ITMO20120146A1 - Motore rotativo - Google Patents

Description

“MOTORE ROTATIVO”.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un motore rotativo, sia per applicazioni mobili sia per applicazioni fisse o stazionarie.

Sono noti motori endotermici in cui la trasformazione del fluido operante in energia avviene secondo noti cicli, il ciclo Otto in motori ad accensione comandata e il ciclo Diesel in motori ad accensione spontanea, ciascuno dei quali comprende le fasi di aspirazione, compressione, combustione -espansione e scarico.

Una prima tipologia di queste macchine prevede il moto rettilineo alternato di uno stantuffo all’ interno di un cilindro cavo, che viene successivamente trasformato in moto rotatorio tramite un manovellismo ordinario (sistema biella/manovella).

In particolare, un lato dello stantuffo è posto a contatto con il fluido operatore che ha accesso al cilindro attraverso valvole e/o luci di aspirazione e scarico.

Il lato opposto, invece, è connesso con l’albero motore per mezzo della biella, il cui piede è incernierato allo spinotto dello stantuffo e la cui testa è accoppiata al perno di manovella dell’albero motore; il piede si muove di moto rettilineo alternato assieme allo stantuffo, mentre la testa descrive una circonferenza di raggio pari alla metà della corsa dello stantuffo, ovvero al raggio di manovella.

Nei motori endotermici alternativi, il ciclo fluidodinamico di funzionamento è completato in quattro corse successive dello stantuffo che si realizzano ogni due giri dell’albero motore (motore a quattro tempi), ovvero in due corse solamente, corrispondenti ad un giro dell’albero motore (motore a due tempi).

Schematizzando, in particolare, il funzionamento di un motore a quattro tempi tradizionale si ha che i primi 180° di rotazione dell’albero motore (prima corsa dello stantuffo) corrispondono alla fase di aspirazione in cui il fluido operatore viene immesso nel ciclo; i secondi 180° (seconda corsa dello stantuffo), che completano il primo giro, corrispondono alla fase di compressione del fluido a valvole di aspirazione e scarico chiuse; i successivi 180° (terza corsa dello stantuffo) corrispondono alla fase utile di combustione ed espansione che avviene a valvole chiuse; infine gli ultimi 180° (quarta corsa dello stantuffo), che completano il secondo giro dell’albero motore, corrispondono alla fase di scarico in cui, a valvola di scarico aperta, si ha lo svuotamento verso l’esterno dei prodotti di combustione.

I motori a combustione interna a funzionamento alternativo non sono scevri di inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che non consentono il raggiungimento di elevati valori di efficienza e rendimento complessivo, oltre ad essere di scarsa elasticità di funzionamento e a presentare un’erogazione di potenza non sempre regolare.

In particolare, si sottolinea che la fase utile di espansione in un motore alternativo di tipo tradizionale è assai poco sfruttata in quanto corrisponde ad una rotazione angolare dell’albero motore molto contenuta.

A ciò si aggiunge che, in fase di espansione, il fluido operatore raggiunge il massimo valore di pressione quando biella e manovella sono ancora disposti sostanzialmente allineati; in tale configurazione, la coppia trasmessa all’albero motore è pesantemente penalizzata da un valore molto contenuto del braccio della forza che si scarica sulla manovella. Al contrario, quando il braccio della forza risulta massimo (biella e manovella disposte a squadro), la pressione e, quindi, la forza trasmessa sono sensibilmente diminuite.

Non va dimenticato, inoltre, che lo stantuffo di un motore alternativo è soggetto a sollecitazioni elevatissime, in quanto ad ogni inversione del moto è costretto a decelerare fino a fermarsi per poi accelerare in direzione opposta; ciò, naturalmente, comporta una rilevante riduzione del rendimento complessivo a causa di vibrazioni, attriti ed effetti di inerzia, che è tanto più marcata quanto sono squilibrate le masse del motore.

I motori alternativi, altresì, richiedono fasi di progettazione e costruzione complesse e costose, necessitando di mezzi di trasformazione del moto da alternato a rotatorio: si evidenzia, in particolare, che la biella, articolata rispetto allo stantuffo e alla manovella, necessita di un accurato dimensionamento sia a flessione sia ad instabilità (carico di punta).

Una seconda tipologia di motori endotermici è costituita dai motori rotativi, nei quali gli organi che raccolgono il lavoro meccanico fornito dal fluido operatore sono dotati di moto rotatorio; tra di essi è annoverato il motore cosiddetto “Wankel”, dal nome del suo inventore.

Questa macchina comprende un rotore prismatico a base triangolare equilatera con lati leggermente convessi; il rotore è contenuto all’ interno di una carcassa, o statore, nella quale sono praticate le luci per l’aspirazione della miscela aria-carburante e per lo scarico dei gas combusti, e che è chiuso alle estremità assiali da due basi, ciascuna delle quali è provvista di un foro per il passaggio dell’albero motore.

Al centro del rotore è calettata una mota dentata a denti interni (corona rotorica) che ingrana con una mota a denti esterni solidale alla carcassa (pignone statorico) e coassiale con i perni di banco dell’albero motore. Il moto orbitante del rotore attorno al pignone è trasmesso all’esterno per mezzo di un eccentrico calettato sull’albero motore.

La sezione della cavità interna dello statore definisce una curva che ricorda un’ellisse schiacciata e che propriamente è chiamata epitrocoide a due lobi; nel normale funzionamento del motore, questa curva è percorsa dalle tre estremità apicali del rotore che sono provviste di guarnizioni di tenuta.

Girando all’interno della carcassa, in particolare, il rotore definisce tre camere di contenimento del fluido operatore, il cui volume varia ciclicamente ed in cui vengono compiuti contemporaneamente tre cicli Otto a quattro tempi, sfasati tra loro di 120°; il processo di combustione, quindi, avviene in modo sequenziale tre volte ad ogni giro del rotore, corrispondente a tre giri dell’albero motore.

Anche il motore “Wankel” presenta alcuni inconvenienti: esso, infatti, è gravato da un elevato consumo di carburante, dovuto a una combustione incompleta della miscela aria-benzina.

Come fenomeno collaterale, ma tutt’ altro che trascurabile, di una combustione imperfetta, il motore “Wankel” presenta anche un elevato livello di emissione nocive, in particolare di idrocarburi incombusti, che 10 rende eccessivamente inquinante e ne limita fortemente le applicazioni. Si evidenzia, inoltre, che anche questo motore endotermico è particolarmente complesso e costoso, non garantendo la lunga durata di alcuni suoi componenti essenziali, in particolare le guarnizioni di tenuta ed il rivestimento della camera statorica.

11 campo di utilizzazione del Wankel, infine, è notevolmente ristretto, rendendolo poco adatto a impieghi che richiedono molta elasticità e curve di coppia e di potenza quanto più piatte possibili.

Un’altra tipologia di motore rotativo a combustione interna è nota, infine, dal documento brevettuale EP 1 522 675.

Il compito principale della presente invenzione è quello di escogitare un motore rotativo che consenta di raggiungere elevate prestazioni in termini di rendimento ed efficienza, di ridurre la complessità degli organi di trasmissione della potenza dalla camera di combustione all’ uscita dell’albero motore e di ridurre sensibilmente gli squilibri delle masse risultando, altresì, particolarmente leggero e compatto.

Un altro scopo del presente trovato è quello di presentare una particolare elasticità di funzionamento, potendo fornire ottime prestazioni di potenza sia ai bassi sia agli alti regimi di velocità, oltre a presentare una semplice fase di messa a punto.

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di disporre di un motore contraddistinto da consumi limitati e bassi livelli di emissioni nocive.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di semplificare considerevolmente l’operazione di raffreddamento dei componenti, che può essere ottenuto accoppiando al motore un impianto di raffreddamento ad aria di tipo convenzionale.

Ancora un altro scopo del presente trovato è quello di contenere i costi di fabbricazione, risultando al contempo particolarmente affidabile e duraturo nel tempo a seguito di un ridotto grado di usura.

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di escogitare un motore rotativo che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell’ ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto.

Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dal presente motore rotativo, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un dispositivo motore provvisto di:

almeno un elemento statorico, internamente cavo;

almeno un elemento rotorico, alloggiato all’interno di detto elemento statorico in modo ruotabile attorno ad un primo asse di rotazione eccentrico rispetto a detto elemento statorico, tra detto elemento statorico e detto elemento rotorico essendo definito un vano di espansione di un fluido operatore;

almeno una bocca di ingresso ed almeno una bocca di uscita di detto fluido operatore ricavate su detto elemento statorico;

almeno un elemento valvolare di chiusura comandata di detta bocca di ingresso; e

almeno un elemento palare che:

è associato a detto elemento rotorico in modo mobile lungo una direzione almeno parzialmente radiale;

è provvisto di un’estremità che sporge a sbalzo da detto elemento rotorico per andare in contatto di strisciamento contro detto elemento statorico; e

è atto ad essere spinto da detto fluido operatore in espansione all’ interno di detto vano di espansione quando detta bocca di ingresso è chiusa da detto elemento valvolare.

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un motore rotativo, illustrate a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

la figura 1 è una vista in sezione che illustra una prima forma di attuazione del motore rotativo secondo il trovato;

la figura 2 è una vista in sezione, su scala ingrandita, che illustra un particolare della forma di attuazione di figura 1 ;

la figura 3 è una vista in sezione lungo il piano di traccia ΙΠ - ΙΠ del particolare di figura 2;

la figura 4 è una vista frontale del particolare di figura 2;

la figura 5 è una vista dall’alto del particolare di figura 2;

la figura 6 è una vista in sezione che illustra una seconda forma di attuazione del motore rotativo secondo il trovato.

Con particolare riferimento alla forma di attuazione mostrata nelle figure da 1 a 5, si è indicato globalmente con 1 un motore rotativo.

Il motore rotativo 1 comprende un dispositivo motore 2 provvisto di un elemento statorico 3, 4, internamente cavo, e di un elemento rotorico 5, 6, alloggiato all’interno dell’elemento statorico 3, 4 in modo ruotabile attorno ad un primo asse di rotazione Al eccentrico rispetto all’elemento statorico 3, 4.

Tra l’elemento statorico 3, 4 e l’elemento rotorico 5, 6 è definito un vano di espansione 7 in cui può espandere un fluido operatore F.

Più in dettaglio, l’elemento rotorico 5, 6 comprende un primo tratto cilindrico 5, a sezione circolare, che è coassiale al primo asse di rotazione Al e che è disposto tangenzialmente all’elemento statorico 3, 4 in corrispondenza di almeno un primo punto di tangenza 8.

Ciò significa che in corrispondenza del primo punto di tangenza 8 il primo tratto cilindrico 5 è disposto accostato all’elemento statorico 3, 4 e il vano di espansione 7 si assottiglia fino ad annullarsi.

In corrispondenza del primo punto di tangenza 8, inoltre, il dispositivo motore 2 comprende un elemento di riscontro 9, del tipo di un setto associato all’elemento statorico 3, 4 in modo scorrevole lungo una direzione sostanzialmente radiale, e primi mezzi di spinta 10, del tipo di una molla o simili, che sono atti a spingere l’elemento di riscontro 9 contro il primo tratto cilindrico 5 dell’elemento rotorico 5, 6.

L’elemento di riscontro 9, che viene mantenuto in contatto sulla superficie esterna del primo tratto cilindrico 5, assicura la tenuta contro eventuali trafilamenti del fluido operatore F.

L’elemento rotorico 5, 6 è supportato rotante all’interno dell’elemento statorico 3, 4 ed è associato ad un albero motore di uscita 1 1 che, invece, fuoriesce dall’elemento statorico 3, 4.

L’elemento statorico 3, 4 comprende una prima porzione cilindrica 3 a sezione circolare incompleta, ossia un cilindrico che in sezione trasversale si estende su un arco di cerchio inferiore a 360°, ad esempio pari a 320° -330°, e presenta un primo settore interrotto 12.

La prima porzione cilindrica 3 è sostanzialmente coassiale al primo tratto cilindrico 5.

L’elemento statorico 3, 4 comprende, inoltre, una prima porzione di chiusura 4, che è atta a chiudere il primo settore interrotto 12 in corrispondenza del primo punto di tangenza 8.

Preferibilmente, la prima porzione di chiusura 4 ha conformazione sostanzialmente piana.

Le estremità assiali dell’elemento statorico 3, 4, invece, sono chiuse tramite due basi di chiusura 13 che sono associate alla prima porzione cilindrica 3 per mezzo di viti rimovibili per consentire il montaggio e lo smontaggio del motore 1.

Dalle basi di chiusura 13 fuoriesce l’albero motore di uscita 11.

Sull’elemento statorico 3, 4 sono ricavate almeno una bocca di ingresso 14 ed almeno una bocca di uscita 15 del fluido operatore F.

Più in dettaglio, sono previste due bocche di ingresso 14 e due bocche di uscita 15, ricavate sulla prima porzione di chiusura 4.

Le bocche di ingresso 14 e le bocche di uscita 15 sono disposte in prossimità del primo punto di tangenza 8, rispettivamente a valle e a monte del primo punto di tangenza 8 rispetto al senso di rotazione di dell’elemento rotorico.

In altre parole, le bocche di ingresso 14 e le bocche di uscita 15 sono sostanzialmente adiacenti le une rispetto alle altre, con il primo punto di tangenza 8 interposto tra loro.

Sulla prima porzione di chiusura 4 sono montati un primo collettore di ingresso 16, che raccoglie il fluido operatore F prima dell’ immissione nelle bocche di ingresso 14, ed un primo collettore di uscita 17, che raccoglie il fluido operatore F che fuoriesce dalle bocche di uscita 15. Alle bocche di ingresso 14 è associato almeno un elemento valvolare 18 di chiusura comandata delle bocca stesse.

Utilmente gli elementi valvolari 18 sono due, uno per ciascuna bocca di ingresso 14.

Gli elementi valvolari 18 sono mobili trasversalmente al primo asse di rotazione Al e sono azionati mediante un primo meccanismo a camme 19, 20, 21 collegato all’albero motore di uscita 11.

Il primo meccanismo a camme 19, 20, 21 comprende.

un elemento a camma 19, solidale all’albero motore di uscita 1 1 ; un elemento a bilanciere 20, che è associato all’elemento statorico 3, 4 in modo scorrevole lungo una direzione ortogonale al primo asse di rotazione Al e che insiste sull’elemento a camma 19;

- un gruppo di leve 21 associato all’elemento a bilanciere 20 e atto a traferire il moto di apertura delle bocche di ingresso 14 dall’elemento a bilanciere 20 agli elementi valvolari 18.

Il dispositivo motore 2 genera moto tramite un elemento palare 6 che trascina in rotazione l’elemento rotorico 5, 6, l’albero motore di uscita 11 e, con essi, il primo meccanismo a camme 19, 20, 21 .

L’elemento palare 6 è associato all’elemento rotorico 5, 6 in modo mobile lungo una direzione almeno parzialmente radiale.

Più in dettaglio, l’elemento palare 6 è inserito scorrevolmente in una prima scanalatura radiale 22 ricavata sul primo tratto cilindrico 5.

L’elemento palare 6 è provvisto di un’estremità che sporge a sbalzo dall’ elemento rotori co 5, 6 per andare in contatto di strisciamento contro la superficie interna dell’elemento statorico 3, 4.

A tale scopo all’interno della prima scanalatura radiale 22 sono previsti mezzi elastici 23, come molle o simili, che spingono l’elemento palare 6 in direzione centripeta e lo mantengono l’estremità esterna dell’elemento palare 6 contro l’elemento statorico 3, 4.

L’elemento palare 6 attraversa da parte a parte tutto il vano di espansione 7 ed è atto ad essere spinto dal fluido operatore F in espansione all’interno del vano stesso quando le bocche di ingresso 14 sono chiuse dagli elementi valvolari 18.

Durante l’espansione, il fluido operatore F è molto caldo e, per tale motivo, l’elemento palare 6 è realizzato in materiali termo-resistenti, ad esempio grafite o ceramici in genere, in cui è eventualmente annegata una lastra metallica che ne aumenta la resistenza alle sollecitazioni meccaniche.

Nella forma di attuazione mostrata nelle figure da 1 a 5, il fluido operatore F è infiammabile e comprende un gas comburente (aria, ossigeno o altro) ed un combustibile (benzina, metano, gpl, idrogeno, o altro) che, miscelati e infiammati, danno vita ad un fenomeno di combustione.

In seguito alla combustione, il fluido operatore F può evolversi portando alla formazione di prodotti di combustione.

Per semplicità di esposizione, nella presente trattazione con il termine “fluido operatore F” si possono intendere, a seconda delle circostanze, sia il gas comburente, sia il combustibile, sia i prodotti della combustione. Nella forma di attuazione mostrata nelle figure da 1 a 5, la combustione del fluido operatore F avviene all’ interno del vano di espansione 7 e, pertanto, il dispositivo motore 2 è di tipo a combustione interna.

A tale scopo sono previsti mezzi iniettori 24 atti ad iniettare il combustibile nel fluido operatore F.

I mezzi iniettori 24 sono associati all’elemento statorico 3, 4 e tali da spruzzare il combustibile all’ interno del vano di espansione 7.

Non si escludono, tuttavia, alternative forme di attuazione in cui i mezzi iniettori 24 siano disposti all’esterno del vano di espansione 7, ad esempio in corrispondenza del primo collettore di ingresso 16.

All’elemento statorico 3, 4 sono anche associati mezzi di accensione 25 atti ad avviare la combustione del fluido operatore F all’interno del vano di espansione 7.

I mezzi di accensione 25, ad esempio, consistono in una candela d’accensione ad alta tensione, una candela d’avviamento ad incandescenza, o simili.

I mezzi iniettori 24 ed i mezzi di accensione 25 sono disposti in prossimità della bocca di ingresso 14 e a valle di essa rispetto al senso di rotazione dell’elemento rotorico 5, 6.

II motore rotativo 1 comprende, inoltre, un dispositivo compressore 26 associato al dispositivo motore 2 e atto a comprimere il fluido operatore F prima della sua immissione nella bocca di ingresso 14.

Il dispositivo compressore 26 può consistere in un qualunque compressore volumetrico o dinamico di tipo noto ma, preferibilmente, è del tipo descritto nel seguito.

Nella forma di attuazione mostrata in figura, il dispositivo compressore 26 è sostanzialmente analogo al dispositivo motore 2 di cui sopra, con alcuni accorgimenti e differenze che gli permettono di funzionare allo scopo di comprimere il fluido operatore F invece di farlo espandere.

Il dispositivo compressore 26, in particolare, è provvisto di un corpo statorico 27, 28, internamente cavo, e di un corpo rotorico 29, 30, alloggiato all’interno del corpo statorico 27, 28 in modo motabile attorno ad un secondo asse di rotazione A2 eccentrico rispetto al corpo statorico 27, 28.

Tra il corpo statorico 27, 28 ed il corpo rotorico 29, 30 è definito un vano di compressione 31 in cui viene compresso il fluido operatore F.

Più in dettaglio, il corpo rotorico 29, 30 comprende un secondo tratto cilindrico 29, a sezione circolare, che è coassiale al secondo asse di rotazione A2 e che è disposto tangenzialmente al corpo statorico 27, 28 in corrispondenza di almeno un secondo punto di tangenza 32.

La conformazione e la funzione del secondo punto di tangenza 32 sono analoghe a quelle del primo punto di tangenza 8, tant’è che sono anche previsti un corpo di riscontro 33 e secondi mezzi di spinta 34 sostanzialmente similari a quelli del dispositivo motore 2.

Il corpo rotorico 29, 30 è associato e trascinato in rotazione dall’ albero motore di uscita 11 unito all’elemento rotorico 5, 6.

In particolare, in figura 1 il dispositivo motore 2 ed dispositivo compressore 26 sono rappresentati uno di fianco all’altro, ma è facile comprendere come essi siano da considerare allineati lungo l’albero motore di uscita 11, il primo asse di rotazione Al ed il secondo asse di rotazione A2 essendo disposti sostanzialmente coincidenti.

Il corpo statorico 27, 28 comprende una seconda porzione cilindrica 27 a sezione circolare incompleta, che è sostanzialmente coassiale al secondo tratto cilindrico 29 e presenta un secondo settore interrotto 35 in modo del tutto similare all’elemento statorico 3, 4.

In corrispondenza del secondo punto di tangenza 32, il dispositivo compressore 26 presenta una seconda porzione di chiusura 28, che è atta a chiudere il secondo settore interrotto 35, analogamente a quanto accade con la prima porzione di chiusura 4 sul dispositivo motore 2.

Sul corpo statorico 27, 28, inoltre, è ricavata almeno un’apertura di ingresso 36 ed almeno un’apertura di uscita 37 del fluido operatore F. Più in dettaglio, sono previste due aperture di ingresso 36 e due aperture di uscita 37, ricavate sulla seconda porzione di chiusura 28.

Le aperture di ingresso 36 e le aperture di uscita 37 sono disposte in prossimità del secondo punto di tangenza 32, rispettivamente a valle e a monte del secondo punto di tangenza 32 rispetto al senso di rotazione di del corpo rotorico 29, 30.

Alle aperture di uscita 37 è associato almeno un corpo valvolare 38 di chiusura comandata delle aperture stesse.

Utilmente i corpi valvolari 38 sono due, uno per ciascuna apertura di uscita 37.

Per la fuoriuscita del fluido operatore F dal corpo statorico 27, 28 il dispositivo compressore 26 comprende anche una valvola di sfogo 39, ad esempio di tipo a lamelle o simili.

La valvola di sfogo 39 è associata al corpo statorico 27, 28 in prossimità del secondo punto di tangenza 32 e, più in dettaglio, nello spazio definito tra le aperture di uscita 37 e il secondo punto di tangenza 32.

Il dispositivo compressore 26 comprime il fluido operatore F tramite un corpo palare 30 che è associato al corpo rotorico 29, 30 in modo mobile lungo una direzione almeno parzialmente radiale.

Più in dettaglio, il corpo palare 30 è inserito scorrevolmente in una seconda scanalatura radiale ricavata sul secondo tratto cilindrico 29 ed è provvisto di un’estremità che sporge a sbalzo dal corpo rotorico 29, 30 per andare in contatto di strisciamento contro la superficie interna del corpo statorico 27, 28, come accade all’elemento palare 6 all’ interno dell’elemento statorico 3, 4.

Il corpo palare 30 attraversa da parte a parte tutto il vano di compressione 31 ed è atto a comprimere il fluido operatore F all’interno del vano di compressione 31 quando le aperture di uscita 37 sono chiuse dai corpi valvolari 38.

Il dispositivo compressore 26, inoltre, comprende un secondo collettore di ingresso 40, un secondo collettore di uscita 41 e un secondo meccanismo a camme 42 del tutto analoghi al primo collettore di ingresso 16, al primo collettore di uscita 17 e al primo meccanismo a camme 19, 20, 21.

Tra il dispositivo motore 2 ed il dispositivo compressore 26 è interposto un elemento rigeneratore 43 atto allo scambio di calore tra il fluido operatore F compresso diretto verso la bocca di ingresso 14 ed il fluido operatore F uscito dalla bocca di uscita 15.

In altre parole, il fluido operatore F in uscita dal dispositivo motore 2 presenta ancora una temperatura abbastanza alta e l’elemento rigeneratore 43 permette di sfruttare tale temperatura per riscaldare il fluido operatore F che esce dal dispositivo compressore 26 prima che questo venga introdotto nel dispositivo motore 2.

Per spiegare il funzionamento del motore rotativo 1 mostrato nelle figure da 1 a 5, in figura 1 si sono indicate con MI, M2, M3 e M4 alcune posizioni notevoli dell’elemento palare 6 e con Cl, C2, C3, C4 e C5 alcune posizioni notevoli del corpo palare 30, in cui le posizioni MI e Cl rappresentano le posizione di punto morto superiore rispettivamente del dispositivo motore 2 e del dispositivo compressore 26.

Il fluido operatore F inteso, ad esempio, come aria esterna, entra nel motore rotativo 1 attraverso il secondo collettore di ingresso 40 richiamato dal moto del corpo palare 30 lungo il vano di compressione 31.

All’inizio di un nuovo ciclo di compressione, il vano di compressione 31 è pieno di fluido operatore F e le aperture di uscita 37 sono chiuse dai corpi valvolari 38.

Partendo dalla posizione Cl di punto morto superiore, il corpo palare 30 si sposta alla posizione C2 in corrispondenza della quale il volume di fluido operatore F all’interno del vano di compressione 31 viene isolato dall’esterno ed inizia la compressione.

L’avanzamento del corpo palare 30 lungo il vano di compressione 31 tra la posizione C2 e la posizione C3, infatti, comprime il fluido operatore F in uno spazio sempre più piccolo, aumentandone la pressione.

Al raggiungimento della posizione C3, il secondo meccanismo a camme 42 comanda il sollevamento dei corpi valvolari 38 e determina Papertura delle aperture di uscita 37.

Il fluido operatore F compresso si riversa dunque nel secondo collettore di uscita 41 sospinto dalla successiva corsa del corpo palare 30 fino alla posizione C4.

In questa posizione, i corpi valvolari 38 chiudono nuovamente le aperture di uscita 37 e parte del fluido operatore F rimane intrappolato nello spazio compreso tra il corpo palare 30 in C4 ed il secondo punto di tangenza 32. Durante il successivo avanzamento tra la posizione C4 e la posizione C5, la pressione del fluido operatore F tende ad aumentare ma la presenza della valvola di sfogo 39 ne permette la fuoriuscita ed il passaggio nel secondo collettore di uscita 41.

A tale scopo si sottolinea che per un corretto funzionamento del dispositivo compressore 26 e sufficiente che la valvola di sfogo 39 venga tarata ad un livello di pressione sostanzialmente pari o, al limite, di poco superiore alla pressione del fluido operatore F corrispondente alla posizione C3; in questo modo durante la fase di compressione vera e propria tra C2 e C3 la valvola di sfogo 39 resta chiusa ed interviene in apertura solamente durante il passaggio da C4 e C5.

In virtù di questo accorgimento è da notare che lo spazio nocivo del dispositivo compressore 26 corrisponde vantaggiosamente solo allo 0,002 % del volume complessivo del vano di compressione 3 1 e il passaggio del corpo palare dalla posizione C5 alla posizione CI avviene senza particolari problemi.

Il fluido operatore F in uscita dal dispositivo compressore 26 si trasferisce dal secondo collettore di uscita 41 al primo collettore di ingresso 16 passando attraverso l’elemento rigeneratore 43, in corrispondenza del quale si riscalda ed diventa pronto per entrare nel dispositivo motore 2.

Più in dettaglio, il fluido operatore F ha accesso nel vano di espansione 7 quando l’elemento palare 6, partito dalla posizione di punto morto superiore MI, raggiunge la posizione M2.

In M2, infatti, il primo meccanismo a camme 19, 20, 21 comanda il sollevamento degli elementi valvolari 18 e Papertura delle bocche di ingresso 14.

Il successivo avanzamento dell’elemento palare 6 richiama il fluido operatore F all’interno del vano di espansione 7 fino al raggiungimento della posizione M3, in corrispondenza della quale gli elementi valvolari 18 si abbassano e chiudono le bocche di ingresso 14.

In questa posizione il volume di fluido operatore F all’intemo del vano di espansione 7 rimane isolato e, una volta iniettato il combustibile tramite i mezzi iniettori 24, vengono attivati i mezzi di accensione 25 per avviare la combustione.

Durante la combustione il fluido operatore F aumenta sensibilmente la propria pressione e spinge l’elemento palare 6 lungo il vano di espansione 7 fino al raggiungimento della posizione M4.

In M4, infatti, il fluido operatore F che era rimasto isolato all’intemo del vano di espansione ha accesso alle bocche di uscita 15, attraverso le quali si può riversare nel primo collettore di uscita 17.

A tale scopo si sottolinea che la fuoriuscita del fluido operatore F è favorita dalla spinta dell’elemento palare 6 durante la successiva rivoluzione dell’elemento rotorico 5, 6.

Il fluido operatore F uscito dal dispositivo motore 2 viene quindi fatto passare attraverso l’elemento rigeneratore 43, dove cede calore al fluido operatore F proveniente dal dispositivo compressore 26, e viene infine espulso in atmosfera.

Dalla precedente descrizione del funzionamento del motore rotativo 1 è facile comprendere come la corretta fasatura tra il dispositivo motore 2 ed il dispositivo compressore 26 sia tale per cui quando il corpo palare 30 si trova nella posizione C5 allora l’elemento palare 6 si trova sostanzialmente nella posizione M3.

E altrettanto facile comprendere, inoltre, che mediante il motore rotativo 1 secondo la presente invenzione la fase utile di espansione del fluido operatore F si estende per circa 300° di rotazione dell’albero motore di uscita 11 ed è sensibilmente maggiore rispetto alle corrispondenti fasi utili dei motori tradizionali.

In figura 6 è mostrata un’alternativa forma di attuazione del motore rotativo 1 dotata di un dispositivo motore 2 e di un dispositivo compressore 26 sostanzialmente identici a quelli precedentemente descritti ed illustrati, con le sole eccezioni costituite dalle seguenti modifiche.

La soluzione di figura 6, in particolare, è destinata a realizzare un ciclo a combustione esterna e non interna come nel caso precedente e, pertanto, è priva dei mezzi iniettori 24 e dei mezzi di accensione 25.

La soluzione di figura 6, in compenso, è dotata di un elemento riscaldatore 44 interposto tra il dispositivo motore 2 ed il dispositivo compressore 26 e ato a riscaldare il fluido operatore F in ingresso nelle bocche di ingresso 14.

Più in detaglio, l’elemento riscaldatore 44 è collocato immediatamente a valle dell’elemento rigeneratore 43 rispeto al normale flusso di avanzamento del fluido operatore F.

Utilmente, inoltre, l’elemento riscaldatore 44 consiste in un combustore ato a bruciare una miscela combustibile R senza che questa si mischi con il fluido operatore F.

A parte queste differenze, il funzionamento del motore rotativo 1 resta sostanzialmente invariato.

All’apertura delle bocche di ingresso 14 (posizione M2), infatti, entra nel dispositivo motore 2 un fluido operatore F molto caldo e potente che fin da subito sospinge in rotazione l’elemento palare 6 e l’elemento retorico 5, 6. Una volta raggiunta la posizione M3, le bocche di ingresso 14 si chiudono isolando all’interno del vano di espansione una parte del fluido operatore F che ha ancora sufficiente energia per continuare a sospingere l’elemento palare fino alla posizione M4.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1) Motore rotativo (1), caratterizzato dal fatto che comprende almeno un dispositivo motore (2) provvisto di: almeno un elemento statorico (3, 4), internamente cavo; almeno un elemento rotorico (5, 6), alloggiato allintero di detto elemento statorico (3, 4) in modo ruotabile attorno ad un primo asse di rotazione (Al) eccentrico rispetto a detto elemento statorico (3, 4), tra detto elemento statorico (3, 4) e detto elemento rotorico (5, 6) essendo definito un vano di espansione (7) di un fluido operatore (F); almeno una bocca di ingresso (14) ed almeno una bocca di uscita (15) di detto fluido operatore (F) ricavate su detto elemento statorico (3, 4); almeno un elemento valvolare (18) di chiusura comandata di detta bocca di ingresso (14); e almeno un elemento palare (6) che: è associato a detto elemento rotorico (5, 6) in modo mobile lungo una direzione almeno parzialmente radiale; è provvisto di un’estremità che sporge a sbalzo da detto elemento rotorico (5, 6) per andare in contatto di strisciamento contro detto elemento statorico (3, 4); e è atto ad essere spinto da detto fluido operatore (F) in espansione all’ interno di detto vano di espansione (7) quando detta bocca di ingresso (14) è chiusa da detto elemento valvolare (18).
2. 2) Motore (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento rotorico (5, 6) comprende un primo tratto cilindrico (5) a sezione circolare che è disposto tangenzialmente a detto elemento statorico (3, 4) in corrispondenza di almeno un primo punto di tangenza (8).
3. 3) Motore (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto elemento statorico (3, 4) comprende: una prima porzione cilindrica (3) a sezione circolare incompleta, che è sostanzialmente coassiale a detto primo tratto cilindrico (5) e che presenta un primo settore interrotto (12); e una prima porzione di chiusura (4), che è atta a chiudere detto primo settore interrotto (12) in corrispondenza di detto primo punto di tangenza (8).
4. 4) Motore (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo motore (2) comprende un elemento di riscontro (9) collocato in corrispondenza di detto primo punto di tangenza (8) e primi mezzi di spinta (10) atti a spingere detto elemento di riscontro (9) contro detto elemento rotorico (5, 6).
5. 5) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che detta bocca di ingresso (14) e detta bocca di uscita (15) sono disposte in prossimità di detto primo punto di tangenza (8), rispettivamente a valle e a monte di detto primo punto di tangenza (8) rispetto al senso di rotazione di detto elemento rotorico (5, 6).
6. 6) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento palare (6) è inserito scorrevolmente in una prima scanalatura radiale (22) ricavata su detto elemento rotorico (5, 6).
7. 7) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo motore (2) comprende mezzi iniettori (24) atti ad iniettare un combustibile in detto fluido operatore (F) e mezzi di accensione (25) associati a detto elemento statorico (3, 4) e atti ad avviare la combustione di detto fluido operatore (F) all’interno di detto vano di espansione (7).
8. 8) Motore (1) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di accensione (25) sono disposti in prossimità di detta bocca di ingresso (14) e a valle di essa rispetto al senso di rotazione di detto elemento rotorico (5, 6).
9. 9) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un dispositivo compressore (26) associato a detto dispositivo motore (2) e atto a comprimere detto fluido operatore (F) prima di immetterlo in detta bocca di ingresso (14).
10. 10) Motore (1) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un elemento rigeneratore (43) interposto tra detto dispositivo motore (2) e detto dispositivo compressore (26) e atto allo scambio di calore tra detto fluido operatore (F) compresso diretto verso detta bocca di ingresso (14) e detto fluido operatore (F) uscito da detta bocca di uscita (15).
11. 11) Motore (1) secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un elemento riscaldatore (44) interposto tra detto dispositivo motore (2) e detto dispositivo compressore (26) e atto a riscaldare detto fluido operatore (F) in ingresso in detta bocca di ingresso (14).
12. 12) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 9 a 11, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo compressore (26) è provvisto di: almeno un corpo statorico (27, 28), internamente cavo; - almeno un corpo rotorico (29, 30), alloggiato all’ interno di detto corpo statorico (27, 28) in modo ruotatale attorno ad un secondo asse di rotazione (A2) eccentrico rispetto a detto corpo statorico (27, 28), tra detto corpo statorico (27, 28) e detto corpo rotorico (29, 30) essendo definito un vano di compressione (31) di detto fluido operatore (F); almeno un’apertura di ingresso (36) ed almeno un’apertura di uscita (37) di detto fluido operatore (F) ricavate su detto corpo statorico (27, 28); - almeno un corpo valvolare (38) di chiusura comandata di detta apertura di uscita (37); e almeno un corpo palare (30) che: è associato a detto corpo rotorico (29, 30) in modo mobile lungo una direzione almeno parzialmente radiale; è provvisto di un’estremità che sporge a sbalzo da detto corpo rotorico (29, 30) per andare in contatto di strisciamento contro detto corpo statorico (27, 28); e è atto a comprimere detto fluido operatore (F) all’ interno di detto vano di comprensione (31) quando detta apertura di uscita (37) è chiusa da detto corpo valvolare (38).
13. 13) Motore (1) secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detto corpo rotorico (29, 39) comprende un secondo tratto cilindrico (29) a sezione circolare che è disposto tangenzialmente a detto corpo statorico (27, 28) in corrispondenza di almeno un secondo punto di tangenza (32).
14. 14) Motore (1) secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto corpo statorico (27, 28) comprende: - una seconda porzione cilindrica (27) a sezione circolare incompleta, che è sostanzialmente coassiale a detto secondo tratto cilindrico (29) e presenta un secondo settore interrotto (35); e una seconda porzione di chiusura (28), che è atta a chiudere detto secondo settore interrotto (35) in corrispondenza di detto secondo punto di tangenza (32).
15. 15) Motore (1) secondo la rivendicazione 13 o 14, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo compressore (26) comprende un corpo di riscontro (33) collocato in corrispondenza di detto secondo punto di tangenza (32) e secondi mezzi di spinta (34) atti a spingere detto corpo di riscontro (33) contro detto corpo rotorico (29, 30).
16. 16) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 13 a 15, caratterizzato dal fatto che detta apertura di ingresso (36) e detta apertura di uscita (37) sono disposte in prossimità di detto secondo punto di tangenza (32), rispettivamente a valle e a monte di detto secondo punto di tangenza (32) rispetto al senso di rotazione di detto corpo rotorico (29, 30).
17. 17) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 12 a 16, caratterizzato dal fatto che detto corpo palare (30) è inserito scorrevolmente in una seconda scanalatura radiale ricavata su detto corpo rotorico (29, 30).
18. 18) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 12 a 17, caratterizzato dal fatto che detto corpo rotorico (29, 30) è associato e trascinato in rotazione da detto elemento rotorico (5, 6).
19. 19) Motore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 13 a 18, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo compressore (26) comprende almeno una valvola di sfogo (39) associata a detto corpo statorico (27, 28) in prossimità di detto secondo punto di tangenza (32).