ES1237025U - Rotary internal combustion engine (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Motor rotativo de combustión interna.Rotary internal combustion engine.
Campo de la invenciónField of the Invention
En motores térmicos que usan combustibles fósiles, biocombustibles, hidrógeno o mixtos, etc. Útiles en vehículos híbridos por su sencillez, bajo peso y tamaño, pudiendo usar el motor eléctrico solo en la ciudad.In thermal engines that use fossil fuels, biofuels, hydrogen or mixed fuels, etc. Useful in hybrid vehicles for its simplicity, low weight and size, being able to use the electric motor only in the city.
Estado de la técnicaState of the art
Está documentado que hasta el 1910 se habían patentado más de 2000 motores rotativos, habiendo destacado parcialmente con éxito solamente el motor Wankel, el cual a pesar de sus ventajas como rotativo presenta dificultades de diseño, fabricación, mantenimiento, alto coste, gran consumo de aceite y es afectado por el desgaste, produciéndose pérdida de estanqueidad con el tiempo, necesitan una sincronización de aplicación del combustible muy estricta o delicada y los rotores y elementos giratorios excéntricos generan vibraciones u oscilaciones. Su velocidad de giro está limitada a unas 9000 rpm. Posteriormente han sido estudiados principalmente por Audi, Curtís Wright, Daimler-Benz, Ford, General Motors, John Deere, Mazda, NSU, Nissan y Rotary Power Internacional entre otros.It is documented that until 1910 more than 2000 rotary engines had been patented, having only partially highlighted successfully the Wankel engine, which despite its advantages as a rotary machine presents design, manufacturing, maintenance, high cost, high oil consumption difficulties and is affected by wear, causing loss of tightness over time, they need a very strict or delicate fuel application synchronization and the eccentric rotors and rotating elements generate vibrations or oscillations. Its turning speed is limited to about 9000 rpm. Subsequently they have been studied mainly by Audi, Curtís Wright, Daimler-Benz, Ford, General Motors, John Deere, Mazda, NSU, Nissan and Rotary Power International among others.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
Objetivo de la invenciónObject of the invention
Obtener un motor rotativo útil en todo tipo de vehículos en aviación, marina, ferrocarril, carretera y en general en toda la industria, el cual mejora las características de los motores existentes. Al utilizar una pequeña separación entre la carcasa y los dientes o lóbulos de los rotores, y altas o medias rpm, no se producen fugas ostensibles, ni se necesita lubricación en dicha zona interna, pudiendo considerarse este motor como un híbrido, combinación o paso intermedio entre los motores alternativos y las turbinas de gas, aportando y mejorando la mayoría de las ventajas de ambos: Sencillez, pocos elementos, economía, resistencia, fiabilidad, alta relación de compresión, elevada relación potencia/peso, gran potencia, alto rendimiento, alta eficiencia termodinámica (relación consumo/peso), altas revoluciones, buen aprovechamiento del combustible, la recuperación energía gases escape es muy simple, sin solape entre la admisión y el escape, evita la mezcla de los gases con el aire de admisión, con una mejor, más perfecta y ecológica combustión y bajas emisiones, de fácil o nula refrigeración, que admite grandes y muy pequeñas dimensiones, por su sencillez, usando el eje y el rotor como una sola pieza solo se necesitarían dos piezas dentro de las cámaras Fig. 2. Al no utilizar válvulas, paletas, levas, elementos alternativos, ni elementos giratorios excéntricos, no se producen oscilaciones, vibraciones, golpeteos ni rozamientos permitiendo muy altas rpm y el uso de materiales cerámicos, magnesio y aleaciones de aluminio con anodizados duros. A estas ventajas se añaden otras propias de los motores rotativos. Las parejas de rotores girando en sentido contrario contrarrestan los efectos giroscópicos, evitando la precesión giroscópica y vibraciones. Incluso en el motor Wankel los rotores y otras piezas giran excéntricamente. En la mayoría de las ventajas o propiedades mencionadas este motor es único y difícil de superar. Obtain a useful rotary engine in all types of vehicles in aviation, marine, rail, road and in general throughout the industry, which improves the characteristics of existing engines. When using a small separation between the housing and the teeth or lobes of the rotors, and high or medium rpm, there is no ostensible leakage, no lubrication is needed in said internal area, this engine can be considered as a hybrid, combination or intermediate step between alternative engines and gas turbines, providing and improving most of the advantages of both: Simplicity, few elements, economy, resistance, reliability, high compression ratio, high power / weight ratio, high power, high performance, high thermodynamic efficiency (consumption / weight ratio), high revolutions, good fuel efficiency, the recovery of exhaust gas energy is very simple, without overlapping between the intake and the exhaust, prevents the mixing of the gases with the intake air, with better , more perfect and ecological combustion and low emissions, easy or zero cooling, which admits large and very small dimensions, for its simplicity, us I take the shaft and the rotor as a single piece, only two parts would be needed inside the chambers Fig. 2. By not using valves, vanes, cams, alternative elements, or eccentric rotating elements, there are no oscillations, vibrations, knocks or friction allowing very high rpm and the use of ceramic materials, magnesium and aluminum alloys with hard anodized. To these advantages are added other own rotary engines. Rotor couples rotating in the opposite direction counteract gyroscopic effects, avoiding gyroscopic precession and vibrations. Even in the Wankel engine the rotors and other parts rotate eccentrically. In most of the advantages or properties mentioned this engine is unique and difficult to overcome.
Problemas a resolverProblems to solve
Los motores actuales son ruidosos, producen vibraciones, tienen muchas pérdidas, son pesados, necesitan muchas piezas y mantenimiento, producen mucha contaminación y por lo tanto son poco ecológicos. Los rotativos como el Wankel son muy afectados por el desgaste y producen vibraciones. The current engines are noisy, produce vibrations, have many losses, are heavy, need many parts and maintenance, produce a lot of pollution and therefore are not very ecological. Rotaries such as Wankel are very affected by wear and produce vibrations.
El motor rotativo de combustión interna de la invención, consiste en utilizar dos o más cámaras cilindricas intercomunicadas entre sí, en cuyo interior giran unos rotores cilindricos elípticos, o cilindricos con lóbulos o dientes elípticos, semielípticos, circulares, semicirculares, o bien lóbulos elípticos, semielípticos, circulares o semicirculares cuya zona periférica más externa tiene una curvatura igual a la de la carcasa, trapeciales o trapeciales con sus caras laterales curvas, parcialmente anulares o a modo de levas, los cuales engranan o machihembran interrelacionados con los rotores, o con los lóbulos o dientes de los rotores, contiguos o con unas cavidades dispuestas alrededor de los mismos, pero manteniendo una separación entre ellos y sus carcasas de entre 0,2 y 3 mm aproximadamente, accionados sincronizados mediante unos engranajes, correas dentadas o cadenas, ubicados en una caja de engranajes contigua e independiente externa a las cámaras cilíndricas. Con los cojinetes cónicos, axiales o mixtos, ejes escalonados de soporte, y retenes entre las uniones de las carcasas y de estas con los ejes. Los rotores o los lóbulos de los rotores cilíndricos arrastran y comprimen el aire aspirado y atrapado entre dichos rotores o lóbulos y la carcasa de la cámara principal, descargándolo en la cámara de combustión. Los ejes pueden formar una única pieza con sus rotores.The internal combustion rotary engine of the invention consists in using two or more intercommunicated cylindrical chambers, in which the interior rotates elliptical cylindrical rotors, or cylindrical ones with elliptical, semi-elliptical, circular, semicircular lobes or teeth, or elliptical lobes, semi-elliptical, circular or semicircular whose outermost peripheral zone has a curvature equal to that of the carcass, trapezoidal or trapezoidal with its curved, partially annular or cam-like lateral faces, which engage or interconnected with the rotors, or with the lobes or teeth of the rotors, contiguous or with cavities arranged around them, but maintaining a separation between them and their housings between 0.2 and 3 mm approximately, actuated synchronized by means of gears, toothed belts or chains, located in a contiguous and independent gearbox external to the cylindrical chambers. With tapered, axial or mixed bearings, stepped support shafts, and seals between the joints of the housings and of these with the shafts. The rotors or lobes of the cylindrical rotors drag and compress the sucked and trapped air between said rotors or lobes and the main chamber housing, discharging it into the combustion chamber. The shafts can form a single piece with its rotors.
Los dientes de los rotores parcialmente anulares engranan en cavidades también parcialmente anulares de los rotores contiguos cuyas caras de avance y/o de retroceso tienen una curvatura cóncava o convexa, la de los dientes de un engranaje convencional, la curvatura invertida a la de los dientes de dichos engranajes convencionales, forma de gancho o garra, de esquina de cola de milano o de segmento de círculo.The teeth of the partially annular rotors engage in also partially annular cavities of the adjacent rotors whose advance and / or recoil faces have a concave or convex curvature, that of the teeth of a conventional gear, the inverted curvature to that of the teeth of said conventional gears, hook or claw shape, dovetail corner or circle segment.
Los motores pueden estar constituidos por:The engines may consist of:
Una o más parejas de cámaras cilíndricas, de igual o distinto tamaño con dos rotores accionados por dos engranajes o correas dentadas, una o más parejas de admisióncompresión, que pueden proporcionar altas presiones, que descargan en una o más parejas de expansión escape, estando dichas parejas interconectadas: a) Por un tabique (29) con un orificio pasante entre ambas caras (29a), que sirve para alojamiento y/o trasvase del fluido comprimido y para determinar el momento de su desfasaje y descarga en la pareja siguiente. Una cara porta el orificio de entrada y la otra el de salida de dicho orificio o cámara de alojamiento. Los tabiques pueden estar formados por dos mitades en cuyo interior porta la cámara hueca con un orificio de entrada y otro de salida, b) Por conductos externos enviando flujo continuo Fig. 9-14 y c) Una abertura o comunicación entre sendas cámaras por su zona central o similar al motor de la figura 1, 1, 12, etc. Una variante porta solo una pareja de cámaras, figuras 2 y 3, no existe tabique, las dos mitades o porciones superiores producen la admisión y compresión de la mezcla o aire y al final de la compresión se aplica a las dos mitades o porciones inferiores de expansión y escape en el momento de la explosión y cuando inician la expansión. En el de la figura 2 el gancho derecho produce la admisión y el derecho siguiente la compresión.One or more pairs of cylindrical chambers, of the same or different size with two rotors driven by two gears or toothed belts, one or more inlet couples, which can provide high pressures, which discharge into one or more exhaust expansion pairs, said said being interconnected pairs: a) Through a partition (29) with a through hole between both sides (29a), which serves to accommodate and / or transfer the compressed fluid and to determine the moment of its phase shift and discharge in the next pair. One face carries the inlet hole and the other the outlet of said hole or housing chamber. The partitions can be formed by two halves in whose interior the hollow chamber is carried with an inlet and an outlet orifice, b) By external conduits sending continuous flow Fig. 9-14 and c) An opening or communication between two chambers in their area central or similar to the motor of figure 1, 1, 12, etc. A variant carries only one pair of chambers, figures 2 and 3, there is no partition, the two halves or upper portions produce the admission and compression of the mixture or air and at the end of the compression it is applied to the two halves or lower portions of expansion and escape at the time of the explosion and when they begin the expansion. In that of Figure 2 the right hook produces the admission and the right following the compression.
De forma parecida en la mitad inferior un gancho proporciona la expansión y el otro el escape. En este caso por ser los rotores de un solo lóbulo se vacía y compensa interiormente.Similarly in the lower half one hook provides the expansion and the other the escape. In this case because the rotors of a single lobe are emptied and compensated internally.
Pueden utilizarse rotores cilíndrico elípticos o cilíndricos con uno o dos lóbulos periféricos o cilíndricos con unos rotores con lóbulos parcialmente anulares que machihembran con otros rotores lobulares o con cavidades periféricas Fig. 1 y 9 a la 14.Elliptical or cylindrical cylindrical rotors can be used with one or two peripheral or cylindrical lobes with rotors with partially annular lobes that tongue and groove with other lobular rotors or with peripheral cavities Fig. 1 and 9 through 14.
Los rotores de cada dos parejas de rotores utilizan dos ejes comunes a las mismas.The rotors of each two pairs of rotors use two axes common to them.
El aire a presión se puede enviar mediante un conducto a un carburador o cámara de mezcla a una presión alta o media procedente de la cámara de compresión, descargándolo en la cámara de combustión a través de una cámara intermedia que actúa de válvula. Preferentemente se utilizarán parejas de rotores de distinto tamaño. Las dos parejas de cada motor pueden ser de tipo distinto entre sí.The pressurized air can be sent through a conduit to a carburetor or mixing chamber at a high or medium pressure from the compression chamber, discharging it into the combustion chamber through an intermediate chamber that acts as a valve. Preferably They will use pairs of rotors of different sizes. The two pairs of each engine can be of a different type from each other.
La descarga del fluido a presión desde la primera pareja de rotores se hace a través de uno de los rotores que hace de válvula, abre al coincidir o pasar la cavidad periférica de uno de los rotores sobre la boca del conducto de salida. La segunda pareja está desfasada para que coincida la cámara de expansión-escape inicial con la salida de flujo de máxima compresión de la primera. También puede tener una válvula selectora entre ambas parejas, o puede regularse el momento de descarga a través de un canal realizado en uno de los rotores de la segunda pareja, el cual permitirá la descarga cuando la cámara de combustión-expansión es de mínimas dimensiones.The discharge of the pressurized fluid from the first pair of rotors is done through one of the rotors that acts as a valve, it opens when the peripheral cavity of one of the rotors coincides or passes over the mouth of the outlet duct. The second pair is out of phase to match the initial expansion-exhaust chamber with the maximum compression flow output of the first. It can also have a selector valve between both couples, or the discharge moment can be regulated through a channel made in one of the rotors of the second pair, which will allow the discharge when the combustion-expansion chamber is of minimum dimensions.
En todos los casos el aire o mezcla comprimida puede almacenarse en una cámara externa desde la cual se descarga en la cámara de combustión en el momento en que esta se crea o es desobturada por el rotor.In all cases, the compressed air or mixture can be stored in an external chamber from which it is discharged into the combustion chamber at the moment when it is created or dislodged by the rotor.
Los ejes son soportados de cada uno de sus extremos por un cojinete. Estos cojinetes se apoyan axialmente en los escalones de los ejes de los rotores y pueden sobresalir de las caras laterales de las cámaras o pueden ser interiores a las mismas.The shafts are supported at each end by a bearing. These bearings rest axially on the steps of the rotor shafts and can protrude from the side faces of the chambers or can be internal to them.
La salida de gases de la cámara de escape se puede efectuar a) Directamente por unas lumbreras, b) A través del rotor que actúa de válvula durante su giro o c) Por un conducto y a través de la cámara intermedia de almacenaje integrada en el rotor.Exhaust gas can be expelled from the exhaust chamber a) Directly through some ports, b) Through the rotor acting as a valve during its rotation or c) Through a duct and through the intermediate storage chamber integrated in the rotor.
Las cámaras secundarias pueden usar levas en vez de rotores cilíndricos con cavidades periféricas.Secondary chambers can use cams instead of cylindrical rotors with peripheral cavities.
Los motores pueden usar unos fanes o turbinas en zona central interior descubierta de las cámaras y rotores, útiles para sustentar y/o propulsar las aeronaves, los alabes de los fanes hacen de soporte de los rotores, estando unidos a estos y a los ejes.The engines can use fans or turbines in the inner central area uncovered from the chambers and rotors, useful for supporting and / or propelling the aircraft, the blades of the fans support the rotors, being attached to these and to the axles.
Se usan encendidos convencionales, electrónicos, láser o de bujía incandescente, en o junto a la cámara de combustión los cuales pueden ser obturados por el propio rotor dejándolos descubiertos en el momento en que se crea la cámara de combustión y/o se inyecta el combustible. En lugar de la bujía de filamento puede usarse un filamento cuyo material se mantiene incandescente como consecuencia de la combustión intermitente.Conventional, electronic, laser or incandescent spark plugs are used, in or next to the combustion chamber which can be sealed by the rotor itself leaving them discovered at the moment when the combustion chamber is created and / or the fuel is injected . Instead of the filament spark plug a filament whose material remains incandescent as a result of intermittent combustion can be used.
Pueden usarse materiales de bajo coeficiente de dilatación, invar, etc., y aleaciones de magnesio o de aluminio con pequeñas cantidades de cobre, silicio, magnesio y/o zinc a las cuales se les aplican anodizados duros de óxido de aluminio, de aproximadamente de 50 a 150 micras, dichos anodizados producen una mitad integrada con el material de aluminio y la otra mitad como capa externa, proporcionando además de su bajo peso, facilidad de fabricación y mecanizado, gran dureza, gran resistencia a la abrasión y válidos hasta temperaturas de 2000°K. Pueden usarse materiales cerámicos avanzados de alta temperatura, tenacidad y dureza como: La Alúmina (A2O3), Zirconia, (ZrO2), Carburo de silicio (SiC), Titanato de Aluminio (ALTiO5), Nitruro de Silicio, (Si3N4), etc. aleaciones de estos con metales y para revestimientos. Se usarán por su abundancia y bajo coste el Aluminio, el Silicio e incluso el Zirconio. Los anodizados duros o los revestimientos cerámicos pueden reforzarse o ser de mayor grosor en las zonas de mayor temperatura.Materials with low expansion coefficient, invar, etc., and magnesium or aluminum alloys with small amounts of copper, silicon, magnesium and / or zinc can be used to which hard anodized aluminum oxide, of approximately 50 to 150 microns, said anodized produce one half integrated with the aluminum material and the other half as an external layer, providing in addition to its low weight, ease of manufacture and machining, high hardness, high abrasion resistance and valid up to temperatures of 2000 ° K. Advanced ceramic materials of high temperature, toughness and hardness can be used such as: Alumina (A 2 O 3 ), Zirconia, (Z r O 2 ), Silicon carbide (SiC), Aluminum Titanate (ALTiO 5 ), Silicon Nitride , (If 3 N 4 ), etc. alloys of these with metals and for coatings. Aluminum, Silicon and even Zirconium will be used for their abundance and low cost. Hard anodized or ceramic coatings can be reinforced or thicker in higher temperature areas.
A los rotores asimétricos o con un solo lóbulo se le aplican unos orificios, taladros o unos bulones de mayor densidad para la compensación o equilibrado interno, evitando oscilaciones o vibraciones, esto puede hacerse durante la fabricación. Asymmetric or single-lobe rotors are applied holes, holes or bolts of greater density for compensation or internal balancing, avoiding oscillations or vibrations, this can be done during manufacturing.
Los engranajes generalmente helicoidales pueden ser de acero o de materiales termoplásticos y para mayores temperaturas plásticos termoestables reforzados y mezclados, o no, con fibras sintéticas, los cuales reducen el peso y los ruidos.The generally helical gears can be made of steel or thermoplastic materials and for higher temperatures thermoset plastic reinforced and mixed, or not, with synthetic fibers, which reduce weight and noise.
Los motores pueden utilizar una cámara sobrepresurizada entre los rotores y las carcasas, y/o añadir una válvula rotativa sobre la lumbrera de admisión y/o escape, reduciendo las fugas cuando las lumbreras están obturadas. Dicha cámara de sobrepresión es especialmente útil sobre el rotor y lumbrera de admisión.The motors can use an overpressurized chamber between the rotors and the housings, and / or add a rotary valve on the intake and / or exhaust port, reducing leaks when the ports are clogged. Said overpressure chamber is especially useful on the rotor and intake port.
Se pueden añadir unos anillos, resaltes o sobresalientes de metal o material semirrígido o polímero de alta temperatura alrededor de la lumbrera de admisión que actúan a modo de juntas, de los orificios en los extremos de los conductos de transvase del aire o mezcla comprimida, en los laterales y aristas tangenciales de los dientes o de los lóbulos de los rotores cilíndricos y en la proximidad de las aristas de los rotores, y en las generatrices de los rotores y radial o diametralmente en sus bases, embutidos en unos canales circulares o en forma de cola de milano. En el caso de rozar estos se desgastan sin producir deterioro de las zonas de roce. Estos resaltes pueden ser del mismo material de los rotores o conductos. Son muy útiles en elementos compresores y entre los extremos de los conductos y la superficie de los rotores en donde se puede permitir menor separación y ser ajustable manualmente desde el exterior haciéndolos móviles.Rings, projections or protrusions of metal or semi-rigid material or high temperature polymer can be added around the intake port acting as joints, of the holes at the ends of the air transfer ducts or compressed mixture, in the lateral and tangential edges of the teeth or of the lobes of the cylindrical rotors and in the proximity of the edges of the rotors, and in the generatrices of the rotors and radially or diametrically in their bases, embedded in circular or shaped channels Dovetail. In the case of rubbing these wear out without causing deterioration of the rubbing areas. These projections can be of the same material as the rotors or ducts. They are very useful in compressor elements and between the ends of the ducts and the surface of the rotors where less separation can be allowed and manually adjustable from the outside making them mobile.
Los motores que utilizan una sola válvula o cámara periférica y pueden producir la admisióncompresión y la expansión-escape en ciclos alternos.Engines that use a single valve or peripheral chamber and can produce intake compression and expansion-exhaust in alternate cycles.
El alto aislamiento térmico permite un funcionamiento adiabático, sin transferencia de calor, con lo cual se aprovecha mejor el calor producido y no se necesita refrigeración o se reduce esta, consiguiéndose un mayor rendimiento.The high thermal insulation allows adiabatic operation, without heat transfer, which makes better use of the heat produced and cooling is not needed or this is reduced, achieving greater performance.
También puede usarse refrigeración por líquido o por aire añadiendo unas aletas.Liquid or air cooling can also be used by adding fins.
La separación entre los rotores y sus carcasas puede fijarse según los materiales utilizados de modo que al aumentar la temperatura las separaciones se ajusten a los valores de entre 0,2 y 3 mm, para ello se pueden utilizar distintos materiales en los rotores y en sus carcasas o aplicando mayor refrigeración en ciertos puntos.The separation between the rotors and their housings can be fixed according to the materials used so that when the temperature rises the separations adjust to the values between 0.2 and 3 mm, for this purpose different materials can be used in the rotors and in their housings or applying more cooling at certain points.
En los motores las parejas de rotores giran en sentido contrario, compensando o equilibrándose, y evitando o contrarrestando su efecto giroscópico.In engines, the rotor pairs rotate in the opposite direction, compensating or balancing, and avoiding or counteracting its gyroscopic effect.
Los cojinetes pueden colocarse en la zona externa de las cámaras principales separados por sellos, retenes o juntas de estanqueidad.The bearings can be placed in the outer zone of the main chambers separated by seals, seals or gaskets.
En los lóbulos o dientes de los rotores y de los engranajes que se machihembran las longitudes de sus arcos serán iguales, realizándose de acuerdo con el tratado de Artobolevski. De este modo aunque exista contacto no habrá rozamiento.In the lobes or teeth of the rotors and of the gears that are tongue and groove the lengths of their arches will be the same, being carried out in accordance with the Artobolevski treaty. In this way even if there is contact there will be no friction.
En la unión de los engranajes o correas dentadas con sus ejes o de los dientes o lóbulos con sus rotores pueden portar unos elementos colas de milano o chavetas fusibles, que se seccionan o fracturan en caso de agarrotamiento de los rotores u otros elementos.In the connection of gears or toothed belts with their shafts or of the teeth or lobes with their rotors they can carry elements of dovetails or fusible keys, which are sectioned or fractured in case of seizure of the rotors or other elements.
Los conductos pueden portar una válvula de retención la cual abre al presionar el flujo presurizado sobre una bola, bulón o lengüeta, y cierra por el efecto de la fuerza centrífuga en lugar de un muelle, para ello es conveniente direccionar los conductos radialmente o con una pequeña inclinación respecto a dicha dirección radial. The ducts can carry a check valve which opens by pressing the pressurized flow on a ball, bolt or tongue, and closes by the effect of centrifugal force instead of a spring, for this it is convenient to direct the ducts radially or with a small inclination with respect to said radial direction.
El aire presurizado puede transferirse a la cámara de combustión a través del rotor y por el interior de los ejes.Pressurized air can be transferred to the combustion chamber through the rotor and inside the axles.
En algunas zonas entre rotores y carcasas se pueden utilizar lubricantes semilíquidos o pastosos de alta temperatura.In some areas between rotors and housings, semi-liquid or high-temperature pasty lubricants can be used.
Las lumbreras se sitúan periférica y radialmente o en los laterales de las cámaras.The ports are located peripherally and radially or on the sides of the chambers.
La energía de los gases de escape se recupera con turbinas o turbocompresores.The energy of the exhaust gases is recovered with turbines or turbochargers.
Se pueden realizar motores de dos tiempos pero no es muy práctico ya que son muy sencillos los de cuatro tiempos utilizados en la presente invención. Puede añadir un volante de inercia. El sistema se puede aplicar a motores con rotores cilíndricos excéntricos, al motor Wankel y al de pistones o alternativos quitando segmentos, engrase, etc. pero no resulta útil ya que los motores de la invención son más sencillos.Two-stroke engines can be made but it is not very practical since the four-stroke engines used in the present invention are very simple. You can add a flywheel. The system can be applied to motors with eccentric cylindrical rotors, to the Wankel engine and to the piston or alternative engine by removing segments, greasing, etc. but it is not useful since the motors of the invention are simpler.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La figura 1 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada del cuerpo de un motor con mejoras del sistema de la invención.Figure 1 shows a schematic and partially sectioned view of the body of an engine with improvements of the system of the invention.
Las figuras 2 a la 3, 4, 5, y 9 a la 14 muestran vistas esquematizadas y parcialmente seccionadas de variantes de parejas de cámaras de admisión-compresión o expansión-escape. La figura 3a muestra una vista esquematizada y en perspectiva del motor de la figura 3.Figures 2 through 3, 4, 5, and 9 through 14 show schematic and partially sectioned views of variants of pairs of intake-compression or expansion-exhaust chambers. Figure 3a shows a schematic and perspective view of the motor of Figure 3.
Las figuras 6, 7 y 8 muestran vistas esquematizadas de diagramas de motores rotativos con circuitos de realimentación externos al mismo.Figures 6, 7 and 8 show schematic views of rotary motor diagrams with feedback circuits external to it.
La figura 15 muestra una vista esquematizada y en alzado de una variante de motor formando parte de un fan.Figure 15 shows a schematic and elevation view of a motor variant forming part of a fan.
La figura 16 muestra el ciclo de trabajo de uno de los motores.Figure 16 shows the duty cycle of one of the engines.
Descripción más detallada de la invenciónMore detailed description of the invention
La figura 1 muestra un modo de realización de un motor de dos parejas de cámaras cada una con dos rotores cilíndricos con lóbulos y cavidades periféricas de machihembrado, una de admisión-compresión (1a y 1b) y la otra de explosión-expansión- escape, (1f y 1g), separadas por el tabique (29) con un orificio pasante entre ambas caras, entre el orificio de entrada (s) y el de salida (z) que sirve para alojamiento y/o trasvase del fluido comprimido y para determinar el momento de descarga en la pareja siguiente. Se usan como válvulas los rotores o lóbulos. La transferencia entre parejas también puede hacerse mediante conductos externos. Muestra la bujía (7) y el inyector (18). Los dos engranajes (4) que soportan los dos ejes de los cuatro rotores, portan la cubierta (87) y los cojinetes inferiores en la figura, están cubiertos con la carcasa (87a) y son válidos para todos los motores de dos cámaras o parejas de cámaras. Con dichas cubiertas puede ser necesario solo el retén (91). Los ejes portan los escalones (20) se soportan en los cojinetes (19) y estos en las cubiertas (87, 1f, 1g) evitando el desplazamiento axial de los rotores.Figure 1 shows an embodiment of an engine with two pairs of chambers each with two cylindrical rotors with lobes and peripheral tongue and groove cavities, one for intake-compression (1a and 1b) and the other for explosion-expansion-exhaust, (1f and 1g), separated by the partition (29) with a through hole between both sides, between the inlet (s) and the outlet (z) that serves to accommodate and / or transfer the compressed fluid and to determine the moment of discharge in the next couple. Rotors or lobes are used as valves. The transfer between couples can also be done through external conduits. It shows the spark plug (7) and the injector (18). The two gears (4) that support the two shafts of the four rotors, carry the cover (87) and the lower bearings in the figure, are covered with the housing (87a) and are valid for all engines of two chambers or couples of cameras. With such covers, only the retainer (91) may be necessary. The shafts carry the steps (20) are supported on the bearings (19) and these on the covers (87, 1f, 1g) avoiding the axial displacement of the rotors.
Para no repetir, en todos los motores los rotores, lóbulos o dientes de los rotores arrastran y comprimen el aire aspirado y atrapado entre los rotores o los lóbulos y la carcasa de la cámara principal, descargándolo en la cámara de combustión. Not to repeat, in all engines the rotors, lobes or teeth of the rotors drag and compress the sucked and trapped air between the rotors or lobes and the main chamber housing, discharging it into the combustion chamber.
La figura 2 muestra un motor similar al de la figura 1, difiere en que porta dos cámaras iguales (1m y 1n) y un rotor doble en cada una y sin tabique separador. El rotor de la izquierda consta del tramo cilíndrico superior (Rm1l) con el diente (2p) que engrana en el tramo superior del rotor derecho o contiguo (Rn1) entre ambos se crea la cámara de admisión compresión, y su tramo cilíndrico inferior (Rm2) en el cual engrana el diente (2q) del tramo inferior del rotor derecho o contiguo (Rn2) entre ambos se crea la cámara de expansión-escape. El aire comprimido en la cavidad por el diente pasa de la cámara de compresión a la de explosión o expansión por una abertura en zona central como en las figuras 10 y 15, con el correspondiente desfasaje.Figure 2 shows an engine similar to that of Figure 1, it differs in that it carries two equal chambers (1m and 1n) and a double rotor in each and without a partition wall. The rotor on the left consists of the upper cylindrical section (Rm1l) with the tooth (2p) that meshes in the upper section of the right or adjacent rotor (Rn1) between the two, the compression admission chamber is created, and its lower cylindrical section (Rm2 ) in which the tooth (2q) of the lower section of the right or adjacent rotor (Rn2) engages the expansion-exhaust chamber. The compressed air in the cavity through the tooth passes from the compression chamber to the explosion or expansion chamber through an opening in the central area as in Figures 10 and 15, with the corresponding offset.
La figura 3 porta solo una pareja de cámaras adjuntas, (1m y 1n) no existe tabique separador entre zonas admisión-compresión y expansión-escape, las dos mitades o porciones superiores (Rp1 y Rq1 producen la admisión y compresión de la mezcla o aire y al final de la compresión se aplica a las dos mitades o porciones inferiores de expansión y escape. El gancho junto a la cámara de admisión (Ca) produce la admisión y el opuesto del mismo rotor la compresión final (Fe) de la cámara de compresión (Ce). De forma parecida en la mitad inferior y con desfasaje respecto a los de admisión un gancho proporciona la expansión y el otro el escape. En este caso por ser los rotores de un solo lóbulo se compensan sus masas interiormente y se vacía para reducir peso o se realizan los orificios (30). Muestra la tobera de entrada (8) y la de salida (9) está en la zona de expansión escape. Los lóbulos pueden ser similares a los de la figura 2A, incluso sin los ganchos de sus extremos.Figure 3 carries only a couple of attached chambers, (1m and 1n) there is no separating partition between intake-compression and expansion-exhaust zones, the two halves or upper portions (Rp1 and Rq1 produce the admission and compression of the mixture or air and at the end of the compression it is applied to the two halves or lower portions of expansion and exhaust.The hook next to the intake chamber (Ca) produces the final compression (Fe) of the chamber of admission and opposite of the same rotor compression (Ce) In a similar way in the lower half and with a lag in relation to the admission ones, one hook provides the expansion and the other the escape, in this case because the rotors of a single lobe compensate their masses internally and empty to reduce weight or the holes (30) are made.It shows the inlet nozzle (8) and the outlet (9) is in the exhaust expansion zone.The lobes can be similar to those in Figure 2A, even without the end hooks.
La figura 3a muestra la pareja de cámaras adjuntas, (1m y 1n) igualmente sin tabique separador, las dos mitades o porciones superiores (Rp1 y Rq1) producen la admisión y compresión de la mezcla o aire y al final de la compresión se aplica a las dos mitades o porciones inferiores Rp2 y Rq2). Muestra el desfasaje entre la parte de admisión compresión y la de expansión escape.Figure 3a shows the pair of attached chambers, (1m and 1n) also without separating partition, the two halves or upper portions (Rp1 and Rq1) produce the admission and compression of the mixture or air and at the end of the compression is applied to the two halves or lower portions Rp2 and Rq2). It shows the offset between the compression intake part and the exhaust expansion part.
Los rotores de las figuras 2 a la 3 a pueden estar torsionados con el fin de variar el momento final de la compresión con el de la explosión o inicio de la expansión.The rotors of Figures 2 to 3 a may be twisted in order to vary the final moment of compression with that of the explosion or the beginning of the expansion.
La figura 4 muestra un motor formado por dos parejas de cámaras con los cojinetes en el interior de los rotores. La cámara de compresión es de mayores dimensiones o volumen que la de expansión escape, pero puede ser menor. El tabique de separación porta la entrada (s) y la salida (z) del conducto que pone en comunicación sendas parejas de rotores. Puede necesitar solo el retén (91).Figure 4 shows an engine formed by two pairs of chambers with the bearings inside the rotors. The compression chamber is larger or larger than the expansion chamber, but it may be smaller. The separation wall carries the inlet (s) and the outlet (z) of the duct that communicates two pairs of rotors. You may only need the retainer (91).
La figura 5 muestra un motor formado por dos parejas de cámaras con los cojinetes en el exterior de los rotores. La cámara de compresión (1a y 1b) es de mayor dimensión o volumen que la de expansión escape (1f y 1g). El tabique de separación porta la entrada (s) y la salida (z) del conducto que pone en comunicación sendas parejas de rotores. Los rotores (4) de la cámara de compresión actúan simultáneamente como engranajes impulsores y junto con sus ejes (3) sincronizan el movimiento de los cuatro rotores. Los cojinetes (19) están cubiertos por la carcasa (87a) y se apoyan en los escalones o topes (20) del eje. La pareja de rotores de la cámara de expansión escape pueden ser cualquiera de los utilizados en el resto de la patente. Añade la bujía (7) y el inyector (18). Estos necesitan engrase en los engranajes o rotores de las cámaras de compresión pero no son de alta temperatura.Figure 5 shows an engine formed by two pairs of chambers with the bearings outside the rotors. The compression chamber (1a and 1b) is larger in size or volume than the exhaust expansion chamber (1f and 1g). The separation wall carries the inlet (s) and the outlet (z) of the duct that communicates two pairs of rotors. The rotors (4) of the compression chamber act simultaneously as driving gears and together with their axes (3) synchronize the movement of the four rotors. The bearings (19) are covered by the housing (87a) and rest on the steps or stops (20) of the shaft. The pair of rotors of the exhaust expansion chamber can be any of those used in the rest of the patent. Add the spark plug (7) and the injector (18). These need greasing on the gears or rotors of the compression chambers but they are not high temperature.
La figura 6 muestra las cámaras cilíndricas de un motor (85) y la cubierta independiente (87) de los engranajes (4) de un motor cuyos gases de escape se aplican a la turbina centrífuga (81) por el conducto (80) y con el eje (3a) común a ambos, se realimentan recuperando la energía de los gases. Figure 6 shows the cylindrical chambers of an engine (85) and the independent cover (87) of the gears (4) of an engine whose exhaust gases are applied to the centrifugal turbine (81) by the duct (80) and with the axis (3a) common to both, they are fed back recovering the energy of the gases.
La figura 7 muestra las cámaras cilíndricas de un motor (85) y carcasa (87) de la correa dentada (24) de un motor cuyos gases de escape se aplican a la turbina axial (86) y mediante el eje (3a) común a ambos, se realimentan, recuperando la energía de los gases.Figure 7 shows the cylindrical chambers of an engine (85) and housing (87) of the toothed belt (24) of an engine whose exhaust gases are applied to the axial turbine (86) and by means of the shaft (3a) common to both are fed back, recovering the energy of the gases.
La figura 8 muestra las cámaras cilíndricas de un motor (85) y la cubierta (87) de los engranajes (4) los gases de escape (80) se aplican a un turbocompresor formado por turbina (81) que acciona el compresor (82), el cual envía aire presurizado por el conducto (83) a un cambiador de calor (84) y de este a la cámara de combustión o al carburador (72), la energía de los gases de escape comprime y envía el aire a la admisión del motor.Figure 8 shows the cylindrical chambers of an engine (85) and the cover (87) of the gears (4) the exhaust gases (80) are applied to a turbocharger formed by turbine (81) that drives the compressor (82) , which sends pressurized air through the duct (83) to a heat exchanger (84) and from this to the combustion chamber or carburetor (72), the energy of the exhaust gases compresses and sends the air to the intake the motor.
La figura 9 muestra un motor formado por dos parejas de cámaras, la pareja de admisióncompresión con la cámara principal (la) con un rotor cilíndrico con uno o dos lóbulos y estos las juntas semirrígidas (2p) y una menor o secundaria (1b) con un rotor que tiene una o dos cavidades periféricas donde se aloja el lóbulo del rotor de la cámara principal durante su giro. La mezcla o aire comprimido se descarga cuando el conducto de descarga queda descubierto mediante la cavidad periférica del rotor de la cámara (1b), desembocando en la segunda pareja de cámaras de explosión-expansión-escape, (1f y 1g), donde se produce encendido con la bujía (7). Los rotores se compensan con taladros (30).Figure 9 shows an engine formed by two pairs of chambers, the intake pair with the main chamber (la) with a cylindrical rotor with one or two lobes and these semi-rigid joints (2p) and a minor or secondary (1b) with a rotor that has one or two peripheral cavities where the rotor chamber lobe of the main chamber is housed during its rotation. The mixture or compressed air is discharged when the discharge duct is discovered by the peripheral cavity of the chamber rotor (1b), leading to the second pair of explosion-expansion-exhaust chambers, (1f and 1g), where it occurs Ignition with the spark plug (7). The rotors are compensated with holes (30).
La figura 10 muestra un motor formado por dos parejas de cámaras, la pareja de admisióncompresión (1a, 1b), con un rotor cilíndrico con dos lóbulos tipo gancho o garra en cámara (1a) con las juntas (2q) y el otro rotor con las cavidades complementarias a dichos ganchos. La mezcla o aire comprimido se descarga en la segunda pareja de cámaras de expansión-escape, (1f y 1g) donde ocurre el encendido mediante la bujía (7).Figure 10 shows an engine formed by two pairs of chambers, the compression-compression pair (1a, 1b), with a cylindrical rotor with two hook-and-loop-type lobes in chamber (1a) with seals (2q) and the other rotor with the complementary cavities to said hooks. The mixture or compressed air is discharged into the second pair of expansion-exhaust chambers, (1f and 1g) where ignition occurs through the spark plug (7).
La figura 11 muestra un motor formado por dos parejas de cámaras, la pareja de admisióncompresión (1a, 1b), con un rotor cilíndrico con un lóbulo tipo gancho o garra en cámara (1a) con las juntas (2q) y el otro rotor con la cavidad complementaria a dicho gancho. La mezcla o aire comprimido se descarga en la segunda pareja de cámaras de expansión-escape, (1f y 1g) donde ocurre el encendido mediante la bujía (7).Figure 11 shows an engine formed by two pairs of chambers, the compression-compression pair (1a, 1b), with a cylindrical rotor with a hook-or-chamber-type lobe (1a) with the seals (2q) and the other rotor with the cavity complementary to said hook. The mixture or compressed air is discharged into the second pair of expansion-exhaust chambers, (1f and 1g) where ignition occurs through the spark plug (7).
La figura 12 muestra un motor formado por dos parejas de cámaras, la pareja de admisióncompresión con la cámara principal (la) con un rotor cilíndrico con un lóbulo semicircular y una menor o secundaria (1b) con un rotor con una cavidad periférica donde se aloja el lóbulo del rotor de la principal durante su giro. Puede usar dos lóbulos y dos cavidades, los lóbulos pueden portar las juntas semirrígidas (2r). Portan los orificios (30) de equilibrado. La mezcla o aire comprimido se descarga por (x) o por (y) cuando el conducto de descarga se abre mediante la cavidad periférica del rotor de la cámara (1b), desembocando en la segunda pareja de cámaras de explosión-expansión-escape, (1f y 1g). Es muy eficiente si la descarga se realiza en la cámara de combustión (Ce) mostrada entre el lóbulo y los rotores. Usa dos tipos diferentes de parejas de rotores.Figure 12 shows an engine formed by two pairs of chambers, the intake pair with the main chamber (la) with a cylindrical rotor with a semicircular lobe and a minor or secondary (1b) with a rotor with a peripheral cavity where it is housed the rotor lobe of the main during its rotation. You can use two lobes and two cavities, the lobes can carry the semi-rigid joints (2r). They carry the balancing holes (30). The mixture or compressed air is discharged by (x) or by (y) when the discharge duct is opened by the peripheral cavity of the chamber rotor (1b), leading to the second pair of explosion-expansion-exhaust chambers, (1f and 1g). It is very efficient if the discharge is carried out in the combustion chamber (Ce) shown between the lobe and the rotors. Use two different types of rotor pairs.
En las figuras 9 a la 12, la salida del aire comprimido de la cámara compresora lo hace por la zona inferior izquierda de la cámara de la derecha para que el rotor derecho actúe como válvula de paso. Descargándolo sincronizado en la cámara de combustión.In Figures 9 through 12, the compressed air outlet of the compressor chamber is done through the lower left area of the right chamber so that the right rotor acts as a bypass valve. Discharging it synchronized in the combustion chamber.
La figura 13 muestra un motor formado por dos parejas de cámaras, la pareja de admisióncompresión (1a, 1b) con la cámara (1a) con un rotor cilíndrico con dos lóbulos parcialmente anulares, cada uno con las caras o extremos en forma de gancho o garra. El fluido comprimido se descarga en la segunda pareja de cámaras de explosión-expansión- escape, (1f, 1g), produciéndose el encendido con una bujía no mostrada en la figura.Figure 13 shows an engine formed by two pairs of chambers, the inlet pair (1a, 1b) with the chamber (1a) with a cylindrical rotor with two partially annular lobes, each with the faces or ends in the form of a hook or claw. The compressed fluid is discharged into the second pair of explosion-expansion-exhaust chambers, (1f, 1g), with the ignition taking place with a spark plug not shown in the figure.
La figura 14 muestra un motor formado por dos parejas de cámaras, la pareja de admisióncompresión de dos cámaras, una con un rotor de cuatro lóbulos y la otra con seis cavidades para alojamiento de los lóbulos de la primera, la principal o mayor (1a) y la menor (1b). La mezcla o aire comprimido se descarga desembocando en la segunda pareja de cámaras de explosión-expansión-escape, (1f y 1g), donde se produce el encendido mediante una bujía no mostrada en la figura.Figure 14 shows an engine formed by two pairs of cameras, the two-chamber compressor admission couple, one with a four-lobe rotor and the other with six cavities for accommodation of the lobes of the first, the main or major (1a) and the minor (1b). The mixture or compressed air is discharged into the second pair of explosion-expansion-exhaust chambers, (1f and 1g), where ignition occurs by means of a spark plug not shown in the figure.
Las parejas de cámaras de las figuras 13 y 14 son más típicas de motores de flujo continuo y pueden tener una cámara de compresión y almacenaje intermedia.The pairs of chambers of Figures 13 and 14 are more typical of continuous flow motors and may have a compression chamber and intermediate storage.
La figura 15 muestra un motor de dos cámaras (1r y 1t) similar al usado en la figura 1, cuyas zonas interiores están descubiertas y portan unos fanes (53) cuyos álabes forman parte de los rotores, estando unidos a estos y a los ejes, girando sobre sus ejes apoyados en los soportes (54). Es válido para sustentar y/o propulsar las aeronaves. Cámaras y engranajes están carenados.Figure 15 shows a two-chamber engine (1r and 1t) similar to that used in Figure 1, whose interior areas are uncovered and carry fans (53) whose blades are part of the rotors, being attached to these and to the axes, rotating on its axes supported by the supports (54). It is valid to support and / or propel aircraft. Cameras and gears are fairings.
La figura 16 muestra el ciclo de trabajo de estos motores en función de la presión y volumen aplicados a los mismos, después de la admisión se produce la compresión adiabática (tramo 60m), continuando la explosión y combustión de la mezcla aire-combustible aplicada (Qp) (tramo 60n), aumentando la presión a volumen constante y a continuación la expansión adiabática (tramo 60x) aplicando la fuerza motriz y/o trabajo al eje del rotor. En el escape (tramo 60s) cede en forma de calor parte de la energía que no ha sido utilizada (Qo). O bien se realimenta su energía a la admisión del motor mediante un turbocompresor o mecánicamente al eje mediante una turbina centrífuga o axial.Figure 16 shows the duty cycle of these engines as a function of the pressure and volume applied to them, after the adiabatic compression occurs (section 60m), continuing the explosion and combustion of the applied air-fuel mixture ( Qp) (section 60n), increasing the pressure to constant volume and then the adiabatic expansion (section 60x) by applying the driving force and / or work to the rotor shaft. In the exhaust (60s section), part of the energy that has not been used (Qo) yields as heat. Either its energy is fed back to the engine intake by means of a turbocharger or mechanically to the shaft by means of a centrifugal or axial turbine.
Algunos rotores excéntricos o asimétricos sin orificios de compensación llevan el equilibrado o la compensación interna, realizándose esto durante su fabricación.Some eccentric or asymmetric rotors without compensation holes carry the balancing or internal compensation, which is done during their manufacture.
Las cámaras de comprensión de los motores de las figuras 9 a la 14 pueden ser de distintas dimensiones o volúmenes que los de expansión escape, y en las de flujo continuo no necesitan estar sincronizados los rotores, pueden tener una cámara intermedia y el conducto de salida de la compresión por sus reducidas dimensiones facilita la compresión.The compression chambers of the motors of figures 9 to 14 can be of different dimensions or volumes than the exhaust expansion ones, and in those of continuous flow the rotors do not need to be synchronized, they can have an intermediate chamber and the outlet duct compression due to its small size facilitates compression.
El aire se trasfiere de la cámara de máxima compresión a la de combustión o de mínimo volumen de la cámara de expansión escape, y sus lumbreras o bocas de salida y entrada se aplican indistintamente en la cara frontal o en la lateral de los motores.The air is transferred from the maximum compression chamber to the combustion chamber or the minimum volume chamber of the exhaust expansion chamber, and its exit or inlet ports or mouths are applied interchangeably on the front face or on the side of the engines.
Los motores utilizan dos engranajes iguales. La velocidad angular debe ser la misma.The engines use two equal gears. The angular velocity must be the same.
Para reducir ruidos por fugas las toberas de entrada y salida se pueden cubrir con una carcasa atenuadora. Un ajuste manual puede reducir la aproximación en las zonas críticas de los rotores. Los rotores pueden ser huecos para reducir el peso de los motores. To reduce noise due to leaks, the inlet and outlet nozzles can be covered with an attenuating housing. A manual adjustment can reduce the approach in the critical areas of the rotors. The rotors can be hollow to reduce the weight of the motors.
Claims (30)
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Cited By (1)
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- 2019-04-29 ES ES201900235U patent/ES1237025Y/en active Active
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| WO2022214716A1 (en) * | 2021-04-05 | 2022-10-13 | Munoz Saiz Manuel | Supply system for rotary engines and internal combustion turbines |
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| ES1237025Y (en) | 2020-01-30 |
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