Motor que comprende:

un cubo (6) rotatorio que tiene una abertura que define una cámara (38) de combustión;

una cámara (20a a 20h) de pistón de impacto cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo (6) rotatorio; y

un pistón (12a a 12h) de impacto que es un pistón flotante libre que tiene un primer extremo que define una parte de la cámara (38) de combustión y un segundo extremo que define una parte de la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto y que se aloja de manera deslizante en la abertura entre la cámara (38) de combustión y la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto;

caracterizado porque el cubo (6) rotatorio está montado de manera excéntrica en una carcasa (2) externa que tiene una superficie (4) interna sustancialmente cilíndrica y en el que la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto se define entre un par de álabes (18) que se extienden desde el cubo (6) rotatorio en contacto deslizante con la superficie (4) interna de la carcasa (2) externa

Motores.

Campo técnico

La presente invención se refiere a motores y, en particular, a motores adecuados para su uso en vehículos a motor y que tienen una eficacia mejorada.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un motor que comprende un cubo rotatorio que tiene una abertura que define una cámara de combustión, una cámara de pistón de impacto cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo rotatorio, y un pistón de impacto que es un pistón flotante libre que tiene un primer extremo que define una parte de la cámara de combustión y un segundo extremo que define una parte de la cámara de pistón de impacto y que se aloja de manera deslizante en la abertura entre la cámara de combustión y la cámara de pistón de impacto, en el que el cubo rotatorio está montado de manera excéntrica dentro de una carcasa externa que tiene una superficie interna sustancialmente cilíndrica y en el que la cámara de pistón de impacto está definida entre un par de álabes que se extienden desde el cubo rotatorio en contacto deslizante con la superficie interna de la carcasa externa.

Tal como se usa en el presente documento, el término "pistón de impacto" se refiere a un pistón flotante libre que tiene un primer extremo que define una parte de la cámara de combustión y un segundo extremo que define una parte de la cámara de pistón de impacto. El pistón de impacto puede deslizarse dentro de la abertura en el cubo rotatorio únicamente bajo la fuerza de empuje de la presión del gas dentro de la cámara de pistón de impacto y la cámara de combustión. En otras palabras, el movimiento del pistón de impacto no se controla mediante un elemento motriz mecánico, tal como una biela. Un aumento de la presión dentro de la cámara de pistón de impacto (durante una fase de compresión del motor, por ejemplo) hará que el pistón de impacto se mueva en una primera dirección reduciendo el volumen de la cámara de combustión y comprimiendo el gas de combustión dentro de la misma. Un aumento de la presión dentro de la cámara de combustión (durante una fase de combustión del motor, por ejemplo) hará que el pistón de impacto se mueva en una segunda dirección, opuesta a la primera dirección, reduciendo el volumen de la cámara de pistón de impacto y comprimiendo el gas dentro de la misma forzando la rotación del cubo rotatorio.

El documento FR 520351 da a conocer un motor de calor que tiene un pistón 4 flotante libre que se desliza dentro de un cilindro 1 que está cerrado en ambos extremos mediante una placa 2, 3. El cilindro 1 está montado en un árbol 5 que está soportado sobre soportes 6, 7, 8 y que está conectado para accionar un motor auxiliar mediante una transmisión adecuada. Una cámara 11 de combustión está prevista entre un extremo del pistón 4 y la placa 2 y una cámara 12 de pistón llena con una mezcla de gases está prevista entre el otro extremo del pistón y la placa 3. La combustión dentro de la cámara 11 de combustión hace que el pistón 4 se mueva hacia la placa 3 y comprima los gases dentro de la cámara 12 de pistón. El movimiento del pistón 4 dentro del cilindro 1 provoca la rotación del sistema cilindro-árbol.

El pistón de impacto proporciona un cierre hermético al gas entre la cámara de combustión y la cámara de pistón de impacto y actúa como barrera térmica para proteger la cámara de pistón de impacto de las altas temperaturas que se experimentan dentro de la cámara de combustión durante la fase de combustión. El movimiento deslizante del pistón de impacto durante la rotación del cubo rotatorio se usa para regular el purgado de productos de la combustión de la cámara de combustión y aspira aire al interior del motor desde la atmósfera.

El primer extremo del pistón de impacto puede diseñarse para adaptarse a una forma y configuración global deseada de la cámara de combustión.

Tal como se usa en el presente documento, el término "fase de expansión" se refiere a la fase operativa del motor en la que el volumen de la cámara de pistón de impacto aumenta gradualmente desde el mínimo y el término "fase de compresión" se refiere a la fase operativa del motor en la que el volumen de la cámara de combustión disminuye gradualmente comprimiendo el gas en la cámara de combustión. La transición desde la fase de compresión a la fase de expansión se disparará habitualmente mediante la fase de combustión del motor cuando el encendido de combustible en la cámara de combustión empuja el pistón de impacto radialmente hacia fuera. Este movimiento del pistón de impacto implicará normalmente que el volumen de la cámara de pistón de impacto varía repentinamente desde un máximo a un mínimo. También implicará normalmente que el volumen de la cámara de combustión varía repentinamente desde un mínimo a un máximo. La transición desde la fase de expansión a la fase de compresión se disparará habitualmente mediante el inicio del movimiento radialmente hacia dentro del pistón de impacto. Este movimiento radialmente hacia dentro del pistón de impacto puede dar como resultado, en ocasiones, un aumento en el volumen de la cámara de pistón de impacto que es superior a cualquier reducción provocada por el montaje excéntrico del cubo rotatorio dentro de la carcasa externa. En otras palabras, el volumen de la cámara de pistón de impacto puede continuar aumentando, en ocasiones, incluso después de haberse iniciado la fase de compresión. Por este motivo, se apreciará rápidamente que la variación en el volumen de la cámara de pistón de impacto entre su máximo y mínimo a lo largo de una rotación completa del cubo rotatorio puede ser relativamente compleja.

Los álabes están alojados, preferiblemente, de manera deslizante en ranuras formadas en el cubo rotatorio y se desvían en contacto deslizante con la superficie interna de la carcasa.

El pistón de impacto es preferiblemente un pistón de impacto escalonado que tiene una parte anular y una parte de falda de diámetro más grande. La parte anular y la parte de falda tienen ambas, preferiblemente, una superficie externa cilíndrica. El interior del pistón de impacto puede ser hueco para definir un depósito de gas de lubricación en comunicación de fluidos con la cámara de pistón de impacto a través de una válvula de retención. El gas en la cámara de pistón de impacto puede fluir al interior del depósito de gas de lubricación durante el funcionamiento del motor, y el pistón de impacto está dotado preferiblemente de una serie de canales o pasos que distribuyen el gas en el depósito de gas de lubricación a estructuras de cojinete de gas previstas en una superficie externa del pistón de impacto.

La parte anular del pistón de impacto está alojada preferiblemente de manera deslizante en una parte de la abertura que tiene un diámetro interno que se corresponde sustancialmente con el diámetro externo de la parte anular. La parte de falda está alojada preferiblemente de manera deslizante en una parte de la abertura que tiene un diámetro interno que se corresponde sustancialmente con el diámetro externo de la parte de falda para definir una cámara anular entre el pistón de impacto y una superficie o superficies internas de la abertura.

El motor preferiblemente incluye un paso de entrada a través del que puede suministrarse gas desde la atmósfera a la cámara anular en un momento predeterminado durante la rotación del cubo rotatorio. El gas se filtra preferiblemente antes de suministrarse al canal anular para eliminar cualquier tipo de partículas indeseadas. En la práctica, el gas puede aspirarse al interior de la cámara anular a través del paso de entrada mediante el movimiento deslizante del pistón de impacto durante una fase de expansión. Este movimiento deslizante hace que el volumen de la cámara anular aumente y la consecuente caída en la presión dentro de la cámara anular aspira el gas a través del paso de entrada.

Durante el funcionamiento normal del motor, el pistón de impacto preferiblemente se desliza en la abertura entre una posición radialmente hacia fuera (de la manera más preferible cuando una superficie radialmente externa de la parte de falda está alineada con una superficie radialmente externa del cubo rotatorio) y una posición radialmente hacia dentro. Más particularmente, el pistón de impacto se fuerza a deslizarse alejándose del centro del cubo rotatorio hacia la posición radialmente hacia fuera mediante la combustión de combustible en la cámara de combustión. Se evita preferiblemente un movimiento adicional alejándose del centro del cubo rotatorio mediante algún...

1. Motor que comprende:

caracterizado porque el cubo (6) rotatorio está montado de manera excéntrica en una carcasa (2) externa que tiene una superficie (4) interna sustancialmente cilíndrica y en el que la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto se define entre un par de álabes (18) que se extienden desde el cubo (6) rotatorio en contacto deslizante con la superficie (4) interna de la carcasa (2) externa.

2. Motor según la reivindicación 1, en el que los álabes (18) se alojan de manera deslizante en ranuras (16) formadas en la carcasa (6) rotatoria y están desviados en contacto deslizante con la superficie (4) interna de la carcasa (2).

3. Motor según cualquier reivindicación 1 ó 2, en el que el pistón (12a a 12h) de impacto es un pistón de impacto escalonado que tiene una parte (22) anular y una parte (26) de falda de diámetro mayor.

4. Motor según la reivindicación 3, en el que la parte (22) anular del pistón (12a a 12h) de impacto se aloja de manera deslizante en una parte (24) de la abertura que tiene un diámetro interno que se corresponde sustancialmente con el diámetro externo de la parte (22) anular.

5. Motor según la reivindicación 3 ó 4, en el que la parte (26) de falda se aloja de manera deslizante en una parte (28) de la abertura que tiene un diámetro interno que se corresponde sustancialmente con el diámetro externo de la parte (26) de falda para definir una cámara (52) anular entre el pistón (12a a 12h) de impacto y una superficie o superficies internas de la abertura.

6. Motor según la reivindicación 5, que comprende además un paso (58) de entrada a través del cual puede suministrarse gas desde la atmósfera a la cámara (52) anular en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

7. Motor según la reivindicación 5 ó 6, que comprende además un depósito (50) de gas secundario.

8. Motor según la reivindicación 7, que comprende además un paso (56) de entrada a través del cual puede suministrarse gas desde el depósito (50) de gas secundario a la cámara (52) anular en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

9. Motor según la reivindicación 7 u 8, que comprende además un paso (60) de salida a través del cual puede transferirse gas desde la cámara (52) anular al depósito (50) de gas secundario en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

10. Motor según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, que comprende además un paso (46) de entrada a través del cual puede suministrarse gas desde el depósito (50) de gas secundario a la cámara (38) de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

11. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un paso (48) de salida a través del cual pueden escapar los productos de la combustión en la cámara (38) de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

12. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un orificio (64) de entrada primario a través del cual puede suministrarse gas comprimido a la cámara (20a) de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

13. Motor según la reivindicación 12, en el que el orificio (64) de entrada primario incluye una válvula de retención.

14. Motor según la reivindicación 12 ó 13, que comprende además un orificio (68) de salida primario a través del cual puede transferirse gas desde la cámara (20h) de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

15. Motor según la reivindicación 14, en el que el orificio (68) de salida primario incluye una válvula de retención.

16. Motor según la reivindicación 14 ó 15, que comprende además un bucle de inyección de gas que se extiende entre el orificio (68) de salida primario y el orificio (64) de entrada primario.

17. Motor según la reivindicación 16, en el que el bucle de inyección de gas incluye una unidad (72) de enfriamiento, un depósito (74) de gas primario, una válvula (78) de control y una unidad (80) de calentamiento.

18. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un orificio (66) de entrada secundario a través del cual puede aspirarse gas desde la atmósfera al interior de la cámara (20c) de pistón de impacto en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

19. Motor según la reivindicación 18, en el que el orificio (66) de entrada secundario incluye una válvula de retención.

20. Motor según cualquier reivindicación anterior, en el que el cubo (6) rotatorio está montado sobre cojinetes (8a y 8b) lubricados con gas.

21. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además estructuras (36) de cojinete de gas sobre una superficie exterior del pistón (12a a 12h) de impacto.

22. Motor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un inyector (40) de combustible para inyectar combustible en el interior de la cámara (38) de combustión en un momento predeterminado durante la rotación del cubo (6) rotatorio.

23. Motor según la reivindicación 22, que comprende además un distribuidor (42) de combustible para suministrar combustible al inyector (40) de combustible.

24. Motor según cualquier reivindicación anterior, en el que el cubo (6) rotatorio incluye una pluralidad de aberturas, definiendo cada abertura una cámara (38) de combustión; una cámara (20a a 20h) de pistón de impacto asociada con cada abertura cuyo volumen varía entre un máximo y un mínimo con la rotación del cubo (6) rotatorio; y un pistón (12a a 12h) de impacto alojado de manera deslizante en cada abertura entre la cámara (38) de combustión asociada y la cámara (20a a 20h) de pistón de impacto asociada.

25. Método para hacer funcionar un motor según cualquier reivindicación anterior, comprendiendo el método las etapas de:

26. Método según la reivindicación 25, en el que la fase de combustión incluye las etapas de inyectar combustible al interior de la cámara (38) de combustión y encender el combustible.

27. Método según la reivindicación 25 ó 26, que comprende además la etapa de permitir que el gas en la cámara de pistón de impacto se expanda durante una fase de expansión a medida que aumenta el volumen.

28. Método según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, que comprende además la etapa de bloquear el pistón de impacto en una posición fija durante al menos una parte de la fase de expansión y liberar el pistón de impacto al inicio de la fase de compresión.

29. Método según la reivindicación 28, en el que el pistón de impacto puede deslizarse en la abertura entre una posición radialmente hacia fuera y una posición radialmente hacia dentro y en el que el pistón de impacto se bloquea en una posición fija en la posición radialmente hacia fuera durante la fase de expansión y se fuerza a deslizarse hacia la posición radialmente hacia dentro durante la fase de compresión para comprimir el gas en la cámara (38) de combustión.

30. Método según la reivindicación 28 ó 29, que comprende además una cámara (52) anular entre el pistón de impacto y el cubo (6) rotatorio, y comprendiendo el método además la etapa de retener una cantidad de gas en la cámara (52) anular durante al menos una parte de la fase de expansión para bloquear el pistón de impacto en una posición fija.

31. Método según la reivindicación 30, que comprende además la etapa de permitir que la cantidad de gas en la cámara (52) anular abandone la cámara anular al inicio de la fase de compresión para liberar el pistón de impacto.

32. Método según la reivindicación 30 ó 31, en el que al menos una parte de la cantidad de gas retenida en la cámara (52) anular durante la fase de expansión se aspira al interior de la cámara anular desde la atmósfera mediante el movimiento deslizante del pistón de impacto durante la fase de combustión.

33. Método según cualquiera de las reivindicaciones 30 a 32, en el que al menos una parte de la cantidad de gas retenida en la cámara (52) anular se suministra desde un depósito (50) de gas secundario.

34. Método según la reivindicación 33, en el que la cantidad de gas en la cámara (52) anular que se permite que abandone la cámara anular al inicio de la fase de compresión para desbloquear el pistón de impacto se transfiere al depósito (50) de gas secundario.

35. Método según la reivindicación 33 ó 34, en el que se suministra gas desde el depósito (50) de gas secundario a la cámara (38) de combustión para proporcionar gas de combustión para la fase de combustión.

36. Método según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35, en el que se suministra gas desde el depósito (50) de gas secundario a la cámara (38) de combustión para purgar la cámara de combustión de productos de la combustión antes de que se comprima el gas en la cámara de combustión.

37. Método según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 36, que comprende además la etapa de aspirar gas al interior de la cámara (20b) de pistón de impacto desde la atmósfera durante una fase de expansión a medida que aumenta el volumen de la cámara de pistón de impacto.

38. Método según la reivindicación 37, en el que el gas desde la atmósfera se seca y se filtra.

39. Método según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 38, en el que al menos una parte del gas introducido en la cámara de pistón de impacto se transfiere durante la fase de compresión y se almacena en un depósito (74) de gas primario.

40. Método según la reivindicación 39, en el que el gas transferido se enfría antes de almacenarse en el depósito (74) de gas primario.

41. Método según la reivindicación 39 ó 40, en el que el gas introducido en la cámara (20a) de pistón de impacto se suministra desde el depósito (74) de gas primario.

42. Método según la reivindicación 41, en el que el gas suministrado desde el depósito (74) de gas primario se calienta antes de introducirse en la cámara (20a) de pistón de impacto.

43. Método según la reivindicación 41 ó 42, en el que la cantidad de gas que se introduce en la cámara (20a) de pistón de impacto desde el depósito (74) de gas primario se determina mediante una válvula (78) de control.

44. Método según la reivindicación 43, que comprende además las etapas de:

45. Método para hacer funcionar un motor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, comprendiendo el método la etapa de introducir un flujo continuo o semicontinuo de gas comprimido en el interior de la cámara (20a) de pistón de impacto para forzar de manera cinética la rotación del cubo (6) rotatorio.

46. Método para hacer funcionar un motor según la reivindicación 24, comprendiendo el método la etapa de bloquear uno o más de los pistones (12a a 12h) de impacto en una posición fija durante una rotación completa del cubo (6) rotatorio.

47. Método según la reivindicación 46, en el que los pistones (12a a 12h) de impacto pueden deslizarse en su abertura asociada entre una posición radialmente hacia fuera y una posición radialmente hacia dentro y en el que el uno o más pistones (12a a 12h) de impacto se bloquean en una posición fija en la posición radialmente hacia fuera durante la rotación completa del cubo (6) rotatorio.

48. Método según la reivindicación 46 ó 47, que comprende además la etapa de liberar uno o más de los pistones (12a a 12h) de impacto desde la posición fija de modo que pueden deslizarse libremente en su abertura asociada.

49. Método según cualquiera de las reivindicaciones 46 a 48, en el que el número de pistones (12a a 12h) de impacto que se mantienen en una posición fija y el número de pistones de impacto que pueden deslizarse libremente en su abertura asociada se determinan con referencia a una condición operativa del motor.