ITMI20091798A1

ITMI20091798A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH ROTATING CYLINDERS.

Info

Publication number: ITMI20091798A1
Application number: IT001798A
Authority: IT
Inventors: Luigi Greppi
Original assignee: Luigi Greppi
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-04-20
Also published as: EP2312121A1

Description

MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA CON CILINDRI ROTANTI INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH ROTATING CYLINDERS

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo dell'invenzione Field of the invention

La presente invenzione si riferisce a un motore a combustione interna, in particolare un motore a cilindri/stantuffi rotanti. The present invention relates to an internal combustion engine, in particular an engine with rotating cylinders / pistons.

Tecnica antecedente Previous technique

I motori a combustione interna, come i motori a scoppio o i motori diesel, sono ampiamente diffusi nel mondo degli autoveicoli, oltre che di altri tipi di veicoli. Tali motori, per una serie di ragioni, presentano intrinsecamente rendimenti estremamente bassi, sia per il ciclo termodinamico che viene coinvolto (che ha un rendimento teorico inferiore al 30%), sia per altri fattori, come il fatto che gran parte dell'energia viene impiegata per tenere in moto il motore, parte per trasportare il peso del solo veicolo e solo una frazione di circa il 10% per trasportare passeggeri e carichi. E' evidente che, soprattutto in caso di aumento dei prezzi dei carburanti rispetto a quando i primi motori sono stati realizzati, anche piccole differenze di rendimento possono determinare il successo di un determinato veicolo. Internal combustion engines, such as internal combustion engines or diesel engines, are widely used in the automotive world, as well as other types of vehicles. These motors, for a number of reasons, inherently have extremely low efficiencies, both for the thermodynamic cycle involved (which has a theoretical efficiency of less than 30%), and for other factors, such as the fact that a large part of the energy is used to keep the engine running, it starts to carry the weight of the vehicle alone and only a fraction of about 10% to carry passengers and loads. It is clear that, especially in the event of a rise in fuel prices compared to when the first engines were made, even small differences in performance can determine the success of a particular vehicle.

Questo stato di cose ha fatto sì che una gran parte degli studi attualmente in corso siano volti alla realizzazione di motori efficienti; conseguentemente, ultimamente i motori a combustione interna a quattro ed a due tempi alimentati da combustibili leggeri, e quindi veloci come quelli usati per le corse e da questi derivati per auto e moto, sono suscettibili di minore sviluppo relativo rispetto ai motori diesel più lenti, ma che sono capaci di migliorare i rendimenti graduando l'iniezione del combustibile durante la fase di scoppio. I motori Diesel di nuova generazione sono in grado di effettuare tale graduazione in parte a volume e in parte a pressione costante (Sabathè) variando la durata delle fasi in funzione dei giri; tuttavia, non è possibile modificare la durata relativa del moto alternativo, governato dalle alternanze cicliche del moto degli stantuffi permesso dal meccanismo biellamanovella. This state of affairs has meant that a large part of the studies currently underway are aimed at the realization of efficient engines; consequently, lately the four and two-stroke internal combustion engines fueled by light fuels, and therefore as fast as those used for racing and from these derivatives for cars and motorcycles, are susceptible to less relative development than slower diesel engines, but which are capable of improving efficiency by graduating the fuel injection during the bursting phase. The new generation Diesel engines are able to carry out this graduation partly by volume and partly at constant pressure (Sabathè) by varying the duration of the phases according to the revolutions; however, it is not possible to modify the relative duration of the reciprocating motion, governed by the cyclical alternations of the motion of the pistons permitted by the connecting rod mechanism.

Genericamente per ottenere maggior potenza specifica e migliori rendimenti, si prevede di sovralimentare i motori di comburente con l'energia ottenuta dai gas di scarico o dal motore stesso con apparati comprensivi di compressori e trasmissioni separati ed ingombranti. Generally, in order to obtain greater specific power and better efficiency, it is envisaged to supercharge the combustion engines with the energy obtained from the exhaust gases or from the engine itself with apparatuses including separate and bulky compressors and transmissions.

Si è altresì riscontrato che l'ingombro dei motori attuali sta diventando un problema sempre più sentito, dal momento che lo spazio occupato da monoblocco, stantuffi, bielle, alberi a gomito e valvole sulle testate richiede notevoli volumi che potrebbero altrimenti rivelarsi utili per l'abitabilità del veicolo, in particolar modo nei veicoli a trazione ibrida, dove più di un motore deve essere alloggiato nello stesso vano del veicolo. It has also been found that the overall dimensions of current engines are becoming an increasingly felt problem, since the space occupied by the cylinder block, pistons, connecting rods, crankshafts and valves on the cylinder heads requires considerable volumes that could otherwise prove useful for the roominess of the vehicle, especially in hybrid-drive vehicles, where more than one engine must be housed in the same compartment as the vehicle.

Inoltre, l'ingombro eccessivo comporta - in sede di progettazione del motore - la necessità di potenziare la cilindrata e di trovare soluzioni che risolvano le eccessive vibrazioni, che talora costringono i progettisti a realizzare alberi con masse eccentriche rotanti, e - conseguentemente - contro il rumore. Furthermore, the excessive bulk involves - when designing the engine - the need to increase the displacement and to find solutions that solve the excessive vibrations, which sometimes force designers to create shafts with rotating eccentric masses, and - consequently - against the noise.

Al fine di trovare soluzioni alternative al tradizionale motore con stantuffi paralleli, si è optato per studiare configurazioni a motore rotante. In order to find alternative solutions to the traditional motor with parallel pistons, it was decided to study configurations with a rotating motor.

In passato, alcuni aeroplani furono dotati di motori cilindrici ruotanti con camere di scoppio periferiche, costituite da biella e bottone di manovella eccentrico fisso centrale. Analogamente, in alcune macchine semplici a vapore, al cilindro venivano consentiti piccoli spostamenti angolari per investire direttamente sul proprio asse il bottone di manovella durante la rotazione dell'albero motore, così da non interferire con la biella. In the past, some airplanes were equipped with rotating cylindrical engines with peripheral combustion chambers, consisting of a connecting rod and a central fixed eccentric crank button. Similarly, in some simple steam machines, the cylinder was allowed small angular displacements to hit the crank button directly on its axis during the rotation of the crankshaft, so as not to interfere with the connecting rod.

Ancora, secondo la tecnica nota, sono stati già proposti motori a vapore con cilindri rotanti e stantuffi radiali agenti con rulli o pattini su involucri circolari esterni disassati rispetto al loro centro di rotazione; motori a 3 cilindri (RUTH) e a 4 cilindri (ALMOND) entrambi con distributori centrali a disco e motori idraulici lenti, a cilindri radiali, agenti tramite rulli su una guida esterna a più lobi. Furthermore, according to the known art, steam engines have already been proposed with rotating cylinders and radial pistons acting with rollers or shoes on external circular casings which are offset with respect to their center of rotation; 3-cylinder (RUTH) and 4-cylinder (ALMOND) engines both with central disc distributors and slow hydraulic motors with radial cylinders, acting by means of rollers on an external multi-lobe guide.

Nessuno di questi motori, tuttavia, ebbe successo nei convenzionali veicoli per il trasporto su terra. Recentemente sono stati sviluppati nuovi motori rotanti, come il motore Wankel, che si sono rivelati sufficientemente funzionali da trovare diverse applicazioni pratiche, dimostrando di avere alcuni vantaggi e soprattutto ingombri più ridotti rispetto ai tradizionali motori lineari. Tuttavia, si sono riscontrati notevoli problemi determinati dalla morfologia del rotore: infatti, il rotore provvisto di spigoli presenta una tenuta precaria nella camera a scoppio, che porta a considerare ancora insostituibile la migliore funzionalità della camera di scoppio convenzionale cilindrica. Inoltre, si è constatato che l'efficienza da essi realizzata è assolutamente insufficiente per le esigenze attuali di mercato. None of these engines, however, were successful in conventional ground transportation vehicles. Recently, new rotary motors have been developed, such as the Wankel motor, which have proved to be functional enough to find various practical applications, proving to have some advantages and above all smaller dimensions compared to traditional linear motors. However, significant problems have been encountered due to the morphology of the rotor: in fact, the rotor provided with edges has a precarious seal in the combustion chamber, which leads to consider the better functionality of the conventional cylindrical combustion chamber still irreplaceable. Furthermore, it was found that the efficiency achieved by them is absolutely insufficient for the current market needs.

Scopo della presente invenzione è pertanto di realizzare un motore con stantuffi rotanti che abbia ingombri ridotti, grazie alla grande semplificazione di componenti, che sia utilizzabile per ogni tipo di alimentazione, che diminuisca le forze inerziali dovute alle masse mobili rispetto al manovellismo e che consenta direttamente la sovralimentazione necessaria all'incremento della potenza specifica per la disponibilità di una maggior quantità di comburente rispetto a quello normalmente aspirato, potendo quindi provvedere anche al raffreddamento a mezzo fermo. The purpose of the present invention is therefore to realize a motor with rotating pistons which has reduced dimensions, thanks to the great simplification of components, which can be used for any type of power supply, which decreases the inertial forces due to the moving masses with respect to the crank mechanism and which directly allows the supercharging necessary to increase the specific power due to the availability of a greater quantity of comburent than that normally aspirated, thus being able to provide for cooling even when the vehicle is stationary.

Ulteriore scopo è quello di offrire un motore in cui si possa mantenere la camera di scoppio cilindrica classica ed affidabile, in modo da poter aumentare il numero dei cilindri a pari cilindrata per migliorare l'equilibratura e diminuire la rumorosità. A further object is to offer an engine in which the classic and reliable cylindrical combustion chamber can be maintained, so as to be able to increase the number of cylinders at the same displacement to improve balancing and reduce noise.

Un altro scopo ancora è quello di fornire un motore in cui si possano migliorare i rendimenti dei cicli Otto e Diesel tramite la variazione della durata relativa dei cicli rispetto a quelli del moto alternativo fisso (tipico delle trasmissione biella/manovella) e la regolazione della durata delle fasi, quindi degli anticipi e dei ritardi delle alzate delle valvole, anche a seconda della velocità di rotazione, mediante intervento su un'unica camma centrale. Yet another object is to provide an engine in which the efficiency of the Otto and Diesel cycles can be improved by varying the relative duration of the cycles with respect to those of the fixed reciprocating motion (typical of connecting rod / crank transmission) and by adjusting the duration. of the phases, therefore of the advances and delays of the valve lifts, also according to the rotation speed, by means of intervention on a single central cam.

Ulteriore scopo è di realizzare un motore che sia in grado di utilizzare l'energia cinetica sviluppata dai gas di scarico ruotanti. A further object is to provide an engine which is able to use the kinetic energy developed by the rotating exhaust gases.

Descrizione sommaria dell'invenzione Brief description of the invention

Gli scopi suddetti vengono conseguiti tramite un motore come definito nei suoi elementi essenziali nelle rivendicazioni allegate. The above objects are achieved by means of an engine as defined in its essential elements in the attached claims.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose dell'invenzione sono definite nelle rivendicazioni subordinate. Further advantageous features of the invention are defined in the subordinate claims.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Maggiori dettagli del motore secondo l'invenzione risulteranno comunque meglio evidenti dalla descrizione che segue, di alcune preferite forme di esecuzione della stessa, date a titolo di esempio ed illustrate nei disegni annessi, nei quali: Further details of the engine according to the invention will in any case become better evident from the following description of some preferred embodiments thereof, given by way of example and illustrated in the attached drawings, in which:

fig. 1 è una vista schematica, in sezione longitudinale, trasversale all'albero motore, di una prima forma di esecuzione della presente invenzione relativa ad un motore monocilindrico; fig. 1 is a schematic view, in longitudinal section, transversal to the drive shaft, of a first embodiment of the present invention relating to a single-cylinder engine;

fig. 2 è una vista in sezione, presa secondo la linea II-II di fig. 1; fig. 3 è una vista analoga a quella di fig. 1 di una seconda forma di esecuzione della presente invenzione relativa ad un motore bicilindrico; fig. 2 is a sectional view, taken along the line II-II of fig. 1; fig. 3 is a view similar to that of fig. 1 of a second embodiment of the present invention relating to a two-cylinder engine;

fig. 4 è una vista in sezione interrotta, secondo due fasi diverse del motore, la parte inferiore presa secondo la linea IV-IV di fig. 3 e la parte superiore sfasata di 90°; fig. 4 is a broken section view, according to two different phases of the engine, the lower part taken along the line IV-IV of fig. 3 and the upper part out of phase by 90 °;

fig. 5 e fig. 6 sono viste analoghe a quelle della figg. 1 e 2 di una diversa forma di esecuzione, con una guida esterna circolare per un motore bicilindrico; e fig. 5 and fig. 6 are views similar to those of figs. 1 and 2 of a different embodiment, with a circular outer guide for a two-cylinder engine; And

fig. 7 e fig. 8 sono viste analoghe alle figg. 1 e 2 di una diversa forma di esecuzione, con una guida esterna circolare per un motore monocilindrico. fig. 7 and fig. 8 are views similar to figs. 1 and 2 of a different embodiment, with a circular outer guide for a single-cylinder engine.

Descrizione dettagliata di alcune preferite forme d'esecuzione Detailed description of some preferred embodiments

Il motore illustrato nelle figg. 1 e 2 presenta, in modo di per sè noto, una cassa motore 1 al cui interno è definita una camera di alloggiamento 2 del blocco rotore, dello stantuffo e del cilindro. The engine illustrated in FIGS. 1 and 2 have, in a per se known manner, a motor casing 1 inside which a chamber 2 for housing the rotor block, piston and cylinder is defined.

Secondo l'invenzione, nella camera 2 è alloggiato, montato rotante su un asse a-a', un blocco o corpo di cilindro 3 entro al quale è montato scorrevole un unico stantuffo 4. Per consentire la rotazione del blocco cilindro 3, quest'ultimo è solidale o integrale ad un elemento rotore 5 montato sul monoblocco 1 mediante opportuni cuscinetti 6a e 6b. According to the invention, in the chamber 2 there is housed, rotatably mounted on an axis a-a ', a cylinder block or body 3 within which a single piston 4 is slidingly mounted. To allow the cylinder block 3 to rotate. the latter is integral or integral with a rotor element 5 mounted on the monobloc 1 by means of suitable bearings 6a and 6b.

La camera 2 è definita tra due pareti parallele piane del monoblocco 1 e da una parete periferica curva 6, che definisce internamente anche una superficie di guida e tenuta. A tale scopo, la parete 6 è definita da generatrici parallele all'asse di rotazione a-a' del rotore 5. The chamber 2 is defined between two flat parallel walls of the monobloc 1 and by a curved peripheral wall 6, which also internally defines a guiding and sealing surface. For this purpose, the wall 6 is defined by generatrices parallel to the rotation axis a-a 'of the rotor 5.

Il blocco o corpo di cilindro 3 presenta internamente una cavità cilindrica, rivestita con opportuna camicia, per potervi far scorrere, in modo di per sè tradizionale, lo stantuffo 4. The cylinder block or body 3 has a cylindrical cavity internally, lined with a suitable jacket, in order to be able to slide the piston 4 into it, in a traditional way.

La forma esterna del blocco 3 nella forma d'esecuzione delle figg. 1-2 è circolare con asse di simmetria corrispondente all'asse di rotazione a-a'; il dimensionamento del blocco 3 e il suo montaggio relativo alla camera 2, è tale che vi sia almeno un punto di tangenza con la parete di guida 6, per esempio il punto indicati con 6' in fig. 1. Per via della forma circolare del blocco 3, con centro sull'asse di rotazione a-a', il punto di contatto 6' è fisso. The external form of the block 3 in the embodiment of Figs. 1-2 is circular with an axis of symmetry corresponding to the rotation axis a-a '; the dimensioning of the block 3 and its assembly relative to the chamber 2, is such that there is at least one point of tangency with the guide wall 6, for example the point indicated with 6 'in fig. 1. Due to the circular shape of the block 3, centered on the rotation axis a-a ', the contact point 6' is fixed.

All'estremità di base 8 dello stantuffo 4 è previsto un rullo o pattino 7 connesso in modo stabile ad un perno 9, libero di ruotare e destinato a scorrere, col minimo attrito possibile, sulla superficie di guida interna della parete curva 6. At the base end 8 of the piston 4 there is a roller or shoe 7 connected in a stable manner to a pin 9, free to rotate and intended to slide, with the minimum possible friction, on the internal guide surface of the curved wall 6.

Il rullo 7 è destinato a poggiare con tenuta sulla superficie interna della parete 6, nel punto indicato con 10, con cui stabilisce un vincolo di pattino per lo stantuffo 4 e allo stesso tempo una tenuta ermetica. Il punto di contatto 10 è mobile, inseguendo la posizione del rullo 7 intorno all'asse di rotazione a-a'. The roller 7 is intended to rest with seal on the internal surface of the wall 6, in the point indicated with 10, with which it establishes a shoe constraint for the piston 4 and at the same time a hermetic seal. The contact point 10 is movable, following the position of the roller 7 around the axis of rotation a-a '.

Poiché durante la rotazione del corpo 3 lo stantuffo lavora all'interno del suo cilindro - scorrendovi di moto alternato - rimanendo in appoggio (tramite il rullo 7) sulla parete 6, la curvatura di quest'ultima è in grado di determinare la legge di moto alternato dello stantuffo 4. Ad esempio, la parete 6 può avere andamento circolare, oppure ellittico come visibile in fig. 1. Since during the rotation of the body 3 the piston works inside its cylinder - sliding with reciprocating motion - remaining in support (by means of the roller 7) on the wall 6, the curvature of the latter is able to determine the law of motion alternating position of the piston 4. For example, the wall 6 can have a circular or elliptical course as can be seen in fig. 1.

Per via dei punti di contatto che si stabiliscono in 6' (fisso) e 10 (mobile), in modo originale, il volume interno della camera 2 viene suddiviso in due vani (rispettivamente a sinistra e destra dello stantuffo, nella fig. 1) a volume variabile, ciò che permette di usare la camera 2 da polmone di compressione dell'aria comburente, come si metterà in luce meglio più avanti. Due to the contact points that are established in 6 '(fixed) and 10 (mobile), in an original way, the internal volume of chamber 2 is divided into two compartments (respectively to the left and right of the plunger, in fig. 1) with variable volume, which allows to use the chamber 2 as a compression lung for the combustion air, as will be better highlighted later on.

Su un lato del blocco cilindro/ rotore 3, 4 (quello sinistro nella fig. 1) è prevista una luce di carico del cilindro 3a, per esempio chiusa da una valvola a lamella. La luce di carico 3a comunica con la camera 2. Un'altra luce di carico esterna, prevista per consentire l'immissione di aria comburente nella camera 2, è prevista sul monoblocco 1. In opportuna posizione (non illustrata) è previsto inoltre un iniettore o carburatore per addizionare carburante nebulizzato all'aria di immissione ed ottenere la miscela combustibile. On one side of the cylinder / rotor block 3, 4 (the left one in Fig. 1) there is a loading port of the cylinder 3a, for example closed by a reed valve. The loading port 3a communicates with the chamber 2. Another external loading port, provided to allow the introduction of combustion air into the chamber 2, is provided on the monobloc 1. An injector is also provided in a suitable position (not shown) o carburettor to add atomised fuel to the intake air and obtain the combustible mixture.

I due vani a volume variabile, definiti nella camera 2, consentono dunque di aspirare e comprimere efficacemente la miscela combustibile. In particolare, facendo riferimento alla fig. 1, la parte di sinistra della camera 2, durante la rotazione in senso orario del gruppo stantuffo/cilindro, si riduce di volume e quindi comprime l'aria ivi racchiusa, prima che possa essere immessa nel cilindro 3 attraverso la luce di carico 3a, all'apertura della valvola a lamella. Viceversa, la semicamera a destra dello stantuffo 4 va ampliandosi nella medesima rotazione, richiamando aria dall'esterno della carcassa 1 del motore. The two variable volume compartments, defined in chamber 2, therefore allow the fuel mixture to be sucked and compressed effectively. In particular, referring to fig. 1, the left part of the chamber 2, during the clockwise rotation of the piston / cylinder assembly, reduces in volume and therefore compresses the air enclosed therein, before it can be introduced into the cylinder 3 through the loading port 3a, when the reed valve opens. Vice versa, the half chamber to the right of the piston 4 expands in the same rotation, drawing air from the outside of the motor casing 1.

In sostanza, l'interazione tra gruppo cilindro/stantuffo e camera 2 definisce una sorta di compressore per l'aria di immissione nel cilindro 3. Basically, the interaction between cylinder / piston assembly and chamber 2 defines a sort of compressor for the intake air in cylinder 3.

Nel caso di un motore ad accensione diretta, sulla porzione di testa del cilindro 3 è prevista inoltre una candela di accensione 13. In the case of a direct ignition engine, a spark plug 13 is also provided on the head portion of the cylinder 3.

Facoltativamente, può essere previsto un iniettore di miscela 11, con relativa movimentazione 12, disposto direttamente nel blocco del cilindro/rotore rotante. Vantaggiosamente, è possibile sfruttare il movimento rotativo del cilindro per provocare l'intervento dell'iniettore 11 senza dover attingere il moto da meccanismi esterni. Come mostrato in fig. 1, ad esempio, un sistema di movimentazione della pompa di iniezione può essere in forma di un cedente di camma 12 mantenuto sporgente rispetto al cilindro 3: l'interazione di tale cedente 12 con la superficie di guida 7 - che funge da superficie di camma durante la rotazione del corpo di cilindro 3 - determina l'azionamento della pompa di iniettore 11 con la temporizzazione desiderata. Optionally, a mixture injector 11 can be provided, with relative movement 12, arranged directly in the block of the rotating cylinder / rotor. Advantageously, it is possible to exploit the rotary movement of the cylinder to cause the injector 11 to intervene without having to draw motion from external mechanisms. As shown in fig. 1, for example, an injection pump movement system can be in the form of a cam follower 12 kept protruding with respect to the cylinder 3: the interaction of this follower 12 with the guide surface 7 - which acts as a cam surface during the rotation of the cylinder body 3 - determines the actuation of the injector pump 11 with the desired timing.

Inoltre, il motore può prevedere alimentazioni d'olio per mantenere lubrificata la corsa dello stantuffo e di tutte le parti in contatto reciprocamente mobili. Furthermore, the engine can provide oil supplies to keep the stroke of the piston and of all the parts in contact with each other moving to each other lubricated.

In fig. 1 è illustrato un unico monoblocco di motore 1 in cui è alloggiato uno stantuffo e relativo cilindro. Tuttavia, è concepibile un analogo motore in cui una pluralità di monoblocchi tipo quelli illustrati nelle figg. 1 e 2 sono accostati l’uno all’altro con le luci di carico e di scarico esterne reciprocamente accoppiate. In tal caso, due luci di carico esterne di monoblocchi adiacenti, accoppiate una di fronte all’altra, vengono connesse ad un raccordo o condotto comune (non mostrato), al quale converge la mandata dell’aria di aspirazione. In modo analogo possono essere accoppiate le luci di uscita ad un unico scarico dei gas esausti. In fig. 1 shows a single engine block 1 in which a piston and relative cylinder are housed. However, an analogous engine is conceivable in which a plurality of monoblocs such as those illustrated in figs. 1 and 2 are placed side by side with the external loading and unloading ports mutually coupled. In this case, two external loading ports of adjacent monoblocs, coupled one in front of the other, are connected to a joint or common duct (not shown), to which the intake air delivery converges. Similarly, the outlet ports can be coupled to a single exhaust gas discharge.

Come si può intuire, il funzionamento del motore secondo questa forma d'esecuzione prevede che la combustione avvenga in modo tradizionale tra lo stantuffo 4 e il cielo interno del cilindro del blocco rotante 3. Il movimento alternativo dello stantuffo 4 viene guidato, anziché da un tradizionale manovellismo, dall'accoppiamento tra il rullo 7 e la superficie di guida 6. Si determina una componente di spinta tangenziale che mantiene in contatto questo gruppo, comprensivo dello stantuffo 4, rispetto all'asse motore a-a'. As can be understood, the operation of the engine according to this embodiment provides for combustion to take place in the traditional way between the piston 4 and the inner crown of the cylinder of the rotating block 3. The reciprocating movement of the piston 4 is guided, instead of by a traditional crank mechanism, from the coupling between the roller 7 and the guiding surface 6. A tangential thrust component is determined which keeps this group, including the piston 4 in contact, with respect to the motor axis a-a '.

La camera/compressore 2 fa sì che aria a pressione superiore rispetto a quella atmosferica entri nella camera di combustione facilitando la naturale aspirazione dello stantuffo 4 nel suo cilindro. Si forma dunque la miscela che può esplodere per la ulteriore compressione ad opera dello stantuffo 4 nella camera di combustione (per esempio nei motori diesel) o per l'accensione da parte di un'apposita candela 13 o altro simile mezzo (come avviene nei normali motori a benzina). La rotazione del rotore 3, indotta dal movimento dello stantuffo 4 a seguito della combustione nel relativo cilindro, trasferisce il moto, tramite opportuna trasmissione (non rappresentata), alle parti mobili di una utenza, ad esempio le ruote di un veicolo. The chamber / compressor 2 causes air at a higher pressure than atmospheric pressure to enter the combustion chamber, facilitating the natural aspiration of the piston 4 into its cylinder. The mixture is therefore formed which can explode due to further compression by the piston 4 in the combustion chamber (for example in diesel engines) or due to ignition by a special spark plug 13 or other similar means (as occurs in normal petrol engines). The rotation of the rotor 3, induced by the movement of the piston 4 following combustion in the relative cylinder, transfers the motion, by means of a suitable transmission (not shown), to the moving parts of a user, for example the wheels of a vehicle.

Nel caso in cui si renda necessario potenziare il compressore, è possibile prevedere apposite superfici di palette di afflusso che consentano l'accesso di più aria per l’alimentazione in sovrappressione per il lavaggio, nel caso dei motori a due tempi, o che arricchiscano l'aspirazione, nel caso dei motori a quattro tempi. In the event that it is necessary to upgrade the compressor, it is possible to provide suitable surfaces of inflow vanes that allow the access of more air for the overpressure supply for washing, in the case of two-stroke engines, or that enrich the suction, in the case of four-stroke engines.

Nella forma d'esecuzione mostrata nelle figg. 3 e 4, anziché un cilindro singolo, il monoblocco 1' accoglie un corpo rotante 3' in cui è ricavata una coppia di camere cilindriche 14 e 15, associate a rispettivi stantuffi 16 e 17, montati sul medesimo rotore. In particolare, le due camere 14 e 15 si aprono in due direzioni opposte, così da accogliere stantuffi che si muovo di moto alternato parallelo ma opposto. E' pertanto possibile avere 4 scoppi al giro, equilibrandoli due a due. In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, instead of a single cylinder, the monobloc 1 'accommodates a rotating body 3' in which a pair of cylindrical chambers 14 and 15 are formed, associated with respective pistons 16 and 17, mounted on the same rotor. In particular, the two chambers 14 and 15 open in two opposite directions, so as to accommodate pistons which move in parallel but opposite reciprocating motion. It is therefore possible to have 4 bursts per lap, balancing them two by two.

Per il resto, il principio di funzionamento di questa forma d'esecuzione è equivalente a quello della prima forma d'esecuzione. Otherwise, the principle of operation of this embodiment is equivalent to that of the first embodiment.

Per maggiore comprensione, si rilevi che in fig. 4 è mostrata una vista in sezione interrotta, in cui la parte inferiore è presa secondo la linea IV-IV di fig. 3, mentre la parte superiore rappresenta una sezione analoga ma con il gruppo rotore 3 ruotato di 90° nella direzione indicata dalla freccia F (fase in cui gli stantuffi sono nella posizione indicata con linea a tratteggio in fig. 3). For greater understanding, it should be noted that in fig. 4 shows an interrupted sectional view, in which the lower part is taken along the line IV-IV of fig. 3, while the upper part represents a similar section but with the rotor assembly 3 rotated by 90 ° in the direction indicated by the arrow F (phase in which the pistons are in the position indicated by the broken line in fig. 3).

Nelle figg. 5 e 6 è illustrata un'altra forma d'esecuzione concettualmente equivalente a quella a due stantuffi illustrata nelle figg. 3 e 4. In questo caso, partendo dall'assunto che il moto alternativo degli stantuffi viene creato stabilendo una rotazione relativa eccentrica tra il punto di vincolo degli stantuffi e quello del corpo delle camere cilindriche, è possibile - qualora si desideri stabilire traiettorie circolari e non di forma ellissoidale asimmetrica come esemplificativamente indicato in fig. 1 - vincolare lo spinotto degli stantuffi ad una ralla rotante, avente lo stesso centro del blocco rotante, disposta internamente alla cassa del monoblocco 1". In figs. 5 and 6 illustrate another embodiment conceptually equivalent to that with two pistons illustrated in Figs. 3 and 4. In this case, starting from the assumption that the reciprocating motion of the plungers is created by establishing a relative eccentric rotation between the constraint point of the plungers and that of the body of the cylindrical chambers, it is possible - if it is desired to establish circular and not of asymmetrical ellipsoidal shape as indicated by way of example in fig. 1 - constrain the pin of the pistons to a rotating washer, having the same center as the rotating block, arranged inside the body of the monobloc 1 ".

In particolare, nella forma d'esecuzione delle figg. 5 e 6, il corpo rotante con le camere di cilindro 30 ruota con asse b-b' e le camere 14" e 15" disposte simmetriche rispetto all'asse di rotazione; diversamente dalla seconda forma d'esecuzione illustrata, questa terza forma d'esecuzione prevede che i punti di vincolo 80 e 81 degli stantuffi 16" e 17" sono incernierati a rispettive porzioni di ralle R ed R' disposte in rotazione attorno ad un anello circolare 82 di centro sfalsato (quindi eccentrico) rispetto all'asse di rotazione principale b-b'. In particular, in the embodiment of figs. 5 and 6, the rotating body with the cylinder chambers 30 rotates with axis b-b 'and the chambers 14 "and 15" arranged symmetrical with respect to the rotation axis; unlike the second embodiment illustrated, this third embodiment provides that the attachment points 80 and 81 of the pistons 16 "and 17" are hinged to respective portions of washers R and R 'arranged in rotation around a circular ring 82 of offset center (therefore eccentric) with respect to the main rotation axis b-b '.

In sostanza, la realizzazione pratica prevede che gli stantuffi non siano guidati dai rulli su una guida esterna (corrispondente alla superficie interna della camera di compressione), ma siano vincolati internamente, in modo da consentire l'ulteriore riduzione delle forze centrifughe e gli attriti sui rulli. Basically, the practical implementation provides that the pistons are not guided by the rollers on an external guide (corresponding to the internal surface of the compression chamber), but are internally constrained, so as to allow the further reduction of the centrifugal forces and the friction on the rollers.

L'asse di rotazione delle ralle determina la guida dei movimenti degli stantuffi, sostituendo la guida esterna, rendendo in tal modo possibile ridurre l'allungamento e il peso dello stantuffo, e conseguentemente le forze derivanti dal movimento alterno delle masse. The rotation axis of the washers determines the guidance of the piston movements, replacing the external guide, thus making it possible to reduce the elongation and weight of the piston, and consequently the forces deriving from the alternating movement of the masses.

Poiché i due stantuffi 16" e 17" sono disposti da parti opposte dell'asse di rotazione, essi lavorano con una differenza di fase di 180°. Ciò implica che i due spinotti 80 e 81, corrispondenti con il punto di vincolo con le ralle, abbiano velocità angolare istantanea diverse per la più parte del loro movimento: è quindi necessario che gli spinotti 80 e 81 siano vincolati a due porzioni di ralla separate, contenute tra due anelli fissi che agiscono da bronzine o cuscinetto. Le due porzioni di ralla R ed R', di estensione angolare preferibilmente inferiore a 120°, durante il funzionamento (guidate a scorrimento tra una coppia di guide anulari interna 82 ed esterna 83), si avvicinano e allontanano alternativamente, senza mai entrare in contatto e consentendo i moti alternati sfasati dei due stantuffi 16" e 17". Since the two pistons 16 "and 17" are arranged on opposite sides of the rotation axis, they work with a phase difference of 180 °. This implies that the two pins 80 and 81, corresponding with the connection point with the fifth wheels, have different instantaneous angular velocities for most of their movement: it is therefore necessary that the pins 80 and 81 are connected to two separate fifth wheel portions , contained between two fixed rings that act as bushings or bearings. The two portions of the fifth wheel R and R ', of angular extension preferably less than 120 °, during operation (guided by sliding between a pair of internal 82 and external 83 annular guides), approach and move away alternately, without ever coming into contact and allowing the alternating out of phase motions of the two pistons 16 "and 17".

Nelle figg. 7 e 8 è illustrata una quarta forma d'esecuzione. Il principio di funzionamento è del tutto equivalente alla terza forma d'esecuzione illustrata. Qui, tuttavia, il sistema è semplificato perchè è previsto un unico stantuffo per ralla. Come per la prima forma d'esecuzione, è possibile accostare una pluralità di carcasse 1'" per ottenere un motore pluricilindrico. In figs. 7 and 8 a fourth embodiment is illustrated. The operating principle is completely equivalent to the third embodiment illustrated. Here, however, the system is simplified because only one piston is provided per fifth wheel. As for the first embodiment, it is possible to approach a plurality of casings 1 '"to obtain a pluricylindrical engine.

Per il particolare funzionamento del motore secondo la presente invenzione, è possibile rinunciare vantaggiosamente ad alcuni componenti tradizionalmente presenti nei motori a combustione interna, come l'albero motore (ridotto al punto dove si innesta l'asse a-a'). Inoltre, la conformazione circolare dei blocchi dei cilindri permette, a parità di cilindrata, di richiedere un ingombro molto minore rispetto ai motori tradizionali in linea o a V, permettendo così la contemporanea presenza di un motore a combustione interna e di un motore elettrico, come richiesto nelle vetture a propulsione ibrida, oggi sempre più diffuse. For the particular operation of the engine according to the present invention, it is possible to advantageously dispense with some components traditionally present in internal combustion engines, such as the drive shaft (reduced to the point where the axis a-a 'engages). Furthermore, the circular conformation of the cylinder blocks allows, for the same displacement, to require a much smaller footprint than traditional in-line or V-shaped engines, thus allowing the simultaneous presence of an internal combustion engine and an electric motor, as required. in hybrid-powered cars, which are increasingly popular today.

Dalla descrizione che precede, è evidente che il motore secondo la presente invenzione può essere realizzato sia come motore a ciclo Otto che come motore a ciclo Diesel. Nel caso di un motore a scoppio, si può prevedere tanto l'uso di un carburatore quanto di un sistema a iniezione, meccanica o elettronica. Inoltre, il motore può essere realizzato sia come tradizionale motore a quattro tempi, sia anche come motore a due tempi. From the foregoing description, it is evident that the engine according to the present invention can be realized both as an Otto cycle engine and as a Diesel cycle engine. In the case of an internal combustion engine, the use of a carburetor as well as an injection system, mechanical or electronic, can be envisaged. Furthermore, the engine can be made both as a traditional four-stroke engine, and also as a two-stroke engine.

Nel caso di motore a quattro tempi, può essere prevista un'architettura della superficie di guida 6 ad un solo lobo, in modo di con sentire più tempo al completamento delle fasi, grazie ad una maggiore quantità di aria sovracom pressa mediante l'aspirazione dalla camera compressore. Se necessario, si potrà ricorrere all'impiego di valvole per l'aspirazione e per lo scarico che saranno manovrate con alternanza ciclica e doppio lavaggio ogni 2 giri del motore, quindi a velocità dimezzata rispetto al rotore. Un ingranaggio solidale al rotore è previsto per ingranare un ingranaggio planetario che ruoti a velocità dimezzata per comando di possibili valvole. In the case of a four-stroke engine, an architecture of the guide surface 6 with a single lobe can be provided, in order to allow more time to complete the phases, thanks to a greater quantity of over-compressed air by means of the suction from the compressor chamber. If necessary, it will be possible to use valves for the intake and exhaust which will be operated with cyclic alternation and double washing every 2 engine revolutions, therefore at half the speed compared to the rotor. A gear integral with the rotor is provided to engage a planetary gear which rotates at half speed for the control of possible valves.

Nel caso di un motore a due tempi, l'aria in sovrappressione proveniente dalla camera di compressione rende possibile un lavaggio particolarmente efficace. In the case of a two-stroke engine, the overpressure air coming from the compression chamber makes a particularly effective washing possible.

Nel caso illustrato in particolare in fig. 1 il ciclo avviene in un giro di 360° del rotore per lo scoppio-lavaggio-alimentazione-compressione, per via della guida esterna ellittica ad un solo lobo. La guida esterna potrebbe essere definita bilobata, ottenendo così la possibilità di aumentare il numero di tempi (quindi di fasi utili) a parità di giri motore. In the case illustrated in particular in fig. 1 the cycle takes place in a 360 ° turn of the rotor for the bursting-washing-feeding-compression, due to the elliptical external guide with a single lobe. The external guide could be defined as two-lobed, thus obtaining the possibility of increasing the number of times (therefore of useful phases) with the same engine rpm.

Si comprende, infine, che sarà soluzione preferita, a seconda delle dimensioni e potenze scelte, dotare il rotore del massimo numero di cilindri contrapposti equilibrandoli. Finally, it is understood that it will be a preferred solution, depending on the dimensions and powers chosen, to provide the rotor with the maximum number of opposing cylinders by balancing them.

Il motore a cilindri rotanti secondo la presente invenzione permette di unire i vantaggi del motore rotativo, come il motore Wankel, ai vantaggi del gruppo cilindro-stantuffo dei motori convenzionali in linea o a V, decisamente più preciso quanto a tenute e con minori perdite di carico, dunque con un’efficienza maggiore. Il rendimento, quindi, è superiore sia al motore a cilindri rotanti convenzionale, come il motore Wankel, per le minori perdite di carico, sia al motore in linea o a V per il minor peso e per il minor numero di componenti in moto, portatrici di attriti. The rotary cylinder engine according to the present invention makes it possible to combine the advantages of the rotary engine, such as the Wankel engine, with the advantages of the cylinder-piston group of conventional in-line or V-shaped engines, much more precise in terms of seals and with lower pressure drops. , therefore with greater efficiency. The efficiency, therefore, is superior both to the conventional rotating cylinder engine, such as the Wankel engine, due to the lower pressure drops, and to the in-line or V-shaped engine due to the lower weight and the fewest number of moving components, bearing friction.

La realizzazione del motore come girante di un compressore consente, inoltre, di ottenere aria compressa con cui raffreddare efficacemente i gas di scarico, riducendo così i rumori anche a veicolo fermo e guadagnando in sicurezza, dato che vengono ridotti, se non proprio eliminati i rischi di ustioni causali e addirittura il rischio di dare fuoco a materiale infiammabile che venga a contatto col tubo di scappamento (per esempio fieno o simile). The construction of the engine as an impeller of a compressor also allows to obtain compressed air with which to effectively cool the exhaust gases, thus reducing noise even when the vehicle is stationary and gaining in safety, since the risks are reduced, if not eliminated. of causal burns and even the risk of igniting flammable material that comes into contact with the exhaust pipe (for example hay or similar).

Oltre che per il raffreddamento, l'aria compressa generata dalla camera di compressione 2 potrà essere usata per tenere in moto l'alternatore, consentendo così di recuperare energia durante la marcia del veicolo. In addition to cooling, the compressed air generated by the compression chamber 2 can be used to keep the alternator in motion, thus allowing energy to be recovered while the vehicle is running.

Al fine di meglio comprendere le potenzialità del motore secondo l'invenzione, si vuole far notare che la massa dello stantuffo, a causa dell'accelerazione dal punto morto superiore al punto morto inferiore, genera forze simili a quelle del primo ordine che sono note nei motori alternativi convenzionali, ma con un vantaggio determinante, ossia che genera traiettorie del baricentro del rotore più raccolte, di estensione minore e pertanto con forze d'inerzia decisamente minori. In order to better understand the potential of the engine according to the invention, it should be noted that the mass of the piston, due to the acceleration from the top dead center to the bottom dead center, generates forces similar to those of the first order which are known in the conventional reciprocating engines, but with a decisive advantage, namely that it generates more compact rotor center of gravity trajectories, of smaller extension and therefore with decidedly lower inertia forces.

Inoltre, nel presente motore a stantuffi rotanti, si genera una forza ulteriore dovuta alla variazione delle energie cinetiche, a loro volta determinate dalle traiettorie centrifughe o centripete dello stantuffo aventi raggi di rotazione istantanea decrescenti o crescenti. Tale forza genera spinte sulle pareti del cilindro che si sono dimostrate favorevoli al moto, sfruttando ulteriormente l'energia prodotta dall'espansione dei gas combusti. Furthermore, in the present motor with rotating pistons, a further force is generated due to the variation of the kinetic energies, in turn determined by the centrifugal or centripetal trajectories of the piston having decreasing or increasing instantaneous rotation radii. This force generates thrusts on the cylinder walls which have proven to be favorable to motion, further exploiting the energy produced by the expansion of the burnt gases.

La presente invenzione è stata descritta con riferimento ad alcune sue forme d’esecuzione preferite. E’ evidente che molte varianti sono possibili al tecnico del ramo, senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione, come definita nella rivendicazioni allegate. The present invention has been described with reference to some of its preferred embodiments. It is clear that many variants are possible for those skilled in the art, without thereby departing from the scope of protection of the present invention, as defined in the attached claims.

Claims

CLAIMS 1. Internal combustion engine of the type comprising at least one monobloc (1, 1 ', 1 ", 1"') defining inside it a chamber (2) within which a rotor assembly (3, 3 ', 30) is rotatably mounted provided with at least one piston (4, 16, 17, 16, 16 ", 17") mounted sliding with reciprocating motion on a plane orthogonal to an axis of rotation (a-a ', b-b') of the rotor element, characterized in that said at least one plunger (4, 16, 17, 16, 16 ", 17") slides in a respective cylinder integral in rotation to said rotor assembly (3, 3 ', 30) mounted rotatably eccentric with respect to the location of the attachment points of a foot end (8) of said piston (4, 16, 17, 16, 16 ", 17").

2. Engine as in claim 1), characterized by what said chamber (2) is defined between two side walls of the monobloc (1) and by a curved peripheral wall (6), enclosed between the two side walls and of which it delimits the perimeter .

3. Motor as in claim 2) characterized in that at the foot end (8) of said at least one piston (4, 16, 17, 16, 16 ", 17") there is provided a shoe or roller (7) suitable for sliding on an internal guide surface of said curved wall (6), defining a first movable hermetic sealing point (10) between said rotor assembly and said chamber (2).

4. Motor as in claim 3), wherein said rotor assembly (3, 3 ', 30) has a rotatable body (3) in contact with said inner guide surface of the curved wall (6) so as to define a second point (6 ') for hermetic sealing, said chamber (2) being uniformly divided into two semi-chambers with variable volume between said first movable sealing point (10) and said second hermetic sealing point (6').

5. Internal combustion engine as in 1), in which said locus of the attachment points of the foot end (80, 81) is a circular line.

6. Motor as in claim 5), characterized in that said foot end (80, 81) of said at least one piston (4, 16, 17, 16, 16 ", 17") is hinged on centered revolving circular bearing means on an eccentric axis with respect to said main rotation axis (b-b ').

7. Motor as in claim 5), characterized in that said inner wall (6) of the housing chamber (2) is circular and accommodates a body (30) of rotor assembly (30) which is also circular.

8. Motor as in any one of the preceding claims, characterized in that a loading port (3a) equipped with valve means is provided on said rotor assembly (3, 30), said loading port being in communication with said chamber ( 2).

9. Motor as in any one of the preceding claims, in which a motor shaft is provided integral in rotation with said rotor assembly (3, 3 ', 30).