ES2302608B1

ES2302608B1 - Motor rotativo hibrido.

Info

Publication number: ES2302608B1
Application number: ES200600752A
Authority: ES
Inventors: Francisco J. Ruiz Martinez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: EP2009232A1; ES2302608A1; WO2007107617A1

Abstract

Motor rotativo híbrido.

Motor rotativo de émbolos tangenciales, que puede operar indistintamente como motor térmico de dos tiempos, con explosión espontánea o controlada, o con aire comprimido. La modificación de la forma de operar de la válvula de admisión (6) y la adición de una válvula (4) en la cabeza del cilindro y otra en la cámara posterior (2), mas una válvula de corte de combustible (3) y una distribuidora (6), además del sistema neumático correspondiente, posibilitan que pueda operar indistintamente como motor térmico convecional o por medio de gases comprimidos. El cambio de operación de una forma a otra no requiere transición. Las válvulas pueden funcionar neumáticamente y/o electro-mecánicamente.

Se ha cambiado la unión de la biela y la palanca articulada (12) y la de los ejes del bloque con el cigüeñal, mejorando algunos aspectos de los mismos.

Tiene aplicación en el sector del transporte y la industria en general.

Description

Motor rotativo híbrido.

Sector de la técnica

La presente invención se encuadra en el sector del transporte y la industria en general.

Estado de la técnica

Los motores rotativos de émbolos tangenciales, actualmente en desarrollo, son maquinas térmicas con los cilindros situados tangencialmente al eje de giro. Consta de un bloque con los cilindros, pistones, bielas y demás elementos para el control y regulación del mismo. Los cilindros están situados tangentes al eje de giro y el cigüeñal en el centro del conjunto. Los pistones en su desplazamiento lineal, transmiten el movimiento al cigüeñal por medio de una palanca articulada en dos brazos; uno exterior unido al pistón por medio de una biela y el otro al que se ha practicado una ranura por donde se desliza el gorrón del cigüeñal. Esta disposición origina, que la longitud de la palanca de este brazo, varíe constantemente debido al giro del cigüeñal, modificando la relación entre ambos brazos.

Así mismo el hecho de que el bloque con todos los elementos gire, y el cigüeñal también (en sentido contrario), unidos ambos por engranajes a un eje común, hace que se requiera una potencia considerable para la puesta en marcha.

La presente invención propone la introducción de un mecanismo que permite la operación de este tipo de motores con aire comprimido, bien simultanea o alternativamente. Por otra parte se proponen unas medidas para mejorar la relación de potencia entre los brazos de la palanca articulada y para que no sea necesario arrastrar el bloque con sus elementos durante la puesta en marcha.

La invención se basa en el desarrollo del motor de émbolos tangenciales: P9200867, CA9400571, solicitud P200401019 y PTC/ES2005/070047.

Descripción de la invención

El funcionamiento como motor híbrido, térmico-aire comprimido, se consigue mediante la introducción de unos mecanismos, actuados básicamente por el aire comprimido, si bien pueden ser operados y controlados electro-mecánicamente. El circuito de aire a presión esta controlado por una válvula de paso y una reguladora actuada por el acelerador para el control de la potencia durante la operación con aire comprimido; pasa al bloque del motor por una Junta Rotativa a través del eje de giro delantero y actúa sobre: una válvula de despresurización de la cámara posterior del cilindro abriéndola, una válvula que corta el combustible al motor, abre la válvula de entrada de aire a la cámara de expansión y da presión a la válvula distribuidora. Esta ultima esta controlada por una leva actuada por el cigüeñal y tiene dos funciones, abrir y cerrar el paso de aire en el momento oportuno a la cámara de expansión y permitir la salida del remanente, para evitar la resistencia durante el retroceso del pistón. La válvula de admisión como motor térmico, opera por diferencia de presión para abrir y cerrar, estando ligeramente cargada con muelle en el sentido de cierre. El funcionamiento como motor térmico es como sigue: Durante la puesta en marcha, el cigüeñal por medio de la palanca articulada y la biela, arrastra el pistón en recorrido lineal por el cilindro, así el aire, a través de un filtro y una válvula de laminas, es absorbido durante el recorrido hacia delante, a la cámara posterior del cilindro, comprimido en su recorrido hacia atrás y cuando el pistón libera la tobera de escape y se vacía el aire o los gases de la cámara de combustión, el aire atrapado a presión en la parte posterior, abre la válvula de admisión y entra en la cámara y cuando se inicia de nuevo el recorrido hacia delante, la válvula se cierra, (por medio de la diferencia de presión y su muelle) el aire es comprimido y con la adición del combustible se inicia el ciclo térmico, con explosión espontánea o controlada.

La operación con aire comprimido, se inicia cuando se abre la válvula de paso del mismo, el aire a presión entra en el motor por la Junta Rotativa, abre la válvula de despresurización de la cámara posterior del cilindro, (así se anula la operación de la válvula de admisión, que al no haber ninguna presión en esta zona queda permanentemente cerrada mientras se opera de esta forma) cierra la válvula de paso del combustible, abre la válvula de entrada de aire comprimido al cilindro y da presión a la válvula distribuidora, que por medio de la leva, controla el ciclo de apertura y cierre de aire a presión al cilindro. La operación revierte cuando se cierra la válvula de paso del aire comprimido, de esta manera, no necesita ninguna transición para pasar de un modo de operación o el otro.

En el brazo exterior de la palanca articulada, se ha practicado una ranura, que modifica la unión de la biela con la palanca articulada. Esta ranura, tiene una orientación que, junto con una guía lateral (el arco que describe el brazo, facilita el deslizamiento) definen el punto de apoyo del eje de la biela y hacen que el brazo de palanca aumente a medida que se aleja del cilindro y se reduzca durante la compresión, mejorando la actuación del motor en ambas configuraciones.

La unión de los ejes del bloque y el cigüeñal se hace por medio de un diferencial, en consecuencia ambos elementos giran a diferente velocidad, ajustándolo según se requiera, así el bloque puede girar a la mitad de velocidad que el cigüeñal o viceversa. El acoplamiento del bloque a su engranaje de transmisión se hace a través de un mecanismo que permite el giro entre ambos en un sentido, de esta manera durante la puesta en marcha, podemos actuar solamente sobre el cigüeñal reduciendo sensiblemente la potencia necesaria, si bien la apertura de las válvulas para la operación con aire, (si está disponible) lo facilita igualmente. Este mecanismo permite que la puesta a punto del motor y las operaciones de mantenimiento se resuelvan sin dificultad.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista en planta de un motor rotativo híbrido de émbolos tangenciales de dos cilindros.

Figura 2.- Muestra una sección de un motor rotativo híbrido de dos cilindros y los engranajes de unión de ambos ejes.

Figura 3.- Muestra un esquema del sistema neumático y los elementos necesarios para la operación del motor con aire comprimido, dispuestos en ambas fases: Expansión y Retroceso.

Figura 4.- Muestra un plano de la situación de los elementos y la posición de las válvulas durante la operación como motor térmico, en cuatro fases diferenciadas.

Figura 5.- Muestra una vista en planta de un motor rotativo híbrido de dos cilindros con la posición de las válvulas durante la fase de expansión en su operación con aire comprimido.

Figura 6.- Muestra una vista en planta de un motor rotativo híbrido de dos cilindros, con la posición de las válvulas durante la fase de retroceso del embolo en la operación con aire comprimido.

Figura 7.- Muestra una vista en planta de un motor rotativo híbrido de cuatro cilindros, dos equipados para operar como híbridos y dos solamente térmicos, de esta manera pude funcionar con dos cilindros operados por aire comprimido y los otros dos en ciclo térmico, o bien los cuatro de esta ultima forma.

Figura 8.- Muestra una forma de acoplamiento de la corona al eje del bloque y un diferencial con dos satélites.

Figura 9.- Muestra una sección de la cámara trasera del cilindro, con las guías laterales que definen el punto de apoyo del eje de la biela en la ranura del brazo exterior de la palanca articulada.

Realización preferente de la invención

Como puede observarse en las figuras adjuntas, la realización preferente de un motor rotativo híbrido, en base al motor de émbolos tangenciales, esta formado por un bloque, que contiene los cilindros (10) donde se alojan los pistones (11) unidos por una biela (12) al brazo exterior de la palanca articulada (13) que pivota sobre el eje (14) y con el brazo interior arrastra el cigüeñal cuyo gorrón se desplaza por la ranura (15) practicada en el mismo, transformando el movimiento lineal del pistón, en rotativo a ambos elementos. El bloque gira a la izquierda y el cigüeñal a la derecha, unidos ambos al eje de salida (16) por el tren de engranajes (17). En el brazo exterior de la palanca articulada se ha practicado una ranura (28) y una guía lateral (9), de esta manera, la unión con la biela no está en un punto fijo sino que el eje de la misma se desliza por la ranura, orientado por la guía lateral, variando la longitud del brazo de palanca según la posición del pistón. En la cámara posterior del cilindro y en su parte exterior esta situada la válvula de laminas (7) que permite y corta la entrada de aire a esta zona a través de filtro (18) y en su parte posterior esta la válvula de despresurización (2); en el interior del cilindro y al final de la cámara de combustión se ha practicado la tobera de escape (8). La culata (19) ésta acoplada a la cabeza del cilindro y lleva la válvula de entrada de aire comprimido (4) y la válvula de admisión (6) que está conectada por medio de un conducto (20) practicado en el cilindro, con la cámara posterior del mismo; en este conducto y a la entrada de la válvula de admisión esta situado el inyector de combustible (21) y una válvula (22) que regula el flujo de aire, en el caso de motores con encendido controlado. Acoplada al bloque del motor esta la válvula distribuidora (5), que controla el paso de aire comprimido al interior del cilindro y que es actuada por una leva movida por el cigüeñal y también la válvula de corte del combustible (3). En el eje delantero del bloque va acoplada la Junta Rotativa (1) por donde entra el aire a presión y también la alimentación de combustible y en su eje posterior esta el embrague (24) que le une a la corona (23) del conjunto diferencial (17) y ésta por medio de los satélites (25) y el piñón (26) se acopla al eje (16) solidario al cigüeñal. Todo el conjunto gira apoyado en el cojinete (27) delantero y la carcasa del diferencial.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier técnico en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que se derivan de la misma.

Los términos en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.

Claims

1. Motor rotativo híbrido; que consiste en un motor rotativo equilibrado con los cilindros tangenciales, que opera en dos tiempos, compuesto por un bloque y dos o más cilindros (10), donde se desplazan los pistones (11) que actúan el cigüeñal por medio de una palanca articulada (13) en dos brazos que pivota sobre un eje (14); el bloque esta compuesto por una cámara central estanca, donde se aloja el cigüeñal y los brazos interiores de las palancas articuladas y dos o más cámaras (una por cilindro) que conforman la parte posterior de los cilindros, donde se aloja el brazo exterior de la palanca articulada y la válvula de entrada del aire (7), separadas de la cámara central, por el eje donde pivota esta palanca. El pistón esta unido al brazo exterior de la palanca articulada por medio de una biela (12) y el gorrón del cigüeñal se desliza por una ranura (15) practicada en el brazo interior de esta palanca. Al iniciar el movimiento, el deslizamiento del cigüeñal por la ranura del brazo interior, provoca un movimiento oscilante en la palanca articulada que pivota sobre su eje desplazando el pistón linealmente, así en su desplazamiento hacia delante, aspira aire a la parte posterior del cilindro a través de una válvula de un solo sentido (7) y al retroceder, este aire es comprimido e inyectado a la cámara de combustión a través de un conducto (20) y una válvula de admisión (6) situada en la culata que cierra la parte delantera del cilindro. En esta culata, esta situado el inyector de combustible para motores de explosión espontánea (ciclo diésel) o los mecanismos para la mezcla, regulación del comburente y el encendido, en el caso de explosión controlada. El cilindro esta provisto de una tobera (8) que permite la salida del los gases cuando el pistón alcanza su recorrido posterior y que se mantiene cerrada durante el recorrido hacia delante por el propio pistón y un faldón en el mismo, previsto para este efecto.

El bloque con todos los elementos (cilindros, culatas, pistones, bielas y el resto de mecanismos) gira en un sentido y el cigüeñal en otro, ambos unidos a un eje común por medio de engranajes. Caracterizado porque en el motor descrito anteriormente, se han incorporado unas modificaciones y unos mecanismos que mejoran su rendimiento y permiten que algunos o la totalidad de los cilindros puedan operar con gases comprimidos y que son el objeto de esta invención. Así la operación de la válvula de admisión (6), de actuación mecánica y prevista para la operación como motor térmico, se ha modificado para que actúe por diferencia de presión y/o por un sistema electromecánico para controlar su ciclo. En cada uno de los cilindros previstos para operar con este sistema híbrido, se han añadido los siguientes elementos: una válvula en la culata (4) que permite la entrada del gas comprimido al cilindro y posterior descarga del gas remanente; una válvula (2) situada en la cámara posterior del cilindro, que evita la presurización de esta zona, minimizando la resistencia al desplazamiento del pistón; una válvula (3) para cortar el combustible y una válvula reguladora (5), que controla el ciclo de entrada del gas comprimido a la cámara de expansión y permite la salida al exterior, del gas atrapado cuando el pistón cierra la tobera de escape. Además se añade un sistema neumático exterior con una válvula de paso para activar y desactivar el sistema, una reguladora, conectada con el acelerador para el control de la potencia durante la operación con gas comprimido y una junta rotativa (1), situada en el eje delantero, que permite el paso del gas al motor.

2. Motor rotativo híbrido, según reivindicación 1ª, caracterizado porque en el brazo exterior de la palanca articulada se ha practicado una ranura (28) que modifica el punto de apoyo de la biela con esta palanca articulada. La ranura, por su diseño y una guía lateral (9) definen el punto de apoyo del eje de la biela, de manera que el brazo de palanca aumenta a medida que se aleja del cilindro (expansión) y se reduce durante el retomo (compresión), mejorando la actuación del motor tanto en su operación como térmico como con gas comprimido.

3. Motor rotativo híbrido, según reivindicación 1ª y 2ª caracterizado porque la unión del engranaje del bloque (23) con su eje de transmisión, se hace mediante un embrague de un solo sentido (24), de tal forma que no es arrastrado por el eje del cigüeñal, pero si le permite actuar sobre este cuando gira en sentido contrario. Este mecanismo facilita las operaciones de puesta en marcha y mantenimiento del motor.