PT774057E - Motor de accao radial com embolos esfericos - Google Patents

Description

Descrição “Motor de acção radial com êmbolos esféricos”

Fundamento da invenção A presente invenção refere-se a um motor de combustão interna radial, com êmbolos esféricos, que possui uma configuração de carne única, para estabelecer um movimento alternativo dos êmbolos com velocidade relativamente constante.

No meu pedido de patente intitulado “Four Stroke Continuous Cycle Radial Piston Engine” (patente US-A-5 415 135, depositado em 22 de Julho de 1993), publicada depois da data de prioridade do presente pedido, que é uma continuação do N° 889 439 depositado em 28 de Maio de 1992, agora patente com o número 5 257 599, descreve-se um motor de combustão interna radial, com êmbolos esféricos que percorrem uma superfície de carne circular, cujo centro de rotação está desviado do centro de rotação dos cilindros. Os êmbolos esféricos, além de rolarem à roda, na superfície de carne, num movimento circular, têm também um movimento alternativo em relação aos cilindros. A velocidade de cada um dos êmbolos ao longo da sua trajectória circular, bem como no movimento alternativo relativo varia de maneira significativa durante o ciclo de rotação. A velocidade não constante dos êmbolos ao longo da sua trajectória circular resulta num certo deslizamento e escorregamento dos êmbolos esféricos, em vez do movimento de rolamento puro ao longo da superfície de carne durante mudanças de velocidade. Isso provoca um desgaste suplementar, devido ao atrito, e um maior ruído. Além disso, o movimento não uniforme pode demonstrar-se que é a causa de os êmbolos se “enfeixarem” numa porção do ciclo, resultando num efeito de desequilíbrio e uma maior vibração do motor. 2

Sumário da invenção

Na presente invenção, proporciona-se um motor de combustão interna radial com êmbolos esféricos, no qual uma construção de carne única produz um movimento de rolamento uniforme de cada êmbolo, ao longo da trajectória circular, e um movimento alternativo relativo constante, no interior de cada cilindro. O motor de combustão interna radial que utiliza êmbolos esféricos de acordo com os princípios da presente invenção carece dos êmbolos ocos convencionais, de bielas, cambota ou outros mecanismos oscilantes Em vez disso, ele contém um rotor cilíndrico, com duas ou mais fiadas de cilindros que se estendem radialmente. Em cada cilindro, um êmbolo esférico percorre uma pista concêntrica com o rotor, resultando daí um movimento alternativo substancialmente uniforme. O rotor cilíndrico e contém uma pluralidade de cilindros rotativos, enquanto o êmbolo esférico no interior de cada cilindro rola à volta da parede interior da carcaça do motor, ao longo de uma came única, numa outra circunferência, sendo assim mantido pela força centrífuga. As duas circunferências que acabamos de descrever são dimensionalmente concêntricas, donde resulta que cada um dos êmbolos esféricos executa um movimento alternativo do seu próprio cilindro. A came tem uma configuração para assegurar o movimento alternativo substancialmente uniforme de cada êmbolo esférico no interior do seu cilindro.

Proporcionam-se cilindros separados para a compressão (de aqui em diante denominados cilindros de compressão) e para a ignição e para a combustão e a expansão (de aqui em diante designados por cilindros de potência).

Os êmbolos esféricos, nos cilindros de compressão, desempenham a função de aspiração e compressão do ar de admissão. Numa rotação, todos os êmbolos '7% esféricos nos cilindros de compressão passam por um passeio de admissão, um passeio de compressão, passando depois o ar comprimido no exterior do motor para um refrigerador intermédio. O ar comprimido, com o combustível adicionado, é depois transferido, por via de um tubo de transferência, para os cilindros de potência. Depois de receber a carga de ar-combustível do tubo de transferência, os cilindros e êmbolos dos cilindros de potência passam num tubo de fogo para a ignição da carga retida. A carne dos cilindros de potência é alinhada de modo que, na ignição o êmbolo inicia o seu movimento de saída. Depois da expansão completa dos gases, durante o passeio de potência, a abertura de escape é exposta e os êmbolos esféricos deslocam-se para dentro, expulsando os produtos da combustão. As dimensões dos cilindros de potência e o passeio dos êmbolos são escolhidos para obter a expansão completa dos produtos residuais. Numa forma de realização preferida, utilizam-se duas fiadas de cilindros de potência, com uma fiada de cilindros de compressão.

Na presente invenção, podem reduzir-se de maneira significativa o escorregamento e o deslizamento, bem como o enfeixamento dos êmbolos esféricos atrás descritos.

Portanto um objecto principal da presente invenção consiste em proporcionar um motor de combustão intema rotativo, com êmbolos esféricos, com um controlo aperfeiçoado do movimento dos êmbolos esféricos.

Outros objectos e vantagens da invenção tomar-se-ão a seguir evidentes na descrição que segue de formas de realização preferidas da presente invenção.

Breve descrição dos desenhos As figuras dos desenhos representam: 4 4

A fig. 1, uma vista em alçado, em corte, de um motor de combustão interna, parcialmente esquemática, que realiza os princípios da presente invenção, com os êmbolos nos pontos mortos inferior e superior, sendo o corte feito pela linha (1-1) da fig- 7; A fig. 1 A, uma ilustração esquemática do trajecto de um êmbolo esférico, em 360° de rotação; A fig. 2, um corte feito por (2-2) da fig. 5, A fig. 3, um corte feito pela linha (3-3) da fig. 5; A fig. 4, um corte feito pela linha (4-4) da fig. 5; A fig. 5, uma vista segundo (5-5) da fig. 1; A fig. 6, um corte feito por (6-6) da fig. 1; A fig. 7, um corte feito por (7-7) da fig. 1; A fig. 8, um corte feito por (8-8) da fig. 1; A fig. 9, um corte feito por (9-9) da fig. 1; A fig. 10, um corte feito pela linha (10-10) da fig. 1; e A fig. 11, uma vista tomada segundo (11-11) da fig. 1.

As setas ilustradas nas figuras representam o sentido dos componentes rotativos e o sentido do fluxo de vários fluidos descritos.

Descrição de formas de realização preferidas

Com referência às fig. 1, 2 e 5 a 11, o motor de combustão interna (10) compreende uma carcaça cilíndrica (12), com uma parede exterior (14), uma parede de topo (16) e uma abertura circular (18). Esta última é tapada por uma cobertura (22), que compreende uma placa de topo (24), fixada por parafusos (25) na carcaça (12), e um estator (26) de forma cilíndrica, que se estende para o interior da carcaça (12). (12).

No espaço anular entre o estator (26) e a parede exterior (14) da carcaça (12) está o rotor (28), que tem uma parede cilíndrica (30) e uma parede de topo (31), estendendo-se um veio de saída (32) através da abertura (33) na parede de topo (16) da carcaça (12), para fornecer a saída do motor (10).

No interior da parede (30) do rotor (28) estão formadas três fiadas de um agregado anular de cilindros espaçados (34, 36, 38), em cada um dos quais há um êmbolo esférico (42, 44, 46), respectivamente.

Com referência também à fig. 7, cada um dos cilindros, por exemplo o cilindro (34), consiste num furo circular que se estende radialmente, com um ombro esférico (34b), para se ajustar ao êmbolo esférico (42), como está ilustrado, e uma garganta (34c), de modo que o cilindro (34) penetra completamente na parede (30) do rotor (28), como está representado.

Os cilindros (34) são aqui descritos como cilindros de compressão, enquanto que os cilindros (36) e (38) estão aqui descritos como cilindros de pressão, por razões que se verão na contmuação da descrição. A superfície interior (48) da parede (14) da carcaça está dotada com uma construção de came única, sobre a qual se deslocam os êmbolos esféricos (42). Esta construção consiste numa cavidade (52) (ver também a fíg. 1) na superfície (48), para um fim que se descreve mais adiante. A superfície interior (48) da parede (14) da carcaça e a superfície exterior da parede (30) do rotor são ambas circulares e têm o mesmo eixo (X) de rotação. O eixo Y, que está desviado do eixo (X), como se vê na fíg. 7, é o centro da superfície exterior circular da carcaça (14). A largura da abertura para o interior da 6 6

cavidade (52), representada nas fig. 1 e IA, que é a distância entre os bordos exteriores (A) e (B) da cavidade (52), é desenhada para variar ao longo da periferia da superfície interior (48) de modo tal que permite que os êmbolos (42) aparentem deslocar-se com uma velocidade constante no interior de cada cilindro (34), quando o rotor (28) roda. Se se desejar, a distância entre os bordos exteriores (A) e (B) pode fazer-se variar, na periferia, para obter um outro movimento relativo qualquer dos êmbolos, no interior dos cilindros respectivos.

Deve notar-se que os êmbolos esféricos não têm realmente movimento alternativo. Eles orbitam numa trajectória quase circular, mas apenas no interior de cada cilindro eles parecem executar um movimento alternativo. A profundidade da cavidade (52), na parede (14) da carcaça, varia ao longo da periferia, para se adaptar aos êmbolos, sendo a configuração a mesma para os êmbolos (44) e (46). Os bordos (A) e (B), que formam uma pista na qual rolam os êmbolos esféricos, estão situados na superfície interior (48) da parede da carcaça (14).

Os êmbolos esféricos (42) correm e rodam nos bordos (A) e (B), quando o rotor (28) roda, como se representa esquematicamente na fig. IA, de modo que, quando varia a largura, os êmbolos esféricos (42) executam um movimento alternativo no interior dos cilindros (34). A força centrífuga mantém os êmbolos (42) em contacto com os bordos (A) e (B). Os êmbolos (42) nunca tocam em nenhuma parte da cavidade (52) que não sejam os bordos (A) e (B), como se mostra nas figuras. Os êmbolos (42), enquanto rodam em tomo dos bordos (A) e (B), movem-se também numa órbita planetária, como atrás se descreveu. 13 7 A partir das fíg. 1, 2, 3, 4 e 7, ver-se-á que, quando o rotor (28) roda, do TDC para o BDC, os êmbolos (42) estão a deslocar-se para fora, de modo que entre ar nos cilindros (34), através de uma abertura de admissão de ar (54), situada no estator (26), durante uma parte deste ciclo. O estator (26) está também provido de uma conduta distribuidora de admissão (56), que recebe ar fresco de uma pluralidade de aberturas de admissão de ar (58), representada também na fíg. 5.

Do ponto morto inferior (BDC) para o ponto morto superior (TDC), os êmbolos (42) estão a mover-se para dentro, de modo que comprimem o ar até o ar comprimido ser descarregado através da abertura (64) no estator (26), precisamente antes do TDC. O ar comprimido deixa o estator (26) através da abertura (64) de escape do ar comprimido (fíg. 5), para passar através de um refrigerador intermédio (66), representado esquematicamente na fíg. 1. O refrigerador intermédio (66) é de concepção convencional, utilizando o ar ambiente para arrefecer o ar comprimido.

Com referência às fig. 1 e 8, os cilindros de potência (36) e (38) receberam ar comprimido, proveniente do refrigerador intermédio (66), através da conduta distribuidora de combustível-ar (68), no estator (26) e nas aberturas (72) e (73), no ponto morto superior TDC. O combustível é injectado para dentro do ar comprimido por meio de um ou mais injectores (74), situados numa conduta distribuidora de combustível-ar (68).

Como se vê na fig. 3, a ignição é proporcionada por uma vela de ignição (76), situada num tubo de chama (78), no estator (26), aberto para os cilindros (36) e (38), através das aberturas (72) e (73), no TDC.

Nos cilindros (36) e (38), os êmbolos esféricos (44) e (46) estão providos de bordos de carne semelhantes (C) e (D), e (E) e (F), respectivamente, em cavidades 8 (82) e (84), respectivamente, como atrás se descreveu.

Do TDC para o BDC, verifica-se o passeio de potência de expansão, verificando-se depois o escape, como se ilustra na fig. 8, através da abertura de escape (86), até um pouco antes do TDC. Os produtos de escape são descarregados através da conduta de escape (88) e da saída de escape (92), para o sistema de escape (94). Uma porca (95), montada na saída (92), retém a placa (95a) que contém as aberturas de admissão (58).

Como se vê na fig. 6, os êmbolos (42, 44, 46) de escape dos gases, passam para o interior da câmara anular (96), e através de uma abertura de respiração (98), para o interior da conduta distribuidora de admissão (56) para reciclagem. Os êmbolos esféricos e os cilindros são dimensionados com uma folga para permitir figas, reduzindo-se desse modo o atrito a um mínimo. O contacto máximo de superfície-a-superficie verifica-se entre a superfície interior do rotor (28) e a superfície exterior do estator (26). A área da secção transversal de cada cilindro, por exemplo do cilindro (34), acima da secção esférica (34b), é dupla da área da secção transversal da garganta (34c). Daí resulta um equilíbrio de forças entre o rotor (28) e o estator (26) e uma redução de atrito suplementar.

No funcionamento do motor (10), os cilindros de potência (36) e (38) que contêm êmbolos esféricos (44) e (46), respectivamente, durante os seus passeios de expansão, como atrás se descreve, exercem uma força nos seus bordos de carne (C, D) e (E, F), respectivamente, fazendo com que o rotor (28) rode e forneça potência através do veio (32) e proporcione a compressão do ar nos cilindros (34).

Esta construção de carne única permite que os êmbolos esféricos gerem 9 energia emética de rotação ao longo de 180°, do TDC para o BDC, enquanto os pontos de contacto se deslocam para fora em cada esfera, um tanto como o funcionamento de um “ió-ió”. Esta energia cinética é depois usada para auxiliar os êmbolos a mover-se para dentro, contra a força centrífuga, durante os 180° seguintes. A concepção mecânica do motor presta-se para um funcionamento inerentemente suave. Pela eliminação da cambota e das bielas, elimina-se a vibração normal induzida pelo seu movimento. A utilização de um estator com aberturas, para o fornecimento da carga, e condutas distribuidoras de escape permite que o motor funcione num ciclo mecânico de quatro tempos, sem utilização de válvulas de admissão e de escape. A vedação entre o rotor e o estator é mantida pelo controlo da folga e a escolha de uma área efectiva da caixa dos cilindros (isto é, a garganta (34c), igual a metade da área do furo do cilindro, como atrás se descreveu. O efeito disso é a criação de uma condição de equilíbrio na interface do rotor com o estator. O resultado é que, em todas as condições de funcionamento, com pressão positiva ou negativa nos cilindros, a força do rotor no estator é substancialmente equilibrada, reduzindo desse modo o desgaste da interface rotor-estator. Esta característica é importante para o controlo da vedação a longo prazo.

Embora se tenham descrito apenas certas formas de realização preferidas da invenção, compreende-se que são possíveis muitas variações da invenção dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims (8)

1. Reivindicações 1. Motor de combustão interna rotativo, que compreende uma carcaça fixa (12), meios cilíndricos rotativos (28), que têm uma parede circular (30) no interior da referida carcaça (12), um núcleo fixo (26), no interior da referida carcaça (12) e envolvido pela parede circular (30) dos referidos meios cilíndricos rotativos (28), tendo o referido núcleo fixo (26) meios para fornecimento, transferência e saída de um fluido de trabalho, e meios de veio (32) ligados aos referidos meios cilíndricos rotativos (28), para fornecer a potência do referido motor no veio de saída, no qual a referida parede circular (30) compreende pelo menos duas fiadas de passagens circulares estendidas radialmente, que formam cilindros de compressão e de potência (34, 36), respectivamente, e uns separados dos outros ao longo do eixo de rotação, penetrando cada um dos referidos cilindros do motor (34, 36) completamente na referida parede (30) e contendo um êmbolo esférico (42, 44) que pode livremente executar um movimento alternativo e rodar, caracterizado por compreender meios de carne fixos, com uma pista circular (52), formada por dois bordos afastados (AB, CD), montados no interior da referida carcaça (12) envolvendo cada uma das referidas fiadas de cilindros do motor (34, 36), por a referida pista circular (52) ter um eixo (X) coincidente com o eixo de rotação do referido meio cilíndrico rotativo (28), estando cada par de bordos (AB, CD) em contacto com todos os êmbolos esféricos (42, 44) no interior da fiada respectiva e por o espaçamento dos referidos bordos (AB, CD) variar, produzindo desse modo um movimento de rolamento uniforme de cada êmbolo ao longo do trajecto circular, bem como um movimento relativo constante no interior de cada cilindro (34, 36).
2. 2. Motor de combustão interna rotativo de acordo com a reivindicação 1, 9 caracterizado por o espaçamento dos referidos bordos (AB, CD) variar ao longo de 360° de rotação e por a referida pista (52) estar montada no interior da referida carcaça (12), que envolve cada uma das referidas fiadas de cilindros do motor (34, 36).
3. 3. Motor de combustão interna rotativo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada um dos referidos cilindros (34, 36) do motor estreitar para baixo, para formar uma garganta circular (34c, 36c), de diâmetro reduzido, que comunica com os referidos meios de núcleo fixo (26).
4. 4. Motor de combustão interna rotativo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a área da secção transversal de cada cilindro (34, 36) do motor ser mais ou menos dupla da área da secção transversal da sua garganta (34c, 36c).
5. 5. Motor de combustão interna rotativo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os referidos êmbolos (42, 44) serem dimensionados, nos referidos cilindros (34, 36), de modo a permitir que alguns gases se escapem passando pelos referidos êmbolos e tendo meios para recircular os referidos gases de escape para o ar de admissão que entra nos referidos cilindros de compressão.
6. 6. Motor de combustão interna rotativo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por meios (74) para injectar combustível para o interior do ar comprimido e transferi-lo para os referidos cilindros de potência (36) do motor, durante uma porção do ciclo de rotação, para combustão e expansão no interior dos referidos cilindros de potência e meios para retirar os produtos de expansão dos referidos cilindros de potência (36) durante uma outra porção do ciclo de rotação.
7. 7. Motor de combustão interna rotativo de acordo com a reivindicação 6, 3 caracterizado por o referido núcleo fixo (26) incluir meios (76) para a ignição do combustível que contém ar comprimido que está a ser fornecido aos referidos cilindros de potência (36).
8. 8. Motor de combustão interna rotativo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por meios (66) para arrefecer o ar comprimido que entra nos referidos cilindros de potência (36). Lisboa, 21 de Junho de 2000