupa el motor. Asimismo, en la patente 208147, se especifica que durante la etapa de compresión las cabezas controladoras de las lumbreras de admisión llegan a su punto muerto superior (PMS) antes que las cabezas controladoras de las lumbreras de escape hagan lo mismo y durante la etapa de expansión las cabezas controladoras de las lumbreras de escape llegan a su punto muerto inferior (PMI) antes que las cabezas controladoras de las lumbreras de admisión hagan lo mismo. El motor propuesto en la presente invención tiene un comportamiento diferente, ya que durante la etapa de compresión las cabezas controladoras de las lumbreras de escape llegan a su PMS antes que las cabezas controladoras de las lumbreras de admisión hagan lo mismo y durante la etapa de expansión las cabezas controladoras de las lumbreras de escape llegan a su PMI antes que las cabezas controladoras de las lumbreras de admisión hagan lo mismo. Como se podrá apreciar en la descripción posterior del invento protegido por la presente patente, este comportamiento particular se deriva en mejores condiciones para la combustión en los cilindros del motor debido a que todas las etapas del ciclo de dos tiempos se ven beneficiadas con este cambio. Otra parte del diseño, la cual resulta innovadora, es la configuración de la entrada y salida de los gases de alimentación y escape del motor. El arreglo propuesto en la presente patente permite que, tanto el aire que entra al motor como los gases de escape que se liberan a la atmósfera, sean orientados desde el inicio hacia la trayectoria que deben de seguir para ser desplazados hacia el medio ambiente, con lo cual se hace más eficiente la sustitución de gases quemados por aire en las cámaras de combustión durante la etapa de barrido. También, a diferencia del motor presentado en la patente 208147, el sistema de enfriamiento del nuevo motor es completamente innovador, ya que se trata de un conducto espiral que se ha adaptado a la forma particular del cuerpo toroidal y que abarca todos los lugares en donde es necesario extraer calor sin interferir con ninguno de los múltiples sistemas que interactúan en el área del cilindro.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Fig. 1 es una vista frontal de un motor de combustión interna que incorpora la presente invención; La Fig. 2 es una vista posterior de un motor de combustión interna que incorpora la presente invención; La Fig. 3 es una vista lateral de un motor de combustión interna que incorpora la presente invención; La Fig. 4 es una vista transversal de un motor de combustión interna que incorpora la presente invención tomada a lo largo de la línea X-X de la FIG. 3; La Fig. 5 es una vista transversal de un motor de combustión interna que incorpora la presente invención tomada a lo largo de la línea Y-Y de la FIG. 3, sin la carcasa exterior para mostrar mejor el par de pistones relacionados. La Fig. 6 es una vista transversal de un motor de combustión interna que incorpora la presente invención tomada a lo largo de la línea Z-Z de la FIG. 3, sin la carcasa exterior para mostrar mejor el par de pistones relacionados.

La Fig. 7 es una gráfica que muestra la posición de cada cabeza de un primer par de cabezas opuestas que definen los límites de movimiento de un cilindro durante una rotación del cigüeñal del motor que incorpora la presente invención. La Fig. 8 es una gráfica que muestra la posición de cada cabeza de un segundo par de cabezas opuestas que definen los límites de movimiento de un cilindro durante una rotación del cigüeñal del motor que incorpora la presente invención. La Fig. 9 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal está en la posición de cero grados. La Fig. 10 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 10 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 11 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 35 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 12 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 71 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 13 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 161 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 14 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 175 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fíg. 15 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 189 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 16 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 201 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 17 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 286 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 18 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 300 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 19 es un diagrama esquemático que muestra la posición relativa de dos pares de pistones dispuestos en un cilindro del motor que incorpora la presente invención, cuando el cigüeñal esta en posición de 350 grados de rotación en dirección de las manecillas del reloj; La Fig. 20 representa el área central de dichos cilindros de volumen variable en donde se encuentra localizada al menos una bujía y/o al menos un inyector de combustible; La Fig. 21 representa el área central de dichos cilindros de volumen variable en donde se encuentra localizada al menos una bujía y/o al menos un inyector de combustible; La Fig. 22 representa los puertos a través de los cuales el líquido refrigerante fluye entre ambos tiroides. La Fig. 23 representa los puertos a través de los cuales el líquido refrigerante fluye entre ambos tiroides. La Fig. 24 representa la trayectoria que sigue el flujo de enfriamiento alrededor de las cámaras de combustión. La Fig. 25 representa la trayectoria que sigue el flujo de enfriamiento alrededor de las cámaras de combustión. La Fig. 26 representa el barrido con trayectoria tangencial al centro del cilindro que incorpora la presente invención. La Fig. 27 es una gráfica que muestra la relación entre la presión del cilindro y el volumen para un ciclo ideal, para un ciclo convencional y para el ciclo del motor que incorpora la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se muestra en las figuras 1 a la 6, un motor de combustión interna 100 que incorpora la presente invención tiene una estructura toroidal hueca compuesta por los segmentos 1 y 2. Una pluralidad de lumbreras de admisión 5 y lumbreras de escape 6 se definen en posiciones espaciadas aparte en la periferia alrededor de la superficie interior de la estructura toroidal hueca. El termino toroidal se usa en el presente en su sentido acostumbrado como describiendo una estructura en forma de dona. Aunque dicha estructura es descrita como que es generada por un círculo girado alrededor de un eje en su plano que no intercepta al eje, si se desea otras formas rotativas como una elipse, rectángulo u otra forma adecuada puede ser empleada para formar la estructura toroidal hueca del motor que incorpora la presente invención. Un primer par de pistones en forma de segmento toroidal 20, 40 cuyas longitudes angulares son idénticas entre sí y se encuentran cercanas en el rango de 50° y 80°, dispuestos de manera que pueden oscilar, para movimiento a través de un arco circular, en la estructura toroidal hueca formada por los segmentos 1 y 2, en posiciones radialmente opuestas y separadas. Cada miembro 20, 40 del primer par de pistones tiene sus respectivas cabezas controladoras de lumbreras de admisión 22, 24, 42, 44 referidas en lo sucesivo como "cabezas de admisión" y una parte media 12 dispuesta entre las cabezas de admisión de los respectivos pistones 20, 40. Un segundo par de pistones en forma de segmento toroidal 30, 50 cuyas longitudes angulares son idénticas entre sí y entre los pistones 20 y 40, dispuestos de manera que pueden oscilar para movimiento a través de un arco circular, en la estructura toroidal hueca formada por los segmentos 1 y 2, en posiciones radialmente opuestas y separadas en relación interpuesta con el primer par de pistones 20, 40. Cada miembro 30, 50 del segundo par de pistones tiene sus respectivas cabezas controladoras de lumbreras de escape 32, 34, 52, 54 referidas en lo sucesivo como "cabezas de escape" y una parte media 13 dispuesta entre las cabezas de escape de los respectivos pistones 30, 50. Tanto las cabezas de admisión como las cabezas de escape tienen en su cara frontal una porción cóncava, tal como se puede apreciar en la Fig. 4. El primer y segundo par de pistones están dispuestos en la estructura toroidal hueca formada por los elementos 1, 2 de manera que las cabezas de admisión 22, 42 de los pistones 20, 40 estén dispuestas en relación opuesta con las cabezas de escape 34, 54 de los pistones 30, 50. De igual manera las cabezas de admisión 24, 44 de los pistones 20, 40 están dispuestas en relación opuesta con las cabezas de escape 32, 52 de los pistones 30, 50. Como se muestra mejor en la Fig. 4, las respectivas cabezas opuestas del primer y segundo par de pistones 20, 40 y 30, 50 forman cuatro pares de cabezas opuestas 22-34, 32-44, 42-54, 24-52 y que funcionan con áreas de la superficie interior de la estructura toroidal hueca formada por los elementos 1, 2 para definir los cilindros respectivamente aparte 60, 70, 80 y 90. Cada uno de estos cilindros tiene una de las lumbreras de admisión 5 y una de las lumbreras de escape 6 dispuestas en comunicación fluida y tangencial con el cilindro respectivo. En la incorporación ilustrada, cada una de las lumbreras de admisión 5 y lumbreras de escape 6 están formadas por una pluralidad de aperturas espaciadas periféricamente en la pared interior de la estructura toroidal hueca formada por los elementos 1, 2. Aunque en los dibujos todas las lumbreras 5 y 6 aparentan ser del mismo tamaño, todas tienen una longitud angular diferente de acuerdo al cilindro en el que se encuentran dispuestas, siendo que las lumbreras de los cilindros 60 y 80 guardan semejanza entre ellas mismas así como las lumbreras de los cilindros 70 y 90 guardan semejanza entre ellas mismas. Cada uno de los cilindros 60, 70, 80 y 90 tiene un volumen variable que es aumentado por el movimiento de las cabezas opuestas alejándose una de otra durante una carrera de expansión y disminuye por el movimiento de las cabezas opuestas una hacia la otra durante la carrera de compresión durante el movimiento circular oscilatorio del pistón relacionado 20, 40 y 30, 50. Como lo muestra la Fig. 5, las cabezas de admisión 22, 24, 42, 44 operativamente abren y cierran una de las respectivas lumbreras de admisión 5 durante el movimiento circular oscilatorio de los pistones relacionados 20 y 40. Asimismo como lo muestra la Fig. 6, las cabezas de admisión 32, 34, 52, 54 operativamente abren y cierran una de las respectivas lumbreras de escape 6 durante el movimiento circular oscilatorio de los pistones relacionados 30 y 50. Es importante señalar que, como se describe en mayor detalle más adelante, el movimiento circular oscilatorio de cada uno del primer y segundo par de pistones 20, 40 y 30, 50 es controlado de manera que la lumbrera de escape 6 dispuesta en cada uno de los cilindros respectivos 60, 70, 80 y 90 es abierta antes de la apertura de la lumbrera de admisión 5 durante la carrera de expansión, y la lumbrera de escape 6 es cerrada antes del cierre de la lumbrera de admisión 5 durante la carrera de compresión. Una bujía 10 está dispuesta en cada uno de los cilindros 60, 70, 80 y 90 dentro de un rango cercano entre ±5.0° con respecto a la línea central entre las posiciones de máximo alejamiento entre las caras que forman cada uno de los cilindros 60, 70, 80 y 90, tal como se muestra en el área sombreada de las figuras 20 y 21. Las bujías se emplean en un motor adaptado para la ignición, por medio de una chispa, de una mezcla de aire y combustible. Alternamente, si el motor esta adaptado para ignición por compresión de la mezcla de aire y combustible, se puede colocar una bujía incandescente en cada uno de los cilindros 60, 70, 80 y 90 en el punto medio aproximado del cilindro respectivo. Un inyector de combustible 11 está dispuesto en cada uno de los cilindros 60, 70, 80 y 90 dentro de un rango cercano entre ±5.0° con respecto a la línea central entre las posiciones de máximo alejamiento entre las caras que forman cada uno de los cilindros 60, 70, 80 y 90, tal como se muestra en el área sombreada de las figuras 20 y 21. Este inyector puede ser de gasolina a alta presión si el motor se encuentra adaptado para la ignición por chispa o de diesel si se encuentra adaptado para la ignición por compresión. También puede omitirse este inyector en el centro de las cámaras si se desea adaptar el mecanismo para inyección directa en las lumbreras de admisión, para lo cual deberá colocarse fuera de las cámaras respectivas. Deseablemente el motor 100 incluye un compresor 4 impulsado por el cigüeñal 7 para proveer una fuente de aire comprimido que será utilizado en el barrido de las cámaras y, si se desea, para sobrealimentar los cilindros 60, 70, 80 y 90 después del cierre de las lumbreras de escape 6 y antes del cierre de las lumbreras de admisión 5. Como se ilustra en la Fig. 4, la conexión rígida 12 conecta las partes medias de los pistones 20 y 40 a una primera flecha hueca 14 que está montada de manera que puede oscilar en relación concéntrica con respecto al eje central de la estructura toroidal hueca compuesta por los segmentos 1 y 2. Una segunda conexión rígida 13 conecta las partes medias de los pistones 30 y 50 a una segunda flecha hueca 15 que está montada de manera que puede oscilar en relación concéntrica con respecto al eje central de la primera flecha hueca 14. El primer par de pistones 20, 40 está entonces conectado a través de su respectiva unión rígida 12 a la primer flecha hueca 14 que oscila entre el movimiento contra las manecillas del reloj y a favor de las manecillas del reloj y controla el movimiento oscilatorio del primer par de pistones 20, 40. El segundo par de pistones 30, 50 está entonces conectado a través de su respectiva unión rígida 13 a la segunda flecha hueca 15 que oscila entre el movimiento contra las manecillas del reloj y a favor de las manecillas del reloj y controla el movimiento oscilatorio del segundo par de pistones 30, 50. Como se muestra mejor en la Fig. 5, la primer flecha hueca 14 esta conectada por una primera unión articulada a un cigüeñal 7 que gira en el sentido de las manecillas del reloj y que está dispuesto en relación espaciada de la flecha 14. La primera unión articulada incluye un brazo de control 16 rígidamente unido a la primer flecha hueca 14 y tiene un extremo pivote distante conectado a una biela 18 a través de una unión pivotante intermedia 93. La biela 18 está a su vez conectada a un extremo distante al cigüeñal 7 por medio de una unión pivotante 95. De manera similar, como se muestra mejor en la Fig. 6, la segunda flecha hueca 15 está unida al cigüeñal 7 por una segunda unión articulada, la cual incluye un brazo de control 17 rígidamente unido a ía segunda flecha hueca 15 y tiene un extremo pivote distante conectado a una biela 19 a través de una unión pivotante intermedia 94. La biela 19 esta a su vez conectada al cigüeñal 7 por medio de una unión pivotante 96. De manera importante, la primer biela 18 y la segunda biela 19 son de igual longitud y proveen la misma distancia a través de sus respectivas uniones articuladas entre el centro de rotación del cigüeñal 7 y el eje central de la estructura toroidal hueca compuesta por los segmentos 1 y 2. Tanto la longitud entre las uniones pivotantes de los elementos 16, 17, 18 y 19 como la excentricidad del cigüeñal 7 y la distancia entre el eje de rotación de este y el centro de la estructura toroidal hueca conformada por los elementos 1 y 2, tienen un impacto específico en el movimiento característico de las cabezas de admisión y escape de cada uno de los pistones 20, 30, 40 y 50. Se han determinado estas longitudes en relación con la excentricidad del cigüeñal 7 quedando que la longitud que hay entre el centro de dicha estructura toroidal formada por los elementos 1 y 2 y el eje de dicho cigüeñal 7 está cercana en el rango de 4.5 a 6.5; la longitud entre las uniones pivotantes de los brazos de control 16 y 17 esta cercana en el rango de 4.5 a 7.5; la longitud entre las uniones pivotantes de las uniones articuladas 18 y 19 está cercana en el rango de 3.5 a 5.5, todo en relación unitaria con la excentricidad de dicho cigüeñal 7. A continuación se va a ejemplificar el comportamiento de este motor con una de entre un número indeterminado de combinaciones posibles de longitudes de los elementos que conforman el sistema de transmisión de potencia. Esta combinación de dimensiones se encuentra entre eí rango de dimensiones mencionadas en el párrafo anterior. La gráfica ilustrada en la Fig. 7 representa el comportamiento de las cámaras 70 y 90 a lo largo de un ciclo de giro del cigüeñal 7 a favor de las manecillas del reloj. Así mismo, la gráfica ilustrada en la Fig. 8 representa el comportamiento de las cámaras 60 y 80 durante el mismo ciclo. El eje de las abscisas en la Fig. 8 fue recorrido 180° para poder tener una mejor apreciación del comportamiento de las cámaras 60 y 80. Viendo ahora las gráficas ilustradas en las figuras 7 y 8 y los diagramas esquemáticos presentados en las figuras 9 — 19, la operación del motor 100, a través de una rotación de 360° del cigüeñal 7, se explica en la siguiente descripción. La posición 0° (360°) del cigüeñal 7 se define, como se muestra en la Fig. 9, como la posición en la que las uniones pivotantes 95 y 96 unen respectivamente a las bielas 18 y 19 con el cigüeñal 7 en las posiciones del reloj, a las 9 y a las 3 horas respectivamente, esto es, los centros para las uniones pivotantes 95 y 96 descansan en una línea común horizontal que es perpendicular a la línea que se extiende desde el centro del cigüeñal 7 y el centro del toroide compuesto por los segmentos 1 y 2. Las respectivas uniones pivotantes intermedias 93 y 94 están arriba de la línea de referencia de 0°. Los límites de viaje para los pistones 20 y 40 están definidos por los límites de viaje que tiene el brazo de control 16, los cuales se determinan por el momento en que la unión pivotante intermedia 93 y la unión pivotante 95 se encuentran alineadas en una línea común con el centro del cigüeñal 7. El límite de viaje en el sentido de las manecillas del reloj de los pistones 20 y 40 sucede cuando el cigüeñal 7 ha girado 23° en el sentido de las manecillas del reloj (véase Fig. 11 para la posición aproximada). El límite de viaje en el sentido contrario a las manecillas del reloj de los pistones 20 y 40 sucede cuando el cigüeñal 7 ha girado 189° en el sentido de las manecillas del reloj (véase Fig. 15 para la posición aproximada). Así mismo los límites de viaje de los pistones 30 y 50 están definidos por los límites de viaje que tiene el brazo de control 17, los cuales se determinan por el momento en que la unión pivotante intermedia 94 y la unión pivotante 96 se encuentran alineadas en una línea común con el centro del cigüeñal 7. El límite de viaje en el sentido de las manecillas del reloj de los pistones 30 y 50 sucede cuando el cigüeñal 7 ha girado 171° en el sentido de las manecillas del reloj (véase Fig. 14 para la posición aproximada). El límite de viaje en el sentido contrario a las manecillas del reloj de los pistones 30 y 50 sucede cuando el cigüeñal 7 ha girado 337° en el sentido de las manecillas del reloj (véase Fig. 19 para la posición aproximada). Como se puede entender del estudio de las posiciones del cigüeñal 7, la velocidad de movimiento de los brazos de control 16 y 17 es substancialmente pequeña por cada grado de giro del cigüeñal cuando el cigüeñal 7 se encuentra en las posiciones angulares correspondientes a los limites de viaje de los brazos respectivos 16 y 17. Como se entenderá mejor después de la siguiente descripción de la operación del motor 100, las posiciones del punto medio superior (PMS) respectivo y el punto medio inferior (PMI) respectivo de las cabezas ocurre en el extremo de los límites de movimiento de los brazos de control 16 y 17, esto es, a sus respectivas posiciones de rotación de 23°, 171°, 189° y 337° del cigüeñal 7. Además ya que el desplazamiento angular de los respectivos brazos de control 16 y 17 es muy pequeño en los límites de los movimientos a favor y en contra del movimiento de las manecillas del reloj, las cabezas relacionadas también tienen desplazamientos arqueados muy pequeños cuando están próximos a sus respectivas posiciones de PMS y PMI. Específicamente, las cabezas opuestas se mueven a través de su arco respectivo ±0.10° durante aproximadamente 17° de rotación del cigüeñal a cada lado de la posición PMS y PMI respectiva. Adicionalmente, el movimiento relativo de las cabezas con respecto una de otra es esencialmente insignificante (menos de ±1.0°) durante 40° de rotación del cigüeñal 7 cuando se encuentran próximas a sus respectivas posiciones PMS y PMI. Como se describe en mayor detalle más adelante, entre sus respectivas posiciones PMS, ambas cabezas se mueven en la misma dirección y tiene un cambio de separación arqueada total de menos de 1° entre las posiciones de 161° y 201° de rotación del cigüeñal de por lo tanto suministrando una cámara de volumen casi constante (VCC) próxima a las respectivas zonas PMS. Las zonas PMS, PMI y VCC respectivas están indicadas en las gráficas de la figuras 7 y 8. Este principio se ilustrará ampliamente con referencia específica a las figuras 9 — 19 en que se mueve la posición de movimiento angular de los brazos de control 16 y 17. También se muestran los pistones para variadas posiciones del cigüeñal 7. La carrera de cada uno de los pistones 20, 30, 40 y 50 es de 21.6°. Con el propósito de ilustrar el ciclo completo del motor 100 se va a explicar el comportamiento del cilindro 90 durante una revolución completa del cigüeñal 7 en el sentido de las manecillas del reloj, el cual está representado por la Fig. 7. Aunque no se hará mención específica, se entiende que el cilindro 70 tiene exactamente el mismo comportamiento y que el comportamiento representado en la Fig. 8 ocurre simultáneamente en los cilindros complementarios 60 y 80. El cilindro 90 tiene una cabeza de admisión 24 del pistón 20 que define un extremo del cilindro, y una cabeza de escape 52 del pistón 50 definiendo el límite opuesto del cilindro 90. Una lumbrera de admisión 5 y una lumbrera de escape 6 están dispuestas en los extremos opuestos del cilindro 90. Con referencia a la gráfica de la Fig. 7, el movimiento de la cabeza de escape 52 del pistón 50 es representado por la línea senoidal superior de la gráfica, con la zona de PMI entre unos 329° y 345° y la zona de PMS entre cerca de 163° y 179°, a lo largo con las respectivas ventanas durante las cuales la lumbrera de escape 6 está abierta (LEA) y cerrada (LEC). La línea senoidal inferior representa el movimiento de la cabeza de admisión 24 del pistón 20 con las zonas de PMI entre unos 16° y 32° y la zona de PMS entre cerca de 183° y 199°, indicados en la gráfica. Similarmente, las ventanas durante las cuales la lumbrera de admisión 5 está abierta (LAA) y cerrada (LAC) también esta representada. Como se describió anteriormente, las zonas del PMI y el PMS están definidas como el ángulo rotacional a través del cual se mueve el cigüeñal durante el cual el movimiento de los pistones respectivos produce solo un pequeño efecto en el volumen del cilindro respectivo y de conformidad, se considera que el cilindro tiene un VCC a través de las zonas PMI y PMS respectivas. Además, como se describe más adelante con mayor detalle, las cabezas 24 y 52 se mueven en la misma dirección, a velocidades de movimiento arqueado substancialmente idénticas entre su respectivo PMS a 171° y 189°. También ocurre movimiento unidireccional de las cabezas entre sus respectivas posiciones de PMI a los ángulos de rotación de 337° y 23° del cigüeñal 7. Por lo tanto se mantienen condiciones prolongadas de volumen máximo y mínimo casi constante durante la cual la diferencia en la distancia entre las cabezas opuestas es de cerca de 1°. Específicamente, se mantiene un VCC en el cilindro 90 entre cerca de 161° y 201° de rotación del cigüeñal 7. La posición respectiva de los pistones 60, 70, 80 y 90 cuando el cigüeñal 7 está en la posición 0° se muestra en la Fig. 9. En esta posición, el brazo de control 17, que controla la posición de los pistones 30 y 50 ha pasado ya su punto máximo de viaje en dirección contraria a las manecillas del reloj, en la cual la cabeza de escape 52 estaba en su posición de PMI (337°) y ha invertido su dirección de viaje a una dirección a favor de las manecillas del reloj de manera que ambos, el primer y el segundo juego de pistones está viajando en la misma dirección a favor de las manecillas del reloj. Por lo tanto, la cabeza de escape 52 y la cabeza de admisión 24 del cilindro 90 están concurrentemente viajando en la misma dirección en la posición de referencia de 0°. La dirección de viaje concurrente será mantenida hasta que el brazo de control 16, que controla el movimiento de los pistones 20 y 40 ha alcanzado el límite más alejado de su rotación a favor de las manecillas del reloj en la posición de 23° de rotación del cigüeñal 7, donde el pistón 20 invierte la dirección y las cabezas de admisión y escape empiezan a moverse una hacia la otra. Por lo tanto, se puede ver que cada juego de pistones 20, 30, 40 y 50 recorre la misma distancia angular máxima (21.6°) del PMS al PMI. Con referencia nuevamente a la Fig. 9, en la posición 0° del cigüeñal, las cabezas opuestas 24 y 52 están moviéndose en dirección a favor de las manecillas del reloj. En este momento tanto la lumbrera de admisión como la lumbrera de escape están abiertas y está ocurriendo un barrido unidireccional en el cilindro 90. Deseablemente, la acción de barrido unidireccional es ayudada por el compresor auxiliar 4. En la incorporación ejemplificada, como se ilustra en la Fig. 1, el compresor 4 está impulsado por el cigüeñal 7 del motor 100 y provee aire para barrido y/o alimentación o sobrealimentación. A 35° de rotación del cigüeñal 7, a favor de las manecillas del reloj, como se muestra en la Fig. 11 el pistón 20 acaba de pasar por su posición PMI, alcanzada a los 23°, y ya va en dirección contraria a las manecillas del reloj. En este instante el pistón 50 bloquea el puerto de escape con la cabeza 52 e inmediatamente puede tomar lugar la sobrealimentación e introducción de combustible, ya sea directa o indirectamente, con o sin inyección suplemental de aire ya que la lumbrera de admisión 5 permanece abierta hasta los 71° de rotación, como se muestra en la Fig. 12, punto en el que la lumbrera de admisión 5 es cerrada por la cabeza 24. El cierre respectivo de las lumbreras de escape y admisión a 35° y 71° está indicado en la gráfica de la Fig. 8. Cuando la lumbrera de admisión 5 es cerrada, comienza la compresión del volumen atrapado y continua hasta que la chispa de la bujía 10, o alternamente, autoignición en un motor diesel, debido al calor de la compresión, enciende la mezcla de aire y combustible en un punto cercano al inicio del VCC a 161° de rotación del cigüeñal 7 en el sentido de las manecillas del reloj. El tiempo real de ignición se puede ajustar como se sabe comúnmente para compensar por cambios en la graduación de octanos del combustible, altitud, temperatura u otros parámetros variables que afectan a la combustión. Como se describió con anterioridad, el movimiento de las cabezas de admisión y escape 24 y 52 mantiene una distancia de separación arqueada casi constante entre ellas desde 161° como se muestra en la Fig. 13 hasta 201° como se muestra en la Fig. 16, por lo tanto manteniendo un VCC de la cámara de combustión en movimiento 90 al progresar el proceso de combustión. De manera importante, la cabeza de escape 52, que ha estado viajando en dirección circular a favor de las manecillas del reloj, opuesta a la dirección contraria a las manecillas del reloj de la cabeza de admisión 24, llega a su posición de PMS a 171° y como se muestra a 175° en la Fig. 14 ha invertido su dirección a movimiento contrario a las manecillas del reloj por lo cual se está moviendo en la misma dirección de viaje que la cabeza de admisión 24. La cabeza de admisión 24 alcanza su PMS a 189° como se muestra en la Fig. 15, donde invierte su dirección a movimiento a favor de las manecillas del reloj y empieza a moverse alejándose de la cabeza 52. Como se ha descrito anteriormente, se mantiene un VCC en la cámara de combustión en movimiento 90 desde 161° a 201° de rotación del cigüeñal 7. Durante estos 40° se mantiene continuamente una pequeña separación casi constante (±1.0°), entre las cabezas opuestas 24 y 52 y un VCC es por lo tanto mantenido en la cámara de combustión 90 en movimiento durante ese periodo. Este prolongado periodo de tiempo permite que el proceso de combustión se establezca mejor a sí mismo, para que al obtenerse una mejor combustión de la mezcla de aire y combustible, resultando en un ventajoso y consistente aumento de presión en el cilindro 90 y la consecuente reducción en los productos de combustión debido al tiempo más largo en que toma la combustión en un VCC. A 201°, como se muestra en la Fig. 16, las cabezas de admisión y escape comienzan a moverse alejándose una de la otra a una distancia mayor a 1° de su aproximación más cercana, terminando la condición de VCC en el cilindro 90 y empezando la carrera de expansión del motor 100. La carrera de expansión dura hasta que la lumbrera de escape 6 empieza a ser descubierta por la cabeza de escape 52, en el ángulo de rotación de 286° como se muestra en la Fig. 17 y en la gráfica de la Fig. 7. En este punto, la lumbrera de admisión 5 aun permanecerá cerrada y se inicia el escape, esto es, la descarga de la presión remanente de los gases de combustión es liberada, tal como se muestra en la Fig. 18. El escape termina cuando se descubre la lumbrera de admisión 5 por la cabeza 24, empezando en el ángulo de rotación 331°, como se muestra en la Fig. 19 y se indica en la gráfica de la Fig. 8. Ambas cabezas 24 y 52 continúan su carrera en dirección opuesta mientras se lleva a cabo el barrido unidireccional entre la lumbrera de admisión y la lumbrera de escape. Como se anotó anteriormente, a 337°, la cabeza 52 alcanza su PMI e invierte su dirección de viaje, como se muestra en la Fig. 19.

Durante los 8° de movimiento del cigüeñal a cada lado de las respectivas posiciones PMI a 337° y 23°, cada cabeza 24 y 52 respectivamente se mueve a través de un arco de ±0.1°. De 343° a 19° hay menos de 1° de movimiento arqueado entre las cabezas 24 y 52. Entre las respectivas posiciones PMI (337° y 23°) ambas cabezas se están moviendo en la misma dirección a una distancia de separación sustancialmente constante, por lo tanto manteniendo un volumen máximo casi constante entre cerca de los ángulos de rotación 343° y 19° del cigüeñal 7, lo cual se entiende como el VCC de los cilindros 60 y 80. De manera importante, el barrido unidireccional del cilindro 90 ocurre durante 65° de ángulo de rotación del cigüeñal, esto es, desde la posición 331° en la que se abre la lumbrera de admisión 5 y la posición de 35° en la que se cierra la lumbrera de escape 6. El motor incorporado en la presente invención se caracteriza por incluir una pluralidad de entradas 8 y salidas 9 que, por medio de un conducto espiral con continuidad entre los elementos 1 y 2, hacen circular un líquido refrigerante alrededor de cada uno de los cilindros sin afectar a los sistemas que interactúan en el mismo. Las interconexiones que dan continuidad al conducto que lleva el líquido refrigerante entre los elementos 1 y 2 se ilustran en las figuras 22 y 23; las aberturas 91 en ambas figuras representan las entradas de flujo a cada elemento 1 y 2 y las aberturas 92 representan la salida del flujo de cada elemento 1 y 2. Como se puede deducir, un flujo espiral sigue una trayectoria similar a la presentada en las figuras 24 y 25, dando varias vueltas alrededor del cuerpo del cilindro para extraer el calor generado por la combustión durante el funcionamiento del motor 100. El método para operar el motor de combustión interna de dos tiempos 100 que incorpora la presente invención puede ser descrito empezando justo antes de la posición del ángulo de 161° de rotación del cigüeñal, donde se inicia la condición de VCC en la cámara 90. El método incluye los pasos de mover la cabeza de escape 52 al inicio de su posición de PMS a 171°, encendiendo la mezcla de aire y combustible dispuesta entre las cabezas 24 y 52 cuando las cabezas están apartadas a una distancia substancialmente mínima, moviendo la cabeza de escape 52 alejándola de su PMS, moviendo la cabeza de admisión 24 a su posición de PMS a 189° y luego moviendo la cabeza de escape 52 a través de la lumbrera de escape 6 y por lo tanto abriendo la lumbrera de escape 6 mientras que la cabeza de escape 52 se mueve hacia la posición de PMI. Los productos de combustión de la mezcla de aire combustible quemado son expulsados del cilindro 90 al abrirse la lumbrera de escape 6. Continuando, la cabeza de admisión 24 es movida entonces pasando la lumbrera de admisión 5 y por lo tanto abriendo la lumbrera de admisión 5, mientras que se mueve la cabeza de admisión 24 hacia su respectivo PMI. Deseablemente, el método también incluye barrido unidireccional, dirigiendo un flujo de aire a través del cilindro 90, entre la lumbrera de admisión abierta 5 y la lumbrera de escape abierta 6; y alimentando y preferentemente sobrealimentando el cilindro 90 durante el periodo de tiempo en que las lumbreras están conjuntamente abiertas. Preferentemente el barrido se logra mediante un flujo de aire presurizado a través del cilindro 90. El motor incorporado en la presente invención se caracteriza por tener las lumbreras de admisión 5 y escape 6, las cuales tienen una comunicación fluida que permite un flujo de gases desde las lumbreras de admisión 5 con trayectoria tangencial al centro de dicho cilindro y atravesando toda la cámara formada por las respectivas caras de admisión y escape 24 y 52 de los pares de pistones para tener un barrido uniforme de este cuando tanto la lumbrera de admisión 5 como la lumbrera de escape 6 se encuentran descubiertas por las caras 24 y 52 respectivamente. La Fig. 26 ilustra este barrido. La cabeza de admisión es entonces movida a su PMI para después invertir su giro hacia la dirección de las manecillas del reloj. Posteriormente la cabeza de admisión 24 es movida a su posición de PMI después de lo cual se invierte su dirección al ser movida hacia su PMS. La cabeza de escape 52 se mueve entonces pasando la lumbrera de escape 6 y por lo tanto cerrando la lumbrera de escape 6 mientras que la cabeza de escape se sigue moviendo hacia su respectivo PMS. Una mezcla de aire combustible es introducida a través de la lumbrera de admisión 24 dentro del cilindro 90 o alternamente, un combustible se agrega al aire dentro del cilindro 90, ya sea a presión atmosférica o a una presión mayor que la atmósfera circundante, por lo tanto sobrealimentando ventajosamente el cilindro 90. La cabeza de admisión 24 se mueve entonces pasando la lumbrera de admisión 5 y por lo tanto cerrando la lumbrera de admisión 5. La mezcla de aire y combustible es entonces comprimida en el cilindro 90 como resultado de mover las cabezas 24 y 52 una hacia la otra y a sus respectivas posiciones de PMS. La disposición del motor 100, que incorpora la presente invención causa que el volumen de aire entre las cabezas opuestas permanezca reducido, esto es, a un valor mínimo casi constante, durante un periodo de tiempo mucho más largo.

En la Fig. 27, se muestra una representación gráfica de la relación presión-volumen de un ciclo Otto ideal, un ciclo representativo de un motor de dos tiempos convencional con ignición por medio de bujías y el ciclo representativo del motor que incorpora la presente invención. En el diagrama presión- volumen, la compresión ocurre entre los puntos (a) y (b), la combustión de (b) a (c), la expansión de (c) a (d) y el escape de (d) a (a). En el ciclo ideal, representado por la línea sólida 110, se asume que la combustión ocurre de manera instantánea cuando el volumen del cilindro está en su mínimo, así como también se asume que las válvulas de admisión y escape se abren y cierran instantáneamente. Esta idea del ciclo no es posible en el mundo real, sin embargo ofrece una manera de comparar el desempeño de los ciclos reales, esto debido a que el ciclo ideal representa la máxima eficiencia y trabajo posibles. El trabajo producido por cada ciclo es representado por el área encerrada definida por la línea limitante de cada ciclo. En los ciclos reales, representados por la línea de rayas 111, y la línea de puntos 112, representativa del motor 100 que incorpora la presente invención, la combustión requiere de un significativo periodo de tiempo como lo requieren la apertura y cierre de válvulas de las lumbreras. Por lo tanto el ciclo convencional 111 tiene orillas redondeadas y encierra un área más pequeña que el área del ciclo ideal. Se produce menos trabajo por el ciclo convencional 111 aunque se utiliza la misma cantidad de combustible, por lo que se disminuye la potencia y la economía. Sin embargo, en el motor que incorpora la presente invención, las cabezas opuestas permanecen más cerca una de la otra durante un periodo de tiempo mucho más largo, de manera que gran parte del proceso de combustión ocurre cerca del VCC, teniendo como resultado que el motor que incorpora la presente invención está más cercano al ciclo ideal, tal como puede apreciarse en la Fig. 27. De manera similar, en el volumen máximo del cilindro, hay más tiempo disponible para que se lleve a cabo el proceso de escape y la apertura y cierre de las lumbreras se puede lograr más cerca de la posición de volumen máximo de las cabezas opuestas. Con esto se demuestra que la relación presión- volumen que incorpora la presente invención se encuentra más cercana al ciclo ideal. De esta manera, debido a las más ventajosas características de operación, el motor 100 que incorpora la presente invención tiene el potencial para un rendimiento de potencia específica más alta y mejor economía de combustible que un motor convencional de dos tiempos con inyección del combustible a alta presión dentro de los cilindros o uno de cuatro tiempos sobrealimentado.

Otra ventaja que es importante en un ciclo de combustión que tiene un largo periodo de movimiento en el VCC es el potencial para producir menores emisiones de hidrocarburos. Esta ventaja se describió anteriormente con respecto al inconveniente del combustible sin quemar junto a la pared que deja el motor en el chorro de escape. Asimismo, se producen emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) principalmente debido a las altas temperaturas alcanzadas en la combustión. Usualmente la producción de NOx puede reducirse utilizando una mezcla de aire- combustible más pobre debido a que esto reduce la temperatura de combustión, adicionalmente, una mezcla más pobre mejora la economía del combustible. En todos los motores existe un límite mínimo en la relación de aire-combustible, ya que en tanto que esta mezcla es más pobre, la velocidad de la flama es menor hasta que, finalmente, la velocidad es tan baja que no se alcanza a completar el proceso de combustión durante la etapa de expansión. El motor incorporado en la presente invención está bien adaptado para el uso de mezclas pobres por el relativamente largo periodo durante el cual el volumen del cilindro se encuentra al mínimo, dando un mayor periodo de tiempo para que ocurra la combustión. Por lo tanto, el motor que incorpora la presente invención es más tolerante a mezclas pobres comparado con los motores convencionales, ofreciendo una manera de disminuir las emisiones de NOx así como una mejorada economía del combustible. Aunque la presente invención se describe en términos de una incorporación ejemplar preferida, con relaciones específicas de uniones entre los pistones y el cigüeñal y relaciones angulares entre los componentes, los habilitados en el arte reconocerán que se pueden realizar cambios en esas uniones y las relaciones angulares sin desviarse del espíritu de la invención. Este motor puede ser utilizado en todas las aplicaciones para las que actualmente se utiliza un motor de estas características, sin embargo, a pesar de ser de dos tiempos, compite efectivamente con los motores de cuatro tiempos sobrealimentados, con lo cual, también puede utilizarse donde este tipo de motores es requerido, pero con la ventaja de tener un menor tamaño y complejidad en su fabricación. Otros aspectos, características y ventajas de la presente invención se pueden obtener del estudio de esta información y de los dibujos junto con las reivindicaciones anexadas.

Claims (16)

1. REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficiente la invención, la consideramos como una novedad y por lo tanto reclamamos como de nuestra exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas: 1. Un motor toroidal de combustión interna que comprende: una estructura toroidal hueca que tiene una superficie interior en la que una pluralidad de lumbreras de admisión y de lumbreras de escape está definida en posiciones predefinidas distanciadas aparte a lo largo de dicha superficie interior, dicha estructura toroidal hueca está dispuesta alrededor de un eje central; un primer par de pistones en forma de segmento toroidal dispuestos de manera que puedan oscilar en dicha estructura toroidal hueca en posiciones radiales opuestas distanciadas aparte, en donde cada pistón del primer par de pistones se caracteriza por: tener una primera cabeza controladora de lumbrera de admisión y una segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión, dicha segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión estando a distancia de dicha primera cabeza controladora de lumbrera de admisión, en donde dichas primera y segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión tienen en su cara frontal una porción cóncava; un segundo par de pistones en forma de segmento toroidal dispuestos de manera que puedan oscilar en dicha estructura toroidal hueca en posiciones radiales opuestas distanciadas aparte en relación interpuesta con dicho primer par de pistones, en donde cada pistón del segundo par de pistones se caracteriza por tener una primera cabeza controladora de lumbrera de escape y una segunda cabeza controladora de lumbrera de escape, dicha segunda cabeza controladora de lumbrera de escape estando a distancia de dicha primera cabeza controladora de lumbrera de escape, en donde dichas primera y segunda cabeza controladora de lumbrera de escape tienen en su cara frontal una porción cóncava; en donde dicho primer y segundo par de pistones se caracterizan por estar dispuestos en dicha estructura toroidal hueca de manera que la primera cabeza controladora de lumbrera de admisión de cada uno de los pistones del primer par de pistones está dispuesta en relación opuesta con la segunda cabeza controladora de lumbrera de escape de un pistón de dicho segundo par de pistones y la segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión de cada uno de los pistones del primer par de pistones está dispuesta en relación opuesta con la primera cabeza controladora de lumbrera de escape de un pistón de dicho segundo par de pistones, por lo tanto formando cuatro pares de cabezas opuestas que funcionan en conjunción con áreas preseleccionadas de dicha superficie interior de la estructura toroidal hueca para definir cilindros respectivos de volumen variable cada uno teniendo cuando menos una de dichas lumbreras de admisión y cuando menos una de dichas lumbreras de escape y un volumen que es aumentado por el movimiento de dichas cabezas opuestas al alejarse una de otra durante una carrera de expansión y es disminuido durante el movimiento de una hacia la otra de dichas cabezas opuestas durante una carrera de compresión, en donde dicha lumbrera de admisión y dicha lumbrera de escape de dicho cilindro de volumen variable se caracterizan por tener una comunicación fluida que permite un flujo de gases con trayectoria tangencial al centro de dicho cilindro para un barrido uniforme de estos, dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión respectivamente definiendo un área cada una de dichos cilindros variables operativamente abriendo y cerrando dicha lumbrera de admisión en comunicación fluida con trayectoria tangencial con dicho cilindro respectivo; y dicha cabeza controladora de la lumbrera de escape respectivamente definiendo un área cada una de dichos cilindros variables operativamente abriendo y cerrando dicha lumbrera de escape en comunicación fluida con trayectoria tangencial con dicho cilindro respectivo; y el movimiento oscilatorio de cada uno de los dichos primer y segundo par de pistones siendo controlados para que la lumbrera de escape dispuesta en cada cilindro respectivo sea abierta antes de que sea abierta la lumbrera de admisión durante una carrera de expansión, y dicha lumbrera de escape es cerrada antes de que sea cerrada la lumbrera de admisión durante una carrera de compresión, cada una de dichas cabezas que controlan dicha lumbrera de escape llega a su punto muerto superior antes de que una de dichas cabezas que controla la lumbrera de admisión llegue a la posición de su punto muerto superior correspondiente durante una carrera de compresión formando una cámara de combustión esférica con dichas porciones cóncavas de cada cara frontal de dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión y escape correspondientes, en donde además la estructura toroidal hueca se caracteriza por incluir una pluralidad de entradas y salidas de liquido refrigerante en posiciones predefinidas distanciadas aparte definiendo un sistema en espiral de enfriamiento en cada uno de dichos cilindros de volumen variable.
2. 2. Un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en la Reivindicación 1, donde dicho motor incluye cuando menos un compresor de aire en comunicación fluida con dicha pluralidad de lumbreras de admisión, por medio del cual los cilindros son sobrealimentados durante las respectivas carreras de compresión después del cierre de las respectivas lumbreras de escape y antes del cierre de las respectivas lumbreras de admisión.
3. 3. Un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en la Reivindicación 1, donde cada pistón de dichos primer y segundo par de pistones en forma de segmento toroidal tiene una parte media dispuesta entre las cabezas controladoras de las lumbreras de admisión y controladoras de las lumbreras de escape de los respectivos pistones y está operativamente conectada en dicha parte media a un cigüeñal.
4. 4. Un motor de combustión interna, como se establece en la Reivindicación 1, donde dicho motor incluye: una flecha auxiliar dispuesta concéntricamente a lo largo de dicho eje central de la estructura toroidal hueca; una primer flecha hueca montada de manera oscilante en relación concéntrica con dicha flecha auxiliar; una segunda flecha hueca montada de manera oscilante en relación concéntrica con dicha primer flecha auxiliar; un primer par de brazos respectivamente conectado la parte media de cada uno del dicho primer par de pistones a dicha primer flecha hueca; un segundo par de brazos respectivamente conectando la parte media de cada uno del dicho segundo par de pistones a dicha segunda flecha hueca; un cigüeñal con dirección de rotación singular y dispuesto en relación separada de dicha flecha auxiliar; una primera unión articulada extendiéndose entre dicha primer flecha hueca y dicho cigüeñal; y una segunda unión articulada extendiéndose entre dicha segunda flecha hueca y dicho cigüeñal.
5. 5. Un motor de combustión interna de dos tiempos, que comprende: una estructura toroidal hueca que tiene una superficie interior en la que se definen en posiciones predefinidas distanciadas aparte una pluralidad de lumbreras de admisión y lumbreras de escape a lo largo de dicha superficie interior, dicha estructura toroidal hueca estando dispuesta alrededor de un eje central; un primer par de pistones de forma de segmento toroidal dispuestos de manera que puedan oscilar dentro de dicha estructura toroidal hueca en posiciones opuestas distanciadas aparte, cada miembro de dicho primer par de pistones teniendo una primera cabeza controladora de lumbrera de admisión y una segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión, dicha segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión estando a distancia de dicha primera cabeza controladora de lumbrera de admisión, en donde dichas primera y segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión tienen en su cara frontal una porción cóncava, un segundo par de pistones de forma de segmento toroidal dispuestos de manera que pueda oscilar dentro de dicha estructura toroidal hueca en posiciones opuestas distanciadas aparte en relación interpuesta con dicho primer par de pistones, cada miembro de dicho segundo par de pistones teniendo una primera cabeza controladora de lumbrera de escape y una segunda cabeza controladora de lumbrera de escape, dicha segunda cabeza controladora de lumbrera de escape estando a distancia de dicha primera cabeza controladora de lumbrera de escape, en donde dichas primera y segunda cabeza controladora de lumbrera de escape tienen en su cara frontal una porción cóncava; un cigüeñal operativamente conectado a dicho primer y segundo par de pistones; en donde dicho primer y segundo par de pistones se caracterizan por estar dispuestos en dicha estructura toroidal hueca de manera que la primera cabeza controladora de lumbrera de admisión de cada uno de los pistones del primer par de pistones está dispuesta en relación opuesta con la segunda cabeza controladora de lumbrera de escape de un pistón de dicho segundo par de pistones y la segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión de cada uno de los pistones del primer par de pistones está dispuesta en relación opuesta con la primera cabeza controladora de lumbrera de escape de un pistón de dicho segundo par de pistones, y por lo tanto formando cuatro pares de cabezas opuestas que funcionan en conjunción con áreas preseleccionadas de dicha superficie interior de dicha estructura toroidal hueca para definir cuatro cilindros de volumen variable en los cuales el volumen es aumentado por el movimiento de las cabezas opuestas en direcciones respectivamente opuestas alejándose una de la otra durante la carrera de expansión y es disminuido por el movimiento de dichas cabezas opuestas en direcciones respectivamente opuestas una hacia la otra durante la carrera de compresión, un evento de combustión, una carrera de expansión y un evento de barrido ocurriendo durante la rotación de 360° de dicho cigüeñal, cada una de las cabezas opuestas de cada cilindro siendo movida de forma individual entre su respectiva posición de punto muerto inferior respecto de dicho cilindro y ambas dichas cabezas opuestas de dicho cilindro siendo movidas en la misma dirección cuando en una posición próxima a su respectivo punto muerto superior donde el volumen de dicho cilindro se mantiene a un valor mínimo substancialmente constante durante un periodo prolongado durante cada rotación de dicho cigüeñal, y a una posición próxima a su posición de punto muerto inferior donde el volumen de dicho cilindro se mantiene a un valor máximo substancialmente constante durante un periodo prolongado durante cada rotación de dicho cigüeñal, dichas cabezas opuestas teniendo un desfasamiento constantemente variante de su relación angular con respecto una de la otra, donde la cabeza que controla el escape llega a su punto muerto superior antes de que la cabeza que controla la lumbrera de admisión llegue a su punto muerto superior, y la cabeza que controla la lumbrera de escape llega a su punto muerto inferior antes de que la cabeza que controla la admisión llegue a su punto muerto inferior, durante cada rotación del cigüeñal.
6. 6. Un motor de combustión interna de dos tiempos, que comprende una estructura toroidal hueca que tiene una superficie interna en la que se definen una pluralidad de lumbreras de admisión y lumbreras de escape en posiciones predeterminadas dispuestas aparte a lo largo de dicha superficie interior, dicha estructura toroidal hueca estando dispuesta a lo largo de un eje central; un primer par de pistones en forma de segmento toroidal dispuestos de manera que puedan oscilar dentro de dicha estructura toroidal hueca, en posiciones radiales opuestas y separadas, cada miembro de dicho primer par de pistones teniendo una primera cabeza controladora de lumbrera de admisión y una segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión, dicha segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión estando a distancia de dicha primera cabeza controladora de lumbrera de admisión, en donde dichas primera y segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión tienen en su cara frontal una porción cóncava; un segundo par de pistones de forma de segmento toroidal dispuestos de manera que pueda oscilar dentro de dicha estructura hueca en posiciones radiales opuestas distanciadas aparte en relación interpuestas con dicho primer par de pistones, cada miembro de dicho segundo par de pistones teniendo una primera cabeza controladora de lumbrera de escape y una segunda cabeza controladora de lumbrera de escape, dicha segunda cabeza controladora de lumbrera de escape estando a distancia de dicha primera cabeza controladora de lumbrera de escape, en donde dichas primera y segunda cabeza controladora de lumbrera de escape tienen en su cara frontal una porción cóncava; en donde dicho primer y segundo par de pistones se caracterizan por estar dispuestos en dicha estructura toroidal hueca de manera que la primera cabeza controladora de lumbrera de admisión de cada uno de los pistones del primer par de pistones está dispuesta en relación opuesta con la segunda cabeza controladora de lumbrera de escape de un pistón de dicho segundo par de pistones y la segunda cabeza controladora de lumbrera de admisión de cada uno de los pistones del primer par de pistones está dispuesta en relación opuesta con la primera cabeza controladora de lumbrera de escape de un pistón de dicho segundo par de pistones, y por lo tanto formando cuatro pares de cabezas opuestas que funcionan en conjunción con áreas preseleccionadas, de dicha superficie interior de la estructura toroidal hueca para definir los respectivos cilindros cada uno teniendo una de dichas lumbreras de admisión y una de dichas lumbreras de escape en comunicación fluida con el mismo y un volumen variable en los cuales el volumen es aumentado por el movimiento de dichas cabezas opuestas en direcciones respectivamente opuestas alejándose una de la otra durante la carrera de expansión de un ciclo de combustión y es disminuido por el movimiento de dichas cabezas opuestas en direcciones respectivamente opuestas una hacia la otra durante la carrera de compresión de dicho ciclo de combustión, una de dichas cabezas opuestas respectivamente definiendo un área de cada uno de dichos cilindros variables operativamente abriendo y cerrando dicha lumbrera de admisión en comunicación fluida y tangencial con dicho respectivo cilindro y la otra de dichas cabezas opuestas operativamente abriendo y cerrando dicha lumbrera de escape en comunicación fluida y tangencial con dicho cilindro respectivo donde dicha cabeza esta abriendo y cerrando dicha lumbrera de admisión es movida con respecto a la superficie interior de dicha estructura toroidal hueca a una velocidad más rápida que dicha cabeza operativamente abriendo y cerrando dicha lumbrera de escape durante la carrera de compresión de dicho ciclo de combustión, y dicha cabeza operativamente abriendo y cerrando la lumbrera de escape es movida con respecto a la superficie interior de dicha estructura toroidal hueca a una velocidad más rápida que dicha cabeza operativamente abriendo y cerrando dicha lumbrera de admisión durante la carrera de expansión de dicho ciclo de combustión, cada una de dichas cabezas que controlan el escape llegan a su respectivo punto muerto inferior antes de que una opuesta cabeza que controla la lumbrera de admisión llega a su punto muerto inferior, cada una de dichas cabezas que controlan las lumbreras de escape llegan a su respectivo punto muerto superior antes de que una cabeza que controla la lumbrera de admisión llegue a su punto muerto superior durante cada ciclo de combustión.
7. 7. Un motor de combustión interna de dos tiempos, como se especifica en la Reivindicación 6, donde cada miembro de dicho primer y segundo par de pistones tiene una parte media dispuesta de manera intermedia respectiva a las cabezas controladoras de las lumbreras de admisión y controladoras de las lumbreras de escape de los pistones, y dicho motor incluye: una primer flecha hueca montada de manera que pueda oscilar en relación concéntrica con el centro de dicha estructura toroidal; una segunda flecha hueca montada de manera que pueda oscilar en relación concéntrica con dicha flecha hueca; un primer par de brazos respectivamente conectando la parte media de cada uno de dicho primer par de pistones a dicha primera flecha hueca; un segundo par de brazos respectivamente conectando la parte media de cada uno de dicho segundo par de pistones a dicha segunda flecha hueca; un cigüeñal que tiene una dirección singular de rotación y dispuesto en relación aparte de dicha flecha auxiliar; una primer unión articulada que se extiende entre dicha primer flecha hueca y dicho cigüeñal; y una segunda unión articulada que se extiende entre dicha segunda flecha hueca y dicho cigüeñal.
8. 8. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos teniendo cuando menos un cilindro de volumen variable con una lumbrera de admisión y una lumbrera de escape en comunicación fluida y tangencial con la misma y en la cual una cabeza controladora de la lumbrera de admisión y una cabeza controladora de la lumbrera de escape están oscilatoriamente dispuestas para movimiento de una hacia otra y de una alejándose de la otra y entre las respectivas y separadas posiciones equidistantes de un centro definido de dicho cilindro de punto muerto superior y punto muerto inferior dentro de dicho cilindro, dicho método comprendiendo; mover dicha cabeza controladora de la lumbrera de escape hacia la posición de punto muerto superior de dicha cabeza controladora de la lumbrera de escape; mover dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión hacia la posición de punto muerto superior de dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión, dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión y dicha cabeza controladora de lumbrera de escape estando substancialmente a una mínima posición espaciada donde se forma un volumen substancialmente mínimo del cilindro encender una mezcla de aire combustible dispuesta entre dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión y dicha cabeza controladora de lumbrera de escape; mover dicha cabeza controladora de lumbrera de escape a la posición de punto muerto superior de dicha cabeza controladora de lumbrera de escape; mover dicha cabeza controladora de lumbrera de escape alejándola de la posición del punto muerto superior de dicha cabeza controladora de lumbrera de escape y hacia la posición de punto muerto inferior de dicha cabeza controladora de la lumbrera de escape; mover dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión a la posición de punto muerto superior de dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión; mover dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión alejándola de la posición de punto muerto superior de dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión y hacia la posición de punto muerto inferior de dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión; pasando dicha cabeza controladora de la lumbrera de escape más allá de la lumbrera de escape y por lo tanto abriendo dicha lumbrera de escape mientras que dicha cabeza controladora de la lumbrera de escape se mueve hacia su respectiva dicha posición de punto muerto inferior y desechando productos de la mezcla de aire y combustible quemados en dicho cilindro; pasando dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión más allá de dicha lumbrera de admisión y por lo tanto abriendo dicha lumbrera de admisión mientras que se mueve dicha cabeza controladora de dicha lumbrera de admisión hacia su respectiva dicha posición de punto muerto inferior; moviendo dicha cabeza controladora de lumbrera de escape a la posición de punto muerto inferior de dicha cabeza controladora de lumbrera de escape; moviendo dicha cabeza controladora de lumbrera de escape alejándola desde la respectiva posición de punto muerto inferior y hacia la posición de punto muerto superior de dicha cabeza controladora de lumbrera de escape; moviendo dicha cabeza controladora de dicha lumbrera de admisión a la posición de punto muerto inferior de dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión; moviendo dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión alejándola desde la respectiva posición de punto muerto inferior y hacia la posición de punto muerto superior de dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión; pasando dicha cabeza controladora de la lumbrera de escape dicha lumbrera de escape por lo tanto cerrando dicha lumbrera de escape, mientras se mueve dicha cabeza controladora de la lumbrera de escape hacia la respectiva posición de punto muerto superior; inyectando combustible dentro de dicho cilindro; pasando dicha cabeza controladora de la lumbrera de admisión por dicha lumbrera de admisión y por lo tanto cerrando dicha lumbrera de admisión mientras que se mueve la cabeza que controla la lumbrera de admisión hacia la respectiva posición de punto muerto superior; y comprimiendo una mezcla de combustible y aire en dicho cilindro mientras que se mueven las dichas cabezas controladoras de dicha lumbrera de admisión y dicha lumbrera de escape hacia sus respectivas posiciones de punto muerto superior.
9. 9. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en el punto de Reivindicación 8, donde después de pasar dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión por dicha lumbrera de admisión y por lo tanto abriendo dicha lumbrera de admisión mientras que se mueve dicha cabeza controladora de lumbrera de admisión hacia su posición de punto muerto inferior y antes de mover dicha cabeza controladora de lumbrera de escape a la posición de punto muerto inferior de dicha cabeza controladora de lumbrera de escape, dicho método incluye dirigir un flujo de aire a través de dicho cilindro entre dicha lumbrera de admisión abierta y dicha lumbrera de escape abierta.
10. 10. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en el punto de Reivindicación 9, donde dirigir dicho flujo de aire a través de dicho cilindro entre dichas lumbreras de admisión abierta y dicha lumbrera de escape abierta incluye dirigir un flujo de aire que tiene una presión mayor que la presión de la atmósfera circundante a través de dicho cilindro.
11. 11. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en el punto de Reivindicación 8, donde dicha inyección de combustible dentro de dicho cilindro incluye inyectar una mezcla de aire combustible a través de dicha lumbrera de admisión y dentro de dicho cilindro.
12. 12. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en el punto de Reivindicación 11, donde dicha mezcla aire y combustible inyectada a través de dicha lumbrera de admisión es inyectada a presión mayor a la presión de la atmósfera circundante.
13. 13. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en el punto de Reivindicación 8, en donde dicha inyección de combustible se hace cuando tanto los puertos de admisión como los de escape han sido cerrados y mediante inyectores de combustible a alta presión que entregan el combustible directamente en los cilindros desde el momento en que ambos puertos han sido cerrados y hasta que la bujía enciende dicha mezcla resultante de aire y combustible. Dichos inyectores de combustible a alta presión se encuentran localizados en el área central de dichos cilindros de volumen variable dentro de un rango cercano entre ±5° con respecto a la línea central entre las posiciones de máximo alejamiento de cada cara de dichos pistones.
14. 14. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en el punto de Reivindicación 8 en donde la longitud angular de dichos primer y segundo par de pistones se encuentra en el rango cercano de entre 55° a 75°.
15. 15. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en el punto de Reivindicación 8 en donde en el área central de dichos cilindros de volumen variable se encuentra al menos una bujía, dentro de un rango cercano entre ±5° con respecto a la línea central entre las posiciones de máximo alejamiento de cada cara de dichos pistones.
16. 16. Un método para operar un motor de combustión interna de dos tiempos, como se establece en el punto de Reivindicación 8 en donde una primer flecha hueca montada de manera oscilante en relación concéntrica con el centro de dicha estructura toroidal, una segunda flecha hueca montada de manera oscilante en relación concéntrica con dicha primer flecha hueca; un primer par de brazos respectivamente conectando la parte media de cada uno de dicho primer par de pistones a dicha primer flecha hueca; un segundo par de brazos respectivamente conectando la parte media de cada uno del dicho segundo par de pistones a dicha segunda flecha hueca; un cigüeñal con dirección singular y dispuesto en relación separada del centro de dicha estructura toroidal; una primera unión articulada extendiéndose entre dicha primer flecha hueca y dicho cigüeñal; y una segunda unión articulada extendiéndose entre dicha segunda flecha hueca y dicho cigüeñal, en donde la longitud del centro de dicha estructura toroidal al centro de dicho cigüeñal esta cercana en el rango de 4.5 y 6.5; la longitud de la primera y segunda flecha hueca está cercana en el rango de 4.5 a 7.5; la longitud de la primera y segunda unión articulada está cercana en el rango de 3.5 a 5.5, todo en relación a la excentricidad de dicho cigüeñal.