ES2339606T3 - Motores. - Google Patents
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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.
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.
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.
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.
\newpage
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\global\parskip0.900000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\global\parskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\newpage
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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