ES1285384U - Motor rotativo de combustión interna - Google Patents

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Motor rotativo de combustión interna, del tipo que utiliza aire u oxigeno de botellas u obtenidos comprimidos independiente o externamente al motor, caracterizado porque consiste en una cámara cilíndrica en cuyo interior gira excéntricamente un rotor cilíndrico, elíptico o cilíndrico excéntrico con una paleta integrada en el rotor que se desliza sobre el interior de la carcasa o una paleta integrada en la carcasa que se desliza sobre la superficie del rotor, generando dos cámaras de volumen variable entre el rotor, la paleta y las caras interiores de la cámara cilíndrica, en la cara anterior (o más retrasada) de la paleta se produce la cámara de combustión y expansión delante de la paleta y delante de la paleta el escape de los gases del ciclo anterior, con unos cojinetes cónicos de rodillos cilíndricos, o cojinetes axiales o mixtos, ejes escalonados de soporte y retenes entre las uniones de las carcasas y de estas con los ejes, cuando se inicia la cámara de combustión se inyecta el combustible líquido o gas comprimido y un comburente, oxigeno o aire comprimido de unas botellas o comprimido in situ, dichos fluidos se inyectan en las citadas cámaras a continuación, o simultáneamente la bujía de un sistema de ignición produce su explosión y combustión y como consecuencia la expansión, incrementando el tamaño de la cámara, y produciendo el giro del rotor hasta que la zona delantera de la paleta expulsa por una tobera los gases atrapados del ciclo anterior, aplicándose a continuación una nueva inyección de combustible y comburente, su explosión, combustión y expansión y repitiendo un nuevo ciclo, el inicio del movimiento se efectúa con un motor eléctrico y una batería.

Description

DESCRIPCIÓN
Motor rotativo de combustión interna
Campo de la invención
En motores térmicos que usan combustibles fósiles, biocombustibles, hidrógeno, mixtos, etc. y como comburente aire y oxígeno. Útil también en vehículos híbridos por su sencillez, bajo coste, peso y tamaño.
Estado de la técnica
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, necesita 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. La presente invención soluciona o reduce todos estos inconvenientes. Puede considerarse continuación del Modelo de Utilidad U202100094.
Descripción de la invención
Objetivo de la invención
Obtener un motor rotativo útil en todo tipo de vehículos, en marina, ferrocarril, carretera, aviación por su alta velocidad, poco peso y sencillez y en general en toda la industria, el cual mejora las características de los motores existentes.
No efectuar la compresión en su interior, y por lo tanto, evitando hacer un giro adicional.
Aplicar a las cámaras la presión proporcionada por los fluidos aplicados.
Al tener poca fricción permite altas o medias rpm, y se caracteriza por su: Sencillez, pocos elementos, economía, resistencia, fiabilidad, alta relación de compresión, elevada relación potencia/peso, gran potencia, alto rendimiento, alta eficiencia termodinámica (relación consumo/peso), muy altas revoluciones (por tener poca fricción entre rotores y carcasas), buen aprovechamiento del combustible, permite la recuperación de la energía de los gases escape en el caso de ser solo CO2, sin solape entre la admisión y el escape, evita la mezcla de los gases con el aire de admisión, de fácil refrigeración, con una mejor, una más perfecta y ecológica combustión, con bajas emisiones, que gasta poco aceite en la lubricación al tener solo la fricción del segmento de la paleta, que es muy ecológico, cuyos gases no contaminan o se reduce la contaminación, que reduce considerablemente las vibraciones, el ruido, el mantenimiento y su duración, que por su sencillez admite grandes y muy pequeñas dimensiones. Al no utilizar válvulas, paletas, levas, elementos alternativos, ni elementos giratorios excéntricos sin compensar, no se producen oscilaciones, vibraciones, golpeteos ni ruidos permitiendo muy altas rpm y el uso de materiales cerámicos y aleaciones de magnesio y 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 y difícil de superar.
Problemas a resolver
Los motores actuales necesitan realizar la compresión del aire, son ruidosos, producen vibraciones y fricciones, tienen muchas pérdidas, son pesados, utilizan muchas piezas y mantenimiento, producen mucha contaminación y como consecuencia son poco ecológicos. Los rotativos como el Wankel son complicados, tienen muchas piezas, son muy afectados por el desgaste, consumen mucho aceite, contaminan y producen vibraciones.
El motor rotativo de combustión interna de la invención, del tipo que utiliza aire u oxígeno de botellas o los obtenidos comprimidos independiente o externamente al motor, consiste en una cámara cilíndrica en cuyo interior gira excéntricamente un rotor cilíndrico, elíptico o cilíndrico excéntrico con una paleta integrada en el rotor que se desliza sobre el interior de la carcasa o una paleta integrada en la carcasa que se desliza sobre la superficie del rotor, generando dos cámaras de volumen variable entre el rotor, la paleta y las caras interiores de la cámara cilíndrica. En la cara anterior de la paleta se produce la cámara de combustión y expansión detrás de la paleta y delante de la paleta el escape de los gases. Con unos cojinetes cónicos de rodillos cilíndricos, o cojinetes axiales o mixtos, ejes escalonados de soporte y retenes entre las uniones de las carcasas con los ejes. En la cámara de combustión se inyecta el combustible líquido o gas comprimido y un comburente, oxigeno o aire comprimido de unas botellas o comprimido in situ. Dichos fluidos se inyectan en las citadas cámaras cuando se inicia o crea su formación. A continuación, o simultáneamente la bujía de un sistema de ignición produce su explosión y combustión y como consecuencia la expansión, incrementando el tamaño de la cámara, y produciendo el giro del rotor y expulsando mediante la paleta, por una tobera, los gases atrapados, aplicándose a continuación una nueva inyección de combustible y comburente, su explosión, combustión y expansión, incrementando el tamaño de la cámara y repitiendo un nuevo ciclo. Esto se efectúa en cada vuelta. El inicio del movimiento se efectúa con un motor eléctrico y una batería.
La paleta del rotor en su periferia porta un segmento que se extiende mediante un fleje y se ajusta y adapta a la pared interna de la cámara, o a la pared del rotor si la paleta está integrada en la carcasa.
El control de la administración del combustible y del comburente se puede hacer mediante un procesador, microprocesador o el ECU y unas electroválvulas, o controlarse mecánicamente mediante una leva que porta el rotor del motor. La aplicación puede hacerse como con los inyectores de combustible actuales o con las electroválvulas.
La presión aplicada a las cámaras se efectúa con los manorreductores de las botellas o con unos compresores y reguladores de presión si se comprimen in situ.
Algunos rotores necesitan orificios o bulones de compensación o equilibrado de los mismos. Esto puede hacerse durante la fabricación.
Se usan encendidos convencionales, electrónicos, láser y principalmente 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. No obstante, el filamento de la bujía se mantiene caliente después de varias explosiones. Puede no ser necesario su uso, trabajando como un motor tipo Diésel. Se puede aplicar el combustible y comburente durante el inicio de creación de la cámara de combustión o durante el espacio de tiempo en que un tramo o leva del rotor coincide enfrente de dicha cámara.
Los inyectores y bujías se pueden colocar en el lateral o en la periferia de las cámaras.
Los vehículos además de utilizar como comburente: botellas, bombonas o tanques intercambiables o recargables, de O2 a presión, O2 líquido, o aire a presión y como combustible: combustibles sintéticos o biológicos, hidrocarburos, alcoholes o hidrógeno, evitando la necesidad del uso de motores eléctricos y baterías las cuales son más contaminantes hasta la fecha. Puede obtenerse el O2 del aire mediante energías renovables o utilizar directamente el O2 comprimido in situ. El oxígeno, hidrógeno, etc. se pueden mezclar con argón. Y el oxígeno se puede diluir con mezcla de aire.
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 (Al2TiO5), 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.
El alto aislamiento térmico de los materiales 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.
Los cojinetes pueden colocarse en una zona lo más distante de las zonas de explosión de las cámaras, dando un ensanchamiento, abombamiento o proyección hacia el exterior de dichas cámaras. Y deben aplicarse sellos, retenes o juntas de estanqueidad entre el eje y la carcasa. Solo necesita lubricación del segmento de la paleta y un poco de aceite lubricante para los cojinetes. Este último no se mezcla con los gases de la combustión.
Las lumbreras de escape de gases se sitúan periféricamente o en los laterales de las cámaras cilíndricas.
La energía de los gases de escape se puede recuperar con turbinas o turbocompresores. En el caso de que los gases de salida consistan solo o mayormente en CO 2 , se puede comprimir y guardar en botellas para su hidrogenación y trasformación en combustible. No obstante, el CO 2 se produce de forma normal en el mundo vegetal y animal. Por lo tanto, no es necesario desecharlo en su totalidad. Esto es aplicable a todos los elementos de la naturaleza, agua, minerales, sales, etc. los cuales en cantidades normales no son perjudiciales. En el caso del gas natural como la proporción de hidrógeno es mayor que la de carbono, se produce mucho menos CO 2 .
Utilizando hidrógeno y oxígeno no se produce ningún producto tóxico o contaminante y si se usa gas natural y oxígeno solo se produce CO 2 , el cual no es contamínate, tan solo hay que controlar que no se produzca en exceso para evitar el cambio climático.
En el caso de utilizar oxígeno embotellado a presión, hay que transportar en peso igual cantidad que de gas natural, el triple si se trata de gasolina, 2.5 mayor si gasóleo. Si transportamos 20 kg de gas natural tendríamos que transportar otros 20 de oxigeno.
Excepto si portamos un generador de oxígeno.
Tipos de gas natural utilizados GNC, GNV, GNL (predomina el metano) y el GLP como gas licuado obtenido del petróleo (a base de propano y butano).
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de la cámara cilíndrica del motor de la invención.
La figura 2 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada transversalmente de la cámara del motor de la figura 1.
Las figuras 3 a la 5 muestran vistas esquematizadas de variantes de motores y de métodos de alimentación de los motores de la invención.
Las figuras 6, 7 y 8 muestran vistas de motores con distintos sistemas de recuperación de la energía de los gases de escape.
Un modo de realización de la invención
La figura 1 muestra el motor formado por la cámara cilíndrica (1) con su carcasa (2) y en su interior el rotor cilíndrico (3), el cual gira excéntricamente alrededor del eje (8) y porta la paleta (4) que impulsada por el muelle (6) presiona y se ajusta con el segmento (7) a la pared interna de la cámara cilíndrica. Generando entre el rotor la paleta y la carcasa cilíndrica dos cámaras variables la de combustión y escape (5ce) y la de expansión (5e). Cuando se inicia la cámara de combustión y expansión (5ce) se alimenta con el gas comprimido en la botella, controlado por la salida de su manorreductor y por la electroválvula (11), que es opcional, y el inyector (12). Como comburente el de la botella (13) a través de su manorreductor y controlado por la electroválvula (14), que es opcional, y el inyector (15). En ambos casos su presión es la que se aplica para el funcionamiento de la cámara de combustión. En dicho momento se aplica la chispa de la bujía (9), produciéndose la explosión y expansión, presionando sobre la paleta y produciendo el giro del rotor, cuya paleta simultáneamente presiona y produce la expansión de los gases y su escape por la tobera (16). A continuación, se realiza y repiten nuevos ciclos. Se produce una explosión, expansión y escape por vuelta del rotor del cilindro. La bujía puede permanecer incandescente en los siguientes ciclos, no siendo necesario aplicar energía para ello, por lo cual se puede utilizar un sencillo sistema de calentamiento térmico inicial.
La figura 2 muestra la cámara cilíndrica (1) del motor, el cual añade los cojinetes cónicos de rodillos cilíndricos (18).
La figura 3 muestra la cámara cilíndrica (1) del motor, similar al de la figura 1, el cual utiliza como combustible gasolina del depósito (19) aplicado por la bomba (20), que se aplica mediante la electroválvula (11) y un inyector en la cámara de combustión. El comburente se aplica como en la figura 1, a través de su manorreductor y controlado por la electroválvula (14), que es opcional, y el inyector (15). El combustible enviado por la bomba puede aplicarse a un acumulador o recipiente presurizado para enviarlo e ir utilizándolo adecuadamente a la cámara de combustión.
La figura 4 muestra la cámara cilíndrica (1) del motor, el cual utiliza gas natural comprimido de la botella (10g), donde el combustible es controlado por la salida de su manorreductor y por la electroválvula (11), que es opcional, y un inyector. Como comburente utiliza oxígeno generado mediante el compresor (21), el filtro de partículas (22) y el filtro de nano partículas de fibra hueca (23), pasando a continuación por la electroválvula (14) que lo aplica a la cámara de combustión mediante un inyector. El nitrógeno separado se envía al exterior.
La figura 5 muestra la cámara cilíndrica (1a) del motor, en este caso utiliza un rotor excéntrico (3a) y la paleta (4a) que es soportada por la carcasa y su segmento (7 a) se adapta y ajusta a la periferia cilíndrica del rotor. Porta el bulón u orifico (17) de equilibrado. Utiliza gas natural comprimido de la botella (10g), donde el combustible es controlado por la salida de su manorreductor y por la electroválvula (11), que es opcional, y un inyector. Como comburente utiliza aire impulsado por el compresor (21), el filtro de partículas (22), pasando a continuación por la electroválvula (14) que lo aplica a la cámara de combustión mediante un inyector.
La figura 6 muestra la cámara cilíndrica (1) de un motor cuyos gases de escape se aplican a la turbina centrífuga (81) por el conducto (80) y con el eje (8) común a ambos, se realimentan recuperando la energía de los gases.
La figura 7 muestra la cámara cilíndrica (1) de un motor cuyos gases de escape se aplican por el conducto (80) a la turbina axial (86) y mediante el eje (8), común a ambos, se recupera la energía de los gases.
La figura 8 muestra la cámara cilíndrica (1) de un motor cuyos gases de escape se aplican por el conducto (80) a un turbocompresor formado por la 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 (72). La energía de los gases de escape comprime y envía el aire a la admisión del motor.
No se muestran en los dibujos algunos sistemas como los del encendido, refrigeración, combustible, comburente, inyectores, sistema mecánico de aplicación del combustible y del comburente, etc.
EN TODOS LOS CASOS LA PRESIÓN EN LAS CAMARAS DE COMBUSTIÓN SE CONSIGUE UTILIZANDO PARTE DE LA PRESIÓN DEL COMBURENTE O CARBURANTE SUMINISTRADOS: Oxigeno, Gas natural, Hidrógeno, etc.)

Claims (25)

REIVINDICACIONES
1. Motor rotativo de combustión interna, del tipo que utiliza aire u oxígeno de botellas u obtenidos comprimidos independiente o externamente al motor, caracterizado porque consiste en una cámara cilíndrica en cuyo interior gira excéntricamente un rotor cilíndrico, elíptico o cilíndrico excéntrico con una paleta integrada en el rotor que se desliza sobre el interior de la carcasa o una paleta integrada en la carcasa que se desliza sobre la superficie del rotor, generando dos cámaras de volumen variable entre el rotor, la paleta y las caras interiores de la cámara cilíndrica, en la cara anterior (o más retrasada) de la paleta se produce la cámara de combustión y expansión delante de la paleta y delante de la paleta el escape de los gases del ciclo anterior, con unos cojinetes cónicos de rodillos cilíndricos, o cojinetes axiales o mixtos, ejes escalonados de soporte y retenes entre las uniones de las carcasas y de estas con los ejes, cuando se inicia la cámara de combustión se inyecta el combustible líquido o gas comprimido y un comburente, oxigeno o aire comprimido de unas botellas o comprimido in situ, dichos fluidos se inyectan en las citadas cámaras! a continuación, o simultáneamente la bujía de un sistema de ignición produce su explosión y combustión y como consecuencia la expansión, incrementando el tamaño de la cámara, y produciendo el giro del rotor hasta que la zona delantera de la paleta expulsa por una tobera los gases atrapados del ciclo anterior, aplicándose a continuación una nueva inyección de combustible y comburente, su explosión, combustión y expansión y repitiendo un nuevo ciclo, el inicio del movimiento se efectúa con un motor eléctrico y una batería.
2. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque la paleta integrada en el rotor porta en su periferia un segmento que se extiende mediante un fleje y se ajusta a la pared interna de la cámara.
3. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque la paleta integrada en la carcasa de la cámara porta un segmento que se extiende mediante un fleje y se ajusta a la periferia del rotor.
4. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el control de la administración del combustible y del comburente se hace mediante una leva accionada por el eje del rotor y un procesador, microprocesador o el ECU y unas electroválvulas, la aplicación se hace con los inyectores de combustible actuales.
5. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el control de la administración del combustible y del comburente se hace mecánicamente mediante una leva accionada por el eje del rotor del motor, y la aplicación con inyectores similares a los de combustible actuales.
6. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque la presión aplicada a las cámaras se efectúa o controla con los manorreductores de las botellas.
7. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque la presión aplicada a las cámaras se efectúa con unos compresores y reguladores de presión si se comprime in situ.
8. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque a los rotores excéntricos se aplican unos bulones, o se realizan unos orificios de compensación o equilibrado de los mismos.
9. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque se usan indistintamente encendidos convencionales, electrónicos, láser o de bujía incandescente, en o junto a la cámara de combustión, los cuales son obturados por el propio rotor, dejándolos descubiertos en el momento en que se crea la cámara de combustión y/o se inyecta el combustible, cuando se usa el filamento de la bujía, este se mantiene caliente después de varias explosiones, el combustible y comburente se aplica a la cámara de combustión durante el espacio de tiempo en que un tramo o leva del rotor coincide enfrente de dicha cámara.
10. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque los inyectores y bujías se pueden colocar en el lateral o en la periferia de las cámaras.
11. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque en los vehículos además de utilizar botellas, bombonas o tanques intercambiables o recargables, de O2 a presión u O2 líquido, o aire a presión como comburente, utiliza combustibles sintéticos o biológicos, hidrocarburos, alcoholes o hidrógeno, como combustibles.
12. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el O 2 se obtiene del aire mediante energías renovables y se utilizar directamente el O 2 comprimido in situ.
13. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el oxígeno o el hidrógeno se mezclan con argón.
14. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque el oxígeno se diluye con una mezcla de aire.
15. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque utiliza materiales de bajo coeficiente de dilatación, invar, y aleaciones de magnesio o de aluminio aleadas con cobre, silicio, magnesio y/o zinc a las cuales se les aplican anodizados duros de óxido 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 y materiales cerámicos avanzados de alta temperatura, tenacidad y dureza como: La Alúmina (A2O3), Zirconia, (ZrO2), Carburo de silicio (SiC), Titanato de Aluminio (AI2TiO5), Nitruro de Silicio, (Si3N4), aleaciones de estos con metales y para revestimientos y por su abundancia y bajo coste el Aluminio, el Silicio e incluso el Zirconio.
16. Motor según reivindicación 15, caracterizado porque los anodizados duros o los revestimientos cerámicos se refuerzan o tienen mayor grosor en las zonas de mayor temperatura.
17. Motor según reivindicación 1, caracterizado por usar refrigeración por líquido.
18. Motor según reivindicación 1, caracterizado por usar refrigeración por aire añadiendo unas aletas a la periferia de la cámara cilíndrica.
19. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque los cojinetes se colocan en una zona lo más distante de las zonas de explosión de las cámaras, dando un ensanchamiento, abombamiento o proyección hacia el exterior de las mismas.
20. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque solo necesita lubricación del segmento de la paleta y un poco de aceite lubricante para los cojinetes, que no se mezcla con los gases de la combustión.
21. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque se aplican retenes o juntas de estanqueidad entre los ejes y la carcasa.
22. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque la lumbrera de escape de gases se sitúa en los laterales de la cámara cilíndrica o periféricamente a la misma.
23. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque la energía de los gases de escape se recupera con turbinas o turbocompresores.
24. Motor según reivindicación 1, caracterizado porque en el caso de que los gases de salida consistan solo o mayormente en CO 2 , se comprime y guarda este en botellas para su hidrogenación y trasformación en combustible.
25. Motor según reivindicación 11, caracterizado porque utiliza como combustibles el gas natural: GNC, GNV, GNL (en los que predomina el metano) y el GLP como gas licuado obtenido del petróleo (a base de propano y butano).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022214716A1 (es) * 2021-04-05 2022-10-13 Munoz Saiz Manuel Sistema de alimentación para motores rotativos y turbinas de combustión interna

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