MOTOR ROTATIVO DE COMBUSTION INTERNA.
Motor rotativo de combustión interna que consta de un elemento rotativo cilíndrico con un diente en su periferia (1) y un elemento rotativo cilíndrico adicional con un hueco (2) de tal forma que durante el giro de estos elementos,
en sentido contrario y con la misma velocidad angular, el diente del elemento rotativo (1) pasa por el hueco del elemento rotativo (2) manteniendo en el proceso la estanqueidad en las cámaras formadas por los elementos anteriores y la carcasa motor (l4). El motor puede funcionar en configuración de dos o cuatro tiempos según exista o no un elemento rotativo adicional (3) que realiza la separación entre las cámaras de admisión/compresión y expansión/escape manteniendo la estanqueidad y dejando el espacio necesario para dejar pasar al diente del elemento rotativo (1) en el proceso de giro
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200800422.
Solicitante: SOTO LOPEZ, MANUEL ALEJANDR.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: LEÓN.
Inventor/es: SOTO LOPEZ,MANUEL ALEJANDR.
Fecha de Solicitud: 6 de Febrero de 2008.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 11 de Octubre de 2011.
Clasificación PCT:
- F02B53/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION. › F02B MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES DE COMBUSTION EN GENERAL (plantas de turbinas de gas F02C; plantas de motores de desplazamiento positivo de gas caliente o de productos de combustión F02G). › Aspectos de la combustión interna de los motores con pistones rotativos u oscilantes (aspectos de la combustión interna de los motores con pistones rotativos y órganos exteriores cooperantes con ellos F02B 55/00).
Fragmento de la descripción:
Motor rotativo de combustión interna.
Campo de la invención
La invención se refiere a un motor rotativo de combustión interna que puede funcionar con distintos combustibles y girar a altas revoluciones.
Estado de la técnica
En el estado de la técnica el mas conocido es el motor rotativo de combustión interna siguiente:
- Motor Wankel: Consistente en una pieza central triangular con sus lados curvados hacia afuera tal que en su giro excéntrico alrededor de un eje central, y alguno de sus puntos siempre en contacto con la carcasa exterior, va generando los espacios necesarios para realizar los tiempos propios de un motor de combustión interna.
Ventajas de la invención
Pueden resumirse en los siguientes puntos:
- Altas velocidades de giro debido a que no hay piezas con movimiento alternativo.
- Altos rendimientos termodinámicos por la posibilidad de conseguir que el tiempo de expansión sea superior al de compresión lo que nos permitirá aprovechar al máximo la energía de los gases de escape antes de expulsarlos al exterior.
- Construcción simple y con pocas piezas.
La aplicación industrial esta en cualquier sistema que necesite una planta motriz que aporte potencia.
Descripción de los dibujos
- La figura 1 es un corte donde se pueden apreciar los elementos que constituyen el motor rotativo en su diseño como motor de dos tiempos.
- La figura 2 es una sucesión de instantes del motor descrito en la Figura 1 en su recorrido de una vuelta completa.
- La figura 3 es un corte del motor similar al de la figura 1 pero en el que se sustituye el elemento rotativo que separa las cámaras de compresión y expansión por uno alternativo tipo válvula.
- La figura 4 es un corte del motor en su configuración de cuatro tiempos.
- La figura 5 es una sucesión de instantes del motor descrito en la figura 4 durante las cuatro vueltas necesarias para que una masa determinada de aire complete los cuatro tiempos del ciclo termodinámico.
- La Figura 6 es el ciclo termodinámico Presión-Volumen teórico de un motor Otto de cuatro tiempos (Compresión-Explosión-Expansión-Escape).
- La Figura 7 es el ciclo de la Figura 6 al que se le ha añadido la potencia que se podría conseguir a mayores utilizando el motor objeto de la invención en su configuración de dos tiempos.
- La Figura 8 es un despiece de los elementos fundamentales para construir el motor objeto de la invención en su configuración de dos tiempos sin elementos con movimiento alternativo.
- La Figura 9 es el montaje paso a paso de las piezas de la Figura 8.
Explicación de la invención
El objetivo de la patente es el diseño de un motor rotativo de combustión interna.
En la figura 1 se pueden apreciar los componentes fundamentales de motor.
- Un elemento rotativo (1) de forma cilíndrica con un diente en su periferia y que gira alrededor del eje central de su parle circular.
- Un elemento rotativo (2) de forma cilíndrica que tiene tallado en su periferia un orificio destinado a alojar el diente del elemento rotativo (1). y que gira alrededor del eje central de su parte circular.
- Una carcasa (4) fija que mantiene la estanqueidad en las diferentes cámaras que forman los elementos anteriores es su rotación sobre sí mismos.
Los elementos rotativos (1 y 2) giran a la misma velocidad angular (y en sentido contrario) y están sincronizados de tal forma que el diente del elemento rotativo (1) se introduce en el orificio del elemento rotativo (2) manteniendo la estanqueidad en las diferentes cámaras en el proceso de giro.
Dados unos puntos fijos (5 y 6) en el elemento rotativo (2), estos serán los que en su giro con este generan la geometría de las caras del diente del elemento rotativo (1) tal que siempre son tangentes a él mientras se introduce en el orificio del elemento rotativo (2) en su giro. El proceso empezara con el contacto entre los puntos de diseño (7 y 5) y acabara con el contacto entre los puntos (7 y 6) generando la geometría de las caras laterales del diente del elemento rotativo (1).
Modos de funcionamiento según el diseño
- Como motor de dos tiempos (Figura 1)
El motor en su configuración de dos tiempos posee, además de los elementos anteriores, un elemento rotativo adicional (3) que separa las cámaras de admisión/compresión con las de expansión/escape, esto da como resultado que en una sola vuelta de motor se produzcan los cuatro tiempos necesarios en un motor térmico de combustión interna por lo que en esta configuración se encuadraría dentro de la familia de motores denominada de dos tiempos.
Explicación paso a paso de una vuelta (Figura 2):
A- El elemento rotativo (1), que gira en sentido horario, empieza a comprimir la cámara (12), llena de aire del exterior, con su diente.
Los elementos rotativos (2 y 3) giran a la misma velocidad angular que el elemento rotativo (1) pero en sentido antihorario.
B- La cámara (12) es cada vez más pequeña y por ello el aire que contiene aumenta su presión. El elemento rotativo adicional (3) a girado lo suficiente para que empiece el proceso de admisión de aire del exterior que es alojado en la cámara (11) por la succión que provoca el diente del elemento rotativo (1).
C- El elemento rotativo adicional (3) cierra la entrada de aire a la cámara (11) que será el que se comprimirá en la vuelta siguiente del motor.
Comienza el contacto entre el diente del elemento rotativo (1) y el punto (5) del elemento rotativo (2).
El aire contenido en la cámara (12) pasa a ocupar el espacio del hueco del elemento rotativo (2).
D- El elemento rotativo adicional (3) ha girado hasta impedir la entrada o salida de aire al motor.
Los puntos (5 y 6) del elemento rotativo (2) han mantenido contacto constante con las caras del diente del elemento rotativo (1) durante el giro de ambos elementos lo que permite mantener la cámara (12) estanca con el aire comprimido previamente y pasarlo de la parte delantera del diente a la parte trasera para su uso posterior.
El punto (6) del elemento rotativo (2) se encuentra en su punto más bajo y a partir de aquí perderá contacto con el diente del elemento rotativo (1).
E- El aire comprimido de la cámara (12) pasa a la parte posterior del diente del elemento rotativo (1).
A partir de aquí el punto (5) del elemento rotativo (2) pierde contacto con el diente del elemento rotativo (1).
F- El punto (5) del elemento rotativo (2) entra en contacto con la carcasa (4) y esto crea la cámara (13).
El combustible contenido en la cámara (13) (inyectado en etapas anteriores a baja presión (inyección indirecta) o en este mismo instante (inyección directa)) explota o se inflama (según sea su naturaleza) produciendo un aumento de presión en la cámara (13). Esta presión produce unas fuerzas perpendiculares a las superficies de los elementos de la cámara (13).
La presión aplicada sobre los contornos circulares de los elementos rotativos (1 y 2) provocara una fuerza resultante sobre el eje de cada uno de ellos pero no inducirá al giro a ninguno por estar aplicada en el centro del eje de giro.
La presión aplicada sobre la carcasa debe ser soportada por esta ya que se mantendrá fija.
La presión aplicada sobre la cara del diente del elemento rotativo (1) podemos descomponerla en dos componentes, una tangente a la superficie curva del elemento rotativo (1) (la que nos proporcionara la fuerza de giro) y otra perpendicular a la anterior y dirigida al eje de giro del elemento rotativo (1) (no contribuye al giro).
G- El elemento rotativo adicional (3) ha girado lo suficiente para poner en contacto la cámara (14) con el exterior, empieza el escape de los gases de combustión de la vuelta anterior a la actual.
La cámara (13) sigue expandiéndose y aportando potencia siguiendo el ciclo termodinámico de cada combustible.
H- El elemento rotativo adicional (3) empieza a cerrarse e interrumpir el escape de los gases. La cámara (13) sigue expandiéndose y aportando potencia.
I- El elemento rotativo adicional (3) entra en contacto con el punto (7) del elemento rotativo...
Reivindicaciones:
1. Motor rotativo de combustión interna que comprende:
Los elementos rotativos (1 y 2) giran a la misma velocidad angular (y en sentido contrario) y están sincronizados de tal forma que el diente del elemento rotativo (1) se introduce en el hueco del elemento rotativo (2) manteniendo la estanqueidad en las diferentes cámaras en el proceso de giro.
Dados unos puntos fijos (5 y 6) en el elemento rotativo (2), estos serán los que en su giro con este generan la geometría de las caras del diente del elemento rotativo (1) tal que siempre son tangentes a él mientras recorre el hueco del elemento rotativo (2) en su giro.
El proceso empezara con el contacto entre los puntos de diseño (7 y 5) y acabará con el contacto entre los puntos (7 y 6) generando la geometría de las caras laterales del diente del elemento rotativo (1) (considerando que el elemento rotativo (1) gira en sentido horario y 2 en antihorario).
El hueco del elemento rotativo (2) puede tener cualquier geometría dentro de lo físicamente posible.
Los elementos rotativos (1 y 2) pueden tener igual o distinto radio y la altura del diente del elemento rotativo (1) puede ser variable, sabiendo que esto afecta a la geometría de las caras del diente y la carcasa (4).
2. Motor de combustión interna rotativo según reivindicación 1 caracterizado por que se le añade un elemento rotativo adicional (3) que separa las cámaras de admisión/compresión de las de expansión/escape asimilándolo así a un motor de dos tiempos (cuatro tiempos por vuelta).
El elemento rotativo adicional (3) tiene un hueco por donde deja pasar al diente del elemento rotativo (1) durante el proceso de giro. La geometría de este hueco está definida por el punto superior del diente (7) ya que este tiene que ser tangente al elemento rotativo adicional (3) durante el tiempo en que lo atraviesa para mantener la estanqueidad entre las cámaras.
El elemento rotativo adicional (3) gira a la misma velocidad angular que los elementos rotativos (1 y 2) y en distinto sentido que el elemento rotativo (1), y puede situarse en cualquier posición alrededor del elemento rotativo (1) siempre que no interfiera con el resto de elementos del motor. Según sea la posición donde se coloque el elemento rotativo adicional (3), y su radio, cambiaran las características técnicas del motor (rendimiento, compresión, cubicaje, etc.).
3. Motor de combustión interna rotativo según reivindicación 2 caracterizado por que se sustituye el elemento rotativo adicional (3) por uno alternativo (10) (tipo válvula) sincronizado para abrirse y dejar pasar al diente del elemento rotativo (1) durante el proceso de giro cerrándose inmediatamente después para mantener la estanqueidad entre las cámaras, quedando las demás características igual que en la reivindicación 2.
4. Motor de combustión interna según reivindicación 1 caracterizado por que se añaden unos elementos (8 y 9) (Figura 4) que se cierran o abren en cada vuelta para conseguir la admisión o escape de los gases al exterior y hacer posible el ciclo termodinámico.
En esta configuración el motor pasaría a funcionar con un ciclo termodinámico similar a uno de cuatro tiempos en el sentido de que son necesarias dos vueltas de motor para realizar cuatro tiempos del ciclo termodinámico.
5. Motor de combustión interna según reivindicaciones anteriores caracterizado porque para igualar las velocidades angulares de los elementos rotativos se disponen unos piñones (19, 20 y 21) (este último solo en configuración de dos tiempos) con igual radio y que engranarán directamente unos con los otros cuando sea posible. Cuando esto no sea posible porque los elementos rotativos tengan distinto radio se dispondrán un par de piñones más pequeños (22 y 23), entre los que no se engranan por si solos, para que además de transmitirse el giro se cambie dos veces el sentido del mismo para que quede en el mismo sentido en que se iba a transmitir sin los piñones auxiliares.
6. Motor de combustión interna según reivindicación 5 caracterizado porque para igualar las velocidades angulares de los elementos rotativos se utilizan correas o cadenas entre las poleas o piñones respectivamente que van montados solidariamente a los ejes de los elementos rotativos.
Las poleas o piñones de los distintos elementos rotativos tienen que tener el mismo radio para comunicarse entre si la misma velocidad angular.
Con este sistema puede conseguirse minimizar las inercias del motor por usar piñones o poleas más pequeños que en la reivindicación 5.
7. Motor de combustión interna según reivindicaciones anteriores caracterizado porque se añaden, al punto (7) del diente del elemento rotativo (1) y a los puntos (5 y 6) del elemento rotativo (2), unos segmentos rectos que serán los que absorban las dilataciones por efecto de la temperatura y permitan un contacto semi-elástico entre los puntos de los elementos que contienen los segmentos y los elementos sobre los que contactan durante el giro para mantener la estanqueidad en las cámaras ante las vibraciones del motor.
Las carcasas que cierran las cámaras también tendrán unos segmentos circulares y de radio similar a los respectivos elementos rotativos sobre los que harán contacto para, además de absorber las dilataciones por variación de la temperatura, evitar que escape compresión de las cámaras por el pequeño espacio que queda entre los elementos rotativos y las carcasas laterales.
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