ITBS20110161A1

ITBS20110161A1 - DIESEL CYCLE ROTARY MOTOR

Info

Publication number: ITBS20110161A1
Application number: IT000161A
Authority: IT
Inventors: Antonio Jaforte; Emanuele Jaforte
Original assignee: Antonio Jaforte; Emanuele Jaforte
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-05-26

Description

DESCRIZIONE - Motore rotativo a ciclo diesel - Pag 1 di 4 DESCRIPTION - Diesel cycle rotary engine - Page 1 of 4

Struttura del motore Engine structure

La realizzazione di un motore a scoppio rotativo presuppone l’insieme di alcune parti essenziali: • Statore: è il basamento del motore conformato in modo da contenere uno spazio cilindrico. (Tavola 1 - Elemento S) The construction of a rotary combustion engine requires the set of some essential parts: • Stator: it is the engine base which is shaped to contain a cylindrical space. (Table 1 - Element S)

• Rotore: dotato di due pale contrapposte. Con diametro e altezza pari a quelli dello spazio cilindrico dello statore, ruota in esso con le superfici delle pale a contatto. (Tavola 1 - Elementi R, PI) • Valvole: chiameremo così le paratie mobili, di altezza pari al rotore, in grado di rientrare nel corpo dello statore. (Tavola 1 - Elementi Tl, T2, T3) • Rotor: equipped with two opposing blades. With diameter and height equal to those of the cylindrical space of the stator, it rotates in it with the surfaces of the blades in contact. (Table 1 - Elements R, PI) • Valves: this is how we will call the movable bulkheads, having a height equal to the rotor, capable of re-entering the stator body. (Table 1 - Elements Tl, T2, T3)

Dall’accoppiamento dello statore con il rotore, si genera un vano vuoto a forma di canale circolare di sezione rettangolare. Chiameremo tale vano “camera”. (Tavola 1 - Elemento C). Nello statore sono ricavate le sedi per le valvole, costituite da blocchi in metallo che scorrono a comando fino ad occupare tutta la luce della camera. Così si realizza una struttura in cui il volume compreso fra la valvola e la pala del rotore varia in finizione della loro posizione reciproca. Diviene allora possibile paragonare tale insieme ad un motore a scoppio a pistoni: By coupling the stator with the rotor, an empty space is generated in the shape of a circular channel with a rectangular section. We will call this room "room". (Table 1 - Element C). The valve seats are formed in the stator, consisting of metal blocks that slide on command until they occupy the entire opening of the chamber. Thus a structure is obtained in which the volume comprised between the valve and the rotor blade varies according to their reciprocal position. It then becomes possible to compare this together with a piston internal combustion engine:

• la camera circolare è il “cilindro”, • the circular chamber is the "cylinder",

• la valvola, ferma rispetto allo statore, funge da “testata” • the valve, stationary with respect to the stator, acts as a "head"

<•>le pale del rotore agiscono come “pistone” trasformando in movimento l’energia dello scoppio. <•> the rotor blades act as a "piston" transforming the energy of the explosion into motion.

In tale struttura, con l’applicazione di organi meccanici, elettromeccanici o idraulici per il comando delle valvole e per la gestione del carburante e dei gas esausti, è possibile realizzare il ciclo proprio dei motori a scoppio come indicato al paragrafo “Funzionamento del ciclo” (Tavola 3). In this structure, with the application of mechanical, electromechanical or hydraulic devices for the control of the valves and for the management of fuel and exhaust gases, it is possible to create the proper cycle of internal combustion engines as indicated in the paragraph "Cycle operation" (Table 3).

DESCRIZIONE - Motore rotativo a ciclo diesel - Pag 2 di 4 DESCRIPTION - Diesel cycle rotary engine - Page 2 of 4

Dispositivo di continuità della rotazione del rotore Rotor rotation continuity device

Il motore deve essere dotato di strutture che consentano la continuità di rotazione e la ripetizione indefinita del ciclo. Il comando delle valvole (Tavola 1 - Elementi Tl, T2, T3) deve avvenire in modo che esse rientrino nel corpo dello statore in corrispondenza del passaggio delle pale del rotore e assumano le posizioni richieste per la realizzazione del ciclo diesel secondo la sequenza descritta più avanti alla voce “Funzionamento del ciclo”. The engine must be equipped with structures that allow continuity of rotation and indefinite repetition of the cycle. The control of the valves (Table 1 - Elements Tl, T2, T3) must take place so that they reenter the stator body in correspondence with the passage of the rotor blades and assume the positions required for the realization of the diesel cycle according to the sequence described more continue under “Cycle operation”.

Nei disegni sono illustrati i movimenti delle valvole con un sistema di camme comandate dal rotore con ingranaggi, catena o cinghia dentata, in modo analogo al comando delle valvole di un motore a cilindri. E tuttavia possibile pensare a comandi di tipo elettromeccanico o idraulico. The drawings show the movements of the valves with a system of cams controlled by the rotor with gears, chain or toothed belt, in a similar way to the control of the valves of a cylinder engine. However, it is possible to think of electromechanical or hydraulic controls.

Camera di scoppio Burst chamber

È il tratto della camera compreso fra Tl e T2 (Tavola 1 - Elemento C); vi si affacciano, in apposite sedi, il complesso di iniezione del carburante e la “candeletta” di preriscaldamento. AlTintemo della camera di scoppio si trova un tratto dove la diversa curvatura allontana la parete della camera dalla pala del rotore, la sua funzione verrà descritta alla voce “Funzionamento del ciclo”. It is the section of the chamber between Tl and T2 (Table 1 - Element C); the fuel injection unit and the preheating “glow plug” overlook it in special locations. Inside the combustion chamber there is a section where the different curvature moves the chamber wall away from the rotor blade, its function will be described under the heading “Cycle operation”.

Funzionamento del ciclo (Tavola 3) Operation of the cycle (Table 3)

1. Si inizia dal punto in cui, ruotando in senso orario, la pala P 1 del rotore si trova prima della valvola Tl che in questa fase è rientrata nel corpo dello statore e quindi aperta. La pala PI sta comprimendo Taria contro la valvola T2. 1. It starts from the point where, by turning clockwise, the blade P 1 of the rotor is before the valve Tl which in this phase has re-entered the body of the stator and therefore opened. The PI blade is compressing Taria against the T2 valve.

2. Nel passaggio della pala PI davanti alla sede della valvola Tl, la tenuta della pressione è dovuta al tratto di arco col quale è dimensionata la pala PI, di lunghezza maggiore della feritoia della valvola. La compressione continua nella camera di scoppio C fra Tl e T2. 2. In the passage of the blade PI in front of the seat of the valve Tl, the pressure seal is due to the arc section with which the blade PI is dimensioned, which is longer than the slit of the valve. Compression continues in the combustion chamber C between Tl and T2.

3. La valvola Tl si chiude mentre la pala entra nel primo tratto di canale a tenuta. Alla sua fine, si è creato un piccolo vuoto tra la pala e la valvola Tl mentre nel contempo si è raggiunta la massima pressione fra la pala e la valvola T2. 3. The valve Tl closes as the blade enters the first section of the sealed channel. At its end, a small vacuum was created between the blade and the valve Tl while at the same time the maximum pressure was reached between the blade and the valve T2.

4. Proseguendo nella rotazione, la pala entra nella zona centrale dalla conformazione diversa. La curva più accentuata della cavità permette la comunicazione fra le zone alla destra e alla sinistra della pala PI. La zona di vuoto creata in precedenza attrae l’aria in pressione che riempie tutta la camera di scoppio scendendo dal valore massimo raggiunto in precedenza (La minimizzazione di tale intervallo sarà oggetto di studi futuri per incrementare il rendimento del motore). Tutto il sistema di alimentazione deve essere calibrato per il raggiungimento della pressione ottimale in questo momento. 4. Continuing to rotate, the blade enters the central area with a different conformation. The more pronounced curve of the cavity allows communication between the areas to the right and left of the PI blade. The previously created vacuum area attracts the pressurized air that fills the entire combustion chamber, falling from the maximum value previously reached (The minimization of this interval will be the subject of future studies to increase engine efficiency). The entire fuel system must be calibrated to achieve optimum pressure at this time.

DESCRIZIONE - Motore rotativo a ciclo diesel - Pag 3 di 4 DESCRIPTION - Diesel cycle rotary engine - Page 3 of 4

5. La valvolaT2 si apre mentre la pala PI entra nel terzo tratto, a tenuta, della camera di scoppio. 5. Valve T2 opens while blade PI enters the third, sealed section of the combustion chamber.

L’iniettore J entra in azione e avviene l’iniezione del carburante che, trovando le giuste condizioni, scoppia come atteso. The injector J comes into action and the fuel is injected which, finding the right conditions, bursts as expected.

6. Anche nel passaggio della pala P 1 davanti alla sede della valvola T2, la tenuta della pressione è do-vuta al tratto di arco col quale è dimensionata la pala PI, di lunghezza maggiore della feritoia della valvola. Continua l’espansione dei gas fino al punto di scarico O mentre la valvola T3 (visibile in Tavola 1) resta sempre chiusa tranne una breve apertura per il passaggio delle pale. 6. Also in the passage of the blade P 1 in front of the seat of the valve T2, the pressure seal is due to the arc portion with which the blade P1 is dimensioned, which is longer than the slit of the valve. The expansion of the gases continues up to the discharge point O while the T3 valve (visible in Table 1) is always closed except for a brief opening for the passage of the blades.

7. Fin qui il rotore ha percorso mezzo giro. Si apre nuovamente la valvola TI mentre si chiude la valvola T2 e il ciclo si ripete con la pala P2. 11 momento di cambio di posizione delle due valvole deve essere deciso in fase di progetto del motore così come la dotazione di eventuali meccanismi variatori di fase. 7. The rotor has traveled half a turn so far. Valve TI opens again while valve T2 closes and the cycle is repeated with blade P2. The moment of change of position of the two valves must be decided in the engine design phase as well as the provision of any phase variator mechanisms.

Osservazioni generali General remarks

• I disegni che illustrano la presente richiesta di brevetto devono considerarsi come indicazioni di principio: infatti dimensionamenti, materiali di costruzione e sistemi di comando devono essere studiati, prima in sede teorica e poi nella realizzazione pratica, in modo da rispondere alle effettive caratteristiche del motore che si vuole fabbricare. • The drawings illustrating this patent application must be considered as indications of principle: in fact, sizing, construction materials and control systems must be studied, first in theory and then in practical implementation, in order to respond to the actual characteristics of the motor that you want to manufacture.

<•>La camera che si forma fra statore e rotore deve essere a tenuta di pressione, quindi la lavorazione dei pezzi in contatto fra loro deve essere della massima precisione oggi ottenibile con le moderne lavorazioni meccaniche. Lo scorrimento del rotore contro lo statore deve essere agevolato da una lubrificazione a velo d’olio, come avviene tra pistoni e cilindri di un comune motore a pistoni. Va quindi creato un sistema di circolazione dell’olio, simile a quello oggi adottato nei motori odierni detti “a carter secco”. <•> The chamber formed between the stator and rotor must be pressure-tight, therefore the machining of the pieces in contact with each other must be of the highest precision obtainable today with modern mechanical machining. The sliding of the rotor against the stator must be facilitated by an oil film lubrication, as occurs between pistons and cylinders of a common piston engine. An oil circulation system must therefore be created, similar to the one adopted today in today's so-called "dry sump" engines.

<■>Questo tipo di motore rotante consente di realizzare le parti in contatto reciproco con macchine utensili ordinarie e lavorazioni semplici, ampiamente alla portata della industria moderna, così che non si presentino i problemi di tenuta che hanno sempre reso inadeguati, per un utilizzo di massa, tutti i precedenti tentativi di realizzare un motore rotativo. <■> This type of rotary motor allows the parts in mutual contact to be made with ordinary machine tools and simple processes, widely within the reach of modern industry, so that the sealing problems that have always made inadequate, for a use of mass, all previous attempts to make a rotary engine.

DESCR1ZIONE - Motore rotativo a ciclo diesel - Pag 4 di 4 DESCRIPTION - Diesel cycle rotary engine - Page 4 of 4

Osservazioni generali (segue) General remarks (cont.)

• Le dimensioni delle pale del rotore devono essere calcolate in modo da coprire completamente i passaggi di fronte alle sedi delle paratie retrattili perché nella zona di contatto con il rotore, il raggio di curvatura delle valvole Tl, T2 e T3 è lievemente inferiore a quello interno dello statore. • The dimensions of the rotor blades must be calculated so as to completely cover the passages in front of the seats of the retractable bulkheads because in the area of contact with the rotor, the radius of curvature of the valves Tl, T2 and T3 is slightly less than the internal one of the stator.

• La pressione corretta per il funzionamento del ciclo diesel è raggiunta per razione di un compressore volumetrico posto all’ingresso dell’aria 1, come illustrato nella Tavola 2 - Disegno 3. • The correct pressure for the operation of the diesel cycle is reached by the ration of a volumetric compressor placed at the air inlet 1, as shown in Table 2 - Drawing 3.

• I dispositivi necessari per il movimento delle valvole possono essere di varia struttura. Nei disegni sono raffigurati quelli ritenuti di più agevole e sicura comprensione, ma possono esserne adottati altri, purché capaci di dare garanzia di rapidità di azione e tenuta delle pressioni in gioco. • The devices necessary for the movement of the valves can be of various structures. The drawings show those considered easier and safer to understand, but others can be adopted, as long as they are capable of guaranteeing rapidity of action and resistance to the pressures involved.

• Il motore è dotato di raffreddamento a liquido attraverso condotte ricavate nel basamento dello statore. Anche il rotore può contribuire al raffreddamento: può essere alettato convogliando, in movimento, un flusso di aria attraverso la struttura meccanica. • The motor is equipped with liquid cooling through ducts obtained in the stator base. The rotor can also contribute to cooling: it can be finned by conveying, in motion, a flow of air through the mechanical structure.

Caratteristiche attese Features expected

Dal motore in progetto si aspetta una grande erogazione di coppia motrice, poiché la forza determinata dallo scoppio agisce sull’albero motore con un braccio pari al raggio del rotore, una misura molto maggiore di quella disponibile negli attuali motori alternativi automobilistici, anche di grossa cilindrata, nei quali il braccio è pari alla metà della corsa dei pistoni e la coppia espressa è strettamente dipendente dalla cilindrata. The engine in the project expects a large supply of torque, since the force determined by the explosion acts on the crankshaft with an arm equal to the radius of the rotor, a measure much greater than that available in current automotive reciprocating engines, even of large displacement. , in which the arm is equal to half the stroke of the pistons and the torque expressed is strictly dependent on the displacement.

Nel motore rotativo la potenza ottenibile dipenderà dalle dimensioni della camera a corona circolare, quindi dal diametro del complesso statore-rotore, e più esattamente dal volume complessivo compreso fra il punto A e la paratia T2, che sarà definita “cubatura utile” o più semplicemente “cubatura”, del tutto assimilabile alla “cilindrata” degli attuali motori alternativi. L’altro valore essenziale, cioè il “numero di giri/minuto” sarà in stretta relazione con il funzionamento del meccanismo con cui le valvole Tl e T2 e T3 lasciano passare la pala PI del rotore. In the rotary engine, the power that can be obtained will depend on the size of the circular ring chamber, therefore on the diameter of the stator-rotor complex, and more precisely on the overall volume between point A and bulkhead T2, which will be defined as "useful cubature" or more simply “Cubature”, completely similar to the “displacement” of the current alternative engines. The other essential value, that is the "number of revolutions / minute" will be closely related to the operation of the mechanism with which the valves Tl and T2 and T3 let the rotor blade PI pass.

Claims

CLAIMS - Diesel cycle rotary engine - pag. 1 of 2 1 Rotary combustion engine based on the use of a stator-rotor complex within which a "chamber in the shape of a" circular crown with rectangular section "is generated, conceptually similar to a" cylinder ”Of today's alternative combustion engines. In the said “chamber” the characteristic cycle of the so-called “internal combustion” engines is carried out: intake, compression, combustion-expansion and exhaust.

2. Rotary combustion engine whose structure is specifically developed for the “diesel cycle”, therefore with compression ignition of diesel fuel or biodiesel. The overall dimensions and the individual components, the location of the air inlet and any supercharging must be calculated in such a way as to allow a compression ratio between 16: 1 and 20: 1.

3. Rotary combustion engine that avoids energy losses due to reciprocating motions and vibrations having few masses in reciprocating motion. High performance, vibrations and reduced consumption are conceivable.

4. Rotary combustion engine equipped in the stator with two retractable bulkheads, or valves, which with their movement determine the operating phases and, again in the stator, with a third retractable bulkhead which constitutes the separation between the seat part of the explosion phases -expansion-exhaust and the seat part of the intake-compression phases. The rotor is equipped with blades (referred to above as "piston bulkheads" or "fixed bulkheads") against which the pressure of the explosion is exerted which determines the rotation, ie the useful phases of the cycle.

5. Rotary combustion engine in which the retractable bulkheads, as defined in Claim 4, are operated by a system of cams which determines their movement. The cams make two turns for each turn of the rotor and are driven by this with gears, chain or toothed belt. CLAIMS - Diesel cycle rotary engine - pag. 2 of 2

6. Rotary combustion engine in which the combustion chamber is formed by that part of the aforementioned "chamber in the shape of a circular crown with a rectangular section" between the two retractable bulkheads referred to in Claim 4. The dimensions of this chamber, the shape and characteristics of its walls are designed so that when the rotor blade (PI) enters it, it does not encounter an obstacle to its movement by the air compressed therein, as illustrated in the item "Description-Operation of the cycle" .

7. Rotary combustion engine developed for the diesel cycle, but which, depending on the sizing and relative positions between the components, can be adapted to the positive ignition cycle (i.e. petrol, petrol-alcohol blends, LPG, Methane) with Γ installation in the combustion chamber of one (or more) spark plugs and specific injectors. The supercharged version with compressor, wastegate valve and intercooler radiator is also possible.

8. Diesel cycle rotary combustion engine composed of a limited number of parts, achievable with ordinary mechanical machining in the industrial field. The constructive characteristics allow to realize drive units with low overall dimensions.

9. Rotary combustion engine which, through the measurement of the rotor radius decided in the design phase, allows a high engine torque even with reduced cubic volumes.

10. Rotary combustion engine, for which very high development possibilities are foreseeable, the main lines of which may be: • Choice of dimensions according to the desired power. • Stator - rotor reciprocal position (internal or external rotor). <•> Shape of the stator and rotor section and of the contact surfaces between them. • Geometric shape of the steering bulkheads and relative seats. • Location of the retractable bulkheads (on the stator or rotor). • Valve control systems (mechanical, pneumatic, electromagnetic, etc.). <•> System for varying the compression ratio, depending on the fuel.