ES2292326B1 - Motor rotativo hipocicloide de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Motor rotativo hipocicloide de combustión interna que tiene: un estator (Z) que tiene una cavidad inferior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (PI); un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en la 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 (PI) 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. El perímetro interno (PI) es curvilíneo continuo; el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una pluralidad de puntos con el perímetro interno (PI), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C) siendo la porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante la rotación del rotor (D).
Description
Motor rotativo hipocicloide de combustión
interna.
La invención se encuadra en el sector técnico
dedicado a motores térmicos de combustión interna, más
concretamente los llamados de explosión o encendido provocado
(MEP).
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 la presente invención, en la 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 la invención pero que presenta diferentes
perfiles del estator y del rotor, así como distinta configuración
para el sistema de distribución y alimentación.
La presente invención se refiere a un motor
térmico 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 transmite su movimiento orbital circular.
En la parte periférica de cada una de las
cámaras hay otra pequeña cámara auxiliar denominada de combustión o
de explosión, donde se incluye la bujía de encendido y que comunica
también con la válvula rotativa.
Las válvulas rotativas, que realizan la doble
función admisión/escape, son de tipo tubular, penetrando la 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 la 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, la presión de la expansión
resultante de la explosión de la mezcla, empuja el rotor y éste
hace girar el cigüeñal, transformándose así la 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 la automoción en general, generación
de energía, accionamiento de equipos industriales y agrícolas.
Así, la presente invención presenta una serie de
ventajas sobre el estado de la técnica:
- -
- El movimiento giratorio y a la 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 del 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 la 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, lo que mejora el rendimiento.
- -
- El tipo de perfil del estator de la presente invención, hace innecesario emplear segmentos rozantes para asegurar la estanqueidad rotor-estator.
- -
- La relación entre el brazo del cigüeñal y cubicaje del motor es mayor en la presente invención, mejorando así el par motor.
La secuencia de figuras de la 1 a la 8,
representan un ciclo completo de funcionamiento de cuatro tiempos o
fases, que corresponden a una vuelta del rotor y a dos del
cigüeñal.
Para saber la posición del rotor en cada figura
se ha marcado uno de sus extremos con un punto. El giro del rotor
entre una figura y la siguiente es de 45º y de 90º 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
como 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:
Para la 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 la
estanqueidad con el estator; dichos cortes y segmentos no se han
descrito en los dibujos por simplificar y mejorar la compresión 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 la 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 la invención se refiere a
un motor rotativo hipocicloide de combustión interna que tiene:
- un estator (Z) que tiene una cavidad inferior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (PI);
- un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en la 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 (PI) 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 (PI) es curvilíneo continuo;
- el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una pluralidad de puntos con el perímetro interno (PI), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C) siendo la porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante la rotación del rotor (D).
\vskip1.000000\baselineskip
El motor de la invención además comprende una
cámara de combustión (a, b, c):
- en comunicación con cada lóbulo de la cavidad interior (A, B, C) a través del perímetro interno (PI);
- 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 la mezcla.
\vskip1.000000\baselineskip
La cámara de combustión (a, b, c) está ubicada
en un vértice de la 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 la 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 la 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).
\vskip1.000000\baselineskip
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).
- una bujía de encendido (F) en cada cámara de combustión (a, b, c) para provocar la combustión de la mezcla.
El estator además comprende una pluralidad de
conductos de refrigeración (G) para circulación de un fluido
refrigerante situados entre una pared interior (1W) que contornea
al perímetro interno (PI) y una pared exterior (OW) que define el
contorno externo del motor.
\vskip1.000000\baselineskip
El motor también comprende:
- dos tapas de cierre planas en un primer plano y en un segundo plano perpendiculares a la manivela (E) del cigüeñal.
Claims (6)
1. Un motor rotativo hipocicloide de combustión
interna que tiene:
- un estátor (Z) que tiene una cavidad interior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (PI);
- un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en la 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 (PI) durante la rotación del rotor (D) en el estátor (Z);
- una primera porción arqueada en cada extremo del rotor (D);
- una segunda porción recta entre las porciones arqueadas para definir un perímetro externo (PE) convexo;
- 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 (PI) es curvilíneo continuo;
- el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una pluralidad de puntos con el perímetro interno (PI), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C), siendo la porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante la rotación del rotor (D), estando las formas conjugadas del rotor (D) y del estátor (Z) definidas por el perímetro externo (PE) y el perímetro interno (PI) de manera que el apoyo del rotor (D) sobre el estátor (Z) tiene lugar en una línea de contacto entre dos superficies convexas;
además comprende una cámara de combustión (a, b,
c):
- en comunicación con cada lóbulo de la cavidad interior (A, B, C) a través del perímetro interno (PI);
- 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 la mezcla;
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 la 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 la 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).
\vskip1.000000\baselineskip
2. El motor de la reivindicación 1 donde la
cámara de combustión (a, b, c) está ubicada en un vértice de la
forma triangular lobulada.
\newpage
3. El motor de cualquiera de las
reivindicaciones 1-2 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).
4. El motor de cualquiera de las
reivindicaciones 1-3 que además comprende:
- una bujía de encendido (F) en cada cámara de combustión (a, b, c) para provocar la combustión de la mezcla.
5. El motor de cualquiera de las
reivindicaciones 1-4 donde el estátor 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 (PI) y una pared
exterior (OW) que define el contorno externo del motor.
6. El motor de cualquiera de las
reivindicaciones 1-5 que además comprende:
- dos tapas de cierre planas en un primer piano y en un segundo plano perpendiculares a la manivela (E) del cigüeñal.
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