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Title:
DIRECT CIRCULAR ROTARY INTERNAL‑COMBUSTION ENGINE WITH TOROIDAL EXPANSION CHAMBER AND ROTOR WITHOUT MOVING PARTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/075595
Kind Code:
A1
Abstract:
Direct circular rotary internal‑combustion engine with toroidal expansion chamber and rotor without moving parts, which directly converts the combustion expansion into a rotary movement of the shaft thereof, receives the compressed oxidizing agent at high pressure, does not require inertia in order to function, and in which combustion can take place in a static combustion chamber.

Inventors:
MOSER ROSSEL ROBERTO FELIPE (CL)
Application Number:
PCT/CL2010/000050
Publication Date:
June 14, 2012
Filing Date:
December 10, 2010
Export Citation:
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Assignee:
MOSER ROSSEL ROBERTO FELIPE (CL)
International Classes:
F01C1/356
Domestic Patent References:
WO2008091231A12008-07-31
Foreign References:
BE383421A
US6347611B12002-02-19
GB191005909A1910-05-19
US20020007815A12002-01-24
GB191404670A
US3810724A1974-05-14
Other References:
See also references of EP 2650472A4
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Claims:
REIVINDICACIONES

1.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles, que transforma directamente la expansión de la combustión en movimiento rotatorio de su eje CARACTERIZADO por estar compuesto de los siguientes elementos : a.- Una placa lateral sólida (1) con una perforación (1.1) que deja pasar el eje fijo

(3.1) del rotor expansor (3) ;

b.- Un cuerpo sólido (2), fijo al lateral sólido (1), con un vaciado cilindrico (2.1) concéntrico a la perforación de la placa lateral (1.1) y abiertos a la cara cilindrica del vaciado (2.1) un vaciado (2.2), un vaciado (2.3), un vaciado (2.4), un vaciado (2.5) y un vaciado (2.6) de salida de escape;

c- Un rotor expansor cilindrico (3) atravesado perpendicularmente por un eje (3.1) en su centro circular, fijo a éste, que pasa a través de la perforación circular (1.1) de la placa lateral sólida (1) centrándolo con respecto al vaciado cilindrico (2.1) y un cabezal expansor— (3.3), que sobresale de la línea cilindrica del rotor y queda perfectamente ajustado con la cara interior del vaciado cilindrico (2.1) del cuerpo sólido (2) ;

d.- Una válvula de admisión del comburente a presión (5), contenida en el vaciado

(2.2) del cuerpo sólido (2) ;

e. - Una bujía de encendido (6) contenida en el vaciado (2.3) del cuerpo sólido (2) ; f. - Una válvula de inyección de combustible (7) contenida en el vaciado (2.4) del cuerpo sólido (2) ;

g.- Una válvula de expansión (8) contenida en el vaciado (2.5) del cuerpo sólido (2) h.- Una placa lateral sólida (11), espejo de la placa lateral sólida (1), con una perforación (11.1) que deja pasar el eje fijo (3.1) del rotor (3) y que fija el cuerpo sólido de igual forma que el otro lateral, conformando el motor.

2.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la válvula de expansión (8) también está contenida por - vaciados de los laterales (1)-y (11), donde ajusta perfectamenter 3.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque conforman la cámara de expansión (9) la pared del vaciado cilindrico (2.1) del cuerpo sólido (2), la pared exterior cilindrica del rotor (3.4), la cara del cabezal expansor (3.3) del rotor (3), la pared frontal de la válvula de expansión (8) y las paredes de las placas laterales sólidas (1) y (11).

4.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 3, CARACTERIZADO porque la cara inferior de la válvula de expansión (8) ajusta5 perfectamente con la pared circular del rotor (3.4).

5. - El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 4, CARACTERIZADO porque la cara inferior de la válvula de expansión (8) se mantiene siempre en contacto con la cara exterior del rotor (3).

6. - El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 4, CARACTERIZADO porque la cara inferior de la válvula de expansión (8) se mantiene siempre en contacto con la cara circular exterior (3.4) del rotor (3) y es separada del cabezal expansor (3.3) del rotor (3) por un mecanismo externo.

7. - El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a las Reivindicación 5 y 6, CARACTERIZADO porque el cuerpo sólido (2) tiene más de un conjunto de vaciados (2.2), (2.3), (2.4) y (2.5), con sus respectivas válvula de admisión del comburente a presión (5), bujía de encendido (6), válvula de inyección de combustible (7), válvula de expansión (8),-y el vaciado (2.6) de salida de escape, conformando igual número de cámaras de expansión (9) y contra cámaras (10), secuenciales. 8.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a las Reivindicación 5,6 y 7, CARACTERIZADO porque se elimina el vaciado (2.6) y se reemplaza por el vaciado (2.9) que recibe la válvula (15), que además permite activar o desactivar las cámaras secuenciales.

9. - El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a las Reivindicación 5 y 6, CARACTERIZADO porque el rotor expansor (3) tiene más de un cabezal expansor (3.3).

10. - El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a las Reivindicación 7, . CARACTERIZADO porque-el rotor expansor (3) tiene igual número de cabezales- expansores (3.3) que de conjuntos de vaciados (2.2), (2.3), (2.4) y (2.5), con sus respectivas válvula de admisión del comburente a presión (5), bujía de encendido (6), válvula de inyección de combustible (7), válvula de expansión (8), y el vaciado (2.6) de salida de escape, conformando igual número de cámaras de expansión (9) y contra cámaras (10) paralelas. 0 11.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a las Reivindicación 10, CARACTERIZADO porque se eliminan los vaciado (2.6) y se reemplazan por vaciados (2.9) que recibe las válvulas (15), que además permiten activar o desactivar las cámaras secuenciales.

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12.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a las Reivindicaciones 5 y 6, CARACTERIZADO por tener en el cuerpo sólido (2) un vaciado (12) a cuya cara se trasladan los vaciados (2.2), (2.3) y (2.4), con sus respectivas válvulas de admisión del comburente a presión (5), bujía de encendido (6) y válvula de inyección de combustible, conformando una cámara de combustión estática, que está comunicada a la cámara de expansión (9) por la válvula de paso (13).

13.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicacións 12, CARACTERIZADO por tener en el cuerpo sólido (2) más de un vaciado (12) a cuya cara se trasladan los vaciados (2.2), (2.3) y (2.4), con sus respectivas válvulas de admisión del comburente a presión (5), bujía de encendido (6) y válvula de inyección de combustible, conformando más de una cámara de combustión estática, que están comunicado a la cámara de combustión (9) por válvulas de paso (13). 14.- El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicacións 7,8,9, 10 y 1 1 , CARACTERIZADO por tener en el cuerpo sólido (2) uno o más vaciados (12) a cuya cara se trasladan los vaciados (2.2), (2.3) y (2.4) con sus respectivas válvulas de admisión del comburente a presión (5), bujía de encendido (6) y válvula de inyección de combustible, conformando más de una cámara de combustión estática, que están comunicado a la cámara de combustión (9) por válvulas de paso (13).

15. - El motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación

12, 13 y 14, CARACTERIZADO porque se elimina la cámara de combustión estática con todos sus componentes y se reemplaza por un vaciado de admisión (2.7) que llega a la válvula de paso (13), permitiendo que ingrese fluido a alta presión a la cámara de expansión (9).

16. - El motor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 15, CARACTERIZADO porque se elimina el vaciado 2.7 y la^válvula de-paso (13) y son reemplazados por el vaciado (2.8) y la válvula de admisión (14) que llega directo a la cámara de expansión (9), permitiendo que ingrese fluido a alta presión controlado externamente.

17. - El motor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 16, CARACTERIZADO por operar la cámara de expansión toroidal en forma lateral, lo que implica eliminar del cuerpo sólido (2), fijo al lateral sólido (1), los vaciados (2.8), (2.5) y (2.6), con sus respectivas válvulas, que denominamos lateral fijo(16), se cambia el rotor expansor (3) por un rotor expansor lateral (17) atravesado por el eje fijo (3.1), con un surco circular concéntrico (17.1) y un cabezal expansor (17.2) en él, la placa lateral sólida (11.1), a donde se traslada el vaciados (2.8) con las válvulas de ingreso de fluido a presión (14), el vaciado (2.6) como salida de escape, se hace el vaciado (2.51) en el que se instala la válvula de expansión (8.1), que denominamos placa lateral sólida (18).

18. - El motor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 16, CARACTERIZADO por tener más de un surco circular concéntrico (1 .1) cada uno con su cabezal de expansión lateral (17.2), igual cantidad de vaciados (2.8), (2.51) y (2.6) con sus respectivas válvulas de ingreso de fluido a presión (14), válvula de expansión (8.1) contenidas en la placa lateral sólida (18).

19. - El motor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 16, CARACTERIZADO porque se invierte el sentido de giro del rotor (3), aplicando una fuerza rotativa en su eje, de sentido opuesto al que producía el fluido a presión, transformándolo en un compresor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles

20. - El motor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles-de acuerdo a la Reivindicación 19, CARACTERIZADO porque se elimina el vaciado (2.6) y se reemplaza por el vaciado (2.9) y la válvula (15), se agregan ranuras (3.4) a lo largo de la cara del cabezal compresor (3.3).

21. - El motor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 19 y 20, CARACTERIZADO porque el rotor compresor (3) tiene más de un cabezal compresor (3.3).

22.- El motor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles de acuerdo a la Reivindicación 21 , CARACTERIZADO porque cuerpo sólido (2) tiene igual número de vaciados (2.9), (2.5) y (2.8) que de válvulas de admisión (15), válvulas de compresión (8) y válvulas de salida (14) respectivamente, que de cabezales compresores, distribuidos de manera de formar igual número de cámaras de compresión.

Description:
MOTOR DE COMBUSTION INTERNA ROTATIVO DIRECTO CIRCULAR CON CAMARA DE EXPANSIÓN TOROIDAL Y ROTOR SIN ELEMENTOS

MOVILES

DESCRIPCIÓN

El motor de combustión interna rotativo directo circular, con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles, transforma directamente la expansión de la combustión en movimiento rotatorio de su eje. El motor no realiza la compresión del comburente, el que es aportado externamente, a alta presión. Para funcionar el motor sólo necesita que ingrese, a la cámara de combustión, comburente a alta presión, se inyecte el respectivo combustible y se active el encendido, produciendo la combustión. Si consideramos que la transformación de la combustión en movimiento rotativo es directa, es decir no hay pérdidas mecánicas transformando movimientos lineales en circulares, y que no necesita mantener la inercia del ciclo para poder funcionar ya que la compresión del comburente es externa, estamos frente a un motor de combustión interna significativamente más eficiente, simple y económico que las alternativas actualmente en uso. Si el ingreso del comburente es a alta presión y ^ alta temperatura, la mezcla puede combustionar en forma espontánea, sin necesidad de un sistema de encendido. Por su configuración mecánica puede alcanzar muy altas presiones. Está formado por dos placas laterales sólidas que contienen una tercera placa sólida con un vaciado cilindrico central, cinco vaciados que llegan a la cara del vaciado cilindrico central, que contienen la válvula de admisión del comburente a presión, la bujía de encendido de la mezcla combustible comburente, la válvula de inyección de combustible, la válvula de expansión y la válvula de escape. Esta última se puede sustituir por una salida libre al exterior. El espacio formado por las dos paredes laterales, la placa central o cuerpo sólido con el vaciado cilindrico central, contiene el rotor expansor sólido cilindrico con un cabezal expansor que sobresale de la línea circular o cilindrica de éste, que está perfectamente ajustado a los laterales y ajusta perfectamente con la cara del vaciado cilindrico del cuerpo sólido fijo. El rotor expansor es atravesado por un eje fijo en su centro geométrico cilindrico, que coincide con el centro del vaciado cilindrico del cuerpo y pasa a través de las perforaciones que tienen para este objeto las placas laterales, por medio del cuar transmite el movimiento " rotatorio producido por la expansión de la cámara de combustión, al exterior. La cámara de expansión es el espacio que queda entre las dos placas laterales, la cara cilindrica del vaciado del cuerpo sólido, la cara cilindrica del rotor, el frente del cabezal expansor del rotor y el frente de la válvula de expansión, cerrando esta última la sección toroidal de la cámara. La válvula de expansión se mantiene siempre en contacto con la cara cilindrica del rotor expansor por medio de un ajuste sellante. Esta válvula de expansión es un componente fundamental del motor ya que permite contener el fluido que se está expandiendo. El contacto sellante que mantiene con la cara cilindrica del rotor se realiza por medio de un elemento mecánico como un resorte o de un elemento neumático como un pistón. La válvula de expansión por su forma y ángulo en que está ubicada, es muy firme y permite alcanzar muy altas presiones. La válvula puede quedar además contenida en un vaciado en cada lateral, con lo que aumenta su firmeza. El espacio del volumen toroidal que no es utilizado como cámara de expansión, que está limitado por la cara trasera de la válvula de expansión y la cara trasera del cabezal expansor del rotor, es la contra cámara. Está siempre a presión exterior del motor o atmosférica y permite realizar de forma simple la lubricación de las partes de la cámara de combustión del motor. La válvula de inyección de combustible, la de admisión del comburente a presión, la bujía de encendido y la válvula de escape, tienen características típicas de la función que realizan. El rotor circular no tiene partes móviles, es decir el ajuste con la pared del vaciado cilindrico del cuerpo es constante, lo que permite también llegar a muy altas presiones y por ende muy altas relaciones de expansión. El ajuste de todas las partes que actúan en la expansión viene dados por elementos mecánicos e hidráulicos conocidos.

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Los motores de combustión interna rotativos más conocidos realizan la compresión y la expansión en su ciclo de funcionamiento. Los más difundidos son los con disposición radial de los pistones y el motor Wankel. Los primeros son sólo una variante de la configuración cilindro pistón universalmente conocida. El motor Wankel, es realmente un motor rotativo de cuatro tiempos. Su configuración mecánica produce cámaras de compresión y combustión que hacen que el rotor con forma de prisma y con lados ligeramente convexos, realice un movimiento de rotación y traslación que por medio de un vaciado cilindrico dentado interno transmite el movimiento a un eje dentado, el que finalmente gira. Este motor es de funcionamiento muy suave, sin vibraciones ya que no transforma movimientos lineales en circulares, pero es bastante complejo y a más de ochenta años de su invención no ha podido ser una alternativa a los motores convencionales. La invención Motor de Combustión Interna Rotativo Directo Circular con Cámara de Expansión Toroidal y Rotor sin Elementos Móviles, transforma directamente la expansión de la combustión en movimiento rotatorio de su eje, está formado por una placa lateral sólida (1) con una perforación circular en el centro (1.1) Figura N°1 , un cuerpo sólido (2) fijo a la placa lateral sólida (1) con un vaciado cilindrico interior (2.1) en cuya cara tiene el vaciado (2.2), el vaciado (2.3), el vaciado (2.4), el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6) Figura N°2. En estos vaciados se alojan la válvula de admisión (5), la bujía (6), la válvula de inyección de combustible (7), la válvula de expansión (8) y la salida de-escape respectivamente: Al fijar ehcuerpo sólido (2) al - lateral (1), la perforación de éste (1.1) queda centrada en el vaciado cilindrico del cuerpo sólido (2.1), Figura N°2.1. En este espacio, formado por la placa lateral sólida y el vaciado cilindrico del cuerpo sólido (2.1) se ubica el rotor expansor (3) atravesado por un eje (3.1) en su centro, fijo a éste por medio de una chaveta (3.2), Figura N°3, que pasa a través de la perforación circular (n°1.1) del lateral (1). El cabezal expansor (3.3) del rotor expansor (3) queda perfectamente ajustado con la cara del vaciado cilindrico del cuerpo (2), Figura N°4. Sobre este conjunto, Figura N°4.1 , se fija el segundo lateral (1 1), Figura N°5, que es un espejo del primer lateral (1) y que también es atravesado por el eje fijo (3.1) del rotor compresor (3) a través de su perforación circular (1 1.1). De esta manera el espacio contenido entre ambos laterales, (1) y (1 ), el vaciado circular interior (2.1) del cuerpo (2) y el rotor expansor (3) forman la cámara de expansión (9) en la zona contenida entre el frente del cabezal expansor (3.3) y el frente de la válvula de expansión (8). La contra cámara ( 0) es el volumen que queda entre la trascara del cabezal expansor y la trascara de la válvula de expansión (8).

El ciclo teórico de combustión interna isovolumétrico del motor de combustión interna rotativo directo -circular, con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles, se puede apreciar en la Figura N°8 y comienza en el punto A con una cámara de combustión (9), en su volumen mínimo y a presión externa, Figura N°9, con válvula de admisión del comburente (5) y el inyector de combustible (7) cerrados, bujía (6) apagada. Se abre la válvula de admisión de comburente a presión (5) y la de inyección de combustible (7), aumentando la presión de la cámara de combustión (9), Figura N°10, pasando al punto B del ciclo. En este punto se cierran las válvulas de admisión e inyección, y se enciende la bujía (6) provocando la combustión, Figura N°11 , todo esto en un proceso isovolumétrico, pasando al punto C del ciclo, que es el de máxima presión a mínimo volumen. A partir de ahí, se produce una expansión adiabática Figura N°12, hasta alcanzar el punto D de máximo volumen y mínima presión de expansión, que es donde el cabezal expansor alcanza la salida de escape, Figura N°13, haciendo caer la presión hasta igualar a la exterior, en el punto E. En este punto la cámara de expansión (9) desaparece Figura N°14 y N°15, ya que la válvula de expansión (8) se abre para permitir el paso del cabezal compresor (3.3). Este tramo del ciclo concluye con la formación de la cámara de combustión (9) en su volumen mínimo y como todo se realizó a presión externa lo graficamos como una reducción de volumen a presión externa constante, llegando nuevamente al punto A, Figura N°16. En la Figura N°17 se puede apreciar el ciclo teórico de combustión interna isobárica donde la expansión se produce a presión constante para luego alcanzar una expansión adiabática con la que llega a la presión mínima de expansión. Este ciclo supone una combustión espontánea que se produce al ingresar el comburente a alta presión y temperatura, lo inicia la combustión sin necesidad de una bujía.

Dado que el comburente a alta presión es aportado externamente al motor, independiente de la posición del ciclo mecánico en que se encuentre éste, se puede agregar a la estructura del motor, en este caso al cuerpo sólido (2), un vaciado (12) que pasa a ser una cámara de combustión estática, Figura N°18, donde se realiza una mezcla combustible comburente óptima y se puede determinar además el momento más eficiente para iniciar la combustión de manera de maximizar el rendimiento de la expansión. Esta cámara de combustión estática está compuesta por un vaciado (12) del cuerpo sólido (2) a cuya cara se trasladan el vaciado (2.2), el vaciado (2.3) y el vaciado (2.4), que contienen la válvula de admisión de comburente a presión (5), la bujía de encendido (6) y la válvula de inyección de combustible (7) respectivamente, Figura N°19 y N°20. La cámara de combustión estática está comunicada con la cámara de expansión (9) por una válvula de paso (13).

Al sacar de la estructura del motor de combustión interna rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles, la cámara de combustión estática, tenemos un motor de combustión físicamente externa, donde el producto de esta combustión externa ingresa a la cámara de expansión a través del vaciado (2.7) que llega a la válvula de paso (13), que es quien regula su ingreso a la cámara de expansión (9), Figura N°21. La válvula de paso (13) puede ser reemplazada por la válvula de admisión de fluido a alta presión (14) contenida en un vaciado (2.8), Figura N°22. Si reemplazamos la combustión externa por un fluido gaseoso comprimido, tenemos un motor de gas comprimido. Los motores de gas comprimido rotativos más difundidos son los de émbolo, radiales y axiales , los de aletas , los de engranajes y los turbomotores que son para alta velocidad y potencias muy pequeñas

Si al motor a gas comprimido, se le reemplaza el gas a presión por flujo y presión de un fluido hidráulico, se transforma en un motor hidráulico, con una configuración mecánica robusta y eficiente. Los motores hidráulicos rotativos más difundidos son los de pistones axiales, de paletas y de engranajes.

El rango de eficiencia del motor de combustión interna rotativo directo circular, con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles aumenta al tener varias cámaras de expansión contenidas en un mismo rotor que se pueden utilizar en distintas combinaciones según sea su necesidad. Esto se logra cambiando el sentido de trabajo de la cámara de expansión, que pasa de ser radial, como lo refleja la ubicación de las válvulas, a ser lateral. Es decir las válvulas trabajan por el costado de las cámaras toroidales de expansión, las que para ese efecto se construyen a partir de surcos circulares concéntricos (17.1 ) contenidos en una cara del rotor expansor lateral (17), Figura N°23. Este rotor expansor lateral (17) es contenido en el vaciado cilindrico central no pasante (16.1) del lateral sólido (16), con perforación pasante (16.2) en su centro geométrico, Figura N°24, donde ajusta perfectamente pudiendo rotar en su interior, Figura N°25. El rotor expansor lateral (17) en cada uno de los surcos circulares concéntricos (17.1) tiene un cabezal expansor (17.2). Al igual que en la alternativa radia!, el rotor (17) está atravesado en su centro por un eje fijo(3.1), que atraviesa al exterior del lateral sólido (16) por la perforación pasante (16.2). La placa lateral sólida (18) Figura N°26, hace de tapa de las cámaras de expansión concéntricas toroidales y contiene los vaciados (2.8) y (2.51) respectivos para cada surco, donde se ubican las válvulas de admisión (14), las de expansión (8.1) y los vaciados de escape (2.6), siendo visibles las salidas (2.81 y (2.61) respectivamente, para cada una de las cámaras de expansión. La placa lateral sólida (18) permite el paso del eje fijo (3.1) del rotor expansor lateral (17) a través de la perforación pasante (18.1). En la Figura N°27 se aprecia un corte del motor, longitudinal al surco, donde se ve el lateral sólido (16) que contiene el rotor expansor lateral (17) con su cabezal expansor (17.2), el lateral sólido (18) que contiene los vaciados (2.8) y (2.51) que contienen la válvula de admisión ( 4) y la de expansión (8.1) el vaciado de escape (2.6) y las salidas (2.81) y (2.61). La cara del cabezal expansor (17.2), las paredes laterales y el fondo del surco circular concéntrico, la cara interna del lateral sólido (18), que hace de tapa y la cara de la válvula de expansión (8.1) conforman la cámara de expansión (9). El resto del surco circular concéntrico conforma la contra cámara ( 0). La álvula de expansión (8.1) al trabajar perpendicularmente a la cara del rotor expansor (3) tiene que ingresar en ángulo recto de manera de lograr un ajuste perfecto y sellante. Por medio de mecanismos externos se controla el ingreso del fluido a presión a las cámaras de expansión, que dependiendo de las necesidades extemas se podrán utilizar las distintas alternativas de cámaras de expansión o combinaciones de éstas, dependiendo si se desea producir una rotación con mayor torque o con mayor velocidad. Aún cuando el esquema no considera válvulas de inyección de combustible ni bujías de encendido, su inclusión es otra alternativa válida, sólo que se hace más evidente su uso si se introduce el producto de la combustión de una cámara estática, gas comprimido o flujo de fluido hidráulico a presión en las cámaras de expansión (9) del rotor lateral (17). Esta configuración con rotor expansor lateral le permite al motor tener velocidad variable. En el caso de reemplazar el fluido a alta presión por flujo hidráulico a presión tenemos un motor hidráulico con velocidad variable.

El elemento común de las alternativas del motor rotativo directo circular con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles es la rotación del eje del motor por la acción de la presión del fluido sobre el cabezal expansor del rotor, producto ya sea de la combustión interna, de la expansión de un gas a presión, por combustión o compresión externa a la cámara, o por flujo y presión de un fluido hidráulico. Si invertimos el sentido de giro del rotor, aplicando una fuerza rotativa al eje fijo a éste y mantenemos la válvula de admisión de gas a presión (14) ubicada en el vaciado (2.8), que pasa a ser válvula de salida, cambia el sentido del fluido, el que ingresa por la salida de escape (2.6) que es abierta al exterior, es comprimido contra la válvula de expansión, que pasa a llamarse válvula de compresión (8), manteniendo su función, y sale comprimido por la válvula de salida (14). Con este cambio, en vez de que el fluido produzca la rotación del eje fijo del rotor , es el eje del rotor el que produce la rotación del rotor, el que por medio de su cabezal compresor (3.3) comprime el fluido de la cámara de compresión (9) contra la válvula de compresión (8), saliendo por la válvula de salida (14), con lo cual tenemos un compresor con una configuración mecánica robusta y eficiente, Figura N°28.

El compresor rotatorio directo circular con cámara de compresión toroidal y rotor sin elementos móviles está formado, al igual que el motor rotativo directo circular, por una placa lateral sólida (1) con una perforación circular en el centro (1.1); un cuerpo sólido (2) fijo a la placa lateral sólida (1) con un vaciado cilindrico interior (2.1) en cuya cara al vaciado (2.6) deja la admisión-libre, un segundo vaciado (2.5) que aloja la válvula de compresión (8) y un tercer vaciado (2.8) que aloja la válvula de salida (14), Figura N°28. El resto de la configuración del compresor es idéntica a la del motor rotativo directo circular, donde lo que es expansión pasa a llamarse compresión. De esta manera el espacio contenido entre los laterales (1) y (10), el vaciado circular interior (2.1 ) del cuerpo (2) y el rotor compresor (3) forman la cámara de compresión (9) en la zona contenida entre el frente del cabezal compresor (3.3) y el frente de la válvula de compresión (8), zona en que queda la válvula de salida. La cámara de admisión (10) es en la que queda contenida la admisión (2.6) y se ubica a continuación de la válvula de compresión y parte trasera del cabezal compresor. El rotor compresor no tiene partes móviles, es decir el ajuste con la pared del vaciado cilindrico (2.1 ) del cuerpo sólido (2) es constante, lo que permite llegar a altas relaciones de compresión. Al ubicarse la válvula de compresión en contacto con el comienzo del cabezal compresor, el contacto deja de ser sellante y el excedente de compresión que queda en la cámara de compresión pasa a la cámara de admisión que está abierta al exterior. Si reemplazamos la admisión libre (2.6) por un vaciado (2.9) que recibe a la válvula de admisión (15) y se le hacen al cabezal compresor unas ranuras (3.4) al largo, Figura N°29 y N°30, que dejen pasar el excedente de presión hacia la cámara de admisión, con la válvula de admisión (15) cerrada, permite comenzar el ciclo de compresión con una presión mayor que la de admisión, lo que permite llegar a relaciones de compresión mayores a las que se pueden alcanzar si se comienza siempre con presión externa. El ajuste de todos los elementos que actúan en la compresión viene dado por elementos mecánicos e hidráulicos conocidos. Este excedente de compresión se puede hacer pasar externamente a la cámara de compresión, refrigerándolo en el trayecto, lo que hace la compresión más eficiente.

Al reemplazar el fluido gaseoso por un fluido hidráulico tenemos una bomba hidráulica con una configuración mecánica simple, robusta y eficiente.

Los compresores rotativos más conocidos son los de paleta y los de tornillo. En el primer caso el rotor ubicado excéntricamente en la cámara contiene, en unas ranuras, un conjunto de paletas que se mantienen en contacto con la pared de la cámara de compresión durante la rotación de éste, entrando y saliendo de las ranuras de soporte. El ángulo de contacto de las paletas con la pared de la cámara es variable, por lo que no permite que el ajuste sea firme para alcanzar grandes relaciones de compresión. En el caso del compresor de tornillo es de mayor rendimiento que el de paleta, pero también de mucho mayor complejidad mecánica y costo.

Al analizar el ciclo de un motor de combustión interna tradicional, Otto o Diesel, sus tres etapas fundamentales son compresión, combustión y expansión, todos realizados dentro de la misma cámara. Es poco esperable que la configuración mecánica que realiza estas tres etapas en la misma cámara, pueda acercarse a niveles de alta eficiencia en cada una de ellas. Al contrario, lo normal es que para realizar una etapa, se le agreguen limitaciones a las otras, para poder cohabitar dentro de la misma configuración mecánica. Al separar las etapas fundamentales del ciclo en distintas-cámarasrpodemos lograr configuraciones mecánicas óptimas para cada uno de ellas ' Es decir, un compresor que alcance relaciones de compresión muy altas y que sólo estén limitadas por sus componentes mecánicos, una cámara de combustión estática, cuyo diseño permita obtener la mejor mezcla combustible comburente, para obtener la combustión más eficiente, agregando además control del momento en que se realiza la combustión, y una cámara de expansión que permita extraer, al producto de la eficiente combustión, el máximo de trabajo, alcanzando relaciones de expansión que sólo estén limitadas por la eficiencia de ésta. Tampoco es necesario que las etapas se realicen todas en una secuencia. La compresión perfectamente puede ser hecha en instalaciones estáticas y aportadas envasada para su uso en mecanismos móviles o autónomos, como sería utilizar aire u oxigeno comprimido, en balones.

Un motor tradicional de cuatro tiempos sólo aporta trabajo positivo en el 25% del ciclo, el que comprende dos giros completos de su eje. El resto del ciclo lo realiza la inercia producida por el volante y la propia configuración mecánica, como el cigüeñal, etc.. Un motor de combustión interna rotativo directo circular, con cámara de expansión toroidal y rotor sin elementos móviles aporta trabajo en el 90% del ciclo, que corresponde a un giro de su eje. Luego, un motor rotativo directo circular, requiere de una cámara de expansión equivalente a un 28% de la cámara de combustión de un motor de cuatro tiempos. En un motor tradicional, más de dos tercios de su peso viene dado por el mecanismo que transforma el movimiento lineal de los pistones, dentro de los cilindros, en movimiento rotatorio. Además, esta rotación del motor debe ser mantenida, dado que es un proceso altamente inercial. Para esto se aisla la rotación del cigüeñal del motor por medio de una caja de embrague, la que transmite o no el movimiento dependiendo de la necesidad. La rotación del motor es muy alta por lo que se requiere de una caja de cambios o caja de velocidades, compuesta de un sin número de ejes y piñones de acero, que reduce las revoluciones del motor para poder ser aplicada, por medio de cardanes y cajas diferenciales, hasta los ejes de las ruedas. Una configuración rotativa directa circular, equivalente en prestaciones a la configuración tradicional, necesaria para mover un automóvil como la antes descrita, está compuesta por un compresor, un motor con cámara de combustión interna estática y una bomba hidráulica, todos ellos unidos por un eje fijo a los rotores, más dos motores hidráulicos con rotor lateral de velocidad variable fijos a los eje de las ruedas y alimentados por una línea de fluido hidráulico a presión. Una característica fundamental de esta configuración es que no es inercial, por lo que funciona sólo cuando se requiere mover el automóvil, es decir acelerar, o mantener su régimen de movimiento o velocidad, lo que implica una tremenda economía de combustible y por ende una reducción significativa de la contaminación atmosférica, además de prolongar la duración de ésta. Si agregamos, fijos a los ejes de cada rueda, compresores rotativos directos circulares como mecanismo de freno, hacemos del proceso de frenado una ganancia de compresión para el funcionamiento del motor, la que se acumula para ser utilizada cuando se requiera. Esta configuración alternativa, rotativa directa circular completa, ocupa,un volumen y tiene un peso del orden de un tercio de la alternativa tradicional. Esto condiciona todo el resto de la configuración del automóvil, es decir al ser esta configuración mucho más liviana y ocupar menos volumen que la tradicional, no requiere de- una estructura de soporte tan fuerte, lo que se traduce finalmente en un vehículo mucho más liviano y por ende más económico, pero sin haber disminuido las prestaciones que entregaba la configuración tradicional que se reemplaza. Mecánicamente es mucho más simple y con mucho menos piezas móviles. Termodinámicamente además, es mucho más eficiente ya que se realiza cada fase del ciclo en configuraciones mecánicas óptimas. Otra configuración rotativa directa circular, fácil de visualizar, es la de compresor y motor para su uso en la aviación, ya que transforma directamente la rotación del eje en rotación de la hélice, con todas las ventajas que esto implica. DESCRIPCIÓN DE FIGURAS

Figura N° 1 : Planta de la placa lateral sólida (1) y perforación pasada (1.1). 00050

Corte del cuerpo sólido (2), el vaciado cilindrico (2.1), el vaciado

(2.2) , el vaciado (2.3), el vaciado (2.4), el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6).

Planta del cuerpo sólido (2) fijo sobre el lateral sólido (1 ) con su perforación pasada (1.1), el vaciado circular (2.1), el vaciado (2.5) y (2.6).

Corte del rotor expansor (3), atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a éste por la chaveta (3.2) y el cabezal expansor

(3.3) .

Corte del cuerpo sólido (2), el vaciado (2.2), el vaciado (2.3), el vaciado (2.4) el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6) como salida de escape, corte de la válvula de admisión de comburente (5), la bujía de encendido (6), la válvula de inyección de combustible (7), la válvula de expansión (8), corte del rotor expansor (3), atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a éste por la chaveta (3.2), el cabezal expansor (3.3), la cámara de expansión (9) y la contra cámara (10).

Planta del cuerpo sólido (2), el vaciado (2.5) que contiene la válvula de expansión (8), la salida de escape (2.6), el rotor expansor (3) atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a éste por una chaveta (3.2), el cabezal expansor (3.3), la cámara de expansión (9) y la contra cámara ( 0).

Planta de la segunda placa lateral (11) y su perforación pasada (11.1).

Corte ampliado de los vaciados (2.2), (2.3), (2.4) y (2.5) que reciberr la válvula " de admisión " de comburente (5), la bujía de encendido (6), la válvula de inyección de combustible (7) y la válvula de expansión (8) respectivamente, el cabezal expansor (3.3) y la cámara de combustión (9).

Perspectiva de la Figura N° 4.1 con el rotor expansor (3) en una posición más avanzada del cabezal expansor (3.3), donde se pueden ver la cara del vaciado cilindrico (2.1) y la cara cilindrica del rotor compresor (3.4), la salida de la válvula de admisión de comburente (5.1), la salida del vaciado de la bujía (6.1), la salida de la válvula de inyección de combustible (7.1) y la salida de escape (2.6), los volúmenes de la cámara de expansión (9) y la contra cámara (10). Ciclo termodinámico ideal del motor rotativo directo circular con combustión interna isovolumétrica y con expansión adiabática,

Corte del motor en la posición de cámara de expansión (9) llena a presión externa, válvula de admisión de comburente (5) cerrada, bujía (6) apagada, válvula de inyección de combustible (7) cerrada, válvula de expansión (8) cerrada y contra cámara (10) llena a presión externa..

Corte del motor en la posición de cámara de expansión (9) llena, válvula de admisión de comburente (5) abierta, bujía (6) apagada, válvula de inyección de combustible (7) abierta, válvula de expansión (8) cerrada y contra cámara (10) llena a presión extema..

Corte del motor en la posición de cámara de expansión (9) llena a presión máxima de combustión, válvula de admisión de comburente (5) cerrada, bujía (6) encendida, válvula de inyección de combustible (7) cerrada, válvula de expansión (8) cerrada y contra cámara (10) llena a presión externa..

Corte del motor en la posición de cámara de expansión (9) a la mitad de su volumen máximo, llena a presión de expansión de combustión, válvula de admisión de comburente (5) cerrada, bujía (6) apagada, válvula de inyección de combustible (7) cerrada, válvula de expansión (8) cerrada y la contra cámara (10) llena a presión externa.

Corte del motor en la posición de cámara de expansión (9) abierta al exterior, llena a presión externa, válvula de admisión de comburente (5) cerrada, bujía (6) apagada, válvula de inyección de combustible (7) cerrada, válvula de expansión (8) abierta sobre la zona de la trascara del cabezal expansor y contra cámara (10) llena a presión exterior.

Corte del motor en la posición de válvula de expansión (8) abierta sobre la cara superior del cabezal expansor (3,3), válvula de admisión de comburente (5) cerrada, bujía (6) apagada, válvula de inyección de combustible (7) cerrada, contra cámara (10) llena a presión exterior.

Corte del motor en la posición de válvula de expansión (8) abierta sobre cara de expansión del cabezal expansor (3,3), válvula de admisión de comburente (5) cerrada, bujía (6) apagada, válvula de inyección de combustible (7) cerrada, contra cámara (10) llena a presión exterior. Figura N° 16: Corte del motor en la posición de cámara de expansión (9) llena a presión externa, válvula de admisión de comburente (5) cerrada, bujía (6) apagada, válvula de inyección de combustible (7) cerrada, válvula de expansión (8) cerrada y contra cámara

(10) llena a presión externa. Corresponde al comienzo del ciclo, es decir es igual a la Figura N° 8.

Figura N°17 Ciclo termodinámico ideal del motor rotativo directo circular con combustión interna isobárica y expansión adiabática.

Corte del cuerpo sólido (2), el vaciado (12) correspondiente a la cámara de combustión estática llena, el vaciado (2.2), el vaciado (2.3) y el vaciado (2.4) trasladados a la cara del vaciado ( 2), el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6), corte de la válvula de admisión de comburente (5.1) cerrada, la bujía de encendido (6) apagada, la válvula de inyección de combustible (7) cerrada, la válvula de paso (13) cerrada, la válvula de expansión (8) cerrada y la salida de escape (2.6), corte del rotor expansor (3), atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a este por una chaveta

(3.2) , el cabezal expansor (3.3), la cámara de expansión (9) vacía y la contra cámara (10) a presión externa.

Corte del cuerpo sólido (2), el vaciado (12) correspondiente a la cámara de combustión estática llena, el vaciado (2.2), el vaciado

(2.3) , el vaciado (2.4) el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6), corte de la válvula de admisión de comburente (5) cerrada, la bujía de encendido (6) apagada, la válvula de inyección de combustible (7) cerrada, la válvula de paso (13) abierta, la válvula de expansión (8) cerrada y la salida de escape (2.6), corte del rotor expansor (3), atravesado perpendicularmente por el eje (3.1 ) fijo a ester por una xhaveta (3.2), " el cabezal expansor (3.3), la cámara de expansión (9) llena y la contra cámara (10) a presión externa.

Corte ampliado del vaciado (12) correspondiente a la cámara de combustión estática, el vaciado (2.2), el vaciado (2.3), el vaciado

(2.4) el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6), corte de la válvula de admisión de comburente (5) cerrada, la bujía de encendido (6) apagada, la válvula de inyección de combustible (7) cerrada, la válvula de paso (13) cerrada y la válvula de expansión (8) cerrada, el cabezal expansor (3.3) y la cámara de expansión (9) vacía.

Corte del cuerpo sólido (2), el vaciado (2.7), el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6), corte de la válvula de paso (13) cerrada, la válvula de expansión (8) cerrada y la salida de escape (2.6), corte del rotor expansor (3), atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a éste por la chaveta (3.2), el cabezal expansor (3.3), la cámara de expansión (9) y la contra cámara (10) a presión externa.

Corte del cuerpo sólido (2), el vaciado (2.8), el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6) como salida de escape, corte de la válvula de admisión (14) cerrada, la válvula de expansión (8) cerrada, corte del rotor expansor (3), atravesado perpendicularmente por el eje

(3.1) fijo a éste por la chaveta (3.2), el cabezal expansor (3.3), la cámara de expansión (9) y la contra cámara (10) a presión externa.

Planta del rotor expansor lateral (17), atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a éste por la chaveta

(3.2) , los surcos circulares (17.1) y los cabezales expansores (17.2).

Planta de la placa lateral sólida (16), rebaje cilindrico (16.1) y perforación pasada (16.2).

Planta de la placa lateral sólida (16) con el del rotor expansor (17) ajustado, atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a éste por la chaveta (3.2), los surcos circulares- (17.1) y los cabezales expansores (17.2).

Planta de la placa lateral sólida (18) atravesada perpendicularmente por el eje (3.1), con las salidas de los vaciados de válvulas de salida (2.81) y salidas de escape (2.61).

Corte del motor lateral-armado, desde su lateral sólido (16) con- el rotor (17) y su cabezal expansor (17.2) ajustado perfectamente a la placa lateral sólida (18) con el vaciado (2.8) y su salida (2.81) de la válvula de admisión de comburente a presión (14), la válvula de expansión (8.1) ubicada en el vaciado (2.51), el vaciado de escape (2.6) y su salida (2.61), la cámara de expansión (9) y la contra cámara (10).

Corte del cuerpo sólido (2), el vaciado (2.8), el vaciado (2.5) y el vaciado (2.6), corte de la válvula de salida (14) cerrada, la válvula de compresión (8) cerrada y el vaciado de admisión (2.6), corte del rotor compresor (3), atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a éste por la chaveta (3.2), el cabezal compresor (3.3), la cámara de compresión (9) y la contra cámara (10) a presión externa. Figura N° 29: Corte del cuerpo sólido (2), el vaciado (2.8), el vaciado (2.5) y el vaciado (2.9), corte de la válvula de salida (14) abierta, la válvula de expansión (8) cerrada y la válvula de admisión ( 5) cerrada, corte del rotor compresor (3), atravesado perpendicularmente por el eje (3.1) fijo a éste por la chaveta (3.2), el cabezal compresor (3.3), el ranurado lineal del cabezal (3.4), la cámara de compresión (9) y la contra cámara (10). Figura N° 30: Corte ampliado del vaciado (2.8), el vaciado (2.5) y el vaciado

(2.9), corte de la válvula de salida (14) abierta, la válvula de expansión (8) cerrada y la válvula de admisión (15) cerrada, corte del cabezal compresor (3.3), el ranurado lineal del cabezal (3.4) y la cámara de compresión (9).