ES1250705U - Motor rotativo de combustión interna - Google Patents

Abstract

Motor rotativo de combustión interna, utilizando un cámara para compresión y otra para la explosión y expansión, que consiste en utilizar dos cámaras cilíndricas contiguas e intercomunicadas entre sí, en cuyo interior giran unos rotores cilíndricos, en la primera o cámara de aire o mezcla, se produce la presurización entre una paleta, el rotor y la carcasa, en la segunda se produce la explosión, expansión y escape de los gases, igualmente entre una paleta, el rotor y la carcasa, entre ambas cámaras hay una válvula de retención limitadora, que abre a cierta presión o un tabique giratorio, intermedio, con una ventana que hace de válvula, dejando pasar el aire a presión o la mezcla solamente en el momento en que la cámara de explosión debe recibir el fluido, utiliza un rotor y eje común para ambas cámaras.

Description

MOTOR ROTATIVO DE COMBUSTIÓN INTERNA

CAMPO DE LA INVENCIÓN. - En motores térmicos que usan combustibles fósiles, biocombustibles, hidrógeno, mixtos, etc. Útil en vehículos híbridos por su sencillez, bajo peso y tamaño, pudiendo usar el motor eléctrico solo en la ciudad.

ESTADO DE LA TÉCNICA.- Está documentado que hasta el 1910 se habían patentado mas 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 un 9000 rpm. Posteriormente han sido estudiados principalmente por Audi, Curtís Wright, Dalmler-Benz, Ford, General Motors, John Deere, Mazda, NSU, Nissan y Rotary Power Internacional entre otros.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

Objetivo de la invención.

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 rotores, y altas o medias rpm, no se producen fugas ostensibles, 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 aíre de admisión, con una mejor, mas perfecta y ecológica combustión y bajas emisiones, de fácil refrigeración, que por su sencillez admite grandes y muy pequeñas dimensiones, pudiendo usar el eje y el rotor como una sola pieza. Se usan materiales cerámicos, magnesio y aleaciones de aluminio con anodizados duros. A estas ventajas se añaden otras propias de los motores rotativos. 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.

Problemas a resolver

Los motores actuales son ruidosos, producen vibraciones, tienen muchas pérdidas, son pesados, necesitan muchas piezas y mantenimiento, producen mucha contaminación y como consecuencia son poco ecológicos. Los rotativos como el Wankel son muy afectados por el desgaste y producen vibraciones

El motor rotativo de combustión interna de la invención, consiste en utilizar dos cámaras cilindricas contiguas e intercomunicadas entre sí, en cuyo interior giran unos rotores cilindricos. En la primera, cámara de aire o mezcla, se produce la presurización entre una paleta, el rotor y la carcasa. En la segunda se produce la explosión, expansión y escape de los gases, igualmente entre una paleta, el rotor y la carcasa. Entre ambas cámaras hay una válvula de retención limitadora, que abre a cierta presión y evita el retroceso del aire comprimido. Las paletas pueden deslizarse desde el interior del rotor presionadas contra las carcasas mediante un muelle o bien porque las paletas están alojadas en el exterior de la cámara introduciéndose en el interior de la misma de forma variable, presionando sobre el rotor, utilizando en este caso un rotor excéntrico.

El eje es soportado mediante cojinetes cónicos, axiales o mixtos, formado por porciones de ejes escalonados para su soporte, con retenes entre las uniones de las carcasas y los ejes. Los ejes pueden formar una única pieza con sus rotores.

Pueden utilizarse rotores cilindrico elípticos o cilindricos

La admisión de aire se puede hacer a través de un carburador o cámara de mezcla, entrando a continuación en la cámara de admisión y compresión.

La válvula de retención y limitadora entre las cámaras puede ser una chapa o fleje que flexiona y abre cuando la presión del aire alcanza un valor calibrado.

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.

Puede añadir un tabique giratorio, intermedio entre la cámara de compresión y la de explosión, con una ventana que hace de válvula, dejando pasar el aire a presión o la mezcla solamente en el momento en que la cámara de explosión debe recibir el fluido.

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 la bujía incandescente se usa un filamento cuyo material se mantiene incandescente como consecuencia de la combustión intermitente.

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 oxido de aluminio, de aproximadamente de 50 a 150 mieras, 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 (A203), Zirconia, (Zr02), Carburo de silicio (SiC), Titanato de Aluminio (AI2TÍ05), Nltruro de Silicio, (S¡3N4), 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.

Al rotor de tipo excéntrico se le aplican unos orificios, taladros o unos bulones para la compensación o equilibrado de su peso, evitando oscilaciones o vibraciones. Esto puede hacerse durante la fabricación.

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.

Puede usarse refrigeración por líquido o por aire añadiendo unas aletas. La refrigeración puede aplicarse mayormente alrededor de la cámara de combustión.

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 o zonas calientes.

Los cojinetes pueden colocarse en la zona externa de las cámaras, separados por sellos, retenes o juntas de estanqueidad.

El aceite lubricante se envía a los segmentos por el interior de las paletas o por el interior del eje del rotor cuando estas están alojadas en los rotores.

En algunas zonas entre rotores y carcasas se pueden utilizar lubricantes semilíquidos o pastosos de alta temperatura.

Las lumbreras se sitúan periféricamente en los laterales de las cámaras.

La energía de los gases de escape se puede recuperar con turbinas o turbocompresores.

Una variante usa dos parejas de cámaras cilindricas, cada una con un rotor con un único diente, ambos dientes se machihembran de forma sincronizada arrastrados por dos engranajes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada del cuerpo del motor del sistema de la invención.

La figura 2 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada del motor de la figura 1.

La figura 3 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de una variante del motor de la invención.

La figura 4 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada del motor de la figura 3.

La figura 5 muestra una vista esquematizada de una válvula de retención limitadora del tipo de lengüeta o fleje flexible.

La figura 6 muestra una vista esquematizada del tabique intermedio que hace de válvula selectora.

La figura 7 muestra una vista esquematizada variante de la figura 3.

La figura 8 muestra una vista esquematizada de una variante con dos parejas de cámaras y sus rotores.

DESCRIPCIÓN MÁS DETALLADA DE UNA FORMA DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

La figura 1 muestra un modo de realización del motor de la invención, con la cámara cilindrica de admisión y compresión (1p), con el rotor (22pq), con su eje (24pq), la paleta (21 p) con el segmento (28p) presionando contra la carcasa mediante el muelle (23p). El aíre es succionado por la lumbrera (25p) y es enviado a través de la válvula de retención limitadora (29pq) a la cámara de explosión, expansión y escape (1 q), constituida por el rotor (22pq), con su eje (24pq) y la paleta (21 q) con el segmento (28q) presionando contra la carcasa mediante el muelle (23q). En dicha cámara se inyecta el combustible mediante el inyector (18) y se explosiona con la bujía (7). El rotor y su eje son comunes a ambas cámaras. La expansión impulsa y hace girar el rotor y la paleta, produciendo el escape de los gases del ciclo anterior, por la lumbrera (26q). Añade la cámara (35), opcional, para almacenaje del aire o mezcla comprimidos hasta que baje la presión de la cámara de combustión. Puede añadir un tabique giratorio, intermedio entre la cámara de compresión y la de explosión, con una ventana que hace de válvula, dejando pasar el aire a presión o la mezcla solamente en el momento en que la cámara de explosión debe recibir el fluido. El tabique giratorio puede formar parte de una de las dos mitades o cámaras. Las paletas no deben producir gran oscilación ya que no están fijadas al rotor. El rotor se equilibra con los orificios o bulones (34pq)

La figura 2 muestra las cámaras cilindricas de admisión y compresión (1p) y de expansión y escape (1 q), con el rotor común (22pq), con su eje común (24pq) soportado por los cojinetes (30). Muestra el inyector (18), la bujía (7) y la ventana (29) del tabique fijo (32f). No muestra las paletas ni la cámara de almacenamiento, que es opcional. La figura muestra un rotor común sin división intermedia, pero puede estar dividido con un tabique entre ambos.

En este caso, Figura 1 y 2, el eje está colocado en el centro de los rotores, y respecto a ia carcasa, rotor y eje son excéntricos.

La figura 3 muestra la cámara cilindrica de admisión y compresión (1r), con el rotor (22r), con su eje (24rs), la paleta (21 r) con el segmento (28r) presionando contra el rotor mediante el muelle (23r). El aire es succionado por la lumbrera (25r) y es enviado a través de la válvula de retención limitadora (29rs) a la cámara de explosión, expansión y escape (1s), constituida con el rotor común (22s), con su eje (24rs), la paleta (21 s) con el segmento (28s) presionando contra el rotor mediante el muelle (23s). En dicha cámara se inyecta el combustible mediante el inyector (18) y se explosiona con la bujía (7). La expansión impulsa la paleta y el rotor, produciendo el escape de los gases del ciclo anterior por la lumbrera (26s). Ambos rotores portan el bulón (34) de equilibrado de su peso, para evitar las oscilaciones. Añade la cámara (35) para almacenaje del aire o mezcla comprimidos hasta que baje la presión de la cámara de combustión. Puede añadir un tabique giratorio, intermedio entre la cámara de compresión y la de explosión, con una ventana que hace de válvula, dejando pasar el aire a presión o la mezcla solamente en el momento en que la cámara de explosión debe recibir el fluido.

La figura 4 muestra las cámaras cilindricas de admisión y compresión (1 r) y de expansión y escape (1 s), con el rotor (22r y 22s), con su eje común (24rs) soportado por los cojinetes (30). Se muestra el inyector (18) la bujía (7), la válvula de retención limitadora (29rs), el bulón 34 y el tabique giratorio (32g) con la ventana (29) que hace de válvula, dejando pasar el aire a presión o la mezcla solo en el momento en que la cámara de explosión debe recibir el fluido. El tabique (32g) puede formar parte de uno de los rotores.

En este caso, figuras 3 y 4, el eje está colocado en el centro de la carcasa, pero el rotor es excéntrico respecto a la carcasa.

En ambos sistemas las cámaras pueden estar divididas en dos mitades por la línea central, a la altura del tabique intermedio o en un lateral con unas pestañas fijadas con tornillos.

La figura 5 muestra la válvula de retención limitadora (29pq, 29rs) y su lengüeta flexible (33).

La figura 6 muestra el tabique intermedio (32g), con la ventana (29) que hace de válvula selectora de paso.

La figura 7 muestra la cámara cilindrica de admisión y compresión (1 r), con el rotor (22r), con su eje (24rs), la paleta (21 r) con el segmento (28r) presionando contra el rotor mediante el muelle (23r). El aire es succionado por la lumbrera (25r) y es enviado a través de la válvula de retención limitadora (29rs) a la cámara de explosión, expansión y escape (1 s), constituida por el rotor común (22s), con su eje (24rs), la paleta (21s) con el segmento (28s) presionando contra el rotor mediante el muelle (23s). En dicha cámara se inyecta e! combustible mediante el inyector (18) y se explosiona con la bujía (7). La expansión impulsa la paleta y el rotor, produciendo el escape de los gases del ciclo anterior, por la lumbrera (26s). Ambos rotores portan el bulón (34) de equilibrado de su peso, para evitar las oscilaciones. Añade la cámara (35) para almacenaje del aire o mezcla comprimidos hasta que baje la presión de la cámara de combustión.

En los dibujos no se muestran la instalación eléctrica, el encendido, la puesta en marcha ni el sistema de refrigeración.

La figura 8 muestra dos cámaras cilindricas contiguas e intercomunicadas (1m y 1 n) entre sí, en cuyo interior giran machihembrados unos rotores cilindricos (Rm1 y Rn1) arrastrados sincronizados por dos engranajes, con un único diente cada una, en la primera, en la primera cámara se comprime el aire aspirado a través de la tobera (8) por la cámara de admisión (Ca), creada entre el diente del rotor y la carcasa, entre la carcasa y el lado opuesto del diente se comprime el aire en la cámara de compresión (Ce), saliendo por (Fe). El aire comprimido a través de la válvula limitadora de retención (29rs) pasa a una cámara de almacenamiento (35) provisional y de aquí se envía sincronizada a la cámara de explosión, expansión y escape donde actúan de forma similar los rotores dentados (Rm2 y Rn2).

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Motor rotativo de combustión interna, utilizando un cámara para compresión y otra para la explosión y expansión, que consiste en utilizar dos cámaras cilindricas contiguas e intercomunicadas entre sí, en cuyo interior giran unos rotores cilindricos, en ia primera o cámara de aire o mezcla, se produce la presurización entre una paleta, el rotor y la carcasa, en la segunda se produce la explosión, expansión y escape de los gases, igualmente entre una paleta, el rotor y la carcasa, entre ambas cámaras hay una válvula de retención limitadora, que abre a cierta presión o un tabique giratorio, intermedio, con una ventana que hace de válvula, dejando pasar el aire a presión o la mezcla solamente en el momento en que la cámara de explosión debe recibir el fluido, utiliza un rotor y eje común para ambas cámaras.

2. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque las paletas se deslizan desde el interior del rotor presionadas contra las carcasas mediante un muelle.

3. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque las paletas están alojadas en el exterior de la cámara o carcasa, introduciéndose en la cámara de forma variable presionando sobre el rotor, utilizando en este caso un rotor excéntrico respecto a su eje.

4. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el eje es soportado mediante cojinetes cónicos, axiales o mixtos, y está formado por porciones de ejes escalonados para su soporte, con retenes entre las uniones de las carcasas y los ejes.

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5. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque se utilizan rotores cilindricoelípticos o cilindricos

6. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque la admisión de aire se hace a través de un carburador o cámara de mezcla entrando a continuación en la cámara de explosión, admisión y compresión.

7. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque la válvula de retención limitadora entre las cámaras es una chapa o fleje que flexiona y abre cuando presiona el aire o mezcla con un valor de presión calibrado.

8. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el aire o mezcla comprimida se almacena 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 una válvula intermedia entre ambas cámaras.

9. Motor según reivindicación 1, caracterizado por usar junto a las cámaras de combustión, encendidos convencionales, electrónicos, láser o de bujía incandescente, el cual se mantiene incandescente como consecuencia de la combustión Intermitente.

10. Motor según reivindicación 1, caracterizado por usar en el motor materiales de bajo coeficiente de dilatación, invar, 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 50 a 150 mieras, dichos anodizados producen una mitad integrada con el material de aluminio y la otra mitad como capa externa, proporcionando bajo peso, facilidad de fabricación y mecanizado, gran dureza, gran resistencia a la abrasión y válidos hasta temperaturas de 2000°K,

11. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque en el motor se utilizan materiales cerámicos avanzados de alta temperatura, tenacidad y dureza como: La Alúmina (A203), Zirconia, (Zr02), Carburo de silicio (SiC), Titanato de Aluminio (AI2TÍ05), Nitruro de Silicio, (SÍ3N4). aleaciones de estos con metales y para revestimientos, se usan el Aluminio, el Silicio e incluso el Zirconio.

12. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque al rotor se le aplican unos orificios, taladros o unos bulones para la compensación o equilibrado de su peso.

13. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque para la refrigeración se utiliza líquido o aire y se añaden unas aletas y se aplica principalmente alrededor de la cámara de expansión y escape.

14. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque 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 valores de entre 0.2 y 3 mm.

15. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque los cojinetes se colocan en la zona externa de las cámaras, separados por sellos, retenes o juntas de estanqueidad.

16. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el aceite lubricante se envía a los segmentos por el interior de las paletas o por el interior del eje cuando estas están alojadas en los rotores.

17. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque entre rotores y carcasas se utilizan lubricantes semilíquidos o pastosos de alta temperatura.

18. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el tabique intermedio giratorio forma parte del lateral de uno de los rotores.

19. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque incorpora unas turbinas o compresores que recuperan la energía de los gases de escape.

20. Motor rotativo de combustión interna, que consiste en dos cámaras cilindricas contiguas e intercomunicadas entre sí, en cuyo interior giran machihembrados unos rotores cilindricos (Rm1 y Rn1) arrastrados sincronizados por dos engranajes, con un único diente cada una, en la primera se comprime el aire aspirado por la cámara de admisión (Ca), creada entre el diente del rotor y la carcasa, entre la carcasa y el lado opuesto del diente se comprime el aire en la cámara de compresión (Ce), el aire comprimido a través de una válvula limitadora de retención pasa a una cámara de almacenamiento provisional y de aquí se envía a la cámara de explosión, expansión y escape donde actúan de forma similar los rotores (Rm2 y Rn2).