SISTEMA MOTRtZ DE PISTóN Y CILINDRO ROTATIVOS

D E S C R I P C I ó N OBJETO DE LA INVENCIóN

La presente invención se refiere, tal como expresa el enunciado, a un sistema motriz de pistón y cilindro rotativos que aporta a Ia 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 Io ya conocido en este campo.

Más concretamente, el objeto de !a invención consiste en un sistema motriz volumétrico en el que el trabajo Io realiza Ia expansión de los gases, como consecuencia de ía 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 Ia 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.

CAMPO DE APLICACIóN

Esta invención tiene su campo de aplicación dentro de Ia industria dedicada a Ia fabricación de motores y sistemas motrices en general.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

En Ia actualidad y como referencia al estado de Ia 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 af salir del surtidor. Su aplicación se limita a misiles y modernos aviones.

Motores de flujo continuo en ios 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 ía sofisticada tecnología de fabricación por las altas temperaturas en la turbina y el quemador, así como Ia elevada velocidad de giro del rotor.

Motores de combustión interna con pistón de movimiento lineal alternativo, Otto y Diesel, motor Wankef 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 ef movimiento lineal alternativo en movimiento circular, de forma que cada 180° de giro del cigüeñal, el pistón y Ia biela entran en un punto muerto para cambiar el sentido de su movimiento con Ia 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 Ia expansión de un gas encerrado a alta temperatura, utilizando dos cámaras y un quemador externo; se usó corno una pequeña fuente de potencia en muchas industrias durante e! siglo XIX y fos albores del XX.

En ios 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 Ia potencia desarrollada por el sistema, restándola a Ia potencia útil.

Cabe mencionar, que e! peticionario desconoce Ia existencia de un sistema motriz de pistón y cilindro rotativos que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que preconiza Ia presente invención, Ia cual tiene por objeto solventar los inconvenientes anteriormente mencionados que presentan los sistemas conocidos actualmente para el mismo fin.

EXPLICACIóN DE LA INVENCIóN

El sistema motriz de pistón y cilindro rotativos que Ia 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 Ia 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 Ia potencia del motor.

La principal innovación del sistema motriz de Ia invención, con respecto a los motores alternativos de combustión interna actuales, es Ia eliminación del cigüeñal, de los puntos muertos, Ia simplificación de construcción, Ia regularidad de funcionamiento y Ia ausencia de vibraciones.

Así, Ia pieza que recibe y transmite Ia fuerza de Ia 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 Ia variación de volumen necesaria para comprimir los gases en fa cámara de compresión del cilindro.

Gracias a su estructura, Ia 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 Ia realización de pequeñas variaciones constructivas, cabe destacar que el sistema de Ia 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 (os sistemas actuales.

La lubricación se realiza preferentemente mediante el sistema denominado de "lubricación forzada".

Para Ia refrigeración del sistema, se empleará un sistema mixto aire-aceite, o bien agua-aceite.

La estanqueidad de! pistón en el cilindro y la estanqueidad del Ia cámara de compresión, se realiza mediante Ia incorporación de segmentos que se colocan en el pistón y en Ia 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, Ie dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva, como parte integrante de Ia 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 Ia 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 0 ^o , 90°, 180°, 270°, 360°, 450°, 540° y 630°.

La figura número 10.- Muestra una vista en perspectiva y en sección según un corte transversal del sistema de la invención según Ia misma variante representada en las figuras 2 a 9, ampliando Ia visión espacial de dichas figuras correspondientes a las fases de funcionamiento como motor de cuatro tiempos y mejorando Ia comprensión del funcionamiento del sistema motriz, así como ilustrar, una vez ensambladas, las piezas que constituyen ei mismo.

La figura número 11.- Muestra una vista en perspectiva y en despiece del sistema de Ia 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 fa variante de realización del sistema de Ia invención representada en la figura 11, como motor de combustión interna de dos tiempos, mostrando respectivamente cada una de dichas vistas el giro de Ia biela en 0°, 90°, 180°, 270°.

La figura número 16.- Muestra una vista en perspectiva y en sección a 90° 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 90° del sistema de ía 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 fa figura 17, mostrando respectivamente cada una de dichas vistas e! giro de Ia biela en 0 ^o , 90°, 180°, 270°.

REALIZACIóN PREFERENTE DE LA INVENCIóN

A Ia vista de fas mencionadas figuras y de acuerdo con Ia 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 Ia figura 1 , el sistema motriz está constituido esencialmente por:

Ef cilindro (1) que comprende, formando Ia 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 Ia 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 Ia válvula de admisión (13). - El alojamiento (10) de ¡a válvula de escape (9).

- El orificio (12) para Ia 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 Ia figura 10).

- La biela (7).

- El pistón (8).

La tapa lateral (17), que comprende:

- EI 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 Ia biela (7).

Las tapas (11) y (17) incorporan respectivos apoyos y anclajes convencionales para su acoplamiento no representados.

De esta forma, para Ia 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 Ia combustión ejercida sobre Ia cámara de compresión (4) del cilindro (1) Io 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 Ia compresión de los gases en Ia cámara de compresión (4).

En una forma de realización, Ia 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 cilindra (1) se encuentran en Ia posición de 0 ^o , (figura 2) y mínimo volumen en Ia cámara de compresión (4).

Al iniciarse el giro, Ia válvula de admisión (13) se abre y el fluido combustible, proveniente del correspondiente colector de admisión, comienza a llenar Ia cámara (4) de compresión, absorbido por el vacío provocado por el movimiento del pistón (8), (figura 3), y permanece abierta hasta Ia posición de máximo volumen, que se produce cuando se ha realizado un giro de 180° (figura 4). En esta posición se ha llenado Ia cámara de compresión (4) y se cierra ía válvula de admisión (13). El giro de Ia fase de admisión ha sido de 180°.

El accionamiento de Ia 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 Ia fase de compresión desde Ia posición de 180° de giro, (figura 4), reduciéndose progresivamente el volumen en Ia cámara de compresión (4) y comprimiéndose los gases. Esta posición, (figura 5), representa al cilindro (1) y pistón (8) en Ia mitad de Ia fase de compresión, que termina en Ia posición de 360° de giro (figura 6), en Ia que el volumen en Ia cámara de compresión (4) es mínimo, y los gases se encuentran comprimidos ai máximo.

Trabajo. Comienza en Ia posición de 360° de giro, (figura 6), con el encendido de Ia mezcla en Ia 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 Sa correspondiente inyección de combustible, caso de aplicación como motor de ciclo Diesel.

Al entrar fa mezcla en combustión, se produce el empuje de

Ia expansión de los gases sobre ei cilindro (1), realizándose así el tiempo de trabajo. El empuje realizado sobre el cilindro por Ia expansión de los gases durante Ia combustión, se va reduciendo a medida que va aumentando de volumen Sa cámara de compresión (4). La posición de 450° de giro (figura 7), representa al cilindro (1) y pistón (8) en Ia mitad de Ia carrera de trabajo, que termina en Ia posición de 540° de giro, (figura 8).

Escape. En ϊa posición de 540°, (figura 8), comienza Ia fase de evacuación de gases, con Ia apertura de Ia válvula de escape (9). La posición de 630° de giro (figura 9), representa el cilindro (1) y pistón (8) en Ia mitad del recorrido del tiempo de escape, en el que se va reduciendo progresivamente ef volumen en ía cámara de compresión (4), hasta Ia total evacuación del gases con Ia que termina el ciclo cerrándose Ia válvula de escape (9) (figura 2).

EI ciclo de trabajo se ha realizado durante 720° de giro.

Ef accionamiento de [a 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 Ia figura 11. En el cilindro (1) se ha practicado una tobera de escape (20), y en Ia falda de Ia cámara de compresión (4), se ha abierto un canal de transferencia de gases (21), tal como se observa en Ia figura 12. A través del orificio de canalizaciones (18) se realiza Ia alimentación de fluido combustible en Ia cámara de precompresíón (4-bis).

Las fases de su funcionamiento, representado en las figuras

12 a 15, son:

Trabajo-precompresión. En Sa posición de 0 ^o (figura 12), Ia cámara de compresión (4) se encuentra llena de gas combustible comprimido, por Io que ai 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 Díese[), se produce Ia expansión de los gases, ejerciendo su fuerza sobre el cifindro (1) durante el giro del mismo hasta Ia posición de entrada en comunicación de Ia cámara (4), con Ia tobera de escape (20) (figura 14). Así mismo, Ia cámara (4bis) se encuentra llena de gas combustible, por I que fa reducción de volumen en dicha cámara (4bis), producida por el pistón (8) en el giro de 0 ^o a 180°, reducirá el volumen de Ia citada cámara (4bis) realizándose una precompresión de los gases existentes en Ia misma.

La posición de giro de 90° (figura 13), representa el tiempo de trabajo-precompresión, en Ia mitad del recorrido, cuando Ia fuerza

ejercida sobre el ciíindro se ha reducido de forma considerable, por el aumento de volumen en Ia cámara de compresión (4).

Admisión-escape. Unos grados de giro antes de Ia posición de 180° (figura 14), (dependiendo del avance a ía admisión y el escape respectivamente), Ia cámara de precompresión (4bis), se pone en comunicación con Ia cámara de compresión (4), a través del canal de transferencia (21 ), y los gases precomprimϊdos pasan de Ia cámara (4bis) a Ia cámara (4), empujando hacia la tobera de escape (20) los gases quemados y llenando Ia cámara de compresión (4).

Compresión-preadmisión. Unos grados de giro después de Ia posición de 180° (figura 14), (dependiendo de! retraso a Ia admisión y el escape respectivamente), comienzan, de forma simultánea, Ia compresión de los gases en Ia cámara (4) y, a través del orificio de canalizaciones (18), Ia alimentación de fluido combustible, denominada preadmisión, a Ia cámara de precompresión (4bis).

En Ia posición de giro de 270° (figura 15), Ia compresión- preadmisión se encuentra en su punto medio y termina en Ia posición de 0 ^o (figura 12), en Ia que se inicia un nuevo ciclo con Ia ignición de los gases.

El ciclo de trabajo se ha realizado durante 360° 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 Ia invención como compresor volumétrico, que igualmente es básicamente el mismo, eliminando

también [as válvulas de admisión (13) y escape de escape (9) y sus respectivos alojamientos (14) y (10) e incorporando Ia tobera (20), que permite Ia entrada de gas, y que se encuentra comunicada con Ia canalización (22), practicada en Ia cara interna de Ia 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 Ia cámara de compresión (4), se comunica con Ia canalización (22), que a su vez está comunicada con

Ia entrada de gas (20). Esto se produce unos grados de giro después de

Ia posición de mínimo volumen (figura 18), y continúa hasta Ia posición de máximo volumen en Ia cámara de compresión (4) (figura 20).

La entrada de gas se produce por Ia de presión creada en Ia cámara de compresión (4), por el movimiento del pistón (8).

La posición de 90° (figura 19), representa Ia fase de admisión en el punto medio de su recorrido.

Compresión. Comienza unos grados de giro después de Ia posición de 180° (figura 20), cuando fa cámara de compresión (4), ya llena de gas, deja de ser comunicada con Ia entrada de aire (20). A partir de ese momento comienza Ia reducción de volumen en Ia cámara de compresión (4), y Ia consiguiente compresión del gas hasta Ia posición de 0 ^o (figura 18), en que el gas a presión es expulsado a través del orificio de salida (12), dotado de una válvula antirretomo, y comienza un nuevo ciclo.

La posición de 270° (figura 21), representa Ia fase de compresión en su punto medio.

Descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia presente invención, así como ía manera de ponería en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a Ia práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de Ia indicada a título de ejemplo, y a las cuaies alcanzará igualmente Ia protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.