ITCB20000005A1

ITCB20000005A1 - TWO STROKE COMPACT ENDOTHERMAL ROTARY ENGINE

Info

Publication number: ITCB20000005A1
Application number: IT2000CB000005A
Authority: IT
Inventors: Domenico Antonio Antinone
Original assignee: Domenico Antonio Antinone; Petrone Lidia
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2001-11-08
Also published as: ITCB20000005A0

Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE DESCRIPTION OF INDUSTRIAL INVENTION

Titolo: MOTORE ROTATIVO ENDOTERMICO COMPATTO A DUE TEMPI. Title: COMPACT TWO-STROKE ENDOTHERMAL ROTARY MOTOR.

L’invenzione in oggetto riguarda i motori rotativi a combustione interna con cicli termici intermittenti. I motori endotermici più diffusi e conosciuti che quindi trovano maggiore applicazione nel mondo dei trasporti e dell’industria, sono i motori “alternativi”. Questi sono costituiti da un blocco di metallo nel quale trovano posto i cilindri e le sedi dell’albero motore. Nei cilindri scorrono avanti e indietro gli stantuffi collegati a loro volta all’albero motore a “gomiti”, tramite le bielle. La testata è ubicata sopra i cilindri dal lato opposto dell’albero motore. Il fluido, (miscela di carburante ed aria) viene convogliato nella camera del cilindro e successivamente fatto esplodere nel momento in cui lo stantuffo si trova nel punto più alto verso la testata. La combustione del fluido, scaturisce un’espansione dello stesso e quindi una forte pressione nella camera che scaturisce inevitabilmente lo spostamento rettilineo dello stantuffo. Lo stantuffo spingendo nel senso del movimento impostogli dall’espansione, tramite la biella trasforma il suo moto rettilineo in movimento rotatorio dell’albero motore. Dopo questa fase, però i ruoli si invertono, quindi ora è l’albero motore a spingere tramite la biella, lo stantuffo che lo fa cambiare bruscamente di direzione affinché ritorni verso la testata, quindi si ha modo di ripetere il ciclo. Il continuo cambiamento di direzione, dello stantuffo e parte della biella, sono causa di grande perdita di energia e causa di grande sollecitazione al manovellismo intero. Ciò comporta anche una notevole difficoltà al bilanciamento delle forze scaturite. The invention in question concerns internal combustion rotary engines with intermittent thermal cycles. The most widespread and well-known endothermic engines, which therefore find greater application in the world of transport and industry, are "alternative" engines. These consist of a metal block in which the cylinders and the crankshaft seats are located. The pistons slide back and forth in the cylinders, connected in turn to the crankshaft at "elbows", via the connecting rods. The cylinder head is located above the cylinders on the opposite side of the crankshaft. The fluid (mixture of fuel and air) is conveyed into the cylinder chamber and subsequently detonated when the piston is at the highest point towards the head. The combustion of the fluid causes an expansion of the same and therefore a strong pressure in the chamber which inevitably results in the rectilinear displacement of the plunger. Pushing the piston in the direction of the movement imposed on it by the expansion, through the connecting rod it transforms its rectilinear motion into rotary movement of the crankshaft. After this phase, however, the roles are reversed, so now it is the crankshaft that pushes the piston through the connecting rod, which causes it to abruptly change direction so that it returns towards the head, so you have the opportunity to repeat the cycle. The continuous change of direction of the piston and part of the connecting rod causes a great loss of energy and causes great stress to the entire crank mechanism. This also entails a considerable difficulty in balancing the resulting forces.

La presente invenzione, infatti, ha lo scopo di eliminare queste problematiche, traendone vantaggi notevoli, più rendimento generale conservando un alto grado di affidabilità . Altri motori rotativi piuttosto noti sono quelli composti da statori e rotori nei quali il ciclo termico è simile a quello dei motori alternativi, ma il rendimento meccanico è sicuramente superiore. La loro complessità nel costruire le tenute dei gas è uno dei fattori per i quali non sono stati largamente diffusi. The present invention, in fact, has the purpose of eliminating these problems, obtaining considerable advantages, more general efficiency while maintaining a high degree of reliability. Other rather well-known rotary motors are those composed of stators and rotors in which the thermal cycle is similar to that of reciprocating motors, but the mechanical efficiency is certainly higher. Their complexity in building gas seals is one of the factors for which they have not been widely disseminated.

L’invenzione in oggetto è un motore endotermico rotativo a due tempi. Il motore in questione è stato progettato affinché abbia caratteristiche e requisiti validi e che contestualmente sia di semplice ed economica costruzione. La fattura semplice del motore, ritengo che sia uno dei fattori decisivo affinché possa essere seriamente preso in considerazione. Per semplificare la descrizione vera e propria, ogni elemento di rilievo sarà siglato da un numero, corrispondente sulle figure allegate. The invention in question is a two-stroke rotary endothermic engine. The engine in question has been designed to have valid characteristics and requirements and, at the same time, to be simple and economical to build. The simple invoice of the engine, I believe it is one of the decisive factors so that it can be seriously taken into consideration. To simplify the actual description, each relevant element will be initialed by a number, corresponding to the attached figures.

Fig. N° 1 Sezione longitudinale Fig. N ° 1 Longitudinal section

Fig. N° 2 Sezione trasversale Fig. N ° 2 Cross section

Fig. N° 3 Vista di un lato del corpo centrale (2) senza carter (3) Fig. N ° 3 View of one side of the central body (2) without casing (3)

Fig. N° 4 Posizione dell’asse longitudinale dello stantuffo (11) durante il suo percorso, in relazione all’orbita (B) descritta dai bracci (10) e all’asse di rotazione del motore (A) Fig. N ° 4 Position of the longitudinal axis of the plunger (11) during its path, in relation to the orbit (B) described by the arms (10) and to the axis of rotation of the motor (A)

Esso infatti è costituito da un corpo di metallo leggero (2) dove trova posto centralmente un cilindro (2A) e da due carter laterali (3) che hanno ambedue la duplice funzione di chiudere la camera di pompaggio (4), che servirà per la fase di lavaggio quindi anche per l’aspirazione e di contenere i cuscinetti (5) sui quali girerà il motore stesso. Fra il corpo del cilindro (2) e i due carter (3) ci sono degli spazi (6) utili a sistemare gli organi necessari per trasformare lo scorrimento dello stantuffo (11) nel cilindro (2A), in movimento rotatorio di tutto il motore e viceversa. Il sistema di trasformazione è spiegato come segue: consideriamo che al centro dei carter (3), nei fori dei cuscinetti (5) confluiscono rispettivamente due semiassi fissi (7) che sono solidali con un supporto esterno (15) e che questi raggiungano entrambi gli spazi (6). Su questi semiassi (7) che sono anche dei supporti vengono imperniati in parallelo ed a una distanza dal loro centro, pari alla metà della corsa totale dello stantuffo (11) , dei cuscinetti (9). Da questi partono rispettivamente due bracci (10), disposti longitudinalmente rispetto al cilindro, la cui lunghezza non è imposta, fino a raggiungere perpendicolarmente lo spinotto (12) dello stantuffo e quindi a collegarsi ad esso. II suddetto sistema è contenuto tutto negli spazi (6). Il corpo del motore con il cilindro ha un solo movimento, in pratica ruota in maniera omogenea sui supporti (7). Lo stantuffo invece oltre a seguire il cilindro, orbita anche intorno all’asse dei cuscinetti (9), impostogli dai bracci (10). Intorno ad uno dei supporti (7) ruota un manicotto (8) che anch’esso raggiunge lo spazio (6), avente nella parte terminale un ingranaggio che fa coppia con un altro collegato opportunamente al braccio (10A). Il motore è composto ancora dalla testata (18) contenente la candela (19) situata sul cilindro esattamente in mezzo ai due carter (3), dimensionata in modo tale che anche la candela non sporga al di sopra dell’altezza più estrema dei carter, al fine di non creare un ingombro inutile; dall’impianto di scarico costituito da un tubo (17) che dalla luce di scarico (13) , si porta centralmente verso il supporto (7B), fino a raggiungere un raccordo (14) anch’esso rotante disposto in maniera anulare rispetto al supporto (7B). Il raccordo anulare (14) si inserisce intorno al supporto (7B), cavo e forato opportunamente, con i dispositivi di tenuta dei gas, in questo modo lo scarico raggiunge la parte fissa e segue verso l’eventuale silenziatore; dalfimpianto di accensione consistente in una bobina e centralina fisse ed un sensore che gira con il motore nonché un isolante dove avviene il salto della corrente. Il cilindro oltre ad essere dotato di luci per il travaso (21 A) e luci per lo scarico (13), è attraversato longitudinalmente da due passaggi (21) che partono dal l’altezza delle luci (21 A) seguendo verso la parte terminale inferiore, che hanno la duplice funzione :uno di far passare il fluido dalla camera di pompaggio (4) all’interno del cilindro attraverso le luci (21 A); due far attraversare lo spinotto (12) dello stantuffo, potendo così determinare la corsa nel cilindro. Sulla superficie esterna del motore sono previste delle alette di raffreddamento, queste inclinate opportunamente in relazione al senso di rotazione del motore, provvedono in maniera automatica a procurarsi l’aria. In fact, it consists of a light metal body (2) where a cylinder (2A) is placed centrally and two side casings (3) which both have the dual function of closing the pumping chamber (4), which will serve for the washing phase therefore also for suction and to contain the bearings (5) on which the motor itself will rotate. Between the cylinder body (2) and the two crankcases (3) there are spaces (6) useful for arranging the parts necessary to transform the sliding of the piston (11) into the cylinder (2A), into a rotary movement of the whole engine and vice versa. The transformation system is explained as follows: consider that in the center of the crankcase (3), in the bearing holes (5) there are respectively two fixed half-shafts (7) which are integral with an external support (15) and that these reach both spaces (6). On these half-shafts (7) which are also supports, the bearings (9) are pivoted in parallel and at a distance from their center, equal to half the total stroke of the piston (11). Two arms (10) start from these respectively, arranged longitudinally with respect to the cylinder, the length of which is not imposed, until they reach perpendicularly the pin (12) of the piston and then connect to it. The aforesaid system is contained entirely in the spaces (6). The body of the motor with the cylinder has only one movement, in practice it rotates evenly on the supports (7). The piston, on the other hand, in addition to following the cylinder, also orbits around the axis of the bearings (9), imposed on it by the arms (10). A sleeve (8) rotates around one of the supports (7) which also reaches the space (6), having a gear in the terminal part that is coupled with another suitably connected to the arm (10A). The engine still consists of the cylinder head (18) containing the spark plug (19) located on the cylinder exactly between the two crankcases (3), sized in such a way that the spark plug does not protrude above the most extreme height of the crankcases, in order not to create an unnecessary footprint; from the exhaust system consisting of a pipe (17) which from the exhaust port (13), moves centrally towards the support (7B), until it reaches a fitting (14) which is also rotating in an annular manner with respect to the support (7B). The annular fitting (14) is inserted around the support (7B), hollow and suitably perforated, with the gas sealing devices, in this way the exhaust reaches the fixed part and follows towards the possible silencer; from the ignition system consisting of a fixed coil and control unit and a sensor that rotates with the engine as well as an insulator where the current jump occurs. The cylinder, in addition to being equipped with ports for the transfer (21 A) and ports for the exhaust (13), is crossed longitudinally by two passages (21) which start from the height of the ports (21 A) following towards the terminal part lower, which have the dual function: one of passing the fluid from the pumping chamber (4) into the cylinder through the ports (21 A); two pass the pin (12) of the piston, thus being able to determine the stroke in the cylinder. Cooling fins are provided on the external surface of the motor, these suitably inclined in relation to the direction of rotation of the motor, automatically obtaining the air.

La lubrificazione degli organi soggetti ad attrito sia volvente che radente è assicurata da una bassa percentuale di olio contenuta nella miscela . The lubrication of the parts subject to both rolling and sliding friction is ensured by a low percentage of oil contained in the mixture.

II funzionamento del motore rotativo in oggetto è pressoché simile a quello dei motori alternativi a due tempi di piccole dimensioni al momento conosciuti. Infatti , il fluido attraversa il supporto (7A) opportunamente cavo longitudinalmente incontrando nel suo interno la valvola automatica a lamelle (15), per poi immettersi nella camera di pompaggio (4) ricavata fra le pareti dei carter (3) e la zona sottostante Io stantuffo (11). Per effetto della compressione dovuta al movimento dello stantuffo, il fluido passa attraverso i passaggi (21) e le luci di travaso (21 A) per raggiungere l’interno del cilindro (2A). Il passaggio del fluido attraverso i passaggi (21) non è ostacolato dallo spinotto (12) che nel frattempo sta per terminare la sua corsa di ritorno. Il fluido convogliato nel cilindro effettua il lavaggio dei gas combusti nel ciclo precedente, tacendoli fuoriuscire attraverso la luce di scarico (13), per poi rimanere nella camera di combustione ed essere combusto, per effetto della scintilla scaturita dalla candela The operation of the rotary engine in question is almost similar to that of the small two-stroke reciprocating engines known at the moment. In fact, the fluid crosses the suitably hollow support (7A) longitudinally meeting the automatic reed valve (15) inside, and then enters the pumping chamber (4) obtained between the walls of the crankcase (3) and the area below it. plunger (11). Due to the compression due to the movement of the plunger, the fluid passes through the passages (21) and the transfer ports (21 A) to reach the inside of the cylinder (2A). The passage of the fluid through the passages (21) is not obstructed by the pin (12) which in the meantime is about to end its return stroke. The fluid conveyed into the cylinder cleans the burnt gases in the previous cycle, keeping them from escaping through the exhaust port (13), and then remains in the combustion chamber and is burned, due to the spark from the spark plug.

L’espansione, effetto della combustione del fluido, genera la forte pressione sul cielo dello stantuffo (11), generando i movimenti rotatori precedentemente descritti. Ho voluto ricordare il percorso del fluido ed i suoi cambiamenti di stato, anche se sono analoghi ai motori tradizionali, affinché si possa pensare questo ciclo aggiungendo un fattore determinate che è quello della rotazione di tutto il complesso, sfruttando in meglio tutto quello che la rotazione può far scaturire. Citerei ad esempio la forza centrifuga, alla quale nemmeno la più piccole particelle gassose a contatto con le superfìci sono indifferenti; all’aumento della turbolenza del fluido nel cilindro, ubicando ed inclinando opportunamente le luci in relazione al senso di rotazione imposto al motore; al migliore rendimento del lavaggio, ubicando le luci di travaso (21 A) leggermente decentrate rispetto all’asse di rotazione del motore stesso, verso la testata, ottenendo il coinvolgimento dei gas freschi con la forza centrifuga e di conseguenza l’ impedimento di una prematura fuoriuscita degli stessi attraverso la luce di scarico(13). La forza centrifuga inoltre contribuiesce a non favorire la fuoriuscita di particelle oleose attaccate alle pareti del cilindro attraverso la luce di scarico, potendo cosi diminuire la percentuale d'olio nel carburante. The expansion, effect of the combustion of the fluid, generates the strong pressure on the top of the piston (11), generating the previously described rotary movements. I wanted to remember the path of the fluid and its state changes, even if they are similar to traditional motors, so that we can think of this cycle by adding a certain factor which is that of the rotation of the whole complex, making the most of all that rotation can bring forth. I would mention for example the centrifugal force, to which not even the smallest gaseous particles in contact with the surfaces are indifferent; to the increase in turbulence of the fluid in the cylinder, by appropriately locating and tilting the lights in relation to the direction of rotation imposed on the engine; to the best washing performance, by locating the transfer ports (21 A) slightly off-center with respect to the rotation axis of the motor itself, towards the head, obtaining the involvement of the fresh gases with the centrifugal force and consequently the prevention of a premature they come out through the exhaust port (13). The centrifugal force also helps not to favor the escape of oily particles attached to the walls of the cylinder through the exhaust port, thus being able to reduce the percentage of oil in the fuel.

Il motore in questione potenzialmente dà la possibilità di ovviare alle problematiche dei motori alternativi precedentemente citate, anche nelle più piccole applicazioni, considerando la sua compattezza. Infatti , a parità di cilindrata usata, abbiamo un ingombro reale nettamente inferiore rispetto ai motori tradizionali. Un altro dei vantaggi di questo motore è quello di poter prendere il moto in maniera facoltativa da due parti diverse e cioè .uno dalla rotazione di tutto il motore (1) ; due dalla rotazione dell’asse sulla quale orbita lo stantuffo (11), attraverso una coppia di ingranaggi legati rispettivamente al braccio (10A) ed al manicoto (8). La seconda soluzione risulta sicuramente migliore per impieghi gravosi in quanto rattrito fra stantuffo e cilindro si abbatterebbe notevolmente, considerando che non c’è più nessuna azione e nessuna forza risultante da parte dello stantuffo verso la parete del cilindro ( come succede invece nei motori tradizionali). La possibilità di dimensionare senza vincoli determinanti, la lunghezza dei bracci (10) e quindi l’orbita descritta dallo stantuffo, è anche questo un fattore rilevante, perché si può otenere un compromesso ideale fra braccio di leva e angolo di spinta, formato quest’ultimo fra l’asse longitudinale dello stantuffo e l’orbita descritta in relazione ai bracci (10), ottimizzando la coppia. Considerando tuti i vantaggi sin dall’inizio citati, possiamo dedurre che il motore oggetto dell’invenzione abbia sicuramente una miglior efficienza generale. The engine in question potentially gives the possibility of solving the problems of the reciprocating engines mentioned above, even in the smallest applications, considering its compactness. In fact, with the same displacement used, we have a much smaller footprint than traditional engines. Another advantage of this motor is that it can optionally take motion from two different parts, that is, one from the rotation of the whole motor (1); two by the rotation of the axis on which the piston (11) orbits, through a pair of gears linked respectively to the arm (10A) and to the sleeve (8). The second solution is certainly better for heavy use as friction between piston and cylinder would be considerably reduced, considering that there is no longer any action and no resulting force from the piston towards the cylinder wall (as happens instead in traditional engines) . The possibility of dimensioning without determining constraints, the length of the arms (10) and therefore the orbit described by the piston, is also a relevant factor, because an ideal compromise can be obtained between the lever arm and the thrust angle, formed by this last between the longitudinal axis of the plunger and the orbit described in relation to the arms (10), optimizing the torque. Considering all the advantages mentioned since the beginning, we can deduce that the motor object of the invention certainly has a better overall efficiency.

A dimostrazione della certa fattibilità del trovato, si fa presente che il motore in questione è stato realizzato in pratica come prototipo, dallo stesso inventore, riscontrando nel suo funzionamento i presupposti della fase progettuale. As a demonstration of the certain feasibility of the invention, it should be noted that the motor in question was practically built as a prototype by the inventor himself, finding in its operation the assumptions of the design phase.

Claims

CLAIMS 1) Compact two-stroke endothermic rotary engine, characterized by the fact that it is mainly composed of a central body (2) in which the cylinder (2A) is located; by two casings (3) placed laterally to the central body, centrally containing the bearings (5); by two supports (7) integral with an external support (15).

2) Compact two-stroke endothermic rotary engine, according to claim 1) is characterized by the fact that the structure composed of the central body (2) and cylinder (2A) rotates on itself involved by the casings (3) on the supports (7).

3) Compact two-stroke endothermic rotary engine, according to the preceding claims, is characterized by the system for transforming the sliding of the piston (11) in the cylinder (2A), into rotary motion of the entire engine, using two arms (10) hinged on the supports (7), which connected to the piston (11) by means of the pin (12), orbit around their axis of rotation.

4) Compact two-stroke endothermic rotary engine, according to the previous claims, is characterized by the fact that the piston (11) completes its path in the cylinder (2 A) without its mass generating alternating forces of inertia.

5) Compact two-stroke endothermic rotary engine, according to the preceding claims, is characterized in that the piston (11) is subject to screwing, as described by Aa on the longitudinal axis in figure 4.

6) Compact two-stroke endothermic rotary engine according to the previous claims, is characterized by being able to use the rotary motion resulting from the system referred to in claim 3), directly from the rotation of the entire engine body.

7) Compact two-stroke endothermic rotary engine, according to the preceding claims, is characterized by the fact that it can take advantage of the rotary motion, also drawing it from the rotation of the transformation system, by means of a pair of gears, linked relatively to the arm (10A) and to the sleeve (8).

8) Compact two-stroke endothermic rotary engine, according to the preceding claims, is characterized by the possibility of dimensioning, within the diameter allowed by the spaces (6), the length of the arms (10) and therefore the orbit described by the piston (11), in order to optimize the torque.

9) Compact two-stroke endothermic rotary engine, according to the preceding claims, and characterized in that the reaction torque, resulting from the operation of the engine itself, is contained only through the supports (7).

10) Compact two-stroke endothermic rotary engine, according to the previous claims, is characterized by small dimensions since its total height is equal to the height of the cylinder (2A) with attached head (18) and spark plug (19).