ES2291142B1 - Sistema motriz de piston y cilindro rotativos. - Google Patents
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Abstract
Sistema Motriz de Pistón y Cilindro Rotativos constituido por un pistón (8) y un cilindro (1) que realizan un movimiento circular, solidariamente, en que la fuerza de la combustión en la cámara de compresión (4) del cilindro lo hace girar, transmitiendo su movimiento por el eje (2). El pistón (8) realiza un movimiento circular, en torno a un eje fijo (16) excéntrico al eje (2), consiguiendo la variación de volumen necesario para la compresión de los gases en la cámara de compresión (4). Puede funcionar como sistema motriz para motores de cuatro o de dos tiempos y como compresor.
Description
Sistema motriz de pistón y cilindro
rotativos.
La presente invención se refiere, tal como
expresa el enunciado, a un sistema motriz de pistón y cilindro
rotativos que aporta a la función a que se destina una serie de
ventajas y características, aparte de otras inherentes a su
organización y constitución, que se describirán en detalle más
adelante, y que suponen una innovadora alternativa y/o mejora a lo
ya conocido en este campo.
Más concretamente, el objeto de la invención
consiste en un sistema motriz volumétrico en el que el trabajo lo
realiza la expansión de los gases, como consecuencia de la
combustión de los mismos en una cámara de compresión, que actúan
sobre los órganos móviles, un cilindro y un pistón, describiendo de
forma cíclica un volumen que varía entre un máximo y un mínimo, sin
que existan durante la realización del ciclo puntos muertos en
ningún elemento motriz, y que puede funcionar, con pequeñas
variaciones constructivas, como sistema motriz para motores de
cuatro tiempos, de dos tiempos y como compresor volumétrico.
Esta invención tiene su campo de aplicación
dentro de la industria dedicada a la fabricación de motores y
sistemas motrices en general.
En la actualidad y como referencia al estado de
la técnica, debe mencionarse que se conocen muchos tipos de
motores.
Se conocen motores de chorro, los reactores, en
los que el trabajo es producido por los gases al salir del
surtidor. Su aplicación se limita a misiles y modernos aviones.
Motores de flujo continuo en los que el flujo de
gas a presión mueve los rotores con movimiento giratorio, llamados
motores de turbina. Sus aplicaciones en el automóvil son sólo
experimentales, debido a los altos costes derivados de la
sofisticada tecnología de fabricación por las altas temperaturas en
la turbina y el quemador, así como la elevada velocidad de giro del
rotor.
Motores de combustión interna con pistón de
movimiento lineal alternativo, Otto y Diesel, motor Wankel de rotor
triangular que se mueve dentro de una cámara epitrocoidal, el motor
Stirling y el motor de émbolos libres, de Pescara.
Los motores de pistón de movimiento alternativo
utilizan un sistema biela-manivela para transformar
el movimiento lineal alternativo en movimiento circular, de forma
que cada 180º de giro del cigüeñal, el pistón y la biela entran en
un punto muerto para cambiar el sentido de su movimiento con la
consiguiente absorción de energía.
En los de rotor triangular, llamados Wankel, el
rotor transmite su movimiento a un eje principal a través de un
engranaje, desplazándose el citado rotor sobre una cámara
epitrocoidal de compleja fabricación y que no resuelve, totalmente,
la absorción de energía por el rotor.
El motor de émbolos libres, de Pescara, no ha
tenido aplicación industrial relevante.
El motor Stirling obtiene potencia mecánica de
la expansión de un gas encerrado a alta temperatura, utilizando dos
cámaras y un quemador externo; se usó como una pequeña fuente de
potencia en muchas industrias durante el siglo XIX y los albores
del XX.
En los citados sistemas, los componentes
mecánicos son numerosos y de formas complejas y las piezas que
convierten el movimiento en rotatorio, absorben una parte
considerable de la potencia desarrollada por el sistema, restándola
a la potencia útil.
Cabe mencionar, que el peticionario desconoce la
existencia de un sistema motriz de pistón y cilindro rotativos que
presente unas características técnicas, estructurales y
constitutivas semejantes a las que preconiza la presente invención,
la cual tiene por objeto solventar los inconvenientes anteriormente
mencionados que presentan los sistemas conocidos actualmente para
el mismo fin.
El sistema motriz de pistón y cilindro rotativos
que la invención propone, constituye por sí solo una evidente
novedad dentro del campo de aplicación del mismo, ya que a partir
de su aplicación, se logra de forma taxativa una reducción
considerable de la complejidad de fabricación así como del número
de componentes del mismo, tales como bancada de cilindros,
engranajes, cigüeñal y contrapesos de equilibrado, obteniendo por
otra parte un mayor aprovechamiento de la potencia del motor.
La principal innovación del sistema motriz de la
invención, con respecto a los motores alternativos de combustión
interna actuales, es la eliminación del cigüeñal, de los puntos
muertos, la simplificación de construcción, la regularidad de
funcionamiento y la ausencia de vibraciones.
Así, la pieza que recibe y transmite la fuerza
de la combustión, realiza un movimiento circular; esta pieza es un
cilindro rotativo, con una cámara de compresión donde se desliza el
pistón. El centro de giro del cilindro es, a su vez, el eje de
transmisión.
El pistón gira, arrastrado por el cilindro, en
torno a un eje excéntrico al del cilindro, y sólo realiza
movimiento circular. Al girar de forma conjunta, cilindro y pistón,
se consigue la variación de volumen necesaria para comprimir los
gases en la cámara de compresión del cilindro.
Gracias a su estructura, la invención
simplifica, de manera notable, el número de piezas en comparación a
las que son necesarias para el funcionamiento en los sistemas
motrices de los actuales motores de combustión interna.
Por otra parte, tal como se ha mencionado
anteriormente, y mediante la realización de pequeñas variaciones
constructivas, cabe destacar que el sistema de la invención permite
una variante de realización, como sistema motriz para motores de
cuatro tiempos, una variante de realización como sistema motriz
para motores de dos tiempos y una variante de realización como
compresor volumétrico.
Los sistemas de admisión y escape estarán
formados por planchas que se desplazan sobre la periferia y que
pueden ser accionados de forma mecánica, eléctrica hidráulica,
etc.
La alimentación puede realizarse por carburación
o por inyección, siendo válidos los sistemas actuales.
La lubricación se realiza preferentemente
mediante el sistema denominado de "lubricación forzada".
Para la refrigeración del sistema, se empleará
un sistema mixto aire-aceite, o bien
agua-aceite.
La estanqueidad del pistón en el cilindro y la
estanqueidad del la cámara de compresión, se realiza mediante la
incorporación de segmentos que se colocan en el pistón y en la
periferia del cilindro.
Finalmente, la ignición, para motores de
gasolina se realizará mediante sistemas de encendido electrónico
convencional, y para motores de gas-oil, el
encendido se realizará por compresión.
El nuevo sistema motriz de pistón y cilindro
rotativos representa, por consiguiente, una estructura innovadora
de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta
ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, le
dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de
exclusividad que se solicita.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña a la presente memoria
descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de
planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra una vista en
perspectiva y en despiece de los elementos que forman el conjunto
motriz de la invención.
Las figuras número 2 a 9.- Muestran respectivas
vistas en planta y en sección según un corte longitudinal del
sistema en sus distintas fases de funcionamiento en su variante de
realización como motor de combustión interna de cuatro tiempos,
mostrando respectivamente cada una de dichas vistas el giro de la
biela en 0º, 90º, 180º, 270º, 360º, 450º, 540º y 630º.
La figura número 10.- Muestra una vista en
perspectiva y en sección según un corte transversal del sistema de
la invención según la misma variante representada en las figuras 2
a 9, ampliando la visión espacial de dichas figuras
correspondientes a las fases de funcionamiento como motor de cuatro
tiempos y mejorando la comprensión del funcionamiento del sistema
motriz, así como ilustrar, una vez ensambladas, las piezas que
constituyen el mismo.
La figura número 11.- Muestra una vista en
perspectiva y en despiece del sistema de la invención en su
variante de realización como motor de dos tiempos.
Las figuras número 12 a 15.- Muestran
respectivas vistas en planta y en sección según un corte
longitudinal correspondientes a las distintas fases de
funcionamiento de la variante de realización del sistema de la
invención representada en la figura 11, como motor de combustión
interna de dos tiempos, mostrando respectivamente cada una de dichas
vistas el giro de la biela en 0º, 90º, 180º, 270º.
La figura número 16.- Muestra una vista en
perspectiva y en sección a 90º del conjunto motriz para motor de
dos tiempos representado en las figuras 12 a 15.
La figura número 17.- Muestra una vista en
perspectiva y en sección a 90º del sistema de la invención en su
variante de realización como compresor volumétrico.
Las figuras número 18 a 21.- Muestran
respectivamente sendas vistas en planta y en sección longitudinal,
relativas a las distintas fases de funcionamiento del sistema, en
su variante de realización como compresor volumétrico representado
en la figura 17, mostrando respectivamente cada una de dichas
vistas el giro de la biela en 0º, 90º, 180º, 270º.
A la vista de las mencionadas figuras y de
acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un
ejemplo de realización preferente del sistema motriz de pistón y
cilindro rotativos que comprende las partes que se indican y
describen a continuación.
Así, tal como se aprecia en la figura 1, el
sistema motriz está constituido esencialmente por:
El cilindro (1) que comprende, formando la misma
pieza:
- -
- El eje de transmisión (2), al que se ensamblará un volante de inercia, no representado.
- -
- La cámara de compresión de gases (4).
- -
- La cámara (4bis), donde se realiza el recorrido circular de la biela (7), y que servirá, además, de cámara de precompresión de gases, en el caso de aplicación a motor de dos tiempos.
- -
- Los alojamientos (5) para los segmentos (3) y (15).
- -
- El alojamiento (5bis) para el segmento (6).
La tapa envolvente (11), que a su vez
comprende:
- -
- El alojamiento (14) de la válvula de admisión (13).
- -
- El alojamiento (10) de la válvula de escape (9).
- -
- El orificio (12) para la correspondiente bujía, en el caso de emplearse como motor de ciclo Otto, o para el correspondiente inyector de combustible en caso de funcionamiento como motor de ciclo Diesel.
- -
- El orificio (19) de salida del eje de transmisión (representado en la figura 10).
- -
- La biela (7).
- -
- El pistón (8).
La tapa lateral (17), que comprende:
- -
- El orificio de canalizaciones (18) por el que se introducirán los fluidos de lubricación, cuando funcione como motor de cuatro tiempos.
- -
- El apoyo o eje excéntrico (16) de la biela (7).
Las tapas (11) y (17) incorporan respectivos
apoyos y anclajes convencionales para su acoplamiento no
representados.
De esta forma, para la realización del ciclo, el
pistón (8) y el cilindro (1) realizan un movimiento circular, de
forma solidaria, arrastrando el cilindro al pistón.
La fuerza de la combustión ejercida sobre la
cámara de compresión (4) del cilindro (1) lo hace girar,
transmitiendo su movimiento por el eje (2).
El pistón (8), arrastrado por el cilindro (1),
realiza un movimiento circular, en torno a un eje fijo (16)
excéntrico al eje (2) del cilindro (1), apoyado, a través de la
biela (7), sobre el citado eje (16); con este movimiento, se
consigue la variación de volumen necesario para la compresión de
los gases en la cámara de compresión (4).
En una forma de realización, la invención puede
funcionar como motor de combustión interna de cuatro tiempos, cuyas
fases de funcionamiento, representadas en las figuras 2 a 9,
son:
Admisión. La puesta en marcha se realiza
mediante el sistema tradicional de motor de arranque y corona de
engranaje sobre volante de inercia (no representado) que se
ensambla con el eje de transmisión (2).
El pistón (8) y el cilindro (1) se encuentran en
la posición de 0º, (figura 2) y mínimo volumen en la cámara de
compresión (4).
Al iniciarse el giro, la válvula de admisión
(13) se abre y el fluido combustible, proveniente del
correspondiente colector de admisión, comienza a llenar la cámara
(4) de compresión, absorbido por el vacío provocado por el
movimiento del pistón (8), (figura 3), y permanece abierta hasta la
posición de máximo volumen, que se produce cuando se ha realizado
un giro de 180º (figura 4). En esta posición se ha llenado la
cámara de compresión (4) y se cierra la válvula de admisión (13). El
giro de la fase de admisión ha sido de 180º.
El accionamiento de la válvula de admisión (13),
se puede realizar mediante un sistema mecánico o eléctrico,
sincronizado con el giro del cilindro (1).
Como sistema de alimentación, inyección o
carburación, se puede utilizar cualquiera de los existentes
actualmente.
Compresión. Comienza la fase de compresión desde
la posición de 180º de giro, (figura 4), reduciéndose
progresivamente el volumen en la cámara de compresión (4) y
comprimiéndose los gases. Esta posición, (figura 5), representa al
cilindro (1) y pistón (8) en la mitad de la fase de compresión, que
termina en la posición de 360º de giro (figura 6), en la que el
volumen en la cámara de compresión (4) es mínimo, y los gases se
encuentran comprimidos al máximo.
Trabajo. Comienza en la posición de 360º de
giro, (figura 6), con el encendido de la mezcla en la cámara de
compresión, bien por el salto de chispa de una bujía, caso de
aplicación como motor de ciclo Otto, bien por encendido por
compresión, con la correspondiente inyección de combustible, caso
de aplicación como motor de ciclo Diesel.
Al entrar la mezcla en combustión, se produce el
empuje de la expansión de los gases sobre el cilindro (1),
realizándose así el tiempo de trabajo. El empuje realizado sobre el
cilindro por la expansión de los gases durante la combustión, se va
reduciendo a medida que va aumentando de volumen la cámara de
compresión (4). La posición de 450º de giro (figura 7), representa
al cilindro (1) y pistón (8) en la mitad de la carrera de trabajo,
que termina en la posición de 540º de giro, (figura 8).
Escape. En la posición de 540º, (figura 8),
comienza la fase de evacuación de gases, con la apertura de la
válvula de escape (9). La posición de 630º de giro (figura 9),
representa el cilindro (1) y pistón (8) en la mitad del recorrido
del tiempo de escape, en el que se va reduciendo progresivamente el
volumen en la cámara de compresión (4), hasta la total evacuación
del gases con la que termina el ciclo cerrándose la válvula de
escape (9) (figura 2).
El ciclo de trabajo se ha realizado durante 720º
de giro.
El accionamiento de la válvula de escape (9), se
puede realizar mediante un sistema mecánico o eléctrico,
sincronizado con el giro del cilindro (1).
El sistema motriz, en una forma de realización
como motor de combustión interna de dos tiempos, es básicamente el
mismo, eliminando las válvulas de admisión (13) y de escape (9) y
sus respectivos alojamientos (14) y (10) tal como se aprecia en el
despiece de la figura 11. En el cilindro (1) se ha practicado una
tobera de escape (20), y en la falda de la cámara de compresión
(4), se ha abierto un canal de transferencia de gases (21), tal
como se observa en la figura 12. A través del orificio de
canalizaciones (18) se realiza la alimentación de fluido
combustible en la cámara de precompresión
(4-bis).
Las fases de su funcionamiento, representado en
las figuras 12 a 15, son:
Trabajo-precompresión. En la
posición de 0º (figura 12), la cámara de compresión (4) se
encuentra llena de gas combustible comprimido, por lo que al entrar
en ignición (por salto de chispa, en caso de aplicación a motor de
ciclo Otto, o por inyección de combustible, en caso de aplicación a
motor de ciclo Diesel), se produce la expansión de los gases,
ejerciendo su fuerza sobre el cilindro (1) durante el giro del
mismo hasta la posición de entrada en comunicación de la cámara (4),
con la tobera de escape (20) (figura 14). Así mismo, la cámara
(4bis) se encuentra llena de gas combustible, por lo que la
reducción de volumen en dicha cámara (4bis), producida por el
pistón (8) en el giro de 0º a 180º, reducirá el volumen de la
citada cámara (4bis) realizándose una precompresión de los gases
existentes en la misma.
La posición de giro de 90º (figura 13),
representa el tiempo de trabajo-precompresión, en
la mitad del recorrido, cuando la fuerza ejercida sobre el cilindro
se ha reducido de forma considerable, por el aumento de volumen en
la cámara de compresión (4).
Admisión-escape. Unos grados de
giro antes de la posición de 180º (figura 14), (dependiendo del
avance a la admisión y el escape respectivamente), la cámara de
precompresión (4bis), se pone en comunicación con la cámara de
compresión (4), a través del canal de transferencia (21), y los
gases precomprimidos pasan de la cámara (4bis) a la cámara (4),
empujando hacia la tobera de escape (20) los gases quemados y
llenando la cámara de compresión (4).
Compresión-preadmisión. Unos
grados de giro después de la posición de 180º (figura 14),
(dependiendo del retraso a la admisión y el escape
respectivamente), comienzan, de forma simultánea, la compresión de
los gases en la cámara (4) y, a través del orificio de
canalizaciones (18), la alimentación de fluido combustible,
denominada preadmisión, a la cámara de precompresión (4bis).
En la posición de giro de 270º (figura 15), la
compresión-preadmisión se encuentra en su punto
medio y termina en la posición de 0º (figura 12), en la que se
inicia un nuevo ciclo con la ignición de los gases.
El ciclo de trabajo se ha realizado durante 360º
de giro del cilindro (1).
Como sistema de alimentación se puede utilizar
cualquiera de los sistemas de inyección o carburación existentes
actualmente.
Por último, en la figura 17 se observa una forma
de realización del sistema motriz de la invención como compresor
volumétrico, que igualmente es básicamente el mismo, eliminando
también las válvulas de admisión (13) y escape de escape (9) y sus
respectivos alojamientos (14) y (10) e incorporando la tobera (20),
que permite la entrada de gas, y que se encuentra comunicada con la
canalización (22), practicada en la cara interna de la tapa
envolvente (11), y cuyas fases de funcionamiento, representadas en
las figuras 18 a 21, son:
El accionamiento mecánico se realiza a través
del eje de transmisión (2).
Admisión. Comienza cuando la cámara de
compresión (4), se comunica con la canalización (22), que a su vez
está comunicada con la entrada de gas (20). Esto se produce unos
grados de giro después de la posición de mínimo volumen (figura
18), y continúa hasta la posición de máximo volumen en la cámara de
compresión (4) (figura 20).
La entrada de gas se produce por la de presión
creada en la cámara de compresión (4), por el movimiento del pistón
(8).
La posición de 90º (figura 19), representa la
fase de admisión en el punto medio de su recorrido.
Compresión. Comienza unos grados de giro después
de la posición de 180º (figura 20), cuando la cámara de compresión
(4), ya llena de gas, deja de ser comunicada con la entrada de aire
(20). A partir de ese momento comienza la reducción de volumen en
la cámara de compresión (4), y la consiguiente compresión del gas
hasta la posición de 0º (figura 18), en que el gas a presión es
expulsado a través del orificio de salida (12), dotado de una
válvula antirretorno, y comienza un nuevo ciclo.
La posición de 270º (figura 21), representa la
fase de compresión en su punto medio.
Descrita suficientemente la naturaleza de la
presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se
hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la
práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de
la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará
igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere,
cambie o modifique su principio fundamental.
Claims (4)
1. Sistema motriz de pistón y cilindro
rotativos, de tipo volumétrico aplicable a motores de combustión
interna en el que el trabajo lo realiza la expansión de los gases,
como consecuencia de la combustión de los mismos en una cámara de
compresión, caracterizado por el hecho de estar constituido
por un cilindro (1) que comprende, formando la misma pieza, un eje
de transmisión (2), al que se ensamblará un volante de inercia, una
cámara de compresión de gases (4), una cámara (4bis), donde se
realiza el recorrido circular de la biela (7), alojamientos (5)
para los segmentos (3) y (15), y un alojamiento (5bis) para el
segmento (6); una tapa envolvente (11), que a su vez comprende un
alojamiento (14) de la válvula de admisión (13), un alojamiento
(10) de la válvula de escape (9), un orificio (12) para la bujía o
para el inyector de combustible, un orificio (19) de salida del eje
de transmisión una biela (7) y un pistón (8); y una tapa lateral
(17), que comprende un orificio de canalizaciones (18) y un apoyo o
eje excéntrico (16) de la biela (7); en que el cilindro (1), que
recibe y transmite la fuerza, realiza un movimiento rotativo, cuyo
centro de giro es el eje de transmisión (2); en que el pistón (8)
gira arrastrado por el cilindro (1) en torno a un eje (16)
excéntrico al del cilindro (1), y sólo realiza un movimiento
circular, consiguiendo la variación de volumen necesario para la
compresión de los gases en la cámara de compresión (4).
2. Sistema motriz de pistón y cilindro
rotativos, según la reivindicación 1, caracterizado por el
hecho de que puede funcionar como sistema motriz para motor de
combustión interna de cuatro tiempos.
3. Sistema motriz de pistón y cilindro
rotativos, según la reivindicación 1, caracterizado por el
hecho de que en otra forma de realización, eliminando las válvulas
de admisión (13) y escape (9) y sus respectivos alojamientos (14) y
(10), practicando una tobera de escape (20) en el cilindro (1) y
abriendo un canal de transferencia de gases (21) en la falda de la
cámara de compresión (4), puede funcionar como sistema motriz para
motor de combustión interna de dos tiempos.
4. Sistema motriz de pistón y cilindro
rotativos, según la reivindicación 1, caracterizado por el
hecho de que en otra forma de realización, eliminando las válvulas
de admisión (13) y escape (9) y sus respectivos alojamientos (14) y
(10), practicando una tobera (20) en el cilindro (1) y practicando,
en la cara interna de la tapa envolvente (11), una canalización
(22) comunicada con dicha tobera (20), puede funcionar como
compresor volumétrico.
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| ES200701913A ES2291142B1 (es) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | Sistema motriz de piston y cilindro rotativos. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200701913A ES2291142B1 (es) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | Sistema motriz de piston y cilindro rotativos. |
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| FG2A | Definitive protection |
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