WO2007107617A1 - Motor rotativo hibrido - Google Patents

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WO2007107617A1 PCT/ES2007/070060 ES2007070060W WO2007107617A1 WO 2007107617 A1 WO2007107617 A1 WO 2007107617A1 ES 2007070060 W ES2007070060 W ES 2007070060W WO 2007107617 A1 WO2007107617 A1 WO 2007107617A1
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Francisco Javier Ruiz Martinez
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    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the present invention falls within the transport sector and industry in general.
  • Rotary engines of tangential pistons are thermal machines with cylinders located tangentially to the axis of rotation. It consists of a block with cylinders, pistons, connecting rods and other elements for its control and regulation.
  • the cylinders are located tangent to the axis of rotation and the crankshaft in the center of the assembly.
  • the pistons in their linear displacement, transmit the movement to the crankshaft by means of a lever articulated in two arms; one outside attached to the piston by means of a connecting rod and the other to which a groove has been made through which the crank shaft slides. This arrangement causes the length of the lever of this arm to vary constantly due to the rotation of the crankshaft, modifying the relationship between both arms.
  • the present invention proposes the introduction of a mechanism that allows the operation of this type of engines with compressed air, either simultaneously or alternatively.
  • some measures are proposed to improve the power ratio between the arms of the articulated lever and so that it is not necessary to drag the block with its elements during commissioning.
  • the invention is based on the development of the tangential piston engine:
  • Operation as a hybrid motor, thermal-compressed air is achieved by introducing mechanisms, basically operated by compressed air, although they can be operated and controlled electro-mechanically.
  • the pressurized air circuit is controlled by a stop valve and a throttle operated regulator for power control during operation with compressed air; passes to the engine block through a rotating joint through the axis of rotation front and acts on: a depressurization valve of the rear chamber of the cylinder by opening it, a valve that cuts the fuel to the engine, opens the air inlet valve to the expansion chamber and gives pressure to the distributor valve.
  • the latter is controlled by a cam operated by the crankshaft and has two functions, open and close the air passage at the appropriate time to the expansion chamber and allow the remnant to escape, to avoid resistance during the piston recoil.
  • the intake valve as a thermal motor, operates by pressure difference to open and close, being lightly loaded with spring in the direction of closing.
  • the operation as a thermal engine is as follows: During start-up, the crankshaft by means of the articulated lever and connecting rod, draws the piston in a linear path through the cylinder, thus the air, through a filter and a valve Sheets are absorbed during the forward travel to the rear chamber of the cylinder, compressed in its backward travel and when the piston releases the exhaust nozzle and the air or gases from the combustion chamber are emptied, the air trapped to pressure on the back, opens the intake valve and enters the chamber and when the forward travel starts again, the valve closes, (by means of the pressure difference and its spring) the air is compressed and with The addition of the fuel starts the thermal cycle, with spontaneous or controlled explosion.
  • the operation with compressed air starts when the valve is opened, the pressurized air enters the engine through the Rotary Joint, opens the depressurization valve of the rear chamber of the cylinder, (thus canceling the operation of the inlet valve, which in the absence of any pressure in this area is permanently closed while operating in this way) closes the fuel bypass valve, opens the compressed air inlet valve to the cylinder and gives pressure to the distributor valve, which, by means of the cam, controls the cycle of opening and closing of pressurized air to the cylinder.
  • the operation reverses when the compressed air flow valve is closed, in this way, it does not need any transition to pass from one mode of operation or the other.
  • a groove has been made, which modifies the connection of the connecting rod with the articulated lever.
  • This groove has an orientation that, together with a lateral guide (the arc that describes the arm, facilitates sliding) defines the support point of the crank shaft and causes the lever arm to increase as it moves away from the cylinder and reduce during compression, improving engine performance in both configurations.
  • the union of the axes of the block and the crankshaft is done by means of a differential, consequently both elements rotate at different speeds, adjusting it as required, so that the block can rotate at half the speed of the crankshaft or vice versa.
  • the coupling of the block to its transmission gear is done through a mechanism that allows the rotation between both of them in one direction, in this way during start-up, we can only act on the crankshaft by significantly reducing the necessary power, although the Opening the valves for operation with air, (if available) also facilitates it.
  • This mechanism allows engine tuning and maintenance operations to be resolved without difficulty.
  • Figure 1. Shows a plan view of a two-cylinder tangential piston hybrid rotary engine.
  • Figure 2. Shows a section of a two-cylinder hybrid rotary engine and the connecting gears of both axes.
  • Figure 3. Shows a diagram of the pneumatic system and the elements necessary for the operation of the engine with compressed air, arranged in both phases: Expansion and Recoil.
  • Figure 4. It shows a plan of the situation of the elements and the position of the valves during operation as a thermal engine, in four different phases.
  • Figure 5. Shows a plan view of a two-cylinder hybrid rotary engine with the position of the valves during the expansion phase in its operation with compressed air.
  • Figure 6. It shows a plan view of a two-cylinder hybrid rotary engine, with the position of the valves during the phase of recoil of the plunger in the operation with compressed air.
  • Figure 7. Shows a plan view of a four-cylinder hybrid rotary engine, two equipped to operate as hybrids and two only thermal, of this In this way I was able to operate with two cylinders operated by compressed air and the other two in thermal cycle, or all four in the latter.
  • Figure 8. Shows a form of coupling of the crown to the block axis and a differential with two satellites.
  • Figure 9. It shows a section of the rear chamber of the cylinder, with the lateral guides that define the support point of the crank shaft in the groove of the outer arm of the articulated lever.
  • the preferred embodiment of a hybrid rotary engine is formed by a block, which contains the cylinders (10) where the pistons (11) connected by a connecting rod are housed. (12) to the outer arm of the articulated lever (13) that pivots on the shaft (14) and with the inner arm pulls the crankshaft whose journal travels through the groove (15) made in it, transforming the linear movement of the piston , in rotary to both elements.
  • the block turns to the left and the crankshaft to the right, both connected to the output shaft (16) by the gear train (17).
  • the cylinder head (19) is coupled to the cylinder head and carries the compressed air inlet valve (4) and the intake valve (6) which is connected by means of a conduit (20) made in the cylinder, with the rear camera thereof; the fuel injector (21) and a valve (22) that regulates the air flow, in the case of engines with controlled ignition, are located in this duct and to the intake valve inlet.
  • Attached to the engine block is the distributor valve (5), which controls the passage of compressed air into the cylinder and is operated by a cam moved by the crankshaft and also the fuel shut-off valve (3).
  • the rotary joint (1) through which the pressurized air and also the feed enters is attached to the front axle of the block of fuel and on its rear axle is the clutch (24) that connects it to the crown (23) of the differential assembly (17) and this by means of the satellites (25) and the pinion (26) is coupled to the shaft (16 ) Crankshaft joint.
  • the whole assembly rotates supported by the front bearing (27) and the differential housing.

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Abstract

Motor rotativo híbrido de émbolos tangenciales, que puede operar indistintamente como motor térmico de dos tiempos con explosión espontánea o controlada o con aire 5 comprimido en el que la modificación de la forma de operar de la válvula de admisión (6) y la adición de una válvula (4) en la cabeza del cilindro y otra en la cámara posterior (2) mas una válvula de corte de combustible (3) y una distribuidora (5), además del sistema neumático correspondiente, posibilitan que pueda operar indistintamente como motor convencional térmico o por medio de gases comprimidos y el cambio de un tipo de 10 operación a otro no requiere transición y las válvulas pueden funcionar neumáticamente y/o electro-mecánicamente.

Description

MOTOR ROTATIVO HÍBRIDO Sector de la técnica
La presente invención se encuadra en el sector del transporte y la industria en general.
Estado de la técnica
Los motores rotativos de émbolos tangenciales, actualmente en desarrollo, son maquinas térmicas con los cilindros situados tangencialmente al eje de giro. Consta de un bloque con los cilindros, pistones, bielas y demás elementos para el control y regulación del mismo. Los cilindros están situados tangentes al eje de giro y el cigüeñal en el centro del conjunto. Los pistones en su desplazamiento lineal, transmiten el movimiento al cigüeñal por medio de una palanca articulada en dos brazos; uno exterior unido al pistón por medio de una biela y el otro al que se ha practicado una ranura por donde se desliza el gorrón del cigüeñal. Esta disposición origina, que la longitud de la palanca de este brazo, varíe constantemente debido al giro del cigüeñal, modificando la relación entre ambos brazos.
Así mismo el hecho de que el bloque con todos los elementos gire, y el cigüeñal también (en sentido contrario), unidos ambos por engranajes a un eje común, hace que se requiera una potencia considerable para la puesta en marcha. La presente invención propone la introducción de un mecanismo que permite la operación de este tipo de motores con aire comprimido, bien simultanea o alternativamente. Por otra parte se proponen unas medidas para mejorar la relación de potencia entre los brazos de la palanca articulada y para que no sea necesario arrastrar el bloque con sus elementos durante la puesta en marcha. La invención se basa en el desarrollo del motor de émbolos tangenciales:
P9200867, CA9400571, solicitud P200401019 y P200401926. Descripción de la invención
El funcionamiento como motor híbrido, térmico-aire comprimido, se consigue mediante la introducción de unos mecanismos, actuados básicamente por el aire comprimido, si bien pueden ser operados y controlados electro-mecánicamente. El circuito de aire a presión esta controlado por una válvula de paso y una reguladora actuada por el acelerador para el control de la potencia durante la operación con aire comprimido; pasa al bloque del motor por una Junta Rotativa a través del eje de giro delantero y actúa sobre: una válvula de despresurización de la cámara posterior del cilindro abriéndola, una válvula que corta el combustible al motor, abre la válvula de entrada de aire a la cámara de expansión y da presión a la válvula distribuidora. Esta ultima esta controlada por una leva actuada por el cigüeñal y tiene dos funciones, abrir y cerrar el paso de aire en el momento oportuno a la cámara de expansión y permitir la salida del remanente, para evitar la resistencia durante el retroceso del pistón. La válvula de admisión como motor térmico, opera por diferencia de presión para abrir y cerrar, estando ligeramente cargada con muelle en el sentido de cierre. El funcionamiento como motor térmico es como sigue: Durante la puesta en marcha, el cigüeñal por medio de la palanca articulada y la biela, arrastra el pistón en recorrido lineal por el cilindro, así el aire, a través de un filtro y una válvula de laminas, es absorbido durante el recorrido hacia delante, a la cámara posterior del cilindro, comprimido en su recorrido hacia atrás y cuando el pistón libera la tobera de escape y se vacía el aire o los gases de la cámara de combustión, el aire atrapado a presión en la parte posterior, abre la válvula de admisión y entra en la cámara y cuando se inicia de nuevo el recorrido hacia delante, la válvula se cierra, (por medio de la diferencia de presión y su muelle) el aire es comprimido y con la adición del combustible se inicia el ciclo térmico, con explosión espontánea o controlada.
La operación con aire comprimido, se inicia cuando se abre la válvula de paso del mismo, el aire a presión entra en el motor por la Junta Rotativa, abre la válvula de despresurización de la cámara posterior del cilindro, (así se anula la operación de la válvula de admisión, que al no haber ninguna presión en esta zona queda permanentemente cerrada mientras se opera de esta forma) cierra la válvula de paso del combustible, abre la válvula de entrada de aire comprimido al cilindro y da presión a la válvula distribuidora, que por medio de la leva, controla el ciclo de apertura y cierre de aire a presión al cilindro. La operación revierte cuando se cierra la válvula de paso del aire comprimido, de esta manera, no necesita ninguna transición para pasar de un modo de operación o el otro.
En el brazo exterior de la palanca articulada, se ha practicado una ranura, que modifica la unión de la biela con la palanca articulada. Esta ranura, tiene una orientación que, junto con una guía lateral (el arco que describe el brazo, facilita el deslizamiento) definen el punto de apoyo del eje de la biela y hacen que el brazo de palanca aumente a medida que se aleja del cilindro y se reduzca durante la compresión, mejorando la actuación del motor en ambas configuraciones. La unión de los ejes del bloque y el cigüeñal se hace por medio de un diferencial, en consecuencia ambos elementos giran a diferente velocidad, ajustándolo según se requiera, así el bloque puede girar a la mitad de velocidad que el cigüeñal o viceversa. El acoplamiento del bloque a su engranaje de transmisión se hace a través de un mecanismo que permite el giro entre ambos en un sentido, de esta manera durante la puesta en marcha, podemos actuar solamente sobre el cigüeñal reduciendo sensiblemente la potencia necesaria, si bien la apertura de las válvulas para la operación con aire, (si está disponible) lo facilita igualmente. Este mecanismo permite que la puesta a punto del motor y las operaciones de mantenimiento se resuelvan sin dificultad.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en planta de un motor rotativo híbrido de émbolos tangenciales de dos cilindros.
Figura 2.- Muestra una sección de un motor rotativo híbrido de dos cilindros y los engranajes de unión de ambos ejes. Figura 3.- Muestra un esquema del sistema neumático y los elementos necesarios para la operación del motor con aire comprimido, dispuestos en ambas fases: Expansión y Retroceso.
Figura 4.- Muestra un plano de la situación de los elementos y la posición de las válvulas durante la operación como motor térmico, en cuatro fases diferenciadas. Figura 5.- Muestra una vista en planta de un motor rotativo híbrido de dos cilindros con la posición de las válvulas durante la fase de expansión en su operación con aire comprimido.
Figura 6.- Muestra una vista en planta de un motor rotativo híbrido de dos cilindros, con la posición de las válvulas durante la fase de retroceso del embolo en la operación con aire comprimido.
Figura 7.- Muestra una vista en planta de un motor rotativo híbrido de cuatro cilindros, dos equipados para operar como híbridos y dos solamente térmicos, de esta manera pude funcionar con dos cilindros operados por aire comprimido y los otros dos en ciclo térmico, o bien los cuatro de esta ultima forma.
Figura 8.- Muestra una forma de acoplamiento de la corona al eje del bloque y un diferencial con dos satélites. Figura 9.- Muestra una sección de la cámara trasera del cilindro, con las guías laterales que definen el punto de apoyo del eje de la biela en la ranura del brazo exterior de la palanca articulada.
Realización preferente de la invención
Como puede observarse en las figuras adjuntas, la realización preferente de un motor rotativo híbrido, en base al motor de émbolos tangenciales, esta formado por un bloque, que contiene los cilindros (10) donde se alojan los pistones (11) unidos por una biela (12) al brazo exterior de la palanca articulada (13) que pivota sobre el eje (14) y con el brazo interior arrastra el cigüeñal cuyo gorrón se desplaza por la ranura (15) practicada en el mismo, transformando el movimiento lineal del pistón, en rotativo a ambos elementos. El bloque gira a la izquierda y el cigüeñal a la derecha, unidos ambos al eje de salida (16) por el tren de engranajes (17). En el brazo exterior de la palanca articulada se ha practicado una ranura (8) y una guía lateral (9), de esta manera, la unión con la biela no está en un punto fijo sino que el eje de la misma se desliza por la ranura, orientado por la guía lateral, variando la longitud del brazo de palanca según la posición del pistón. En la cámara posterior del cilindro y en su parte exterior esta situada la válvula de laminas (7) que permite y corta la entrada de aire a esta zona a través de filtro (18) y en su parte posterior esta la válvula de despresurización (2); en el interior del cilindro y al final de la cámara de combustión se ha practicado la tobera de escape (8). La culata (19) ésta acoplada a la cabeza del cilindro y lleva la válvula de entrada de aire comprimido (4) y la válvula de admisión (6) que está conectada por medio de un conducto (20) practicado en el cilindro, con la cámara posterior del mismo; en este conducto y a la entrada de la válvula de admisión esta situado el inyector de combustible (21) y una válvula (22) que regula el flujo de aire, en el caso de motores con encendido controlado. Acoplada al bloque del motor esta la válvula distribuidora (5), que controla el paso de aire comprimido al interior del cilindro y que es actuada por una leva movida por el cigüeñal y también la válvula de corte del combustible (3). En el eje delantero del bloque va acoplada la Junta Rotativa (1) por donde entra el aire a presión y también la alimentación de combustible y en su eje posterior esta el embrague (24) que le une a la corona (23) del conjunto diferencial (17) y ésta por medio de los satélites (25) y el piñón (26) se acopla al eje (16) solidario al cigüeñal. Todo el conjunto gira apoyado en el cojinete (27) delantero y la carcasa del diferencial. No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier técnico en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que se derivan de la misma.
Los términos en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.

Claims

REIVINDICACIONES
Ia.- Motor rotativo híbrido que consiste en un motor rotativo de émbolos tangenciales de dos tiempos, con un bloque que contiene dos o mas cilindros situados tangencialmente al eje de giro donde se desplazan los pistones que transmiten el movimiento al cigüeñal por medio de una palanca articulada en dos brazos, uno exterior unido a este por medio de una biela y el otro que tiene una ranura por donde se desliza el gorrón del cigüeñal y en el que el bloque con todos los elementos gira en un sentido y el cigüeñal en otro, ambos unidos a un eje común por medio de engranajes caracterizado porque esta dotado de un mecanismo neumático que permite su operación con aire comprimido y el circuito de aire a presión esta controlado por una válvula de paso y una reguladora actuada por el acelerador para el control de la potencia durante la operación con aire comprimido; pasa al bloque del motor por una junta rotativa a través del eje de giro delantero y actúa sobre: una válvula de despresurización de la cámara posterior del cilindro abriéndola, una válvula que corta el combustible al motor, abre la válvula de entrada de aire a la cámara de expansión y da presión a la válvula distribuidora; ésta última esta controlada por una leva actuada por el cigüeñal y tiene dos funciones, abrir y cerrar el paso de aire en el momento oportuno a la cámara de expansión y permitir la salida del remanente, para evitar la resistencia durante el retroceso del pistón; la válvula de admisión durante el ciclo térmico opera por diferencia de presión, ligeramente cargada con muelle en el sentido de cierre, y su operación queda anulada al abrirse la válvula de despresurización en la cámara posterior del cilindro y la operación con aire comprimido puede revertir a convencional por falta de flujo o por corte de la válvula de paso.
2a.- Motor rotativo híbrido, según reivindicación Ia caracterizado porque en el brazo exterior de la palanca articulada se ha practicado una ranura que modifica la unión de la biela con esta palanca articulada y la ranura tiene una inclinación que junto a una guía lateral definen el punto de apoyo del eje de la biela, de manera que el brazo de palanca aumenta a medida que se aleja del cilindro y se reduce durante la compresión, mejorando la actuación del motor en ambas configuraciones.
3a.- Motor rotativo híbrido, según reivindicación Ia caracterizado porque la unión de los ejes del bloque y el cigüeñal se hace por medio de un diferencial y en consecuencia ambos elementos giran a diferente velocidad, ajustando según se requiera la relación de giro entre ambos y el acoplamiento del bloque a su engranaje de transmisión se hace mediante un mecanismo que permite el giro entre ambos en un sentido, de esta manera durante la puesta en marcha, podemos actuar solamente sobre el cigüeñal reduciendo sensiblemente la potencia necesaria, además la apertura de las válvulas para la operación con aire lo reducen igualmente.
4a.- Motor rotativo híbrido, según reivindicaciones Ia, 2a y 3a caracterizado porque las válvulas de control para la operación con aire comprimido así como la válvula de admisión, son actuadas electro-mecánicamente.
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