BRPI0411565B1

BRPI0411565B1 - Motor de combustão rotativo para uso com fluidos compressíveis

Info

Publication number: BRPI0411565B1
Application number: BRPI0411565-1A
Authority: BR
Inventors: Richard See
Original assignee: Turnstile Technology Ltd
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2014-09-16
Also published as: DE602004008269D1; US20070175435A1; DE602004008269T2; JP2006527813A; KR20060025169A; RU2005138123A; CA2528017C; GB2402974A; BRPI0411565A; EP1633956A1; GB0314035D0; CN1829853A; US7650871B2; ATE370313T1; CA2528017A1; EP1633956B1; KR101108106B1; JP4489768B2; RU2346163C2; WO2004113683A1

Description

“MOTOR DE COMBUSTãO ROTATIVO PARA USO COM FLUIDOS COMPRESSÍVEIS” A presente invenção refere-se a motores de combustão rotativos. A compressão ou expansão de gases ocorre em uma grande variedade de dispositivos. Exemplos bem conhecidos incluem bombas, compressores, turbo-compressores, exaustores e motores de combustão rotativos e hidráulicos, todos os quais incluem alguma forma de aparelho usado para comprimir ou expandir gases.

Como mencionado acima, compressores são aparelhos bem conhecidos. Um tipo de compressor é o compressor de curso alternativo. Os compressores de curso alternativo apresentam a vantagem de serem suscetíveis de operar sob altas pressões. Entretanto, os compressores de curso alternativo possuem um grande número de partes móveis e são por conseguinte aparelhos relativamente complexos. Um outro tipo de compressor, o compressor Roots, tem curso rotativo, em vez de curso alternativo e sua simplicidade resultante significa que tem poucas partes moveis e é confiável. Não obstante, este tipo de compressor tem suas desvantagens. Uma destas desvantagens reside no fato de confiar em “contra- compressão” para elevar a pressão dos gases bombeados. Isto significa que nenhuma compressão é efetuada sobre os gases de entrada de baixa pressão até entrarem em contato e se misturarem com os gases sob pressão mais alta no interior do compressor. Este processo irreversível é ineficiente, e conduz a um requisito de potência de acionamento mais alta e temperaturas de saída de ar mais elevadas.

Outro tipo de compressor rotativo, o compressor Lysholm emprega compressão interna para superar os problemas causados por “contra- compressão”. Tipicamente, estes compressores são significativamente mais eficientes. Todavia, seu desempenho depende em grande parte de manter folgas muito pequenas entre os elementos móveis, assim apresentando consideráveis problemas de manufatura. Selagem imperfeita entre os elementos conduz a retroescape do gás, limitando as pressões que podem ser atingidas usando um único compressor.

Os compressores dos tipos supracitados são usados em motores de combustão interna. Particularmente, compressores do tipo Roots, de parafuso único (lóbulo helicoidal) ou tipo Lysholm são usados em motores rotativos, juntamente com um correspondente mecanismo expansor que permite trabalho a ser extraído durante a expansão dos gases pressurizados quentes. Os motores rotativos, os compressores rotativos, podem ter menor número de partes móveis e são assim mais confiáveis que seus equivalentes de curso alternativo. Os custos de produção e manutenção também são potencialmente mais baixos. Tipicamente, os motores rotativos são também são menos ruidosos e podem realizar mais ciclos de combustão por segundo comparados com os motores de curso alternativo, assim resultando em uma relação superior de potência para peso. O ciclo idealizado do qual a maioria dos motores de combustão interna rotativos mais se aproxima é o ciclo Otto. Uma desvantagem do ciclo Otto é que o valor de trabalho que pode ser extraído dos gases quentes pressurizados é limitado por que a taxa de expansão do motor não pode exceder sua taxa de compressão. Os gases ao término da etapa de expansão isentrópica ao término do ciclo Otto poderíam realizar mais trabalho se expansão adicional aa pressão ambiente fosse permitida. Esta desvantagem é superada no ciclo idealizado conhecido como o ciclo de Atkinson-Miller. O ciclo de Atkinson-Miller permite expansão isentrópica à pressão ambiente, e assim as taxas de compressão e expansão que podem ser diferentes. Um número de motores de combustão interna rotativos usando o ciclo de Atkinson-Miller foi proposto. Todavia, estas construções de motor tipicamente possuem muitas partes móveis ou utilizam partes que são de difícil manufatura. Construções de motor rotativo são suscetíveis de altas taxas de compressão para que possam ser usadas em motores de ignição por compressão tais como motores diesel. A potência disponível de um motor rotativo deve ser suave e contínua, com vibração mínima. Ruído e desgaste mecânico devem ser mínimos. Vários motores rotativos de parafuso único são bem conhecidos em que a compressão e expansão ocorrem em canais helicoidalmente configurados que são formados na superfície de um bloco girável. Câmaras de trabalho separadas são definidas pelo canal helicoidal, uma superfície circundando o bloco girável que sela o canal helicoidal e rodas tendo dentes ou aletas que se entrosam com o canal helicoidal. Por exemplo, o documento GB 653185 apresenta um motor rotativo no qual a compressão e a expansão são realizadas proporcionando um canal helicoidal de profundidade variável em que frações variáveis dos dentes ou aletas de roda definem as câmaras de trabalho; No motor do GB 653185,a extremidade de um dente ou aleta permanece dentro do canal, e o dente ou aleta está sempre em contato com o gás na câmara de trabalho. Adicionalmente, o perfil dos dentes ou aletas da roda não afeta significativamente a taxa de compressão ou de expansão do motor, e a compressão e expansão são realizadas em diferentes partes do motor.

Os documento s US 3862623 e US 3897756 apresentam motores rotativos em que um bloco girável somente gira em tomo de seu eixo por uma fração de uma revolução durante cada ciclo, e no qual a compressão e expansão ocorrem contra os dentes ou aletas de uma roda rotativa nestes motores, a profundidade do canal não varia, e assim duas câmaras de trabalho diferentes têm de ser usadas para compressão e expansão respectivamente.

Os documentos US 4003348, US 4005682 e US 4013046 apresentam motores rotativos tendo diferentes taxas de compressão e expansão. Todavia, para controlar o fluxo de combustível e ar, eles têm passagens de forma complexa, que apresentam problemas de manufatura significativos. O documento US 4013046 apresenta um motor rotativo em que válvulas abrem e fecham durante cada ciclo para controlar o fluxo de gases.

Os documentos USS 2674982, US 3208437, US 3060910, US 3205874 apresentam motores rotativos em que as câmaras de trabalho são definidas por rodas denteadas ou empalhetadas. Todavia, nestes motores, a câmara de trabalho é definida por primeiro uma roda, e a seguir por outra roda, de modo que mais de uma parte rotativa necessita ser selada.

De acordo com um aspecto da presente invenção, é apresentado um motor de combustão rotativo para uso com fluidos compressíveis, que compreende; um primeiro elemento de rotação montado para girar em tomo de um primeiro eixo; uma carcaça tendo uma superfície encerrando pelo menos uma parte do primeiro elemento de rotação, uma cavidade alongada de área em seção transversal variável sendo definida entre uma superfície do primeiro elemento de rotação e a superfície da carcaça; e uma pluralidade de segundos elementos de rotação montados para girar em tomo de respectivos segundos eixos, cada segundo elemento de rotação sendo montado para se projetar através de uma fenda na superfície da carcaça e para cooperar com a superfície do primeiro elemento de rotação de modo a dividir a cavidade em porções operativas adjacentes, em que cada segundo elemento de rotação compreende uma pluralidade de porções projetadas tendo respectivos raios diferentes em tomo do segundo eixo, os raios diferentes fazendo as porções projetadas se projetarem dentro da cavidade por respectivas extensões diferentes de maneira que os volumes das porções operativas variam à medida que o primeiro o segundo elementos de rotação giram, em que, em uso, fluidos em uma porção operativa sofrem compressão, combustão e expansão como um volume fechado, o volume fechado sendo definido durante a compressão, a combustão e a expansão pelos mesmos dois elementos de rotação adjacentes; O primeiro elemento de rotação e cada um dos segundos elementos de rotação têm um raio variável. A superfície da carcaça, que tem um raio constante, e a superfície do primeiro elemento de rotação por conseguinte definem uma cavidade que se estende em tomo do primeiro eixo. À medida que o primeiro elemento de rotação gira em tomo do primeiro eixo, a cavidade também gira em tomo do primeiro eixo. Cada um dos segundos elementos de rotação sobressai através da superfície da carcaça. Quando cada um dos segundos elementos de rotação gira, a extensão pela qual sobressaem através da superfície da carcaça varia. Na realidade, a rotação do primeiro elemento de rotação e de cada um segundos elementos de rotação é coordenada de forma que eles se entrosam para proporcionar uma vedação.

Cada um dos segundos elementos de rotação assim define um número de partes de trabalho da cavidade. Ass partes trabalhantes também podem ser definidas pelo primeiro elemento de rotação onde seu raio se apresenta a um máximo proporcionando uma vedação com a carcaça. À medida que a cavidade gira em tomo do primeiro eixo, os volumes das partes trabalhantes da cavidade variam, assim proporcionando compressão ou expansão de um fluido no seu interior.

Um motor de combustão rotativo pode ser assim realizado tendo um número de qualidades desejáveis enquanto ao mesmo tempo sendo simples de manufaturar e usar. O motor de combustão rotativo se baseia em compressão interna assim evitando as desvantagens associadas com a “retro compressão”, tal como ineficiência. Ao mesmo tempo, a simplicidade da construção permite efetiva vedação entre os vários elementos do motor de combustão rotativo assim evitando a complexidade de manufatura e outros problemas associados com motores de combustão rotativos de compressão interna conhecidos.

De preferência, os ditos primeiro e segundo elementos de rotação cada um compreende uma pluralidade de segmentos integrais cada um tendo diferentes raios. Para os segundos elementos de rotação, estes segmentos são as porções projetadas.

De preferência, os segundos elementos de rotação são distribuídos em tomo da superfície da carcaça, cada segundo elemento de rotação sendo montado para girar em tomo de um respectivo eixo que é perpendicular tanto ao primeiro eixo como ao raio da superfície de carcaça.

Desta maneira, um número de partes funcionais da cavidade pode ser definido, e um processo de compressão e/ou expansão pode ser realizado simultaneamente em cada um. O primeiro elemento de rotação pode ser interno à superfície de carcaça com a pluralidade de segundos elementos de rotação sendo externa à superfície da carcaça. Neste caso, o primeiro elemento de rotação será substancialmente cilíndrico. De modo alternativo, o primeiro elemento de rotação pode ser externo à superfície da carcaça com a pluralidade de segundos elementos sendo interna à superfície de carcaça. Neste caso, o primeiro elemento de rotação assumirá substancialmente a forma de um anel tubular. O motor de combustão rotativo efetua compressão sucedida por expansão. A rotação do primeiro elemento de rotação e de cada um da pluralidade de elementos de rotação faz o volume das porções operativas da cavidade se reduzir e a seguir aumentar durante cada ciclo. Uma vez que a compressão e expansão são realizadas por diferentes partes da superfície do primeiro elemento de rotação, um motor tendo diferentes taxas de compressão e de expansão pode ser realizado.

De preferência, o motor rotativo também compreende dispositivos de ignição para ignição de um fluido comprimido anterior à expansão. Por exemplo, o dispositivo de ignição pode compreender uma vela de ignição. Desta maneira, quando gases no interior de uma parte operativa da cavidade estão a uma máxima Pressão, um brusco aumento adicionalmente em pressão pode ser induzido.Por exemplo, se os gases são uma mistura de combustível e oxigênio, uma vela de ignição pode induzir combustão, como em um motor a gasolina convencional. Altemativamente, se os gases incluem oxigênio altamente pressurizado, a injeção de combustível propriamente dita pode induzir combustão, como em um motor diesel convencional. Outros meios de causar um brusco aumento adicional em pressão podem ser usados, tal como a injeção de um pequeno volume de gás de baixa temperatura e alta pressão. O brusco aumento em pressão permite mais trabalho a ser extraído durante a expansão do que era usado em compressão assim acionando o motor.

De preferência, o primeiro elemento de rotação também compreende pelo menos uma passagem para entrada de fluido ou saída de fluido.O primeiro elemento de rotação pode até compreender passagens para ambas entrada de fluido e saída de fluido. Desta maneira, fluidos podem ser aspirados ou forçados para o interior das partes operativa\s da cavidade, ou descarregados ou liberados pelas partes operativas da cavidade. A carcaça também pode compreender pelo menos uma válvula lateral, cada uma da pelo menos uma válvula lateral sendo operativa como uma entrada de fluido ou saída de fluido somente quando adjacente a uma parte operativa da cavidade, cada uma da pelo menos uma das válvulas laterais permanecendo adjacente a uma parte operativa da cavidade por uma fração de um ciclo do dispositivo.O motor de combustão rotativo por conseguinte sendo configurado de modo que a área da carcaça contendo uma válvula lateral somente forma uma área limite de uma parte operativa da cavidade quando a entrada de fluido ou saída de fluido é desejada.

De preferência, das válvulas laterais pelo menos uma é operativa para variar a taxa de vazão de um fluido para o interior de uma parte operativa da cavidade, ou variar uma taxa de compressão ou expansão do motor de combustão rotativo. As válvulas laterais podem por conseguinte oferecer uma maneira de controlar a operação do motor de combustão rotativo.

De preferência, controle de realimentação em laço fechado é usado para controlar a operação de pelo menos uma das válvulas laterais, o controle de realimentação em laço fechado sendo baseado sobre um parâmetro operacional tal como pressão de admissão de fluido, pressão de saída de fluido e velocidade rotativa. Desta maneira, um número de parâmetros pode ser mantido em um estado estável. A presente invenção também apresenta um motor de combustão rotativo compreendendo dois dos dispositivos descritos acima.

Desta maneira, os respectivos segundos elementos de rotação podem ser dispostos de forma que as forças resultantes sobre o primeiro elemento de rotação são minimizadas. Por exemplo, isto podería ser realizado proporcionando um segundo elemento de rotação a partir de cada um dos motores de combustão rotativos em lados opostos do primeiro elemento de rotação integral. A invenção passa a ser descrita a título de exemplo com referência às seguintes figuras em que: As figuras 1 e 2 mostram seções transversais de um primeiro motor rotativo de acordo com a invenção em primeiras e segundas posições respectivamente; A figura 3 mostra um perfil lateral de um segundo elemento de rotação do primeiro motor rotativo de acordo com a invenção;

As figuras 4 e 5 mostram seções transversais do primeiro motor rotativo de acordo com a invenção em terceira e quarta posições; A figura 6 mostra uma seção transversal de um segundo motor rotativo de acordo com a invenção; A figura 7 mostra uma seção transversal de um terceiro motor rotativo de acordo com a invenção;

As figuras 8 e 9 mostram seções transversais de um quarto motor rotativo de acordo com a invenção;

As figuras 10 a 14 mostram seções transversais de um quinto motor rotativo de acordo com a invenção na primeira a quinta posição, respectivamente;

As figuras 15 e 16 mostram a superfície do primeiro elemento de rotação do quinto motor rotativo de acordo com a invenção nas sexta e sétima posições, respectivamente; A figura 17 mostra a superfície do primeiro elemento de rotação de um sexto motor rotativo de acordo com a invenção; A figura 18 mostra uma seção transversal de um sétimo motor rotativo de acordo com a invenção; A figura 19 mostra uma seção transversal de um oitavo motor rotativo de acordo com a invenção;

As figuras 20 a 27 mostram seções transversais do oitavo motor rotativo de acordo com a invenção na primeira a oitava posição respectivamente;

As figuras 28 e 29 mostram seções transversais de um nono motor rotativo de acordo com a invenção na primeira e na segunda posição, respectivamente; A figura 30 mostra a superfície do primeiro elemento de rotação do nono motor rotativo de acordo com a invenção; A figura 31 mostra uma seção transversal de um primeiro compressor;

As figuras 32 e 33 mostram a superfície do primeiro elemento de rotação do primeiro compressor nas posições primeira a terceira, respectivamente; A figura 34 mostra a superfície do primeiro elemento de rotação de um segundo compressor; A figura 35 mostra uma seção transversal de um terceiro compressor; A figura 36 mostra a superfície do primeiro elemento de rotação do terceiro compressor; A figura 37 mostra uma seção transversal de um décimo motor rotativo de acordo com a invenção;

As figuras 38 e 39 mostram seções transversais de um undécimo e duodécimo motor rotativo de acordo com a invenção; A figura 40 mostra um perfil lateral de um segundo elemento de rotação de décimo terceiro motor rotativo de acordo com a invenção;; A figura 41 mostra uma seção transversal de um décimo quarto motor rotativo de acordo com a invenção;

As figuras 42, 43, 44 e 45 ilustram características do segundo elemento de rotação de acordo com as figura 1 a 41; e A figura 46 ilustra características de dispositivos mostrados nas figuras 1 a 41.

Deve ser observado que todas as figuras são esquemáticas e por conseguinte não são representadas em escala. Por exemplo, determinadas dimensões podem ter sido exageradas no interesse de clareza.

As figuras 1 a 5 mostram um primeiro motor rotativo de acordo com a invenção. O primeiro motor rotativo compreende um primeiro elemento de rotação 1, uma carcaça 2, três segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c, três velas de ignição 8a,8b,8c e um eixo de potência de saída (não mostrado). O primeiro elemento de rotação 1 é montado para girar em tomo de um primeiro eixo 6. O primeiro elemento de rotação 1 é um bloco substancialmente cilíndrico de material porém tendo grandes variáveis em raio. O primeiro elemento de rotação 1 é produzido de aço, embora aqueles versados na técnica entenderão que vantajosamente pode ser produzido de outros materiais. Materiais próprios para os demais componentes descritos do primeiro motor rotativo também serão de conhecimento daqueles versados na técnica. O primeiro elemento de rotação essencialmente cilíndrico 1 é essencialmente formado de quatro segmentos cada um tendo um raio diferente: um segmento de vedação la, um segmento de compressão lb, um segmento de combustão lc e um segmento de expansão ld. O segmento de vedação la cobre um ângulo muito pequeno em tomo do primeiro eixo 6 porém tem o máximo raio. Os segmentos de compressão, combustão e expansão lb, lc, ld cada um cobre ligeiramente menos de 120° em tomo do primeiro eixo.

Durante a rotação, o segmento de vedação la é sucedido pelo segmento de compressão lb, que é sucedido pelo segmento de combustão lc, que é sucedido pelo segmento de expansão ld. O raio do segmento de combustão lc é ligeiramente menor que o raio do segmento de vedação la. O raio do elemento de compressão lb é menor que o segmento de combustão lc.O raio do segmento de expansão ld é menor que o segmento de compressão lb. O primeiro elemento de rotação 1 também compreende uma passagem de entrada de fluido 4 e uma passagem de saída de fluido 9 adjacente ao segmento de vedação la. A carcaça 2 inclui uma superfície substancialmente cilíndrica de raio constante centrada em tomo do primeiro eixo 6 e encerrando parcialmente o primeiro elemento de rotação 1. A carcaça 2 também tem paredes extremas 2a que previnem movimento axial do primeiro elemento de rotação 1, ao longo do primeiro eixo 6. As paredes extremas 2a também proporcionam uma vedação entre a caixa 2 e as extremidades do primeiro elemento de rotação 1.

Uma cavidade 5a, 5b, 5c é definida entre o primeiro elemento de rotação 1 e a carcaça 2. A área em seção transversal da cavidade 5a 5b, 5c varia em tomo do primeiro eixo 6 dependendo do raio do primeiro elemento de rotação 1. Por exemplo, a área em seção transversal da cavidade é pequena onde é adjacente ao segmento de combustão lc, e a área em seção transversal da cavidade é grande onde é adjacente ao segmento de expansão ld. Inexiste cavidade adjacente ao segmento de vedação la do primeiro Elemento de rotação 1. O segmento de vedação la em vez disso está em contato com a carcaça 2 para proporcionar uma vedação. O segmento de vedação la também forma o início e o fim da cavidade 5a, 5b, 5c. Durante a rotação do primeiro elemento de rotação 1, a cavidade 5a, 5b, 5c também gira.

Os três segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c são cada um montado em tomo da carcaça 2 a intervalos de 120° em tomo do primeiro eixo 6. Os segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c são todos montados à mesma distância axial das extremidades da carcaça 2. Os segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c são cada um montado para girar em tomo de respectivos eixos geométricos que são perpendiculares ao primeiro eixo 6 e a um raio do primeiro elemento de rotação 1. Durante a rotação dos segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c, eles individualmente sobressaem através da carcaça 2 para o interior da cavidade 5a. 5b, 5c por extensões variáveis. Uma vedação é formada entre cada um dos segundos elementos de rotação 3a,3b, 3c e a carcaça 2. A figura 3 mostra um perfil lateral de um dos segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c e o eixo 7 em tomo do qual gira. As figuras 4 e 5 mostram seções transversais do motor, perpendiculares ao eixo 7. A figuras 4 e 5 mostram claramente as paredes extremas 2a da carcaça 2, assim como a superfície cilíndrica. Pode ser visto pela figura 3 que, em comum com o primeiro elemento de rotação 1, cada segundo elemento de rotação 3 a, 3b, 3c é essencialmente formado de quatro segmentos cada um tendo um raio diferente. O raio de cada um dos segmentos dos segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c é projetado de modo que, em operação, cada um dos segmentos de cada um dos segundos elementos de rotação coopera com um diferente segmento la,lb,lc,ld do primeiro elemento de rotação 1 para proporcionar uma vedação. O segundo elementos de rotação 3a,3b,3c por conseguinte define três ou quatro posições operativas da cavidade.

Os segundos elementos de rotação 3a,3b,3c são componentes planares delgados. Todavia, pode ser visto pelas figuras 1 e 2 e será entendido por aqueles versados na técnica, de que uma determinada espessura se faz necessária para suportar as forças presentes sobre os segmentos elementos de rotação 3a,3b,3c durante a operação. Aqueles versados na técnica também entenderão que o perfil dos segmentos elementos de rotação 3a,3b,3c tem de ser projetado de modo que uma vedação satisfatória seja formada com o primeiro elemento de rotação 1. Cada um dos segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c é acionado para girar à mesma velocidade angular do primeiro elemento de rotação. Vários mecanismos para acionar os segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c à mesma velocidade angular do primeiro elemento de rotação são bem conhecidos daqueles versados na técnica. Por exemplo, os elementos podem ser interligados por engrenagens.

As velas de ignição 8a, 8b, 8c são individualmente montadas na carcaça 2 a intervalos de 120° em tomo do primeiro eixo 6, intermediariamente aos segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c. As velas de ignição 8a, 8b, 8c são niveladas com a superfície da carcaça de modo que não sobressaiam para o interior da cavidade. Dispositivos de operar as velas de ignição (não mostrados) serão do conhecimento daqueles versados na técnica.

Em uso, o primeiro elemento de rotação é girado em tomo do primeiro eixo 6. Reportando-se às figuras 1 e 4, quando o primeiro elemento de rotação 1 gira, gases na forma de combustível vaporizado e oxigênio são aspirados para o interior do primeiro motor rotativo através da passagem de entrada de combustível 4. Os gases são aspirados para o interior de uma parte operativa da cavidade definida entre o segmento de vedação la do primeiro elemento de rotação 1 e o segundo elemento de rotação 3a. Esta cavidade operativa se expande quando o primeiro elemento de rotação 1 gira, criando assim um vácuo que aspira os gases. A figura 2 mostra o primeiro motor rotativo com o primeiro elemento de rotação 1 avançado em 60° comparado com a figura 1. O segmento vedante la do primeiro elemento de rotação 1 girou agora para o segundo elemento de rotação 3c. A parte operativa da cavidade por conseguinte definida entre os segundos elementos de rotação 3a e 3c. A passagem de entrada de fluido 4 está a ponto de girar além do segundo elemento de rotação 3c, causando assim os gases que foram aspirados para o interior do motor rotativo a serem completamente encerrados.

Rotação adicional do primeiro elemento de rotação 1 causa o segmento de combustão lc a principiar a girar para a posição operativa da cavidade definida entre os segundos elementos de rotação 3a e 3c. O maior raio do segmento de combustão lc comparado com o segmento de compressão lb causa a redução do volume da parte operativa da cavidade.

Uma vez que a parte operativa da cavidade está plenamente encerrada, a pressão dos gases se eleva. A pressão dos gases continua a se elevar até o volume da parte operativa da cavidade chegar a um mínimo. Este volume mínimo é atingido quando o segmento de combustão lc do primeiro elemento de rotação 1 girou completamente além do segundo elemento de rotação 3a.

Nesta posição, os gases comprimidos na parte operativa da cavidade são inflamados pela vela de ignição 8c. A combustão dos gases causa um busco aumento adicional em pressão.

Rotação adicional do primeiro elemento de rotação 1 causa o segmento de expansão ld a principiar a girar para a posição operativa da cavidade definida entre os segundos elementos de rotação 3a e 3c. O menor raio do segmento de expansão ld comparado com o segmento de combustão lc causa o volume da parte operativa da cavidade a aumentar. Os gases altamente pressurizados desempenham trabalho à medida que se expandem, assim acionando o motor. Os gases continuam a desempenhar trabalho até o segmento de expansão ld do primeiro elemento de rotação 1 ter girado por completo além do segundo elemento de rotação 3 a. Devido aos segmentos de compressão e expansão lb, ld do primeiro elemento de rotação 1 terem diferentes raios, a taxas de compressão e expansão do primeiro motor rotativo podem ser diferentes. A invenção por conseguinte permite o uso do eficiente ciclo de Atkinson-Miller.

Finalmente, o segmento de vedação la principia a girar para o interior da parte operativa da cavidade definida entre os segundos elementos de rotação 3a e 3c. Os gases esgotados são forçados para fora através da passagem de saída de fluido 9 e um novo ciclo é iniciado quando gases frescos são aspirados para o interior da parte operativa da cavidade através da passagem de entrada de fluido 4.

Durante a operação do motor, o ciclo de compressão- combustão-expansão descrito acima está também sendo simultaneamente executado nas cavidades operativas definidas entre os segundos elementos de rotação 3a e 3b, e 3b e 3c. Potência pode ser extraída do primeiro motor rotativo através de um eixo de saída de potência (não mostrado) acoplado com o primeiro elemento de rotação. A figura 6 mostra um segundo motor rotativo de acordo com a invenção. Neste motor rotativo, componentes desempenhando a mesma função como aqueles mostrados nas figuras 1 a 5 recebem os mesmos numerais. O segundo motor rotativo tem um primeiro elemento de rotação anular 1 que é montado no exterior da carcaça 2. Três segundos elementos 3a, 3b, 3c, são montados no interior da carcaça 2. O segundo motor rotativo funciona da mesma maneira que o primeiro motor rotativo, com um ciclo de compressão-combustão-expansão sendo simultaneamente realizado nas partes operativas da cavidade definidas entre segundos elementos de rotação adjacentes. A figura 7 mostra um terceiro motor rotativo de acordo com a invenção. No terceiro motor rotativo, o primeiro elemento de rotação 1 é substancialmente cilíndrico. Todavia, os segmentos de vedação, compressão, combustão e expansão la, lb, lc, ld todos sobressaem em uma direção paralela ao primeiro eixo 6. A carcaça 2, inclusive as paredes extremas 2a, por conseguinte assumem a forma de um anel tubular se estendendo em tomo do primeiro eixo 6 com uma seção transversal em ‘U’. Não obstante, o terceiro motor rotativo funciona de uma maneira similar aos primeiro e segundo motores rotativos. Vantajosamente, o terceiro motor rotativo também permite que aletas de refrigeração sejam integradas a um lado do primeiro elemento de rotação. Outros do primeiro elemento de rotação serão óbvios aqueles versados na técnica.

No terceiro motor rotativo, as paredes extremas da carcaça 2 não são paralelas, se apresentando a um ângulo Θ entre si. O ângulo Θ é o ângulo em tomo do centro do segundo elemento de rotação definido pelas superfícies internas das paredes extremas da carcaça 2a. Em uso, quando o volume da parte operativa da cavidade se apresenta a um valor mínimo, um segmento de cada um dos segundos elementos de rotação definindo a parte operativa tem de simultaneamente se projetar para o interior da carcaça por pelo menos o ângulo Θ. No terceiro motor rotativo, que emprega três segundos elementos de rotação, cada um dos segundos elementos de rotação está fora de fase por um ângulo de 120°. O segmento dos segundos elementos de rotação correspondente ao segmento de combustão do primeiro elemento de rotação tem por conseguinte de cobrir um ângulo de 120°+θ, As paredes extremas 2a da carcaça 2 mostrada na figura 7 oferecem uma disposição mais eficiente que aquela mostrada nas figuras 4 e 5 devido ao ângulo Θ ser menor.

Nos motores rotativos mostrados nas figuras 4, 5 e 7, o ângulo Θ tem de ser pequeno para que, uma vez que um segmento de um segundo elemento de rotação tenha girado para o interior da carcaça 2 pelo ângulo Θ para formar uma vedação e definir duas partes operativas da cavidade, a vedação é mantida até o segmento do primeiro elemento de rotação 1 com o qual está cooperando ter girado e ultrapassado. Isto limita a dimensão da cavidade e assim a potência que pode ser produzida pelo motor.

As figuras 8 e 9 mostram um quarto motor rotativo de acordo com a invenção que supera o problema acima. O ângulo Θ é maior no quarto motor rotativo do que nos primeiro a terceiro motores rotativos. Este aumento em ângulo Θ é realizado modificando os segmentos que perfazem o primeiro elemento de rotação le cada um dos segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c. No quarto motor rotativo, o segmento de cada um dos segundos elementos de rotação que coopera com o segmento de combustão lc do primeiro elemento de rotação cobre um ângulo de 0+120°. Isto assegura que uma vedação seja definida entre o segmento de combustão lc do primeiro elemento de rotação e o pertinente segundo elemento de rotação por uma duração suficiente. Para acomodar esta cobertura adicional. A extensão do segmento de cada um dos segundos elementos de rotação que coopera com o segmento de compressão lb do primeiro elemento de rotação 1 é reduzida.

Todavia, o raio deste segmento é aumentado para compensar a redução em extensão. Isto é realizado por uma correspondente redução em extensão e redução em raio do segmento de compressão lb do primeiro elemento de rotação 1.

Quando gases são aspirados para o interior do quarto motor rotativo, eles são aspirados para o interior de uma parte operativa da cavidade que está adjacente ao segmento de compressão lb do primeiro elemento de rotação 1. Embora este segmento cubra um menor ângulo do primeiro elemento de rotação 1 do que nos primeiro a terceiro motores rotativos, o volume da parte operativa da cavidade imediatamente anterior à compressão é similar porque o raio do segmento de compressão lb é menor, assim conferindo uma maior área em seção transversal da cavidade.

As figuras 10 a 16 mostram um quinto motor rotativo de acordo com a invenção. Em comum com o quarto motor rotativo, os raios do segmento de compressão e do segmento de expansão do primeiro elemento de rotação 1 são os mesmos. O segmento de compressão e o segmento de expansão também cobrem diferentes ângulos.

Na figura 10, a extremidade do elemento vedante do primeiro elemento de rotação 1 acabou de girar além do segundo elemento de rotação 3a, e assim gases estão principiando a ser aspirados para o interior da parte operativa da cavidade através da abertura próximo ao segmento do segundo elemento de rotação 3a que coopera com o segmento de compressão lb do primeiro elemento de rotação 1.

Na figura 11, o motor girou adicionalmente. Gases ainda estão sendo aspirados para o interior do motor, embora isto não seja mostrado. O segmento do segundo elemento de rotação 3a que coopera com o segmento de compressão do primeiro elemento de rotação 1 acabou de girar para o interior do primeiro elemento de rotação, formando assim uma vedação e definindo duas partes operativas da cavidade.

Na figura 12, o motor já quase girou para cooperar com o segmento de combustão do primeiro elemento de rotação 1.

Na figura 13, o motor girou 120 graus adicionais. Na outra extremidade da parte operativa da cavidade, o elemento de rotação está na posição mostrada na figura 12. Os gases estão agora sob sua máxima compressão e combustão ocorre.

Na figura 14, o motor girou adicionalmente. O segundo elemento de rotação 3 a está agora cooperando com o segmento de expansão do primeiro elemento de rotação 1. Os gases por conseguinte estão desempenhando trabalho quando eles se expandem.

Rotação adicional do motor causa o segundo elemento de rotação 3a a retomar à posição mostrada na figura 10, ponto em que os gases estão completamente expandidos. Uma rotação ainda adicional do motor causa os gases de exaustão a serem expelidos do motor, como mostrado na figura 11.

As figuras 15 e 16 mostram a superfície do primeiro elemento de rotação 1 do quinto motor rotativo. As figuras 15 e 16 também mostram as posições recíprocas dos segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c. Na figura 16, o primeiro elemento de rotação 1 girou em 60° comparado com a figura 15. As áreas hachuradas mostram as superfícies do primeiro elemento de rotação 1 que definem a cavidade, e os segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c. A figura 17 mostra a superfície do primeiro elemento de rotação 1 de um sexto motor rotativo de acordo com a invenção.A figura 17 também mostra as posições recíprocas dos segundos elementos de rotação 3. O sexto motor rotativo tem seis segundos elementos de rotação 3 realizando o ciclo de compressão-combustão-expansão em seis partes operativas da câmara. A previsão de seis segundos elementos de rotação 3 permite que individuais dos mesmos sejam posicionados em lados opostos do primeiro eixo 6, assim balanceando as forças geradas durante a combustão. Isto minimiza as forças resultantes sobre o primeiro elemento de rotação 1, e assegura que o centro de massa do primeiro elemento de rotação 1 se situe sobre o primeiro eixo 6. A figura 18 mostra uma seção transversal de um sétimo motor rotativo de acordo com a invenção. O sétimo motor rotativo também tem seis segundos elementos de rotação 3 efetuando o ciclo de compressão- combustão-expansão em seis partes operativas da câmara. As forças geradas durante a combustão são balanceadas posicionando os segmentos elementos de rotação 3 em lados opostos do primeiro elemento de rotação 1.

As figuras 19 a 27 mostram seções transversais de um oitavo motor rotativo de acordo com a invenção. O oitavo motor rotativo compreende um grande número de segundos elementos de rotação 3 distribuídos em tomo da carcaça 2. Cada um dos segundos elementos de rotação 3 inclui dois lóbulos de extensão desigual.Quando os segmentos elementos de rotação giram, eles se projetam para o interior de uma cavidade definida entre os primeiros elementos de rotação 1 e a carcaça 2.

Distintamente do primeiro ao sétimo motores rotativos, a área em seção transversal da cavidade varia gradualmente em tomo do primeiro eixo 6.

As figuras 20 a 27 mostram o oitavo motor rotativo em vários estágios do processo de compressão-combustão-expansão. Na figura 20, o segundo elemento de rotação 3 girou para uma posição onde não sobressai para o interior do primeiro elemento de rotação 1. Nesta posição,, uma vedação é formada entre o primeiro elemento de rotação 1 e a carcaça 2. Esta vedação define as duas extremidades da cavidade que se estende em tomo do primeiro eixo 6 e assegura que gases frescos aspirados no interior da cavidade não se misturem com os gases de exaustão.

Na figura 21, o primeiro elemento de rotação 1 girou para o interior da cavidade definida entre o primeiro elemento de rotação 1 e a carcaça 2. Uma pare operativa da cavidade é agora definida entre a vedação formada pelo primeiro elemento de rotação 1 e a carcaça 2, e o segundo elemento de rotação 3. Gases são aspirados para o interior da parxe operativa da cavidade à medida que se expandem através de uma passagem de admissão de fluido 4, conforme indicado pela seta. O motor continua a girar e gases são aspirados para o interior da cavidade até o segundo elemento de rotação 3 ter girado para a posição mostrada na figura 22. Nesta posição, a parte operativa da cavidade é definida entre segundos elementos de rotação adjacentes 3. A passagem de entrada de fluido 4 girou além da parte operativa da cavidade, que está agora completamente fechada. A rotação adicional do motor causa o segundo elemento de rotação a girar mais, como mostrado na figura 23. Nesta posição, a parte operativa da cavidade se contraiu, assim comprimindo os gases contidos no seu interior. A parte operativa da cavidade continua a se contrair até o segundo elemento de rotação 3 atingir a posição mostrada na figura 24. Nesta posição, o volume da parte operativa da cavidade está a um mínimo e os gases contidos no seu interior foram comprimidos. A combustão dos gases é então induzida, assim causando um aumento adicional na pressão dos gases. A continuada rotação do motor causa a cavidade a se expandir, como mostrada na figura 25. Os gases desempenham trabalho à medida que se expandem, e potência é extraída do motor através de um eixo de saída de potência (não mostrado) acoplado com o primeiro elemento de rotação.

Os gases na parte operativa da cavidade continuam a se expandir até o segundo elemento de rotação 3 atingir a posição mostrada na figura 26. Nesta posição, o volume da parte operativa da cavidade está a um máximo. A área em seção transversal da cavidade mostrada na figura 26 é maior que aquela mostrada na figura 22. A taxa de expansão do motor por conseguinte é maior que sua taxa de compressão. Diferentes taxas de expansão e compressão são possíveis devido a cada um dos segundos elementos de rotação 3 incluírem dois lóbulos de diferente forma. Um dos lóbulos é usado durante a compressão e o outro é usado durante a expansão.

Uma vez que os gases tenham se expandido por completo, o motor continua a girar de modo que os gases esgotados são expelidos, como mostrado na figura 27. Nesta posição, o segundo elemento de rotação 3 girou adicionalmente de modo que a parte operativa da cavidade está se contraindo. O primeiro elemento de rotação 1 também girou de forma que um canal de saída de fluido é exposto à parte operativa da cavidade. À medida que a parte operativa da cavidade se contrai, os gases contidos no seu interior são expelidos do motor através da passagem de saída de fluido 9, assim completando um ciclo do motor rotativo.

As figuras 28 a 30 mostram nono motor rotativo de acordo com a invenção. O nono motor rotativo utiliza válvulas de corrediça 10 para controlar sua taxa de compressão. As válvulas de corrediça 10 são localizadas em uma região da superfície da carcaça que define a parte operativa da cavidade durante a compressão dos gases, porém não durante a expansão dos gases.Isto é realizado assegurando que o segmento de cada um dos segundos elementos de rotação que coopera com o segmento de compressão do primeiro elemento de rotação 1 tenha o maior raio.

Para prevenir que gases esgotados passem através das válvulas de corrediça 10, a passagem de saída de fluido 9 é prevista no interior do primeiro elemento de rotação 1, como mostrado na figura 29. Sob este aspecto, o nono motor rotativo é diferente dos outros motores rotativos de acordo com a invenção,por exemplo o quinto motor mostrado na figura 11 .A construção do primeiro elemento de rotação 11, como mostrado na figura 29, permite gases a fluírem entre as partes operativas da cavidade definidas em lados opostos do segundo elemento de rotação 3a durante a expulsão, assim proporcionando uma via de saída para os gases quando a parte operativa da cavidade se contrai. A figura 30 mostra a superfície do primeiro elemento de rotação 1 do quinto motor rotativo, juntamente com uma indicação das posições recíprocas dos segundos elementos de rotação 3a, 3b, 3c e das válvulas de corrediça 10. Cada uma das válvulas 10 tem um tampo corrediço 11. A figura 30 mostra a posição dos tampos corrediços quando as válvulas de corrediça 10 estão plenamente abertas.

As válvulas de corrediça 10 permitem o ciclo de compressão- combustão-expansão de o motor ser modificado. Mais especificamente, o ciclo pode ser modificado de modo que alguns dos gases comprimidos sejam ventilados da parte operativa da cavidade antes da combustão, reduzindo a taxa de compressão do motor. De preferência, os gases ventilados serão reciclados de modo a reduzir a ineficiência do combustível. Alterando a extensão em que as válvulas de gaveta 10 serão abertas, a pressão dos gases, e assim a taxa de compressão do motor, podem ser controladas. Desta maneira, as válvulas de corrediça 10 podem ser usadas para controlar o rendimento da potência do motor.

As válvulas de corrediça 10 estão somente em uso durante a compressão dos gases. Por conseguinte, as válvulas de corrediça 10 podem permanecer na mesma posição através da totalidade do ciclo de compressão- combustão-expansão. As posições das válvulas de corrediça 10 são somente modificadas se uma alteração na taxa de compressão do motor é desejada.

Este princípio de operação difere de um motor de combustão convencional, no qual as válvulas se abrem e se fecham em cada ciclo de compressão- combustão-expansão.

Outras configurações de válvula são possíveis, e estas serão do conhecimento daqueles versados na técnica. Por exemplo, válvulas laterais adicionais podem ser previstas, os tampos corrediços das válvulas laterais podem deslizar em direções diferentes daquelas mostradas nas figuras, e válvulas laterais sem tampos corrediços podem ser previstas em lugar das válvulas de corrediça. As válvulas podem formar a entrada de fluido exclusiva para o motor rotativo, ou então podem ser previstas em combinação com uma ou mais das passagens de entrada de fluido no primeiro elemento de rotação 1. Onde as válvulas formam uma entrada de fluido para o motor rotativo, elas podem ser usadas para ajustar o tempo no qual gases não são mais aspirados para o interior do motor.

As figuras 31 a 33 mostram um primeiro compressor. O primeiro compressor opera de uma maneira similar aos motores rotativos descritos acima. Todavia, a eliminação de estágios de combustão e expansão do ciclo operacional permite simplificação. O compressor compreende um único segundo elemento de rotação 3 que gira à metade da velocidade angular do primeiro elemento de rotação 1. Os gases são aspirados para o interior do compressor, comprimidos e a seguir liberados através de uma válvula de corrediça 10. A válvula de corrediça 10 pode ser usada para controlar o grau ao qual os gases são comprimidos pelo compressor. O primeiro elemento de rotação 1 pode ser configurado de maneira que, durante a liberação dos gases comprimidos, os gases possam fluir entre as partes operativas da cavidade definida em lados opostos do segundo elemento de rotação 3. Isto proporciona uma rota final para os gases quando a parte operativa da cavidade se contrai. O compressor pode compreender dois segundos elementos de rotação de maneira a balancear as forças sobre o primeiro elemento de rotação 1. Isto pode ser realizado usando as técnicas expostas nas figuras 17 e 18 e nas suas descrições. A figura 34 mostra um segundo compressor. Neste compressor, o volume da parte operativa da cavidade é maior que no primeiro compressor.

As figuras 35 e 36 mostram um terceiro compressor. Neste compressor, válvulas de corrediça 10 são usadas para controlar a admissão de gases mais exatamente do que a sua expulsão. O primeiro, segundo e terceiro compressores podem operar como expansores. Neste caso, os gases comprimidos são alimentados ao interior da saída de fluido e os primeiro e segundo elementos de rotação são acionados em direções opostas àquelas mostradas nas figuras. A figura 37 mostra uma seção transversal de um décimo motor rotativo de acordo com a invenção. No décimo motor rotativo, um número de pequenos dentes 12 foi adicionado aos segundos elementos de rotação 3.

Desta maneira, o primeiro elemento de rotação 1 pode acionar diretamente os segundos elementos de rotação 3 à correta velocidade angular. De preferência, os pequenos dentes 12 e as partes do primeiro elemento de rotação 1 com o qual se entrosam devem ter esquinas arredondadas.

As figuras 38 e 39 mostram seções transversais de undécimo e duodécimo motores rotativos de acordo com a invenção respectivamente. O undécimo motor rotativo compreende segundos elementos de rotação 3 cujo centro de gravidade está no seu eixo de rotação. Isto assegura facilidade de manufatura e é realizado proporcionando um número duas vezes maior de segmentos em relação aos que são previstos nos segundos elementos de rotação das outras invenções rotativas descritas. Os segmentos dos segundos elementos de rotação 3 cobrem ângulos menores do que nos outros motores rotativos descritos, e assim os volumes das cavidades das partes operativas da cavidade que eles definem são menores. Todavia, até certo ponto isto é compensado no undécimo motor rotativo tendo cavidades de um e de outro lado do segundo elemento de rotação 3; Desta maneira, o undécimo motor rotativo pode operar como um motor composto.

No duodécimo motor rotativo, como mostrado na figura 39, as duas cavidades são posicionadas fora de fase, assim produzindo uma saída de potência mais suave. Material excedente foi também removido do primeiro elemento de rotação 1 do duodécimo motor rotativo. Isto minimiza o peso do motor, minimiza a área de contato entre o primeiro elemento de rotação 1 e a carcaça 2, e proporciona maior ventilação para o motor. A forma dos segundos elementos de rotação corresponde ao perfil em seção transversal da cavidade. Uma vez que a força é proporcional a uma diferença de pressão multiplicada por área, cuidadosa configuração do perfil dos segundos elementos de rotação pode proporcionar um motor tendo uma saída de potência que é constante através de uma inteira revolução. Para um motor dotado de uma única cavidade, a área do primeiro elemento de rotação sobre a qual trabalho é realizado é a diferença entre a área dos segundos elementos de rotação que definem cada extremidade da cavidade. O volume e assim a pressão de gases no interior da cavidade podem ser calculados. Esta pressão e volume permitem o calculo da energia disponível em função da rotação do primeiro elemento de rotação, assim permitindo o cálculo do torque do motor. O torque de cada cavidade pode ser determinado. Um perfil para os segundos elementos de rotação pode então ser determinado que proporcione um motor dotado uma saída de torque suave. O perfil dos segundos elementos de rotação pode ser especificado pelo raio em função do ângulo. A especificação de um alvo tal como “maximizar o torque mínimo” permite métodos computacionais que serão conhecidos daqueles versados na técnica a serem usados para determinar um perfil do segundo elemento de rotação que proporcione um motor dotado de uma saída de potência suave. A figura 40 mostra um exemplo de um perfil de segundo elemento de rotação 40 que pode ser usado para oferecer um motor dotado de uma saída de potência suave. A figura 40 mostra um exemplo de um perfil de segundo elemento de rotação 3 que pode ser usado para proporcionar um motor dotado de uma saída de potência suave. A ponta na esquerda superior do segundo elemento de rotação 3a reduz a área que efetua a compressão dos gases quando a pressão é alta. De modo similar, a ponta na direita inferior do segundo elemento de rotação 3a permite uma gradual expansão de gases quando a pressão é alta, e uma rápida expansão de gases quando a pressão é mais baixa, assim proporcionando um motor dotado de uma saída de potência estável. A figura 41 mostra uma seção transversal de um décimo quarto motor rotativo de acordo com a invenção. O décimo quarto motor rotativo tem um primeiro elemento de rotação anular 1 que é montado no exterior da carcaça 2. Dois segundos elementos de rotação 3a, 3b são montados no interior da carcaça 2. No décimo quarto motor rotativo, estes elementos foram montados de forma que o plano dos segundos elementos de rotação não cruza o eixo do primeiro elemento de rotação. Isto permite aos segundos elementos de rotação terem um máximo raio maior que o raio interno da carcaça, permitindo um maior volume operativo para um raio de motor dado. Também, este motor tem um raio de carcaça relativamente baixo comparado com o raio externo do primeiro elemento de rotação. Isto proporciona uma área relativamente baixa para fricção entre o primeiro elemento de rotação e a carcaça, e uma extensão relativamente pequena para escape entre a carcaça e o primeiro elemento de rotação. Esta configuração também proporciona estes benefícios para compressores e expansores.

As figuras 42 a 46 ilustram algumas das características do dispositivo de acordo com a invenção que o distingue de dispositivos rotativos conhecidos.É observado que as partes mostradas nestas figuras já foram descritas com referência às figuras anteriores, e que as figuras 42 a 46 não adicionam conhecimento adicional requerido para construir o motor ou entender sua operação.

As figuras 42 a 44 ilustram segundos elementos de rotação 3 que podem ser visualizados como tendo um grande dente. A figura 45 ilustra um segundo elemento de rotação que pode ser visualizado como tendo dois grandes dentes. Os dentes são as partes do segundo elemento de rotação que sobressaem para o interior da cavidade definida pela carcaça e o primeiro elemento de rotação.em determinada parte do ciclo. Os dentes definem um “ângulo de dente”, cp, medido em tomo do eixo do elemento de rotação 3.

Tipicamente, o segundo elemento de rotação é projetado de forma que o ângulo do dente seja de apenas menos de 3607t, onde t é o número de dentes.

Nas figuras 42 e 43, o ângulo de dente φ está imediatamente abaixo de 360°.

Na figura 45, o ângulo do dente está imediatamente abaixo e 180°. A figura 46 ilustra que a carcaça 2 pode ser visualizada como um ângulo de fenda, ψ, medido em tomo do eixo do primeiro elemento de rotação 3, e definido pela região onde o segundo elemento de rotação pode se projetar para o interior da cavidade. Nas modalidades mais naturais do dispositivo, o ângulo de dente φ é maior que o ângulo de fenda ψ.

As modalidades acima da invenção descritas com referência às figuras são meramente modalidades preferenciais, e são descritas meramente a título de exemplo. Será evidente aqueles versados na técnica a existência de muitas outras modalidades da invenção não descritas, e o âmbito da invenção é definido pelas reivindicações.

Claims

1. Motor dc combustão rotativo para uso com fluidos compressíveis, compreendendo: um primeiro elemento de rotação (1) montado para girar em tomo de um primeiro eixo (6); uma carcaça (2) tendo uma superfície encerrando pelo menos uma parte do primeiro elemento de rotação (1). uma cavidade alongada (5a, 5b, 5c) de área em seção transversal variável sendo definida entre uma superfície do primeiro elemento de rotação (I) c a superfície da carcaça (2); c uma pluralidade de segundos elementos de rotação (3a, 3b, 3c) montados para girar em tomo de respectivos segundos eixos (7) diferentes, cada segundo elemento dc rotação (3a, 3b, 3c) sendo montado para sc projetar através de uma fenda na superfície da carcaça (2) e para cooperar com a superfície do primeiro elemento de rotação (I) de modo a dividir a cavidade (5a, 5b, 5c) cm porções operativas adjacentes, caracterizado pelo fato dc que: cada segundo elemento de rotação (3a. 3b, 3c) compreende uma pluralidade de porções projetadas tendo respectivos raios diferentes em torno do segundo eixo (7), os raios diferentes fazendo as porções projetadas se projetarem dentro da cavidade (5a, 5b, 5c) por respectivas extensões diferentes de maneira que os volumes das porções operativas variam à medida que o primeiro o segundo elementos dc rotação (I, 3a. 3b, 3c) giram; e. em uso, os fluidos em uma porção operativa sofrem compressão, combustão e expansão como um volume fechado, o volume fechado sendo definido durante a compressão, a combustão e a expansão pelos mesmos dois segundos elementos dc rotação (3a, 3b, 3c) adjacentes;

2. Motor de combustão de acordo com a reivindicação I, caracterizado pelo fato de que cada porção projetada de um segundo elemento dc rotação (3a, 3b, 3c) cobre um ângulo cm torno do respectivo segundo eixo (7), o raio da porção projetada variando constantemente em tomo do eixo.

3. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada porção projetada de um segundo elemento de rotação (3a, 3b, 3c) cobre um ângulo em tomo do respectivo segundo eixo (7), o raio da porção projetada avançando em tomo do eixo.

4. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma série das porções projetadas de cada segundo elemento de rotação (3a, 3b, 3c) se projeta apenas parcialmente através de uma respectiva fenda a qualquer tempo durante a rotação do primeiro e dos segundos elementos de rotação (1, 3a, 3b, 3c).

5. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um máximo ângulo coberto por uma fenda em tomo de um respectivo segundo eixo (7) é menor que o ângulo coberto pelas porções projetadas de cada segundo elemento de rotação (3a, 3b, 3c).

6. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a superfície do primeiro elemento de rotação (1) é uma superfície cilíndrica.

7. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento de rotação (1) é interno à superfície de carcaça (2) e os segundos elementos de rotação (3a, 3b, 3c) são externos à superfície da carcaça (2).

8. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento de rotação (1) é externo à superfície de carcaça (2) e a pluralidade de segundos elementos de rotação (3a, 3b, 3c) é interna à superfície de carcaça (2).

9. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira superfície de rotação é uma superfície extrema.

10. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de ignição (8a, 8b, 8c) para a ignição de um fluido comprimido anterior à expansão.

11. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento de rotação (1) compreende ainda pelo menos uma passagem (9) para entrada de fluido e/ou saída de fluido.

12. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a carcaça (2) compreende ainda uma série de válvulas, cada válvula sendo operativa como uma entrada de fluido ou saída de fluido somente quando adjacente a uma porção operativa da cavidade (5a, 5b, 5c), e cada válvula está somente adjacente a uma porção operativa da cavidade (5a, 5b, 5c) durante uma fração de um ciclo do motor de combustão.

13. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada válvula está distante de uma porção operativa de volume mais baixo da cavidade (5a, 5b, 5c) durante um ciclo do motor de combustão.

14. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que cada válvula é operativa para variar a taxa de vazão de um fluido para o interior de uma porção operativa da cavidade (5a, 5b, 5c), para variar a pressão de fluido no interior de uma porção operativa da cavidade (5a, 5b, 5c), ou variar uma taxa de compressão e/ou expansão do motor de combustão.

15. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que um controle por realimentação em laço fechado controla a operação de cada válvula, o controle de realimentação em laço fechado sendo baseado em parâmetros operacionais do motor de combustão.

16. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os parâmetros operacionais do motor de combustão compreende uma dentre pressão de entrada de fluido, pressão de saída de fluido e velocidade de rotação.

17. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que os segundos elementos de rotação (3a, 3b, 3c) são distribuídos em tomo do primeiro elemento de rotação (1), cada segundo elemento de rotação (3a, 3b, 3c) sendo montado para girar em tomo de um respectivo segundo eixo (7) que é perpendicular ao primeiro eixo (6).

18. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que a superfície do elemento de rotação e a superfície da carcaça (2) definem ainda uma vedação entre porções operativas da cavidade (5 a, 5b, 5c).

19. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato que, em uso, uma extensão da projeção dentro da cavidade (5a, 5b, 5c) de cada um dos segundos elementos de rotação (3a, 3b, 3c) aumenta até um primeiro máximo localizado, depois diminui até um mínimo localizado maior do que zero, depois aumenta para um segundo máximo localizado e depois diminui até zero.

20. Motor de combustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que, em uso, os fluidos em uma porção operativa sofrem a compressão, a combustão e a expansão dentro de uma rotação do primeiro elemento de rotação (1).