BR112013024765A2

BR112013024765A2 - mecanismo de rotor cicloide

Info

Publication number: BR112013024765A2
Application number: BR112013024765A
Authority: BR
Inventors: C Shkolnik Alexander; Shkolnik Nikolay
Original assignee: Liquidpiston Inc
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2019-08-13
Also published as: EP3173579A2; JP2014514492A; KR20140022029A; US20160341042A1; WO2012135556A2; CA2830653A1; CN103477030A; EP3173579B1; JP6718917B2; CN103477030B; ES2590777T3; US20120294747A1; JP2018168856A; RU2609027C2; EP3173579A3; JP6416319B2; US20180066520A1; US9353623B2; CA2830653C; US8523546B2

Abstract

mecanismo de rotor cicloide. a presente invenção refere-se a um mecanismo giratório que tem um rotor cicloide e uma rede de vedação que inclui uma vedação de face que gira com o rotor e que inclui outras vedações que não giram com o rotor. a medida que o rotor gira dentro de um alojamento, o rotor, o alojamento e a rede de vedação forma a partir de pelo menos uma câmara de trabalho entre os mesmos, a câmara que é submetida a uma alteração a partir do volume inicial v1 a v2, que é menor que v1, comprimido assim um meio de trabalho e, subsequentemente, expandindo para o volume v3, que pode ser maior que v1, tal que o volume da câmara é uma função suave e contínua do ângula de rotação do rotor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MECANISMO

DE ROTOR CICLOIDE

Prioridade

Esse pedido de patente reivindica a prioridade do Pedido de Pa5 tente Provisório dos Estados Unidos N° 61/469.009, depositado no dia 29 de março de 2011, intitulado Cycloid Rotor Engine no nome de Nikolay Shkolnik e Alexander C. Shkolnik como os inventores, a descrição do qual está aqui incorporada, em sua totalidade, a título de referência.

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a mecanismos, e, mais particularmente, a mecanismos giratórios.

Antecedentes da Técnica

Os mecanismos giratórios têm a promessa de alta eficiência, altas densidades de energia e baixa contagem de parte, o que tem atraído 15 inúmeros engenheiros e os esforços para esse campo. Entre muitas configurações existentes no estado da técnica, um dos mais simples e a mais promissores tem como base no conceito de gerotor. Com referência às Figuras 1(a) - 1(d), representando a técnica anterior, e, mais especificamente, às Fig. 1(a), um gerotor inclui um rotor externo montado de modo giratório den20 tro da cavidade de alojamento (alojamento não mostrado) e que tem o perfil de engrenagem fêmea e rotor interno com o perfil de engrenagem macho. Em um curso da sua operação, tanto o rotor externo quanto interno giram dentro do alojamento, formando uma pluralidade de câmeras sucessivas de volume variável, Essas câmaras podem ser utilizadas para executar a com25 pressão ou a expansão do gás em compressores/motores pneumáticos/mecanismos ou movimento de líquidos em bombas/motores hidráulicos. Uma configuração alternativa é para um rotor externo ser estacionário ao mesmo tempo em que o rotor interno oscila, acionado por um eixo excêntrico. As câmaras de volume variáveis formadas assim se comportam de modo similar 30 â primeira configuração. As perdas por atrito associadas a esses designs poderíam ser reduzidas com o uso de um design de gerotor de rolete-hélíce mostrado na Fig. 1 (b). Em vez de um contato direto entre os rotores externo

2/49 e interno, os roletes são incorporados para formar as câmaras de deslocamento. Em todos esses designs, urn rotor externo é utilizado, não só para formar as câmaras, mas também para guiar p rotor interno.

Por ter muito poucas partes móveis, não é surpreendente que 5 esse projeto simples tenha atraído a atenção de muitos que tentaram projetar um motor rotativo em torno dele. O principal problema que pode ser atribuído a todos os motores rotativos, no entanto, é a dificuldade na vedação do fluido de trabalho durante os cursos de compressão, de combustão e de expansão dos mecanismos. Na teoria, embora a maior parte dos motores 10 pareça possível no papel, uma vez que abrange completamente o fluido de trabalho sem a utilização de vedações, na prática, quando as tolerâncias de maquinagem e de expansão térmica são consideradas e também quando as partes começam a se desgastar, a vedação do fluído de trabalho não é possível sem os vedantes. A versão mais famosa do mecanismo com base no 15 gerotor e a única utilizada na produção é o mecanismo Wankeí, em que o rotor de 3 lobos se move dentro do alojamento de 2 lobos, tal como mostrado na Fig. 1 (c). Esse mecanismo foi relativamente bem sucedido por duas razões principais. Em primeiro lugar, o rotor externo não foi usado para guiar o rotor interno, mas sim um par de engrenagens foi usado para sincronizar o 20 movimento e a rotação do rotor interno com o movimento do eixo excêntrico.

Em segundo lugar, o intervalo entre o rotor interno e rotor externo, que é fornecido para permitir as tolerâncias de fabricação, a expansão térmica e o desgaste foi vedado por um trabalho de rede de vedações, pode ser conhecido como urna ' Rede Wankel , que consiste em vedações frontais locali25 zadas na parte plana da vedação do rotor e do vértice situado em cada vértice do rotor, e também botões que conectavam ambos desses tipos de vedações: todas essas vedações estão localizadas no rotor e, por conseguinte, irão se mover com o rotor Juntamente com o próprio rotor e o alojamento, em teoria, essas vedações completamente abrangidas com o fluido de traba30 Iho. Novamente, na prática, ainda há vãos entre as vedações ou as vedações e o rotor e as vedações e o alojamento, mas essas são relativamente pequenas e podem ser gerenciadas e permitem que o mecanismo funcione.

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Dito isto, é bem sabido que esses motores têm eficiência relatívamente baixa e altas emissões e não são adequados para o modo de ignição por compressão de operação devido a:

1. Grau relativamente alto de vazamento, apesar da rede de ve5 dação. Por exemplo, o salto das vedações de ápice de movimento rápido, assim como, os onfíctos no mecanismo para acomodar a(s) vela(s) de ignição contribuem para o vazamento.

2. Grande movimento de vedação.

3. Altas perdas térmicas causadas pela relação muito alta de su10 pertícíe para volume da câmara de combustão no momento de maior compressão.

4. Baixa taxa de compressão realizável de modo geométrico.

5. Necessidade de medir o óleo na câmara de trabalho para lubrificar as vedações do ápice, que não conseguem a lubrificação por quais- quer outros meios, bem como a existência de portas por meio das quais esse oleo escapa, causando problemas de emissão.

De maneira teórica, os mecanismos de gerotor com um rotor externo estacionário têm apenas uma parte móvel principal, o rotor. Esse rotor, que se move dentro de um alojamento, forma as cavidades de geometria 20 variável que contraem e se expandem em um curso de rotação do rotor. A vedação é alcançada mediante o contato com a linha teórica entre o rotor e o alojamento; tal contato deve ocorrer pelo menos em dois locais. Em geral, os gerotores são desenvolvidos para ter um contato deslizante muito pequeno entre o rotor e o alojamento, no entanto, foram feitas tentativas para im25 plementar rolete sem deslizamento, vide a patente U.S. 7.520.738 de Katz, como um exemplo de um tal esforço. Outro exemplo é descrito na patente U.S. 5.373.819 de Rene Linder, que usa os roletes em conjunto com um excêntrico para guiar um rotor dentro dc alojamento. Ainda outro exemplo é descrito na patente russa RU 2078221 01 de Veselovsky, que usa as veda30 ções dentro de um alojamento. Na prática, conforme observado acima, as tolerâncias de fabricação e a expansão térmica fazem com que os desenvolvedores deixem um vão relativamente grande entre o rotor e o alojamento ou

4/49 o rotor e os roletes. Se o alojamento e o rotor não forem flexíveis, ou se os roletes não se acomodarem na expansão térmica ou a pré-carga devido à tolerância de usinagem, a vedação não pode ser alcançada. Assim, torna-se sem sentido falar somente sobre o contato de rolete entre o rotor e o aloja5 mento. Esse vão precisa ser fechado de uma forma ou de outra com a vedação para permitir um mecanismo viável.

Sumário das Modalidades

Em uma primeira modalidade da invenção, apresenta-se um mecanismo aprimorado do tipo que inclui um rotor cicloidal que tem N lobos 10 e um alojamento que tem um conjunto correspondente de regiões de recepção de N+1 lobo para a recepção de modo sucessivo dos lobos à medida que o rotor gira ao redor de um eixo em relação ao alojamento, o alojamento que tem (i) um par de lados dispostos de modo axial nos primeiro e segundo lados do rotor, e (ii) um pico disposto entre cada par de regiões de recepção 15 de lobo adjacente, e (iii) uma porta de admissão e uma porta de saída, em que o aprimoramento é definido por: uma pluralidade de vedações de pico, pelo menos uma da pluralidade de vedações de pico dispostas em cada pico e configuradas para manter o contato com o rotor ao longo de um período de rotação do rotor, cada vedação que é inclinada de modo radial contra o rotor 20 ao longo da rotação do rotor, por conta da geometria cicloidal do rotor e as partes de recepção de lobo; uma primeira passagem definida no rotor para se comunicar de modo cíclico entre a porta de admissão e uma câmara de trabalho, uma câmara de trabalho definida como um volume que fica entre duas vedações de pico, o alojamento e o rotor; uma segunda passagem, 25 distinta da primeira passagem, definida no rotor para se comunicar de modo cíclico entre a porta de saída e uma câmara de trabalho; uma primeira vedação de face disposta entre o primeiro lado e o rotor; uma segunda vedação de face disposta entre o segundo lado e o rotor; em que as passagens e as vedações são configuradas para fazer com que cada vedação mantenha o 30 contato tanto com o rotor quanto com um dos lados através de todas as posições angulares do rotor, ao mesmo tempo em que evita a comunicação com qualquer uma das portas.

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Em outra modalidade, cada vedação de pico tem uma região de contato com o rotor, e a região de contato é curva com um raio de curvatura igual ao raio de curvatura de um rolete teórico, cujo rolete teórico é definido de maneira única pela geometria do rotor e a geometria das regiões de re5 cepção de lobo,

Em outra modalidade, o rotor tem uma primeira face axial, uma segunda face axial paraleia à primeira face axial, e uma superfície radial entre a primeira face axial e a segunda face axial, e normal à primeira face axial e à segunda face axial, e em que a primeira face axial e a face radial defi10 nem uma primeira borda do rotor e a segunda face axial e a face radial definem uma segunda borda do rotor, e em que a primeira vedação de face é disposta na primeira borda do rotor.

Em uma modalidade adicional, a segunda vedação de face é disposta na segunda borda do rotor.

Em outra modalidade, o rotor tem uma primeira face axial, uma segunda face axia! paralela à primeira face axial, e uma superfície radial entre e norma! à primeira face axial e à segunda face axial, e em que a primeira face axial e a face radial definem uma primeira borda do rotor, e em que a primeira vedação de face é disposta sobre a primeira face axial deslocada 20 da primeira borda do rotor, de modo a definir um primeiro descanso anular sobre a primeira face axial entre a primeira borda e a primeira vedação de face, o mecanismo que compreende ainda e uma vedação de botão disposta de modo a ficar em contato com o rotor e a primeira vedação de face no primeiro descanso anular.

Em outra modalidade, em um primeiro ângulo do rotor dentro do alojamento uma câmara de trabalho forma uma câmara de compressão que tem um volume de câmara de compressão máximo, e em um segundo ângulo do rotor dentro do alojamento uma câmara de trabalho forma uma câmara de expansão que tem um volume de câmara de expansão máximo, o volume 30 de câmara de expansão máximo que é maior ou igual a 1,0 vez o volume de câmara de compressão máximo.

Em outra modalidade, o volume de câmara de expansão máximo

6/49 é pela menos 3 vezes o volume de câmara de compressão máximo.

Outra modalidade inclui ainda uma pluralidade de canais de lubrificação em pelo menos um dos lados, cada um da pluralidade dos canais de lubrificação dispostas de modo a liberar o lubrificante àquelas correspon5 dentes da pluralidade de vedações de pico.

Outra modalidade inclui ainda um canal de lubrificação em pelo menos um dos lados, o canal de lubrificação disposto de modo a liberar de modo contínuo o lubrificante àquelas correspondentes das vedações de face.

Em outra modalidade, apresenta-se um mecanismo aprimorado do tipo que incluí um rotor que tem N lobos e um alojamento que tem um conjunto correspondente de regiões de recepção de Ν+Ί lobo para a recepção de modo sucessivo dos lobos à medida que o rotor gira sobre o seu eixo e gira em torno de um eixo em relação ao alojamento, o alojamento que tem 15 (i) um par de lados dispostos de modo axial nos primeiro e segundo lados do rotor, e (ii) um pico disposto entre cada par de regiões de recepção de íobo adjacente, e (iíi) uma porta de admissão e uma porta de saída, em que o aprimoramento incluí: uma primeira passagem definida no rotor para se comunicar de modo cícíico entre a porta de admissão e uma câmara de traba20 Iho definida como um volume que fica entre duas vedações de pico, o alojamento e o rotor; uma segunda passagem, distinta da primeira passagem, definida no rotor para se comunicar de modo cíclico entre a porta de saída e uma câmara de trabalho; uma rede de vedação que compreende uma pluralidade de vedações de pico, pelo menos uma da pluralidade de vedações de 25 pico dispostas em cada pico e configuradas para manter o contato com o rotor, tal vedação que é inclinada de modo radial contra o rotor; e uma de: uma vedação de face disposta sobre o rotor e configurada para manter o contato com os lados do alojamento tal vedação que é inclinada de modo axial contra o lado de alojamento, onde pelo curso de rotação da dita veda30 ção lateral não cruza pela porta de admissão e de saída, e 2 x as vedações de botão (N + 1), uma para cada lado de cada pico, dispostas dentro do lado de alojamento, inclinadas de modo axial em direção ao rotor e configuradas

7749 para manter o contato com a vedação de pico e a vedação lateral, e uma veoação de face disposta sobre o rotor e configuradas para manter o contato com os lados do alojamento e uma parte chanfrada do rotor, tal vedação que ê inclinada de modo axial contra o lado de alojamento; em que as portas, as 5 passagens e a vedação de face são configuradas para fazer com que a dita vedação mantenha contato tanto com o rotor quanto com um dos lados através de todas as posições angulares do rotor ao mesmo tempo em que evita que a dita vedação cruze qualquer uma das portas.

Em outra modalidade, a vedação de face é uma vedação de fio.

Em outra modalidade, a vedação de face é disposta em uma borda do rotor, cuja borda é definida pela mtersecção de uma face axial do rotor com uma face radial do rotor.

Ern outra modalidade, o perfil da vedação de face é gerado como uma curva cicloidal na qual o raio do rolete teórico usado para gerar a 1 δ curva cicloidal é o raio do botão na vedação de botão.

Ern outra modalidade, o rotor é de uma geometria cicloidal definida por um conjunto de N+1 roletes teóricos, e cada vedação de pico tem uma região de contato com o rotor, e a região de contato é curva com um raio de curvatura que se aproxima de um raio de curvatura do rolete teórico 20 que a vedação de pico substitui.

Outra modalidade inclui um alojamento que tem uma cavidade de trabalho, e uma câmara de combustão em comunicação fluida com a cavidade de trabalho; um pistão disposto sobre o alojamento e configurado para entrar de modo controlado e retirar da câmara de combustão; um rotor 25 montado de modo giratório dentro da cavidade de trabalho, de modo a formar uma câmara de trabalho de um volume variável com o alojamento, ern ângulos diferentes de rotação do rotor dentro da cavidade de trabalho; e um controlador sincronizado ao ângulo de rotação do rotor para fazer com que o pistão entre de modo controlado na e seja retirado da câmara de combustão, 30 de modo a fazer com que o volume combinado de urna câmara de trabalho e da câmara de combustão seja constante por uma faixa de ângulos de rotação do rotor.

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Outra modalidade inclui um alojamento que tem um cavidade de trabalho; um eixo, o eixo que tem uma parte excêntrica; um rotor que tem uma primeira face axial, e uma segunda face axial oposta à primeira face axial, o rotor disposto sobre a parte excêntrica e dentro da cavidade de tra5 baiho, o rotor que compreende um primeiro carne sobre a primeira face axial, o primeiro carne que tem uma excentricidade que corresponde à excentricidade da parte excêntrica do eixo; e uma cobertura integral com, ou anexa de maneira fixa ao alojamento, a cobertura que compreende uma pluralidade de roletes, cada rolete engatado ao carne, em que o carne guia a rotação do 10 rotor à medida que o rotor gira dentro da cavidade de trabalho e gira ao redor do eixo.

Outra modalidade inclui um segundo carne na segunda face axial do rotor.

Breve Descrição dos Desenhos

As características supracitadas das modalidades serão mais prontamente entendidas por referência à descrição detalhada a seguir, consideradas com referência aos desenhos anexos, nos quais:

as Figuras 1(a) a 1(d) ilustram de modo esquemático os mecanismos giratórios da técnica anterior com o uso de gerotores;

a Fig. 2(a) a 2(b) ilustra de modo esquemático uma modalidade de uma modalidade de um mecanismo de rotor cicloide;

a Fig. 3 ilustram de modo esquemático uma modalidade de um mecanismo de rotor cicloide em vários pontos em execução de um ciclo de mecanismo;

as Figuras 4(a) a 4(d) ilustram de modo esquemático as geometries dos componentes de formação de um mecanismo de cfoloidal;

a Fig. 5 ilustra de modo esquemático vários componentes de uma modalidade de um mecanismo de rotor cicloide;

a Fig, 6 ilustra de modo esquemático um conjunto de rotor de 30 uma modalidade de um rotor cicloide;

as Figuras 7(a) a 7(d) ilustram de modo esquemático a interação entre as modalidades de alojamentos de mecanismo e as passagens de en9/49 trada e saída em um rotor;

as Figuras 8(a) a 8(b) iiustram de modo esquemático as modalidades de uma rede de vedação, ao longo de uma modalidade de um pistão câmara de combustão;

a Fig. 9 ilustra de modo esquemático a posição de uma vedação de face com relação às portas de entrada em uma variedade de ângulos de rotor;

as Figuras 10(a) e 10(b) ilustra, de modo esquemático as modalidades de uma vedação de face;

as Figuras 11(a) a 11(c) iiustram de modo esquemático as modalidades de uma vedação de face;

as Figuras 12(a) a 12(g) ilustram de modo esquemático as modalidades de componentes de uma rede de vedação;

as Figuras 13(a) a 13(g) ilustram de modo esquemático as mo15 dahdades de uma vedação de face, a Fig. 14 ilustram de modo esquemático uma modalidade de uma vedação de face;

as Figuras 15(a) a 15(c) ilustram de modo esquemático as modalidades de componentes de uma rede de vedação;

as Figuras 16(a) a 16(d) ilustram de modo esquemático as modalidades de componentes de uma rede de vedação;

a Fig. 17 ilustra de modo esquemático uma modalidade de uma vedação de pico;

a Fig. 18 ilustra de modo esquemático uma modalidade de uma 25 vedação de pico;

a Fig. 19(a) a 19(b) ilustra de modo esquemático uma modalidade de uma vedação de pico;

a Fig. 20(a) a 20(c) ilustra de modo esquemático as modalidades de uma vedação de pico;

a Fig. 21 ilustra de modo esquemático uma modalidade de um alojamento de mecanismo de gerotor e o rotor;

as Figuras 22(a) a 22(c) ilustram de modo esquemático uma

10/49 modalidade de um mecanismo de gerotor;

a Fig. 23 ilustra de modo esquemátíco uma modalidade de um rotor de um mecanismo giratório;

a Fig. 24 ilustra de modo esquemátíco uma modalidade de um 5 rotor de um mecanismo giratório;

a Fig. 25 ilustra de modo esquemátíco uma modalidade de um rotor de um mecanismo giratório;

a Fig. 26 iiustra de modo esquemátíco uma modalidade de um rotor de um mecanismo giratório;

a Fig. 27 iiustra de modo esquemátíco uma modalidade de um rotor de um mecanismo giratório;

a Fig. 28 ilustra de modo esquemátíco uma modalidade de um rotor de um mecanismo giratório;

a Fig. 29(a) a 29(b) ilustram de modo esquemátíco as modalida15 des de um rotor de um mecanismo giratório;

as Figuras 30(a) a 30(c) ilustra de modo esquemátíco uma modalidade de um mecanismo giratório;

a Fig. 31 ilustra de modo esquemátíco uma modalidade de um rotor de um mecanismo giratório;

as Figuras 32(a) a 32(f) ilustram de modo esquemátíco as posições de rotor durante a execução de um ciclo de mecanismo.

Descrição Detalhada das Modalidades Específicas

Várias modalidades fornecem os mecanismos giratórios aprimorados que operam com maior eficiência, com menores emissões de escape 25 que os mecanismos de pistão ou giratórios tradicionais. Essas características permitirão uma melhor eficiência de combustível, e também tornam os mecanismos mais ecológicos do que os mecanismos giratórios tradicionais, tais como o mecanismo giratório Wankel, por exemplo, como o usado por décadas pela Mazda corporação.

Ao contrário dos mecanismos de combustão interna anteriores, as modalidades ilustrativas usam um rotor cicloide (ou cicloidal) que gira no interior de um alojamento fixo.

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Conforme utilizado nessa descrição e nas reivindicações que a acompanham, os seguintes termos terão os significados indicados, a menos que o contexto ím ponha interpretação diferente:

Cicloidal: o termo cicloidal se referse à geometria de um rotor em algumas das modalidades de um mecanismo giratório. O rotor (que pode ser descrito como um disco cícloide ) tem Z1 número de lobos. A geometria do rotor é gerada com base em Z2 roletes teóricos, em que Z2 = Z1+1, e os roletes teóricos têm o raio Rr e são localizados em uma distância R longe de um ponto central.

O perfil do rotor (disco cicloide) pode ser gerado de maneira matemática com o uso das equações derivadas por Shin e Kwon (vide Shin, J. H., e Kwon, S. M., 2006, Lobe Profile Design in a Cycloid Reducer Using Instant Velocity Center, Teoria de Meeh. Mach., 41, pp. 596 a 616):

C. - cos ó A' ,. eos($ + ψ) <·: cosí (Z. + l )rf>.i (1) ~ ~ R sin φ + 7?.,· + If + e siM(Z) 4 1)<£) onde φ é o ânguto do eixo de enteada;. e ψ é o ângulo de contato entre o lobo cícloide e o rolste calculado como

,... ,. R íiZj+i.)

Um mecanismo giratório ou mesmo um compressor giratório po15 de ser construído com o uso dessa geometria para qualquer Z1 de 1 ao infinito. Por exemplo, as várias modalidades descritas a seguir têm rotores nos quais Z1=2 e Z2=3, um entendimento que qualquer Z1 pode ser utilizado, bem como que a aplicação não está limitada aos mecanismos, mas também é aplicável a compressores, bombas e motores hidráulicos ou pneumáticos.

O volume máximo de uma câmara de compressão, o volume máximo da câmara de compressão é o volume da câmara de compressão (que é uma câmara de trabalho, naquela fase de um ciclo de mecanismo quando o meio de trabalho no interior da câmara de trabalho é fresco, por exemplo, o ar, e está sendo comprimido antes da combustão) no momento 25 do ciclo do mecanismo quando a câmara é cortada, em primeiro lugar, a partir do ambiente externo do motor. Por exemplo, no mecanismo 200, o volume

12/49 máximo da câmara de compressão é o volume daquela câmara logo depois que a passagem de admissão foi omitida, de modo que não há mais uma passagem de fluido a partir da câmara de compressão para o ambiente fora do alojamento do mecanismo.

O máximo volume da câmara de expansão: o volume máximo de uma câmara de expansão é o volume de uma câmara de expansão (que é uma câmara de trabalho naquela fase de um ciclo do mecanismo quando o meio de trabalho no interior de uma câmara de trabalho foi queimado e está realizando o trabalho no rotor) no último momento no ciclo do mecanismo 10 antes que a câmara seja exposto ao ambiente fora do mecanismo. Por exemplo, no mecanismo 200, o volume máximo da câmara de expansão é o volume daquela câmara logo depois que a passagem de escape cessa para ser omitida, de modo que permanece, no último momento, nenhuma passagem de fluido a partir da câmara de escape ao ambiente fora do alojamento 15 de mecanismo.

O ângulo, ou ângulo de rotação. Um rotor do mecanismo é configurado de modo que pode girar e orbitar dentro do motor. Em algumas modalidades, um rotor gira em torno do eixo do motor, definido pelo seu eixo de entrada/saída, impulsionado pelo eixo excêntrico e com a velocidade angular 20 do eixo, enquanto que ao mesmo tempo o rotor gira em torno do seu próprio eixo, em alguma velocidade angular do eixo e na direção oposta por meio de sincronização, definidos abaixo. Em várias posições, o rotor forma várias câmaras de trabalho, e engata as portas de admissão e escape, etc. As referências ao ângulo de um rotor, ou o ângulo de rotação de um rotor, são as 25 referências para a posição do rotor no interior do alojamento. Por exemplo, na Fig. 3(f), se a posição do rotor for considerada 0 graus, então, a posição do rotor na figura3(c) seria deslocada 60 graus em sentido anti-horário.

O meio de trabalho: o termo meio de trabalho se refere a um gás dentro de um mecanismo, e pode incluir, por exemplo, o ar que passa 30 em uma câmara de aspiração, o ar que é comprimido dentro de uma câmara de compressão, o gás dentro de uma câmara de combustão e o gás dentro de uma câmara de expansão. A meio de trabalho pode conter o combustível

13/49 (por exemplo, gasolina ou combustível para motores a d iesel), ou pode incluir os subprodutos de combustão.

Excentricidade: a distância entre um centro de rotação de um eixo, e o centro geométrico de um excêntrico circular fixo ao eixo,

Visão geral da Modalidade Ilustrativa de um Mecanismo

A Fig. 2(a) ilustra de modo esquemático uma modalidade de um mecanismo giratório cícloide 200, a Fig. 2(b) ilustra de modo esquemático o mecanismo giratório cícloide 200 em uma vista explodida e a Fig, 2(c) ilustra de modo esquemático o mecanismo giratório cícloide 200 em uma vista em 10 corte. O mecanismo 200 inclui um alojamento 201 que tem um corpo 201A (que pode ser conhecido como um corpo círcunferencial) que tem uma abertura 201B, uma cobertura de admissão 201 C e uma cobertura de escape 201D. Em algumas modalidades, a cobertura de admissão 201C e/ou a cobertura de escape 201D são uma parte integral do corpo 201Â, e formam 15 uma superfície plana deslocada de modo axial a partir do e voltado para o rotor 202. Assim, a cobertura de admissão 201C e/ou a cobertura de escape 201D podem ser chamadas simplesmente de uma parte plana do alojamento 201. O corpo 201 A, a cobertura de admissão 201C e a cobertura de escape 201D têm uma relação fixa espacial um em relação ao outro, e juntos eles 20 definem uma cavidade para o alojamento do rotor cícloide 202.

Além do alojamento 201, as Figuras 2(a) e 2(b) incluem inúmeros outros elementos do mecanismo 200. Um ventilador opcional 203 fornece o fluxo de ar para o mecanismo 200 para resfriar, e/ou pode fornecer uma carga de ar fresco para o uso na execução de um ciclo do mecanismo. Se 25 um ventilador não for usado, uma carga de ar fresco será fornecida pela ação de indução do rotor que, em um curso da sua rotação, cria um vácuo durante determinadas partes do ciclo. Uma bomba de óleo opcional 204 fornece o óleo aos componentes internos do mecanismo conforme descrito adicionalmente abaixo O mecanismo 200 também inclui as tubulações de 30 admissão e de escape 205 e 206, juntamente com a bomba de combustível 207 e os injetores de combustível 208 para fornecer o combustível para a combustão no mecanismo 200.

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Dentro do mecanismo 200, o rotor é acoplado de modo giratório a um eixo excêntrico 201, melhor visto na Fig. 6, que pode ser chamado simplesmente de um eixo. O eixo excêntrico 210 é configurado para girar ao redor do ponto central (ou eixo) 210A do eixo 210, e inclui uma parte ex5 cêntríca 21QB, que está deslocado em relação ao eixo por excentricidade e. Uma força aplicada à parte excêntrica do eixo 210 irá atuar sobre o eixo 210, fazendo com que o eixo 210 gire.

Nessa modalidade, o rotor 202 tem dois lobos 202A, 202B, e a abertura 201B tem três regiões de recepção de lobo 250, 252 e 253, con10 forme ilustrado de modo esquemático na figura3.

Os lobos 202A, 202B são curvos e têm uma curvatura. As regiões de recepção de lobo 220, 221 e 222 são definidas por um número igual de curvas de interseção, que formam um número igual de picos 205, 206, 207, um pico em cada intersecção. As curvas 208, 209 e 201 que definem as 15 regiões de recepção de lobo têm uma curvatura de um formato similar à curvatura dos lobos, de modo que a curva interna das regiões de recepção de lobo 220, 221 e 222 são iguais às curvas externas de um lobo 202A, 202B, com a exceção de que uma pequena folga deve existir entre as duas curvas para acomodar as tolerâncias de fabricação e para os componentes de ex20 pansão térmica, de modo que qualquer um dos lobos pode ocupar cornpletamente qualquer uma das regiões de recepção de lobo, corno explicado de forma mais completa abaixo.

Cada pico 205, 206, 207, por sua vez, tem uma vedação de pico 251 A, 251B, 251C, e cada vedação de pico é inclinada de modo radiai de 25 modo a ficar em contato de vedação contínua com o rotor 202, para formar inúmeras câmaras de trabalho, conforme descrito de forma mais completa abaixo.

As Figuras 3(a) a 3(f) ilustram de modo esquemático o mecanismo 200 em vários momentos da sua operação, durante as quais o centro 30 geométrico do rotor 202 gira ao redor do centro 210A do eixo 210 e o rotor 202 gira ao redor do seu centro com metade da velocidade angular e na direção oposta do eixo 210. O mecanismo de sincronização, nesse caso

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Lima engrenagem interna 211 fixo na cobertura e o pinhão 212 fixo no rotor em relação 3:2 faz com que o eixo 210 gire em uma direção oposta à direção de rotação do rotor 202, Por exemplo, nass Figuras 3(a) a 3(f), o rotor 202 gira em sentido anti-horário, e o eixo 210 gira em sentido horário δ À medida que o rotor 202 gira dentro da abertura 201B, o alojamento 201 e o rotor 202 cooperam para formar três câmaras de trabalho 250, 252, 253 para a execução de um ciclo do mecanismo. De modo mais específico, cada câmara de trabalho é definida pelo alojamento circunferencial 201 A, pelo rotor 202, por inúmeras vedações e pelos lados 201C, 201D 10 do alojamento.

Por exemplo, uma câmara de trabalho 250 é formada pelo rotor 202, pelo alojamento circunferencíal 201A e pelas vedações 251A e 251B, juntamente com os lados 201C e 201 D, e outras vedações entre um rotor e os lados. Para facilitar a ilustração, as outras vedações não saõ mostradas 15 nas Figuras 3(a) a 3(f).

Conforme ilustrado na figura3(a), uma câmara de trabalho 250 tem um volume finito e não é acoplada ao ambiente externo para o mecanismo 200. À medida que o rotor 202 gira em sentido anti-horário, um gás ou meio de trabalho (por exemplo, o ar que foi induzido em uma câmara de tra20 balho 250 antes desse momento) é comprimido a partir do seu volume inicial (V1). À medida que o rotor 202 continua a girar, um lobo 202A do rotor 202 continua a ocupar de modo progressimo mais da região de recepção do lobo 221, comprimindo assim de maneira progressiva o gás dentro de uma câmara de trabalho 250. Assim, a câmara de trabalho 250, nesse estágio do ciclo 25 do mecanismo, pode ser conecida como uma câmara de compressão.

Por fim, o lobo 202A ocupa completamente a região de recepção de lobo 221, conforme ilustrado de modo esquemático na figura3(c) Nessa posição, o lobo 202A forçou todo o gás dentro da câmara de compressão em uma câmara de combustão 260 dentro do corpo circunferência! 201 A, A 30 câmara de combustão 260 tem um volume fixo (V2).

Essa position do rotor 202 dentro do região de recepção de lobo 221 pode ser conhecida como ’’ponto morto superior ou TDC , Nesse mo

16/49 mento, no ciclo do mecanismo, o combustível dentro do câmara de combustão inflama, fazendo com que o calor seja adicionado ao gás, e assim, aumentando muito a pressão do gás.

A ignição pode ser iniciada em uma variedade de maneiras co5 nhecidas na técnica. No entanto, nessa modalidade, a razão do volume inicial da câmara de compressão (V1) e do volume da câmara de combustão (V2) no ponto morto superior pode ser superior a 30 ou mais. Como tal, a mistura de combustível e gás no interior da câmara de trabalho pode ser inflamada por ignição por compressão. De fato, o combustível pode ser injeta10 do na câmara de trabalho antes de a câmara de combustão fechar (por exemplo, durante a compressão), ou durante ou após o momento em que a câmara de combustão é fechada.

A medida que o rotor 202 continua a girar, o lobo 202A é substancialmente estacionário por um breve período de tempo (ou por um pe15 queno ângulo de rotação) dentro do região de recepção de lobo 221. Em outras palavras, enquanto o lobo 202A está no ponto morto superior, a rotação do eixo 210 faz com que o lobo 202A gire de maneira eficaz dentro da região de recepção de lobo 221 antes de, por fim, começar a ser retirado da região de recepção de lobo 221 (a Fig. 3(d)). Assim, o volume de uma câma20 ra de trabalho (isto é, a câmara de combustão) no e ao redor do ponto morto superior è substancialmente constante para uma parte da rotação angular do rotor 202. De maneira prático, uma alteração no volume do meio de trabalho capturado na câmara de combustão acima de cerca de 5 a 10 graus de rotação, devido às propriedades aerodinâmicasdo gás que se move através de 25 um vão muito pequeno entre o rotor e o alojamento é menor que uma metade de um por cento (0,5%) do volume da câmara de combustão pode ser considerado um volume constante de modo eficaz ou um volume substancialmente constante.

Algumas modalidades têm um volume substancialmente cons30 tante por um período de tempo mais longo (ou ângulo maior de rotação de um rotor) do que podería ser oferecido pelo rotor giratório. Por exemplo, conforme ilustrado de modo esquemático na Fig. 8(a), algumas modalidades

17/49 incluem um pistão 850 que se estende de modo controlado na câmara de combustão 820. Por exemplo, em algumas modalidades, o pistão 850 pode se estender na câmara de combustão 820. À medida que o rotor 821 reduz, o volume da câmara de compressão, o meio de trabalho dentro do câmara de 5 compressão é forçado na câmara de combustão 820. Em um momento predeterminado no ciclo do mecanismo, o pistão 850 começa a ser retirado da câmara de combustão 850 de modo a fornecer o volume adicional dentro do câmara de combustão 850 para corresponder de modo exato a redução no volume da câmara de compressão. De modo similar, à medida que o rotor 10 821 gira além da câmara de combustão 852, o pistão 850 pode começar a ocupar de maneira progressiva mais da câmara de combustão 850 Dessa maneira, o volume combinado da câmara de compressão e da câmara de combustão 820 pode ser mantido constante por uma determinada faixa de movimento do rotor.

Em várias modalidades, o pequeno pistão 850 pode ser acionado por mola, ou acionado de modo externo por um carne, ou acionamentos elétricos ou hidráulicos sincronizados com o ciclo do mecanismo. Qualquer tal mecanismo de acionamento pode ser conhecido como um controlador. Se acionado de modo externo, o pistão 850 se estende para a câmara de 20 combustão 820 e pode ser controlado de modo a manter um volume constante da câmara de combustão 820 por uma duração rrjuíto mais longa. De modo alternativo, o pistão 850 pode auxiliar na compressão muito rápida ou em mecanismos de taxa de compressão variáveis, todos esses úteis em diferentes modos de funcionamento do motor, com a finalidade de aumentar a 25 eficiência do motor, ou permitir que o motor funcione com uma multiplicidade de combustíveis. De modo alternativo, o volume (e a composição) dos gases durante a fase de combustão podería ser controlado por injeção de água.

Novamente, com referência às Figuras 3(a) a 3(f), depois da combustão o gás dentro de uma câmara de trabalho 250 começa a expan30 d ir, forçando assim o rotor 202 para recurar da região de recepção de lobo 221, conforme ilustrado de modo esquemático na figura3(d). Durante essa fase do ciclo do mecanismo, uma câmara de trabalho 250 pode ser conhecí

18/49 da como uma câmara de expansão . Nesse momento de expansão máxima, a câmara de expansão tem um volume (V3) que é maior que o volume máximo (VI) da câmara de compressão. Em algumas modalidades, o volume máximo da câmara de expansão (V3) pode ser igual ao volume máximo 5 da câmara de expansão e, em outras modalidades, o volume da câmara de expansão (V3) pode ser maior que o volume máximo (VI) da câmara de compressão. Em algumas modalidades, o volume da câmara de expansão (V3) pode ser 1,1 a 3 vezes maior que o volume máximo (V1) da câmara de compressão. Por exemplo, as Figuras 32(a) a 32(f) ilustra, de modo esque10 mático uma modalidade na qual as passagens de entrada e escape foram configuradas tal que o volume V3 é maior que o volume V1. Em algumas modalidades, a configuração das passagens de entrada e escape pode ser descrita como assimétrica, o que significa que a passagem de admissão se engata a uma câmara de trabalho em um ângulo diferente de rotação do ro15 tor, e/ou por uma faixa menor de ângulos de rotação do rotor, que o ângulo (ou faixa de ângulos) no qual a passagem de escape engata a uma câmara de trabalho

O gás de expansão dentro do câmara de expansão 250 exerce a força sobre o rotor 202, fazendo assim com que o rotor 202 continue a sua 20 rotação ao redor do eixo excêntrico 210, e fazendo assim com que o eixo excêntrico 210 gire sobre o seu eixo 210A em uma direção contrária à direção de rotação do rotor 202. Nessa modalidade, o eixo 210 gira em sento horário, conforme indicado pela seta no excêntrico 210B.

À medida que a expansão termina, e o rotor 202 continua a girar, 25 a passagem de escape (vide as Figuras 7(a) a 7(d)) no rotor 202 se comunica com a câmara de trabalho 250. A passagem de escape fica voltada para a porta de saída, expondo assim uma câmara de trabalho 250 ao ambiente externo do mecanismo 200, de modo que os gases de escape podem sair do mecanismo 200. À medida que o rotor 202 continua a girar, o volume da câ30 mara de trabalho é reduzido e os gases de escape são expelidos.

À medida que o rotor 202 continua a girar, uma passagem de admissão (vide as Figuras 7(a) a 7(d)) no rotor e exposta a uma câmara de

19/49 trabalho, essa passagem de admissão se comunica com uma porta de admissão no lado de alojamento. Dessa maneira, uma câmara de trabalho 250 é, por fim, exposta ao ambiente fora do mecanismo 200, de modo que o ar fresco (que pode ser conhecido como uma carga fresca) pode ser índuzi5 do em uma câmara de trabalho 250 uma vez que esse volume aumenta com a rotação adicional do rotor. Quando uma câmara de trabalho é exposta ao ambiente externo do mecanismo 200, o volume de uma câmara de trabalho 250 pode ser caracterizado como não tendo um volume finito. Apesar disso, ao escapar os gases de escape, a câmara 250 pode ser conhecida como 10 uma câmara de escape e, ao mesmo tempo em que índuz uma carga fresca, a câmara 250 pode ser conhecida como uma aspiração.

Embora a discussão supracitada foque na câmara de trabalho 250, as Figuras 3(a) a 3(f) também revelam que o mecanismo 200 também forma duas outras câmaras de trabalho 252 e 253. Cada câmara de trabalho 15 executa um ciclo que inclui a admissão, a compressão, a combustão, a expansão e o escape, conforme descrito acima em conjunto com a câmara 250. Nessa modalidade, as fases do ciclo do mecanismo para cada uma das câmeras de trabalho são 120 graus fora de fase umas com as outras das câmeras de trabalho. Em um determinado ponto do ciclo, a câmara em fase 20 de expansão não só transforma o eixo excêntrico, mas também alimenta as fases de execução nas outras duas câmaras de trabalho.

Inúmeras observações sobre o mecanismo 200 e a sua operação podem ser úteis nesse momento. Em primeiro lugar, o rotor 202 fica em contato com todas as três das vedações de pico 251 A, 251B, 251C em to25 dos os ângulos de rotação do rotor 202. De fato, essa é uma característica do rotor cicloide que tem as consequências benéficas, tãl como descrito de forma mais completa abaixo.

Além disso, embora a presente modalidade tenha um rotor com dois lobos 202A, 202B e uma abertura estacionária 201B com três regiões 30 de recepção de lobo 220, 221, 222, outras modalidades podem ter diferentes números de lobos e de regiões de recepção de lobo, com o número de regiões de recepção de lobo sendo uma mais (N+1) que o número de lobos (N)

20/49 no rotor correspondente. Além disso, em outras modalidades, ambos do alojamento (N+1)-com lobo e do rotor N-com lobo giram ao redor de outro alojamento fixo, ou o rotor N~com lobo pode ser estacionário e õ alojamento (N+1)-com lobo gira ao redor do rotor.

Alojamento

As vistas mais detalhadas das modalidades de alojamentos e rotores são fornecidas na Fig. 5 e na Fig. 6. A Fig. 5 ilustra de modo esquemátíco uma vista explodida do alojamento 201 e do rotor 202, que mostra o corpo círcunferencíal 201A entre a cobertura de admissão 201C e a cobertu10 ra de escape 201 D. Dois dos três picos 205, 206 são visíveis na Fig. 5, juntamente com dois das três câmaras de combustão 205 e 215. O terceiro pico 207 e a terceira câmara de combustão 217 não são visíveis na Fig. 5 pois eles são bloqueados pelo rotor 202. No entanto, todos os três picos 215, 216, 217 são ilustrados de modo esquemátíco nas modalidades das Figuras 15 7(a) a 7(c). A Fig. 6 é discutida abaixo.

Corpo Círcunferencíal

O corpo 201A tem três regiões de recepção de lobo que são relacionadas de maneira íntima ao rotor 202. Para um determinado rotor acoplado a um excêntrico com a excentricidade conhecida e, a geometria da 20 abertura em um corpo círcunferencíal correspondente é determinada ao especificar um conjunto de roletes teóricos 410, 411, 412 dispostos sobre uma curva de geração 413, conforme mostrado ns Figuras 4(a) a 4(d). Cada um dos roletes teóricos 410, 411, 412 tem um formato cilíndrico com um raio Rr, e os roletes teóricos 410, 411, 412 são espaçados de modo equidistante ao 25 redor de um círculo de geração 413 do raio R. Além disso, o formato do rotor 401 é determinado pelo raio Rr e o raio R, de acordo com as equações cicloides citadas acima.

A geometria da abertura é, em seguida, determinada mediante o posicionamento do rotor 401 em ponto morto superior de cada um dos role30 tes teóricos 410, 411, 412. A extremidade oposta do rotor 401, em seguida, define a curva 420, 421, 422 de uma região de recepção de lobo. De maneria prática, deve-se considerar a construção de uma curva prática de uma

21/49 região de recepção de lobo, ao evitar urn vão entre o rotor e o alojamento nas regiões que recebem o rotor que levará em conta as tolerâncias de fabricação e a expansão térmica dos componentes. Uma vez que esse processo é repetido para cada um dos roletes teóricos 420, 421, 422, a georne5 tria da abertura 430 é definida. As localizações dos roletes teóricos correspondem aos picos do corpo circunferencial. Observa-se que, em algumas modalidades, os roletes reais 420, 421, 422 podem ser fabricados tendo as dimensões de um rolete teórico, e tais rotores existem na realidade, e não são teóricos.

Assim, há uma relação exclusiva entre uma abertura 430, o rotor

401 e os roletes teóricos 410, 411, 412. Como uma consequência, a geometria é do rotor e a abertura é completamente definida por R e Rr. O raio Rr pode ser útil na determinação da geometria das vedações de pico ou rotores de pico, conforme discutidos abaixo.

A geometria cicloide fornece inúmeras características benéficas.

Por exemplo, as geometrias de cooperação do lobo e da região de recepção de lobo rendem uma razáo de compressão muito alta (isto é, a razão entre um volume máximo e mínimo de uma câmara de compressão, onde o volume mínimo da câmara de combustão define um volume constante da câma20 ra de combustão). No mecanismo 200, a razão de compressão é da ordem de entre pelo menos 12 a 25, embora razões maís elevadas sejam também possíveis. Isso é um aprimoramento dos mecanismos giratórios da técnica anterior. Por exemplo, é bem sabido que para o motor Wankel, o limite prático é da ordem de cerca de 10, o que não é suficiente para a ignição por 25 compressão. É por isso que não há mecanismos a diesel Wankel aspirados de modo natural.

De modo prático, é desejável minimizar o vão entre um rotor e o alojamento quando o rotor está localizado no seu ponto morto superior, isto é, quando de maneira geométrica, um volume da câmara de trabalho está no 30 seu menor.

Coberturas e Rotor

A cobertura de admissão 201C inclui as aberturas que formam

22/49 as portas de entrada 260 para permitir que o ar entre em várias câmeras de trabalho dentro do mecanismo 200. Por consideração de simetria, 3 aberturas são escolhidas na configuração de alojamento de três lobos, embora, um número diferente também possa ser escolhido

Nessa modalidade, o rotor 202 inclui uma passagem de admissão 261 entre urna face de admissão 202F do rotor 202 e a face radial 202R do rotor 202. Em outras modalidades, a passagem de admissão podem passar através do eixo, enquanto ainda em outras, esses dois métodos poderíam ser .misturados e correspondidos. Por exemplo, algumas modalidades 10 podem ter portas de saída em uma cobertura ou um lado do alojamento, como na figura7(d), e uma porta de admissão através do eixo, como na figura30(a),

A passagem de admissão 261 é exposta de forma intermitente á porta de admissão 260. Por uma faixa de ângulos de rotação dentro do alo15 jamento, a passagem de admissão 261 será exposta a uma câmara de trabalho, criando um conduíte de admissão temporário 262 a partir do ambiente externo do mecanismo 200 para a câmara de trabalho. O conduite de admissão temporário 262 existirá por uma faixa de rotações angulares do rotor 202 dentro do alojamento 201, contanto que a passagem de admissão 261 20 seja pelo menos parcialmente exposta a uma câmara de trabalho. Em outras rotações angulares do rotor 202 dentro do alojamento 201, a mesma passagem de admissão 261 irá se alinhar de modo cilíndrico umas com as outras das câmeras de trabalho para criar um conduite de admissão temporário para cada uma dessas outras câmeras de trabalho.

A cobertura de escape 201D inclui as aberturas que formam a porta de saída 265 para permitir que o meio de trabalho gasto saia das várias câmeras de trabalho dentro do mecanismo 200. De modo similar à cobertura de admissão, para consideração de simetria, três aberturas são escolhidas na configuração de alojamento de três lobos, embora, um número 30 diferente também possa ser escolhido.

Nessa modalidade, o rotor 202 inclui uma passagem de escape 270 entre uma face de escape 202G do rotor 202 e a face radial 202R do

23/49 rotor 202. Em outras modalidades, a passagem de escape passar através do eixo, enquanto ainda em outras, esses dois métodos poderíam ser misturados e correspondidos.. Por exemplo, algumas modalidades podem ter as portas de entradas em uma cobertura ou em um lado do alojamento, como 5 na Fig, 7(c), e uma porta de saída através do eixo, como na Fig. 30(a).

Em algumas modalidades, a passagem de escape 270 é exposta de forma intermitente à porta de saída 265, enquanto que em outras modalidades a passagem de escape é exposta de maneira contínua para a porta de saída 265. Por uma faixa de ângulos de rotação dentro do alojamento, 10 a passagem de escape 266 irá se alinhar com uma das câmeras de trabalhos, criando um conduite de escape temporário a partir de uma determinada câmara de trabalho para o ambiente externo do mecanismo 200, O conduite de escape temporário irá existir por uma faixa de rotações angulares do rotor dentro do alojamento, contanto que a passagem de escape seja pelo menos 15 parcialrnente alinhada com a câmara de trabalho. Em outras rotações angulares do rotor dentro do alojamento, a mesma passagem irá se alinhar de maneira cíclica com cada uma das outras câmeras de trabalho para criar um conduite de escape temporário a partir de cada uma dessas outras câmeras de trabalho. A passagem de escape 270 pode conter, de maneira opcional, 20 urna válvula de verificação para evitar o refiuxo de escape para o mecanismo durante o processo de admissão, enquanto ambas da passagem de escape e da passagem de admissão podem ser expostas a uma câmara de trabalho ao mesmo tempo por um breve período de sobreposição.

Uma ou ambas das coberturas 201C e 201D incluem um mancai 25 (650, a Fig. 6) para sustentar o eixo. O mancai 650 poderia ser qualquer um dos tipos convencionais, incluindo o tipo periódico (hidrodinâmico), isso pode ser especificamente valioso uma vez que isso forence especificamente uma configuração simples conforme mostrado na Fig. 30(a) Além disso, nessa configuração, os eixos de entrada/saída que mantêm de modo excêntrico e 30 rotacíonal os eixos do rotor também são usados como contraequilíbrios. Assim, eles podem ser produzidos a partir de metais pesados, como tungstênio ou ter elementos de inserção de metal pesado.

2AÍÁ®

A Fig. 6 ilustra de modo esquemática uma vista explodida do rotor 202 e do eixo excêntrico 210. Para acomodar as vedações de face 801, o rotor 202 tem dois sulcos 802 (um em cada face do rotor) nos quais duas vedações de face 801 são dispostas. Esses sulcos 802 são gerados tal que 5 uma vedação de face 801 dentro do sulco 802 ficará em contato constante com a vedação de botão 810 Assim, em algumas modalidades, o descanso 811 sobre o rotor 821 tem uma largura constante, ao mesmo tempo em que em outras modalidades, o descanso 811 pode ter uma largura que varia em diferentes pontos sobre o rotor 821. Além disso, o mecanismo tem três pon10 tos (em geral, N+1 pontos para um mecanismo com um rotor de N-iobo em cada lado de alojamento (cobertura), 201C, 201D próximo a cada pico 205, 206, 207 onde tal ponto no lado de alojamento 201C ou 201D está em contato contínuo com a vedação de face 801. As portas de fornecimento de óieo (como 270 e 271 na Fig. 2(b), por exemplo) no lado de alojamentos 201C, 15 201D são localizadas sobre pelo menos um desses pontos. Assim, o design garante que toda a vedação de face 801 irá, como o rotor 821 girar, por fim, passar por uma porta de óleo. Em outras palavras, as vedações de face 801 têm, cada uma, os seus próprios canais de lubrificação localizados em cada lado de alojamento 201C, 201 D. Além disso, as vedações de face 801 e a 20 porta de admissão 260 e a porta de saída 265 são construídas de modo que a vedação de face 801 nunca é exposta às portas fíxas260, 265 - isso evita que o óleo escape através das portas. O óleo não só funciona para reduzir o desgaste e para o arrefecimento das vedações, mas ajuda a evitar os vazamentos.

O movimento do rotor 202 é definido pelo eixo excêntrico 210 e um par de engrenagens de sincronização; uma engrenagem de pinhão 212 fixo ao rotor 202 (os eixos passam através desse pinhão sem ficar em contato com ele), e uma engrenagem de anel interno 211 fixa a uma da cobertura de admissão 201C. A engrenagem de anel interno 211 tem uma malha de 30 3:2 com o pinhão 212.

O eixo 210 tem um excêntrico 210B com a excentricidade e. Algumas modalidades incluem um mancai posicionado entre a parte excêntrica

25/49 do eixo 210 e o rotor 202. Outras modalidades, como na Fig. 30, por exemplo, omitem tal mancai, pelo que tem um eixo 3210 fixo ao rotor 3202 e que tem o eixo de entrada/saída que sustenta de maneira excêntrica o rotor nos mancais hidrodinâmicos, esses são capazes de cargas muito mais elevadas.

A operação das portas de admissão 260, das portas de saída

265, da passagem de admissão 261 e da passagem de escape 270 pode ser ainda entendida com referência à Fig. 7(a) e à Fig. 7(b), que incluem duas vistas do corpo circunferencíal 201A, juntamente com a cobertura de admissão 201C e a cobertura de escape 201D. Na Fig. 7(a), o rotor 202 é alinhado 10 com uma das portas de admissão 260 na cobertura de admissão 201C, criando uma trajetória de admissão pela qual o ar (uma carga fresca ) 710 entra em uma câmara de trabalho de expansão 711. O ar passa através da porta de admissão 260 e entra na passagem de admissão 261 no rotor 202. O ar passa através do rotor 202 e sai através da face radial 202R do rotor 15 202, para uma câmara de trabalho 711. À medida que o rotor 202 gira, uma câmara de trabalho 711 se expande, extraindo o ar.

Λ medida que o rotor 202 continua a girar, a abertura da passagem de admissão 260 irá, por fim. passar pelo pico 206. No ângulo de rotação, a abertura na passagem de admissão 260 irá ser emitida pelo pico, de 20 modo que a trajetória de admissão ou o conduto deixem de existir. Nesse ângulo, a câmara de compressão é estabelecida e, de fato, naquele ângulo, a câmara de compressão está no seu volume máximo (V1).

No ângulo de rotor mostrado, a Fig. 7(a) também ilustra de modo esquemático a abertura da passagem de escape 270 na face radiai 202R do 25 rotor 202 em uma região adjacente de recepção de lobo 720. O gás de escape passa a partir de uma câmara de trabalho 720 para a passagem de escape e, por fim, passa para o ambiente externo para o mecanismo 200 através das portas de saída 265 na cobertura de escape 201 D. Isso pode ser útil para a ignição de compressão, uma vez que contorna a necessidade 30 de recírculação de gases de escape e, assim, reduz as emissões. Para a operação de ignição por faísca, as válvulas de verificação poderíam ser instaladas para eliminar a interferência, o que poderia ser valioso para um mo26/49 do de ignição por faísca de operação, por exemplo.

Como indicado na modalidade da Fig. 7(a), a passagem de admissão 261 e a passagem de escape 270 podem, em algum ângulo ou faixa de ângulos do rotor 202, ambas se abrir em uma câmara de trabalho a partir 5 da qual os gases de escape deixam o mecanismo, resultante em uma mistura de ar fresco e gases de escape.

Uma modalidade alternativa 750 é ilustrada de modo esquemátíco na fígura7(c). Nessa modalidade 750, a abertura 751 na face radial 202R do rotor 202 é menor que a abertura correspondente na figura7(a). Assim, a 10 passagem de admissão 261 não abre ambas a câmara de aspiração e a câmara de escape, como na figura7(a). Uma abertura pequena similar leva a partir da câmara de escape à passagem de escape, mas não é mostrada na Fig. 7(c) pois não é visível na orientação ilustrada do rotor 202. Como tal, algumas modalidades incluem uma passagem de admissão e uma passa15 gem de escape configuradas de tal modo que as passagens de admissão e de escape não se abrem de modo simultâneo (ou em um determinado ângulo de rotação ou para um intervalo de ângulos de rotação) na mesma câmara de trabalho, e tal que nem a passagem de admissão ou de escape abrem a passagem de mais de uma câmara de trabalho de cada vez.

A Fig. 7(d) ilustra de modo esquemático o fluxo de ar em outra modalidade, que incluí um vista de alojamento corpo 760, juntamente com a cobertura de admissão 761 e a cobertura de escape 762. As passagens de admissão 260 estão, em comunicação com com uma câmara de trabalho de expansão 763, criando uma trajetória de admissão pela qual uma carga fres25 ca 764 entra em uma câmara de trabalho 763. O ar passa através da porta de admissão 260 e entra na passagem de admissão 261 no rotor 202. O ar passa através do rotor 202 e sai através da face radial 202R do rotor 202, para uma câmara de trabalho 263. À medida que o rotor 202 gira, uma câmara de trabalho 263 se expande, retirando o ar. De modo similar, a Fig.

7(d) ilustra de modo esquemático o fluxo dos gases de escape 765 (por exemplo, os subprodutos de combustão sob a forma de gases de combustão) fora de uma câmara de trabalho através das portas de saída 765.

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Rede de Vedação

Durante o funcionamento de um mecanismo, incluindo o mecanismo 200 por exemplo, o meio de trabalho sob pressão irá escapar a partir das câmeras de trabalho através de qualquer rota disponível. Accordingly, os 5 mecanismos contêm as vedações para evitar ou pelo menos etardar o escape do meio de trabalho a partir de várias câmeras de trabalho. Para este fim, as vedações dentro de um mecanismo podem ser conhecidas como uma rede vedante ou rede de vedação. Um sistema de rede de vedação para os mecanismos giratórios é definido como um sistema de vedação de juntas 10 planas, superfícies axiais do rotor ao plano, superfícies axiais do alojamento (coberturas), chamadas de vedações laterais ou vedações de face, e as superfícies radiais do rotor para as superfícies radiais do alojamento, chamadas de vedações de pico. Em algumas modalidades, a rede vedante pode incluir os botões, cuja vedam entre as vedações laterais e as vedações de 15 pico. Um sistema de rede vedante é construído tal que, juntamente com o rotor e o alojamento, uma câmara de trabalho durante a compressão, a combustão e a expansão é substancialmente fechado tal que a alta pressão do meio de trabaiho não vaza para as regiões de baixa de pressão adjacentes, incluindo admissão e escape. Na prática, há sempre uma trajetória de 20 vazamento devido às tolerâncias de fabricação, bem como uma necessidade de manter uma distância entre os elementos da rede em si ou ps membros da rede e do rotor ou alojamento para acomodar a expansão térmica dos componentes; se forem desenvolvidas de modo correto, esses vazamentos poderíam ser minimizados.

Considere, por exemplo, o mecanismo giratório Wankel, o único mecanismo giratório bem sucedido comercialmente. A geometria do mecanismo é bem conhecida antes de Wankel. A contribuição de Wankel foi que ele desenvolveu uma rede de vedação teórica, que fez este mecanismo técnico e comercialmente viável.

Uma modalidade de uma rede de vedação é ilustrada de modo esquemático na Fig. 8(a), embora outras Figuras descritas acima também ilustrem as partes de várias modalidades de uma rede de vedação. A rede

28/49 vedante na Fig. 8(a) inclui uma vedação de face 801, uma vedação de pico 205, e uma vedação de botão 810. Juntas, essas vedações evitam que o meio de trabalho escape da câmara de trabalho para uma câmara de trabalho adjacente, ou para o ambiente externo para o mecanismo 200. Por e5 xemplo, a vedação de pico 205 evita que o vazamento do meio de trabalho de uma câmara de trabalho para outra cruze a superfície radial 821R do rotor 821. A vedação de face 801 evita que o vazamento do meio de trabalho de uma câmara de trabalho cruze a face axial 821A do rotor 821.

Com a exceção das vedações de face, todods os membros da 10 rede vedante (por exemplo, as vedações de pico e as vedações de botão) são estacionários. Isso é uma grande vantagem sobre o Wankel, no qual as vedações (por exemplo, as vedações de ápice no movimento de rotor com o rotor; vide as Figuras 1(c) e 1(d)). Em contraste ao Wankel, devido ao fato de que os elementos da rede vedante são estacionários, é possível susten15 tá-los com o lubrificante díretamente (por exemplo, através das portas de óleo em uma cobertura lateral), em vez de injetar/conceder o óleo na porta de admissão como em um mecanismo Wankel. Isso irá reduzir de maneira significativa o consumo de óleo e a emissão de mecanismo quando comparado ao mecanismo Wankel.

Embora as vedações de face estejam se movimentando com o rotor, elas também estão sendo constantemente abastecidas com óleo através das portas de óleo dedicadas dentro das coberturas e uma vez que as vedações nunca são expostas nem às portas de entrada nem de escape, o vazamento de óleo dessas vedações é minimizada se não for completamen25 te eliminado. A própria vedação de face poderia ter um ou mais pequenos sulcos, canais, nervuras que podem manter o óleo, tal como o óleo fornecido a partir das portas de óleo localizadas dentro das coberturas próximas às vedações de botão. O formato das vedações de face é gerado pela equação para a curva cicloidal de tal modo que o plano neutro da vedação sempre passa através de três pontos (para o alojamento de 3 lobos) na cobertura, independente da posição angular do rotor. Qualquer um ou todos desses pontos determinam a localização das portas de óleo. Assim, as vedações de

29/49 face serão expostas de modo contínuo para as portas de óleo, enquanto as portas de óleo são apenas expostas às vedações de face, de modo que nenhum vazamento de óleo ocorrerá. Além disso, a vedação de face estásempre adjacente aos roletes virtuais que correspondem às vedações de botão 5 opcionais. Isso permite que as vedações de botão opcionais, que ocupam o espaço do rolete de botão virtual, sejam posicionadas entre a vedação e o rolete/vedação. A vedação de botão, conforme declarado anteriormente, é estacionária e se estende na superfície plana, ou o descanso do rotor, fechando o vão entre a vedação de face e a vedação de pico.

Vedações de Face

Na modalidade da Fig. 8(a), a vedação de face 801 é posicionada atrás da borda 821E do rotor 821, onde a face axial 821A do rotor 821 encontra a superfície radial 821R do rotor 821. A parte da face axial 821A do rotor 821 entre a borda 821E e a vedação de face 801 pode ser conhecida 15 como o descanso 811. Na modalidade da Fig. 8(a), o descanso pode ter urna largura de um décimo (1/10) de uma polegada, por exemplo. Assim, a rede de vedação da Fig. 8(a) inclui uma vedação de botão 810 que evita o vazamento do meio de trabalho pela face axial 821A do rotor 821 entre uma vedação de pico 205 e a vedação de face 801. As modalidades de cada uma 20 dessas vedações são descritas em mais detalhes abaixo.

Cada uma das vedações de face aqui descritas podem ser de um material de ferro fundido. No entanto, outros materiais adequados para o uso como uma vedação de face incluem, por exemplo, as ligas de aço e outras iigas. Em geral, uma face de vedação e o material a partir do qual ela é 25 feita devem ter resistência suficiente para realizar nos ambientes mais exigentes de um motor de combustão interna, taí como aqui descrito, e também devem ter baixa frição, baixo desgaste e um baixo coeficiente de expansão térmica. Uma vedação de face deve também ter alguma capacidade para manter o lubrificante (por exemplo, óleo) e deve ter alta condutividade térmi30 ca.

Embora a Fig. 8(a) ilustre de modo esquemático uma modalidade de uma vedação de face 801 na face de admissão 821A do rotor 821,

30/49 outra vedação de face é disposta sobre urna face de escape do rotor 821, vide, por exemplo, as vedações de face 801 na Fig. 6 Essas vedações de face 801, em conjunto com a cobertura de admissão oposta 201C e a cobertura de escape 201 D, respectivamente, operam para articular ou evitar o es5 cape do meio de trabalho pelas faces do rotor 821. Para esse fim, as vedações de face 801 são dispostas sobre o rotor 821 tal que as vedações de face 801 nunca são expostas para as portas de admissão 266 ou para as portas de escape 265 em qualquer ângulo de rotação do rotor. A exposição das vedações de face 801 para as portas de admissão 266 ou para as por10 tas de escape 265 significaria que as vedações são expostas para o ambiente externo do mecanismo 200, e poderíam resultar na perda de qualquer lubrificante nas vedações. Por exemplo, a Fig. 9 ilustra de modo esquemático a localização de uma vedação de face mostrada contra as portas de admissão 260 de uma cobertura de admissão 201C. Conforme mostrado, em ne15 nhum momento a vedação de face 801 aparece dentro ou através de qualquer das portas de admissão 266 ou das portas de escape 265.

Uma modalidade de uma vedação de face 1001 é ilustrada de modo esquemático nas Figuras 10(a) e 10(b). Uma vedação de face 1001 pode ser uma baixa continua de material como na Fig. 10(a), oi pode incluir 20 várias partes de material acopladas juntas como na Fig. 10(b). Algumas modalidades 1001 incluem múltiplas faixas, conforme ilustrado de modo esquemático na Fig. 11(a), por exemplo, nas quais a vedação de face 1001 incluí três faixas dentro de um recesso 1102 no rotor 202: faixa interna 1101 A, a cinta externa 1101C e a faixa média 1101B.

Uma modalidade ilustrativa de tal faixa 1101A é ilustrada de modo esquemático na Fig. 11(b). A faixa 1101A inclui as partes de mola 1103 que, quando instaladas no recesso 1102 no rotor 202, exercem a força contra o fundo do recesso 1102B de modo a inclinar a faixa 1101A em uma direção axial a partir da face 202F do rotor 202 e assim, inclinar a vedação de 30 face 1101A contra uma cobertura de admissão oposta ou cobertura de escape Isso é útil para criar um contato inicial da vedação com a cobertura. Em funcionamento, o ar passa através do canal entre a borda externo do

31/49 sulco 1102 e a vedação 1101A, fica sob a vedação 1101A e gera um movimento axial da vedação na direção de, e em contato com, a cobertura correspondente, generando uma vedação para a operação de alta pressão. Isso é chamado de vedação atuada por gás.

Uma modalidade alternativa de uma faixa segmentada 1150 é ilustrada de modo esquemático na Fig. 11(c). A faixa segmentada 1150 inclui um vários segmentos (1150A, 1150B) que são unidos para formar uma faixa, e também inclui as partes de mola 1150C.

As modalidades alternativas de vedações de face são ilustradas de modo esquemático nas Figuras 12(a) a 12(g). Em uma modalidade, a vedação de face 1201 é disposta em uma borda chanfrada ou biselada 1203 do rotor 1202. Assim, a vedação de face 1201 tem uma seção transversal grosseiramente triangular 1203. Essa configuração elimina a necessidade de uma vedação de botão, uma vez que não há espaço de descanso no rotor 1202. Nestes tipos de vedações, não existe qualquer sulco e, como tal, não existe qualquer canal entre o rotor e a vedação; o gás não pode penetrar sob a vedação. No entanto, a vedação é ainda considerada ser ativada pelo ar, uma vez que a superfície radial pode ser exposta aos gases, e assim recebe a força que é convertida pelo borda chanfrado do rotor em força axial e, portanto, o movimento axial da vedação em direção à cobertura, facilitando assim a função de vedação.

A vedação acima pode ter uma superfície axial (plana) 1210 na Fig. 12(d)) que poderia estar a uma distância muito curta da superfície da cobertura. Isso cria um vão para o gás passar através e cria a pressão/força em uma direção oposta à força axial mencionada acima. Mediante a variação da área superficial desse vão, o controle da força axial é permitido, que pode servir como uma ruptura indesejada, reduzindo assim o atrito entre a vedação de face e a cobertura.

Se a superfície chanfrada 1201B da vedação de pico 1201 tiver o mesmo ângulo de chanfradura que a vedação em cunha 1220 a parte pequena da vedação de pico poderia ser desenvolvida para se mover junto com a vedação em cunha 1220 reduzindo assim ou eliminando totaímente o

32/49 vão entre a vedação de pico 1201 e a vedação em cunha 1202.

Uma coluna 1230 é disposta no rotor 1202 adjacente à vedação de face 1201 e serve para evitar que a vedação de face 1201 suba até a borda inclinada 1203 e sobre a face axial 1203F do rotor 1202. A vedação 5 em cunha 1220 é disposta sobre um outro iado da vedação de face 1201, oposta à coluna 1230 e serve para evitar que a vedação de face 1201 se mova para longe do rotor 1201.

A Fig. 12(d) também ilustra de modo esquemático o perfil de topo 1205 da vedação de face 1201, que inclui os sulcos ou os canais 1206 10 que retém o lubrificante fornecidos para a vedação de face 1201. Uma abordagem alternativa é aplicar um padrão à vedação de face surface.

Uma estrutura alternativa para manter uma vedação de face 1250 no rotor 1202 é ilustrada de modo esquemático na Fig. 12(e). Nessa modalidade, a vedação de face 1250 inclui um braço de mola de travamento 15 1251 que se estende a partir da vedação de face 1250 paralela à superfície axial 1202A do rotor 1202. O braço de mola 1251 se estende em uma cavidade 1252 no rotor 1202 e ao redor de um pino 1253 dentro da cavidade 1252. O pino 1253 é assim usado para permitir que um braço de mola 1251 puxe a vedação de face 1250 para dentro em direção ao centro do rotor. Is20 so irá criar uma condição de pré-carga necessária para puxar a vedação de face contra o lado de alojamento, permitindo assim o início da operação da vedação. Sob a condição pressurizada, a pressão de gás irá assumir.

Ainda outra abordagem para manter uma vedação de face 1260 ao rotor 1202 é ilustrada de modo esquemático na Fig. 12(f). Nessa modali25 dadea the borda inclinada 1201 do rotor 1202 inclui uma segunda área oposta inclinada 1261 A, tal que a borda tem um pico 1261B. A vedação de face 1260 inclui um entalhe 1261A com uma seção transversa! configurada para corresponder com o pico 1261B. Uma parte de lingueta 1260B da vedação de face 1260 se engata à área inclinada oposta 1261 de modo a evitar que a 30 vedação de face 1260 vá para longe da borda 1261 e sobre a face axial 1260F do rotor 1202. Uma vedação em cunha 1220 prende o lado oposto da vedação de face 1260.

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Ainda outra estrutura alternativa para manter uma vedação de face 1270 no rotor 1202 é ilustrada de modo esquemático na Fig. 12(g). Novamente, como nas configurações anteriores, a função das travas e dos mecanismos de sustentação 1203 é fornecer uma pré-carga inicial na vedação.

As abordagens alternativas para as vedações de face são ilustradas de modo esquemático nas Figuras 13(a) a 13(g). Em uma primeira modalidade, uma vedação de fio 1301 reside em um sulco 1302 disposro no rotor 1303. Quando o mecanismo está frio, corno na Fig. 13(a), a vedação de fio 1301 fica entre um sulco de rotor 1302. e a cobertura lateral 1304, que 10 pode ser uma cobertura de admissão ou uma cobertura de escape, por exemplo. A vedação de fio 1301, que podería ter uma seção transversal circular ou triangular, faz contato físico tanto com o rotor 1303 quanto com a cobertura 1304, de modo a formar uma vedação. Quando o mecanismo fica quente, como na Fig. 13(b), os componentes se expandem devido à expands são térmica. Assim, o vão entre os componentes diminui, ainda que o fio 1301 faça contato físico entre um rotor 1302 e a cobertura 1304.

Qualquer aço de alta temperatura ou fio de tungstênío podería ser usado para a vedação de fio 1301. A trajetória de vazamento para as condições de partida a frio é calculada em 0,11 mm2 na seção transversal 20 para um diâmetro de fio de 0,020 ; para as condições de operação a quente, a seção transversal está em 0,03 mm2. Há quatro locais para a trajetória de vazamento, dois lados do rotor x 2 pocionada as vedações de ápice; portanto, a trajetória de vazamento total para esses tipos de vedações laterais é de 0,33 mm2 para a partida a frio e de 0.12 mm2 para as condições de ope25 ração quente. Isso deve ser comparado à área de vazamento de ~4 mm2 para os mecanismos Wankel [vide Performance and Combustion Characteristics of Dire-lnjection Stratífied-Charge Rotary Engines, Nguyen. Hung Lee, N.A.S.A. 1987).

Em outra modalidade, ilustrado nas Figuras 13(c) e 13(d), o sul30 co 1302 pode estar na borda 1305 do rotor 1303. Nessa modalidade, a vedação de fio 1301 é mantida no local pela vedação em cunha 1220.

Em outra modalidade, ilustrado nas Figuras 13(e) e 13(f), o rotor

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1303 inclui uma cavidade 1310 abaixo da sua face axial, cuja cavidade se abre para a superfície radiai 1306 do rotor 1303. A disposição produz um feixe em cantilever 1301 na superfície axial 1303A do rotor 1303, cujo beam 1311 pode se flexionar ligeiramente na direção axial. Uma vedação de fio 5 1301 é disposta na cavidade, entre duas superfícies chanfradas 1310A,

1310B e serve para inclinar o feixe 1311 na direção axial quando o gás exece uma pressão sobre ele, em direção a uma cobertura voltada para frente (como uma cobertura de admissão ou uma cobertura de escape, por exemplo). Em algumas modalidades, a parte em cantilever 1311 da vedação po10 deria ser completamente separada do rotor

Uma modalidade alternativa é ilustrada de modo esquemático na Fig. 13(g). Ela é muito simiiar à modalidade descrita acima, exceto pelo fato de que a vedação de face 1370 poderia ser alinhada com relação à superfície axial 1303A do rotor 1303. Tal modalidade permite que várias camadas” 15 1370A, 1370B da vedação de face sejam posicionadas no rotor 1303. O óleo será coletado entre as camadas e irá auxiliar na vedação e na lubrificação.

Uma modalidade alternativa é ilustrada de modo esquemático na Fig. 14, e inclui um metal vedação de face 1401. Nessa modalidade, o metal vedação de face 1401 reduz, mas não amplia totaimente, o vão entre a rotor 20 e uma cobertura adjacente. Por exemplo, em algumas modalidades, o vão microscópico entre a vedação e a cobertura ainda pode ser maior que o tamanho das moléculas de gás por 3 ordens de magnitude.

Para facilitar uma vedação, urna película de óleo é fornecida para preencher o vão mencionado acima. Devido às forças capilares, o óleo irá 25 preencher o vão completamente e irá resistir à temperatura do meio de trabalho (por exemplo, os gases) dentro do mecanismo. Além disso, a película de óleo irá diminuir drasticamente o atrito entre a vedação e a cobertura, e aumentar assim o arrefecimento do mecanismo.

Conforme acima mencionados, uma característica benéfica da 30 geometria do rotor cicloidal do mecanismo 200 é que, por pelo menos em três pontos sobre a cobertura, as portas de lubrificação (orifícios) podem ser deslocadas tal que elas estão sempre acima da vedação de face. Além disso

35/49 as as portas d® admissão/escape nas coberturas são posicionadas tal que as vedações laterais nunca interferem com essas portas. Assim, essa geometria permite a criação de uma camada de óleo permanente no topo das vedações de face. Para aumentar essa camada, a superfície de topo da ve5 dação de face pode ter os sulcos e/ou as almofadas de óleo de vários designs para criar as condições de lubrificação elastohidrodinâmica exigidas para diminuir o atrito entre uma vedação de face e uma cobertura adjacente. Ro fetes

Conforme descrito acima, em conjunto com as outras modalida10 des, cada pico 1505 no corpo circunferencial 1501 de um alojamento 1502. tem uma vedação de pico, mas as modalidades alternativas, ilustradas de modo esquemático nas Figuras 15(a) a 15(c), incluem os roletes 1503 em cada pico 1505. Em tais modalidades, a superfície cilíndrica 1503A do rolete 1503 fica em contato de maneira vedante com a superfície radial 1511R do 15 rotor 1511; em outras palavras, o contato cria uma vedação entre um rolete 1505 e o rotor 1511. Cada rolete deve ter um raio igual ao raio do rolete teórico (Rr) que corresponde ao rotor e à abertura do corpo circunferencial.

Na modalidade das Figuras 15(a) a 15(c), o rolete 1505 é disposto dentro de uma cavidade do rolete 1510, que é preenchida com óleo 20 1520 ou outro lubrificante para lubrificar o rolete 1503 e também para inclinar o rolete 1503 em uma direção radial para engatar o rotor 1511. Um ou mais compartimentos 1520 são dispostos na cavidade do rolete 1510 para conter o lubrificante dentro da cavidade do rolete 1510 e ajudar a prender o rolete 1505 dentro da cavidade do rolete 1510 Uma vedação de botão 1530 e uma 25 vedação de face 1540, conforme discutido abaixo, completam a rede de vedação nessa modalidade.

As modalidades alternativas de uma rede de vedação são ilustradas de modo esquemático nas Figuras 16(a) a 16(d), e incluem uma vedação de face 1601 e uma vedação de botão 1602 conforme discutido ací30 ma. Essas modalidades, no entanto, também incluem uma vedação em cunha 1610. A vedação em cunha 1610 é disposta em um pico (isto é, é uma vedação de pico), e é inclinada contra o alojamento circunferencial (omitido

36/49 para esclarecer) pelo elemento de mola 1611 de modo a engatar a superfície radial 1611R do rotor 1611 A Fig. 16(d) ilustra de modo esquemático uma modalidade alternativa da parte em cunha 1612 de uma vedação em cunha 1611.

Vedações de Pico

Uma variedade de vedações de pico estão disponíveis para o uso em várias modalidades do mecanismo. Conforme mostrado na Fig. 8(a), por exemplo, as vedações de pico são dispostas sobre o alojamento 880. Nessa modalidade, a vedação de pico 205 é disposta em um canal de veda10 ção de pico 825 no pico 822. Em algumas modalidades, a vedação de pico pode ser inclinada em uma direção radial em direção ao rotor 821 de modo ã engatar o rotor 821.

Para esse fim, cada vedação de pico pode incluir uma mola que se engata ao canal de vedação de pico 825, resultando em uma força radial 15 sobre a vedação de pico na direção do rotor 821. Duas das tais modalidades são ilustradas de modo esquemático na Fig. 17 e na Fig. 18. A vedação de pico 1701 inclui uma vedação de pico corpo 1702 e um membro de mola 1703. De modo simiíar, a vedação de pico 1801 incluí um corpo de vedação de pico 1802 e um elemento de mola 1803 Em outras modalidades, uma 20 vedação de pico pode ser inclinada dentro do canal de vedação de pico pelo óleo ou outro líquido disposto no canal de vedação de pico.

Outra modalidade de uma vedação de pico 1901 é ilustrada de modo esquemático nas Figuras 19(a) e 19(b). A vedação de pico 1901 incluí dois pares de elementos de vedação 1902 e 1903, dispostos lado a lado, 25 conforme mostrado na Fig. 19(a). Cada par consistida em um pequeno 1903 e um grande 1902 segmento sustentado pelas molas 1904. Um canal de lubrificação 1910 entre os segmentos fornece c lubrificante (como o óleo) à interface de vedação/rotor díretamente. Isso é distinguível dos mecanismos giratórios da técnica anterior, que injetam o óleo para o interior do mecanís30 mo para alcançar as vedações no rotor. Mediante o fornecimento de óleo de maneira direta à vedação e à interface de vedação/rotor, rnenos óleo é exigido e rnenos óleo é queimado no mecanismo, reduzindo assim o consumo

37/49 de óleo e as emissões.

As bordas das vedações de pico 1925 onde a vedação de pico encontra o rotor são, de preferência, curvas, conforme ilustrado de modo esquemático na Fig. 19(b). Em algumas modalidades, as vedações de pico 5 são curvas com um raio de curvatura Rr, o raio do rolete teórico. Isso irá minimizar o movimento de vedação do ápice.

Ainda outras modalidades de vedação de pico 2001, 2010, e 2020 são ilustradas de modo esquemático nas Figuras 20(a) a 20(c). Essas vedações são divididas ou perfuradas 2020 para permitir que o gás entro 10 abaixo da superfície de vedação para equializar a pressão a partir de fora do gás de vedação. Para minimizar o vazamento, o espaço entre a vedação e o rotor ou esemento de inserção deve ser preenchido com a lã de metal de alta temperatura 2003.

Deve-se observar que, diferente das vedações de ápice de 15 Wankel, que exigem aproximadamente 0,070 a 0,110 polegada de movimento para as vedações no seu rotor (para um mecanismo de aproximadamente 100 kW), nenhuma vedação de pico nas várias modalidades descritas acima se movimenta mais de 0,01 polegada (0,0254 centímetros) no máximo e, em algumas modalidades, possivelmente muito menos.

Vedações de Botão

Uma simples vedação de botão 810 é ilustrada de modo esquemático na Fig. 8(a) e pode ser de um tipo conhecido, como as vedações de botão usadas nos mecanismos Wankel, por exemplo. No entanto, quando o rotor 821 se expande devido ao aquecimento, a vedação de face 801, locali25 zada em um sulco no rotor 821 se move em uma direção radial para fora.

Dependendo da escolha de materiais e das temperaturas de operação, a vedação de face 801 pode interferir com o botão 810. Uma solução para esse problema pode ser subdimensionar o botão ou permitir que o botão se mova junto com a vedação de face durante a expansão térmica do rotor 821 3θ Para esse fim, o botão 810 na Fig. 8 El é disposto em uma manga de botão 856. A manga de botão 856 permite que o botão 870 se mova, ligeiramente na direção radiall em conjunto com a expansão térmica do rotor

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821 O botão 870 da vedação de botão 810 tem uma seção transversal circular e um raio de botão.

Modalidades Alternativas

Embora as modalidades acima tenham sido descritas no contex5 to de um rotor çicloidal, muitas das características podem ser usadas em urna variedade de mecanismos.

Por exemplo, um compartimento do mecanismo giratório 2100 que tem um rotor de três lobos 2102 é ilustrado de modo esquemático na Fig. 21 na qual tanto o rotor interno 2102 quanto o rotor externo 2103 giram 10 com velocidade constante ao iedor dos eixos fixos dentro do alojamento 2100. O rotor interno 2102 tem um dente a menos que o rotor externo 2103. O rotor 2102 poderia incluir uma vedação de face de acordo com as modalidades descritas acima. Uma modalidade alternativa de um mecanismo 2300 com um rotor de três lobos 2301 é ilustrada de modo esquemático na Fig, 15 23.

Na modalidade da Fig. 21, um volume substanciaimente constante é criado quando o rotor interno 2102 se engata aos lobos 2104 correspondentes do rotor externo 2103.

O rotor interno 2102 giram e acionam o rotor externo. Os roletes 20 acionados por mola ou sustentados por óleo 2110 ajudam na vedação e reduzem o atrito. As portas de admissão e as portas de escape têm o formato e são localizados de modo que o volume de admissão é menor que o volume de expansão. Uma câmara de combustão de volume substancialmente constante é possível devido à taxa relativamente lenta de expansão de vo25 lume que sai logo após a combustão.

Durante o funcionamento dessa modalidade, as cavidades de volume variável, ou as câmeras de trabalho, são criadas pelos rotores internos e externos e as coberturas de alojamento. Cada câmara gira e em um curso do seu movimento altera o volume a partir do mínimo, V2, que corres30 ponde ao volume câmara de combustão de volume constante, para um máximo, V4, que corresponde a um volume de escapa. O combustível é injetado através dos injetores de combustível estacionários (não mostrado) locali39/49 zados dentro de cobertores. A operação é tipicamente de acordo com um cicio de HEHC-S onde o ar é eliminado (eliminado e induzido), o ar é comprimido, o combustível é injetado e queimado, e os produtos de combustão são expandidos. Embora uma configuração de 3/4 seja mostrada, as confits gurações de 2/3, 4/5, etc. também são possíveis. Esse mecanismo também pode ser operado em um modo digital.

Outra modalidade inclui uma única configuração de pá de hélice. Um conjunto de mecanismo com tal rotor é ilustrado de modo esquemático nas Figuras 22(a) a 22(c). Essa modalidade incluí um alojamento (o gerotor 10 externo) 2201 e uma única pá de hélice 2202 (um gerotor interno) 2202, que giram ao redor do seu eixo, ao mesmo tempo em que o eixo gira de modo simultâneo (no excêntrico 2203) com relação ao alojamento 2201. O gerotor interno 2202 usa urn dente a menos (ou lobo) que aquele externo que tem as regiões de recepção de lobo. Um volume substancialmente constante 15 (2200) é criado quando o lobo de gerotor interno se engata ao lobo correspondente do gerotor externo. O rotor 2202 podería incluir uma vedação de face de acordo com as modalidades descritas acima.

O alojamento 2201 dessa modalidade junto com a pá de hélice 2202, forma 4 (nesse caso) cavidades de volume variável, ou câmaras, que 20 são análogas ao mecanismo de pitão de quatro cilindros. As pás 2202 que se engatam em cada câmara, por sua vez, simulam uma operação de 4 cursos. O meio de trabalho será induzido, comprimido, queimado, expandido e escapado.

O alojamento irá alojar uma câmara de combustão de volume 25 constante que pode estar situado em um alojamento adequado, no na cobertura. As váivulas de assento ou as válvulas esféricas ou as válvulas de disco convencionais podem ser usadas para controlar o tempo do curso de admissão e de escape. As válvulas não são mostradas nessa Fig.. Se a câmara de combustão de volume constante 2220 estiver situada dentro do alojamento 30 conrorme mostrado, em seguida, as válvulas cilíndricas podem ser empregues. Essas válvulas poderíam ser concêntricas com a câmara de combustão e iriam girar expondo a abertura da câmara de combustão de volume

40/49 constante para as portas de admissão e de escape. Tendo as válvulas de admissão abertas, enquanto o volume da câmara está sendo diminuído, permite um volume menor do que o volume de escape alcançando, assim, uma parte do ciclo de Atkinson. Essa modalidade também pode ser operada 5 em um modo digital de operação e pode ser usada com um sistema de injeção de combustível.

Uma modalidade alternativa de um mecanismo 2301 com um rotor de três lobos 2300 é ilustrada de modo esquemático na Fig. 23.

A Fig. 24 ilustra de modo esquemático outra modalidade de um 10 mecanismo 2401, na qual um rotor de dois lobos (em gerai, N-lobo) 2402 é acoplada de modo rígido a urn eixo de entrada/saída 2403 O eixo 2.403 gira dentro do alojamento 2404 junto com o segundo rotor externo de 3 lobos (em geral, N+1 -lobos) 2405 que é montado de modo excêntrico em relação ao rotor de 2 lobos. As coberturas laterais contêm as portas de entra15 da/saída através das quais a carga fresca é assoprada através de um modo de saída de ar, alcançadando assim o escape e a admissão, ao mesmo tempo e a execução de uma operação de 2 cursos. Além da simplicidade da cinemática e menos partes de contagem, essa configuração pode executar um ciclo do mecanismo conhecido como o ciclo de HEHC, conforme des20 crito na patente U.S. N° US 2001/023814 Al, a apresentação da qua! é incorporada aqui, em sua totaíidade, a titulo de referência.

A Fig. 25 ilustra de modo esquemático ainda outra modalidade de um mecanismo 2501. Na modalidade, um rotor interno de 2 lobos (em geral, N-com lobo) 2502 é estacionário, e um rotor externo corn 3 lobos (em 25 geral, N+1-com lobo) 2503 é configurado para girar e virar ao redor do rotor interno estacionário 2502. Uma haste de acionamento 2504 com os roletes 2505 acima o rotor com 3 lobos 2503. Esta é uma configuração cinematicamente simples que tem poucas partes móveis.

A Fig, 26, a Fig. 27 e a Fig 28 ilustram de modo esquemático 30 nas quais a supressão ou a sincronização, de rotação e que órbita do rotor podem ser alcançadas sem as engrenagens

A Fig. 26 iíustra de modo esquemático um carne 2601 fixo a um

41/49 rotor 2602 © três roletes 2603 fixos na cobertura (a cobertura é omitida para claridade). De modo alternativo, uma configuração simétrica, como dois cames/6 roletes, com um segundo come no lado externo do rotor, e os quarto, quinto e sexto roietes na outra cobertura, também pode ser usada. Observa5 se que o perfil de carne é calculado pelas mesmas fórmulas que o próprio rotor 2602, exceto pelo fato de que o raio de formação (R) e o raio do rolete (Rr) são diferentes, ao mesmo tempo em que a excentricidade é igual àquela do rotor 2602.

A Fig. 27 ilustra de modo esquemático uma configuração dife10 rente onde o carne 2701 é fixo na cobertura, ao mesmo tempo em que os dois roietes são fixos no rotor.

A Fig. 28 ilustra de modo esquemático uma modalidade conhecida como a piaca W. Nessa modalidade, os roietes 2803 são fixos em uma parte centrai separada 2802 tal que os roletes captam o movimento do ro15 tor e o traduzem em movimento puramente rotacional da parte central.

Tal motor tem um alojamento que tem uma cavidade de trabalho, um eixo com uma parte excêntrica, um rotor disposto sobre a parte excêntrica e no interior da cavidade de trabalho, uma parte centra! que compreende uma pluralidade de rotores, uma placa acoplada de modo fixo ao 20 eixo, a placa que tem várias aberturas, de tal modo que cada um dos roietes passa através de uma correspondente da pluralidade de aberturas. Em funcionamento, a rotação do rotor faz com que os roletes circulem ao redor das aberturas, tal que o movimento excêntrico do rotor é transferido para o movimento circular na placa.

Observa-se que a característica das modalidades das Figuras 26 a 28 poderíam ser misturadas e correspondidas conforme desejado para evitar os pontos mortos. Além disso, muitas outras modalidades devem ser aparentes aos versados na técnica.

Outra modalidade 2901 é ilustrada de modo esquemático nas 30 Figuras 29(a) a 29(b). Em motor ciclóide, o excêntrico toma a maior parte da carga da pressão do gás. A função do par de engrenagens é eliminar o rotor em relação ao invólucro. Ter um tamanho relativamente pequeno pinhão

42/49 limita o tamanho do eixo e, por conseguinte, a espessura do rotor - levando a maioria panqueca geometrias semelhantes. Fig, 29 mostra uma abordagem alternativa, incluindo a câmara adicional (s), 2903 construído no rotor 2901. Três (ou seis, com três em cada lado do rotor) seguidores de 5 carne 2905 rigidamente fixadas à cobertura (s) vai eliminar o rotor sem as engrenagens. O ressalto 2904 e seguidores de carne 2905 são descritos pelas mesmas equações e excentricidade como o próprio rotor 2902. Claro que, a raios R e Rr são diferentes daquelas do rotor. O benefício adicional é que potencialmente velocidades mais elevadas são possíveis, como três, em 10 vez de grandes rolos de aceitar as cargas de inércia, em oposição a um único dente.

Uma modalidade alternativa de um mecanismo é ilustrada de maneira esquemática na Fig. 30 (a), a Fig. 30 (b), e Fig. 30 (c). Nessa modalidade, o eixo do rotor 3210 está ligada rigidamente com o rotor 3202.

O eixo do rotor 3210 está excentricamente apoiado por duas de entrada/saída 3050 eixos, um eixo de entrada/saída localizadas em cada direcção axial do rotor. Cada veio de entrada/saída 3050 tem duas superfícies de rolete 3050A, 3050B, onde a superfície exterior do mancai 3050A está centrada com o centro do motor, e a superfície de rolete interior 3050B é 20 excentricamente configura, e, portanto, tem o eixo do rotor 3210 excentricamente. Devido à excentricidade da entrada/saída 3050 eixos, estes podem servir como contrapesos para equilibrar dinamicamente o rotor, eliminando a necessidade de contrapesos separados, enquanto permitindo rolete e contrapesos para ser próximo ao rotor. A entrada/saída eixos 3.050 traduzir o 25 movimento orbital do rotor 3202 ern movimento puramente rotativo. Sincronização do rotor, no entanto, ainda precisa ser feita por engrenagens ou outros meios discutidos acima, por exemplo, com o trem de 3051. O rolete 3060 pode ser hidráulico imediata ou de outro tipo.

Uma configuração alternativa para a troca de gás (de admissão 30 e de escape) também é mostrado na Fig. 30 (b), e Fig. 30 (c). Esta alternativa também pode ser aplicada, total ou parcialmente (para uma das estratégias de admissão e escape de portagem), com a concretização mostrada na

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Fig. 2. Nesta modalidade, a admissão de ar do motor, e os gases de escape do meio de trabalho a partir do motor, ocorre através do veio (3210), em que o eixo está ligada rigidamente com o rotor. Especificamente, a porta de admissão (3110), comunica com passagens através dos orifícios de entra5 da/saida do eixo, a passagem continua então através de um hallowing no eixo do rotor (3210). Esta passagem continua através do canal (3260) em que o rotor ligado rigidamente, e, por sua vez, comunica-se periodicamente com uma câmara de trabalho (3225). A passagem de escape é construída de forma semelhante na extremidade axialmente oposta do rotor e os eixos, 10 permitindo a comunicação entre o periodicamente (escape) da câmara de trabalho e do meio ambiente. Elementos adicionais apresentados são canal de exaustão em rotor (3161), canal de escape no eixo (3111), a porta de escape (3112).

As várias modalidades acima descritas podem ser operadas em 15 uma carga parcial, com o uso da modulação de combustível convencional ou métodos de ciclo de combustível de saltar, como descrito abaixo. Por exemplo, para operar em carga parcial, especialmente com combustíveis pesados como o diesel, JP8, etc, uma série de opções estão disponíveis. Por exemplo, a quantidade de combustível fornecida ao motor pode ser 20 modulado como em motores convencionais.

Corno alternativa, o motor pode ser executado em modo digitai, executando cada ciclo de queima em plena carga, mas ignorando a percentagem de ciclos. Por exemplo, pulando de três em cada dez ciclos permitiría que o motor funcione com menos de 70% da potência total; pular oito em 25 cada dez ciclos irá permitir que o motor funcione com menos de 20% de carga, etc O ciclo de salto pode ser implementado simplesmente cortando o fornecimento de combustível. Neste caso, o ar comprimido na câmara de compressão irá expandir-se em uma câmara de expansão mesmo que nenhuma combustão ocorreu no intercalar. Isto não ira ocorrer apenas com 30 uma perda mínima de energia, como trabalhando meio (ar. neste caso) actua como uma mola de ar, mas alguns de recuperação de energia é possível, como o calor é transferido das paredes da câmara de trabalho para

44/49 o ar, arrefecendo assim o motor ínternamente, enquanto que o aumento da temperatura e, por conseguinte, a pressão dos gases em expansão, assim, algumas das perdas associadas com o arrefecimento, o motor pode ser parcialmente recuperada como trabalho útil.

A Fig. 31 ilustra de maneira esquemática uma modalidade 3100 incluindo uma engrenagem interna e pinhão com proporção de 3:2, ou, alternadamente, de 2:1 se intermediária (s) são movidos pelo eixo excêntrico 3101.

A Fig. 32 ilustra de maneira esquemática uma modalidade confi10 gurada para executar o ciclo do híbrido de alta eficiência (HEHC).

Em analogia com motores de pistão convencional do HEHC podem ser chamados ciclos de 4 tempos, pois têm quatro cursos distintos: admissão, compressão, combustão e expansão e escape. Uma variante de eliminação do HEHC (HEHC s) é equivalente ao de um ciclo de 2 tempos em 15 que o motor, no fim da expansão, a cavidade é eliminado por sopro por meio de ar ambiente, o que remove os gases da combustão e recarrega a cavidade com um ar fresco ou um ar/combustível responsável mistura.

Um diagrama de pressão-volume HEHC é mostrado nas Figuras 1 e 2 da publicação do pedido de patente EUA EUA 201110023814 Al. No 20 estado inicial, apenas o ar é comprimido, como no ciclo diesel, durante o curso de compressão. O combustível pode ser adicionado próximo do fim do curso de compressão, ou logo após o curso de compressão. Como o ar é comprimido já neste ponto a uma pressão relatívamente alta (~ 55 bar), as pressões de injecção elevadas, semelhantes às utilizadas em motores diesel 25 modernos são necessários para atingir a combustão completa e dos escapes poluentes. A operação é semelhante aos motores Diesel excepto para o facto de que a combustão ocorra no volume constante, tal como conseguido em motores de ciclo Otto que são faísca inflamado. Np entanto, ao contrário dos motores de ignição, a combustão ocorre devido à injeção de 30 combustível em um de ar comprimido muito quente. Dito isto, no entanto, uma vela de ignição podem ser usadas também. A expansão ocorre neste ciclo de pressões ambientais, semelhantes a ciclo Atkinson.

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A operação de carga parcial pode ser alcançadas através da modulação de combustível, como em motores a diesel ou ignorando algumas das injecções em conjunto, tal como será descrito abaixo.

Devido a semelhanças do referido ciclo diesel, Otto e Atkinson, 5 este ciclo é referido como um híbrido Ciclo. Pode também possível injectar água durante a combustão e/ou cursos de expansão como isto pode melhorar a eficiência do motor, enquanto o modo de arrefecimento a partir de dentro do motor. Se o vazamento entre os componentes móveis e habitação é mantido em nível baixo, a eficiência máxima deste ciclo deverá 10 ser cerca de 57%, enquanto o rendimento médio deverá ser acima de 50%, A modalidade ilustrada de maneira esquemática em 3201 nas Figuras 32 (a) - 32 (f), compreende um rotor dentro de um invólucro 3202 3203. À medida que o rotor gira em 3202, forma-se várias câmaras que trabalham com habitação 3202 para executar um ciclo HEHC.

O ciclo começa com o início do curso de admissão de ar fresco, altura em que o rotor 3202 está dentro de lóbulo reviver região 3210, como ilustrado de maneira esquemática na Fig. 32 (a). Nesta posição, urna conduta de admissão é aberta dentro do motor de 3201, por exemplo, conforme ilustrado nas modalidades anteriores. No ponto em que o consumo é 20 completa, a entrada de ar fechada e o ar (que pode ser referida como um meio de trabalho) fica confinado dentro da câmara de trabalho 3250, como ilustrado de maneira esquemática na Fig. 32 (b). Como o rotor continua a girar, o ar no interior da câmara de trabalho é comprimido 3250, na fase de compressão do cicio HEHC. Como tal, neste ponto do ciclo, a câmara de 25 trabalho 3250 é uma câmara de compressão. Quando a câmara de compressão é inicialmente de corte a partir do ambiente exterior do motor de 3201, tern um volume de V1.

Como o rotor continua a girar 3202, que eventualmente ocupa completamente lóbulo região receptora a 3210, e o meio de trabalho está 30 confinado dentro de uma câmara de combustão de 3251, tal como ilustrado de maneira esquemática na Fig. 32 (c). A câmara de combustão 3251 tem um volume V2, o que é menos do que o volume VI. Neste ponto, o meio de

46/49 trabalho incluí tanto o ar comprimido e de um combustível e a combustão se inicia. A combustão pode ser iniciada por qualquer meio, mas nesta modalidade de combustão é iniciada por o grau de compressão do meio de trabalho.

A combustão aumenta a pressão do meio de trabalho, a qual por sua vez, exerce uma força sobre o rotor 3202, fazendo com que o rotor 3202 para continuar a sua rotação, e permitindo assim que o meio de trabalho para expandir em uma fase de expansão do ciclo HEHC, conforme ilustrado de maneira esquemática na Fig. 32 (d), O volume da câmara de trabalho, e, 10 portanto, o volume do meio de funcionamento, expande-se até que o volume (V3) excede o volume de entrada de V1, tal como ilustrado de maneira esquemática na Fig. 32 (e).

Por fim, no término da fase de expansão, o meio de trabalho é expelido para o ambiente exterior do motor de 3201, como ilustrado de 15 maneira esquemática na Fig. 32 (f).

Embora as modalidades acima tenha sido descritas em termos de motores de combustão interna, algumas modalidades pode ser utilizado como um expansor, tal como num motor de vapor, por exemplo. De facto, várias modalidades podem ser configurados como um motor de calor 20 externo (por exemplo, um motor de combustão externa). Por exemplo, o calor pode ser fornecido a uma câmara de trabalho, colocando um tubo de caior para dentro do volume descrito acima, como uma câmara de combustão, para permitir a transferência de calor externo de energia solar, de combustão, nuclear, ete, para dentro dessa câmara.

De fato, a divulgação aqui vai suportar uma ampla variedade de possíveis sinistros. Por exemplo, em modalidades, com um selo de cunha, e/ou com uma face de vedação em uma borda chanfrada de um rotor, a pressão (tal como a pressão de gás, por exemplo), irá gerar uma força radial sobre a face de vedação, e que a força de vontade, em transformar, 30 polarização da vedação facial para montar a borda chanfrada, convertendo assim a força para o movimento axial da vedação do bordo chanfrado do rotor. Também, em algumas modalidades, um vedante de face pode ter uma

4W superfície axial (plana) que poderia ser uma distância muito curta distância a partir da superfície da cobertura. Isto cria um espaço para o gás passar através e criar uma pressão/força na direcção oposta à força axial acima mencionado. A área da superfície desta lacuna controla a força axial - que 5 geralmente serve como um travão indesejada, reduzindo assim o atrito entre o vedante de face e a cobertura.

Se uma superfície da vedação de pico tiver o mesmo ângulo do chanfradura que a vedação de cunha, a pequena parte da vedação de pico poderia ser desenvolvida para se mover juntamente com a vedação de çu10 nha, reduzindo ou eliminando assim totalmente o vão entre a vedação de pico e de cunha.

Uma variedade de vedações, como as vedações de face e de pico, são descritas acima, e ou todas as quais podem ser reivindicadas, ou sozinhas ou no contexto de uma rede de vedação.

Além disso, a modalidade de mecanismos aqui descrita pode ser operada em uma variedade modos. Por exemplo, as modalidades podem ser operadas de modo de dois ciclos, ou uma variedades de rnodos de 4 ciclos, que incluem, mas sem limitação, executar um ciclo de HEHC (isto é, a operação de HEHC).

Algumas outras possíveis reivindicações são listadas abaixo.

P1. Mecanismo giratório, que compreende:

um alojamento que tem um cavidade de trabalho;

um eixo que tem um rotor excêntrico integral com, ou anexo de modo fixo ao eixo, o rotor excêntrico disposto dentro da cavidade de traba25 ího;

pelo menos um mancai hidrodinâmico que sustenta o eixo, de modo a permitir que o rotor excêntrico gire dentro da cavidade de trabalho.

P2. Mecanismo giratório, que compreende:

um alojamento que tem um cavidade de trabalho;

um eixo, o eixo que tem uma parte excêntrica;

um rotor disposto sobre o parte excêntrica e dentro da cavidade de trabalho;

48/49 uma parte central que compreende a pluralidade de rotores;

urna placa acoplada de modo fixo ao eixo, a placa que compreende uma pluralidade de aberturas, cada um da pluralidade de roletes que passam através daquela correspondente da pluralidade de aberturas;

em que a rotação do rotor faz com que os roletes circulam ao redor das aberturas, tal que o movimento excêntrico do rotor seja transferido para o movimento circular na placa.

P3. Mecanismo giratório, que compreende:

um alojamento que tem um cavidade de trabalho;

uma rede de vedação;

um eixo do rotor que tem um rotor integral com, ou anexo de modo fixo ao eixo, o rotor disposto dentro da cavidade de trabalho; e pelo menos um eixo de entrada/saída disposto no mecanismo de modo a sustentar de modo excêntrico o eixo do rotor.

P4. O mecanismo da reivindicação em potencial P3, em que o eixo de entrada/saída é configurado para servir como um contrapeso para equilibrar de modo dinâmico o rotor.

P5. O mecanismo da reivindicação em potencial P3, o eixo do rotor e o eixo de entrada/saída que compreende ainda as passagens de en20 trada e escape (por exemplo, um mecanismo giratório que tem um sistema de troca de gás que compreende a porta de admissão e saída e as passagens através do eixo de entrada/saída e do rotor).

P6. O mecanismo da reivindicação em potencial P3, que compreende ainda um mancai hidrodinâmico que sustenta os eixos de entra25 da/saida.

As modalidades da invenção descritas acima destinam-se a ser meramente exemplar; inúmeras variações e modificações ficarão evidentes aos versados na técnica. Todas essas variações e modificações pretendem estar dentro do âmbito da presente invenção, tal como definido em quais30 quer reivindicações anexas. Por exemplo, qualquer uma das várias vedações apresentadas acima pode ser usada com qualquer um dos vários rotores descritos aqui. De modo similar, qualquer uma das várias portas de ad

49/49 missão e de escape pode ser usada com qualquer um dos rotores e/ou eixos aqui descritos.

Claims

reivindicações

1. Mecanismo aprimorado do tipo que inclui um rotor cicíoídal que tem N lobos e um alojamento que tem um conjunto correspondente de regiões de recepção de N+1 lobo para a recepção de modo sucessivo dos 5 lobos à medida que o rotor gira ao redor de um eixo em relação ao alojamento, o alojamento que tem (i) um par de lados dispostos de modo axial nos primeiro e segundo lados do rotor, e (ii) um pico disposto entre cada par de regiões de recepção de lobo adjacente e (iii) uma porta de admissão e uma porta de saída, em que o aprimoramento compreende:

10 uma pluralidade de vedações de pico, pelo menos uma da pluralidade de vedações de pico dispostas em cada pico e configuradas para manter o contato com o rotor ao longo de um período de rotação do rotor, cada vedação que é inclinada de modo radial contra o rotor ao longo da rotação do rotor, por conta da geometria cicloidal do rotor e as partes de re15 cepção de lobo;

uma primeira passagem definida no rotor para se comunicar de modo cíclico entre a porta de admissão e uma câmara de trabalho, a câmara de trabalho definida como um volume que fica entre duas vedações de pico, o alojamento e o rotor;

20 uma segunda passagem, distinta da primeira passagem, definida no rotor para se comunicar de modo cíclico entre a porta de saída e uma câmara de trabalho;

uma primeira vedação de face disposta entre o primeiro lado e o rotor,

25 uma segunda vedação de face disposta entre o segundo lado e o rotor;

em que as passagens e as vedações são configuradas para fazer com que cada vedação mantenha o contato tanto com o rotor quanto com um dos lados através de todas as posições angulares do rotor ao mes30 mo tempo em que evita a comunicação com qualquer uma das portas.
2. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, em que cada vedação de pico tem uma região de contato com o rotor, e a região de contato é curva com um raio de curvatura igual ao raio de curvatura de um rolete

2/5 teórico, em que o rolete teórico é definido de maneira única pela geometria do rotor e a geometria das regiões de recepção de lobo.
3. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, em que:

o rotor tem uma primeira face axial, uma segunda face axial paralela à primeira face axial, e uma superfície radial entre a primeira face axial e a segunda face axial, e normal à primeira face axial e à segunda face axial; e em que a primeira face axial e a face radial definem uma primeira borda do rotor e a segunda face axial e a face radial definem uma segunda borda do rotor; θ em que a primeira vedação de face é disposta na primeira borda do rotor
4. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 3, que compreende ainda em que a segunda vedação de face é disposta na segunda borda do rotor.
5. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, em que o rotor tem uma primeira face axial, uma segunda face axial paralela à primeira face axial, e uma superfície radial entre e normal à primeira face axial e à segunda face axial, e em que a primeira face axial e a face radial definem uma primeira borda do rotor, e em que a primeira vedação de face é disposta sobre a primeira face axial deslocada da primeira borda do rotor, de modo a definir um primeiro descanso anular sobre a primeira face axial entre a primeira borda e a primeira vedação de face, o mecanismo que compreende ainda e uma vedação de botão disposta de modo a ficar em contato com o rotor e a primeira vedação de face no primeiro descanso anular.
6. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, em que em um primeiro ângulo do rotor dentro do alojamento a câmara de trabalho forma uma câmara de compressão que tem um volume de câmara de compressão máximo, e em um segundo ângulo do rotor dentro do alojamento a câmara de trabalho forma uma câmara de expansão que tem um volume de câmara de expansão máximo, o volume de câmara de expansão máximo que é maior ou igual a 1,0 vez o volume de câmara de compressão máximo
7. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 6. em que o volu

3/5 me de câmara de expansão máximo é pelo menos 3 vezes o volume de câmara de compressão máximo.
8. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, que compreende ainda uma pluralidade de canais de lubrificação em pelo menos um dos

5 lados, cada um da pluralidade dos canais de lubrificação dispostos de modo a liberar o lubrificante àquelas correspondentes da pluralidade de vedações de pico
9. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, que compreende ainda um canal de lubrificação em pelo menos um dos lados, o canal de
10 lubrificação disposto de modo a liberar de modo contínuo o lubrificante àquelas correspondentes das vedações de face.

10. Mecanismo aprimorado do tipo que inclui um rotor que tem N lobos e um alojamento que tem um conjunto correspondente de regiões de recepção de N+1 lobo para a recepção de modo sucessivo dos lobos à me-

15 dida que o rotor gira sobre o seu eixo e gira em torno de um eixo em relação ao alojamento, o alojamento que tem (i) um par de lados dispostos de modo axial nos primeiro e segundo lados do rotor, e (íi) um pico disposto entre cada par de regiões de recepção de lobo adjacente, e (iií) uma porta de admissão e uma porta de saída, em que o aprimoramento compreende:

20 uma primeira passagem definida no rotor para se comunicar de modo cíclico entre a porta de admissão e uma câmara de trabalho definida como um volume que fica entre duas vedações de pico, o alojamento e o rotor;

uma segunda passagem, distinta da primeira passagem, definida 25 no rotor para se comunicar de modo cíclico entre a porta de saída e uma câmara de trabalho;

uma rede de vedação que compreende uma pluralidade de vedações de pico, pelo menos uma da pluralidade de vedações de pico dispostas em cada pico e configuradas para manter o contato com o rotor, tal ve30 dação que é inclinada de modo radial contra o rotor; e uma de:

uma vedação de face disposta sobre o rotor e configurada para manter o contato com os lados do alojamento tal vedação que é inclinada de modo axial contra o lado de alojamento, onde pelo curso de rotação da dita

4/5 vedação lateral não cruza pela porta de admissão e de salda, e 2 x as vedações de botão (N + 1), uma para cada lado de cada pico, dispostas dentro do lado de alojamento, inclinadas de modo axial em direção ao rotor e configuradas para manter o contato com a vedação de pico e a vedação lateral; e 5 uma vedação de face disposta sobre o rotor e configurada para manter o contato com os lados do alojamento e uma parte chanfrada do rotor, tal vedação que é inclinada de modo axial contra o lado de alojamento;

em que as portas, as passagens e a vedação de face são configuradas para fazer com que a dita vedação mantenha contato tanto com o 10 rotor quanto com um dos lados através de todas as posições angulares do rotor ao mesmo tempo em que evita que a dita vedação cruze qualquer uma das portas.
11. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 10, em que a vedação de face é uma vedação de fio.

15
12. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 10, em que a vedação de face é disposta em uma borda do rotor, em que a borda é definida peía interseção de uma face axial do rotor com uma face radial do rotor.
13. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 10, em que o perfil da vedação de face é gerado como uma curva cícloidal em que o raio

20 do rolete teórico usado para gerar a curva cícloidal é o raio do botão na vedação de botão.
14. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 10, em que o rotor é de uma geometria cícloidal definida por um conjunto de N+1 roíetes teóricos, e cada vedação de pico tem uma região de contato com o rotor, e a

25 região de contato é curva com um raio de curvatura que se aproxima de um raio de curvatura do rolete teórico que a vedação de pico substitui.
15. Mecanismo giratório, que compreende:

um alojamento que tem um cavidade de trabalho, e uma câmara de combustão em comunicação fluida com a cavidade de trabalho;

30 um pistão disposto sobre o alojamento e configurado para entrar de modo controlado e retirar da câmara de combustão;

um rotor montado de modo giratório dentro da cavidade de trabalho, de modo a formar uma câmara de trabalho de um volume variável

515 com o alojamento, em ângulos diferentes de rotação do rotor dentro da cavidade de trabalho; e um controlador sincronizado ao ângulo de rotação do rotor para fazer com que o pistão entre de modo controlado na e seja retirado da câma5 ra de combustão, de modo a fazer com que o volume combinado da câmara de trabalho e a câmara de combustão seja constante por uma faixa de ângulos de rotação do rotor,
16. Mecanismo giratório, que compreende:

um alojamento que tem uma cavidade de trabalho;

10 um eixo, o eixo que tem uma parte excêntrica;

um rotor que tem um primeira face axial, e uma segunda face axial oposta à primeira face axial, o rotor disposto sobre a parte excêntrica e dentro da cavidade de trabalho, o rotor que compreende um primeiro carne sobre a primeira face axial, o primeiro carne que tem uma excentricidade que 15 corresponde à excentricidade da parte excêntrica do eixo;

uma cobertura integral com, ou anexa de maneira fixa ao alojamento, a cobertura que compreende uma pluralidade de roletes, cada rolete engatado ao carne, em que o came guia a rotação do rotor à medida que o rotor gira dentro da cavidade de trabalho e gira ao redor do eixo.
20 17. Mecanismo giratório, de acordo corn a reivindicação 16, que compreende ainda um segundo came na segunda face axial do rotor.