ITMI20101632A1 - Motore endotermico rotativo con riduttore e con pistoni che comandano le fasi del ciclo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “Motore endotermico rotativo con riduttore e con pistoni che comandano le fasi del cicloâ€

La presente invenzione riguarda un motore endotermico rotativo ad alto rendimento, a basso consumo di carburante e basso inquinamento ambientale, ad alta affidabilità e durata, ad elevata semplicità costruttiva e basso costo di costruzione.

I motori esistenti in commercio, a ciclo otto e a ciclo diesel, hanno raggiunto un ottimo sviluppo evolutivo, ma nonostante ciò, funzionano tutti con un cinematismo a masse alterne, vecchio di oltre cento anni, (escluso qualche raro esempio di motore rotativo, come il wankel). Credo che oggi occorra innovare i motori endotermici, semplificando il funzionamento meccanico, eliminando gli organi della distribuzione quali alberi a cammes, valvole ecc.., diminuendo quindi il numero dei componenti e riducendo il costo di fabbricazione. Occorre inoltre migliorare i rendimenti e diminuire i consumi del carburante (e ovviamente l’inquinamento atmosferico). Il motore wankel risponde ad alcuni di questi obiettivi da raggiungere, ma a causa di seri problemi di affidabilità, non ha avuto grossi sviluppi. Tutti i motori rotativi hanno infatti un problema importante: le fasce di tenuta dei gas non sono affidabili quanto quelle dei pistoni cilindrici dei motori tradizionali. Per questo motivo ho inventato l’unico motore rotativo con tutti i requisiti sopraindicati, ma con anche le tenute rotonde ed affidabili, tipiche dei pistoni cilindrici. Il funzionamento à ̈ a ciclo otto a 4 tempi. I carburanti da usare sono: gas (gpl, metano), o biogas, oppure benzina, oppure parzialmente o totalmente idrogeno (si possono abbinare celle di hho, ottenute per elettrolisi).

Tuttavia il cinematismo meccanico, con leggere modifiche, (impianto di iniezione ed esclusione candele), si potrebbe dimensionare anche a ciclo diesel, quindi il sistema non à ̈ limitato al solo ciclo otto. Attualmente esistono motori a 4 tempi oppure a due tempi. Considerando che i 2 tempi presto verranno eliminati, (per ovvie ragioni), ci saranno solo motori a 4 tempi. Un motore a 4 tempi, se si considera un singolo pistone preso come riferimento, completa le sue 4 fasi dopo 2 giri dell’albero motore, (quindi 1 pistone subisce 1 scoppio ogni 2 giri dell’albero motore). Un grosso vantaggio del mio motore à ̈ quello di poter essere dimensionato per fare più di uno scoppio ogni 2 giri dell’albero motore, oppure viceversa, fare uno scoppio in più di 2 giri, (si intende sempre prendendo come riferimento paritario, un unico pistone). Questa scelta à ̈ possibile grazie alla corretta combinazione di un riduttore epicicloidale, (vedi spiegazioni e disegni di seguito), e del suo senso di rotazione rispetto all'albero motore stesso. Posso costruire quindi motori ad elevato numero di scoppi, ad alta potenza specifica, (rotore con senso di rotazione inverso rispetto a quello dell’albero motore), oppure motori a basso numero di scoppi e quindi a bassi consumi, (dove il rotore e l’albero motore hanno lo stesso senso di rotazione). La scelta à ̈ determinata in funzione dell’applicazione da realizzare. In altre parole a parità di numero di cilindri e di numero di giri, rispetto ad un motore tradizionale, posso variare il numero di scoppi al giro, e quindi, la frequenza di riempimento dei cilindri. Un altro grosso vantaggio à ̈ quello di avere un ottimo bilanciamento tipico dei motori rotativi, e forze d’inerzia alterne dovute dai punti morti dei pistoni, molto contenute, grazie alle corse dei pistoni che sono ridotte, ed alla combinazione dei due moti: alternati più rotante. Un ulteriore vantaggio importante che descrivo di seguito, à ̈ il seguente: i pistoni superiori si muovono lungo una pista che, per semplicità, nei disegni à ̈ indicata rotonda ed eccentrica rispetto al rotore. Tuttavia disegnando una pista opportunamente calcolata “a camma", quindi non proprio rotonda, sarebbe possibile mantenere, durante il tempo della combustione, un volume fisso. Si pensi che si può “disegnare†una vera combustione a volume costante, con tutti i vantaggi che ne conseguono. Il mio motore ha anche la possibilità di sovralimentarsi spontaneamente. Infatti il pistone superiore, (vedi disegni seguenti), allontanandosi rispetto al pistone inferiore, riempie un volume maggiore rispetto alla sua cubatura. Il rendimento volumetrico à ̈ quindi superiore ad un valore di uno. Anche il rendimento termico à ̈ superiore rispetto a tutti i motori rotativi, ma anche rispetto ai motori tradizionali, e questo grazie alla possibilità di avere una camera di combustione perfettamente emisferica. Ulteriori vantaggi si ottengono sulla riduzione degli attriti. Avendo un influenza negativa minima dei punti morti, e non avendo organi quali alberi a cammes, molle, valvole eco, ci guadagna anche il rendimento organico del motore. Fatte queste considerazioni, descrivo ora, il funzionamento del motore inventato. Nel disegno 1a e 1 b, si notano gli organi principali di cui à ̈ composto. Un rotore (1) contenente una pluralità di cilindri (4), ruota rispetto al proprio asse di rotazione, in senso orario. Il rotore (1), à ̈ collegato rigidamente sui due estremi, con due rispettivi ingranaggi a dentatura interna (6), i quali, sono supportati da cuscinetti (6.4), o bronzine idrodinamiche, ogni cuscinetto à ̈ calettato in una sede ricavata nei coperchi (10). I coperchi chiudono lo statore (16) tramite bulloni. Rotore e statore sono eccentrici tra di essi. Una pista (14) concentrica con lo statore (16), à ̈ composta da 2 anelli (vedi disegni: 1 a, 1 b, 5). L’anello superiore à ̈ inserito nel diametro interno dello statore stesso, quello inferiore à ̈ sorretto da una sede ricavata dentro i coperchi, (disegno 1b),per prolungarsi anch'esso all’interno dello statore. Gli anelli possono essere sia fìssi, che sostenuti da bronzine idrodinamiche, sia esternamente che internamente, in modo che possano ruotare, diminuendo ulteriormente gli attriti. All’interno della pista, (quindi tra i 2 anelli), vengono guidati, a mezzo di un perno (13), i pistoni superiori(3), che a sua volta sono contenuti nei cilindri (4). In questi cilindri scorrono anche i pistoni (2), che sono collegati a mezzo di bielle (biellette (7.1), e biella madre (7.2)) e, alla manovella di un albero motore (5), il quale albero à ̈ concentrico con il rotore (vedi anche disegno 2). I pistoni, le bielle e le manovelie, sono collegati tra di essi con bronzine. Anche l’albero motore (5), à ̈ supportato da cuscinetti o bronzine (5.1) ai suoi estremi. Detti cuscinetti sono calettati nelle sedi ricavate nei coperchi, visibili nel disegno 1 b in sezione.

Il disegno 4 mostra il riduttore composto da diversi ingranaggi. Tali ingranaggi servono per collegare, con un determinato rapporto di trasmissione, e senso di rotazione, (non limitativi al brevetto), il rotore (1) con l’albero motore (5). E' importante sottolineare che dimensionando adeguatamente, sensi di rotazione, rapporti di riduzione, e le fasi di aspirazione e scarico, posso creare motori diversi con frequenze di riempimento diverse. Nel motore qui descritto (non limitativo), il rotore e l’albero motore ruotano entrambi in senso orario, ma con rapporto uno a tre. Ogni 3 giri dell’albero motore, il rotore completa un giro.

La rotazione degli organi descritti, nasce grazie alla forza di spinta che avviene tra i pistoni (2) e (3) vedi disegno 1a, 1b, generata dall’esplosione del carburante aspirato. Sono infatti i pistoni(2) che causano la rotazione dell’albero motore, il quale a sua volta genera la rotazione del rotore. Il disegno 6 spiega come avviene l'inserimento della miscela aria e carburante, ed anche l’espulsione dei gas combusti. Poiché si tratta di un motore a 4 tempi, le fasi dei cicli sono: aspirazione, compressione, scoppio con espansione dei gas, e scarico dei gas. Come si nota nel disegno 6, (si intravedono anche nel disegno 1a), ci sono un condotto di aspirazione (11) ed un condotto di scarico (12), montati sui coperchi. L’immissione della miscela nei cilindri (4) e l’espulsione dei gas, à ̈ permessa da un asola (15) per ogni cilindro, visibile anche nei disegni 1a e 3. Quindi riassumendo, quando i pistoni superiori scoprono la rispettiva asola (15), in comunicazione con i condotti (11) e (12), (con ampiezze visibili in tratteggio nel disegno 6, avvengono le varie fasi indicate nello stesso disegno 6. Al termine di ogni fase di compressione, il contatto strisciante (8.2), visibile nel disegno 5, durante la sua rotazione tocca un contatto fisso in posizione (9) disegno 1a , il quale trasmette l’elettricità alla candela (8), avvitata nei pistoni (3). Il cavo opportunamente isolato, attraversa il perno cavo (13), e termina con una pipetta schermata che calza la candela. La candela (8) accende così la miscela compressa. Il contatto fisso (9.1), opportunamente isolato, à ̈ montato su un coperchio, ed à ̈ visibile anche nel disegno 1b. Tutti i pistoni (2) e (3), hanno le fasce di tenuta (e raschiaolio), di tipo circolare, le stesse dei pistoni tradizionali esistenti (vedi disegno 5 fasce (3.1 )e disegno 2 fasce (2.1)). Osservando il disegno 5, i pistoni superiori (3), hanno il cielo (3.2), di forma emisferica. Nel disegno 3 si vede invece il rotore, con le asole (15), circondate da fasce di tenuta olio circolari. Dette fasce ruotano, strisciando su una zona del coperchio (di materiale adeguato), con la funzione di separare le zone dedicate ai condotti (11 e 12)awitati sul coperchio, dalle zone rotore, statore e coperchi stessi, che sono bagnate dall’olio di lubrificazione. L’olio ha anche il compito di asportare il calore generato. L’olio à ̈ messo in circolazione da una o più pompe elettriche, oppure movimentate dall’albero motore stesso. Ulteriore calore viene smaltito dalla circolazione del liquido refrigerante che circola dentro le cavità passanti che attraversano lo spessore esterno dello statore (16), visibili nel disegno 1a. L’albero motore ha quindi anche il compito di far ruotare eventuali accessori (quali pompe e/o altro..), ma soprattutto, di trasmettere la forza motrice del motore, ad un cambio o altro. Quando il rotore ha completato un giro di 360 gradi, l’albero motore ha completato invece 3 giri completi, ed i pistoni hanno completato i cicli (aspirazione, compressione, scoppio ed espansione, e scarico), in totale 3 volte. Quindi un giro del rotore à ̈ causato da 3 fasi di scoppio totali. Se paragonato ad un motore tradizionale, questo à ̈ un motore con 3 cilindri, uno scoppio di ogni singolo pistone ogni 3 giri dell'albero motore, e ogni giro del rotore. Poiché grazie al dimensionamento del riduttore e numero dei pistoni, si può dimensionare frequenze diverse, di seguito allego una tabellina di dimensionamento con riportate alcune configurazioni di lay-out, di dimensionamento di possibili motori (tuttavia sarà possibile creare anche altre configurazioni)

Nr. Nr. condotti Rapporto di tra Senso Rota Nr.di scoppi cilin Aspirazione smissione tra al zione albe totali in 1 dri scarico bero e rotore ro/rotore Giro rotore

3 1+1 3/1 uguale 3

3 2+2 3/1 contrario 6

5 2+2 5/1 uguale 5

5 3+3 5/1 contrario 15

Disegno 4: descrizione del riduttore.

Il riduttore può essere così composto, (esempio non limitativo): ingranaggio a dentatura interna (6), nr.denti=90, collegato rigidamente al rotore (1), che supporta, grazie a due cuscinetti (6.4)(visibili nel disegno 1 b), (cuscinetti o bronzine), calettati nei coperchi motore. L’ingranaggio(6.1), avente 30 denti, à ̈ impiantato nell’albero motore (5). Infine l' ingranaggio(6.2)(nr.denti=25),e l’ingranaggio(6.3) (nr.denti=20), ruotano su cuscinetti calettati nei rispettivi perni. Detti perni sono fissati rigidamente, in opportune sedi sul coperchio. Il rapporto di trasmissione, in questo caso (non limitativo), à ̈ di 3 a 1 , ovvero 3 giri dell’albero motore, creano 1 un giro del rotore. Entrambi ruotano in senso orario (non limitativo).

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Motore endotermico comprendente una pluralità di pistoni cilindrici diretti verso l’interno e diretti verso l'esterno, scorrevoli all’interno di rispettivi cilindri con moto rettilineo alternativo, caratterizzato da! fatto che detti pistoni sono disposti e fatti muovere lungo direzioni radiali rispetto ad un albero motore centrale, e detti cilindri sono disposti radialmente all’interno di un rotore cilindrico, fatto ruotare da un riduttore di moto collegato a detto albero motore.
2. 2) Motore endotermico secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che i pistoni diretti verso l’interno sono collegati con l’albero motore, a mezzo di biella madre e biellette, mentre i pistoni esterni sono guidati in un percorso diretto verso l'esterno, concentrico allo statore oppure di forma voluta non circolare.
3. 3) Motore endotermico secondo le rivendicazione 1 e 2, con il rotore che ruota eccentrico rispetto allo statore, detto rotore à ̈ sostenuto da cuscinetti contenuti in sede nei coperchi motore; l’albero motore, anch’esso sostenuto da cuscinetti messi all’interno dei coperchi, à ̈ concentrico al rotore e, grazie ad un riduttore epicicloidale, gira con un numero di giri diverso rispetto a quello del rotore.
4. 4) Motore endotermico secondo le rivendicazioni precedenti, con una pista rotonda eccentrica rispetto al rotore, oppure a "camma†, che ha la funzione di guidare i pistoni esterni tramite un perno oppure un pattino, collegato al pistone stesso, detti pistoni seguono quindi la pista durante la rotazione dei cilindri contenuti nel rotore, e secondo una legge voluta, scorrono nei cilindri avvicinandosi ed allontanandosi rispetto ai pistoni diretti verso l’interno.
5. 5) Motore endotermico secondo le rivendicazioni precedenti, dove i cilindri hanno un travaso che gestisce le fasi di immissione e scarico, comunicando nei tempi stabiliti, con i condotti di aspirazione e scarico, avvitati su un coperchio; detto travaso viene coperto o scoperto dal pistone esterno, quindi chiude o apre la comunicazione, in funzione del movimento dello stesso pistone esterno.
6. 6) Motore endotermico secondo le rivendicazioni precedenti, con la particolarità di avere le candele avvitate nei pistoni esterni, dette candele durante la rotazione insieme ai pistoni ricevono la corrente elettrica in una posizione fasata prestabilita.
7. 7) Motore endotermico secondo le rivendicazioni precedenti, con la particolarità che i pistoni in direzione interna usano i pistoni in direzione esterna come camera di combustione o viceversa, detti pistoni hanno la forma del cielo emisferica non limitativa al brevetto.
8. 8) Motore endotermico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che tutte le tenute dei gas e dell’olio, sono di forma circolare.
9. 9) Motore endotermico secondo le rivendicazioni precedenti, con la particolarità di variare il numero di scoppi al giro, in funzione del dimensionamento del riduttore che à ̈ solidale al rotore, e del senso di rotazione del rotore voluto, rispetto a quello dell'albero motore.
10. 10) Motore endotermico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il suo principio cinematico può essere usato sia per ciclo otto sia per ciclo diesel. ALCUNE DELLE DIFFERENZE IMPORTANTI TRA IL MIO MOTORE DESCRITTO NEL MIO BREVETTO IT MI2010 A001632, E QUELLO DESCRITTO NEI BREVETTI US4256061 A (D1), SE7413443 A (D2), FR624291 A (D3) CITATI NEL RAPPORTO DI RICERCA. Il motore descritto nel brevetto US4256061,à ̈ composto solamente da pistoni collegati con l’albero motore. Nel mio ci sono anche pistoni disposti verso l’esterno del rotore. Questo dettaglio oltre a diversificare completamente il cinematismo meccanico, influisce molto anche sulla tenuta dei gas. Nel mio motore durante la compressione la tenuta dei gas à ̈ garantita da sole tenute circolari montate sui pistoni, nel motore citato dal brevetto US4256061 , la tenuta avviene tra tenute circolari dei pistoni e tenute tra rotore e statore! (vedi disegni dei corrispettivi brevetti). Ci sono anche numerose differenze tra i componenti cinematici dei 2 motori. Il mio ha i pistoni interni collegati con biella madre e biellette, rispetto a mettere le tre bielle l’una interna dell’altra, 2 delle quali hanno la testa di biella in 2 supporti al posto che uno. Anche la fase di immissione e di scarico risultano diverse nei 2 motori (vedi fori equidistanti nr.38 figura 2 brevetto US4256061, non presenti nel mio). Anche la fase di accensione, non ha nulla di simile tra i brevetti. Il mio motore non ha candele fisse rispetto allo statore, ma ha candele che ruotano con i pistoni esterni. Queste sono solo alcune delle differenze citate. Il funzionamento dei 2 motori risulta essere completamente diverso! Il motore descritto nel brevetto SE7413443 A , risulta essere meccanicamente completamente diverso dal mio. La differenza più evidente si nota osservando il disegno figura 2,3 e 5 brevetto SE7413443 A, rispetto al disegno 1a del mio brevetto IT MI2010 A001632. Infatti cambia soprattutto il moto dei pistoni esterni che nel mio à ̈ descritto da un percorso eccentrico, rispetto ad essere descritto da 5 manovelle circolari (una per ogni pistone). Risulta diverso proprio costruttivamente, vedi anche il particolare della candela d’accensione che à ̈ messa sul carter (vedi figura 4 brevetto SE7413443 A) a differenza del mio che à ̈ in movimento perché imbullonata su ogni pistone esterno, visibile nel mio brevetto nel disegno 1 a, 1 b e 5. Sono motori totalmente diversi (nel mio motore, vedi anche per la presenza del riduttore epicicloidale che fa ruotare il rotore con un determinato rapporto di riduzione tra rotore e albero motore). Il motore descritto nel brevetto FR624291 A , risulta essere meccanicamente completamente diverso rispetto al mio. La differenza più evidente si nota osservando il collegamento della presa di potenza. Nel mio motore à ̈ l’albero motore interno che grazie al contributo essenziale del riduttore epicicloidale collegato al rotore, trasmette la potenza motrice. Come si nota nella figura 4 del brevetto FR624291 A la presa di potenza avviene direttamente dal rotore. Anche il collegamento dei pistoni interni risulta completamente differente. Tra l'altro il mio cinematismo funziona con un numero dispari di pistoni interni, nel motore del brevetto FR624291 A, il funzionamento à ̈ permesso da un numero pari di pistoni interni. In definitiva analizzando i 3 brevetti (D1.D2 e D3), rispetto al mio brevetto IT MI2Q10 A001632, si nota che si tratta di motori con funzionamento completamente diverso. Nessuno dei 3 motori (brevetti D1.D2 e D3) funziona con il rotore eccentrico rispetto allo statore, oppure con albero motore eccentrico rispetto allo statore! Novità presente invece nel mio motore, brevetto IT MI2010 A001632. Questa differenza à ̈ importante perché nel mio motore, grazie ad un percorso concentrico rispetto allo statore, ed eccentrico rispetto al rotore, vedi disegno 1a brevetto IT MI2010 A001632. sono sempre solo i pistoni esterni a scoprire e a coprire i travasi di immissione e scarico nei cilindri! Le differenze sono davvero tante, ho cercato di elencare almeno le più visibili.