ES2829389T3 - Motor rotativo de combustión interna con relación de compresión volumétrica variable - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para controlar una entrada de aire en un motor rotativo (210; 310; 410), teniendo el motor al menos un puerto de entrada principal y uno secundario (140; 440; 242; 442) en comunicación con una fuente de aire y un puerto de escape (244; 244; 44), comprendiendo el procedimiento: durante el arranque del motor, cerrar el puerto de entrada principal (140; 440) y abrir el puerto de entrada secundario (242; 442), estando el puerto de entrada secundario (242; 442) ubicado hacia atrás del puerto de entrada principal (140; 440) y hacia adelante del puerto de escape (244; 304; 44) a lo largo de una dirección de una revolución de un rotor (24) del motor; después del arranque y con una demanda de energía en el motor inferior a un umbral predeterminado, abrir el puerto de entrada principal (140; 440) y cerrar al menos parcialmente el puerto de entrada secundario (242; 442); y cuando la demanda de energía excede el umbral predeterminado, dejar el puerto de entrada principal (140; 440) abierto y abrir el puerto de entrada secundario (242; 442), estando el puerto de entrada secundario (242; 442) ubicado de manera que esté en comunicación con el puerto de escape (244; 344; 44) a lo largo de porciones de la revolución del motor para purgar los gases de escape del motor.

Description

DESCRIPCIÓN
Motor rotativo de combustión interna con relación de compresión volumétrica variable
CAMPO TÉCNICO
La solicitud se refiere en general a un motor de combustión interna que usa un diseño rotativo para convertir la presión en un movimiento rotativo, más en particular, para controlar dicho motor.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
Los motores rotativos, como por ejemplo los motores Wankel, usan la rotación excéntrica de un pistón para convertir la presión en un movimiento rotativo, en lugar de usar pistones alternativos. En estos motores, el rotor incluye típicamente un número de porciones de sello o vértice que permanecen en contacto con una pared periférica de la cavidad del rotor del motor a lo largo del movimiento rotatorio del rotor para crear una pluralidad de cavidades rotativas cuando el rotor rota.
En los motores Wankel, los puertos de entrada y de escape a menudo están diseñados mecánicamente para permitir una superposición mínima entre los mismos durante las porciones de admisión y de escape del ciclo, a fin de purgar la cavidad de escape de los gases de combustión antes de volver a llenar la cavidad de admisión con un suministro fresco de aire. El no purgar la cavidad de escape de los gases de combustión puede resultar en una reducción de la eficiencia volumétrica del ciclo. Sin embargo, la superposición de los puertos puede limitar el intervalo de relación de compresión volumétrica que se puede obtener. Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad de mejorar la optimización del modo en que pueden operarse los motores rotativos.
El documento US 4756284 A describe un motor rotativo de la técnica anterior, como se expone en el preámbulo de la reivindicación 9.
Los documentos JP S57186020 A, JP H0689675 B2 y JP S6241930 A describen motores rotativos de la técnica anterior.
RESUMEN
En un aspecto, se proporciona un procedimiento para controlar una entrada de aire en un motor rotativo, teniendo el motor al menos un puerto de entrada principal y uno secundario en comunicación con una fuente de aire y un puerto de escape, comprendiendo el procedimiento, durante el arranque del motor, cerrar el puerto de entrada principal y abrir el puerto de entrada secundario, estando el puerto de entrada secundario ubicado hacia atrás del puerto de entrada principal y hacia adelante del puerto de escape a lo largo de la dirección de una revolución de un rotor del motor, después del arranque y con un demanda de energía en el motor por debajo de un umbral predeterminado, abrir el puerto de entrada principal y cerrar al menos parcialmente el puerto de entrada secundario, y, cuando la demanda de energía excede el umbral predeterminado, dejar el puerto de entrada principal abierto y abrir el puerto de entrada secundario, estando el puerto de entrada secundario ubicado de manera que esté en comunicación con el puerto de escape a lo largo de las porciones de la revolución del motor para purgar los gases de escape del motor.
En un aspecto adicional, se proporciona un motor rotativo, como se expone en la reivindicación 9.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Ahora se hace referencia a las figuras adjuntas en las que:
la Fig. 1 es una vista esquemática en sección transversal de un motor rotativo de combustión interna según una realización particular;
la Fig. 2 es una vista esquemática en sección transversal de un motor rotativo de combustión interna según una realización alternativa;
la Fig. 3 es una vista esquemática en sección transversal de un motor rotativo de combustión interna según otra realización alternativa;
la Fig. 4 es una vista esquemática en sección transversal de un motor rotativo de combustión interna según incluso otra realización alternativa; y
la Fig. 5 es una vista esquemática en sección transversal de un motor rotativo de combustión interna según una realización alternativa adicional;
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Con referencia a la Fig. 1, se muestra de manera esquemática un motor rotativo 10 de combustión interna conocido como motor Wankel. En una realización particular, el motor rotativo 10 se usa en un sistema de motor de ciclo compuesto, tal como se describe en la Patente de los EE.UU. No. 7.753.036, de Lents y col., concedida el 13 de julio de 2010 o como se describe en la Patente de los EE.UU. No. 7.775.044, de Julien y col., concedida el 17 de agosto de 2010. El sistema de motor de ciclo compuesto se puede usar como motor primario, como, por ejemplo, en un avión u otro vehículo, o en cualquier otra aplicación adecuada. En cualquier caso, en dicho sistema, el aire es comprimido por un compresor antes de ingresar al motor de Wankel, y el motor impulsa una o más turbinas del motor compuesto. En otra realización, el motor rotativo 10 se usa sin un turbocompresor.
El motor 10 comprende un cuerpo exterior 12 que tiene paredes de extremo separadas axialmente 14 con una pared periférica 18 que se extiende entre las mismas para formar una cavidad de rotor 20. La superficie interior de la pared periférica 18 de la cavidad 20 tiene un perfil que define dos lóbulos, que es preferiblemente un epitrocoide.
Un cuerpo interno o rotor 24 es recibido dentro de la cavidad 20. El rotor 24 tiene caras de extremo separadas axialmente 26 adyacentes a las paredes de extremo 14 del cuerpo exterior, y una cara periférica 28 que se extiende entre las mismas. La cara periférica 28 define tres porciones de vértice 30 separadas circunferencialmente y un perfil generalmente triangular con caras arqueadas hacia afuera. Las porciones de vértice 30 están en acoplamiento sellado con la superficie interna de la pared periférica 18 de modo tal que former tres cámaras de trabajo rotativas 32 entre el rotor interno 24 y el cuerpo externo 12. El eje geométrico del rotor 24 está desplazado y en paralelo con respecto al eje del cuerpo 12.
Las cámaras de trabajo 32 están selladas, lo que típicamente puede mejorar la eficiencia. Cada porción de vértice del rotor 30 tiene un sello de vértice 52 que se extiende desde una cara de extremo 26 a la otra y que sobresale radialmente desde la cara periférica 28. Cada sello de vértice 52 está desviado radialmente hacia fuera contra la pared periférica 18 a través de un resorte respectivo. Un sello de extremo 54 acopla cada extremo de cada sello de vértice 52, y es empujado contra la pared de extremo respectiva 14 a través de un resorte adecuado. Cada cara de extremo 26 del rotor 24 tiene al menos un sello frontal 60 en forma de arco que va desde cada porción de vértice 30 a cada porción de vértice adyacente 30, adyacente pero hacia dentro de la periferia del rotor a lo largo de su longitud. Un resorte impulsa cada sello frontal 60 axialmente hacia fuera de modo que el sello frontal 60 sobresalga axialmente de la cara de extremo adyacente del rotor 26 hacia el acoplamiento sellado con la pared de extremo adyacente 14 de la cavidad. Cada sello frontal 60 está en acoplamiento sellado con el sello final 54 adyacente a cada extremo del mismo.
[Aunque no se muestra en las Figuras, pero como bien se entiende, el rotor se desplaza en una porción excéntrica de un árbol e incluye un engranaje de fase coaxial con el eje del rotor, que está engranado con un engranaje de fase del estator fijo asegurado al cuerpo exterior coaxialmente con el árbol. El árbol rota con el rotor y los engranajes engranados dirigen el rotor para realizar revoluciones orbitales dentro de la cavidad del estator. El árbol realiza tres rotaciones por cada revolución orbital del rotor. Se proporcionan sellos de aceite alrededor del engranaje de fase para impedir el flujo de fuga de aceite lubricante radialmente hacia afuera del mismo, entre la cara de extremo respectiva del rotor 26 y la pared de extremo del cuerpo exterior 14.
Durante una revolución orbital, cada cámara varía en volumen y se mueve alrededor de la cavidad del estator para someterse a las cuatro fases de admisión, compresión, expansión y escape, siendo estas fases similares a las carreras en un motor de combustión interna de tipo alternativo con un ciclo de cuatro tiempos.
El motor incluye un puerto de entrada principal 40 definido a través de una de las paredes del cuerpo del estator 12. En la realización mostrada, el puerto de entrada principal 40 es un puerto lateral definido en una de las paredes de extremo 14. Otro puerto de entrada principal opuesto puede definirse de manera similar en la otra pared de extremo. El puerto de entrada principal 40 está en comunicación con una fuente de aire a través de un conducto de admisión 34, definido como un canal en la pared de extremo 14. El aire tiene una presión ligeramente superior a la presión de escape del motor. En una realización particular, la fuente de aire es la salida de aire del compresor de un motor compuesto, aunque puede usarse cualquier fuente adecuada. El puerto de entrada principal 40 suministra aire a cada una de las cámaras 32, y también se proporciona un puerto de inyección de combustible (no mostrado) para suministrar combustible a cada cámara 32, después de que se haya comprimido el aire en la misma. El combustible, como el queroseno (combustible para aviones) u otro combustible adecuado, se suministra a la cámara 32 de manera tal que la cámara 32 se estratifique con una rica mezcla de aire y combustible cerca de la fuente de encendido y una mezcla más pobre en otro lugar, proporcionando así lo que se denomina disposición de carga estratificada, y la mezcla de aire y combustible puede encenderse dentro de la carcasa usando cualquier sistema de encendido adecuado conocido en la técnica. En otra realización, el combustible y el aire se pueden mezclar fuera del motor y se pueden entregar como una carga previamente mezclada a través del puerto de entrada principal 40.
El motor también incluye un puerto de escape 44 definido a través de una de las paredes del cuerpo del estator 12. En la realización mostrada, el puerto de escape 44 es un puerto periférico, definido como una abertura a través de la pared periférica 18. El motor rotativo 10 opera bajo el principio del ciclo de Atkinson o Miller, con su relación de compresión inferior a su relación de expansión. Por ejemplo, la relación obtenida al dividir la compresión volumétrica por la relación de expansión volumétrica puede ser de entre 0,3 y 0,8. En consecuencia, el puerto de entrada principal 40 está ubicado más lejos (es decir, según una medición en función de la rotación del pistón) del puerto de escape 44, en comparación con un motor que tiene relaciones de compresión y expansión que son iguales o aproximadamente iguales entre sí. El ángulo del puerto de entrada principal 40, en relación con el ángulo del puerto de escape 44, puede determinarse, a continuación, de modo tal que logre una presión de ciclo pico dada la presión de aire de entrada. La posición del puerto de entrada principal 40 puede variar entre la posición de las 7 en punto y la posición de las 10 en punto. En la realización mostrada, el puerto de entrada principal 40 se extiende entre la posición de las 8 en punto y la posición de las 9 en punto.
Debido a la implementación del ciclo de Miller, el puerto de entrada principal 40 se posiciona en relación con el puerto de escape, de manera que la relación de compresión sea significativamente inferior a la relación de expansión. En la realización mostrada, el puerto de entrada principal 40 está separado del puerto de escape 44 de modo que el rotor 24 impide al menos sustancialmente la comunicación entre ellos en todas las posiciones del rotor. En otras palabras, se puede decir que cada revolución del rotor 24 incluye, para cada una de las cámaras 32, una porción de escape donde la cámara 32 se comunica directamente con o contiene el puerto de escape 44, y una porción de admisión donde la cámara 32 comunica directamente con o contiene el puerto de entrada 40, y las porciones de escape y admisión de la revolución para una misma cámara no se superponen.
El motor 10 también incluye un puerto de entrada secundario o puerto de purga 42 definido a través de una de las paredes del cuerpo del estator 12, y que se comunica con una fuente de aire, que puede ser la misma fuente que se comunica con el puerto de entrada principal. 40. En la realización mostrada, el puerto de purga 42 es un puerto lateral definido en una de las paredes de extremo 14 y se comunica con la fuente de aire a través del mismo conducto de admisión 34 que el puerto de entrada principal 40. El puerto de purga 42 está situado hacia atrás del puerto de entrada principal 40 y hacia adelante del puerto de escape 44 con respecto a la dirección R de la revolución y rotación del rotor. El puerto de purga 42 está ubicado de manera que esté en comunicación con el puerto de escape 44 a través de cada una de las cámaras 32 a lo largo de una porción respectiva de cada revolución. En otras palabras, se puede decir que cada revolución del rotor 24 incluye, para cada cámara 32, una porción de purga, que es una etapa final de la porción de escape, donde la cámara 32 se comunica directamente con o contiene tanto el puerto de purga 42 como el puerto de escape 44. En la realización mostrada, el puerto de purga 42 también está ubicado de manera que esté en comunicación con el puerto de entrada principal 40 a través de cada una de las cámaras 32 a lo largo de una porción respectiva de cada revolución. Alternativamente, el puerto de purga 42 puede estar separado del puerto de entrada principal 40, de modo que el rotor 24 impida al menos sustancialmente la comunicación entre los mismos en todas las posiciones del rotor.
El puerto de purga 42 puede permitir, por consiguiente, que se logren relaciones de compresión volumétricas más pequeñas, mientras se logra una purga adecuada de la cavidad de escape.
Aunque no se muestra, los puertos de entrada 40, 42 se pueden conectar a resonadores Helmholtz, puesto que pueden mejorar la eficiencia volumétrica y/o minimizar la pérdida de bombeo durante la fase de admisión.
En una realización alternativa, el puerto de entrada principal 40 también está ubicado de manera que esté en comunicación con el puerto de escape 44 a través de cada una de las cámaras 32 a lo largo de una porción respectiva de cada revolución.
En uso, a través de cada revolución orbital del rotor, cada cámara 32 se llena con aire (aire presurizado de un compresor, por ejemplo) a través del puerto de entrada principal 40 durante la respectiva porción de admisión de la revolución, es decir, la porción de la revolución donde la cámara 32 se comunica directamente con el puerto de entrada principal 40. A continuación, el aire se comprime adicionalmente mediante la reducción del volumen de la cámara rotativa 32. Una vez que el aire se comprime adicionalmente, cerca del volumen mínimo de la cámara 32, el aire se mezcla con combustible y la mezcla de aire-combustible resultante se enciende. Los gases de combustión se expanden y fuerzan el aumento del volumen de la cámara 32. Como se mencionó anteriormente, el puerto de entrada principal 40 está posicionado en relación con el puerto de escape 44 de manera que la relación de expansión volumétrica es superior a la relación de compresión volumétrica. Los gases de combustión o de escape salen de la cámara 32 a través del puerto de escape 44 durante la porción de escape de la revolución, es decir, la porción de la revolución donde la cámara 32 se comunica con el puerto de escape 44. La última parte de la porción de escape define la porción de purga de la revolución, donde la cámara 32 está en comunicación tanto con el puerto de purga 42 como con el puerto de escape 44, y el aire que entra en la cámara 32 a través del puerto de purga 42 se usa para purgar gases de escape restantes de la cámara 32.
En una realización particular, la comunicación de la cámara 32 con el puerto de escape 44 se cierra antes de volver a llenar la cámara 32 con aire a través del puerto de entrada 40, es decir, el puerto de entrada 40 no participa en la purga de los gases de escape. En una realización alternativa, el puerto de escape 44 todavía está abierto cuando el puerto de entrada 40 comienza a abrirse.
Haciendo referencia a la Fig. 2, se muestra un motor 110 según otra realización, con elementos similares indicados por los mismos números de referencia empleados en la descripción anterior. En esta realización, el puerto de entrada principal 140 se define a través de la pared de extremo 114 entre las posiciones de las 9 en punto y las 10 en punto, y se comunica con la fuente de aire por un conducto de admisión 134 que es independiente del puerto de purga 142. El puerto de entrada secundario o puerto de purga 142 está definido por un puerto de salida de una línea de purga 136 que se extiende a través de la pared periférica 118 y que tiene un puerto de entrada 137 que se abre en la cavidad 20 adyacente al puerto de entrada principal 140. Como tal, el aire entra en la cámara adyacente en comunicación con el puerto de entrada principal 140 y circula a la cámara que se purga a través de la línea de purga 136 y el puerto de purga 142. El puerto de purga 142 está ubicado de manera que esté en comunicación con el puerto de escape 44 a través de cada una de las cámaras 32 a lo largo de una porción respectiva de cada revolución, para purgar los gases de escape de la cámara 32.
El motor 110 también opera bajo el principio del ciclo de Atkinson o Miller, con su relación de compresión inferior a su relación de expansión. En la realización mostrada, el rotor 24 impide al menos sustancialmente la comunicación directa entre el puerto de entrada principal 140 y el puerto de escape 44 en cualquier posición del rotor, proporcionándose la comunicación a través de la línea de purga 136. Alternativamente, el rotor 24 puede permitir que el puerto de entrada principal 140 y el puerto de escape 44 estén en comunicación directa momentánea entre sí a través de cada cámara 32 suficientemente para purgar los gases de escape quemados antes de la ingestión de una nueva carga de aire para el siguiente ciclo de combustión.
Haciendo referencia a la Fig. 3, se muestra un motor 210 según otra realización, de nuevo, con elementos similares indicados por los mismos números de referencia. Como en la realización anterior, el puerto de entrada principal 140 se define a través de la pared de extremo 214 y se comunica con la fuente de aire a través de un conducto de admisión 134. El puerto de escape 244 es un puerto lateral, definido en una o ambas paredes de extremo 214, y está en comunicación con el entorno del motor 210 a través de un conducto de escape 246 que se define como un canal en la pared de extremo 214.
El puerto de purga 242 es un puerto periférico, definido como una abertura a través de la pared periférica 218. El puerto de purga 242 y el puerto de escape 244 se comunican a través de cada una de las cámaras 32 a lo largo de una porción respectiva de cada revolución para purgar los gases de escape. El puerto de purga 242 está conectado a la fuente de aire, que puede purgarse de la cavidad adyacente en comunicación con el puerto de entrada principal 140 o la fuente de aire a la que está conectado el puerto de entrada principal 140, a través de una válvula 248 (solo se muestra de manera esquemática), a fin de modular el flujo de purga como una función de las condiciones de operación del motor, permitiendo la recirculación selectiva de algunos de los gases de escape, por ejemplo, para optimizar la energía producida, minimizar los niveles de emisión o para otro propósito, como se detallará adicionalmente más adelante. Aunque no se muestra, una válvula similar puede conectar el puerto de entrada principal 140 a la fuente de aire.
El motor 210 también opera bajo el principio del ciclo de Atkinson o Miller, con su relación de compresión inferior a su relación de expansión. En la realización mostrada, el rotor 24 impide la comunicación directa entre el puerto de entrada principal 140 y el puerto de escape 244 en cualquier posición del rotor. Alternativamente, el rotor 24 puede permitir que el puerto de entrada principal 140 y el puerto de escape 244 estén en comunicación directa momentánea entre sí a través de cada cámara 32.
Con referencia a la Fig. 4, se muestra un motor 310 según incluso otra realización. El motor 310 es similar al motor 210, con un puerto de purga similar 242 y la válvula correspondiente 248 (y una válvula opcional, no mostrada, en el puerto de entrada 140), pero la posición del puerto de escape 344 es diferente. En esta realización, el rotor 24 impide la comunicación directa entre el puerto de entrada secundario o puerto de purga 242 y el puerto de escape 344 en todas las posiciones del rotor. Un puerto de escape secundario 347 se proporciona en la forma de un puerto periférico, definido como una abertura a través de la pared periférica 318. El puerto de escape secundario 347 está ubicado hacia adelante del puerto de escape primario 344 y hacia atrás del puerto de purga 242 a lo largo de la dirección de revolución R, en las proximidades del puerto de escape principal 344. El puerto de purga 242 y el puerto de escape secundario 347 se comunican a través de cada una de las cámaras 32 a lo largo de una porción respectiva de cada revolución para purgar los gases de escape, después de que se haya bloqueado la comunicación de la cámara 32 con el puerto de escape primario 344, para purgar la cámara 32.
El motor 310 también opera bajo el principio del ciclo de Atkinson o Miller, con su relación de compresión inferior a su relación de expansión. En la realización mostrada, el rotor 24 impide la comunicación directa entre el puerto de entrada principal 140 y los puertos de escape 347, 344 en todas las posiciones del rotor.
Con referencia a la Fig. 5, se muestra un motor 410 según una realización adicional. El motor 410 tiene un puerto de entrada principal 440 ubicado entre las posiciones de las 8 en punto y las 9 en punto, y un puerto de entrada secundario o puerto de purga 442, con ambos puertos de entrada 440, 442 definidos en forma de puertos periféricos como aberturas a través de la pared periférica 418. El puerto de entrada principal 440 y el puerto de entrada secundario 442 están conectados, cada uno, a un mismo conducto de conexión 456, que puede ser, por ejemplo, una cámara impelente, una pieza en Y, etc., a través de un conducto respectivo 434, 436. Cada conducto incluye una válvula 448, 450 en el mismo que puede abrirlo o cerrarlo selectivamente. El conducto de conexión 456 se comunica con la fuente de aire, por ejemplo, el escape de un compresor en el caso de un sistema de motor de ciclo compuesto, a través de un conducto de admisión 458. El puerto de escape 44 es un puerto periférico similar al de las realizaciones de las Fig.
1 a 2.
En la realización mostrada, el rotor 24 impide la comunicación directa entre el puerto de entrada principal 440 y el puerto de escape 44 en cualquier posición del rotor. Alternativamente, el rotor 24 puede permitir que el puerto de entrada principal 440 y el puerto de escape 44 estén en comunicación directa momentánea entre sí a través de cada cámara 32.
Las válvulas 448, 450, que pueden ser, por ejemplo, válvulas neumáticas, eléctricas o hidráulicas, se controlan, ya sea pasiva o electrónicamente, para modular el flujo entre el puerto de entrada principal y el secundario 440, 442, para variar las relaciones de presión del motor, a fin de optimizar la operación del motor en condiciones fuera de las diseñadas. Tal modulación puede permitir un intercambio adecuado entre el consumo de combustible de la misión, la energía del motor y las emisiones atmosféricas de los gases de escape u otros factores.
En una realización particular, las válvulas 448, 450 se controlan de la siguiente manera durante tres etapas diferentes de la operación del motor.
En el uso, en un ejemplo, como durante una primera etapa operativa, que corresponde al arranque del motor, la válvula primaria 450 está cerrada o sustancialmente cerrada, y la válvula secundaria 448 está abierta, de modo que solo (o principalmente) el puerto de entrada secundario 442 suministra aire a las cámaras 32. Hacer esto puede permitir una relación de compresión volumétrica relativamente superior a la que estaría disponible de otra manera, lo que aumenta la temperatura del aire y facilita la combustión, lo cual, a su vez, puede facilitar el arranque, y quizás especialmente durante los arranques en frío. El segundo puerto de entrada 442 se puede posicionar de manera que el motor en esta configuración tenga una relación de compresión volumétrica que esté cerca, por ejemplo, que sea igual o sustancialmente igual, a la relación de expansión volumétrica del motor.
En otro ejemplo, durante una segunda etapa operativa del motor, que corresponde a la operación del motor con baja energía o el estado inactivo del mismo, la válvula secundaria 448 se cierra, o se cierra sustancialmente, ya sea de manera abrupta o progresiva, y la válvula primaria 450 se abre. Con la válvula secundaria 448 cerrada, la purga de los gases de escape se reduce/evita significativamente (si el puerto de entrada principal 440 y el puerto de escape 44 se comunican) o se dificulta (si el rotor 24 impide la comunicación entre el puerto de entrada principal 440 y el puerto de escape 44), lo que reduce el escape y, por consiguiente, puede ayudar a minimizar los niveles de emisión del motor en esta condición. El puerto de entrada principal 440 está posicionado de manera que el motor en esta configuración opera bajo el principio del ciclo de Atkinson o Miller, con su relación de compresión inferior a su relación de expansión. En otro ejemplo, durante una tercera etapa operativa del motor, que corresponde a la operación de alta energía del motor, ambas válvulas 448, 450 están abiertas, de modo que el puerto de entrada secundario 442 actúa como un puerto de purga, como se analizó anteriormente. La válvula secundaria 448 puede abrirse, parcial o completamente, a medida que aumenta la demanda de energía. La relación de compresión volumétrica relativamente inferior del ciclo de Atkinson o Miller (en comparación con los ciclos estándares), combinada con la purga de los gases de escape de las cavidades, ayuda a maximizar la energía producida. En una realización particular, la tercera etapa operativa puede comenzar aproximadamente al 50-80 % de la energía máxima del motor. Sin embargo, este punto se puede variar mediante un control electrónico (no mostrado) que envía una señal al actuador de la válvula para variar la apertura de la válvula de modo que las salidas deseadas (energía, emisiones, consumo de combustible y temperatura de los gases de escape) se optimicen para diferentes condiciones de operación, tales como temperatura ambiente, altitud, niveles de aceleración y velocidades del rotor.
Se pueden proporcionar válvulas y controles similares con otras realizaciones, por ejemplo, las realizaciones mostradas en las Fig. 3-4. El aire que llega a los puertos de entrada puede controlarse en otras etapas operativas del motor, o casos, para proporcionar beneficios o efectos operativos específicos, según se desee.
La descripción anterior pretende ser solo ilustrativa, y un experto en la técnica reconocerá que se pueden realizar cambios en las realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la invención descrita. Los ejemplos se aplican tanto a los puertos periféricos como los puertos laterales de entrada/escape, o a cualquier combinación adecuada de los mismos. Puede emplearse cualquier sistema de combustible y encendido adecuado. El término "válvula" pretende abarcar cualquier aparato de regulación del flujo de aire adecuado que pueda usarse para lograr los efectos de control del flujo de aire descritos; se puede emplear cualquier disposición de válvulas adecuada. Las presentes enseñanzas se pueden aplicar a cualquier motor rotativo adecuado y, por consiguiente, su aplicación no se limita a los motores Wankel.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para controlar una entrada de aire en un motor rotativo (210; 310; 410), teniendo el motor al menos un puerto de entrada principal y uno secundario (140; 440; 242; 442) en comunicación con una fuente de aire y un puerto de escape (244; 244; 44), comprendiendo el procedimiento:
durante el arranque del motor, cerrar el puerto de entrada principal (140; 440) y abrir el puerto de entrada secundario (242; 442), estando el puerto de entrada secundario (242; 442) ubicado hacia atrás del puerto de entrada principal (140; 440) y hacia adelante del puerto de escape (244; 304; 44) a lo largo de una dirección de una revolución de un rotor (24) del motor;
después del arranque y con una demanda de energía en el motor inferior a un umbral predeterminado, abrir el puerto de entrada principal (140; 440) y cerrar al menos parcialmente el puerto de entrada secundario (242; 442); y
cuando la demanda de energía excede el umbral predeterminado, dejar el puerto de entrada principal (140; 440) abierto y abrir el puerto de entrada secundario (242; 442), estando el puerto de entrada secundario (242; 442) ubicado de manera que esté en comunicación con el puerto de escape (244; 344; 44) a lo largo de porciones de la revolución del motor para purgar los gases de escape del motor.
2. El procedimiento según se define en la reivindicación 1, donde abrir el puerto de entrada principal (140; 440) incluye impedir la comunicación entre el puerto de entrada principal (140; 440) y el puerto de escape (244; 344; 44) a lo largo de cada revolución del rotor.
3. El procedimiento según se define en la reivindicación 1 o 2, donde el puerto de entrada secundario (242; 442) se posiciona de manera que, al cerrar el puerto de entrada principal (140; 440) y abrir el puerto de entrada secundario (242; 442), el motor tiene una relación de compresión volumétrica al menos sustancialmente igual a una relación de expansión volumétrica del motor.
4. El procedimiento según se define en las reivindicaciones 1, 2 o 3, donde el puerto de entrada principal (140; 440) se posiciona de manera que, al abrir el puerto de entrada principal (140; 440), el motor tiene una relación de compresión volumétrica inferior a una relación de expansión volumétrica del motor.
5. El procedimiento según se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la apertura del puerto de entrada principal (140; 440) después del arranque se realiza a medida que aumenta la demanda de energía en el motor.
6. El procedimiento según se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde, después del arranque y con la demanda de energía del motor inferior al umbral predeterminado, el puerto de entrada secundario (242; 442) se cierra por completo.
7. El procedimiento según se define en cualquiera de las reivindicaciones, donde el umbral predeterminado está entre el 50 y el 80 % de la energía máxima del motor.
8. El procedimiento según se define en cualquiera de las reivindicaciones, que comprende además controlar un flujo de comunicación entre la fuente de aire y el puerto de entrada principal y entre la fuente de aire y el puerto de entrada secundario.
9. Un motor rotativo (410) que comprende:
un cuerpo de estator (12) que tiene paredes (418) que definen una cavidad interna (20);
un cuerpo de rotor (24) montado para revoluciones excéntricas dentro de la cavidad (20), cooperando los cuerpos de rotor y el estator cooperan para proporcionar cámaras rotativas (32) de volumen variable cuando el rotor (24) rota en relación con el estator (12);
el cuerpo del estator (12) tiene al menos un puerto de entrada principal (440), un puerto de entrada secundario (442) y un puerto de escape (44) definidos en el mismo y que se comunican con la cavidad (20), los puertos de entrada (440, 442) están en comunicación con una fuente de aire, el puerto de entrada secundario (442) está ubicado hacia atrás del puerto de entrada principal (440) y hacia adelante del puerto de escape (44) a lo largo de una dirección de las revoluciones del rotor, los puertos de entrada (440, 442) son distintos entre sí y están separados a lo largo de la dirección de las revoluciones;
una válvula primaria (450) que regula un flujo de aire proporcionado al puerto de entrada principal (440); y una válvula secundaria (448) que regula un flujo de aire proporcionado al puerto de entrada secundaria (442), siendo las válvulas primaria y secundaria (450; 448) operables independientemente una de la otra, caracterizado porque:
una posición del puerto de entrada secundario (442) corresponde a una relación de compresión volumétrica al menos sustancialmente igual a la relación de expansión volumétrica del motor; y
una posición del puerto de entrada principal (440) corresponde a una relación de compresión volumétrica inferior a la relación de expansión volumétrica del motor.
10. El motor, como se define en la reivindicación 9, donde el puerto de entrada secundario (442) está ubicado en relación con el puerto de escape (44) para estar en comunicación momentánea con el puerto de escape (44) a través de cada una de las cámaras rotativas a lo largo de una porción respectiva de cada revolución del rotor.
11. El motor, como se define en la reivindicación 9 o 10, donde el rotor (24) está configurado y los puertos (440, 442, 44) están ubicados para impedir la comunicación entre el puerto de entrada principal (440) y el puerto de escape (44) a través de las cámaras rotativas (32) en cualquier posición del rotor.
12. El motor, como se define en la reivindicación 9, 10 u 11, donde las válvulas primaria y secundaria (250, 248) se seleccionan de entre el grupo que consiste en válvulas neumáticas, válvulas hidráulicas y válvulas eléctricas.
13. El motor, como se define en cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, donde el motor es un motor Wankel, teniendo el cuerpo del estator (12) paredes (418) que definen una cavidad interna (20) que tiene una forma epitrocoide con dos lóbulos, y teniendo el cuerpo del rotor (24) tres porciones de vértice circunferencialmente espaciadas (20), estando el cuerpo del rotor (24) acoplado a una porción excéntrica de un árbol para efectuar revoluciones orbitales dentro de la cavidad (20) con cada una de las porciones de vértice (30) permaneciendo acopladas de manera sellada con una pared periférica de las paredes del estator (48) y separando tres cámaras rotativas (32) definidas en la cavidad (20) alrededor del cuerpo del rotor (24).
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