ES2339606T3 - Motores. - Google Patents

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ES2339606T3 ES07732360T ES07732360T ES2339606T3 ES 2339606 T3 ES2339606 T3 ES 2339606T3 ES 07732360 T ES07732360 T ES 07732360T ES 07732360 T ES07732360 T ES 07732360T ES 2339606 T3 ES2339606 T3 ES 2339606T3
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Abstract

Motor que comprende: un cubo (6) rotatorio que tiene una abertura que define una cámara (38) de combustión; una cámara (20a a 20h) de pistón de impacto cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo (6) rotatorio; y un pistón (12a a 12h) de impacto que es un pistón flotante libre que tiene un primer extremo que define una parte de la cámara (38) de combustión y un segundo extremo que define una parte de la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto y que se aloja de manera deslizante en la abertura entre la cámara (38) de combustión y la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto; caracterizado porque el cubo (6) rotatorio está montado de manera excéntrica en una carcasa (2) externa que tiene una superficie (4) interna sustancialmente cilíndrica y en el que la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto se define entre un par de álabes (18) que se extienden desde el cubo (6) rotatorio en contacto deslizante con la superficie (4) interna de la carcasa (2) externa.

Description

Motores.
Campo técnico
La presente invención se refiere a motores y, en particular, a motores adecuados para su uso en vehículos a motor y que tienen una eficacia mejorada.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un motor que comprende un cubo rotatorio que tiene una abertura que define una cámara de combustión, una cámara de pistón de impacto cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo rotatorio, y un pistón de impacto que es un pistón flotante libre que tiene un primer extremo que define una parte de la cámara de combustión y un segundo extremo que define una parte de la cámara de pistón de impacto y que se aloja de manera deslizante en la abertura entre la cámara de combustión y la cámara de pistón de impacto, en el que el cubo rotatorio está montado de manera excéntrica dentro de una carcasa externa que tiene una superficie interna sustancialmente cilíndrica y en el que la cámara de pistón de impacto está definida entre un par de álabes que se extienden desde el cubo rotatorio en contacto deslizante con la superficie interna de la carcasa externa.
Tal como se usa en el presente documento, el término "pistón de impacto" se refiere a un pistón flotante libre que tiene un primer extremo que define una parte de la cámara de combustión y un segundo extremo que define una parte de la cámara de pistón de impacto. El pistón de impacto puede deslizarse dentro de la abertura en el cubo rotatorio únicamente bajo la fuerza de empuje de la presión del gas dentro de la cámara de pistón de impacto y la cámara de combustión. En otras palabras, el movimiento del pistón de impacto no se controla mediante un elemento motriz mecánico, tal como una biela. Un aumento de la presión dentro de la cámara de pistón de impacto (durante una fase de compresión del motor, por ejemplo) hará que el pistón de impacto se mueva en una primera dirección reduciendo el volumen de la cámara de combustión y comprimiendo el gas de combustión dentro de la misma. Un aumento de la presión dentro de la cámara de combustión (durante una fase de combustión del motor, por ejemplo) hará que el pistón de impacto se mueva en una segunda dirección, opuesta a la primera dirección, reduciendo el volumen de la cámara de pistón de impacto y comprimiendo el gas dentro de la misma forzando la rotación del cubo rotatorio.
El documento FR 520351 da a conocer un motor de calor que tiene un pistón 4 flotante libre que se desliza dentro de un cilindro 1 que está cerrado en ambos extremos mediante una placa 2, 3. El cilindro 1 está montado en un árbol 5 que está soportado sobre soportes 6, 7, 8 y que está conectado para accionar un motor auxiliar mediante una transmisión adecuada. Una cámara 11 de combustión está prevista entre un extremo del pistón 4 y la placa 2 y una cámara 12 de pistón llena con una mezcla de gases está prevista entre el otro extremo del pistón y la placa 3. La combustión dentro de la cámara 11 de combustión hace que el pistón 4 se mueva hacia la placa 3 y comprima los gases dentro de la cámara 12 de pistón. El movimiento del pistón 4 dentro del cilindro 1 provoca la rotación del sistema cilindro-árbol.
El pistón de impacto proporciona un cierre hermético al gas entre la cámara de combustión y la cámara de pistón de impacto y actúa como barrera térmica para proteger la cámara de pistón de impacto de las altas temperaturas que se experimentan dentro de la cámara de combustión durante la fase de combustión. El movimiento deslizante del pistón de impacto durante la rotación del cubo rotatorio se usa para regular el purgado de productos de la combustión de la cámara de combustión y aspira aire al interior del motor desde la atmósfera.
El primer extremo del pistón de impacto puede diseñarse para adaptarse a una forma y configuración global deseada de la cámara de combustión.
Tal como se usa en el presente documento, el término "fase de expansión" se refiere a la fase operativa del motor en la que el volumen de la cámara de pistón de impacto aumenta gradualmente desde el mínimo y el término "fase de compresión" se refiere a la fase operativa del motor en la que el volumen de la cámara de combustión disminuye gradualmente comprimiendo el gas en la cámara de combustión. La transición desde la fase de compresión a la fase de expansión se disparará habitualmente mediante la fase de combustión del motor cuando el encendido de combustible en la cámara de combustión empuja el pistón de impacto radialmente hacia fuera. Este movimiento del pistón de impacto implicará normalmente que el volumen de la cámara de pistón de impacto varía repentinamente desde un máximo a un mínimo. También implicará normalmente que el volumen de la cámara de combustión varía repentinamente desde un mínimo a un máximo. La transición desde la fase de expansión a la fase de compresión se disparará habitualmente mediante el inicio del movimiento radialmente hacia dentro del pistón de impacto. Este movimiento radialmente hacia dentro del pistón de impacto puede dar como resultado, en ocasiones, un aumento en el volumen de la cámara de pistón de impacto que es superior a cualquier reducción provocada por el montaje excéntrico del cubo rotatorio dentro de la carcasa externa. En otras palabras, el volumen de la cámara de pistón de impacto puede continuar aumentando, en ocasiones, incluso después de haberse iniciado la fase de compresión. Por este motivo, se apreciará rápidamente que la variación en el volumen de la cámara de pistón de impacto entre su máximo y mínimo a lo largo de una rotación completa del cubo rotatorio puede ser relativamente compleja.
Los álabes están alojados, preferiblemente, de manera deslizante en ranuras formadas en el cubo rotatorio y se desvían en contacto deslizante con la superficie interna de la carcasa.
El pistón de impacto es preferiblemente un pistón de impacto escalonado que tiene una parte anular y una parte de falda de diámetro más grande. La parte anular y la parte de falda tienen ambas, preferiblemente, una superficie externa cilíndrica. El interior del pistón de impacto puede ser hueco para definir un depósito de gas de lubricación en comunicación de fluidos con la cámara de pistón de impacto a través de una válvula de retención. El gas en la cámara de pistón de impacto puede fluir al interior del depósito de gas de lubricación durante el funcionamiento del motor, y el pistón de impacto está dotado preferiblemente de una serie de canales o pasos que distribuyen el gas en el depósito de gas de lubricación a estructuras de cojinete de gas previstas en una superficie externa del pistón de impacto.
La parte anular del pistón de impacto está alojada preferiblemente de manera deslizante en una parte de la abertura que tiene un diámetro interno que se corresponde sustancialmente con el diámetro externo de la parte anular. La parte de falda está alojada preferiblemente de manera deslizante en una parte de la abertura que tiene un diámetro interno que se corresponde sustancialmente con el diámetro externo de la parte de falda para definir una cámara anular entre el pistón de impacto y una superficie o superficies internas de la abertura.
El motor preferiblemente incluye un paso de entrada a través del que puede suministrarse gas desde la atmósfera a la cámara anular en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. El gas se filtra preferiblemente antes de suministrarse al canal anular para eliminar cualquier tipo de partículas indeseadas. En la práctica, el gas puede aspirarse al interior de la cámara anular a través del paso de entrada mediante el movimiento deslizante del pistón de impacto durante una fase de expansión. Este movimiento deslizante hace que el volumen de la cámara anular aumente y la consecuente caída en la presión dentro de la cámara anular aspira el gas a través del paso de entrada.
Durante el funcionamiento normal del motor, el pistón de impacto preferiblemente se desliza en la abertura entre una posición radialmente hacia fuera (de la manera más preferible cuando una superficie radialmente externa de la parte de falda está alineada con una superficie radialmente externa del cubo rotatorio) y una posición radialmente hacia dentro. Más particularmente, el pistón de impacto se fuerza a deslizarse alejándose del centro del cubo rotatorio hacia la posición radialmente hacia fuera mediante la combustión de combustible en la cámara de combustión. Se evita preferiblemente un movimiento adicional alejándose del centro del cubo rotatorio mediante algún medio mecánico o mediante contacto entre el pistón de impacto y una parte adyacente de la carcasa rotatoria, por ejemplo. El pistón de impacto se fuerza entonces a deslizarse hacia el centro del cubo rotatorio durante una fase de compresión con la disminución en el volumen de la cámara de pistón de impacto provocada por el montaje excéntrico del cubo rotatorio dentro de la carcasa externa que está al menos parcialmente desviada por el movimiento deslizante del pistón de impacto dentro de la abertura asociada. Durante una fase de expansión, a medida que aumenta el volumen de la cámara de pistón de impacto, la presión residual en la cámara de pistón de impacto podría forzar al pistón de impacto a deslizarse hacia el centro del cubo rotatorio. Se prefiere por tanto que, una vez que el pistón de impacto ha alcanzado la posición radialmente hacia fuera, se mantenga allí durante el resto de la fase de expansión. La liberación del pistón de impacto puede desencadenar el inicio de la fase de compresión. Aunque el pistón de impacto puede bloquearse en la posición radialmente hacia fuera usando medios mecánicos, se prefiere conseguir esto introduciendo gas desde un depósito de gas secundario en la cámara anular.
El motor preferiblemente incluye un depósito de gas secundario para almacenar gas. El depósito de gas secundario está ubicado preferiblemente en el cubo rotatorio, aunque también puede estar ubicado en la carcasa externa o incluso de manera externa al motor. Está previsto preferiblemente un paso de entrada a través del que puede suministrarse gas desde el depósito de gas secundario a la cámara anular en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio.
El momento de la introducción de gas desde el depósito de gas secundario en la cámara anular puede determinarse mediante un ajuste de fase apropiado entre los orificios previstos en la carcasa externa y el cubo rotatorio o mediante la apertura y cierre selectivo de una válvula de retención bajo la operación de una unidad de control, por ejemplo.
El pistón de impacto tiene que poder deslizarse durante la fase de compresión para comprimir el gas en la cámara de combustión. El motor, por tanto, incluye además preferiblemente un paso de salida a través del que puede transferirse gas desde la cámara anular al depósito de gas secundario en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. El momento de la transferencia de gas desde la cámara anular de vuelta al depósito de gas secundario puede determinarse mediante un ajuste de fase apropiado entre los orificios previstos en la carcasa externa y el cubo rotatorio o mediante la apertura y cierre selectivo de una válvula de retención bajo la operación de una unidad de control, por ejemplo. Una vez que la cámara anular se ha puesto en comunicación de fluidos con el depósito de gas secundario por medio del paso de salida, el pistón de impacto se desbloquea de manera efectiva o se libera y puede deslizarse a medida que la presión en la cámara de pistón de impacto aumenta durante la fase de compresión. El movimiento deslizante del pistón de impacto hace que el volumen de la cámara anular disminuya y el gas en la cámara anular se devolverá gradualmente al depósito de gas secundario en el que se almacena.
El motor preferiblemente incluye un paso de entrada a través del que puede suministrarse gas desde el depósito de gas secundario a la cámara de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. Se incluye además, preferiblemente, un paso de salida a través del que pueden escapar los productos de la combustión en la cámara de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. El momento de suministro de gas desde el depósito de gas secundario a la cámara de combustión y el momento (preferiblemente simultáneo) del escape de los productos de la combustión pueden determinarse mediante un ajuste de fase apropiado entre los orificios previstos en la carcasa externa y el cubo rotatorio o mediante la apertura y cierre selectivo de una válvula de retención bajo la operación de una unidad de control, por ejemplo. El suministro de gas a la cámara de combustión preferiblemente tiene lugar al inicio, o antes, de la fase de compresión.
El motor preferiblemente incluye un orificio de entrada primario a través del que puede suministrarse gas comprimido a la cámara de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. El gas se suministra preferiblemente justo antes del encendido del combustible en la cámara de combustión. El orificio de entrada primario puede estar ubicado en la carcasa externa y puede incluir una válvula de retención.
El motor preferiblemente incluye además un orificio de salida primario a través del que puede transferirse gas desde la cámara de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. El gas se transfiere preferiblemente cuando el gas dentro de la cámara de combustión ha prácticamente alcanzado la compresión máxima. El orificio de entrada primario puede estar ubicado en la carcasa externa y puede incluir una válvula de retención.
El orificio de salida primario y el orificio de entrada primario están conectados preferiblemente mediante un bucle de inyección de gas. El bucle de inyección de gas es preferiblemente un bucle cerrado e incluye una unidad de enfriamiento (intercambiador de calor), un depósito de gas primario, una válvula de control y una unidad de calentamiento (intercambiador de calor). La unidad de calentamiento se usa preferiblemente para recuperar calor de alta calidad a partir de los gases de escape producidos por el motor durante la combustión y elevar la temperatura del gas (y por tanto sus propiedades expansoras) antes de suministrarse a la cámara de pistón de impacto a través del orificio de entrada primario. Antes de entrar en la unidad de calentamiento, el gas también puede canalizarse a través de la pared de la cámara de combustión y la culata para recuperar cualquier calor residual de baja calidad. Las unidades de enfriamiento y calentamiento pueden formarse como parte de la carcasa del motor o como componentes externos independientes.
El motor puede incluir además un orificio de entrada secundario a través del que puede aspirarse gas desde la atmósfera al interior de la cámara de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. El gas se aspira preferiblemente a través del orificio de entrada secundario al interior de la cámara de pistón de impacto durante una fase de expansión en la que el volumen de la cámara de pistón de impacto está en aumento con una consecuente reducción en la presión dentro de la cámara de pistón de impacto. El orificio de entrada secundario puede estar ubicado en la carcasa externa y puede incluir una válvula de retención. El gas se filtra preferiblemente para eliminar cualquier tipo de partículas indeseables y se seca para evitar que entre humedad en el bucle de inyección de gas. Sólo se aspirará gas al interior de la cámara de pistón de impacto en caso de que el pistón de impacto asociado esté desactivado (y preferiblemente sujeto en una posición fija) como se describe con más detalle más adelante. Si el pistón de impacto está activo, entonces se habrá inyectado gas al interior de la cámara de pistón de impacto a través del orificio de entrada primario en una fase anterior en el ciclo de rotación y la presión dentro de la cámara de pistón de impacto será demasiado alta para que se aspire gas al interior de la cámara de pistón de impacto desde la atmósfera. Sin embargo, si el pistón de impacto está inactivo (y preferiblemente sujeto en una posición fija durante una rotación completa del cubo rotatorio) entonces no tiene lugar la inyección de gas al interior de la cámara de pistón de impacto y la presión dentro de la cámara de pistón de impacto es suficientemente baja para que la reducción provocada por el volumen en aumento de la cámara de pistón de impacto durante la fase de expansión aspire gas a través del orificio de entrada secundario.
El orificio de entrada secundario puede abrirse o cerrarse selectivamente bajo la operación de una unidad de control, por ejemplo. Esto es útil si el depósito de gas primario está funcionando al máximo de su capacidad porque el orificio de entrada secundario puede cerrarse para evitar que se aspire gas al interior de la cámara de pistón de impacto.
El cubo rotatorio está montado preferiblemente sobre cojinetes lubricados por gas. Como se mencionó anteriormente, también pueden estar previstas estructuras de cojinete de gas en una superficie externa del pistón de impacto.
El motor preferiblemente incluye además un inyector de combustible para inyectar combustible al interior de la cámara de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. En una disposición de inyección directa en la que la inyección del combustible en gas de combustión comprimido provoca el encendido instantáneo, o una disposición de encendido de combustión de carga homogénea en la que la inyección del combustible en gas de combustión comprimido se enciende por los productos de la combustión de un ciclo de combustión previo, el combustible se inyecta preferiblemente cuando el gas en la cámara de combustión está a o muy cerca de la compresión máxima. En una disposición de premezcla, en la que el combustible se mezcla con el gas de combustión antes de encenderse usando una bujía de encendido o similar, entonces el encendido se sincroniza preferiblemente para que tenga lugar cuando la mezcla de combustible y gas de combustión en la cámara de combustión está a o muy cerca de la compresión máxima. El combustible puede suministrarse al inyector de combustible mediante un distribuidor de combustible. El suministro, inyección y encendido de combustible puede llevarse a cabo según instrucciones de una unidad de control.
Aunque el motor puede incluir sólo un único pistón de impacto, generalmente se prefiere que el cubo rotatorio incluya una pluralidad de aberturas, definiendo cada abertura una cámara de combustión; una cámara de pistón de impacto asociada con cada abertura cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo rotatorio; y un pistón de impacto alojado de manera deslizante en cada abertura entre la cámara de combustión asociada y la cámara de pistón de impacto asociada.
La presente invención proporciona un método para hacer funcionar un motor tal como se ha descrito anteriormente, comprendiendo el método las etapas de: introducir una cantidad de gas comprimido en la cámara de pistón de impacto; comprimir el gas en la cámara de pistón de impacto durante una fase de compresión a medida que el pistón de impacto se desliza en la abertura disminuyendo el volumen de la cámara de combustión; y llevar a cabo una fase de combustión que fuerza al pistón de impacto a deslizarse en la abertura para comprimir el gas en la cámara de pistón de impacto y forzar la rotación del cubo rotatorio.
En una disposición de encendido de combustión de inyección directa o carga homogénea, el gas contenido dentro de la cámara de combustión se comprime a medida que el volumen de la cámara de combustión disminuye durante la fase de compresión. El combustible inyectado en la cámara de combustión durante la fase de combustión se enciende entonces instantáneamente por el gas de combustión comprimido o por los productos de la combustión del ciclo de combustión previo, respectivamente. En una disposición de premezcla, una mezcla de gas de combustión y combustible está contenida dentro de la cámara de combustión y se comprime a medida que el volumen de la cámara de combustión disminuye durante la fase de compresión. La premezcla comprimida se enciende entonces durante la fase de combustión usando una bujía de encendido o similar.
El método preferiblemente incluye además la etapa de permitir que el gas en la cámara de pistón de impacto se expanda durante una fase de expansión a medida que el volumen aumenta. El pistón de impacto se bloquea preferiblemente en una posición fija durante al menos una parte de la fase de expansión (de la manera más preferible cuando ha alcanzado la posición radialmente hacia fuera anteriormente mencionada) y se libera al inicio de la fase de compresión de modo que pueda deslizarse en la abertura. En el caso en el que el motor incluye además una cámara anular entre el pistón de impacto y el cubo rotatorio, el método preferiblemente incluye además la etapa de retener una cantidad de gas en la cámara anular durante al menos parte de la fase de expansión para bloquear el pistón de impacto en una posición fija. El método preferiblemente también incluye la etapa de permitir que la cantidad de gas en la cámara anular abandone la cámara anular al inicio de (y durante) la fase de compresión para liberar el pistón de impacto y permitir que se deslice.
Al menos una parte de la cantidad de gas retenida en la cámara anular durante la fase de expansión puede aspirarse al interior del volumen anular desde la atmósfera mediante el movimiento deslizante del pistón de impacto durante la fase de combustión que aumenta el volumen de la cámara anular. Al menos una parte de la cantidad de gas retenida en la cámara anular puede suministrarse desde un depósito de gas secundario. La cantidad de gas en la cámara anular que se permite que abandone la cámara anular al inicio de (y durante) la fase de compresión para liberar el pistón de impacto se transfiere preferiblemente al depósito de gas secundario.
Preferiblemente se introduce gas desde el depósito de gas secundario en la cámara de combustión para que actúe como gas de combustión durante la fase de combustión. Preferiblemente también se suministra gas desde el depósito de gas secundario a la cámara de combustión para purgar la cámara de combustión de productos de la combustión antes de que se comprima el gas en la cámara de combustión.
El método preferiblemente comprende además la etapa de aspirar gas al interior de la cámara de pistón de impacto desde la atmósfera durante una fase de expansión a medida que el volumen de la cámara de pistón de impacto aumenta. El gas desde la atmósfera preferiblemente se seca y se filtra.
Al menos una parte del gas introducido en la cámara de pistón de impacto se transfiere preferiblemente durante la fase de compresión y se almacena en un depósito de gas primario. El gas transferido se enfría preferiblemente antes de almacenarse en el depósito de gas primario.
El gas introducido en la cámara de pistón de impacto se suministra preferiblemente desde el depósito de gas primario y se calienta preferiblemente antes de introducirse en la cámara de pistón de impacto para proporcionar al gas mayores propiedades expansoras.
La cantidad de gas que se introduce en la cámara de pistón de impacto desde el depósito de gas primario se determina mediante una válvula de control. La válvula de control puede hacerse funcionar para introducir una cantidad predeterminada de gas en la cámara de pistón de impacto desde el depósito de gas primario donde se le permite empezar la expansión antes de llevar a cabo la fase de combustión para forzar al pistón de impacto a deslizarse en la abertura para comprimir adicionalmente el gas en la cámara de pistón de impacto y forzar la rotación del cubo rotatorio.
Un método para hacer funcionar un motor tal como se ha descrito anteriormente puede incluir la etapa de introducir un flujo continuo o semicontinuo de gas comprimido en la cámara de pistón de impacto para forzar cinéticamente la rotación del cubo rotatorio. El motor puede basarse totalmente en el uso de gas comprimido para hacer rotar el cubo rotatorio durante un modo de arranque o para conducción en ciudad. En el último caso, el gas comprimido se suministra preferiblemente desde un depósito de gas a alta presión independiente que puede estar montado externamente y cargarse durante la noche usando un compresor externo, por ejemplo. El gas comprimido desde el depósito de gas a alta presión puede hacerse pasar a través de una válvula de control (y opcionalmente una válvula de reducción) antes de introducirse directamente en la cámara de pistón de impacto a través del orificio de entrada primario. Sin embargo, generalmente se prefiere que el gas comprimido desde el depósito de gas a alta presión se suministre a través de una válvula de reducción al depósito de gas primario antes de hacerse pasar a través de una válvula de control, opcionalmente se caliente e introduzca en la cámara de pistón de impacto a través del orificio de entrada primario de la manera anteriormente descrita. También puede usarse gas comprimido desde el depósito de gas a alta presión o el depósito de gas primario para proporcionar potencia de salida adicional durante el funcionamiento normal del motor que se basa en la combustión de combustible en la cámara de combustión para forzar la rotación del cubo rotatorio.
En el caso en el que el cubo rotatorio incluye una pluralidad de aberturas, definiendo cada abertura una cámara de combustión, una cámara de pistón de impacto asociada con cada abertura cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo rotatorio, y un pistón de impacto alojado de manera deslizante en cada abertura entre la cámara de combustión asociada y la cámara de pistón de impacto asociada, un método para hacer funcionar un motor puede incluir la etapa de desactivar uno o más de los pistones de impacto. Una vez desactivado un pistón de impacto, entonces no se introduce gas comprimido en la cámara de pistón de impacto asociada y no tiene lugar la inyección/combustión de combustible.
El método puede incluir la etapa de bloquear uno o más de los pistones de impacto desactivados en una posición fija durante una rotación completa del cubo rotatorio. Los pistones de impacto pueden deslizarse preferiblemente en su abertura asociada entre una posición radialmente hacia fuera y una posición radialmente hacia dentro y el uno o más pistones de impacto se bloquean preferiblemente en una posición fija en la posición radialmente hacia fuera durante la rotación completa del cubo rotatorio. El método preferiblemente incluye además la etapa de liberar uno o más de los pistones de impacto desde la posición fija de modo que puedan deslizarse libremente en su abertura asociada.
Puede permitirse también que el uno o más de los pistones de impacto desactivados se deslicen libremente. Esto tiene la ventaja potencial de que los pistones de impacto no proporcionan un efecto de frenado sobre la rotación del cubo rotatorio ya que la disminución en el volumen de la cámara de pistón de impacto provocada por el montaje excéntrico del cubo rotatorio dentro de la carcasa externa puede desviarse al menos parcialmente por el movimiento deslizante de los pistones de impacto.
El número de pistones de impacto que se desactivan se determina preferiblemente con referencia a una condición operativa del motor. La condición operativa puede ser una potencia de salida deseada del motor. Por ejemplo, cuando la potencia de salida deseada es baja, entonces puede estar activo sólo uno de los pistones de impacto, estando el resto de pistones de impacto desactivados. A medida que aumenta la potencia de salida deseada, entonces pueden activarse primero dos, después tres, cuatro, etc. pistones de impacto de manera que se introduzca gas comprimido en las cámaras de pistón de impacto asociadas y se restaura la inyección/combustión de combustible.
Dibujos
La figura 1 es una vista en sección transversal axial esquemática de un motor de accionamiento de aire radial según la presente invención;
la figura 2A es una vista en sección transversal radial esquemática a lo largo de la línea 1-1 de la figura 1;
la figura 2B es una vista en sección transversal radial esquemática a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1;
la figura 3 es una vista detallada esquemática que muestra algunas de las características de lubricación de aire del motor de la figura 1;
la figura 4 es una vista esquemática de un sistema de inyección de combustible de inyección directa (ID) que puede usarse con el motor de la figura 1;
la figura 5 es una vista esquemática de un bucle de inyección de aire y un sistema de gestión de aire y recuperación de calor que forma parte del motor de la figura 1;
la figura 6 es una vista en sección transversal axial esquemática del motor de la figura 1 en la que las diversas fases (o sectores) del motor se han etiquetado de A a H;
la figura 7 son vistas en sección transversal axial y radial esquemáticas de la fase del motor A;
la figura 8 son vistas en sección transversal axial y radial esquemáticas de la fase del motor B;
la figura 9 son vistas en sección transversal axial y radial esquemáticas de la fase del motor C;
la figura 10 son vistas en sección transversal axial y radial esquemáticas de las fases de motor D y E;
la figura 11 son vistas en sección transversal axial y radial esquemáticas de las fases de motor F y G; y
la figura 12 son vistas en sección transversal axial y radial esquemáticas de la fase del motor H.
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Visión general
Con referencia a las figuras 1, 2A y 2B se explicará una visión general de las partes constitutivas del motor de accionamiento de aire radial. En cada caso, el flujo o movimiento de aire se representa mediante flechas que tienen cabezas macizas y el movimiento de partes componentes del motor, tal como el pistón de impacto, por ejemplo, se representa mediante flechas que tienen cabezas abiertas.
El motor incluye una carcasa 2 externa que tiene una superficie 4 interna cilíndrica. Un cubo 6 rotatorio está montado dentro de la carcasa 2 sobre cojinetes 8a y 8b lubricados por aire y está conectado a, o formado de manera solidaria con, un árbol 10 de salida del motor. El cubo 6 rotatorio está montado de manera excéntrica de modo que su eje de rotación es paralelo a, aunque está distanciado de, el eje central de la superficie 4 interna.
El cubo 6 rotatorio incorpora ocho pistones 12a a 12h de impacto escalonados que se alojan de manera deslizante en ocho aberturas escalonadas que se extienden radialmente hacia dentro desde una superficie 14 radialmente externa del cubo. La zona del cubo 6 rotatorio entre cada par adyacente de aberturas incluye una ranura 16 que se extiende radialmente para alojar un álabe 18. Los álabes 18 se desvían radialmente hacia fuera en contacto deslizante directo con la superficie 4 interna cilíndrica de la carcasa 2 externa. La zona radialmente exterior del cubo rotatorio y entre cada par adyacente de álabes 18 es una cámara 20a a 20h de pistón de impacto.
Cada pistón 12a a 12h de impacto tiene una construcción escalonada con una primera parte cilíndrica (o anillo 22) que se aloja en una parte 24 cilíndrica radialmente interna de la abertura asociada y una segunda parte cilíndrica (o falda 26) que tiene un diámetro superior al del anillo 22 y que se aloja en una parte 28 cilíndrica radialmente externa más ancha de la abertura asociada. Cada pistón 12a a 12h de impacto es hueco y está formado con un depósito 30 de aire de lubricación que está en comunicación de fluidos con la cámara 20a a 20h de pistón de impacto asociada mediante una válvula 32 de retención. Se extienden pasos 34 a través de la pared de cada pistón 12a a 12h de impacto para proporcionar comunicación de fluidos entre el depósito 30 de aire de lubricación y estructuras 36 de cojinete de aire formadas en las superficies cilíndricas externas de cada pistón de impacto.
La parte radialmente interna de cada abertura funciona como una cámara 38 de combustión y puede estar conformada y configurada para corresponder a diseños de alta calidad de ingeniería y convencionalmente aceptados. El motor de accionamiento de aire radial puede usar, por tanto, tecnología existente que debería hacer su implementación más fácil y más económica. Un inyector 40 de combustible está asociado con cada una de las cámaras 38 de combustión y se suministra combustible al mismo desde un distribuidor 42 de combustible rotatorio a través de líneas 44f de suministro de combustible formadas en el cubo 6 rotatorio. El exceso de combustible puede devolverse desde cada inyector 40 de combustible al distribuidor de combustible a través de una línea 44r de retorno. Cada pistón 12a a 12h de impacto separa de manera efectiva una de las cámaras 38 de combustión de la cámara 20a a 20h de pistón de impacto asociada definida entre pares adyacentes de álabes 18. Cada cámara 38 de combustión incluye un paso 46 de entrada que está en comunicación de fluidos intermitente con el depósito de aire secundario (véase más adelante) y un paso 48 de salida que está en comunicación de fluidos intermitente con un orificio de salida para el escape de productos de la combustión.
Una zona central del cubo 6 rotatorio es hueca y define un depósito 50 de aire secundario para aire que se almacena de manera comprimible.
Una cámara 52 anular está formada entre la falda 26 de cada pistón 12a a 12h de impacto y el reborde 54 escalonado de la abertura asociada. Cada cámara 52 anular incluye un paso 56 de entrada que está en comunicación de fluidos intermitente con el depósito 50 de aire secundario y en comunicación de fluidos continua con un orificio 58 de entrada a través de una válvula de retención. Cada cámara 52 anular también incluye un paso 60 de salida que está en comunicación de fluidos intermitente con la cámara 50 de aire secundaria.
Se proporcionan pasos 62 adicionales a través del cubo 6 rotatorio y entre el cubo rotatorio y la carcasa 2 externa para suministrar aire a los diversos cojinetes 8a y 8b radiales y de empuje lubricados por aire.
La carcasa 2 externa incluye un orificio 64 de entrada primario, un orificio 66 de entrada secundario o auxiliar y un orificio 68 de salida primario. Se inyecta aire comprimido de manera secuencial al interior de cada una de las cámaras 20a a 20h de pistón de impacto a través del orificio 64 de entrada primario durante la rotación del cubo 6 rotatorio. La finalidad del orificio 66 de entrada secundario y el orificio 68 de salida primario se describe con más detalle más adelante.
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Lubricación por aire
El motor de accionamiento de aire radial incorpora lubricación por aire en la unión de todas las partes estacionarias y rotatorias. Con referencia a la figura 3, la superficie externa de los pistones 12 de impacto incluye estructuras 36 de cojinete de aire para proporcionar lubricación entre el pistón de impacto y la superficie interna de la abertura asociada. Durante el funcionamiento del motor, una pequeña cantidad de aire en la cámara 20 de pistón de impacto saldrá a través de la válvula 32 de retención en la base de cada pistón 12 de impacto hacia el interior del depósito 30 de aire de lubricación. Este aire se suministra entonces a través de pasos 34 estrechos en las paredes de cada pistón 12 de impacto a las estructuras 36 de lubricación por aire. También se proporcionan anillos de estanqueidad de grafito (no mostrados) en una superficie externa de cada pistón 12 de impacto para proporcionar un cierre hermético a los fluidos entre la cámara 38 de combustión y la cámara 52 anular, y también entre la cámara 52 anular y la cámara 20 de pistón de impacto.
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El aire en el interior del depósito 30 de lubricación por aire se usa también para enfriar la parte radialmente interna (o corona) del pistón de impacto por medio de aletas 70 de enfriamiento internas.
Una serie de pasos 62 están previstos a través del cubo 6 rotatorio y entre el cubo rotatorio y la carcasa 2 externa para suministrar aire a los diversos cojinetes 8a y 8b radiales y de empuje lubricados por aire. Las ventajas de usar lubricación por aire incluyen características prácticamente sin fricción, funcionamiento silencioso y la posibilidad de funcionar a altas velocidades de rotación y a altas temperaturas.
Pueden usarse cojinetes convencionales en lugar o además de los cojinetes lubricados por aire. Por ejemplo, los cojinetes 8c entre el cubo 6 rotatorio y el distribuidor 42 de combustible pueden ser cojinetes lubricados por combustible convencionales. Los cojinetes adyacentes al soporte de transmisión (no mostrados) pueden estar lubricados por salpicadura desde el aceite de transmisión. Estos cojinetes convencionales pueden proporcionar soporte adicional durante el arranque cuando los cojinetes 8a y 8b lubricados por aire no están totalmente operativos.
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Inyección de combustible
El motor de accionamiento de aire radial puede funcionar con cualquier combustible adecuado, incluyendo entre otros, diésel, biodiésel (de fuentes renovables naturales tales como aceites vegetales y aceites de colza), etanol (de trigo, maíz y otros granos) y gasolina.
Puede usarse una diversidad de diferentes modos de inyección y encendido de combustible. Se incluyen la inyección directa (ID) en la que el combustible (normalmente diésel) se inyecta directamente en la cámara de combustión y se enciende mediante el aire de combustión que se ha calentado y comprimido durante una fase de compresión del motor, (ii) premezcla en la que se suministra una mezcla de combustible y aire de combustión a la cámara de combustión, se comprime durante una fase de compresión del motor y después se enciende mediante una chispa, y (iii) encendido por combustión de carga homogénea (ECCH) en el que el combustible (normalmente gasolina) se inyecta directamente en la cámara de combustión y se enciende mediante los productos de la combustión calientes del ciclo de combustión previo. Sin embargo, en funcionamiento a baja velocidad y arranque, el combustible todavía tiene que encenderse mediante una chispa. Tanto la premezcla como el ECCH por tanto padecen la misma desventaja principal, concretamente la necesidad de proporcionar una bujía de encendido dentro del cubo rotatorio. Esto podría conseguirse usando un anillo deslizante eléctrico, por ejemplo.
Otra opción sería proporcionar un sistema de inyección de combustible que combina componentes de ID y de ECCH. Un primer inyector de combustible podría proporcionarse para inyectar combustible diésel directamente en la cámara de combustión durante funcionamiento a baja velocidad y arranque. Para el funcionamiento a alta velocidad, podría proporcionarse un segundo inyector de combustible para inyectar gasolina directamente en la cámara de combustión en la que se encendería por los productos de la combustión calientes del ciclo de combustión previo. Una unidad de control podría usarse para conmutar entre los dos modos diferentes de funcionamiento en respuesta a una señal de entrada indicativa de la velocidad de funcionamiento del motor. Sería beneficioso conservar la inyección de diésel para proporcionar soporte de cojinete diésel para el motor durante el arranque antes de que los cojinetes lubricados por aire estén totalmente operativos.
A modo de ejemplo únicamente, la figura 4 es un esquema de un sistema de inyección de combustible ID en el que se suministra diésel desde un único distribuidor 42 de combustible a cada uno de los inyectores 40 de combustible a través de una línea 44f de alimentación. El diésel en exceso puede devolverse desde cada inyector de combustible al distribuidor de combustible a través de una línea 44r de retorno. Los inyectores 40 de combustible se hacen funcionar mediante una unidad de control de inyección de combustible (no mostrada) para inyectar la cantidad requerida de diésel en las cámaras 38 de combustión del motor según una secuencia de tiempos predeterminada, concretamente cuando el aire en las cámaras de combustión está totalmente comprimido. El diésel se enciende automáticamente mediante el aire comprimido caliente dentro de las cámaras 38 de combustión y el acto de la combustión fuerza los pistones 12 de impacto alejándose del centro del cubo 6 rotatorio y hacia la superficie interna de la carcasa externa.
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Fases y funcionamiento del motor
Las diversas fases del motor durante el funcionamiento del motor de accionamiento de aire radial se describirán ahora con referencia a las figuras 5 a 12.
En la figura 6, las fases (o sectores) del motor para un único instante en el tiempo se han etiquetado de A a H. Se apreciará fácilmente que cada pistón de impacto y cámara de pistón de impacto asociada pasará entre las diversas fases del motor de A a H a medida que el cubo rotatorio gire en el sentido horario durante el funcionamiento del motor. En cada una de las figuras 6 a 12, sólo se muestran los diversos pasos de aire que son aplicables para la(s) fase(s) de motor particular(es) que esté(n) explicándose. Se apreciará fácilmente que las presiones y temperaturas experimentadas durante el funcionamiento del motor dependerán de varios factores y se seleccionarán para que coincidan con las características operativas y los requisitos de potencia de salida del motor. Los valores dados a continuación se incluyen por tanto con fines de ilustración y no han de considerarse que limitan el alcance de la invención en modo alguno.
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1. Fase del motor A
En la fase del motor H, parte del aire comprimido caliente en la cámara 20h de pistón de impacto sale por el orificio 68 de salida primario. Con referencia a la figura 5, el aire comprimido caliente se enfría haciéndolo pasar a través de un intercambiador 72 de calor y se almacena en un depósito 74 de aire primario. La cantidad de enfriamiento dependerá de varios factores diferentes incluyendo el tamaño y la eficacia del intercambiador de calor. Sin embargo, debería poder conseguirse una temperatura de almacenamiento de <100ºC. El aire puede almacenarse dentro del depósito 74 de aire primario a una presión típica de aproximadamente 100 psi (0,69 GPa). El aire comprimido a la presión de almacenamiento se suministra desde el depósito 74 de aire primario a través de pasos o galerías 76 de enfriamiento previstas en el cubo rotatorio adyacentes a la cámara de combustión y a través de una válvula 78 de control a un intercambiador 80 de calor en el que se calienta por los gases de escape residuales a una alta temperatura, normalmente de aproximadamente 200ºC. El aire comprimido precalentado se inyecta entonces en la cámara 20a de pistón de impacto en la fase del motor A a través del orificio 64 de entrada primario. El bucle de inyección de aire entre el orificio 68 de salida primario y el orificio 64 de entrada primario y el aire en las diversas cámaras 20a a 20h de pistón de impacto es un sistema de bucle cerrado y sólo tienen que rellenarse fugas de aire mínimas.
La válvula 78 de control entre el depósito 74 de aire primario y el orificio 64 de entrada primario controla el suministro de aire comprimido a la cámara 20a de pistón de impacto. Esto determina la presión que actúa sobre la base de los pistones 12a a 12h de impacto y por tanto la relación de compresión del motor. La posibilidad de controlar la relación de compresión es importante porque permite una optimización del motor y permite al motor usar diferentes tipos de combustible.
Una cantidad predeterminada de aire comprimido se inyecta al interior de la cámara 20a de pistón de impacto y después se deja que se expanda. La inyección de aire comprimido durante el funcionamiento normal del motor es por tanto un proceso expansivo más que cinético. En otras palabras, no está previsto que la inyección de la cantidad predeterminada de aire comprimido provoque una rotación del cubo 6 rotatorio actuando de manera cinética sobre los álabes 18. Sin embargo, la válvula 78 de control puede hacerse funcionar para inyectar aire comprimido desde el depósito 74 de aire primario al interior de la cámara 20a de pistón de impacto para actuar de manera cinética sobre los álabes 18 en determinadas situaciones en las que se requiere rápidamente salida de potencia adicional. Por ejemplo, si el motor se usa para accionar un vehículo a motor y se necesita una ráfaga repentina de velocidad, entonces la válvula 78 de control puede abrirse para inyectar aire comprimido desde el depósito 74 de aire primario al interior de la cámara 20a de pistón de impacto a través del orificio 64 de entrada primario y aumentar la fuerza tangencial sobre los álabes 18. También se inyecta aire comprimido desde el depósito 74 de aire primario al interior de la cámara 20a de pistón de impacto en el arranque del motor cuando es necesaria al menos una rotación completa del cubo 6 rotatorio para cargar las diversas cámaras, etc. antes de que pueda tener lugar la combustión del combustible. El uso de aire comprimido en el arranque elimina la necesidad de un motor de arranque y una batería de alto rendimiento.
Es posible que el motor funcione totalmente usando aire comprimido. Esto implicaría la inyección de aire comprimido desde el depósito 74 de aire primario como un proceso cinético para forzar la rotación del cubo 6 rotatorio. En este modo de funcionamiento, se carga un depósito de aire a alta presión independiente (no mostrado) con aire comprimido (opcionalmente usando un compresor independiente que se hace funcionar durante la noche, por ejemplo) hasta una presión de aproximadamente 2000 psi (13,8 GPa). El aire comprimido almacenado se hace pasar desde el depósito de aire a alta presión (no mostrado) a través de una válvula de reducción (no mostrada) y se suministra al depósito 74 de aire primario. El aire comprimido se hace pasar entonces desde el depósito 74 de aire primario a un límite superior de la presión de almacenamiento (normalmente de aproximadamente 100 psi (0,69 GPa)) a través de la válvula 78 de control, el intercambiador 80 de calor y se inyecta en la cámara 20a de pistón de impacto de manera continua o semicontinua. La principal desventaja de este modo de funcionamiento es la necesidad de cargar el depósito de aire a alta presión, que no es muy eficiente energéticamente.
En algunos casos puede ser útil hacer funcionar el motor como un "híbrido" quemándose el combustible en las cámaras de combustión para aplicaciones de alta potencia o emisiones medias e inyectándose el aire comprimido de manera cinética para aplicaciones de baja potencia o emisiones bajas, por ejemplo.
En la fase del motor A (mostrada en la figura 7) el pistón 12a de impacto está ubicado en su posición más radialmente hacia dentro (es decir más próxima al centro del cubo 6 rotatorio). Con una carga de aire totalmente comprimida en la cámara de combustión, el combustible se inyecta al interior de la cámara de combustión mediante el inyector 40 de combustible que inicia la combustión y fuerza al pistón 12a de impacto a alejarse del centro del cubo 6 rotatorio hacia la superficie 4 interna de la carcasa 2 externa. Los productos de la combustión permanecen dentro de la cámara de combustión hasta que se purgan en la fase del motor E. El momento real de combustión no se muestra en las figuras 6 y 7, sino que se representa de manera más apropiada mediante una fase del motor independiente a la que se hace referencia a continuación como A-B. La fase de combustión (fases del motor A-B y B) representa una fase intermedia entre la fase de compresión (fases del motor C a E) y la fase de expansión (fases del motor F a A) descritas con más detalle más adelante.
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El aire comprimido precalentado en la cámara 20a de pistón de impacto se comprime por el movimiento deslizante del pistón 12a de impacto que da como resultado una elevación rápida en la presión y la temperatura del aire dentro de la cámara de pistón de impacto. La presión y temperatura típicas del aire comprimido sería de aproximadamente 300 psi (2,1 MPa) y aproximadamente 350ºC, respectivamente. El aire comprimido ejerce presión de manera uniforme por toda la cámara de pistón de impacto, pero puesto que el álabe delantero tiene un área expuesta mayor que el álabe trasero como resultado del montaje excéntrico del cubo rotatorio, se aplica una fuerza más grande al álabe delantero. Es este diferencial en fuerza aplicada a los álabes 18 y el par de torsión resultante lo que provoca la rotación del cubo 6 rotatorio en el sentido horario.
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2. Fase del motor B
La combustión del combustible en la cámara 38 de combustión en la fase del motor A-B fuerza al pistón 12b de impacto a deslizarse radialmente hacia fuera alejándose del centro del cubo 6 rotatorio hacia la superficie 4 interna de la carcasa 2 externa. En la fase del motor B (mostrada en la figura 8) la elevación de la presión en la cámara 20b de pistón de impacto detiene el movimiento del pistón 12b de impacto y lo lleva gradualmente a descansar con su superficie radialmente externa en línea con la superficie externa del cubo 6 rotatorio. Medios de contacto tales como un anillo circunferencial (no mostrado) en la abertura pueden evitar cualquier movimiento adicional del pistón 12b de impacto alejándose del centro del cubo 6 rotatorio.
El movimiento del pistón 12b de impacto lleva a un aumento en el volumen de la cámara 52 anular y esto crea una presión negativa que se usa para aspirar un nuevo volumen de aire filtrado desde la atmósfera al interior de la cámara anular a través del orificio 58 de entrada. Esto se muestra esquemáticamente en la figura 5. El paso 60 de salida de la cámara 52 anular no está en comunicación de fluidos con el depósito 50 de aire secundario durante esta fase particular del motor de modo que se retiene el nuevo volumen de aire filtrado en la cámara anular.
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3. Fase del motor C
En la fase del motor C (mostrada en la figura 9) el pistón 12c de impacto ha alcanzado su posición radialmente hacia fuera. El pistón 12c de impacto se bloquea entonces en esta posición (la denominada durmiente) suministrando aire comprimido desde el depósito 50 de aire secundario al interior de la cámara 52 anular. Esto se consigue mediante un ajuste de fase de orificios apropiado entre el cubo 6 rotatorio y la carcasa 2 externa que pone el paso 56 de entrada de la cámara 52 anular en comunicación de fluidos con el depósito 50 de aire secundario. La introducción del aire comprimido desde el depósito 50 de aire secundario es esencial para mantener el pistón 12c de impacto en su posición radialmente hacia fuera durante el resto de la fase de expansión (fases del motor C a E en las que el volumen entre los álabes adyacentes sigue aumentando gradualmente). Incluso en la fase del motor E, la significativa presión residual (normalmente de 50 a 100 psi (0,34 a 0,69 GPa) en la cámara 20e de pistón de impacto es tal que podría deslizar el pistón 12e de impacto de vuelta hacia el centro del cubo 6 rotatorio si no estuviese bloqueado en la posición radialmente hacia fuera por el aire comprimido en la cámara 52 anular.
El aire que está almacenado de manera comprimible en el depósito 50 de aire secundario se genera durante el funcionamiento normal del motor y se devuelve desde la cámara 52 anular de pistones de impacto activos durante la fase de compresión (fases del motor F a A en las que el volumen entre los álabes adyacentes disminuye gradualmente) a medida que los pistones de impacto se deslizan hacia el centro del cubo rotatorio. Se recordará que el aire en la cámara 52 anular se aspira originalmente desde la atmósfera a través del orificio 58 de entrada a medida que el pistón 12b de impacto se desliza alejándose desde el centro del cubo 6 rotatorio hacia la superficie 4 interna de la carcasa 2 externa y se complementa con aire comprimido desde el depósito 50 de aire secundario.
El aire aspirado al interior de las cámaras 52 anulares debería coincidir sustancialmente con la cantidad de aire que se usa para la combustión porque esto elimina cualquier requisito de tener que aspirar aire adicional al interior de la cámara anular cuando el depósito 50 de aire secundario tiene un nivel bajo y todos los pistones de impacto están activos.
El motor puede funcionar teniendo activos cualquier número de los ocho pistones 12a a 12h de impacto. El número de pistones de impacto que están activos en cualquier momento dependerá de la salida de potencia requerida desde el motor. En otras palabras, cuando se requiere una salida de potencia baja (por ejemplo, cuando un vehículo a motor accionado por el motor se desplaza a baja velocidad) entonces sólo está activo un único pistón de impacto y los siete pistones de impacto restantes se retienen en la posición durmiente. En la práctica, si se requiere una potencia de salida baja durante periodos de tiempo largos, entonces el (los) pistón (pistones) de impacto activos(s) puede(n) alternarse entre los ochos pistones 12a a 12h de impacto en el cubo 6 rotatorio para evitar sobrecalentamiento. A medida que aumenta la potencia de salida requerida (por ejemplo, cuando un vehículo a motor accionado por el motor empieza a desplazarse a una velocidad más alta) entonces dos, tres, cuatro, etc. pistones de impacto pueden liberarse en secuencia desde la posición durmiente y activarse. Cada pistón de impacto individual está por tanto o bien desactivado en la posición durmiente o bien está activo y trabajando a la potencia de salida máxima y al 100% de su eficiencia volumétrica. Si cada cámara de combustión funciona a una eficiencia volumétrica aumentada, entonces puede conseguirse una potencia de salida de aproximadamente 200 bhp/l (147 kW/l) debido a la relación de compresión variable y a la supercarga. Sin embargo, una potencia de salida más típica podría ser de aproximadamente 100 bhp/l (73 kW/l), que para un motor de 1000 cm^{3} con ocho pistones de impacto requeriría 125 cm^{3} por cada pistón de impacto (o "cilindro") a 12,5 bhp.
Los pistones 12a a 12h de impacto individuales se activan preferiblemente de manera simétrica para mantener el cubo 6 rotatorio equilibrado de la manera más regular posible. La activación de los pistones 12a a 12h de impacto se lleva a cabo bajo el funcionamiento de una unidad de control (no mostrada) usando una señal de entrada que es representativa de la potencia de salida requerida del motor. En el caso en el que el motor se usa para accionar un vehículo a motor, la unidad de control puede recibir una señal de entrada que varía según la cantidad de actuación sobre el pedal acelerador del vehículo, por ejemplo.
Los pistones de impacto en la posición durmiente no pueden deslizarse hacia el centro del cubo 6 rotatorio en contra de la presión del aire comprimido en la cámara 52 anular y están privados deliberadamente de inyección de combustible para la combustión. Esto puede implicar una especie de conexión entre la unidad de control que se usa para controlar la selección de pistones de impacto activos y el sistema de control de inyección de combustible. El motor también se controla para evitar que se inyecte aire comprimido en el interior de la cámara de pistón de impacto de un pistón de impacto que está en la posición durmiente.
Fijar uno o más de los pistones de impacto en la posición durmiente tiene un efecto sobre el suministro de aire al interior de las cámaras 52 anulares y la transferencia de aire entre las cámaras 52 anulares y el depósito 50 de aire secundario. Es el movimiento deslizante de los pistones de impacto alejándose del centro del cubo 6 rotatorio el que aspira aire desde la atmósfera al interior de las cámaras 52 anulares, que a continuación se transfiere a la cámara 50 de aire secundaria durante la fase de compresión cuando los pistones de impacto se deslizan de vuelta hacia el centro del cubo rotatorio. Si un pistón de impacto está en la posición durmiente, entonces no experimentará este movimiento deslizante y el suministro de aire al depósito 50 de aire secundario puede disminuirse. Esto es importante porque en la fase del motor E (véase más adelante) el aire en el depósito 50 de aire secundario se usa para purgar los productos de la combustión desde la cámara 38 de combustión. Sin embargo, dado que los pistones de impacto en la posición durmiente están deliberadamente privados de inyección de combustible para la combustión, es posible configurar el paso 46 de entrada asociado con cada cámara 38 de combustión de manera que el aire desde el depósito 50 de aire secundario sólo se suministre a las cámaras de combustión de aquellos pistones de impacto a los que se permite deslizarse.
Normalmente no es necesario controlar la comunicación entre las cámaras 52 anulares y el depósito 50 de aire secundario para tener en cuenta los pistones de impacto que están en la posición durmiente. Cada cámara 52 anular se pondrá en comunicación de fluidos con el depósito 50 de aire secundario dos veces durante cada rotación del cubo 6 rotatorio. Para los pistones de impacto que se mantienen en la posición durmiente, la presión dentro de la cámara 52 anular puede variar ligeramente durante la rotación pero normalmente estará suficientemente próxima a la presión dentro del depósito 50 de aire secundario para compensar cualquier transferencia de aire entre la cámara 52 anular y el depósito 50 de aire secundario a lo largo del ciclo de rotación del cubo 6 rotatorio. Sin embargo, también es posible configurar los pasos 56 y 60 de entrada y de salida de manera que sólo se suministre aire entre el depósito 50 de aire secundario y las cámaras 52 anulares de aquellos pistones de impacto a los que se permite deslizarse.
Cuando uno o más de los pistones de impacto no están activos, entonces aire adicional que se genere puede usarse para rellenar el depósito 74 de aire primario, inyectado en la cámara 20a de pistón de impacto para accionar cinéticamente la rotación del cubo 6 rotatorio, o el orificio 58 de entrada puede cerrarse para evitar que se aspire más aire desde la atmósfera al interior de las cámaras 52 anulares.
En el caso en el que el pistón 12c de impacto está en la posición durmiente y no se inyectó aire comprimido precalentado a través del orificio 64 de entrada primario al interior de la cámara de pistón de impacto asociada en la fase del motor A, la rotación del cubo 6 rotatorio con el pistón de impacto ubicado en la posición radialmente hacia fuera dará como resultado una presión negativa en la cámara 20c de pistón de impacto debido al aumento en el volumen entre los álabes adyacentes provocado por el montaje excéntrico del cubo rotatorio dentro de la carcasa 2 externa. Esta presión negativa aspirará aire filtrado y secado desde la atmósfera a través de una válvula de retención en el orificio 66 de entrada secundario. Esto se muestra esquemáticamente en la figura 5. Parte del aire en la cámara 20c de pistón de impacto se transferirá finalmente al interior del bucle de inyección de aire a través del orificio 68 de salida primario y la introducción de aire auxiliar a través del orificio 66 de entrada secundario se usa por tanto para rellenar fugas de aire en el bucle de inyección de aire. El aire auxiliar superior al necesario para rellenar fugas de aire se almacenará en el depósito 74 de aire primario. La cantidad de aire comprimido en el depósito 74 de aire primario aumentará por tanto gradualmente durante el funcionamiento del motor. El orificio 66 de entrada secundario puede cerrarse de manera selectiva en caso de que el depósito 74 de aire primario esté a su capacidad máxima.
En el caso en el que el pistón 12c de impacto está activo, entonces la presión del aire comprimido dentro de la cámara 20c de pistón de impacto es tal que no se aspirará aire a través del orificio 66 de entrada secundario. Esto significa que si el motor está en funcionamiento durante largos periodos de tiempo con los ocho pistones 12a a 12h de impacto activos, entonces la cantidad de aire en el depósito de aire primario disminuirá gradualmente.
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4. Fases del motor D y E
En las fases del motor D y E (mostradas en la figura 10), la fase de expansión está casi acabada y los pistones 12d y 12e de impacto continúan mantenidos en la posición radialmente hacia fuera mediante el aire comprimido en la cámara 52 anular.
En el punto muerto inferior (fase del motor E), los orificios de entrada y de salida en la pared de la carcasa 2 externa se alinean con orificios de entrada y de salida correspondientes en el cubo 6 rotatorio para permitir que el aire comprimido desde el depósito 50 de aire secundario fluya a lo largo del paso 46 de entrada para purgar la cámara 38 de combustión de productos de la combustión y rellenar la cámara de combustión con aire. Al mismo tiempo, los productos de la combustión contenidos dentro de la cámara 38 de combustión se escapan a través del paso 48 de salida.
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5. Fases del motor F y G
Las fases del motor F y G (mostradas en la figura 11) representan el inicio de la fase de compresión y el volumen de la cámara 38 de combustión empieza a disminuir. Durante la fase de expansión, el aire comprimido en las cámaras 20f y 20g de pistón de impacto se habrá enfriado hasta aproximadamente 60ºC y la presión habrá caído hasta aproximadamente 50 psi (0,34 GPa). Esto se invierte mediante el inicio de la fase de compresión puesto que el montaje excéntrico del cubo rotatorio dentro de la carcasa externa conducirá finalmente a una reducción en el volumen de las cámaras 20f y 20g de pistón de impacto y la presión y la temperatura del aire comprimido empezará a elevarse.
Si el pistón 12f de impacto está activo, entonces un ajuste de fase de orificios apropiado en la fase del motor F entre el cubo 6 rotatorio y la carcasa 2 externa pone la cámara 52 anular en comunicación de fluidos con el depósito 50 de aire secundario para desbloquear el pistón 12f de impacto y permitirle deslizarse. Si el pistón de impacto no está activo y debe permanecer en la posición durmiente, entonces la cámara 52 anular permanecerá aislada del depósito 50 de aire secundario y se impedirá cualquier movimiento del pistón de impacto hacia el centro del cubo 6 rotatorio. El ajuste de fase de orificios puede controlarse directamente por la unidad de control anteriormente mencionada.
La elevación en la presión del aire comprimido en las cámaras 20f y 20g de pistón de impacto deslizará gradualmente los pistones 12f y 12g de impacto desbloqueados y activos hacia el centro del cubo 6 rotatorio. El movimiento de los pistones 12f y 12g de impacto fuerza gradualmente el aire comprimido en la cámara 52 anular a través del paso 60 de salida al depósito 50 de aire secundario en el que se almacena.
Si el pistón de impacto no está activo, entonces no experimentará una fase de compresión en el sentido habitual ya que el volumen de la cámara de combustión no se reducirá. En este caso, la fase de compresión puede considerarse una reducción en el volumen de la cámara de pistón de impacto como resultado del montaje excéntrico del cubo 6 rotatorio dentro de la carcasa 2 externa.
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6. Fase del motor H
En la fase del motor H (mostrada en la figura 12), el pistón 12h de impacto se aproxima a su posición radialmente hacia dentro más próxima al centro del cubo 6 rotatorio. El aire comprimido caliente en la cámara 20h de pistón de impacto que no se requiere para un movimiento adicional del pistón 12h de impacto se transfiere al bucle de inyección de aire a través del orificio 68 de salida primario.
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Ventajas técnicas
El motor de accionamiento de aire radial tiene diversas ventajas técnicas y económicas frente a motores convencionales. A continuación se da un resumen de las mismas.
La alternancia de los pistones 12a a 12h de impacto se inicia mediante la fase de compresión y la fase de combustión del motor y no es necesario un cigüeñal ni una biela. El movimiento de los pistones 12a a 12h de impacto hacia el centro del cubo 6 rotatorio para comprimir el aire en las cámaras 38 de combustión se fuerza mediante la compresión del aire en las cámaras 20a a 20h de pistón de impacto. Esto significa que los ciclos de compresión de las cámaras 20a a 20h de pistón de impacto y las cámaras 38 de combustión están sincronizados durante la rotación del cubo 6 rotatorio.
La cantidad de aire comprimido que se inyecta al interior de la cámara 20a de pistón de impacto desde el depósito 74 de aire primario puede controlarse con precisión para determinar la relación de compresión apropiada del motor y permitir el uso de una diversidad de diferentes combustibles. Cuanto más aire comprimido se inyecte en el interior de la cámara 20a de pistón de impacto, mayor será la fuerza que se aplica a cada pistón de impacto durante la fase de compresión y más alta será la relación de compresión del aire dentro de la cámara 38 de combustión inmediatamente antes de la fase de combustión. Para una eficiencia máxima, la cantidad de aire comprimido inyectada en el interior de la cámara 20a de pistón de impacto se elegirá preferiblemente para proporcionar una relación de compresión lo más alta posible para el combustible o los combustibles particulares que vayan a usarse.
La manera en que se inyecta el aire comprimido al interior de la cámara 20a de pistón de impacto también puede permitir que el motor funcione en modos diferentes. Por ejemplo, el cubo 6 rotatorio puede hacerse rotar únicamente mediante la inyección de un flujo continuo o semicontinuo de aire comprimido que actúa cinéticamente sobre los álabes (durante el arranque o para conducción en ciudad), únicamente mediante la combustión de combustible en la cámara de combustión (denominado funcionamiento normal), o, cuando se necesita potencia de salida adicional durante cortos periodos de tiempo, mediante una combinación de las dos.
El uso de aire comprimido para forzar la rotación del cubo 6 rotatorio en el arranque elimina la necesidad de un motor de arranque, etc. También permite que el motor use técnicas "arranque-parada". Ésta es una característica de la mayoría de vehículos a motor "híbridos" eléctricos que permite que el motor se pare cuando el vehículo llega a una detención completa pero temporal y volver a arrancar a continuación en cuanto se acciona el pedal acelerador.
El aire comprimido puede precalentarse por los gases de escape del motor para aprovechar lo que, de otro modo, sería energía redundante. Calentar el aire comprimido antes de inyectarlo en la cámara 20a de pistón de impacto proporciona propiedades expansivas adicionales.
El motor proporciona un frenado regenerativo en el que el arrastre del motor durante un periodo de frenado continúa almacenando aire comprimido en el depósito 74 de aire primario para un uso posterior.
El aire comprimido inyectado en la cámara 20a de pistón de impacto puede suministrarse desde un depósito de aire a alta presión montado externamente que puede cargarse durante el funcionamiento normal del motor o usando un compresor externo que ofrece la posibilidad de funcionamiento con emisión nula para conducción en ciudad (véase anteriormente).
El aire comprimido se mantiene en un bucle cerrado que consiste en las cámaras 20a a 12h de pistón de impacto individuales y el bucle de inyección de aire entre el orificio 68 de salida primario y el orificio 64 de entrada primario. Como tal, el aire comprimido se mantiene a lo que es casi presión constante. Esto significa que una cantidad de calor debe disiparse a la atmósfera entre rotaciones completas del cubo 6 rotatorio con el fin de precalentarlo antes de la inyección al interior de la cámara 20a de pistón de impacto. Aunque tendrán que enfriarse grandes cantidades de aire comprimido antes de almacenarse en el depósito 74 de aire primario, proporcionar un bucle cerrado implica que sólo una pequeña cantidad de aire filtrado y secado tiene que aspirarse a través del orificio 66 de entrada secundario con cada rotación completa del cubo 6 rotatorio. El aire comprimido en el bucle de inyección de aire se usa preferiblemente para el enfriamiento del motor antes de inyectarse en la cámara 20a de pistón de impacto.
La carga de las cámaras 38 de combustión se basa en un principio de barrido en dos carreras convencional en el que los productos de la combustión se purgan de las cámaras de combustión usando aire nuevo suministrado originalmente desde las cámaras 52 anulares entre cada pistón 12a a 12h de impacto y el cubo 6 rotatorio. Una carga nueva de aire se aspira al interior de la cámara 52 anular de cada pistón de impacto activo desde la atmósfera con cada rotación del cubo 6 rotatorio.
El uso de lubricación por aire en todo el motor tiene diversos beneficios incluyendo un funcionamiento continuo, menos contaminantes del aceite quemado, un mantenimiento y costes de servicio más baratos y menos dependencia del aceite. La lubricación por aire sólo es posible porque el motor usa movimiento rotatorio y movimiento de pistón de impacto lineal y tiene disponible aire limpio.
El aire comprimido tiene la capacidad de proporcionar un par de torsión máximo desde una posición de cubo rotatorio estacionaria y en determinadas circunstancias su uso puede eliminar la necesidad de una transmisión o puede llevar a una simplificación de sistemas de transmisión existentes.
La eficacia global se verá mejorada de manera significativa. El consumo de combustible y las emisiones se reducirán de manera significativa.

Claims (49)

1. Motor que comprende:
un cubo (6) rotatorio que tiene una abertura que define una cámara (38) de combustión;
una cámara (20a a 20h) de pistón de impacto cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo (6) rotatorio; y
un pistón (12a a 12h) de impacto que es un pistón flotante libre que tiene un primer extremo que define una parte de la cámara (38) de combustión y un segundo extremo que define una parte de la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto y que se aloja de manera deslizante en la abertura entre la cámara (38) de combustión y la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto;
caracterizado porque el cubo (6) rotatorio está montado de manera excéntrica en una carcasa (2) externa que tiene una superficie (4) interna sustancialmente cilíndrica y en el que la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto se define entre un par de álabes (18) que se extienden desde el cubo (6) rotatorio en contacto deslizante con la superficie (4) interna de la carcasa (2) externa.
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2. Motor según la reivindicación 1, en el que los álabes (18) se alojan de manera deslizante en ranuras (16) formadas en la carcasa (6) rotatoria y están desviados en contacto deslizante con la superficie (4) interna de la carcasa (2).
3. Motor según cualquier reivindicación 1 ó 2, en el que el pistón (12a a 12h) de impacto es un pistón de impacto escalonado que tiene una parte (22) anular y una parte (26) de falda de diámetro mayor.
4. Motor según la reivindicación 3, en el que la parte (22) anular del pistón (12a a 12h) de impacto se aloja de manera deslizante en una parte (24) de la abertura que tiene un diámetro interno que se corresponde sustancialmente con el diámetro externo de la parte (22) anular.
5. Motor según la reivindicación 3 ó 4, en el que la parte (26) de falda se aloja de manera deslizante en una parte (28) de la abertura que tiene un diámetro interno que se corresponde sustancialmente con el diámetro externo de la parte (26) de falda para definir una cámara (52) anular entre el pistón (12a a 12h) de impacto y una superficie o superficies internas de la abertura.
6. Motor según la reivindicación 5, que comprende además un paso (58) de entrada a través del cual puede suministrarse gas desde la atmósfera a la cámara (52) anular en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
7. Motor según la reivindicación 5 ó 6, que comprende además un depósito (50) de gas secundario.
8. Motor según la reivindicación 7, que comprende además un paso (56) de entrada a través del cual puede suministrarse gas desde el depósito (50) de gas secundario a la cámara (52) anular en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
9. Motor según la reivindicación 7 u 8, que comprende además un paso (60) de salida a través del cual puede transferirse gas desde la cámara (52) anular al depósito (50) de gas secundario en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
10. Motor según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, que comprende además un paso (46) de entrada a través del cual puede suministrarse gas desde el depósito (50) de gas secundario a la cámara (38) de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
11. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un paso (48) de salida a través del cual pueden escapar los productos de la combustión en la cámara (38) de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
12. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un orificio (64) de entrada primario a través del cual puede suministrarse gas comprimido a la cámara (20a) de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
13. Motor según la reivindicación 12, en el que el orificio (64) de entrada primario incluye una válvula de retención.
14. Motor según la reivindicación 12 ó 13, que comprende además un orificio (68) de salida primario a través del cual puede transferirse gas desde la cámara (20h) de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
15. Motor según la reivindicación 14, en el que el orificio (68) de salida primario incluye una válvula de retención.
16. Motor según la reivindicación 14 ó 15, que comprende además un bucle de inyección de gas que se extiende entre el orificio (68) de salida primario y el orificio (64) de entrada primario.
17. Motor según la reivindicación 16, en el que el bucle de inyección de gas incluye una unidad (72) de enfriamiento, un depósito (74) de gas primario, una válvula (78) de control y una unidad (80) de calentamiento.
18. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un orificio (66) de entrada secundario a través del cual puede aspirarse gas desde la atmósfera al interior de la cámara (20c) de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
19. Motor según la reivindicación 18, en el que el orificio (66) de entrada secundario incluye una válvula de retención.
20. Motor según cualquier reivindicación anterior, en el que el cubo (6) rotatorio está montado sobre cojinetes (8a y 8b) lubricados con gas.
21. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además estructuras (36) de cojinete de gas sobre una superficie exterior del pistón (12a a 12h) de impacto.
22. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un inyector (40) de combustible para inyectar combustible en el interior de la cámara (38) de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.
23. Motor según la reivindicación 22, que comprende además un distribuidor (42) de combustible para suministrar combustible al inyector (40) de combustible.
24. Motor según cualquier reivindicación anterior, en el que el cubo (6) rotatorio incluye una pluralidad de aberturas, definiendo cada abertura una cámara (38) de combustión; una cámara (20a a 20h) de pistón de impacto asociada con cada abertura cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo (6) rotatorio; y un pistón (12a a 12h) de impacto alojado de manera deslizante en cada abertura entre la cámara (38) de combustión asociada y la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto asociada.
25. Método para hacer funcionar un motor según cualquier reivindicación anterior, comprendiendo el método las etapas de:
introducir una cantidad de gas comprimido en el interior de la cámara de pistón de impacto;
comprimir el gas en la cámara de pistón de impacto durante una fase de compresión a medida que el pistón de impacto se desliza en la abertura para disminuir el volumen de la cámara (38) de combustión; y
llevar a cabo una fase de combustión que fuerza al pistón de impacto a deslizarse en la abertura para comprimir el gas en la cámara de pistón de impacto y forzar la rotación del cubo (6) rotatorio.
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26. Método según la reivindicación 25, en el que la fase de combustión incluye las etapas de inyectar combustible al interior de la cámara (38) de combustión y encender el combustible.
27. Método según la reivindicación 25 ó 26, que comprende además la etapa de permitir que el gas en la cámara de pistón de impacto se expanda durante una fase de expansión a medida que aumenta el volumen.
28. Método según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, que comprende además la etapa de bloquear el pistón de impacto en una posición fija durante al menos una parte de la fase de expansión y liberar el pistón de impacto al inicio de la fase de compresión.
29. Método según la reivindicación 28, en el que el pistón de impacto puede deslizarse en la abertura entre una posición radialmente hacia fuera y una posición radialmente hacia dentro y en el que el pistón de impacto se bloquea en una posición fija en la posición radialmente hacia fuera durante la fase de expansión y se fuerza a deslizarse hacia la posición radialmente hacia dentro durante la fase de compresión para comprimir el gas en la cámara (38) de combustión.
30. Método según la reivindicación 28 ó 29, que comprende además una cámara (52) anular entre el pistón de impacto y el cubo (6) rotatorio, y comprendiendo el método además la etapa de retener una cantidad de gas en la cámara (52) anular durante al menos una parte de la fase de expansión para bloquear el pistón de impacto en una posición fija.
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31. Método según la reivindicación 30, que comprende además la etapa de permitir que la cantidad de gas en la cámara (52) anular abandone la cámara anular al inicio de la fase de compresión para liberar el pistón de impacto.
32. Método según la reivindicación 30 ó 31, en el que al menos una parte de la cantidad de gas retenida en la cámara (52) anular durante la fase de expansión se aspira al interior de la cámara anular desde la atmósfera mediante el movimiento deslizante del pistón de impacto durante la fase de combustión.
33. Método según cualquiera de las reivindicaciones 30 a 32, en el que al menos una parte de la cantidad de gas retenida en la cámara (52) anular se suministra desde un depósito (50) de gas secundario.
34. Método según la reivindicación 33, en el que la cantidad de gas en la cámara (52) anular que se permite que abandone la cámara anular al inicio de la fase de compresión para desbloquear el pistón de impacto se transfiere al depósito (50) de gas secundario.
35. Método según la reivindicación 33 ó 34, en el que se suministra gas desde el depósito (50) de gas secundario a la cámara (38) de combustión para proporcionar gas de combustión para la fase de combustión.
36. Método según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35, en el que se suministra gas desde el depósito (50) de gas secundario a la cámara (38) de combustión para purgar la cámara de combustión de productos de la combustión antes de que se comprima el gas en la cámara de combustión.
37. Método según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 36, que comprende además la etapa de aspirar gas al interior de la cámara (20b) de pistón de impacto desde la atmósfera durante una fase de expansión a medida que aumenta el volumen de la cámara de pistón de impacto.
38. Método según la reivindicación 37, en el que el gas desde la atmósfera se seca y se filtra.
39. Método según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 38, en el que al menos una parte del gas introducido en la cámara de pistón de impacto se transfiere durante la fase de compresión y se almacena en un depósito (74) de gas primario.
40. Método según la reivindicación 39, en el que el gas transferido se enfría antes de almacenarse en el depósito (74) de gas primario.
41. Método según la reivindicación 39 ó 40, en el que el gas introducido en la cámara (20a) de pistón de impacto se suministra desde el depósito (74) de gas primario.
42. Método según la reivindicación 41, en el que el gas suministrado desde el depósito (74) de gas primario se calienta antes de introducirse en la cámara (20a) de pistón de impacto.
43. Método según la reivindicación 41 ó 42, en el que la cantidad de gas que se introduce en la cámara (20a) de pistón de impacto desde el depósito (74) de gas primario se determina mediante una válvula (78) de control.
44. Método según la reivindicación 43, que comprende además las etapas de:
hacer funcionar la válvula (78) de control para introducir una cantidad predeterminada de gas en la cámara (20a) de pistón de impacto desde el depósito (74) de gas primario; y
permitir que la cantidad predeterminada de gas empiece a expandirse antes de llevar a cabo la fase de combustión para forzar al pistón (12a) de impacto a deslizarse en la abertura para comprimir adicionalmente el gas en la cámara (20a) de pistón de impacto y forzar la rotación del cubo (6) rotatorio.
45. Método para hacer funcionar un motor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, comprendiendo el método la etapa de introducir un flujo continuo o semicontinuo de gas comprimido en el interior de la cámara (20a) de pistón de impacto para forzar de manera cinética la rotación del cubo (6) rotatorio.
46. Método para hacer funcionar un motor según la reivindicación 24, comprendiendo el método la etapa de bloquear uno o más de los pistones (12a a 12h) de impacto en una posición fija durante una rotación completa del cubo (6) rotatorio.
47. Método según la reivindicación 46, en el que los pistones (12a a 12h) de impacto pueden deslizarse en su abertura asociada entre una posición radialmente hacia fuera y una posición radialmente hacia dentro y en el que el uno o más pistones (12a a 12h) de impacto se bloquean en una posición fija en la posición radialmente hacia fuera durante la rotación completa del cubo (6) rotatorio.
48. Método según la reivindicación 46 ó 47, que comprende además la etapa de liberar uno o más de los pistones (12a a 12h) de impacto desde la posición fija de modo que pueden deslizarse libremente en su abertura asociada.
49. Método según cualquiera de las reivindicaciones 46 a 48, en el que el número de pistones (12a a 12h) de impacto que se mantienen en una posición fija y el número de pistones de impacto que pueden deslizarse libremente en su abertura asociada se determinan con referencia a una condición operativa del motor.
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GB (1) GB2437532B (es)
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9546594B2 (en) * 2013-03-13 2017-01-17 Brm Technologies, Inc. Control of chamber combustion and operation of a guided-vane rotary internal combustion engine
US9850835B1 (en) 2013-03-13 2017-12-26 Brm Technologies, Inc. Control of chamber combustion and operation of a guided-vane rotary internal combustion engine
FR3033001B1 (fr) * 2015-02-20 2018-09-14 Valeo Systemes Thermiques Machine de compression et detente de type ciseaux utilisee dans un systeme de recuperation d'energie thermique

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE321135C (de) * 1913-03-06 1920-05-14 Percy George Tacchi Explosionskraftmaschine mit umlaufenden Zylindern und Stufenkolben, bei welcher die Zuendungen abwechselnd in beiden Arbeitsraeumen stattfinden
FR520351A (fr) * 1919-06-06 1921-06-24 Francesco Tamburri Perfectionnements aux moteurs thermiques
US1722257A (en) * 1920-12-01 1929-07-30 American Gas Turbine Corp Rotary reciprocating combustion engine
US1722260A (en) * 1925-07-06 1929-07-30 American Gas Turbine Corp Combustion engine and method of operating same
US2154370A (en) * 1937-02-18 1939-04-11 Linford G Wolf Rotary internal combustion motor
US2304903A (en) * 1941-07-29 1942-12-15 Ingersoll Rand Co Motor
US3084562A (en) * 1958-09-29 1963-04-09 Fitzpatrick Inc Rotary pump and motor
US3168082A (en) * 1960-09-29 1965-02-02 Villiers Joseph E De Rotary engines
DE1146698B (de) * 1961-04-28 1963-04-04 Diefenbach Bienenerzeugnisse G Brennkraftkolbenmaschine mit sternfoermig angeordneten umlaufenden Zylindern
US3286638A (en) * 1964-01-31 1966-11-22 Gen Motors Corp Floating piston hydraulic pump
US3274946A (en) * 1964-04-13 1966-09-27 Edward E Simmons Pump
US3736078A (en) * 1971-07-01 1973-05-29 Bendix Corp Drive control and hold-in arrangement for a rotary actuator
US3901630A (en) * 1971-07-28 1975-08-26 John B Kilmer Fluid motor, pump or the like having inner and outer fluid displacement means
US3905727A (en) * 1971-07-28 1975-09-16 John B Kilmer Gerotor type fluid motor, pump or the like
US3796525A (en) * 1971-07-28 1974-03-12 J Kilmer Energy translation devices
US3841279A (en) * 1972-07-20 1974-10-15 C Burns Engine with radially reciprocal rotor mounted pistons
CA976879A (en) * 1973-07-06 1975-10-28 Wendell H. Mcgathey Rotary-piston internal combustion engine
US4072445A (en) * 1976-07-26 1978-02-07 Hay Johnny L Rotary gas pressure engine system
US4307695A (en) * 1979-11-28 1981-12-29 Michael Vasilantone Rotary engine
GB2074653A (en) * 1980-04-25 1981-11-04 Lucas Industries Ltd Rotary positive-displacement Pumps
NO155942C (no) * 1984-11-02 1987-06-24 Aase Jan M Rotasjonsmotor.
US4662329A (en) * 1986-05-30 1987-05-05 Roggenburk Earl G Rotary internal combustion engine
US4966000A (en) * 1990-01-29 1990-10-30 Wolters Clemens A Internal combustion engine with fluid drive output
US5249512A (en) * 1992-05-18 1993-10-05 Christenson Howard W hydrostatic pump and motor
US6010311A (en) * 1994-06-07 2000-01-04 Unipat Ag Hydraulic radial piston machines
US5651301A (en) * 1994-12-13 1997-07-29 Unipat Aktiengessellschaft Hydrostatic piston machines
GB9525028D0 (en) * 1995-12-06 1996-02-07 Unipat Ag Hydrostatic piston machine
JP2921788B2 (ja) * 1996-10-16 1999-07-19 廣瀬バルブ工業株式会社 回転型液圧トランス
US20070137595A1 (en) * 2004-05-13 2007-06-21 Greenwell Gary A Radial engine power system

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