PT92812B

PT92812B - Maquina de conversao de potencia munida com embolos rodando numa carcaca esferica

Info

Publication number: PT92812B
Application number: PT92812A
Authority: PT
Inventors: Thor Larsen
Original assignee: 3 D Int As
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1996-01-31
Also published as: EP0381639B1; PT92812A; NO895204L; CA2045400C; CZ278717B6; DE69000321D1; NO895204D0; ATE80924T1; AU639430B2; BR9006998A; CN1044149A; EP0381639A3; AR243968A1; CN1014921B; JP2781273B2; AU4833190A; KR910700393A; NO169672B; IE62917B1; ES2035742T3

Description

PATENTE Nq92 812

Máquina de conversão de potência munida com êmbolos rodando numa carcaça esférica para que

3D INTERNATIONAL A/S, pretende obter privilégio em Portugal presente invento

RESUMO refere-se a uma máquina de conversão de potência que compreende um conjunto de rotor tendo uma primeira parte de rotor (124) com um primeiro par de êmbolos (137, 138) e uma segunda parte de rotor (125) com um segundo par de êmbolos (135, 136) que podem oscilar para trás e para a frente em relação ao primeiro par de êmbolos na carcaça de máquina (10, 110). A primeira parte de rotor encontra-se ligada a um veio rotativo (117) da máquina, enquanto que a segunda parte de rotor (125) encontra-se ligada sem rotação á primeira parte de rotor (124) e pode oscilar em relação à primeira parte de rotor. Consequentemente a primeira parte de rotor e a segunda parte de rotor podem rodar conjuntamente em torno do dito eixo de rotação. A primeira parte de rotor pode rodar num primeiro percurso de revolução, enquanto que a segunda parte de rotor é móvel num segundo percurso de movimento que se desvia do dito percurso de revolução. A primeira e a segunda parte de rotor (124, 125) são definidas para dentro de uma geratriz esférica comum. Meios de guia (116) para guiarem a segunda parte de rotor (125) num segundo percurso de revolução estão dispostos centralmente dentro do conjunto de rotor (124, 125) em ligação rígida com a carcaça da máquina.

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-2MEMORIA DESCRITIVA presente invento refere-se a uma máquina de conversão de potência, compreendendo uma primeira parte de rotor, com um primeiro par de êmbolos, e uma segunda parte de rotor, com um segundo par de êmbolos, adaptados para serem movidos numa cavidade esférica na carcaça da máquina, sendo, o segundo par de êmbolos, móvel positivamente num movimento de balanceiro, para trás e para à frente, em relação ao primeiro par de êmbolos, estando, a primeira parte de rotor, ligada a um veio rotativo de accionamento ou accionador, enquanto que, a dita segunda parte de rotor, se encontra ligada, sem rotação, à dita primeira parte de rotor, de modo a executar um movimento conjunto de rotação, em torno do eixo do dito veio rotativo, sendo a dita primeira parte de rotor rodável num primeiro percurso de revolução, num plano perpendicular ao dito eixo de rotação, enquanto que a dita segunda parte de rotor pode rodar conjuntamente com a primeira parte de rotor e pode oscilar em relação à mesma, e sendo a dita segunda parte de rotor guiada por um componente de guia rodável num segundo percurso de revolução inclinado, por meio de meios de guia estacionários com um ângulo v em relação ao dito primeiro percurso de revolução. A presente máquina de conversão de potência pode ser usada em vários campos, por exemplo, como um compressor de andar único ou de andares múltiplos, uma bomba, um motor hidráulico ou pneumático e, respectivamente, como um motor de combustão interna de dois tempos ou de quatro tempos, etc. A máquina pode ser empregue num largo espectro de velocidades diversas. A máquina é particularmente útil como uma máquina de alta velocidade, tal como um compressor de alta velocidade ou motor de alta velocidade. Quando a máquina está na forma de um motor pneumático, um motor a vapor ou um motor de combustão interna e tem um volume de trabalho moderado, pode ser utilizada uma velocidade de 500 r.p.s. (30 000 r.p.m.). Quando a máquina é um motor de combustão interna pode ser adequada uma velocidade de cerca de 100 r.p.s. (6 000 r.p.m.) . Noutros casos, uma velocidade de 50 r.p.s. pode ser mais relevante para outras aplicações especiais. Em ligação com motores de propulsão (por exemplo

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-3motores diesel) para navios, podem ser convenientes baixas velocidades significativas. tendo em consideração a velocidade dos hélices e velocidades de 100 r.p.m. para o hélice(s) podem então ser relevantes também para o motor propulsor. Um objectivo especial é proporcionar uma máquina que efectivamente equilibre as massas em movimento na máquina, que resultam em vibrações mínimas na máquina, quando em funcionamento. Um objectivo adicional é proporcionar uma máquina com um desenho comparativamente compacto, com partes relativamente poucas e simples, e volume e peso relativamente pequeno em relação à sua potência de saída. Ainda um objectivo adicional é proporcionar uma máquina cujas câmaras de trabalho são vedadas das partes da máquina que são lubrificadas. Um objectivo adicional é proporcionar uma máquina na qual é conseguido o guiamento simples e efectívo das várias aberturas na carcaça da máquina .

A patente US Nq 826 985 (D. Appel) que foi concedida em 1906, fornece uma solução do tipo mencionado, por meio da introdução que potência um movimento favorável dos êmbolos e das câmaras de trabalho associadas em relação às várias aberturas, baseada numa concepção simples sem veio de manivelas e sem válvulas movimentando-se separadamente.

A solução da arte anterior sugere a previsão de meios de guia estacionários, que sâo posicionados radialmente fora das câmaras de trabalho da máquina, para guiamento positivo, do segundo par de êmbolos num movimento de balanceiro, em relação ao primeiro par de êmbolos, é descrito um componente de guia anular, que é guiado nos meios de guia estacionários, numa ranhura de guia que é formada efectivamente na carcaça de máquina e que, além disso, se prolonga radialmente para além da carcaça de máquina efectiva.

De acordo com a solução da arte anterior, o primeiro par de êmbolos executa, na prática, um movimento de rotação apenas, enquanto o segundo par de êmbolos executa um movimento correspondente de rotação e, além disso, um movimento adicional de balanceiro, guiado positivamente para, trás e para a frente em relação ao pri70 471

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-4meiro par de êmbolos. Por meio dos ditos meios de guia radialmente exteriores, os êmbolos do segundo par são positivamente guiados no percurso de movimento especial, num plano estacionário na carcaça esférica, isto é, com meios de guia anulares inclinados num percurso de revolução, no dito ângulo v em relação ao percurso de revolução dos êmbolos do primeiro par. 0 movimento de balanceiro do segundo par dos êmbolos, para trás e para a frente, em relação ao primeiro dos êmbolos, ocorre como um movimento positivamente guiado em torno de um eixo de balanceiro prolongando-se transversalmente do eixo de rotação do veio rotativo do conjunto de rotor. Isto significa que todos os pontos das superficies de êmbolo do segundo par de êmbolos são continuamente rodados em torno do eixo de rotação do veio rotativo, ao mesmo tempo que estes pontos executam também um movimento de balanceiro, para trás e para a frente, em relação às superficies de êmbolo dos êmbolos do primeiro par. 0 movimento combinado do movimento de rotação e de balanceiro dos êmbolos do segundo par produz um padrão de movimento favorável para os segundos êmbolos (a segunda parte de rotor) em relação aos êmbolos do primeiro par (a primeira parte de rotor) e em relação ao encerramento da carcaça da máquina com superficies interiores esféricas, sem os segundos êmbolos a cor- rerem através de um ponto morto nas posições extremas do movimento de balanceiro.

O resultado da concepção acima mencionada é que as quatro câmaras diferentes, que são definidas entre os quatro êmbolos, são obrigadas a moverem-se com um movimento correspondente de rotação em torno do eixo de rotação do veio rotativo, e são ligadas aos pares às aberturas estacionárias na carcaça da máquina em zonas locais fixas dos percursos de movimento dos êmbolos e assim das câmaras de trabalho. Em cada um dos ciclos de rotação do veio rotativo, duas das câmaras de trabalho são sujeitas a uma expansão cúbica angularmente uniforme, em direcção a um máximo e depois sofrem continuamente, uma redução cúbica angularmente uniforme, em direcção a um minimo num tempo subsequente, enquanto as outras duas câmaras de trabalho são, correspondentemente, submetidas a

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-5um um uma redução cúbica angularmente uniforme em direcção a um mínimo e depois sofrem continuamente uma expansão cúbica angularmente uniforme, em direcção a um máximo num tempo subsequente. Um par de câmaras de trabalho cooperam com um primeiro par de aberturas, enquanto que o segundo par de câmaras de trabalho cooperam com segundo par de aberturas. Consequentemente, são conseguidos enchimento particularmente uniforme e um esvaziamento uniforme das câmaras de trabalho, num primeiro e num segundo par de câmaras de trabalho em cada tempo, e uma mudança de tempo ocorre imediatamente após os êmbolos oscilantes terem atingido as suas respectivas posições extremas. A mudança de tempo não ocorre através de um movimento marcado das massas para o ponto morto entre dois êmbolos, movendo-se para e afastamento um do outro, mas com um movimento regular das massas através de um movimento de rotação positivamente guiado, dos êmbolos em relação um ao outro, em percursos de movimento separados. Este padrão de movimento é importante, como será descrito abaixo.

Não é previamente conhecido que a solução sugerida, mencionada em último tenha provado ser praticamente útil - apesar do padrão de movimento favorável e das condições de funcionamento favoráveis, às quais as partes de rotor são capazes de serem submetidas. Assumem-se que isto é devido a problemas especiais, que aparecem em ligação com o posicionamento dos meios de guia, radialmente exteriores, às câmaras de trabalho da máquina, em que o componente de guia (anel de guia) é submetido a velocidades circunferenciais especialmente elevadas e abre-se para as câmaras de trabalho de máquina, o que resulta em inconvenientes de funcionamento, é, assim, um inconveniente considerável, que os êmbolos oscilantes, em cada um dos seus movimentos de oscilação se mova, transversal mente, no intervalo na carcaça de máquina onde o componente de guia (o anel de guia está montado na carcaça da máquina). Existem grandes problemas, por um lado, de se assegurar lubrificação do componente de guia em relação à carcaça de máquina e, por outro lado, estabelecer uma vedação do componente de guia acima do meio de trabalho das câmaras de trabalho da máquina.

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-6Estes problemas são especialmente óbvios, nas máquinas de alta velocidade, particularmente, em motores de combustão interna de alta velocidade. Assume-se que estes problemas têm sido tais que durante os últimos 80-83 anos, não foi descoberta solução, até ter ter sido feito o presente invento.

pedido de patente Norueguês 882 801 (Thor Larsen) descreve uma máquina de conversão de potência de uma concepção similar ainda que substancialmente diferente, que elimina alguns dos inconvenientes da concepção acima mencionada da arte anterior, mas que não consegue todos os objectivos acima mencionados de acordo com o invento. Na forma de uma bomba ou compressor, a solução da arte anterior funciona eficientemente, enquanto que na forma de um motor de combustão interna é mais complicada, uma vez que é utilizado um veio de manivelas rotativo para movimentar todos os êmbolos, num movimento combinado de oscilação e rotação e uma vez que as válvulas devem ser especialmente operadas em adição à operação das válvulas que são montadas na carcaça da máquina.

De acordo com o presente invento, os problemas das duas soluções da arte anterior são resolvidos e é proporcionada uma solução, que tem vantagens consideráveis, quando comparada às soluções da arte anterior.

A máquina, de acordo com o invento,é caracterizada por a dita primeira e dita segunda parte de rotor serem definidas para dentro de uma geratriz esférica comum, correspondendo a uma superfície lateral interior esférica na carcaça de máquina e por os meios de guia estacionários, para guiarem a segunda parte de rotor no movimento de oscilação para trás e para a frente, estarem dispostos centralmente dentro do conjunto de rotor, como um estator alongado, uma extremidade do qual esá ligada rigidamente à carcaça da máqu ina.

Submetendo as duas partes dos êmbolos a um movimento de rotação continuo, enquanto guiam o movimento de oscilação, para trás e para a frente, da segunda parte de rotor a partir do lado interior do conjunto de rotor e enquanto se proporciona uma vedação efecti70 471 Case 3A RG/hg

-Ίva dos meios de guia estacionários e do componente de guia no lado interior do conjunto de rotor, os êmbolos, que estão dispostos no lado exterior do conjunto de rotor, podem ser movidos a velocidades comparativamente altas de movimento, independentemente dos meios de guia exteriores, etc. Os meios de guia estacionários e escolhidos que estão dispostos internamente, e o componente de guia associado montado internamente, tornam possível uma concepção compacta e robusta do mecanismo de guia, que novamente torna possível mover o componente de guia a velocidades circunferenciais relativamente baixas, enquanto a porção circunferencial maior do conjunto de rotor pode mover-se a velocidades circunferenciais substancialmente mais altas, sem provocar quaisquer problemas part iculares.

Aliás, o componente de guia e as partes adjacentes da segunda parte de rotor podem ser equilibrados de uma maneira controlada dentro do conjunto de rotor, sem provocarem qualquer vibração particular do conjunto de rotor ou na máquina como tal. Ao mesmo tempo as câmaras de trabalho podem ser prontamente vedadas das zonas de lubrificante para os meios de guia e as partes correspondentes dentro do conjunto de rotor, sem risco de mistura do lubrificante e do meio que è processado nas câmaras de trabalho da máquina.

De acordo com o invento, uma solução efectiva é conseguida prontamente, especialmente para uma máquina de alta velocidade como indicado a titulo de introdução, definindo, como mencionado acima, as partes de rotor interiormente numa geratriz esférica correspondendo a uma superficie lateral interior esférica na carcaça da máquina e movimentando os meios de guia estacionários a partir de uma posição radialmente exterior, para uma posição centralmente interior. Isto traz a vantagem considerável, que as aberturas podem ser formados no interior de posições opcionais na superficie esférica da carcaça de máquina, independentemente da posição dos meios de guia. Uma vantagem especial é que, o exterior do conjunto de rotor e o interior da carcaça de motor, podem ambos ser concebidos com superfícies esféricas que podem exactamente adaptadas entre si para rotação do conjunto de rotor a velocidades

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-8de rotação particularmente altas. Neste contexto, é da maior importância gue, os meios de guia estacionários e o componente de guia, sejam dispostos radialmente dentro do conjunto de rotor.

São previstos meios de guia, para serem dispostos coaxialmente dentro do veio rotativo e prolongando-se através da carcaça da máquina, a partir de uma chumaceira ligada com a extremidade interior do veio rotativo, para uma montagem estacionária na extremidade oposta da carcaça da máquina. Como um resultado, o conjunto de rotor é efectivamente montado nos meios de guia estacionários ao mesmo tempo que, o componente de guia (anel de guia) da segunda parte de rotor, pode ser guiado efectivamente nos meios de guia estacionários que são definidos dentro do conjunto de rotor.

Os meios de guia estacionários prolongam-se centralmente, através da primeira parte de rotor, porque a primeira parte de rotor está montada rotativamente, em relação aos meios de guia, nas suas extremidades opostas. Assim, o conjunto de rotor também pode ser prontamente montado na carcaça da máquina.

Como acima mencionado, o presente invento tem como objectivo evitar qualquer comunicação entre os lubrificantes (que se destinam a lubrificar especialmente as superfícies de chumaceira, entre o componente de guia e os meios de guia estacionários, as superfícies de chumaceira entre a primeira parte de rotor e os meios de guia estacionários, e as superfícies de chumaceira entre a segunda parte de rotor e o componente de guia) e o meio de trabalho (que é processado nas câmaras de trabalho da máquina) .

De acordo com o invento, é possível assegurar uma vedação efectiva, comum dos meios de chumaceira internos do conjunto de rotor e os meios de chumaceira do componente de guia internamente disposto, de modo que os mesmos podem ser lubrificados por meio de um dispositivo de lubrificação comum, disposto na forma de canais no estator da máquina. Além disso, a máquina do invento é caracterizada por, a primeira parte de rotor, ser passada no sentido da extremidade através da segunda parte de rotor através de uma porção de parte de rotor anular radialmente exterior em que a primei70 471

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-9ra e a segunda parte de rotor conjuntamente definem uma cavidade, gue contém lubrificantes e é vedada das câmaras de trabalho, encerrando a dita cavidade os meios de guia estacionários e o componente de guia associado, assim como os meios de ligação do componente de guia, que se ligam com a segunda parte de rotor.

As várias soluções de acordo com o invento (da mesma maneira que de acordo com a patente US. Nq 826 985) não necessitam genericamente de aberturas operadas por válvula, uma vez que os movimentos dos êmbolos podem accionar a abertura (descobrirem) e o fecho (cobrirem) das aberturas, apenas por meio dos seus movimentos de rotação relativos às aberturas da carcaça esférica. 0 instante para a abertura (descobrir) e fecho (cobrir) das aberturas pode ser regulado por um projecto opcional correspondente das aberturas e correspondente posicionamento das mesmas na carcaça esférica, independentemente dos meios de guia exteriores estacionários e do componente de guia exterior. Podem ser usadas duas aberturas de admissão e duas de evacuação, isto é, uma abertura de admissão e uma abertura de evacuação que são comuns a um primeiro par de câmaras de trabalho enquanto que uma abertura de admissão adicional e uma abertura de evacuação adicional são comuns a um segundo par de câmaras de trabalho.

Uma solução particularmente favorável, que, quanto à construção, é simples e implica que o primeiro e o segundo par de êmbolos, conjuntamente com o veio rotativo constituam um conjunto de rotor, enquanto que a carcaça esférica e meios de guia fixados à mesma para guiarem o segundo par de êmbolos, no segundo percurso de guia, constituem um conjunto de estator .

Pode ser aqui, feito uso de um pequeno número de partes separadas, quer no conjunto de rotor, quer no estator, ao mesmo tempo que é proporcionada uma solução de construção simples e relativamente compacta de baixo peso, e de menor volume comparativamente, mas com uma saída de potência relativamente alta. Mais precisamente, o estator compreende os meios de guia e a carcaça de máquina que estão rigidamente ligados entre si enquanto que o conjunto de

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-10rotor compreende a primeira parte de rotor, a segunda parte de rotor e meios de ligação fixados à mesma, e articuladamente ligados ao componente de guia por um par de pinos de articulação, estando o componente de guia montado rotativamente em meios de guia estacionários. Tendo em consideração a montagem e a produção, as partes são, na prática, divididas num grande número de partes, mas visto grosseiramente o estator consiste de uma única parte apesar do conjunto de rotor compreender três partes cooperantes (as duas partes de rotor e o componente de guia). Adicionalmente, as várias partes podem ser prontamente fabricadas e montadas de uma maneira relativamente simples, como ressaltará da descrição abaixo.

Numa solução preferida de acordo com o invento a carcaça de máquina é em cada das suas extremidades opostas, munida com um par de aberturas que, em relação ao ângulo de rotação, estão espaçadas entre si e localizadas para dentro dos percursos de movimento dos bordos periféricos, da superfície exterior periférica de uma porção de extremidade respectiva, da primeira parte de rotor, estando as ditas aberturas adaptadas para serem cobertas e descobertas, pelas ditas porções de extremidade nas diversas porções ou zonas de rotação do conjunto de rotor, em que a superfície exterior esférica que é definida nas porções de extremidade da primeira parte de rotor e que é simétrica ao eixo de rotação do conjunto de rotor, tem um comprimento que significativamente maior do que a largura.

Isto significa que, de acordo com o invento, é possível guiar as aberturas no seu conjunto, por meio de porções de extremidade formadoras de êmbolo, da primeira parte de rotor.

De acordo com o invento, é possível, pela utilização da máquina como um compressor, ou uma bomba, ou como um motor de combustão interna de dois tempos, assegurar que duas câmaras de trabalho diametralmente opostas sejam ligadas a aberturas mútua e diametralmente opostas, que constituem aberturas de admissão (e estejam então ligadas a aberturas mutuamente adjacentes constituindo aberturas de evacuação), enquanto duas outras câmaras de

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-11trabalho mútua e diametralmente opostas estão, ao mesmo tempo, ligadas a correspondentes aberturas mútua e diametralmente opostas, que constituem aberturas de evacuação nas fases fixas respectivas dos tempos respectivos (estão então ligadas a aberturas mutuamente adjacentes que constituem aberturas de evacuação).

Quando a máquina tem a forma de um motor de combustão interna de quatro tempos, a cavidade da carcaça do motor define por meio do conjunto do rotor , quatro câmaras de trabalho separadas que separadamente e por sua vez emparelhadas são sujeitas a dois respectivos de quatro tempos do motor em comunicação com as respectivas duas das quatro aberturas, das quais ao mesmo tempo uma primeira abertura constitui uma abertura de admissão de ar para uma primeira câmara de trabalho, e uma segunda abertura constitui uma abertura de evacuação para ar comprimido de uma segunda câmara de trabalho para uma câmara de ligação disposta radialmente fora das câmaras de trabalho, uma terceira abertura constitui uma abertura de admissão da câmara de ligação para uma terceira câmara de trabalho que forma uma câmara de expansão, enquanto que uma quarta abertura constituí uma abertura de evacuação de uma quarta câmara de trabalho para uma saída de evacuação.

De acordo com o invento, pode ser primeiro conseguido que a câmara de ligação que liga um par de câmaras de trabalho funcionando no lado da aspiração/compressão a um segundo par de câmaras de trabalho funcionando no lado de combustão/evacuação da carcaça de máquina. Em segundo lugar pode ser conseguido que a câmara de ligação, que de preferência, está disposta de fora do invólucro de arrefecimento do motor, pode também constituir uma câmara de combustão externa com meios de injecção e de ignição.

Através da combinação da câmara de ligação externa com uma câmara de combustão externa, podem ser obtidas um certo número de vantagens consideráveis. Primeiro é possível assegurar simultaneamente que cada um dos quatro tempos (aspiração, compressão, combustão e evacuação) ocorra numa câmara e na mesma carcaça de motor mas cada, separadamente, numa das quatro câmaras de trabalho.

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12Em segundo lugar é possivel obter uma simplificação considerável do processo de combustão efectivo, uma simplificação considerável da perda de calor, uma temperatura de combustão alta e como uma consequência uma combustão completa do combustível, etc. Em consequência, a câmara de combustão é, de preferência, munida com uma camada de material cerâmico isolador de calor.

Isto traz algumas vantagens consideráveis.

Primeiro, a combustão no tempo de combustão de um motor pode ocorrer fora das câmaras de trabalho, de modo que as partes de conjunto de rotor podem ser mantidas a um nível térmico baixo, enquanto que a câmara de combustão pode ser mantida a um nivel térmico significativamente mais elevado, que pode assegurar combustão efectiva, independentemente, das partes internas do motor (o lado interior da carcaça de máquina, o conjunto de rotor, etc).

Mais precisamente, a câmara de combustão pode ser fixada, de uma maneira estacionária à própria carcaça de motor, de preferência, fora quer da própria carcaça de motor, quer do invólucro de água do motor e independentemente do conjunto de rotor, invólucro de água, dispositivo de lubrificação, etc. Correspondentemente, o conjunto de rotor do motor pode ser projectado de uma maneira que é tão favorável quanto possível em relação à rotação, independentemente do ciclo de combustão efectivo e do projecto da câmara de combustão.

Além do mais, as câmaras de trabalho com as quais a câmara de combustão interactuará, podem ser sujeitas a rotação contínua em relação à abertura que abastece o meio de trabalho a partir da câmara de combustão estacionária, de modo que, também a energia cinética do fluxo de gás quente na direcção do movimento das câmaras de trabalho pode ser utilizada eficientemente.

Uma vantagem essencial adicional de fixar a câmara de combustão de uma maneira estacionária fora da carcaça do motor, é que se pode obter a combustão efectiva do combustível a um nível especialraente alto e ao mesmo tempo regular de temperatura mais ou menos

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-131ndependentemente das condições de temperatura dentro da carcaça de motor. A câmara de combustão pode ser prontamente definida, para dentro de uma zona, que é comparativamente isolada mais facilmente do calor e tornada mais facilmente resistente a altas temperaturas (por exemplo, por revestimento das paredes interiores e, opcionalmente, das paredes exteriores com materiais cerâmicos), de modo que a câmara de combustão pode ser mantida a um nível constante elevado de temperatura assegurando assim uma combustão efectiva mais ou menos completa do combustível. Isto resulta em, quer vantagens ambientais, quer numa saída de potência mais alta do motor. Por outras palavras o abastecimento de calor localmente para a câmara de combustão externa da carcaça do motor pode ser limitada , e o abastecimento de calor pode ser restringido numa grande extensão a esta zona local do motor. Pela mesma razão, o nível ligeiramente inferior de temperatura pode, correspondentemente, ser obtido dentro da carcaça do motor, de modo que as partes rotativas do motor podem ser mantidas a níveis relativamente baixos de temperatura, que são facilmente controláveis de uma maneira correspondente utilizando água ou ar de arrefecimento exterior normais da carcaça do motor e arrefecimento de óleo interno normal do conjunto de rotor e os seus meios de guia estacionários e o componente de guia associado.

Uma vantagem adicional é que o gás do combustível quente pode ser abastecido a uma pressão alta, directamente para as diferentes câmaras de trabalho, através de uma abertura única cuja área de abertura é precisamente definida e para a qual o tempo de abertura e fecho é precisamente estabelecido em relação ao ciclo de rotação. Ma prática, o fluxo de gás quente comprimido pode ser aproximada e completamente contínuo num fluxo de gás rapidamente pulsante a partir da câmara de combustão para as câmaras de trabalho imediatamente seguintes, sem o funcionamento normal de válvula e controlados exclusivamente pelos movimentos de rotação do conjunto de rotor .

Evitando o funcionamento de válvulas, obtém-se vantagens consideráveis. Por exemplo, é possível utilizar facilmente aberturas

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-14grandes para admissão de ar e respectivamente deixarem sair gás de evacuação, assegurando assim que o ar entra, correspondentemente, depressa e relativamente livre e que o gás de evacuação é soprado para fora rapidamente sem necessidade de partes móveis adicionais, o que é particularmente favorável em motores de alta velocidade. Consequentemente, pode se facilmente projectar as várias aberturas com uma forma e área em secção transversal, que são completamente determinadas pelo modo pretendido do fluxo do meio gasoso, nos diferentes tempos na carcaça do motor e na câmara de combustão, respect ivamente.

Características adicionais do presente invento serão evidentes a partir da descrição, baixo com referência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é uma vista em planta de uma máquina de conversão de potência, de acordo com o invento, representada numa primeira concretização com a forma de um compressor, a figura 2 é um corte transversal e vertical da máquina da figura 1, a figura 3 é uma vista em perspectiva de uma primeira parte de rotor, a figura 4 é uma vista em perspectiva de uma segunda parte de rotor, a figura 4a é uma vista lateral da parte de rotor da figura 3 e a parte de rotor da figura 4, engatadas entre si, estando porções da segunda parte de rotor da figura 4, mostradas em corte t ransversal , a figura 5 é um corte transversal das partes gue constituem o estator da máquina, as figuras 6-8 representam o conjunto de rotor da máquina em três posições diferentes de funcionamento, as figuras 9-10 representam a primeira e a segunda parte de rotor recebidas numa secção de carcaça e mostradas em duas posi70 471

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-15ções de funcionamento diferentes com um deslocamento angular de a figura 11 é uma vista em perspectiva da máquina do invento com a forma de um motor de combustão interna de quatro tempos, sendo especialmente mostrada uma abertura de admissão e uma abertura de evacuação.

a figura 12 é a mesma vista que a da figura 11, mostrada do lado oposto e com certas partes separadas para melhor clareza, sendo especialmente mostrado o motor e a câmara de combustão externa.

a figura 13 é uma vista em corte transversal do motor das figuras 11 e 12, a figura 14 é uma vista em perspectiva dos meios de guia para uma segunda parte de rotor, a figura 14a é uma guia estacionários e do rotor montada na ranhura vista em corte transversal dos meios componente de guia, da segunda parte de guia associada.

de de a figura 15 é uma vista meios de guia da figura 14 e rante a montagem em meios de guia à segunda parte de rotor.

lateral, parcialmente em corte, dos do componente de guia associado duligação que ligam o componente de a figura 16 ê uma vista explodida do conjunto compreendendo o componente de guia e os meios de ligação posicionados entre duas metades que em conjunto constituem a primeira parte de rotor, a figura 16a ê uma vista em corte transversal da primeira parte de rotor com um deslocamento angular de 90° em relação à vista da figura 16, a figura 17 representa a primeira parte de rotor que compreende as metades mostradas na figura 16, posicionadas entre duas porções que estão incluídas na segunda parte de rotor, a figura 18 representa as metades da segunda parte de rotor, como mostradas na figura 17, no estado montado.

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-16a figura 19 é uma vista lateral da parte mostrada na figura 18, quando vista a partir do lado direito da figura 18, a figura 20 é, parcialmente, uma vista lateral e, parcialmente, um corte longitudinal de uma porção da segunda parte de rotor, as figuras 21 e 22 são vistas de extremidade de duas metades que em conjunto constituem a carcaça de motor, como se mostra na figura 13, a figura 23 é uma corte longitudinal de um componente estrutural, contendo uma câmara de combustão exterior ao motor, e a figura 24 compreende vistas esquemáticas da primeira e da segunda parte de rotor em várias posições angulares relativas entre si para assim representarem a cobertura e a retirada da cobertura das aberturas dos vários tempos num motor de combustão interna de quatro tempos, como mostrado nas figuras 11-23.

Como mencionado através da introdução, a máquina de conversão de potência de acordo com o invento pode ser utilizada num certo número de campos diferentes, por exemplo, como um compressor de andar único ou de andares múltiplos. ou como uma bomba, um motor operado pneumática ou hidraulicamente, ou como um motor de combustão interna ou semelhante. A máquina ou o motor de acordo com o invento pode ser utilizado num certo número de campos diferentes e num certo número de diferentes combinações, sem que todas essas concretizações sejam aqui indicadas. Os exemplos de uma unidade de motor simples são dados abaixo, apesar de que na prática um certo número de diferentes possibilidades de combinação, que podem trazer vantagens consideráveis sejam também realizáveis, por exemplo, quando se dispõem máquinas ou motores em ligação em tandem ou em funcionamento interactuante de qualquer outra maneira.

Máquina de conversão de potência na forma de um compressor

Numa primeira concretização com representada nas figuras 1-10 a máquina de conversão de potência, de acordo com o invento, será descrita numa concretização especialmente simples, na forma de um compressor. As partes que são descritas com referência às figuras

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-171-10 não estão no entanto, limitadas a serem usadas num compressor, mas podem ern principio serem também usadas noutros tipos de máquina, sem os seus exemplos concretos serem mencionados abaixo.

A máquina de acordo com a primeira concretização, compreende genericamente uma carcaça de máquina 10, um conjunto de rotor tendo uma primeira parte de rotor 19-21 e uma segunda parte de rotor 33-35, meios de guia radialmente interiores 16, que estão montados estacionariamente na carcaça de máquina e se destinam a um componente de guia 38 que está montado rotativamente num plano de rotação separado. 0 componente de guia 38 guia positivamente a segunda parte de rotor 33-35, num movimento de oscilação para trás e para a frente em relação à primeira parte de rotor 19-21, que executa exclusivamente um movimento de rotação.

A figura 1 mostra uma carcaça de máquina esférica 10, com uma cavidade interior esférica. A carcaça é composta por duas metades 11 e 12, e está dividida ao longo de um plano central e transversal ou plano radial 10a que está indicado por linhas a traço ponto nas figuras 1, 2 e 5. As metades 11, 12 são cada uma delas munidas com uma flange de montagem 13 e 14, respectivamente, que são unidas conjuntamente por um certo número de parafusos de montagem 15a e porcas de montagem 15b. Estão mostradas duas fundações de máquina 100a, 100b com orifícios de montagem 101 para parafusos de montagem (não mostrados).

estator 10, 16 da máquina, é mostrado na figura 5, enquanto que o conjunto de rotor 19-21, 33-35 da máquina, é mostrado nas figuras 6-8. 0 estator e o conjunto de rotor da máquina são mostrados em maior detalhe no estado montado nas figuras 2 e 4a. A primeira parte de rotor 19-21, e a segunda parte de rotor 33-35, são cada uma delas mostradas separadamente nas figuras 3-4.

A uma metade 11 da carcaça da máquina, estão permanentemente fixados meios de guia estacionários em forma de barra 16 que se prolongam através da cavidade esférica 10b na carcaça esférica 10 (ver figura 2) transversalmente do dito plano central 10a e prolonga-se numa distância axial para além da cavidade esférica da

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-18carcaça da máquina, na extremidade superior da carcaça da máquina, como mostrado no desenho. Os meios de guia 16 têm um eixo longitudinal 16’que coincide com o eixo de rotação 17a de um veio rotativo 17. Uma extremidade mais grossa 16b dos meios de guia 16 encontra-se rigidamente ligada a uma metade 11 da carcaça, de modo que os meios de guia 16, conjuntamente com as metades 11 e 12, formam um conjunto de estator.

Na parte superior do desenho (ver figura 5), os meios de guia são formados com uma porção em forma de haste 16c, seguida por uma porção intermédia em forma de esfera I6d e uma porção inferior em forma de haste 16e, que mergulha dentro da porção mais grossa 16b, pelo que os meios de guia estão ligados à metade 11 da carcaça.

Na outra metade 12 da carcaça, a extremidade axialmente interior 17b, do veio rotativo 17, está montada rotativamente numa chumaceira rotativa radialmente interior 18. A extremidade radialmente oposta 17c, do veio rotativo 17, prolonga-se no sentido da extremidade, para além da carcaça 10, para engate com meios motrizes de accionamento (não mostrados) , para rodarem o veio rotativo em relação à carcaça 10 e aos meios de guia 16.

A primeira parte de rotor 19-21 está rigidamente ligada à extremidade interior 17b do veio rotativo 17. A parte de rotor compreende um primeiro par de êmbolos 19, 20 que estão rigidamente interligados por uma porção de cubo comum 21. A primeira parte formadora de rotor 19-21, está ligada não rotativamente ao veio rotativo 17. A parte de rotor 19-21 está montada rotativamente em superfieies de apoio externas 22, 23, 24, adjacentes à extremidade axialmente interior 16b dos meios de guia 16 e em superfícies de apoio radialmente externas 25, 26 adjacentes à extremidade axialmente exterior 16c dos meios de guia 16. A extremidade exterior 16c dos meios de guia 16 projectam-se no sentido da extremidade para a extremidade interior 17b do veio rotativo 17, de modo que a extremidade interior 17b, radial e internamente está montada rotativamente na extremidade exterior 16c dos meios de guia 16 e, ra70 471

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-19dial e externamente, está montada rotativamente na chumaceira rotativa 18 da metade 12 da carcaça.

Como se vê a partir da figura 3, os êmbolos 19, 20 e a porção de cubo 21, estão divididos em duas metades 19a, 20a, 21a e 19b, 20b, 21b ao longo da superfície de divisão, indicada pela linha de divisão 27, de modo que as duas metades podem ser montadas, em torno de meios de gula 16 a partir de lados opostos, enquanto que isto é fixado à metade 11 da carcaça, mas antes a metade 12 da carcaça é montada 11 da carcaça. Os êmbolos 19, 20 têm a forma de segmentos esféricos alongados. A porção de cubo 21 que está centralmente localizada na carcaça 10 tem a forma de duas mangas axialmente espaçadas entre si em forma de cilindro 21a e 21b, com um intervalo intermédio 21c. As mangas 21a, 21b prolongam-se através de um comprimento de cerca de um terço do diâmetro interno da carcaça 10. As mangas definem entre elas próprias uma cavidade intermédia em forma de esfera 28 (ver figura 2 e 4a) , que recebe a porção intermédia em forma de esfera 16d dos meios de guia 16 e um componente de guia anular associado. 0 componente de guia 38 está munido com pinos 39 prolongando-se radialmente para fora dos meios de guia e da cavidade em forma de esfera 28, através do dito intervalo 21c na parte de rotor 19-21 .

Nas extremidades opostas da porção de cubo 21 são formados recessos 31 e 32, respectivamente (figura 3) com superfícies ci1 indrícamente curvadas 31a, 31b e, respectivamente, 32a, 32b.

A primeira parte de rotor 19-21 é fixada uma segunda parte de rotor separada 33-35, que é mostrada com maior detalhe na figura 4. Como se vê a partir das figuras 4 e 4a, as partes de rotor 19-21 e 31-35, constituem um conjunto de rotor. A parte de rotor 33-35 compreende dois êmbolos 33, 34 e uma porção de cubo intermédia 35. Em conformidade com os êmbolos 19, 20 e a porção de cubo 21, os êmbolos 33, 34 e a porção de cubo 35, estão divididos em duas metades 33a, 34a, 35a e respectivamente, 33b, 34b, 35b por meio de um plano de divisão que como mostrado na figura 4 tem a forma de uma linha de divisão 37. As duas metades da porção de

-<-,ΐΞΓ

471 Case 3A RG/hg

-20cubo 35a, 35b são, no entanto, divididas de modo que elas podem formar entre si , uma cavidade para receberem as metades de porção de cubo 21a, 21b, da primeira parte de rotor.

Na montagem, o componente de guia (anel de guia) 38 está, em primeiro lugar, montado nos meios de guia 16. Subsequentemente as duas metades da primeira parte de rotor 19-21 estão montadas na metade inferior 11 da carcaça, em torno de meios de guia 16 a partir dos lados opostos da mesma e simultaneamente em engate rotativo firme com o veio rotativo 17. Depois a segunda parte de rotor 33-35 pode ser montada na primeira parte de rotor 19-21. Na prática, uma metade 33a, 34a, 35a da segunda parte de rotor pode ser montada na metade correspondente 19a, 20a, 21a da primeira parte de rotor. Correspondentemente, a outra metade 33b, 34b, 35b da segunda parte de rotor pode ser movida no sentido do comprimento para engate na outra metade correspondente 19b, 20b, 21b da primeira parte de rotor .

componente de guia anular 38 está dividido em duas secções 38a, 38b como mostrado na figura 4. 0 componente de guia 38 compreende dois pinos 39 que se prolongam radialmente para fora e são feitos de modo coerente com uma respectiva metade, das duas metades de anel 38a, 38b. A extremidade oposta dos pinos está montada rotativamente num furo correspondente que forma uma chumaceira rotativa nas respectivas duas partes de êmbolo 33, 34 da segunda parte de rotor 33-35. 0 anel 38 está montado rotativamente numa ranhura 41 na porção em forma de esfera 16t dos meios de guia 16 e está, conjuntamente com os mesmos, montada na cavidade era forma de esfera 28, entre as mangas de porção de cubo 21a e 21b da primeira parte de rotor, como mostrado na figura 4a. O plano principal central da ranhura de anel 41, que está indicado por uma linha a traço ponto 41a faz um ângulo v com o plano 10a que se prolonga perpendicularmente ao eixo central 16a dos meios de guia 16.

Na concretização representada, o ângulo v é mostrado como tendo 30°, mas na prática, o mesmo pode ser maior ou menor, como desejado e requerido. Quando o ângulo v é escolhido para ter por

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-21exemplo 30 , o segundo par de êmbolos pode ser movido através de 60° em relação ao primeiro par de êmbolos, em cada tempo. Se os êmbolos são feitos mais finos, pode-se, por exemplo, utilizar um ângulo de 45°, o que resulta num movimento angular de 90° para cada um dos êmbolos no segundo par de êmbolos em relação ao primeiro par de êmbolos em cada tempo. Os êmbolos podem ter a forma de segmentos de esfera ou são, em qualquer caso, formados com superfícies exteriores esféricas, correspondendo a superfícies laterais interiores esféricas da carcaça da máquina.

Como se vê a partir da figura 2, as partes de rotor 19-21 e 33-35, constituem um conjunto de rotor que está adaptado para rodar em torno do eixo 17a do veio rotativo 17 em relação a um conjunto de estator montado na carcaça 10 e compreendendo os meios de guia 16.

A segunda parte de rotor 33-35 oscila positivamente num movimento alternativo em relação à primeira parte de rotor 19-21 em torno de um eixo de articulação 35c que se prolonga centralmente através de porções de cubo 35a, 35b da segunda parte de rotor 33-35 e interceptam o eixo 17a do veio rotativo 17 perpendicularmente ao dito eixo no centro da cavidade 10b. Em consequência do guiamento positivo do anel 36 no plano 41a, na ranhura anular 41, nos meios de guia estacionários 16, o anel de guia 38 é rodado num percurso de revolução separado em relação aos meios de guia 16, isto é, o mesmo é rodado num plano 41a que se prolonga obliquamente em relação ao plano de rotação da primeira parte de rotor 19-21 que se prolonga perpendicularmente ao eixo de rotação 17a. Os pinos 39 do anel de guia 38, executarão um movimento de articulação para trás e para a frente, em relação ao êmbolos 33-34 e consequentemente a segunda parte de rotor 33-35 será posta em movimento oscilatório positivo, para trás e para a frente, em torno do eixo de articulação 35c ao mesmo tempo que a primeira parte de rotor 19-21 (e a segunda parte de rotor 33-35) faz uma revolução em torno do eixo de rotação 17a do veio rotativo 17.

As câmaras de trabalho do compressor

Como mostrado nas figuras 2-10 dois pares de câmaras de tra.^•caz^&s

471 . ··

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-22balho 42, 43 e 44, 45 são formadas isto é ura par de câmaras de trabalho em cada lado dos êmbolos 19 e 20 e respectivamente em cada lado dos êmbolos 33, 34. Para melhor compreensão do modo de funcionamento dos êmbolos 19, 20 podem ser olhados como relativamente estáticos em relação aos êmbolos 33, 34. Vê-se que o movimento de oscilação é apenas realizado pelos êmbolos 33, 34 e as ditas câmaras de trabalho são expandidas ou comprimidas como uma consequência do movimento dos êmbolos 33, 34 em relação aos êmbolos 19. 20. No entanto os êmbolos 19, 20 e os êmbolos 33, 34 executarão uma rotação sincronizada, em torno do eixo 17a do veio rotativo 17 mas com um movimento de rotação no plano radial perpendicularmente ao eixo 17a do veio rotativo 17 em relação ao êmbolos 19-20 e com um movimento de rotação no plano radial o qual se prolonga obliquamente em relação ao eixo 17a, relativamente aos êmbolos 33, 34. Os êmbolos 33, 34 oscilando para trás e para a frente não executam um movimento inverso ordinário, nas suas posições extremas mas um movimento de rotação que é continuo no espaço e não tem pontos mortos.

Como se vê a partir da figura 5 a carcaça 10 e os meios de gula 15 constituem um conjunto de estator. A primeira parte de rotor 19-21 está montada rotativamente nos meios de guia 16 em torno do eixo 17a enquanto que a segunda parte de rotor 33-35 está montada de modo oscilante na primeira parte de rotor 19-21 em torno do eixo 35c e está ligada oscilantemente ao anel de guia 38 que está montado rotativamente nos meios de guia 16. 0 movimento de oscilação positivo que a segunda parte de rotor 33-35 executa em relação à primeira parte de rotor, é evidentemente, guiada por meio de uma ranhura de guia inclinada 41 na porção em forma de esfera 16d dos meios de guia 16.

As figuras 6-8 representam os êmbolos 19-20 e 33, 34 em três

1	três
34	em
o	nas
na	di-
com o
45	são

seu volume máximo, enquanto que as câmaras de trabalho 44, 45 são

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-23enquanmínimo, mostradas com o seu volume mínimo. Numa segunda fase intermédia como mostrado nas figuras 7 e 10, os êmbolos estão para melhor clareza mostrados numa vista em perspectiva na figura 7 e a partir de cima na figura 10 e com câmaras de trabalho correspondentemente grandes 42-45. A figura 8 mostra os êmbolos numa terceira fase em que as câmaras de trabalho 44, 45 têm o seu volume máximo to que as câmaras de trabalho 42, 43 têm o seu volume

Quando o conjunto de rotor é movido através de metade de uma revolução em torno do eixo 17a, os êmbolos são submetidos às três fases acima mencionadas, como mostrado nas figuras 6-8 num primeiro tempo, e enquanto o conjunto de rotor é movido adicionalmente através de metade uma revolução em torno do eixo 17a, os êmbolos deslocam-se através das correspondentes três fases na ordem oposta. é assim óbvio que cada uma das quatro câmaras de trabalbo 42-45, numa revolução completa do conjunto de rotor, é submetida a dois tempos sucessivos, e por cada revolução do conjunto de rotor, quatro unidades do volume correspondentes aos volumes de quatro câmaras de trabalho são esvaziadas e enchidas.

Os ditos enchimento e esvaziamento das câmaras de trabalho 42-45 são efectuados através de dois pares de aberturas de admissão 46 (apenas uma indicada por as linhas a tracejado nas figuras 9 e 10) e duas aberturas de evacuação 47 através de pares associados de tubos de evacuação 48 e de tubos de admissão 49 (figura 1) . Pode, evidentemente, ser feito uso de uma abertura de admissão e de uma abertura de evacuação, em cada uma das metades 11 e 12 da carcaça e, evidentemente, uma abertura de admissão comum e uma abertura de evacuação comum para cada par de câmaras de trabalho, que estão posicionadas cada uma delas, em cada lado dos êmbolos 19 e 20. Nas figuras 9 e 10 estão indicadas aberturas interiores quadrangulares 46a, 47a, abrindo para a cavidade 10b e aberturas exteriores circulares 26b, 47b abrindo para os tubos 48, 49. Na concretização mostrada, todas as aberturas 46 e 47 estão adaptadas para abrirem e para fecharem nas posições extremas dos êmbolos como representado nas figuras 6 e 8 e para serem, como foram, totalmente descobertas nas posições intermédias mostradas na figura 7.

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S'

-24Na prática é no entanto possível dimensionar, formar e posicionar as aberturas de modo que elas sejam mantidas abertas durante todo o tempo, ou em apenas certas partes de cada tempo como requerido.

A figura 2 mostra meios de vedação 52 nas superfícies dos êmbolos 33, 34, que estão dirigidos radialmente para dentro e em frente da porção de cubo 21 da parte de rotor 19-21 e meios de vedação 53 nas superfícies dos êmbolos 33, 34, que estão dirigidas radialmente para fora e em frente da superfície interior da carcaça 10. Os meios de vedação correspondentes 50 são mostrados na figura 2 nas superficies dos êmbolos 19, 20, que estão virados radialmente para fora. Na figura 3, os anéis de vedação 51 estão indicados nas superfícies radiais da porção de cubo 21. Como vedação eficiente entre as partes de rotor e entre cada parte de rotor e a carcaça 10, pode ser estabelecida de uma maneira relativamente simples.

Não é aqui descrito mas será possível proporcionar lubrificação efectiva e refrigeração do conjunto de rotor, fornecendo um meio de lubrificação de arrefecimento através dos meios de guia 16 e do veio rotativo 17, respectivamente, para cada parte de rotor. Máquina de conversão de potência da forma de um motor de combustão interna

Segue-se abaixo uma descrição de uma concretização, que está especialmente adaptada para ser aplicada num motor de combustão interno, mas a mesma concessão, que é descrita para o rotor no motor de combustão interna, pode também ser utilizada para o rotor em outros tipos de máquina, por exemplo, uma máquina com a forma de uma bomba, compressor, ou semelhante, sem exemplificação desta especialmente. A diferença mais essencial é que a carcaça da máquina está adaptada para a utilização respectiva, enquanto que o mesmo conjunto de rotor pode ser utilizado em todas as aplicações diferentes. Num conjunto de rotor para um motor de combustão interna, as partes de rotor podem evidentemente ser sujeitas a tratamento de superfície ou serem especialmente feitas, de modo que possam ser especialmente resistentes ao calor e isoladas do calor.

t

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-25por exemplo, por meio de materiais cerâmicos, enquanto que tais tratamentos de superfície ou tais fabricos especiais das partes de rotor não são absolutamente necessárias para outros tipos de máqu i nas.

As figuras 12-24 representam uma segunda concretização da máquina de acordo com o invento na forma de um motor de combustão interna. Mais precisamente é mostrado um motor de combustão interna de quatro tempos de duplo efeito, tendo uma câmara de combustão externa.

Alternativamente, pode ser feito uso de um motor correspondente, tendo uma câmara de combustão interna, sem ser mostrada uma concretização concreta do mesmo.

Isto também se aplica a outros tipos de motor de combustão interna. Mesmo, se não são mostradas concretizações concretas, o motor de combustão interna pode ser utilizado como, por exemplo, um motor de dois tempos de simples efeito tendo câmaras de combustão externas ou internas, sem serem dados qualquer exemplos do mesmo.

A figura 13 mostra uma carcaça de motor 110, que consiste em duas metades 111 e 112 e que está dividida por um plano transversal central 110a. As metades da carcaça são cada uma delas munidas com uma flange de montagem 113 e 114, respectivamente, que são unidas por um certo número de parafusos 115.

exterior da carcaça de motor 110 está munido com alhetas de refrigeração 105. A carcaça de motor 110 está dentro de uma caixa 106, definindo assim duas câmaras de água separadas 107, entre a carcaça de motor 110 e a caixa 106, para a circulação de água de refrigeração em cada câmara de água separadamente. A circulação de água de refrigeração está indicada na figura 12 pelas setas 108, e a entrada da água de refrigeração está indicada pela seta 108a, e a saída da água da refrigeração está indicada pela seta 108b. As duas partes 106a e 106b, da caixa de água de refrigeração, são fixadas por parafusos 108c às flanges 113 a 114 da carcaça de motor 110 e por parafusos 108d às extremidades opostas da carcaça de mo70 471

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-26tor 110. Em 109, são mostrados suportes de montagem para a montagem do motor na posição horizontal numa base. Na figura 11 encontra-se ligada a um pulverizador de ar de entrada 161a uma linha de ramal de aspiração 166 que se abre numa zona definida 167 e 168, respectivamente, (ver figura 13) entre a superfície exterior da parte de rotor 124, que tem o diâmetro mais pequeno e a superfície interna da metades 111 e 112 da carcaça do motor, que tem o diâmetro mais pequeno. Isto torna possível remover, de uma maneira em si conhecida, através da entrada de ar resíduos de gás indesejáveis da cavidade da carcaça do motor, sem que tais resíduos entrem em contacto com o dispositivo de lubrificação dentro do conjunto de rotor.

Na figura 13, encontram-se, na extremidade do motor, que suporta os meios de guia 116 que constituem o estator, ligados um tubo de alimentação 169 e dois tubos de retorno 170 e 171 para óleo de lubrificação, que é distribuído através de meios de guia estacionários 116, para a ranhura de guia 118 e para as partes rotativas, que encerram os meios de guia 116 dentro do conjunto de rotor 124, 125.

A figura 13 representa, as partes mais vitais do motor, no estado montado. Algumas partes estão removidas para maior clareza. Estas partes mais vitais estão mostradas em maior detalhe nas figuras 14-23. Abaixo será feita referência alternatívamente ao plano geral da figura 13 e aos planos detalhados nas figuras 14-23. Meios de guia do conjunto de rotor

Na extremidade esquerda da carcaça de motor 110 da figura 13 encontram-se fixados meios de guia alongados 116 que se prolongam através de uma cavidade esférica 110b na carcaça de motor 110, transversalmente do plano central 110a. Os meios de guia 116 têm um eixo longitudinal 116a (ver também figura 14) que coincide com o eixo de rotação 117a de um veio rotativo 117, isto é o veio de accionamento do motor. Os meios de guia 116 são guiados no sentido da extremidade num furo 117c na extremidade direita 117b do veio rotativo 117. é mostrada uma guia de chumaceira 117c' no furo 117c

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'Λ<

-2Ίdo veio rotativo 117, para suporte da porção de extremidade 116c dos meios de guia 116, para a esquerda na figura 13. A dita extremidade esquerda 116c, dos meios de guia 116, está inserida na extremidade inferior do veio rotativo 117 e encerrada pela mesma.

Por meio de um escatel 116d dos meios de guia 116 e um escatel correspondente (não mostrado) numa tampa terminal 112a, montada na parte de carcaça 112 por parafusos 112d e chavetas correspondentes (não mostradas), os meios de guia 116 são fixados permanentemente à porção de carcaça 112. Consequentemente, os meios de guia 116 constituem em conjunto com a carcaça do motor um conjunto de estator (ver figura 14). Um rotor 124, 125 é guiado fora deste conjunto de estator desenvolvendo-se o dito rotor em torno dos meios de guia 116 dentro da cavidade esférica 110b da carcaça do motor, como será descrito em detalhe abaixo.

Os meios de guia 116 como mostrados na figura 14 são formados com uma porção conformada em haste 116e que aproximadamente no meio da porção de haste inferior tem uma porção formando uma espera de colar anular 116f. Além disso, os meios de guia são formados com uma porção de cubo em forma de esfera 116g, tendo uma ranhura anular 118 e uma porção em forma de haste superior 116c. A ranhura 118 tem a forma de cauda de andorinha em secção transversal e prolonga-se num plano que está indicado por linhas a traço ponto 118a e que faz um ângulo v com a linha divisória 110a. Na ranhura 118 encontra-se disposto um componente de guia com a forma de um anel de guia 119. 0 anel de guia 119 está dividido em duas secções, ao longo de um plano através do eixo 116b (figura 14a), para permitir assim a montagem na ranhura 118. Na concretização representada, o anel de guia 119 está localizado entre duas guias de chumaceira separadas 119b e 119c. 0 anel de guia 119 encontra-se em dois lados diametralmente opostos com furos 119a que formam chumaceiras de articulação abertas radial e exteriormente e que estão adaptadas para receber os correspondentes pinos, prolongando-se radial e interiormente 120, que se prolongam radialmente para dentro a partir de meios de ligação 121 constituindo meios de guia (ver figuras 16 e 20) . Os meios de ligação 121 estão incluídos na segunda

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-28parte de rotor 125 como será descrito abaixo. A dita primeira parte de rotor 124, a dita segunda parte de rotor 125 e o dito anel de guia 119 estão todos incorporados num conjunto de rotor comum.

A ligação do conjunto de rotor com os meios de guia

A figura 15 representa a montagem dos meios de guia 116 e o componente de guia associado ou anel de guia 119, nos meios de ligação 121. Os meios de ligação 121 consistem em duas metades 121a, 121b, nas quais apenas uma metade 121a está mostrada na figura 15, enquanto que a outra metade 121b está mostrada nas figuras 13 e 16. A porção esférica de cubo 116g dos meios de guia 116 é recebida num recesso correspondentemente esférico (não mostrado), no interior das metades 121a, 121b, enquanto que duas peças de extremidade separadas 123a e 123b são inseridas no sentido da extremidade a partir de lados opostos dos meios de ligação 121 e são ligadas às respectivas duas metades 121a, 121b dos mesmos por meio de parafusos de montagem 122 (ver figura 13), que estão indicados por linhas a traço ponto na direita da figura 15. Ma figura 15 uma peça de extremidade 123a está montada nos meios de ligação 121, enquanto que a outra peça de extremidade 123 está pronta para ser movida para dentro entre as metades 121a, 121b (a metade 121b não está mostrada na figura 15 para melhor clareza, mas está montada com a metade 121a em ligação com a respectiva peça de extremidade 123a, 123b) . As peças de extremidade 123a, 123b são formadas com uma superfície interior curvada esteticamente como indicado por uma linha a tracejado 123 d'. As peças de extremidade 123a e são cada uma delas munidas com um pino terminal 123a'123b'.

123b

Como mostrado na figura 13, os pinos terminais 123a', 123b' estão ligados rigidamente à parte de rotor 125, através de mangas espaçadoras 126 e chavetas intermédias como mostrado por meio de um escatel 126'.

A figura 16 mostra os meios de ligação 121 montados em torno dos meios de guia 116 e o anel de guia 119 e bloqueados relativamente à porção de cubo dos meios de guia 116, por meio das peças de extremidade 123a, 123b, que estão aparafusadas às duas porções

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-29opostas 121a, 121b dos meios de ligação 121. Por meio dos recessos 121c, 121d nos meios de ligação 121, como mostrado na figura 16, os meios de ligação 121 são deixados oscilar com um movimento de oscilação, para trás e para a frente, ao longo de um determinado arco limitado em torno de um eixo 123' que se prolonga através dos pinos 123a e 123b. Uma vez que os meios de ligação 121 formam os meios de ligação entre o anel de guia 119 e a segunda parte de rotor 125 os meios de ligação 121 são submetidos a rotação em torno de um eixo de rotação 117a em conformidade com a parte de rotor 125, como tal. Como um resultado da rotação positiva do anel de guia 119 em torno de um eixo 116b (figuras 13 e 14a), que se prolonga perpendicularmente ao plano 118a, os meios de ligação executam graças às ligações de pino entre os meios de ligação e o anel de guia 119, um movimento adicional de oscilação em torno do eixo 123', em adição ao movimento de rotação em torno do eixo 117a. Este movimento de oscilação é transferido através dos pinos terminais 123a 123b dos meios de ligação 121, para a parte de rotor 125. A parte de rotor 125 executa um movimento de oscilação positivo correspondente em relação à parte de rotor 124, como será descrito em detalhe abaixo ao mesmo tempo que as partes 121, 124,

125 executam um movimento conjunto de rotação em torno do eixo de rotação 117a.

A primeira parte de rotor do conjunto de rotor

121

A figura 16 é uma vista explodida e representa como as partes 116, 119 e 121, são recebidas de maneira encerrada entre duas porções de carcaça 124a, 124b da primeira parte de rotor 124.

A figura 17 mostra as porções de carcaça 124a, 124b montadas numa parte de rotor coerente 124 que forma uma carcaça. A parte de rotor 124 tem um eixo principal 124' que coincide com o eixo de rotação 117a do veio rotativo 117, e a carcaça ou parte de rotor 124 executa um movimento idêntico ao do veio rotativo 117 do motor e conjuntamente com o mesmo.

A primeira parte de rotor, isto é carcaça 124, encerra, por meio de uma porção de manga de extremidade superior 124d, mostrada na figura 16, a extremidade inferior do veio rotativo 117, e está

471

Case 3A

RG/hg

-30rigidamente ligada ao mesmo através de uma chaveta de montagem 124e (ver figura 13) , de modo que a carcaça 124 está ligada sem rotação ao veio rotativo 117. São mostrados o vedante labiríntio 117e, entre a metade 11 da carcaça do motor e o veio rotativo 117, dois anéis de vedação 117f , 117g (anéis de empanque radiais) , e um anel de chumaceira intermédio 117h, com uma guia de chumaceira 117h¹ entre o veio rotativo 117 e uma carcaça de chumaceira 110' e uma tampa de extremidade associada 110''. Correspondentemente, está disposta uma tampa de extremidade 116i para reter um anel de vedação (anel de empanque radial) 124i na porção de extremidade em forma de manga 124g da carcaça 124. Numa primeira ranhura na carcaça 124 encontra-se disposto um anel de vedação (anel de empanque radial) 124i e numa segunda ranhura encontram-se dispostas duas chumaceiras de impulso 124k, cada uma num lado de porção de colar anular 116f (ver figura 12 e 13). Em 124m encontra-se mostrado uma guia de chumaceira para suportar os meios de guia 116. Entre a metade 112 da carcaça e a tampa de extremidade 116i da tampa terminal 112a da carcaça 110, encontra-se mostrado um vedante labiríntico 116h .

A segunda parte de rotor do coniunto do rotor

A figura 17 representa duas peças de extremidade 125a, 125b que em conjunto (e conjuntamente com os meios de ligação 121), se destinam a formar uma parte de rotor 125 e que a partir de lados opostos se passam para a carcaça 124.

Como se mostra na porção de carcaça 124a, na da figura 16 e na porção de carcaça 124b, na parte gura 16, a segunda parte de rotor 124 está munida de cubo em forma de manga 124t, cujo lado exterior 135 e 136 da segunda parte de rotor 125 e cujo lado os meios de ligação 121.

parte superior inferior da ficom uma porção guia os êmbolos interior guia

A figura 18 representa as duas peças de extremidade 125a, 125b, depois de serem montadas, de modo a formarem a parte de rotor coerente 125 por meio de parafusos de montagem comuns, como se mostra em linhas a traço ponto 125c através da sobreposição de

471

Case 3A

RG/hg dedo

125a ex-31porções em forma de dedo 125d, 125e. As porções em forma de dedo

125d, 125e, prolongam-se no sentido da extremidade para fora na direcção axial em lados mutuamente opostos das porções, em partes esféricas, 125a'', 125b''. As porções de flange dirigidas axialmente 125a'125b' prolongam-se entre as porções em forma de 125d, 125e. A figura 19 representa a peça de extremidade (correspondendo à peça de extremidade 125b) como se vê de uma tremidade. São mostrados os anéis de vedação 125a'¹' para vedarem as peças de extremidade 125a, 125b do conjunto de rotor, contra a parede interior esférica da carcaça de motor ( na cavidade 110b), e correspondentes anéis de vedação 129 (ver também a figura 13), para vedação da carcaça 124 em relação à parede interior esférica da carcaça do motor.

Para montar as peças de extremidade 125a, 125b, tais como mostradas nas figuras 17-18, as flanges de arestas opostas 125a', 125b' das peças de extremidade 125a, 125b são movidas para recessos correspondentes 124b e 124r nos meios de ligação 121. Nas flanges de aresta 125a', 125b' estão dispostas em ranhuras de vedação correspondentes dois anéis de vedação separados 129 como mostrado por linhas sólidas grossas na figura 13. Os anéis de vedação 129 prolongam-se coerentemente na direcção longitudinal das duas porções opostas de formação de êmbolo, da primeira parte de rotor 124, e anularmente na zona intermédia, para as flanges de arestas 125a', 125b'. A figura 13 mostra em 125a''' três anéis de vedação (ver também a figura 19) que se prolongam em paralelo, entre sl , e ao longo de toda a circunferência da segunda parte de rotor 125. Os anéis de vedação 125a' ' ' e 129 são projectados com uma secção transversal largamente em forma de T, gue é recebida numa ranhura correspondentemente em forma de T, estando a barra transversal da forma em T disposta no fundo da ranhura. Em funcionamento o anel de vedação destina-se a ser atirado pela força centrífuga contra a parede interior da carcaça do motor e ser desgastado nesse lugar, assegurando assim o engate vedante efectivo sem qualquer fricção considerável entre as partes. Dentro das peças de extremidade 125a, 125b (ver figura 13), as chumaceiras em forma de

471 Case 3A RG/hg

-32manga 126 acomodam a chaveta 126' de modo que os pinos 123a, 123b dos meios de ligação 121 podem, como mencionado acima, serem rigidamente ligados às peças de extremidade 125a, 125b. Como mencionado acima é proporcionado por meio da chavetas 126' uma ligação rígida coerente entre as partes de rotor 121 e 125, de modo que as mesmas podem executar um movimento conjunto de rotação em relação à parte de rotor 124. Do lado exterior da chumaceira de articulação em forma de manga 126, são mostrados uma tampa de protecçâo anular 127 entre as porções de carcaça 124a, 124b e as peças de extremidade 125a e 125b, e axialmente para dentro das mesmas, uma chumaceira rotativa 128, com uma guia de chumaceira associada 128' e um anel de vedação (anel de empanque radial) 128''disposto entre a tampa 127 e a chumaceira rotativa 128 e, respectivamente, entre a respectiva peça de extremidade 125a, 125b e a carcaça 124. A figura 13 representa furos de montagem 130 para montagem das porções carcaça 124a e 124b.

Por meio de uma disposição de vedação comparativamente simples é assim possível estabelecer uma vedação eficiente entre as partes de rotor mutuamente móveis 124, 125 (e, respectivamente, entre as partes de rotor 124, 125 e a superfície Interior esférica da carcaça do motor), de modo que os meios de guia 116 e o componente de gula associado (anel de guia) 119, e os meios de ligação 121 ligados ao mesmo ficam vedados radialmente do lado de dentro das partes de rotor 124, 125, do motor e as câmaras de trabalho associadas 131-134, como será descrito em detalhe abaixo.

A figura 18 mostra as partes de rotor 124, 125, a partir de um lado e a figura 19 mostra as partes de rotor 124, 125, após as mesmas terem sido rodadas através de 90° em torno do eixo de rotação 117a. A parte de rotor 125 tem dois êmbolos diametralmente opostos 135, 136, com superficies opostas de êmbolo 135a, 135b e respectivamente 136a, 136b. Os êmbolos 135, 136 que são movidos conjuntamente em torno do eixo 135 (ver figura 18) em relação à carcaça 124, são formados com as projecções 125d e 125e das peças de extremidade, sobrepondo-se as ditas projecções entre si e formando dedos (a figura 19 é uma vista de extremidade dos êmbolos

471

Case 3A

RG/hg

-33135 , 136) .

Os êmbolos do conjunto de rotor

Os êmbolos 135, 136 são, como representados na figura 19 móveis de uma maneira oscilante, para trás e para a frente, em relação à parte de rotor 124 em afastamento e em direcção às superfícies de êmbolo opostas 137a, 137b que um êmbolo superior 137 e, respectivamente, às superfícies de êmbolo opostas 138a, 138b de um êmbolo inferior 138. Como mostrado na figura 19 as câmaras de trabalho 131-134, são definidas para dentro de linhas a tracejado indicando a parede interior da carcaça do motor. Uma primeira câmara de trabalho superior 131 e uma primeira câmara de trabalho inferior 132 são definidas entre os êmbolos 137, 138, e o êmbolo 135 enquanto que uma segunda câmara de trabalho inferior 133 e uma segunda câmara de trabalho superior 134 são definidas entre os êmbolos 137 e 138, e o êmbolo 136.

Durante a rotação do veio rotativo 117 a parte de rotor 124 e a parte de rotor 125, executam um movimento conjunto de rotação em torno do eixo 117a.

Devido à ligação de pino entre o anel de guia 119 e os meios de guia 116 e os meios de ligação 121 e a ligação de pino 123a, 123b, entre os meios de ligação 121 e a parte de rotor 125, a parte de rotor 125 executa como um resultado da dita rotação, um movimento de oscilação positivo em relação a meios de guia estacionários 116 e em relação à parte de rotor 124. Mais precisamente o anel de guia 119 executa um movimento de rotação positivo na ranhura de guia associada 118 nos meios de guia 116, ao longo do plano 118a (figura 14) e, ao mesmo tempo que os meios de ligação 121 são rodados em torno do eixo 117a, em conjunto com a parte de rotor 125, o anel de guia 119 provoca positivamente um movimento de oscilação da parte de motor 125, através dos meios de ligação 121, em torno do eixo 123'. Os êmbolos 135, 136 fazem um movimento de oscilação correspondente, para trás e para a frente, entre os êmbolos 137, 138 e a 11ernativamente aumentam os volumes das câmaras de trabalho 131, 133 enquanto os volumes das câmaras de traba70 471

Case 3A

RG/hg

-34lho 132, 134, são reduzidos, e vice-versa.

Para cada revolução da parte de rotor 124, 125, em torno do eixo 117a, cada uma das câmaras de trabalho 131, 133 é enchida e esvaziada de cada vez enquanto que cada uma das câmaras de trabalho 132, 134 é correspondentemente esvaziada e enchida de cada vez, isto é, cada câmara de trabalho é sujeita a um ciclo completo de esvaziamento e enchimento por cada revolução. Por outras palavras, as quatro câmaras de trabalho 131-134 efectuarão, neste caso, quando a máquina é projectada como um motor de combustão interna de quatro tempos, simultaneamente e aos pares um par respectivo de tempos, isto ê para um primeiro par de câmaras de trabalho:

1) tempo de aspiração, e 2) tempo de compressão, e para um segundo par de câmaras de trabalho:

3) tempo de combustão e 4) tempo de evacuação.

Cada par de câmaras de trabalho 131, 132; 133, 134 são por sua vez cada uma submetida a dois tempos subsequente e separadamente num ciclo contínuo.

Câmara de ligação externa/càmara de combustão

A figura 12 representa uma câmara de ligação externa, mais precisamente uma câmara de ligação combinada e câmara de combustão 150 que será descrita em maior detalhe abaixo com referência à figura 23. Mesmo se, de acordo com uma concretização preferida, o motor é aqui descrito em ligação com a câmara de combustão externa 150, o invento não está limitado à utilização de uma tal câmara de combustão externa. Será também possível (mesmo se não for mostrada em detalhe) efectuar combustão na cavidade 110b do motor efectivo, isto é, na respectiva câmara de trabalho na cavidade 110b do motor , quando as câmaras de trabalho tomam uma posição correspondente dentro de uma gama determinada do ângulo de rotação na cavidade 1110b. Mesta último caso, a câmara 150 servirá apenas com uma câmara de ligação externa e no caso em que a câmara pode ser disposta como um conduto na carcaça do motor efectivo. Por câmara de ligação é, genericamente, significado uma conduta de ligação ligando

471

Case 3A

RG/hg ^— 35ura par de câmaras de trabalho com o outro de câmaras de trabalho, de modo que os dois tempos num par de câmaras de trabalho possam continuar nos dois tempos seguintes no outro par de câmaras de trabalho.

é também possível proporcionar um motor de combustão interna de quatro tempos, sem a dita câmara de ligação, mesmo apesar de não existir aqui a representação de uma tal concretização.

Como se vê a partir da figura 23 a câmara de combustão 150 é formada num elemento estrutural separado 150a, que pode ser feito com uma unidade separada consistindo de duas metades 150a' e 150a' ¹ e que podem ser montadas separadamente, fora da carcaça do motor e no exterior do invólucro 106 (não mostrado na figura 23) . Por meio dos meios de ligação 150d e 150e que se prolongam através do invólucro os parafusos de montagem 150d ' , 150e' o elemento estrutural 150a é montado directamente na carcaça de motor 110, sendo aberta a ligação da câmara de combustão 150 às aberturas 162 e 163 .

Num caso alternativo, em que a combustão ocorre dentro da cavidade efectiva 110b, o elemento estrutural 150a constitui os meios de ligação entre duas das câmaras de trabalho (câmara de compressão e câmara de combustão, respectivamente). As duas metades 150a* e 150a' ' do elemento estrutural 150a (ver figura 12) são unidas por parafusos de montagem 150b e fixadas à carcaça de motor 110, por parafusos de montagem 150d ' e 150e'.

A figura 23 é uma vista em corte transversal das metades 150a', 150a'', cada das quais é revestida (de uma maneira não mostrada) no interior (opcionalmente também no exterior) com uma camada de material cerâmico resistente ao calor e isolador de calor, de modo que, a câmara de combustão pode ser mantida a um nível optimamente alto de temperatura, assegurando assim uma combustão óptima a um nível alto de temperatura. Ao mesmo tempo é possível evitar a remoção de calor da câmara de combustão para os arredores e respectivamente para a água de arrefecimento no invólucro.

Na outra parte 150a¹ ' do elemento estrutural 150a e aproxima70 471

Case 3A

RG/hg

-36damente no centro da parte 150a'¹ é mostrada uma manga de inserção 150f, para meios de ignição (vela de ignição) ISOf ' . A utilização de um tubo incandescente ou meios de ignição similares (por exemplo o motor diesel ou semi-diesel) é também possível mesmo apesar de não ser aqui feita a sua representação específica. Em extremidades opostas da câmara de combustão 150 são formados injectores de entrada 150g e 150h, que são adaptados para alimentação de combustível à câmara de combustível 150 em direcções opostas como mostrado pelas setas 150g' e 150h', em direcção aos meios de ignição 150f ' , isto é, num fluxo concorrencial e, respectivamente, em contra corrente em relação à direcção do fluxo do ar comprimido/ /pressão de gãs como mostrado pelas setas 150'.

A câmara de combustão 150 está mostrada esquematicamente e por meio de exemplo na figura 23, e pode ser conveniente fazer várias alterações no posicionamento dos injectores de combustível 150g, 150h e, respectivamente, o posicionamento de meios de ignição 150f', sem se necessitar dos seus exemplos especiais. Pode, por exemplo, ser conveniente posicionar (um número diferente) de injectores de combustível num e mesmo lado de meios de ignição 150f, por exemplo, de lados opostos da câmara de combustão e opcionalmente apenas em fluxo concorrente em relação à direcção do fluxo do ar comprimido abastecido à câmara de combustão.

Ma concretização representada na figura 23, a câmara de combustível é mostrada com tendo secção transversal mais ou menos constante em toda a direcção longitudinal, mas pode também ser conveniente deixar a zona de secção transversal aumentar de um lado para o outro na câmara de combustível, como indicado na figura 24 .

Será também possível fazer recessos na carcaça do motor, de modo que, a câmara de combustível pode ser deixada directamente dentro da carcaça do motor, para tornar assim o percurso do fluxo do meio de pressão na câmara de combustível tão curto quanto possível .

Ma concretização mostrada, o volume na câmara de combustível

-X

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Case 3A

RG/hg

-Jé ;> /

-37é cerca de 1/12 do volume em cada uma das quatro câmaras de trabalho do motor, de modo gue, a compressão do ar comprimido na câmara de combustão pode ser 1/12, quando se injectar o ar comprimido da cãrnara de trabalho para a câmara de combustão. Outras relações de compressão podem ser utilizadas, para mudarem o volume na câmara de combustível como requerido.

As aberturas da carcaça do motor

As figuras 21 e 22 são duas vistas de extremidade, opostas, da carcaça 110 do motor, como vistas na direcção axial do motor, isto é, a figura 21 é uma vista de extremidade do lado em que a metade 111 da carcaça do motor e o veio rotativo 117 são vistos, enquanto que a figura 22 é uma vista de extremidade do lado em que a metade 112 da carcaça do motor e a parte de estator 116 são vistas .

A figura 22 representa uma primeira abertura trapezoidal 161 que constitui a abertura de admissão, de uma entrada de ar 161a no exterior do motor, como mostrado na figura 11, para a cavidade 110b do motor, e uma segunda abertura largamente rectangular 162 que constitui a abertura de evacuação da cavidade 110b do motor para o lado de entrada da câmara de combustão 150.

A figura 21 mostra uma terceira abertura, largamente triangular 163 que constitui uma abertura de admissão da câmara de combustão 150 para a cavidade 110b do motor, e uma quarta abertura largamente trapezoidal 164 que constitui a abertura de evacuação da cavidade 110b do motor, para uma saída de evacuação 164 no lado exterior do motor como mostrado na figura 11.

Modo de funcionamento do motor

A figura 24 representa esquematicamente em A1-A3, B1-B3, C1-C3, D1-D3, E1-E3 cinco posições diferentes de rotação correspondentes às posições da primeira e da segunda parte de rotor do conjunto de rotor (posição A a 0 ,o ___o posição B a 60 , posição C a o,

90”, posição D a 135”, e posição E a 180”) em relação ao conjunto de estator (os meios de guia 116 e carcaça de motor 110) a direcção de rotação é no sentido dos ponteiros do relógio e os exemplos

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Case 3A

RG/hg

-38Al-El e no sentido contrário aos ponteiros do relógio nos exemplos A3-E3 . Para melhor clareza, o conjunto de estator não é mostrado, porque o mesmo é apenas indicado pela câmara de combustão 150 e pelas aberturas 181-164 que são indicadas pelas linhas a tracejado. Em todos os exemplos A1-E3, o conjunto de estator (a carcaça de motor 110 e os meios de guia 116) está numa e mesma posição como indicado pelas aberturas 161 -164, nos exemplos Al, BI, Cl, Dl, EI, e A3, B3, C3, D3, E3 e, respectivamente, indicados pela câmara de combustão 150 nos exemplos A2, B2, C2, D2, E2. Para distinguir as partes umas das outras as faces de extremidade esféricas da primeira parte de rotor 124, são maquinadas.

Os exemplos Al, BI, Cl, Dl, EI, representam o conjunto de rotor 124, 125 quando visto na direcção axial a partir da extremidade, em que o veio de accionamento 117 é mostrado, enquanto que os exemplos já A3, B3, C3, D3, E3, são mostrados na direcção axial a partir da extremidade oposta, isto é, a partir da extremidade em que o estator 116e é mostrado. Os exemplos A2, B2, C2, D2, E2, representam o conjunto de rotor 124, 125 quando visto na direcção lateral .

Os exemplos A1-A3 representam os exemplos 135, 136, da parte de rotor 125 na posição 0° do conjunto de rotor numa posição extrema dos êmbolos enquanto que os exemplos C1-C3 representam os êmbolos 135, 136, na posição de 90° do conjunto de rotor, na posição intermédia dos êmbolos e os exemplos E1-E3 representam os êmbolos 135, 136 na posição 180° do conjunto de rotor (correspondendo à posição nos exemplos A1-A3, com a única diferença que os êmbolos 135, 136 mudaram de posições) na outra posição extrema dos êmbo1 os 135, 136.

Em rotação continuada do conjunto de rotor através de mais 60° (para a posição 240°) e rotação através de mais 30° (para a posição de 270°) e rotação através de mais de 90° (para a posição 360°), os êmbolos tomam as posições correspondentes, como mostrado nos exemplos B1-B3, C1-C3 e A1-A3. Por outras palavras para cada (360°) de rotação do conjunto de rotor 124, 125, cada um dos êmbo70 4*71 ,.

Case 3Α

RG/hg oscilação para trás e para a oscilação) entre as suas duas nos exemplos A1-A3 e E1-E3.

-39los 135, 136, faz um movimento de frente (90° + 90° de movimento de posições extremas como representado

Como se compreenderá, a partir dos exemplos A2-E2, as câmaras de trabalho posicionadas na lado traseiro do êmbolo 135, no lado esquerdo do êmbolo 135 no exemplo A2 - após a primeira metade de revolução do conjunto de rotor (180° de rotação, isto é, 90° de movimento oscilante) é expandida desde o seu mínimo até o seu máximo volume e depois é posicionada no lado esquerdo do êmbolo 135 no exemplo E2 e no lado virado para baixo do conjunto de rotor. Na meia revolução seguinte do conjunto de rotor (180° de rotação, isto é, 90° de movimento de oscilação) a dita câmara de trabalho é, no entanto, rodada, de modo que será correspondentemente mostrado no lado esquerdo do êmbolo, mas então no lado virado para cima do conjunto de rotor.

Cada câmara de trabalho executará, por sua vez, um movimento correspondente e, respectivamente, complementar. Um primeiro par de câmaras de trabalho, isto é, as duas câmaras de trabalho dispostas cada uma num lado do êmbolo 135, e um segundo par de câmaras de trabalho, isto é, as duas câmaras de trabalho dispostas cada uma num lado do êmbolo 136, executam emparelhadas um movimento complementar. A câmara de trabalho num lado do êmbolo 135 e a câmara de trabalho no correspondente um lado do êmbolo 136 estão incluídas na primeira de duas fases do ciclo de trabalho enquanto que correspondentemente as duas câmaras de trabalho no outro lado dos êmbolos 135, 136, estão incluídas nas duas últimas fases do ciclo de trabalho. Neste caso, um par de câmaras de trabalho cooperam com as aberturas 161, 162, enquanto que o outro par de câmaras de trabalho cooperam com o outro par de aberturas 163, 164.

Na posição de 0° ( e a posição de 180° e a posição 360°), todas as aberturas 161-164 são fechadas, pelas superfícies circunferenciais esféricas, da primeira parte de rotor 124 (as superfícies de extremidade mostradas em Al e A4).

Como mostrado nos exemplos A3-E3, a abertura 161 para entrada

S''

471

Case 3A

RG/hg

X /

-40de ar é totalmente, ou parcialmente, descoberta em relação a uma primeira câmara de trabalho na zona entre as posições extremas A3 e E3 (ver posições B3, C3, D3), e está apenas fechada nas posições extremas E3 e A3. Como se vê a partir dos exemplos A3-E3, a abertura 162 que constitui a abertura de evacuação para a câmara de combustão 150, é apenas não coberta pelos recessos 162a (162b) da primeira parte rotativa 124, na zona entre as posições mostradas nos exemplos D3-E3 .

Como mostrado nos exemplos AQ1-E1, a abertura 164 para a saída de evacuação está correspondentemente não coberta (aberta) na zona entre as posições mostradas nos exemplos Al e El (ver os exemplos Bl-Dl) e é apenas coberta (fechada) nas posições extremas mostradas nos exemplos Al e El. A abertura 163 é no entanto, exclusivamente aberta na zona entre as posições mostradas nos exemplos Al e Dl e é fechada nas posições mostradas Al, Dl e El.

movimento de oscilação dos êmbolos 135, 136, faz os êmbolos varrerem o sector anular intermédio da cavidade 110b entre as porções esféricas que são varridas pelo movimento de rotação dos êmbolos 137, 138.

A abertura 162 coopera com dois recessos correspondentes 162a e 162b (ver também a figura 16a) numa porção de extremidade formadora de êmbolo da primeira parte de rotor. Mais precisamente, os recessos prolongam-se parcialmente na própria superfície de êmbolo e parcialmente na superfície de extremidade esférica. A abertura 162 é além disso guiada directamente pelas arestas circunferenciais dos recessos 162a, 162b na superfície de extremidade esférica de uma primeira parte de rotor, isto é a abertura 162 é guiada por um corpo de válvula que é formado no êmbolo efectívo 137 mostrado nos recessos 162a, 162b. A abertura da outras aberturas 161, 162 e 164 é no entanto guiada pela aresta circunferencia 1 da respectiva superfície de extremidade esférica, da primeira parte de rotor.

Como se vê dos exemplo Al e A3, os êmbolos 137, 138 são maiores na direcção longitudinal do que transversal. Isto é utilizado para realizar o guiamento necessário das aberturas 161-164. Nos >fc70 471 Case 3A RG/hg

-41exemplos A1-A3 e E1-E3, isto é nas posições de 0°, 180° e 360° todas as aberturas são cobertas pelos êmbolos 137, 138. Nos exemplos B1-B3, as partes largas das aberturas 161, 162, 163, 164, são, correspondentemente, descobertas para as respectivas três câmaras de trabalho, enquanto que nos exemplos C1-C3, todas as aberturas 161. 163, 164 são descobertas, em direcção às respectivas três câmaras de trabalho. Nos exemplos D1-D3, no entanto, as aberturas 161, 164 são parcialmente cobertas, enquanto que a abertura 163 (e a abertura 162) são completamente cobertas pelos êmbolos 137 e 138, respectivamente. Entre a posição D1-D3 e a posição E1-D3 (ângulo de rotação de 45°) a abertura 162 é, como mencionado acima, descoberta.

Mais precisamente, quer a abertura de admissão 161 quer abertura de evacuação 164, são mantidas mais ou menos abertas através de um ângulo de rotação de 180° do conjunto de rotor (apenas coberto um pequeno ângulo nas posições de 0° e 180° e 360°). As aberturas 161, 164 são completamente fechadas apenas nas posições de 0°, 180° e 360°. Isto significa que um tempo de abertura óptimo para as aberturas 161, 164 pode ser obtido e adicionalmente aberturas largas optimamente das aberturas 161, 164 são utilizadas .

A abertura 162 da cavidade de motor 110b, para a câmara de combustão 150 tem no entanto, uma área em secção transversal reduzida em relação à abertura 161 e é mantida completa ou parcialmente aberta através de um ângulo substancialmente mais pequeno de rotação (45° do ângulo de rotação de 180°), quando comparado à abertura 161 .

No entanto, a abertura 163 é mantida aberta através de um ângulo de rotação ligeiramente maior (135° de do ângulo de rotação de 180°) e tem uma área em secção transversal maior do que a abertura 162. A abertura 163 abre-se apenas após a abertura 162 estar fechada e vice-versa.

Como se vê do que foi dito acima cada câmara de trabalho 131-134, é por sua vez e cada separadamente ligada às várias 161,

471

Case 3A

RG/hg

Τ'

-42162 e 163, 164, respectivamente, isto é, em pontos de tempo fixos para as quatro câmaras de trabalho 131-134, tomam cada uma posição diferente que corresponde ao respectivo primeiro par dos quatro tempos do motor :

1) tempo de aspiração e 2) tempo de compressão e respectivamente :

3) tempo de combustão e 4) tempo de evacuação.

Dispondo a câmara de ligação 150 fora da cavidade interior esférica do motor (isto é fora radialmente das ditas quatro câmaras de trabalho), as câmaras de trabalho respectivas são deixadas comunicar sucessivamente, com a câmara de ligação uma vez cada ciclo de rotação 360°.

A partir de um ponto de partida, na posição de 0°, em que uma primeira câmara de compressão passou o primeiro tempo, isto é o tempo de aspiração 1 (rotação de 180° no tempo 1 a partir da posição de 180° para a posição de 360°, isto é no caso presente a partir de um ponto de partida da posição de 0°), a primeira câmara de compressão é submetida ao tempo de compressão (tempo 2) e uma rotação de mais 135° para a posição de 135°, a dita primeira câmara de compressão comunica com a câmara de ligação 150 através do ângulo de rotação de 45° remanescente, para a posição de 180°.

Na posição de 180°, a câmara de ligação 150 comunica então através do ângulo de rotação de 135° seguinte, com uma primeira câmara de trabalho no tempo de expansão (tempo 3) na direcção da posição de 325°. No tempo de 45° remanescente do tempo de expansão para a posição 360°, a ligação entre a primeira câmara de trabalho e a câmara de ligação 150 é fechada. Finalmente a evacuação é descarregada através do ângulo de rotação de 180° seguinte (tempo 4, isto é, o tempo de evacuação).

Enquanto a primeira câmara de compressão e a primeira câmara de expansão são sujeitas aos tempos 1-4, a segunda câmara de compressão e a segunda câmara de expansão são sujeitas aos tempos correspondentes com um retardo angular de 180° em relação ao acima

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Case 3A

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i nd içado é óbvio do acima mencionado que a câmara de ligação 150 comunica através da rotação de 180°, inicialmente com uma primeira câmara de compressão e depois com uma primeira câmara de expansão separadamente, através de cada ângulo de rotação separado (45° e respectivamente 135°)- Através do ângulo de rotação de 180° seguinte, a câmara de ligação comunica correspondentemente depois primeiro (45°) com a segunda câmara de compressão e subsequentemente (135°) com a segunda câmara de expansão.

Deve-se notar, que os ângulos indicados e as posições angulares são indicadas aqui, como exemplos ilustrativos, mas na prática também outros ângulos e outras posições angulares podem ser adequados. A sua regulação pode ser obtida através da mudança da forma e localização das aberturas em relação à parte de rotor 124.

Pela alimentação de ar comprimido para a câmara de ligação 150, com uma relação de compressão de digamos 1/12, simultaneamente quando é alimentado de combustível e é provocada a ignição da sua mistura, a câmara de ligação actua como um câmara de combustão. Logo que a câmara de combustão é fechada da câmara a partir da compressão (digamos na posição de 180°) , a ligação da câmara de combustão à câmara de expansão é estabelecida e a força de accionamento é transmitida à câmara de expansão, através de um ângulo de rotação de 135°, para a posição de 315°. Através dos 45° remanescentes da rotação para a posição 360°, a transmissão da força de accionamento termina de modo que a câmara de expansão é então ligada na posição de (360°) à saída de evacuação e a maioria da força de accionamento é utilizada na câmara de expansão.

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Claims

REIVINDICAÇÕES la ~ Máquina de conversão de potência compreendendo um conjunto de rotor tendo uma primeira parte de rotor (124) com um primeiro par de êmbolos (19, 20; 137, 138) e uma segunda parte de rotor (125) com um segundo par de êmbolos (33, 34; 135, 136) adaptados para serem movidos numa cavidade esférica (10b, 110b) na caça de máquina (10, 110) emparelhados e efectivamente com um vimento de oscilação para trás e para a frente em relação ao primeiro par de êmbolos, estando a primeira parte de rotor (19-21; 124) ligada a um veio rotativo de accionamento ou accionado (17, 117), enquanto que a dita segunda parte de rotor (33-35; 125) se encontra ligada sem rotação à dita primeira parte de rotor (19-21; 124) de modo a executarem um movimento conjunto de rotação em torno do eixo de rotação (17a, 117a) do dito veio rotativo (17, 117), sendo a dita primeira parte de rotor rodável num primeiro percurso de revolução num plano perpendicular ao dito eixo de rotação enquanto que a dita segunda parte de rotor pode rodar conjuntamente com a primeira parte de rotor e pode oscilar em relação à mesma, e sendo a dita segunda parte de rotor guiada por um componente de guia (38, 119) rodável num segundo percurso de revolução inclinado por meio de meios de guia estacionários (16, 116) com um ângulo v em relação ao dito primeiro percurso de revolução, caracterizada por :

- a dita primeira e a dita segunda parte de rotor (19-21, 33-35; 124, 125) serem definidas para dentro de uma geratriz esférica comum correspondente a uma superfície lateral interior esférica na dita carcaça de máquina (10, 110), e

- por os ditos meios de guia estacionários (16, 116) guiarem a dita segunda parte de rotor (33, 35; 125) no dito para movid ispostos alongado mento de oscilação para trás e para a frente, estarem centralmente dentro do conjunto de rotor como um estator estando uma sua extremidade rigidamente ligada à carcaça de máquina (10, UO).
2a ~ Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por :

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Case 3A

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-45- os ditos meios de guia estacionários (16, 116) estarem dispostos coaxialmente ao dito veio rotativo (17, 117) e prolongarem-se através da carcaça da máquina a partir de uma chumaceira que liga a extremidade interior do dito veio rotativo (17, 117) a uma montagem estacionária na extremidade oposta da dita carcaça de máquina (10, 110).
3â - Máquina de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por :

- os ditos meios de guia estacionários (16, 116) consistirem num componente de veio que é formado por duas porções de extremidade em forma de haste (16b, 16c; 116c, 116e) em lados opostos de uma porção intermédia substancialmente em forma de esfera (16d, 116g) , e

- por a porção intermédia (16d, 116g) ser munida com uma ranhura de guia anular (41, 118) para receber um componente de guia (anel de guia 38, 119) que está montado rotativamente na dita ranhura de guia e estar ligada por meio de pinos (38, 39; 120a, 120b) e furos associados ou meios de ligação semelhantes à segunda parte de rotor (33-35; 125).
4a - Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, caracterizada por:

- os ditos meios de guia estacionários (16, 116) se prolongarem através do centro da primeira parte de rotor (19-21; 124),

- estando a dita primeira parte de rotor montada rotativamente em relação aos ditos meios de guia estacionários (16, 116) nas suas extremidades opostas.
5a ~ Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizada por:

- a dita primeira parte de rotor (124) ser passada no sentido da extremidade através da segunda parte de rotor (125) através de uma porção anular radialmente exterior de parte de rotor (125a'¹, 135, 125b ’ ' , 136) ,

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7Q 471 ./. .. -·.···''

Case 3A

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-46- definindo conjuntamente a dita primeira (124) e a dita segunda (125) parte de rotor, uma cavidade contendo lubrificante que é vedada contra as câmaras de trabalho (131-134) e encerra os ditos meios de guia estacionários (116) e o componente de guia associado (119) e os seus meios de ligação (121) à segunda parte de rotor (125).
6a - Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, caracterizada por:

- a dita primeira parte de rotor (124) ser definida para dentro de uma zona que forma um sector de esfera intermédio na cavidade esférica (110b) da dita carcaça da máquina, entre duas porções em parte esféricas (125a¹ ', 125b¹') da porção circunferencial anular da dita segunda parte de rotor (125),

- formando as duas porções opostas que formam êmbolo (135, 136) da dita segunda parte de rotor (125) , meios exteriores de ligação circunferenciais entre as porções em parte esféricas (125a'¹, 125b¹') da dita segunda parte de rotor, na zona entre as porções de extremidade axiais (137, 139) da dita primeira parte de rotor (124).
7a - Máquina de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por :

- a dita primeira parte de rotor (124), na direcção axial em relação ao eixo de rotação (117a) , ter uma porção intermédia formando manga e duas porções de extremidade mutuamente opostas em forma de segmento de esfera (137, 138) com extremidades cortadas, definindo conjuntamente as ditas porções de extremidade, as ditas câmaras de trabalho (131-134) no espaço entre as porções de anel em parte esféricas (125a¹ ' , 125b' ') da dita segunda parte de rotor (125) e os meios exteriores de ligação que formam êmbolo (135, 136) que estão ligados anularmente às ditas porções de anel em parte esféricas.
8a - Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, caracterizada por:

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-47- a dita segunda parte de rotor (125) estar ligada articuladamente ao componente de guia (119) que está montado rotativamente nos ditos meios de guia estacionários (116) , por meio de meios de ligação central e radialmente interiores (121), que passam transversalmente através da porção intermédia da dita primeira parte de rotor (124) numa cavidade entre a primeira parte de rotor (124) e os ditos meios de guia estacionários (116) e o componente de guia associado (119) .
9a - Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizada por:

- a dita carcaça de máquina (110) estar, em cada uma das suas extremidades opostas munida com um par de aberturas (161, 164; 162, 163) que estão espaçadas entre si em relação ao ângulo de rotação, estando as ditas aberturas localizadas para dentro dos percursos de movimento das arestas circunferenciais da superfície esférica exterior da respectiva porção de extremidade das porções de extremidade (137, 138) da dita primeira parte de rotor (124) e estando adaptada para ser tapada e destapada pelas ditas porções de extremidade (137, 138) nas diferentes posições de rotação ou zonas de rotação do dito conjunto de rotor,

- tendo a dita superfície esférica exterior que é definida nas porções de extremidade (137, 138) da dita primeira parte de rotor (124) e que é simétrica em relação ao eixo de rotação (117a) do conjunto de rotor, um comprimento slgnificativamente maior do que a largura.
10a - Máquina de acordo com a reivindicação 9, tendo a máquina a forma de uma bomba, um compressor, um motor de combustão interna de dois tempos ou motor de dois tempos semelhante, caracterizada por :

- a cavidade (110b) da dita carcaça de motor (110) definir, por meio do conjunto de rotor (124, 125), quatro câmaras de trabalho separadas (131-134) que estão cada uma delas separadamente e por sua vez emparelhadas sujeitas aos dois tempos do motor duas

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Case 3A ·* Z

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-48vezes por revolução do conjunto rotativo em comunicação com o par respectivo das quatro aberturas (161, 163; 162, 164),

- das quais uma primeira abertura (161) e uma terceira abertura (163) constituem ao mesmo tempo a abertura de admissão de uma primeira e, respectivamente, uma terceira câmara de trabalho.

- enquanto que uma segunda abertura (162) e uma quarta abertura (164) constituem a abertura de evacuação de uma terceira e, respectivamente, uma quarta câmara de trabalho.
11a - Máquina de acordo com a reivindicação 9, a forma de um motor de combustão interna de quatro ter i zada por:

tendo a máquina tempos, carac- a cavidade (110b) da dita carcaça de motor (110) definir, por meio do conjunto de rotor (124, 125) , quatro câmaras de trabalho separadas (131, 134) que, cada uma delas separadamente e por sua vez emparelhadas, estão sujeitas aos dois tempos respectivos dos quatro tempos do motor em comunicação com a respectiva abertura dos dois pares de aberturas (161, 164; 162, 163),

- das quais uma primeira abertura (161) ao mesmo tempo constitui a abertura de admissão de uma primeira câmara de trabalho.

- e uma segunda abertura (162) constitui uma abertura de evacuação para ar comprimido de uma segunda câmara de trabalho para uma câmara de ligação (150) posicionada radialmente fora das câmaras de trabalho.

- constituindo uma terceira abertura (163), a abertura de admissão da câmara de ligação (150) para uma terceira câmara de trabalho formando a câmara de expansão,

- enquanto que uma quarta abertura (164) constitui a abertura de evacuação de uma quarta câmara de trabalho para a saída de evacuação.
12a ~ Motor de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por :

- a câmara de comunicação (150) que, de preferência, está

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Case 3A

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-49disposta fora do invólucro de arrefecimento (106) do motor, formar uma câmara de combustão exterior com injector(es) de combustível associado(s) C150d, 150e) e meios de ignição (150f‘),

- sendo a câmara de combustão (150), de preferência, formada por um corpo oco (150a) que está espaçado da carcaça de motor (110) e do invólucro de arrefecimento (106).
13a - Motor de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por :

- a dita câmara de combustão (150) ser munida com uma camada interior de material cerâmico resistente ao calor e, de preferência, com uma camada adicional de material cerâmico isolador de calor.
14a ^_ Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizada por:

- a dita primeira parte de rotor (124) que tem a forma de um corpo oco de duas peças (124a, 124b) formando um invólucro e munida com o primeiro par de êmbolos exclusivamente rotativos (137, 138), e que está ligada rigidamente ao veio rotativo (117), estar rodeada localmente pela dita segunda parte de rotor (125) que tem a forma de dois componentes angulares (125a, 125b) e munida com um segundo par de êmbolos (135, 136) os quais rodam e oscilam ambos para trás e para a frente, e meios de ligação transversais intermédios (121) que ligam os componentes anulares aos ditos meios de guia estacionários (116) através de um anel de guia rodável (119), e

- por as duas partes de rotor (124, 125) definirem conjuntamente de uma maneira vedada a fluidos e, de preferência, também vedada a gases, as câmaras de trabalho (131-134) da carcaça da máquina a partir dos meios de ligação transversais (121) e os ditos meios de guia estacionários (116) posicionados para dentro das mesmas e do anel de guia associado (119) .

Lisboa, -9. J.'.

Pela 3D INTERNATIONAL A/S