RO127971A2

RO127971A2 - Toroidal engine

Info

Publication number: RO127971A2
Application number: ROA201100499A
Authority: RO
Inventors: Liviu Grigorian Giurca
Original assignee: Liviu Grigorian Giurca
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-29

Abstract

The invention relates to a toroidal engine used in the transportation means and as a power source in stationary installations with the purpose of reducing the consumption of fuel and diminishing the greenhouse effect. According to the invention, the engine comprises a toroidal cylinder () inside which two opposing toroidal pistons () move, said pistons having an alternating rotary motion about a common axle () located on a common joint (), the link between the common joint () and each of the toroidal pistons () being carried out by means of a balance lever () integral with the toroidal piston () and the alternating motion of each of the two toroidal pistons () being transmitted to a connecting rod () articulated to an end () by means of a bolt () located on the balance lever () or on the toroidal piston (), and to the other end, the connecting rod () being articulated on its own crank shaft () and the motion of the two crank shafts () being synchronized by means of two pinion gears () having a unitary transmission ratio (i=1).

Description

Invenția se referă la un motor toroidal utilizabil pe mijloace de transport și ca sursă de putere în instalații staționare în scopul reducerii consumului de combustibil și al diminuării 5 efectului de seră.The invention relates to a toroidal engine usable on means of transport and as a source of power in stationary installations for the purpose of reducing fuel consumption and reducing the greenhouse effect.

Este cunoscut motorul clasic în patru sau în doi timpi cu piston în mișcare liniară de translație. Acesta prezintă un randament scăzut datorat pierderilor de căldura în special la nivelul chiulasei. Un alt motiv al randamentului scăzut este frecarea dintre piston și cilindru amplificata în special de forța normală rezultată pe durata destinderii. Pentru a funcționa cu 10 zgomot redus și fără prea multe vibrații aceste motoare trebuie să prezinte un număr ridicat de cilindrii, ceea ce complică construcția și crește prețul.It is known the classic four or two stroke piston engine in linear movement of translation. It has a low efficiency due to heat losses, especially at the cylinder head level. Another reason for the low efficiency is the friction between the piston and the cylinder amplified especially by the normal force resulting during the relaxation. In order to operate with 10 low noise and without too much vibration these engines must have a high number of cylinders, which complicates the construction and increases the price.

Pentru a rezolva o parte din aceste probleme s-a apelat la soluția cunoscută ca motorul cu pistoane opuse și cilindrii opuși descris in brevetul US6170443 Această soluție deși ameliorează randamentul efectiv în mod remarcabil este foarte complexă și deci prezintă un 15 cost ridicat. Pentru efectuarea baleiajului utilizează un compresor electric adițional cu fiabilitate îndoielnică și care deci poate provoca pene blocante. Mecanismul cuprinde șase biele și patru pistoane pentru doi cilindrii iar forțele normale pentru două dintre pistoane sunt foarte mari. Forma motorului este inadaptată compartimentului motor al automobilelor de pasageri fiind dezvoltată intr-o singură direcție.In order to solve some of these problems, the solution known as the opposing piston engine and the opposing cylinders described in US6170443 has been used. This solution, although it improves the effective efficiency remarkably, is very complex and therefore has a high cost. To perform the scanning use an additional electric compressor with questionable reliability and therefore can cause blockages. The mechanism comprises six connecting rods and four pistons for two cylinders and the normal forces for two of the pistons are very large. The shape of the engine is not suited to the engine compartment of passenger cars being developed in one direction.

Este de asemenea cunoscut motorul cu pistoane pivotante. Acest motor, deși foarte compact, prezintă pistoane cu secțiune dreptunghiulară, și deci o etanșare deficitară, de tipul celei întâlnite la motoarele rotative. Aceasta afectează randamentul iar fiabilitatea motorului nu este garantată.The engine with pivoting pistons is also known. This engine, although very compact, has pistons with a rectangular section, and therefore a poor seal, of the type found in rotary engines. This affects performance and engine reliability is not guaranteed.

Este de asemenea cunoscut motorul TROPE. Acesta reprezintă cea mai avansată 25 construcție de motor toroidal cu pistoane opuse de până acum. Din păcate acesta prezintă o concentrare de doua camere de ardere pe circumferința unui singur tor, ceea ce conduce la o încărcare termică exagerată. Aceasta afectează durabilitatea organelor motorului. în cazul acestui motor fiecare grup de două pistoane antrenează o singură bielă scurtă (raportată la cursa pistonului) care este foarte solicitată de masa celor două pistoane. Aceasta limitează 30 turația și densitatea de putere. Pe de altă parte aerul de baleiaj nu este produs de motorul însuși, fiind furnizat de dispozitive exteriore, care complică și scumpesc construcția.The TROPE engine is also known. This is the most advanced 25 toroidal engine construction with opposite pistons so far. Unfortunately, it has a concentration of two combustion chambers on the circumference of a single torus, which leads to an exaggerated thermal load. This affects the durability of the engine parts. In the case of this engine, each group of two pistons drives a single short connecting rod (related to the piston stroke) which is highly demanded by the mass of the two pistons. This limits 30 speed and power density. On the other hand, the scanning air is not produced by the engine itself, being supplied by external devices, which complicate and expensive construction.

/1 , _______„ ⁶ V- 2 0 1 1 - 0 0 4 9 9 -2 4 -05- 2011/ 1, _______ „ ⁶ V- 2 0 1 1 - 0 0 4 9 9 -2 4 -05- 2011

Un alt motor toroidal este propus in brevetul US 1809577. Acesta este de tipul în patru timpi. La acest motor întregul grup de 4 pistoane acționează o singura bielă, de asemenea foarte solicitată. Pe de altă parte, poziția supapelor nu permite unghiuri secțiune de valori ridicate și deci umplerea si evacuarea sunt puternic afectate.Another toroidal engine is proposed in US patent 1809577. It is of the four-stroke type. In this engine the entire group of 4 pistons operates a single connecting rod, also highly requested. On the other hand, the position of the valves does not allow high section cross-section angles and therefore the filling and evacuation are strongly affected.

In consecință, un motor având un randament termic ridicat continuă să fie un deziderat. Este de asemenea de dorit ca un astfel de motor să fie foarte compact, să aibă o densitate de putere ridicată, sa fie echilibrat dinamic și să prezinte un cost redus.Consequently, an engine with a high thermal efficiency continues to be a desirable one. It is also desirable for such an engine to be very compact, have a high power density, be dynamically balanced and have a low cost.

Prezenta invenție rezolvă problema unui randament efectiv ridicat în condițiile unei construcții compacte și simple.The present invention solves the problem of a high effective yield under the conditions of a compact and simple construction.

Pentru a înlătura dezavantajele enumerate mai sus, invenția utilizează pentru un mecanism de motor, două pistoane toroidale opuse ce pot avea o mișcare alternativă de oscilație întrun cilindru toroidal. Camera de ardere este delimitată de cilindrul toroidal și de capul fiecărui piston toroidal. Fiecare piston toroidal poate fi solidar cu un balansier ce este articulat pe un ax fix situat in centrul cilindrului toroidal. Balansierul nu reprezintă o condiție pentru funcționarea mecanismului dar este utilizat pentru reducerea sau anularea frecării dintre pistonul toroidal și cilindrul toroidal. Sistemul format din fiecare piston toroidal și balansierul său își transmite mișcarea prin intermediul unui bolț la o bielă ce face legătura cu un arbore cotit. Arborele cotit poate fi comun pentru cele două pistoane toroidale sau poate fi separat, respectiv doi arbori cotiți pentru fiecare motor. In acest alt doilea caz cei doi arbori cotiți sunt sincronizați prin intermediul unui tren de două roți dințate ce se rotesc în direcții opuse. In varianta cu doi arbori cotiți, se poate realiza o mișcare asimetrica a celor doua pistoane toroidale de asemenea manieră ca la punctul mort superior (pe durata arderii) cele două pistoane să se miște în aceiași direcție pe o durata scurtă. Această variantă se realizează în modul cel mai simplu prin schimbarea poziției de angrenare dintre cele două roți dințate. In acest fel se poate realiza o ardere la volum constant ce poate îmbunătății substanțial randamentul motorului.In order to remove the disadvantages listed above, the invention uses for an engine mechanism two opposing toroidal pistons which may have an alternating oscillating motion in a toroidal cylinder. The combustion chamber is delimited by the toroidal cylinder and the head of each toroidal piston. Each toroidal piston can be integral with a rocker that is hinged on a fixed axis located in the center of the toroidal cylinder. The rocker is not a condition for the operation of the mechanism but is used to reduce or cancel the friction between the toroidal piston and the toroidal cylinder. The system formed by each toroidal piston and its rocker transmits its movement through a bolt to a connecting rod that connects to a crankshaft. The crankshaft can be common for the two toroidal pistons or it can be separated, respectively two crankshafts for each engine. In this second case, the two crankshafts are synchronized by means of a gear train that rotates in opposite directions. In the variant with two crankshafts, an asymmetrical movement of the two toroidal pistons can also be made so that at the upper dead point (during combustion) the two pistons move in the same direction for a short duration. This variant is made in the simplest way by changing the gear position between the two gears. In this way a constant volume combustion can be achieved which can substantially improve the engine efficiency.

Intr-o alta varianta constructiva fiecare piston toroidal se mișcă într-un segment de cilindru toroidal, cei doi cilindrii toroidali fiind uniți într-o porțiune mediană.In another constructive variant each toroidal piston moves in a segment of toroidal cylinder, the two toroidal cylinders being united in a median portion.

Specificul acestui mecanism motor este că fiecare piston toroidal lucrează suspendat în cilindrul toroidal prin intermediul balansierului corespunzător. In consecință biela nu provoacă o forță normală între piston si cilindru, forța creata solicitând axul fix care reprezintă articulația balansierului.The specific feature of this motor mechanism is that each toroidal piston works suspended in the toroidal cylinder by means of the appropriate rocker. As a result, the connecting rod does not cause a normal force between the piston and the cylinder, the force created by requesting the fixed axis that represents the swingarm joint.

'-2 0 1 1-00 4 9 9 -² Ί -05- 2011'-2 0 1 1-00 4 9 9 - ² Ί -05- 2011

Motorul poate fi realizat atât in varianta în doi timpi cât și în varianta în patru timpi. Intr-o prima varianta de motor în doi timpi, prezintă două pistoane toroidale în trepte. Porțiunea de diametru mai mic a fiecărui piston toroidal evoluează in camera de ardere. Porțiunea de diametru mai mare a fiecărui piston toroidal formează împreună cu un alt cilindru toroidal, de asemenea de diametru mai mare, un compresor ce ajută la realizarea baleiajului ca la orice motor cu pistoane în trepte. Pistoanele toroidale deschid pe rând o fereastra de evacuare și una de admisie, baleiajul fiind de tipul in echicurent.The engine can be made both in the two-stroke version and in the four-stroke version. In a first two-stroke engine version, it features two toroidal pistons in stages. The smaller diameter portion of each toroidal piston evolves in the combustion chamber. The larger diameter portion of each toroidal piston forms together with another toroidal cylinder, also larger in diameter, a compressor that helps to achieve the sweep as with any piston engine in steps. The toroidal pistons open one outlet and one intake window in a row, the sweep being of the echo type.

Un alt motor în doi timpi poate prezenta niște pistoane toroidale simple, lipsite de partea compresoare. In acest caz baleiajul în echicurent trebuie realizat prin mijloace externe ca la motorul dat ca exemplu în stadiul tehnicii. Ambele variante de motor în doi timpi utilizează o ungere ca la motoarele în patru timpi (cu carter umed). Intr-o alta varianta constructiva se poate utiliza zona din spatele pistonului ca pompă pentru realizarea baleiajului. In aceasta variantă ungerea se realizează fie prin stropire cu ulei fie prin realizarea unui amestec de aer combustibil și ulei.Another two-stroke engine can have simple toroidal pistons, lacking the compressor side. In this case, the wiring in the equicenter must be carried out by external means such as the motor given as an example in the prior art. Both variants of the two-stroke engine use a lubrication as with four-stroke engines (with a wet casing). In another construction, the area behind the plunger can be used as a pump to perform the sweep. In this embodiment, the lubrication is achieved either by spraying with oil or by making a mixture of fuel air and oil.

In varianta în patru timpi, fiecare piston toroidal evoluează într-un segment de cilindru toroidal. Cele două segmente de cilindrii toroidali sunt decalate în plan axial. Prin suprapunerea proiecțiilor celor doi cilindrii toroidali pe un plan median se obțin două spații utilizabile pentru amplasarea a patru supape, două de admisie situate de o parte și două de evacuare opuse, situate de cealaltă parte. Supapele de admisie sunt acționate simultan prin intermediul unei punți de câtre o tije. Tija este acționată prin intermediul unui tachet de un arbore cu came antrenat de arborele cotit la o turație de două ori mai mică. Supapele de evacuare sunt antrenate în mod similar de un al doilea arbore cu came.In the four-stroke version, each toroidal piston evolves into a toroidal cylinder segment. The two segments of the toroidal cylinders are axially displaced. By superimposing the projections of the two toroidal cylinders on a median plane, there are obtained two usable spaces for the placement of four valves, two inlets located on one side and two outlets opposite, located on the other. The inlet valves are actuated simultaneously by a bridge through a rod. The rod is actuated by means of a camshaft drive driven by the crankshaft at a twice lower speed. The exhaust valves are similarly driven by a second camshaft.

Funcționarea acestui motor este similară cu cea a oricărui motor în patru timpi și se realizează deci pe perioada a două rotații ale arborelui cotit.The operation of this engine is similar to that of any four-stroke engine and is therefore performed during two rotations of the crankshaft.

Intr-o altă variantă, la motorul în patru timpi se utilizează pistoane toroidale în trepte ce pot realiza o supraalimentare foarte eficientă.In another embodiment, the four-stroke engine uses toroidal pistons in stages that can achieve a very efficient supercharger.

Toate aceste motoare pot funcționa după ciclul cu aprindere prin schinteie, cu aprindere prin comprimare sau după orice alt tip cunoscut (Miller, Atkinson, cu amestec omogen, cu ardere mixtă, etc ). De asemenea pot fi realizate motoare cu șiruri paralele de cilindrii toroidali respectiv cu doi, trei sau n cilindrii toroidali, arborii cotiți având manetoanele decalate in mod corespunzător.All these engines can operate according to the spark ignition cycle, compression ignition or any other known type (Miller, Atkinson, homogeneous mixture, mixed combustion, etc.). Also, motors with parallel rows of toroidal cylinders respectively with two, three or n toroidal cylinders can be made, the crankshafts having the shifts properly shifted.

Invenția prezintă următoarele avantaje:The invention has the following advantages:

0 1 1 - 0 0 4 9 9 -2 A -05- 20110 1 1 - 0 0 4 9 9 -2 A -05- 2011

- Mecanismul este perfect echilibrat dinamic în mod natural chiar și în varianta cu două pistoane toroidale ceea ce îl face foarte adaptat pentru vehicule hibride, la care nivelul cerut de vibrații și zgomote este foarte sever;- The mechanism is perfectly dynamically balanced naturally even in the variant with two toroidal pistons which makes it very suitable for hybrid vehicles, at which the required level of vibration and noise is very severe;

- Mecanismul este foarte simplu și prezintă puține piese în mișcare sau fixe, ceea ce conduce la un cost redus;- The mechanism is very simple and has few moving or fixed parts, which leads to a low cost;

- Pistonul toroidal lucrând suspendat în cilindrul toroidal , nu este supus frecării si deci randamentul mecanic crește cu circa 20% iar durabilitatea motorului este de asemenea crescută;- The toroidal piston working suspended in the toroidal cylinder, is not subject to friction and therefore the mechanical efficiency increases by about 20% and the durability of the engine is also increased;

- Putând prelungi durata arderii (prin decalarea angrenării roților dințate), aceasta devine mai completă și creste randamentul termic în condițiile reducerii emisiilor de gaze poluante;- By being able to extend the combustion duration (by shifting gears), it becomes more complete and increases the thermal efficiency under the conditions of reducing the emissions of polluting gases;

- Chiulasa fiind complet eliminată la motorul în doi timpi și parțial eliminată la motorul în patru timpi, pierderile prin căldură pe durata arderii sunt considerabil diminuate și în consecință crește randamentul termic al motorului;- The cylinder head being completely removed at the two-stroke engine and partially eliminated by the four-stroke engine, the heat losses during combustion are considerably reduced and consequently the thermal efficiency of the engine increases;

- Varianta cu piston toroidal în trepte permite includerea compresorului în volumul motorului ceea ce conduce la creșterea densității de putere;- The toroidal piston variant in steps allows the compressor to be included in the engine volume which leads to an increase of the power density;

- Volumul cursei este dublu față de un motor clasic ceea ce permite utilizarea în mod avantajos a ciclului cu destindere prelungită;- The volume of the race is double compared to a classic engine which allows the advantageous use of the extended-relaxation cycle;

- Este un motor foarte compact, varianta cu doi cilindrii toroidali și patru pistoane toroidale (două mecanisme în paralel) având o forma aproape cubică.- It is a very compact engine, variant with two toroidal cylinders and four toroidal pistons (two mechanisms in parallel) having an almost cubic shape.

Se dau mai jos mai multe exemple de realizare a invenției in legătură cu figurile 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 si 9 care reprezintă:Below are several examples of embodiments of the invention in relation to Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9 which represent:

- Fig. 1, o schema cinematica a mecanismului unui motor toroidal cu doua pistoane toroidale si un singur arbore cotit, in poziția de la punctul mort superior;FIG. 1, a kinematic diagram of the mechanism of a toroidal motor with two toroidal pistons and a single crankshaft, in the position from the upper dead point;

- Fig. 2, o schemă cinematica a motorului de la figura 1, cu pistoanele toroidale aflate intro poziție intermediara;FIG. 2, a kinematic diagram of the motor of figure 1, with the toroidal pistons in the intermediate position;

- Fig. 3, o schema cinematică a mecanismului unui motor toroidal cu două pistoane toroidale și doi arbori cotiți;FIG. 3, a kinematic diagram of the mechanism of a toroidal engine with two toroidal pistons and two crankshafts;

- Fig. 4, o schemă cinematică a mecanismului unui motor toroidal cu două pistoane toroidale și doi arbori cotiți, pistoanele toroidale rotindu-se după axe decalate;FIG. 4, a kinematic diagram of the mechanism of a toroidal engine with two toroidal pistons and two crankshafts, the toroidal pistons rotating along offset axes;

- Fig. 5, o vedere izometrică cu secțiune printr-un motor în doi timpi cu pistoane toroidale în trepte;FIG. 5, an isometric view with a section through a two-stroke engine with toroidal pistons in steps;

^CV^{2 0 1} 1 - 0 0 499-2 4 -05- 2οπ ^C V ^{2 0 1} 1 - 0 0 499-2 4 -05- 2οπ

- Fig. 6, o secțiune verticală prin motorul de la figura 5;FIG. 6, a vertical section through the motor of figure 5;

- Fig. 7, o vedere izometrică cu secțiune printr-un motor în patru timpi;FIG. 7 is an isometric view with section through a four-stroke engine;

- Fig. 8, o secțiune verticală prin motorul de la figura 7;FIG. 8 is a vertical section through the motor of figure 7;

- Fig. 9, o secțiune transversală prin motorul de la figura 7.FIG. 9, a cross-section through the motor of figure 7.

Un mecanism motor toroidal 1 conform invenției (fig. 1 si 2) cuprinde un cilindru toroidal în interiorul căruia se deplasează două pistoane toroidale 3, opuse, ce au o mișcare alternativă de rotație în jurul unei axe comune 4 situate pe o articulație comună 5. Legătura dintre articulația comună 5 și fiecare piston toroidal 3 se realizează cu ajutorul unui balansier 6, solidar cu pistonul toroidal 3. Mișcarea alternativă a unuia dintre cele două 10 pistoane toroidale 3 este transmisă unei biele 7 articulate la un capăt 8 prin intermediul unui bolț 9, situat pe balansierul 6 sau pe pistonul toroidal 2. La celalalt capăt 10, biela 7 este articulată pe un arbore cotit 11 utilizând un maneton 12. Mișcarea alternativa a celuilalt piston toroidal 3 este transmisă de biela 7 corespunzătoare, la un alt maneton 13 situat pe același arbore cotit 11. Arborele cotit 11 este susținut de o articulație 14 situata în planul de 15 simetrie al mecanismului de motor toroidal 1. Mișcarea se transmite de la bielele 7 prin intermediul a două manivele 15 respectiv 16, corespunzătoare manetoanelor 12 respectiv 13. In poziția în care pistoanele toroidale 3 sunt la punctul mort superior, manivele 15 si 16 sunt situate fiecare în prelungirea bielei 7 corespunzătoare, respectiv sunt aliniate cu acestea și mecanismul este perfect simetric. La deplasarea din poziția de punct motor 20 superior (fig. 2) mecanismul devine asimetric cele doua pistoane toroidale 3 având legi de mișcare diferite. In funcționare, la deplasarea pistoanelor toroidale 3 pe traiectoria unui segment de cerc , mișcarea este transmisă bielelor 7 care forțează arborele cotit 11 să execute o mișcare de rotație. Mișcarea de rotație poate fi transmisă și invers, respectiv de la arborele cotit 11 prin intermediul bielelor 7 la pistoanele torice 3 care sunt forțate să 25 execute o mișcare alternativă de rotație. Balansierele 6 au rolul de a ghida pistoanele toroidale 3 în mișcare alternativă de rotație, preluând forțele centrifuge dezvoltate de acestea. Se poate imagina și un mecanism (nefigurat) care nu utilizează balansierele 6 , ghidarea pistoanelor toroidale 3 fiind realizată în cilindrii toroidali 2 iar biele 7 fiind articulate direct pe pistoanele toroidale 3.A toroidal motor mechanism 1 according to the invention (Figs. 1 and 2) comprises a toroidal cylinder within which two opposing toroidal pistons 3, which have an alternating rotational movement about a common axis 4 located on a common joint 5, move. The connection between the common joint 5 and each toroidal piston 3 is achieved by means of a rocker 6, integral with the toroidal piston 3. The alternative movement of one of the two 10 toroidal pistons 3 is transmitted to a connecting rod 7 articulated at one end 8 through a bolt 9 , located on the balance 6 or on the toroidal piston 2. At the other end 10, the connecting rod 7 is hinged on a crankshaft 11 using a lever 12. The alternative movement of the other toroidal piston 3 is transmitted by the corresponding connecting rod 7, to another lever 13 located on the same crankshaft 11. The crankshaft 11 is supported by a joint 14 located in the 15 symmetry plane of the toroid motor mechanism l 1. The movement is transmitted from the connecting rods 7 by means of two cranks 15 respectively 16, corresponding to the levers 12 respectively 13. In the position where the toroidal pistons 3 are at the upper deadlock, the cranks 15 and 16 are each located in the corresponding extension of the connecting rod 7 , respectively are aligned with them and the mechanism is perfectly symmetrical. When moving from the upper motor point position 20 (fig. 2) the mechanism becomes asymmetrically the two toroidal pistons 3 having different laws of motion. In operation, when moving the toroidal pistons 3 on the trajectory of a circle segment, the movement is transmitted to the connecting rods 7 which force the crankshaft 11 to execute a rotational movement. The rotation movement can be transmitted and vice versa, respectively from the crankshaft 11 through the connecting rods 7 to the torque pistons 3, which are forced to 25 perform an alternating rotation movement. The rockers 6 have the role of guiding the toroidal pistons 3 in alternative rotation motion, taking over the centrifugal forces developed by them. One can also imagine a mechanism (not shown) that does not use the rockers 6, the guide of the toroidal pistons 3 being realized in the toroidal cylinders 2 and the connecting rods 7 being articulated directly on the toroidal pistons 3.

Intr-o altă variantă constructivă (fig. 3), un mecanism motor toroidal 20 utilizează in mare aceleași elemente. Deosebirea constă în aceea că fiecare piston toroidal 3 își transmite mișcarea prin intermediul bielei 7 la un arbore cotit 21 propriu. Mișcarea celor doi arboriIn another embodiment (Fig. 3), a toroidal motor mechanism 20 uses the same elements largely. The difference is that each toroidal piston 3 transmits its movement through the connecting rod 7 to its own crankshaft 21. The movement of the two trees

0 1 1-00499-2 4 -05- 20110 1 1-00499-2 4 -05- 2011

cotiți 21 este sincronizată cu ajutorul a două roți dințate 22 având un raport de transmitere unitar (i=l). Intr-o prima varianta, angrenarea roților dințate are loc de asemenea maniera încât mișcarea pistoanelor toroidale 3 să fie perfect simetrică, deci în direcții opuse.Gear 21 is synchronized with two gears 22 having a unit transmission ratio (i = l). In a first embodiment, the gear wheels also occur in such a way that the movement of the toroidal pistons 3 is perfectly symmetrical, so in opposite directions.

Intr-o alta variantă a mecanismului de la figura 3, dacă se schimbă poziția uneia din roțile dințate 22 cu unul sau mai mulți dinți față de cealaltă, mișcarea pistoanelor toroidale 3 are loc asimetric. Acest al doilea tip de mecanism permite ca la punctul mort superior, respectiv la cel inferior, cele doua pistoane toroidale 3 să se deplaseze în aceiași direcție pe o anumită porțiune iar în rest are loc în direcții opuse. In consecință volumul închis de cele două pistoane toroidale 3 și de cilindrul toroidal 2 este menținut cvasiconstant pe o anumită porțiune din ciclul motor. Dacă în acea perioadă are loc arderea, aceasta se desfășoară la volum considerat constant, efectul fiind benefic asupra randamentului termic al motorului. Intr-o altă variantă constructiva (fig. 4) un mecanism motor toroidal 30 utilizează aceleași elemente ca cele expuse anterior cu deosebirea că în loc de un cilindru toroidal continuu utilizează doua segmente de cilindru toroidal 31, respectiv 32, secționate de așa manieră încât să poată constitui un plan de simetrie 33 în mecanism. In acest caz, un balansier 6 utilizează o articulație 34 iar celalalt balansier 6 utilizează o articulație 35. Articulațiile 34 și 35 sunt decalate cu o anumită distantă. Funcționarea este asemănătoare cu cea a mecanismului descris în figura 3.In another embodiment of the mechanism of figure 3, if the position of one of the gear wheels 22 with one or more teeth is changed from the other, the movement of the toroidal pistons 3 takes place asymmetrically. This second type of mechanism allows the two toroidal pistons 3 to move in the same direction on a certain portion at the upper and lower dead points, respectively, and at the other, in opposite directions. As a result, the closed volume of the two toroidal pistons 3 and the toroidal cylinder 2 is kept almost constant on a certain portion of the motor cycle. If, during that period, the combustion takes place, it is carried out at a volume considered constant, the effect being beneficial on the thermal efficiency of the engine. In another embodiment (Fig. 4), a toroidal motor mechanism 30 uses the same elements as previously shown with the exception that instead of a continuous toroidal cylinder it uses two segments of toroidal cylinder 31, respectively 32, sectioned in such a way as to can constitute a symmetry plane 33 in the mechanism. In this case, one rocker 6 uses a joint 34 and the other rocker 6 uses a joint 35. The joints 34 and 35 are offset by a certain distance. The operation is similar to that of the mechanism described in figure 3.

Intr-un prim exemplu de aplicație industrială (fig. 5 si 6), un motor toroidal în doi timpi 40 utilizează două pistoane toroidale 41 de tipul în trepte care posedă fiecare o porțiune de diametru mai mic numită piston motor 42 și o altă porțiune de diametru mai mare numită piston compresor 43. Cele două pistoane motor 42 evoluează într-un cilindru toroidal 44 situat în interiorul unui bloc motor 45. Intre cele douî pistoane motor 42 și cilindru toroidal 44 este delimitată o cameră de ardere 46. Fiecare piston compresor 43 se poate roti într-un cilindru compresor 47 care prezintă la partea superioară un perete 48. Fiecare piston compresor 43 cu cilindrul compresor 47 și peretele 48 aferente formează împreună un compresor 49. Fiecare piston toroidal 41 este solidar cu un balansier 50 ce se poate roti pe un ax 51 fixat în blocul motor 45. Fiecare piston toroidal 41 își transmite mișcarea alternativă de translație la o bielă 52 prin intermediul unui bolț 53 fixat în pistonul toroidal 41. Fiecare bielă 52 acționează asupra unui arbore cotit 54 ce se poate roti în blocul motor 45. In funcționare, fiecare compresor 49, pe perioada admisiei, se alimentează cu aer proaspăt prin intermediul unor canalizații de admisie 56 controlate de niște supape /'/In a first example of an industrial application (Figs. 5 and 6), a two-stroke toroidal motor 40 uses two toroidal pistons 41 of the step type, each having a smaller diameter portion called a motor piston 42 and a further portion of the motor piston 42. a larger diameter called a compressor piston 43. The two engine pistons 42 evolve into a toroidal cylinder 44 located inside a motor block 45. Between the two engine pistons 42 and the toroidal cylinder 44 a combustion chamber 46 is delimited. Each compressor piston 43 it can rotate in a compressor cylinder 47 which has a wall at the top 48. Each compressor piston 43 with the compressor cylinder 47 and the associated wall 48 together form a compressor 49. Each toroidal piston 41 is integral with a rotatable rocker 50 on a shaft 51 fixed in the engine block 45. Each toroidal piston 41 transmits its alternating translation motion to a connecting rod 52 via a bolt. 53 fixed in the toroidal piston 41. Each connecting rod 52 acts on a crankshaft 54 which can be rotated in the engine block 45. In operation, each compressor 49, during the inlet, is supplied with fresh air through intake ducts 56 controlled by valves / '/

6' C (\-1 01 1-00499-2 4 -05- 2011 flexibile de admisie 57. In perioada compresiei, fiecare compresor 49 refulează aerul sub presiune prin intermediul unor ferestre de transfer 58, controlate de niște supape flexibile de transfer 59, într-o incintă de transfer 60, comună pentru cele două compresoare 49. Incinta de transfer 60 poate comunica cu camera de ardere 46 prin intermediul unei canalizații de baleiaj 61 care este deschisă sau închisă de unul din pistoanele motor 42, în mișcarea sa pe parcursul ciclului motor. Celălalt piston motor 42 controlează deschiderea sau închiderea unei canalizații de evacuare 62 pe perioada desfășurării ciclului motor. Canalizația de evacuare 62 este astfel localizată încât să fie deschisă înaintea canalizației de baleiaj 61. Motorul toroidal în doi timpi 40 prezintă un baleiaj în echicurent și funcționarea lui este asemănătoare cu a tuturor motoarelor în doi timpi cu un astfel de baleiaj. Mișcarea celor doi arbori cotiți 54 este sincronizată cu ajutorul unor roți dințate 63 având raportul de transmitere unitar. Diametrul pistoanelor compresor 43 poate fi ales de o asemenea mărime încât să realizeze și un anumit grad de supraalimentare și nu numai aer pentru baleiaj. Dacă motorul este cu aprindere prin scânteie, este de preferat să aibă injecție directă (pneumatică sau electronică) pentru a evita pierderile de combustibil prin evacuare. Injectorul, respectiv bujia sunt amplasate în zona mediană a camerei de ardere (nefigurate).6 'C (\ -1 01 1-00499-2 4 -05- 2011 flexible intake 57. During the compression period, each compressor 49 discharges the pressure air through transfer windows 58, controlled by flexible transfer valves 59 , in a transfer chamber 60, common to the two compressors 49. The transfer chamber 60 may communicate with the combustion chamber 46 via a sweep pipe 61 which is opened or closed by one of the engine pistons 42, in its movement on the other engine piston 42 The other engine piston 42 controls the opening or closing of an exhaust pipe 62 during the course of the motor cycle. The exhaust pipe 62 is so located that it is opened before the sweep pipe 61. The two-stroke toroidal motor 40 has a sweep in its operation is similar to that of all two-stroke engines with such a sweep. The movement of the two crankshafts The 54 is synchronized with the gear 63 having the unit transmission ratio. The diameter of the compressor pistons 43 can be chosen of such a size that it also achieves a certain degree of overload and not only air for scanning. If the engine is spark-ignition, it is preferable to have direct injection (pneumatic or electronic) to avoid leakage of fuel. The injector and the spark plug are located in the middle area of the combustion chamber (not shown).

Un alt motor în doi timpi (nefigurat) poate prezenta niște pistoane toroidale simple, lipsite de partea compresoare. In acest caz baleiajul în echicurent trebuie realizat prin mijloace externe ca la motorul cu pistoane opuse dat ca exemplu în stadiul tehnicii, respectiv prin utilizarea unui compresor sau turbo-compresor extern.Another two-stroke engine (not shown) may have simple toroidal pistons, lacking the compressor side. In this case, the sweep in the equicenter must be performed by external means as at the engine with opposite pistons given as an example in the prior art, respectively by the use of an external compressor or turbocharger.

Intr-o alta varianta constructiva un motor în doi timpi (nefigurat) poate utiliza zona din spatele pistonului toroidal ca pompa pentru realizarea baleiajului (exemplu: motorul clasic in doi timpi). In aceasta varianta, ungerea se realizează fie prin stropire cu ulei fie prin amestecarea combustibilului cu ulei.In another embodiment, a two-stroke engine (not shown) can use the area behind the toroidal piston as a pump for scanning (eg, the classic two-stroke engine). In this embodiment, the lubrication is achieved either by spraying with oil or by mixing the fuel with oil.

Intr-un alt exemplu de realizare industrială, (fig. 7, 8 si 9), un motor toroidal în patru timpi utilizează două pistoane toroidale 71 care evoluează în doi cilindrii toroidali 72 respectiv 73 situați în interiorul unui bloc motor 74. Cei doi cilindrii toroidali 72 și 73 sunt decalați axial cu o distantă D. Intre cele două pistoane toroidale 71 și cilindrii toroidali 72 și 73 este delimitată o cameră de ardere 75. Porțiunea superioară a fiecărui piston toroidal este considerată un cap piston 76 iar poțiunea pe care se afla montați niște segmenți 77 este considerată o regiune port-segment 78. Față de un piston clasic, lipsește fusta pistonului care nu mai este necesară. Fiecare pison toroidal 71 este solidar cu un balansier bIn another example of an industrial embodiment (Figs. 7, 8 and 9), a four-stroke toroidal motor uses two toroidal pistons 71 which evolve into two toroidal cylinders 72 and 73 located inside an engine block 74. The two cylinders toroids 72 and 73 are axially offset D. A distance between the two toroidal pistons 71 and toroidal cylinders 72 and 73 is defined as a combustion chamber 75. The upper portion of each toroidal piston is considered a piston head 76 and the position on which it is located mounting segments 77 is considered a port-segment region 78. Compared to a classic piston, the piston skirt is no longer needed. Each toroidal pison 71 is integral with a rocker b

CN- 2 Ο 1 1 - 0 0 4 9 9 -2 'ι -05- 2011 ce se poate roti pe un ax 80 fixat în blocul motor 74. Fiecare piston toroidal 71 își transmite mișcarea alternativă de translație la o bielă 81 prin intermediul unui bolț 82 fixat în balansierul 79 corespunzător. Ambele bielele 81 acționează prin intermediul unui maneton 83, al unei manivele 84, respectiv al unui maneton 85 și al unei manivele 86, 5 asupra unui singur arbore cotit 87 ce se poate roti în blocul motor 74. Decalajul axial cu distanta D permite apariția unui perete 89 respectiv a unui perete 90 ce închid parțial cilindrii toroidali 72 respectiv 73. Rămâne in continuare o porțiune liberă comună, suficientă pentru ca procesele termice desfășurate în camera de ardere 75 să fie considerate unitare. Pe peretele 89 pot acționa două supape de admisie 91 ce etanșează pe niște scaune 10 92 și controlează două canalizații de admisie secundare 93. Cele două canalizații de admisie secundare 93 se unesc și formează o canalizație principală de admisie 94. Fiecare supapă de admisie 91 este ținută apăsată pe scaunul 92 corespunzător cu ajutorul unui resort 95. Supapele de admisie 91 sunt acționate simultan prin intermediul unei punți 97 ce poate culisa în blocul motor 74. Puntea 97 este acționată prin intermediul unei tije 98 15 respectiv al unui tachet 99 de câtre o cama 100 situată pe un arbore cu came 101. Pe peretele 90 pot acționa două supape de evacuare 102 ce etanșează pe niște scaune 103 și controlează două canalizații de evacuare secundare 104. Cele două canalizații de evacuare secundare 104 se unesc și formează o canalizație principală de evacuare 105. Fiecare supapa de evacuare 102 este ținută apăsată pe scaunul 103 corespunzător cu ajutorul unui 20 resort 107. Supapele de evacuare 102 sunt acționate simultan prin intermediul unei punțiCN- 2 Ο 1 1 - 0 0 4 9 9 -2 'ι -05- 2011 which can be rotated on an axis 80 fixed in the engine block 74. Each toroidal piston 71 transmits its alternative translation motion to a connecting rod 81 through of a bolt 82 fixed in the corresponding balance 79. Both connecting rods 81 operate by means of a lever 83, a crank 84, respectively a crank 85 and a crank 86, 5 on a single crankshaft 87 which can be rotated in the engine block 74. The axial offset with distance D allows the occurrence of a wall 89 respectively of a wall 90 which partially closes the toroidal cylinders 72 respectively 73. There remains a common free portion, sufficient for the thermal processes carried out in the combustion chamber 75 to be considered unitary. On the wall 89 two inlet valves 91 acting on seals 10 92 can operate and control two secondary inlet pipes 93. The two secondary inlet pipes 93 join and form a main inlet duct 94. Each inlet valve 91 is the socket pressed into the corresponding seat 92 by means of a spring 95. The inlet valves 91 are actuated simultaneously by means of a bridge 97 which can slide into the engine block 74. The deck 97 is actuated by means of a rod 98 15 respectively of a bracket 99 by a cam 100 located on a camshaft 101. On the wall 90 two exhaust valves 102 acting on seals 103 can act and control two secondary exhaust pipes 104. The two secondary exhaust pipes 104 join and form a main drain pipe. outlet 105. Each outlet valve 102 is held pressed to the seat 103 corresponding to the aid of a 20 spring 107. The exhaust valves 102 are actuated simultaneously by means of a bridge

109 ce poate culisa în blocul motor 74. Puntea 109 este acționată prin intermediul unei tije109 which can slide in the engine block 74. The deck 109 is actuated by means of a rod

110 respectiv al unui tachet 111 de către o camă 112 situată pe un arbore cu came 113. Arborii cu came 101 și 113 sunt acționați de către arborele cotit 87 la o turație de două ori mai mica printr-un mecanism obișnuit, care nu este figurat. In funcție de tipul motorului (cu aprindere prin scânteie sau cu aprindere prin comprimare) acesta prezintă injectorul și/sau bujia amplasate în zona mediana a camerei de ardere (nefigurate). Motorul funcționează după un ciclu asemănător cu un motor clasic în patru timpi cu deosebirea că volumul cursei poate fi de două ori mai mare (pistoanele toroidale 71 depărtându-se și apropiindu-se simultan) și deci destinderea poate fi considerată prelungită.110 respectively of a stud 111 by a cam 112 located on a camshaft 113. Camshafts 101 and 113 are actuated by the crankshaft 87 at a twice lower speed by an ordinary mechanism, which is not shown . Depending on the type of engine (with spark ignition or compression ignition) it shows the injector and / or spark plug located in the middle area of the combustion chamber (not shown). The engine runs after a cycle similar to a classic four-stroke engine with the difference that the stroke volume can be twice as high (toroidal pistons 71 moving away and approaching simultaneously) and so the relaxation can be considered extended.

Un motor în patru timpi ca cel descris anterior poate prezenta de asemenea pistoane toroidale în trepte (nefigurate), caz în care compresoarele create alimentează direct canalizația principala de admisie.A four stroke engine like the one described above may also have toroidal pistons in stages (not shown), in which case the compressors created directly supply the main intake pipe.

(\2 Ο 1 1 - Ο Ο 4 9 9 - - fi <t -05- 2011 lntr-o alta varianta constructiva (nefigurată) se poate renunța la balansiere. In acest caz forța normală produce o frecare puternică care poate fi diminuată prin măsuri speciale de protecție a suprafeței laterale a pistoanelor, de exemplu grafitarea acesteia.(\ 2 Ο 1 1 - Ο Ο 4 9 9 - - fi <t -05- 2011 In another constructive version (not shown) the balance can be dropped. In this case the normal force produces a strong friction which can be diminished by special measures for the protection of the lateral surface of the pistons, for example its graphite.

Orice combinație este posibilă între exemplele descrise anterior.Any combination is possible between the examples described above.

Claims

1 Toroidal motor of the type with those of opposing pistons in alternating oscillation motion, characterized in that two toroidal pistons (3) slide inside a common toroidal cylinder (2) and transmit their oscillation motion to two connecting rods (7) by means of bolts. (9), fixed on the toroidal pistons (3), the toroidal pistons (3) moving most of the time, in opposite directions to each other, the connecting rods (7) being able to act together on a single crankshaft (11) or each connecting rod (7) on an own crankshaft (21), to transform the oscillating motion of the toroidal pistons (3) into rotational motion, the connecting rods (7) having a relatively high length relative to the stroke of each toroidal piston (3), length also chosen so that the forces required by the mechanism are reduced.

2. Partial toroidal motor as in claim 1, characterized in that the two toroidal pistons (3) are fixed on two rockers (6) rotating around a joint (5) located in the center of rotation of the two toroidal pistons ( 3) and the two connecting rods (7) are articulated by means of bolts (9) on the two rockers (6).

3. Partial toroidal motor as claimed in claims 1 and 2, characterized in that the two toroidal pistons (3) move within two toroidal cylinder segments (31), respectively (32), also sectioned so that they can form a symmetry plane (33) in the motor on their common portion, in this case, one rocker (6) using one joint (34) and the other rocker (6) using one joint (35), the joints (34) and (35) being offset by a certain distance.

4. Toroidal motor as in claim 1.2 and 3, characterized in that the two connecting rods transmit their movement to a single crankshaft (11), using two levers (12) and (13), respectively two cranks (15). ) and (16), so positioned so that at the upper dead end the connecting rods (7) are each located in the extension of the corresponding crank (15) or (16).

5. Toroidal motor as in claim 1.2 and 3, characterized in that each connecting rod 7 transmits its motion to its own crankshaft 21, the two resulting crankshafts 21 being synchronized by means of a gear train 22 with a ratio of

But

C unitary transmission such that the two toroidal pistons 3 have a perfectly symmetrical movement relative to the median plane of the motor.

6. Toroidal motor as in claim 1, 2 and partially 5, characterized in that a offset gear position of the two gear wheels (22) allows for a short period of time a movement in the same direction of the two toroidal pistons (3), the period corresponding to the position of the toroidal pistons (3) near the upper dead end.

Toroidal motor as in claim 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that toroidal pistons (41) each have a smaller diameter portion called a motor piston (42) and a further larger diameter portion. called a compressor piston (43), the two engine pistons (42) evolving into a toroidal cylinder (44) located inside a motor block (45), between the two engine pistons (42) and the toroidal cylinder (44) being delimited a combustion chamber (46), each compressor piston (43) being movable in a compressor cylinder (47) having at the top a wall (48), each compressor piston (43) with the compressor cylinder (47) and the wall (48) together forming a compressor (49), in operation, each compressor (49), supplying fresh air through intake ducts (56) controlled by flexible inlet valves (57), and during the period compressor, each compressor (49) exhaling the air b pressure through transfer windows (58), controlled by flexible transfer valves (59), in a transfer chamber (60), common to the two compressors (49).

8. A toroidal motor as claimed in claim 7, characterized in that it operates after a two-stroke cycle with equalization sweep, the transfer chamber (60) being able to communicate with the combustion chamber (46) via a sweep pipe (61) which is opened or closed by one of the engine pistons (42), in its movement during the engine cycle, the other engine piston (42) controlling the opening or closing of an exhaust pipe (62) during the course of the engine cycle, the exhaust pipe (62) being so located as to be open before the sweep pipe (61).

9. A toroidal motor as claimed in claim 1, 2, 3, 4, 5,6 and partially 8, characterized in that it operates after a two-stroke cycle with equalizer sweep, the sweep air ^ - 2 0 1 1-00499-2 4 -05- 2011 being obtained with the help of external means of the compressor or turbocharger type.

10 A toroidal motor as claimed in claim 1, 2, 3, 4, 5 and partially 8, characterized in that it operates after a two-stroke cycle with equalizer sweep using the portion behind the toroidal pistons (3) as the air pump for supplying the air chamber. combustion air sweeping.

11. Toroidal motor as in claim 1,2, 3, 4, and 5, characterized in that it operates after a four-stroke cycle and:

It uses two toroidal pistons (71) which evolve into two toroidal cylinders (72) and (73) located inside a motor block (74), the two toroidal cylinders (72) and (73) being axially offset by a distance D.

- Between the two toroidal pistons (71) the toroidal cylinders (72) and (73) are defined a combustion chamber (75) The upper portion of each toroidal piston (71) is considered a piston head (76) and the potion on which it is it finds assembled segments (77) is considered a port-segment region (78). Compared to a classic piston, the piston skirt is missing, not necessary.

The axial gap with distance D allows the appearance of a wall (89) respectively of a wall (90) which partially closes the toroidal cylinders (72) respectively (73), remaining a free portion, of communication between the two toroidal cylinders (72) respectively (73), sufficient for the thermal processes carried out in the combustion chamber (75) to be considered unitary.

On the wall (89) two inlet valves (91) can act (sealing) on some seats (92) and control two secondary inlet pipes (93), the two secondary inlet pipes (93) joining and forming a main duct intake (94).

The inlet valves (91) are actuated simultaneously by means of a bridge (97), the bridge (97) being actuated by means of a rod (98) or a plug (99) by a cam (100) located on a camshaft (101).

Two exhaust valves (102) can be actuated on the wall (90), which seal on some seats (103) and control two secondary drainage pipes (104), the two secondary drainage pipes (104) joining and forming a main drainage pipe. exhaust (105),

20'201 1-00499-2 4 -05- 2011

The exhaust valves (102) are actuated simultaneously by means of a bridge (109), the bridge (109) being actuated by means of a rod (110), respectively of a stud (111) by a cam (112) located on a shaft with cam (113).

Camshafts (101) and (113) are driven by the crankshaft (87) at a twice lower speed.

12. Motor as in claims 1, 2, 3, 4, 5 and 9, characterized in that the upper portion of each toroidal piston (71) forms a piston head (76) and the potion on which are mounted some segments (77) forms a portsegment region (78), without the presence of a piston skirt, which is not necessary.

13. The engine as in claim 7 and partially 11, characterized in that the fresh air or fuel mixture admitted to the engine comes from two compressors (49), the transfer chamber (60) communicating with the main inlet pipe (94), the engine in four times obtained being of the mechanical overload type.