BR102013024013A2

BR102013024013A2 - Rotary vane motor and variable compression ratio

Info

Publication number: BR102013024013A2
Application number: BRBR102013024013-3A
Authority: BR
Inventors: Frederico Teixeira Corrêa
Original assignee: Frederico Teixeira Corrêa
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-08-18
Also published as: BR102013024013B1

Abstract

Motor rotativo de palhetas e taxa de compressão varíavel. A presente patente de invenção refere-se a motor rotativo de combustão, composto por palhetas e tem como objetivo melhorar o rendimento no uso de combustíveis e trazer melhor desempenho. Compreende a presente patente de invenção, motor de combustão composto por eixo principal 4) ,estrutura radial composta por haste tubular (3) a qual cada uma se insere palheta (2), palheta esta, responsável pela propulsão, câmaras de compressão (4) que se localizam entre 2 hastes tubulares (3) consecutivas,coletor de admissão (5) que conduz mistura ar/combustível ou só ar para as câmaras de compressão, coletor de escapamento (6) que direciona os gases da queima para o escapamento> vela de ignição (7), bico de injeção direta de combustível (8), estator (9), pistões laterais (10) que se movem em sentidos opostos no objetivo de realizar a compressão no interior da câmara de compressão (4), câmara de combustão (11), válvulas de admissão (12), dutos de circulação de água (13), câmara de óleo(14), guias de compressão(15), guias de admissão (16), guia de retração das palhetas (17), canal de ar de arrefecimento (18) e bloco (19)Rotary vane motor and variable compression ratio. The present invention relates to a rotary combustion engine, which is composed of vanes and aims to improve fuel efficiency and better performance. The present invention comprises main shaft combustion engine 4), radial structure composed of tubular rod (3) to which each is inserted vane (2), propeller vane, compression chambers (4) which are located between 2 consecutive tubular rods (3), intake manifold (5) which conducts air / fuel mixture or air only to the compression chambers, exhaust manifold (6) which directs the flue gases to the exhaust> spark plug (7), direct fuel injection nozzle (8), stator (9), side pistons (10) which move in opposite directions to compress within the compression chamber (4), combustion (11), intake valves (12), water circulation ducts (13), oil chamber (14), compression guides (15), intake guides (16), vane retracting guide (17) , cooling air duct (18) and block (19)

Description

"MOTOR ROTATIVO DE PALHETAS E TAXA DE COMPRESSÃO VARIÁVEL" A presente patente de invenção refere-se a motor rotativo de combustão, composto por palhetas e tem como objetivo propelir máquinas que vão desde geradores de energia elétrica até aeronaves."VARIABLE ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" This patent relates to a rotary combustion engine, composed of vanes and is intended to propel machines ranging from electric power generators to aircraft.

Atujaímente, ainda se utiliza em grande escala o conhecido motor de pistão e biela. Simples e robusto, é uma tecnologia desenvolvida há séculos. O motor utilizado atualmente, tem como combustível, .gasolina, álcool, gás natural, diesel entre outros. O diesel tem rendimento de 35%, sendo que com a gasolina, não passa de 25%. As tecnologias computacionais e de injeção, principalmente, têm conseguido reduzir as perdas geradas por este antigo sistema. Embora também haja desenvolvimento de novos protótipos de motor o elétrico; esse tecnologia é cara, requer muito espaço dos veículos no arranjo das baterias e não desperta a confiança de um sistema mecânico. Existe ainda o problema de onde será descartada as baterias esgotadas, já que um carro totalmente elétrico pode carregar até 400 kg de baterias. Um exemplar similar à invenção apresentada é o motor rotativo Wankel, tecnologia que não usa pistão e biela. Este motor usa a expansão gerada na queima do combustível para mov;er um rotor. Ele realiza as fases de admissão, compressão, combustão e escape numa rotação completa. Sua deficiência ocorre no consumo elevado de combustível, emissão de poluentes e desgaste acentuado. Existem invenções que vagamente se assemelham a apresentada como a PI 8500131-7 A2, mas t^m o inconveniente de usar óleo nas extremidades da palheta, ocupar maior espaço e não ter um suporte adequado à combustão. A invenção apresentada soluciona o problema do excesso de consumo, desgaste e ineficiência. Poupa espaço, já que a compressão é realizada de forma transversal e não longitudinal pelo recolhimento das palhetas e com isso dispensa o uso de óleo na extremidade da palheta. Seu princípio é: toda energia é direcionada no final do braço de alavanca num sistema em trajetória circuiar. com a possibilidade de se alterar a taxa de compressão.At present, the well-known piston and connecting rod engine is still widely used. Simple and robust, it is a technology developed for centuries. The engine currently used, has as fuel, gasoline, alcohol, natural gas, diesel among others. Diesel has a yield of 35%, and with gasoline, it is only 25%. The computational and injection technologies, mainly, have been able to reduce the losses generated by this old system. Although there is also development of new prototypes of the electric motor; This technology is expensive, requires a lot of vehicle space in the arrangement of batteries and does not arouse the confidence of a mechanical system. There is also the problem of where the dead batteries will be disposed of, as a fully electric car can carry up to 400 kg of batteries. A similar example to the present invention is the Wankel rotary engine, a non-piston and connecting rod technology. This engine uses the expansion generated in the burning of fuel to move a rotor. It performs the intake, compression, combustion and exhaust phases in one complete rotation. Its deficiency occurs in high fuel consumption, pollutant emission and marked wear. There are inventions that vaguely resemble that presented as PI 8500131-7 A2, but have the drawback of using oil at the ends of the vane, taking up more space and not having an adequate combustion support. The present invention solves the problem of overconsumption, wear and inefficiency. It saves space, since compression is performed transversely rather than longitudinally by retracting the blades and thus eliminates the use of oil at the end of the blades. Its principle is: all energy is directed at the end of the lever arm in a system in circuit path. with the possibility of changing the compression ratio.

Devido a complexidade da invenção componentes do motor foram apresentados em partes. A invenção poderá ser melhor compreendida através da seguinte descrição detalhada em consonância com as figuras listadas : A FIGURA 1: exibe corte longitudinal da palheta com haste tubular A FIGURA 2: pistão lateral em 3d. A FIGURA 3: vista lateral do corte transversal do estatore estrutura radial. A FÍGURA 4: mostra estator, estrutura radial e pistões em 3d. A FIGURA 5: corte transversal do motor visto de frente. A FljGURA 6: corte transversal do motor com as guias visto de frente. A FIGURA 7: mostra parede interna no bloco, com as guias. A FIGURA 8: mostra motor completo, visto lateralmente. A presente invenção é caracterizada por apresentar como disposição básica, estrutura radial composta por hastes tubulares. Estas hastes comportam as palhetás de forma coaxial. Nos desenhos da presente invenção são exibidas seis hastes tubulares, mas o número de raios é variável conforme o fabricante julgar ser o melhor projeto. Na haste tubular (3) está contida a palheta (2), que apresenta movimento de vai-e-vem. A haste tubular (3), tem aberturas na lateral (26) para circulação de óleo no seu interior para diminuir o atrito quando a palheta (2) se movimenta. Esse movimento de vai-e-vem tem por objetivo criar a borda por onde a expansão dos gases na combustão irá propelir todo conjunto de forma a criar a rotação do motor. Circundando a estrutura radial existe a parede da estrutura radial (20), que em conjunto com as hastes tubulares formam as câmaras de compressão. Cada câmara de compressão (4) é formadà por setor angular da parede da estrutura radial (20) e duas hastes tubulares. Pela janela da câmara de compressão (4) ocorre a admissão.Due to the complexity of the invention engine components have been presented in parts. The invention may be better understood by the following detailed description in accordance with the listed figures: FIGURE 1: shows longitudinal section of the tubular shank vane FIGURE 2: 3d side piston. FIGURE 3: Cross-sectional side view of the radial structure stator. FIGURE 4: Shows stator, radial structure and pistons in 3d. FIGURE 5: Cross section of the engine viewed from the front. FIGURE 6: Cross section of the engine with the guides viewed from the front. FIGURE 7: Shows inner wall in the block with the guides. FIGURE 8: shows complete motor, viewed from the side. The present invention is characterized in that its basic arrangement comprises a radial structure composed of tubular rods. These rods hold the palettes coaxially. Six tubular rods are shown in the drawings of the present invention, but the number of spokes varies as the manufacturer deems the best design. In the tubular rod (3) is contained the vane (2), which has a back and forth movement. The tubular rod (3) has openings in the side (26) for oil circulation inside to reduce friction when the vane (2) moves. This back-and-forth motion aims to create the edge by which the expansion of combustion gases will propel the entire assembly to create engine speed. Surrounding the radial structure is the wall of the radial structure (20), which together with the tubular rods form the compression chambers. Each compression chamber (4) is formed by an angular sector of the radial structure wall (20) and two tubular rods. Through the compression chamber window (4) admission occurs.

Na câmara de compressão (4) a mistura ar combustível ou só ar se for usado diesel, sofre compressão. A compressão é feita por pistões laterais (10) que se movem dentro da câmara se aproximando (compressão), se afastando (admissão). Cada pistão, entra em contato com o óleo da câmara de óleo (14) e por meio de anéis do pistão (21) que o circundam, evita-se o atrito sem que o óleo invada a câmara de compressão (4). A mistura ou o ar são comprimidos com o avançar do movimento angular do motor, que em determinado ponto, quando os dois pistões tendem a encostar (que é o que fecha a janela da câmara da compressão (4)), são forçados por meio da janela da câmara de compressão (22), a passarem para a câmara de combustão (11), mantendo a compressão. Ao passar para a câmara de combustão (11) completamente, a vela (7) ou a injeção de combustível (8) (se for diesel o combustível utilizado) é acionadâ para que ocorra a combustão. Pela janela da câmara de compressão (4) ocorre a admissão da mistura ar/combustível ou só ar e a mesma é fechada na combustão, pelos próprios pistões laterais (10).In the compression chamber (4) the fuel air mixture or only air if diesel is used is compressed. Compression is effected by side pistons (10) moving within the approaching chamber (compression), receding (inlet). Each piston contacts the oil in the oil chamber (14) and the surrounding piston rings (21) prevent friction without the oil entering the compression chamber (4). The mixture or air is compressed with advancing angular movement of the engine, which at a certain point, when the two pistons tend to touch (which is what closes the compression chamber window (4)), is forced by the compression chamber window (22) passing into the combustion chamber (11) while maintaining compression. When passing into the combustion chamber (11) completely, the spark plug (7) or fuel injection (8) (if diesel fuel is used) is triggered for combustion to occur. Through the window of the compression chamber (4) the air / fuel or only air mixture is admitted and closed in combustion by the side pistons (10) themselves.

Os movimentos realizados pelos componentes acima citados que resultam nos tempos de admissão, compressão, combustão e escapamento, é possível graças ao bloco (19), que terá sua parede com guias. A guia de retração das palhetas (17) direciona as palhetas juntamente com a força centrífuga, a gerar a base que receberá a expansão dos gases e também seu recolhimento para o interior da haste tubular (3). Entre a parede do bloco (19) e toda a estrutura radiai, forma-se câmara de óleo (14). Esta câmara conterá óieo para diminuição do atrito entre as guias e os pontos de contato com as guias (23). O óljao do seu interior tem também função de arrefecimento do segmento da palheta (2) que sofreu contato com a chama da combustão, lubrificação da própria palheta (2) no interior da haste tubular (3) e lubrificação dos pistões laterais (10). O arrefecimento deste óleo é feito por sistema de circulação de água na própria parede do bloco (19) através de dutos de circulação de água (13), já que o óleo estará em agitação e sempre em contato com a parede do bloco.The movements made by the above mentioned components that result in the admission, compression, combustion and exhaust times are possible thanks to the block (19), which will have its wall with guides. The vanes retraction guide (17) directs the vanes together with the centrifugal force, to generate the base that will receive the expansion of gases and also their retraction into the tubular rod (3). Between the block wall (19) and the entire radiator structure, an oil chamber (14) is formed. This chamber will contain oil to reduce friction between the guides and the points of contact with the guides (23). The inside bore also has the function of cooling the vane segment (2) that has been in contact with the combustion flame, lubricating the vane itself (2) inside the tubular rod (3) and lubricating the side pistons (10). This oil is cooled by a water circulation system in the block wall itself (19) through water circulation ducts (13), since the oil will be in agitation and always in contact with the block wall.

Parla fazer os pistões (10) se movimentarem um em direção ao outro e com isso gerar a compressão, o bloco (19) possui guias de compressão (15) com curvaturas internas convergentes. Estas guias de compressão (15) forçam os pistões lâterais (10) a se moverem em sentidos opostos até ficarem bem próximos, mas sem se tocarem. Para que os pistões laterais (10) voltem a posição inicial e com isso crie o vácuo o qual receberá a mistura ar/combustível ou só ar, o bloco (19) terá guias de admissão (16) com rotas divergentes, que farão os pistões laterias (10) se afastarem um do outro. No momento em que ocorre a combustão, as guias de compressão (15) no setor angular corresporidente, se tornam paralelas, não realizando nem divergência e nem convergência, apenas mantendo os pistões bem próximos um ao outro. A extremidade da haste tubular (3) possui retentor de óleo (24) que obstrui o óleo da câmara de óleo para que no momento do deslocamento da palheta (2) para formação da base, não haja óleo na combustão. Nesta mesma extremidade, a palheta terá anéis de fogo (25), para evitar o escape de gases na combustãjo. Os anéis a serem utilizados são de alta resistência e baixo coeficiente de dilatação, essa característica permitirá a dispensa do uso de óleos lubrificantes na sua extremidade, já que não haverá contato com as paredes do bloco, mas ficará bem próxima para evitar o escape de gases no momento da combustão. O canal de ar de arrefecimento (18) conduzirá ar exterior deforma controlada para evitar dilatação e manter a extremidade da palheta (2) em temperatura adequada.In order to make the pistons (10) move towards each other and thereby generate compression, the block (19) has compression guides (15) with converging internal curvatures. These compression guides (15) force the leaf pistons (10) to move in opposite directions until they are very close but not touching. In order for the side pistons (10) to return to their starting position and thereby create the vacuum which will receive the air / fuel or air only mixture, the block (19) will have diverging inlet guides (16), which will make the pistons laterals (10) move away from each other. At the moment of combustion, the compression guides (15) in the corresponding angular sector become parallel, making neither divergence nor convergence, only keeping the pistons very close to each other. The end of the tubular shank (3) has an oil seal (24) that clogs the oil in the oil chamber so that at the time of displacement of the vane (2) to form the base there is no oil in the combustion. At this same end, the vane will have fire rings 25 to prevent the escape of gases in combustion. The rings to be used are of high strength and low coefficient of expansion, this feature will allow the use of lubricating oils at its end, since there will be no contact with the block walls, but will be very close to prevent the escape of gases. at the time of combustion. Cooling air duct (18) will conduct deformed outside air to prevent swelling and to keep the end of the vane (2) at a suitable temperature.

No estágio da combustão, a base formada pela palheta suporta a expansão dos gases e se desloca no sentido de fazer o conjunto rotacionar. Em determinado ponto a palheta (2) inicia a retração de forma a voltar completamente para o interior da haste tubular (3). Essa retração é feita dentro da câmara de óleo (14) por meio de guia de retração da palheta (2). Ao voltar para o interior da haste tubular (3), cria-se abertura para saída dos gases de combustãjo, que irão em direção ao coletor de escapamento (6). A expulsão destes gajses é feita pela palheta (2) subsequente, que ao ser propelida pela combustão, também empurra os gases da combustão anterior para o coletor de escapamento (6). A combustão por mais perfeita que seja, gera energia na forma de calor, esta energia faz aumentara temperatura dos materiais que entram em contato com ela. O aumento de temperatura nas extremidades da palheta (2) podería fazê-la dijlatar-se. Para evitar isso é necessário um sistema de arrefecimento. Na presente invenção ele existe de duas formas: logo após o estágio de combustãjo e do recolhimento da palheta, um fluxo de ar filtrado do exterior, pressurizado por meio de bomba, compressor ou outro dispositivo (que funciona de maneira controlada conforme a temperatura externa e do motor), passa pelo canal de ar de arrefecimento (18) e é direcionado para a extremidade da estrutura radial e parede da estrutura radial (20) em rotação, assim a extremidade das palhetas e a parede da estrutura radial, que entram em contato com os gases durante a combustão, são arrefecidas. A base formada pela palheta para se propelir pela combustão também é aquecida, mas é recolhida para o interior da haste tubular (3), sendo assim seu arrefecimento é feito por banho de óleo da câmara de óleo. O óleo da câmara de óleo (14), que fica ém constante agitação com a rotação do motor, é arrefecido por meio das paredes do bloco (19). O bloco (19) feito de metal de boa condutividade térmica possui canais no interior de sua parede os quais circulam água e arrefece como a maioria dos motores de pistão convencionais. Os canais no interior do bloco (19) conduzem água para o radiador. A água é impulsionada por meio de uma bomba d'água igual nos motores convencionais. A admissão da mistura ar/combustível ou só ar, ocorre por meio das válvulas de admissão (12). Estas válvulas estão distribuídas por setor angular do ciclo de admissão. Ao terminar a combustão e após passar pelo fluxo de ar de arrefecimento, ocorre o início a formação do vácuo no interior da câmara de compressão (4). Este vácuo se forma tom o avançar da rotação do conjunto por meio das guias de admissão (16) que fazem os pistões laterais (10) se afastarem um do outro. Das válvulas de admiskão (12) que ficam distribuídas ao longo do setor angular da admissão, só as primeiras ficam sempre abertas. As diferentes taxas de compressão são conseguidas com a abertura das válvulas de admissão (12) subsequentes. Quando se deseja baixa compressão, abrem-se as primeiras válvulas de admissão (12) e mantem as últimas fechadas, assim ao compíetar este ciclo, haverá um vácuo parcial, pois as válvulas de admissão finais estão fechadas mas os pistões ainda estarão se afastando um do outro. Esta configuração pode ser dada a gasolina pois o ideal é que a taxa de compressão dela não seja tão alta. Quando se quer compressão total, abrem-se todas as válvulas de admissão (12) que permitirão admissão total de gases até os pistões atingirem o máximo de afastamento. Esta configuração pode ser aplicada ao uso de diesel como combustível. O acionamento das válvulas será feito por comando eletrônico ou outra forma a escolha do fabricante. A presente invenção pode ser construída em série no eixo principal (1), como ocorre nos motores de cilindros (4, 6, 8 cilindros) de forma a incrementar o desempenho e balancear as possíveis vibrações geradas. Pode ter diversos volumes, o que vai depender do tamanho do motor e o quando os pistões laterais (10) são afastados na admissão. Pode-se acoplar ao motor, turbo compressor ou compressor. O mecanismo de arrefecimento no bloco (19) é feito por! bomba d'água, água e radiador ou outra forma a critério do fabricante. As tubagens do sistema de admissão pode ser única como no desenho ou vários tubos até as válvulas de admissão. O formato dos pistões laterais (10) pode ser arredondado, com lados ou outro formato que for mais viável a nível de engenharia.In the combustion stage, the base formed by the vane supports the expansion of gases and moves to rotate the assembly. At a certain point the vane (2) initiates the retraction so as to completely return to the interior of the tubular rod (3). This retraction is made within the oil chamber (14) by means of the retracting guide of the vane (2). When returning to the interior of the tubular rod (3), opening is created for the outlet of the combustion gases, which will go towards the exhaust manifold (6). These gajses are expelled by the subsequent vane (2), which, when propelled by combustion, also pushes the gases from the previous combustion to the exhaust manifold (6). Combustion, however perfect, generates energy in the form of heat, this energy increases the temperature of the materials that come into contact with it. The increase in temperature at the ends of the reed (2) could cause it to break out. To avoid this a cooling system is required. In the present invention it exists in two ways: right after the combustion stage and pickup, a filtered air flow from outside, pressurized by means of pump, compressor or other device (which operates in a controlled manner depending on the outside temperature and through the cooling air channel (18) and is directed towards the end of the radial frame and rotating radial frame wall (20), thus the end of the vanes and the radial frame wall, which come into contact with each other. gases during combustion are cooled. The base formed by the vane to propel combustion is also heated, but is collected into the tubular rod (3), so that it is cooled by oil bath of the oil chamber. The oil in the oil chamber (14), which remains in constant agitation with the engine speed, is cooled through the walls of the block (19). Block 19 made of metal of good thermal conductivity has channels within its wall which circulate water and cool down like most conventional piston engines. The channels inside the block 19 carry water to the radiator. Water is driven by a water pump like in conventional engines. Intake of the air / fuel or air only mixture takes place via the intake valves (12). These valves are distributed by angular sector of the intake cycle. At the end of combustion and after passing through the cooling air flow, vacuum formation begins within the compression chamber (4). This vacuum is formed by advancing the rotation of the assembly by means of the inlet guides (16) which cause the side pistons (10) to move apart. Of the intake valves (12) which are distributed along the angular sector of the intake, only the first are always open. Different compression ratios are achieved by opening subsequent inlet valves (12). When low compression is desired, the first inlet valves (12) are opened and the last inlets closed, so when this cycle is completed, there will be a partial vacuum as the final inlet valves are closed but the pistons will still be moving away. from the other. This setting can be given to gasoline because it is ideal that its compression ratio is not so high. When full compression is desired, all inlet valves (12) will open which will allow full inlet gas until the pistons reach the maximum clearance. This setting can be applied to the use of diesel fuel. The actuation of the valves will be done by electronic command or otherwise chosen by the manufacturer. The present invention may be constructed in series on the mainshaft (1), as with cylinder motors (4, 6, 8 cylinders) in order to increase performance and balance possible vibrations generated. It may have several volumes, which will depend on the size of the engine and when the side pistons (10) are spaced at the intake. It can be coupled to the engine, turbo compressor or compressor. The cooling mechanism in the block 19 is made by! water pump, water and radiator or otherwise at the manufacturer's discretion. The inlet system pipes can be single as in the design or several pipes up to the intake valves. The shape of the side pistons (10) may be rounded, with sides or other shape that is more engineering feasible.

Claims

1o) "ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" characterized in that it consists of a main shaft (1), a radial structure which is inserted in each tubular rod (3) a vane (2), compression chambers (4) are located between 2 tubular rods, air / fuel mixture intake manifold (5) or air only for compression chambers, exhaust manifold (6), spark plug (7), direct fuel injection nozzle (8) , stator (9), side pistons (10) combustion chamber (11), inlet valves (12), water circulation ducts (13), oil chamber (14), cooling air duct (18) and block (19) with compression guides (15), inlet guides (16), vane retraction guide (17).

(2) "ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" according to Claim 1, characterized in that it consists of a radial structure which contains a radial structure wall (20), which together the tubular rods form the compression chamber. (4).

3. "VARIABLE ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" according to Claim 1, characterized in that it is constructed of a tubular shank (3) with side openings (26) for oil chamber oil (14) and retainer of oil (24) at the end.

(4) "VARIABLE ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" according to Claim 1, characterized in that they consist of side pistons (10) with piston rings (21).

5. Claim missing in original document.

6) "ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" according to claim 1, characterized in that it is constructed of a wall of the radial structure (20), with a compression chamber window (22).

7) "VARIABLE ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" according to claim 1, characterized in that it consists of flanged pistons (10) and vanes (2) with points of contact with the guides (23).

8. A "VARIABLE ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" according to claim 1, characterized in that it consists of a vane (2) with fire rings (25) at the end on which the combustion is propelled.

9) "ROTATING MOTOR AND VARIABLE COMPRESSION RATE" according to claim 1, characterized in that it has several units working together, is manufactured in different dimensions, has different feeding systems, different types of cooling system.