WO2007063152A1 - Motor rotativo hipocicloide de combustion interna - Google Patents

Motor rotativo hipocicloide de combustion interna Download PDF

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WO2007063152A1
WO2007063152A1 PCT/ES2006/000649 ES2006000649W WO2007063152A1 WO 2007063152 A1 WO2007063152 A1 WO 2007063152A1 ES 2006000649 W ES2006000649 W ES 2006000649W WO 2007063152 A1 WO2007063152 A1 WO 2007063152A1
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internal
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Fejoo Gonzalo Veiga
Nuria Veiga Quicler
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Quicler Carballido, Rosa Maria
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/10—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F01C1/104—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member one member having simultaneously a rotational movement about its own axis and an orbital movement

Definitions

  • thermal engines In automotive and other fields, the most commonly used thermal engines are conventional or alternative type of cylinders and pistons, both those of explosion or ignition (MEP) of gasoline, such as combustion ignition (MEC) or diesel, of diesel.
  • MEP explosion or ignition
  • MEC combustion ignition
  • diesel diesel
  • the present invention relates to a hypocycloid rotary thermal engine of the type called explosion or induced ignition (MEP).
  • MEP explosion or induced ignition
  • It comprises a fixed body or stator with a curvilinear triangular shape with three chambers and flat covers, inside which a rotor is attached to a crankshaft, the rotor being kept in permanent contact with the covers and with the stator profile to achieve tightness between these elements .
  • each of the chambers there is another small auxiliary chamber called combustion or explosion, where the spark plug is included and also communicates with the rotary valve.
  • the pressure of the expansion resulting from the explosion of the mixture pushes the rotor and it rotates the crankshaft, thus transforming the heat energy into mechanical energy.
  • the fuel to be used may be liquid or gaseous, in each case the injection feeding system thereof varying to obtain the appropriate explosive mixtures.
  • the applications of such an engine can be in various fields, such as the automotive industry in general, power generation, operation of industrial and agricultural equipment.
  • the engine can be compared to an alternative type of three-cylinder four-stroke, with the consequent decrease in size, weight and number of pieces.
  • crankshaft arm The relationship between the crankshaft arm and engine displacement is greater in the present invention, thus improving the engine torque.
  • the sequence of figures from 1 to Ia 8, represent a complete cycle of operation of four times or phases, which corresponds to one turn of the rotor and two of the crankshaft. To know the position of the rotor in each figure, one of its ends has been marked with a dot. The rotation of the rotor between one figure and the next is 45 ° and 90 ° for the crankshaft.
  • crankshaft also of alloy steel suitable for this type of parts, must be constructed in at least two halves in order to mount the rotor.
  • the driving force produced by the engine will be taken from one end of the crankshaft and the other end will move the rotary valves using pulleys and toothed belt, as well as the auxiliary elements necessary to adapt the fuel injection and ignition systems chosen in the market.
  • the lubrication can be carried out by means of an oil circulation pump with crankcase.
  • one embodiment of the invention refers to an internal combustion hypocycloid rotary engine having: a stator (Z) having an internal cavity (A, B, C) of lobulated triangular shape defining an internal perimeter (Pl); an inner rotor (D) configured to be driven in the inner cavity (A, B, C) by a combustion of a combustible and oxidizing mixture, said rotor (D) having: a continuous curvilinear external perimeter (PE) configured to slide on the internal perimeter (Pl) during the rotation of the rotor (D) in the stator (Z); connection means for connecting the inner rotor (D) with a crank (E) of a power output crankshaft; characterized in that: the internal perimeter (Pl) is continuous curvilinear; the outer perimeter (PE) permanently contacts a plurality of points with the inner perimeter (Pl), to define an inner cavity portion (A, B, C), the inner cavity portion (A, B, C) being of variable volume during the rotation of the rotor
  • the engine of the invention further comprises a combustion chamber (a, b, c): in communication with each lobe of the inner cavity (A, B, C) through the internal perimeter (Pl); which has: admission means (Va, Vb 1 Vc) to admit a reagent selected from: a oxidizer; and a fuel and a oxidizer; exhaust means (Va, Vb, Vc) to expel exhaust gases produced in a combustion of the mixture.
  • the combustion chamber (a, b, c) is located at a vertex of the lobed triangular shape.
  • the exhaust means are constituted by a rotary circular valve (Va, Vb, Vc) which has: a circular intake segment (SA) that has an intake arc (AA) to allow reagent entry from an intake manifold to The combustion chamber (a, b, c) ' ; and a circular exhaust segment (SE) having an exhaust arc (AE) to allow an escape of exhaust gases from the combustion chamber (a, b, c) to an exhaust manifold; where: the circular intake segment (SA) and the circular exhaust segment (SE) are separated by a partition (Vt); the circular intake segment (AA) is larger than the circular exhaust segment
  • the engine further comprises: an injector (Y) in each combustion chamber (a, b, c) to inject a pressurized fuel into each combustion chamber (a, b, c).
  • anyone's engine comprises: a spark plug (F) in each combustion chamber (a, b, c) to cause combustion of the mixture.
  • the stator further comprises a plurality of cooling ducts (G) for circulation of a cooling fluid located between an inner wall (IW) that contours to the inner perimeter (Pl) and an outer wall (OW) that defines the external contom of the engine.
  • the engine also comprises: two flat closing covers in the first plane and in the second plane perpendicular to the crank (E) of the crankshaft.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

Un motor rotativo hipocicloide de combustión interna que tiene: un estator (Z) que tiene una cavidad interior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (Pl); un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en Ia cavidad interior (A, B, C) disponiendo dicho rotor (D) de: un perímetro externo (PE) curvilíneo continuo configurado para deslizar sobre el perímetro interno (Pl) durante Ia rotación del rotor (D) en el estator (Z); elementos de conexión para conectar el rotor interior (D) con una manivela (E) de un cigüeñal de salida de potencia. El perímetro interno (Pl) es curvilíneo continuo; el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una serie de puntos con el perímetro interno (PI), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C) siendo Ia porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante Ia rotación del rotor (D).

Description

MOTOR ROTATIVO HIPOCICLOIDE DE COMBUSTIÓN INTERNA
Campo de Ia invención
La invención se encuadra en el sector técnico dedicado a motores térmicos de combustión interna, más concretamente los llamados de explosión o de encendido provocado (MEP).
Antecedentes de Ia invención
En automoción y en otros campos, los motores térmicos más utilizados son los convencionales o de tipo alternativo de cilindros y pistones, tanto los de explosión o de encendido provocado (MEP) de gasolina, como los de encendido por combustión (MEC) o diesel, de gasóleo.
En estos motores, el movimiento alternativo rectilíneo de los pistones "se transforma en movimiento circular o giratorio mediante las bielas y el cigüeñal.
Con Ia presente invención, en Ia que el rotor va acoplado directamente a un cigüeñal, se evitan los pistones y las bielas, así como los movimientos alternativos que hacen más difícil el equilibrado del motor para evitar vibraciones.
El documento DE 103 48 294 A1 , muestra un motor rotativo similar al de Ia invención pero que presenta diferentes perfiles del estator y del rotor y distinta configuración para el sistema de distribución y alimentación.
Descripción de Ia invención
La presente invención se refiere a un motor térmico rotativo hipocicloide del tipo denominado de explosión o de encendido provocado (MEP).
Comprende un cuerpo fijo o estator de forma triangular curvilínea con tres cámaras y tapas planas, en cuyo interior se dispone un rotor acoplado a un cigüeñal, manteniéndose el rotor en contacto permanente con las tapas y con el perfil del estator para conseguir estanqueidad entre estos elementos.
El rotor, de longitud doble que su anchura y extremos circulares, va montado en el eje manivela del cigüeñal, al que Ie transmite su movimiento orbital circular.
En Ia parte periférica de cada una de las cámaras hay otra pequeña cámara auxiliar denominada de combustión o de explosión, donde se incluye Ia bujía de encendido y que comunica también con Ia válvula rotativa.
Las válvulas rotativas, que realizan la doble función admisión/escape, son de tipo tubular, penetrando Ia mezcla de aire y combustible por uno de sus extremos cuando se efectúa el tiempo de admisión y saliendo por el otro extremo los gases quemados después de Ia expansión para efectuar el tiempo de escape. El ciclo de funcionamiento del motor es de cuatro tiempos o fases: admisión, compresión, explosión-expansión y escape. El ciclo completo se realiza en una sola vuelta del rotor que corresponde a dos vueltas del cigüeñal.
En las cámaras, Ia presión de Ia expansión resultante de Ia explosión de Ia mezcla, empuja el rotor y éste hace girar el cigüeñal, transformándose así Ia energía calorífica en energía mecánica.
El combustible a utilizar puede ser líquido o gaseoso, variando en cada caso el sistema de alimentación por inyección del mismo para obtener las mezclas explosivas apropiadas. Las aplicaciones de un motor de este tipo pueden ser en ámbitos diversos, como Ia automoción en general, generación de energía, accionamiento de equipos industriales y agrícolas.
Así, Ia presente invención presenta una serie de ventajas sobre el estado de Ia técnica: - El movimiento giratorio y a Ia vez orbital circular del rotor, es igual al de un engranaje hipocicloide dentro del estator que hace las veces de corona dentada, obteniendo como resultado favorable que las velocidades angular y orbital del rotor, se mantengan constantes para cada régimen de giro del cigüeñal.
- El momento de inercia del cigüeñal con el rotor acoplado, no varía en cualquiera de las posiciones que adopten en el transcurso de cada revolución.
- Con esta configuración, o arquitectura del motor, y las válvulas rotativas previstas, el equilibrado estático y dinámico de las piezas en movimiento es de fácil solución, consiguiendo que las vibraciones sean mínimas a cualquier régimen de giro.
- Al efectuarse el ciclo de cuatro tiempos en cada una de las tres cámaras en una sola vuelta del rotor y dos vueltas del cigüeñal, el motor puede equipararse a uno de tipo alternativo de tres cilindros cuatro tiempos, con Ia consiguiente disminución de tamaño, peso y número de piezas.
- Al disponer de válvulas de admisión y escape frente a lumbreras, el recorrido del ' • rotor en cada tiempo del ciclo se aprovecha en su totalidad, Io que mejora el rendimiento.
- El tipo de perfil del estator de la presente invención, hace Innecesario emplear segmentos rozantes para asegurar Ia estanqueidad rotor-estátor.
- La relación entre el brazo del cigüeñal y cubicaje del motor es mayor en Ia presente invención, mejorando así el par motor. Breve descripción de los dibujos
La secuencia de figuras de Ia 1 a Ia 8, representan un ciclo completo de funcionamiento de cuatro tiempos o fases, que corresponde a una vuelta del rotor y a dos del cigüeñal. Para saber Ia posición del rotor en cada figura se ha marcado uno de sus extremos con un punto. El giro del rotor entre una figura y Ia siguiente es de 45° y de 90° para el cigüeñal.
Para una mayor comprensión del funcionamiento, en las figuras no se han tenido en cuenta, respecto al reglaje o puesta a punto de la distribución, avances, cruces o retrasos en la apertura y cierre de las válvulas ni avance del encendido, tomando cόino referencia solamente los puntos muertos superior e inferior del rotor con relación a cada una de las cámaras.
Seguidamente se indican los tiempos o fases en los que se encuentra cada cámara siguiendo el orden de las figuras:
Cámara A Cámara B Cámara C
Figura 1 Admisión Expansión Compresión
Figura 2 Admisión Escape Explosión
Figura 3 Compresión Escape Expansión
Figura 4 Compresión Admisión Va a iniciar el escape
Figura 5 Expansión Admisión Escape
Figura'6' Expansión Compresión Va a iniciar Ia" admisión
Figura 7 Escape Compresión Admisión
Figura 8 Escape Expansión Va a iniciar Ia
Compresión
La figura 9 muestra una vista er i sección de un motor de Ia invención.
" Descripción de una realización preferida de Ia invención Para Ia realización de un motor prototipo se prevé construir el estator, sus tapas de cierre, el rotor y las válvulas en acero aleado, similar al que se emplea para los cilindros en los motores alternativos, mecanizando con acabados finos las superficies en contacto con el rotor y las válvulas.
Para absorber las dilataciones por calor en el rotor, se ha pensado en efectuar un corte en cada uno de sus extremos y cerrarlos con segmentos rectos para asegurar Ia estanqueidad con el estator; dichos cortes y segmentos no se han descrito en los dibujos por simplificar y mejorar Ia comprensión de los mismos. El acoplamiento con el cigüeñal se ha previsto con rodamientos.
El cigüeñal, también de acero aleado apropiado para este tipo de piezas, hay que construirlo al menos en dos mitades para poder montar el rotor. De un extremo del cigüeñal se tomará Ia fuerza motriz producida por el motor y el otro extremo moverá mediante poleas y correa dentadas las válvulas rotativas, así como los elementos auxiliares necesarios para adaptar los sistemas de inyección de combustible y de encendido que se elijan en el mercado. El engrase puede efectuarse mediante bomba de circulación de aceite con cárter.
Así, una realización de Ia invención se refiere a un motor rotativo hipocicloide de combustión interna que tiene: un estator (Z) que tiene una cavidad interior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (Pl); un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en Ia cavidad interior (A, B, C) por una combustión de una mezcla combustible y comburente, disponiendo dicho rotor (D) de: un perímetro externo (PE) curvilíneo continuo configurado para deslizar sobre el perímetro interno (Pl) durante la rotación del rotor (D) en el estator (Z); medios de conexión para conectar el rotor interior (D) con una manivela (E) de un cigüeñal de salida de potencia; caracterizado porque: el perímetro interno (Pl) es curvilíneo continuo; el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una pluralidad de puntos con el perímetro interno (Pl), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C), siendo Ia porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante Ia rotación del rotor (D). ' El motor de Ia invención además comprende una cámara de combustión (a, b, c): en comunicación con cada lóbulo de Ia cavidad interior (A, B, C) a través del perímetro interno (Pl); que tiene: medios de admisión (Va, Vb1 Vc) para admitir un reactivo seleccionado entre: un comburente; y un combustible y un comburente; medios de escape (Va, Vb, Vc) para expulsar gases de escape producidos en una combustión de Ia mezcla. La cámara de combustión (a, b, c) está ubicada en un vértice de Ia forma triangular lobulada.
Los medios de escape están constituidos por una válvula circular rotativa (Va, Vb, Vc) que tiene: un segmento circular de admisión (SA) que tiene un arco de admisión (AA) para permitir una entrada de reactivo desde un colector de admisión a Ia cámara de combustión (a, b, c)'; y un segmento circular de escape (SE) que tiene un arco de escape (AE) para permitir una salida de gases de escape desde Ia cámara de combustión (a, b, c) a un colector de escape; donde: el segmento circular de admisión (SA) y el segmento circular de escape (SE) están separados por un tabique (Vt); el segmento circular de admisión (AA) es mayor que el segmento circular de escape
(AE). El motor además comprende: un inyector (Y) en cada cámara de combustión (a, b, c) para inyectar un combustible a presión en cada cámara de combustión (a, b, c).
Adicionalmente, el motor de cualquiera comprende: una bujía de encendido (F) en cada cámara de combustión (a, b, c) para provocar Ia combustión de Ia mezcla.
El estator además comprende una pluralidad de conductos de refrigeración (G) para circulación de un fluido refrigerante situados entre una pared interior (IW) que contornea al perímetro interno (Pl) y una pared exterior (OW) que define el contomo externo del motor. El motor también comprende: dos tapas de cierre planas en un primer plano y en un segundo plano perpendiculares a Ia manivela (E) del cigüeñal.

Claims

REIVINDICACIONES 1 . Un motor rotativo hipocicloide de combustión interna que tiene: un estator (Z) que tiene una cavidad interior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (Pl); un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en Ia cavidad interior (A, B, C) por una combustión de una mezcla combustible y comburente, disponiendo dicho rotor (D) de: un perímetro externo (PE) curvilíneo continuo configurado para deslizar sobre el perímetro interno (Pl) durante Ia rotación del rotor (D) en el estator (Z); medios de conexión para conectar el rotor interior (D) con una manivela (E) de un cigüeñal de salida de potencia; caracterizado porque: el perímetro interno (Pl) es curvilíneo continuo; el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una pluralidad de puntos con el perímetro interno (Pl), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C), siendo Ia porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante Ia rotación del rotor (D).
2. El motor de Ia reivindicación 1 que además comprende una cámara de combustión (a, b, c): en comunicación con cada lóbulo de Ia cavidad interior (A, B, C) a través del perímetro interno (Pl); que tiene: medios de admisión (Va, Vb, Vc) para admitir un reactivo seleccionado entre: un comburente; y un combustible y un comburente; medios de escape (Va, Vb, Vc) para expulsar gases de escape producidos en una combustión de Ia mezcla.
3. El motor de la reivindicación 2 donde la cámara de combustión (a, b, c) está ubicada en un vértice de Ia forma triangular lobulada.
4. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 2-3 donde los medios de admisión y los medios de escape están constituidos por una válvula circular rotativa (Va, Vb, Vc) que tiene: un segmento circular de admisión (SA) que tiene un arco de admisión (AA) para permitir una entrada de reactivo desde un colector de admisión a Ia cámara de combustión (a, b, c); y un segmento circular de escape (SE) que tiene un arco de escape (AE) para permitir una salida de gases de escape desde Ia cámara de combustión (a, b, c) a un colector de escape; donde: el segmento circular de admisión (SA) y el segmento circular de escape (SE) están separados por un tabique (Vt); el segmento circular de admisión (AA) es mayor que el segmento circular de escape (AE).
5. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 1-4 que además comprende: un inyector (Y) en cada cámara de combustión (a, b, c) para inyectar un combustible a presión en cada cámara de combustión (a, b, c).
6. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 1-5 que además comprende: una bujía de encendido (F) en cada cámara de combustión (a, b, c) para provocar la combustión de Ia mezcla.
7. Ei motor de cualquiera de las reivindicaciones 1-6 donde el estator además comprende una pluralidad de conductos de refrigeración (G) para circulación de un fluido refrigerante situados entre una pared interior (IW) que contornea al perímetro interno (Pl) y una pared exterior (OW) que define el contorno externo del motor.
8. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 1-7 que además comprende: dos tapas de cierre planas en un primer plano y en un segundo plano perpendiculares a Ia manivela (E) del cigüeñal.
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