D E S C R I P C I O N

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un motor rotativo de ciclo partido, que presenta la particularidad de que sus contrapesos presentan una especial configuración que permiten a la vez de actuar como elemento o elementos estabilizadores del motor, como elemento compresor destinado a proporcionar el flujo de aire o comburente que entra en las cámaras del motor, bien de forma directa, o a través de un depósito de aire comprimido, además de generar energía eléctrica.

El objeto de la invención es proporcionar un motor rotativo de ciclo partido con un menor número de piezas de motor, en el que los tiempos de funcionamiento se encuentran divididos en cámaras diferentes, permitiendo diferentes modalidades de funcionamiento, todo ello con un rendimiento elevado, sin necesidad de grandes cubicajes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el ámbito de aplicación práctica de la invención, son conocidos una gran variedad de motores rotativos, como puede ser el documento WO 9534749, en el que se describe un motor rotativo con admisión y escape axiales, en la que sus pistones realizan movimientos contrarios dentro de una cámara de explosión circular, de manera que la admisión de gases se produce mediante la sincronización de los pistones con unos discos que abren y cierran las correspondientes lumbreras, pudiéndose este proceso considerarse equivalente a una admisión atmosférica de un motor de combustión interna tradicional.

Consecuentemente, el rendimiento de este tipo de motores se ve sensiblemente limitado frente a motores sobrealimentados.

Si bien son conocidos diferentes tipos de mecanismos para llevar a cabo este tipo de sobrealimentación, ya sea a través de los gases de escape expulsados (turbocompresores), o bien mediante elementos mecánicos (compresores) accionados por la transmisión del motor, este tipo de elementos constituyen elementos independientes del motor, con esta única función, de manera que, no permiten aunar varias funciones en un mismo elemento, simplificando la estructura del motor, y consecuentemente mejorándolo.

Si bien es cierto que en la patente británica GB 943693 se describe un motor rotativo en el que se establece un ventilador que actúa como volante de inercia, al que se pueden aplicar pesos para equilibrar la excéntrica y el rotor, dicho elemento tiene como finalidad principal refrigerar el motor, de manera que el mismo no controla ni regula la entrada y salida de gases que entran en las cámaras de dicho motor, no previéndose el empleo de y llenado a partir de este elemento de uno o mas depósitos de aire comprimido. En cualquier caso, este tipo de motores presentan una estructuración sumamente compleja, con unos consumos de combustible elevados.

En este sentido, tradicionalmente, en los motores rotativos de cuatro tiempos, el hecho de producirse la combustión durante la carrera de expansión del cilindro produce una gran pérdida de potencia debido a la pérdida de presión que se experimenta en la expansión. En definitiva, si bien existe una gran variedad de motores rotativos, ninguno presenta las características estructurales y funcionales del motor rotativo de ciclo partido objeto de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El motor rotativo de ciclo partido que se preconiza resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, merced a una novedosa estructuración sumamente efectiva, con un menor número de piezas de motor, en el que los tiempos de funcionamiento se encuentran divididos en cámaras diferentes, permitiendo diferentes modalidades de funcionamiento. Para ello, se parte de la estructura convencional de cualquier motor rotativo, en la que se establece una serie de cámaras en las que juegan respectivos rotores, con sus correspondientes lumbreras de entrada de aire y sus complementarias cámaras de salida de gases, así como con los clásicos alojamientos para los sistemas de encendido, inyectores etc, con la particularidad de que, se define al menos un rotor principal, un rotor secundario en funciones de contrapeso, y un segundo contrapeso, de manera que los cuatro tiempos clásicos de funcionamiento (admisión-compresión- expansión-escape) tienen lugar en dos cámaras diferentes, actuando uno de los lóbulos del rotor como compresor y asumiendo la admisión y la compresión, mientras que el segundo lóbulo actúa como motor produciendo la expansión y el escape, lo que permite que los cuatro tiempos se realicen en un determinado giro del motor.

El motor puede disponer indistintamente de una o dos cámaras de combustión principales, con sus correspondientes rotores, de manera que paralelamente a la/las mismas, se establece otra cámara en las que se establece un rotor secundario, en funciones de contrapeso, pero con la particularidad de que en dicha cámara se produce por el propio desplazamiento del rotor, un efecto de aspiración e impulsión de gases que, a través de los correspondientes compartimentos entre unas y otras cámaras, se aprovechan para controlar la entrada y salida de gases a las cámaras de admisión-compresión y expansión-escape.

Este contrapeso está desfasado un cierto número de grados con respecto a los rotores principales, con lo que, como se verá más adelante, el mismo se complementa con un segundo contrapeso con el que se compensa este desfase.

La principal ventaja de la división por un lado de la admisión y la compresión y por otro lado la explosión y escape permiten mejorar las prestaciones en cuanto a potencia efectiva y a reducción de cilindrada, y por lo tanto una consecuente reducción de consumo (reduciendo aún más si aplicamos un turbocompresor).

Al añadirle un turbocompresor (movido por los gases de escape), las dimensiones del rotor secundario se reducen (Mejorando el ciclo Miller), por lo tanto, aumenta el contrapeso segundo.

La principal ventaja que presentan este sistema frente al ciclo Miller es debido al hecho de que la etapa de admisión y compresión se encuentra en un lóbulo independiente frente a la carrera de expansión y escape, esta configuración permite dimensionar ambos lóbulos de manera independiente sin tener que recurrir al sistema de cierre adelantado de válvulas de admisión para diferenciar la carrera de admisión frente a la carrera de expansión, por lo que con este sistema las pérdidas por bombeo se reducen al mínimo frente al ciclo Miller, mientras que el rendimiento volumétrico de llenado del lóbulo aumenta. Otra de las características principales por las que este tipo de configuración crea una gran diferenciación con respecto a los ciclos tradicionales de funcionamiento es el hecho que la combustión se produce después de que el rotor de expansión alcance el punto muerto superior, es decir durante la carrera de expansión. Tradicionalmente el hecho de producirse la combustión durante la carrera de expansión del cilindro producía una gran pérdida de potencia debido a la pérdida de presión que se experimentaba en la expansión, para contrarrestar este efecto, en el motor se intenta crear las condiciones propias de una combustión producida al alcanzar el rotor principal el punto muerto superior, para ello introducimos en la cámara del rotor principal aire mezclado con combustible a alta presión a la vez que se pretende que la combustión del combustible se produzca lo más próximo al punto muerto superior a pesar que el pistón está comenzando a realizar la carrera de expansión.

Además el hecho de realizarse la combustión durante la carrera de descenso del cilindro permite una optimización de entrega de par.

A partir de esta estructuración, el rotor secundario, rota en dirección contraria al rotor principal, aspira e impulsa el aire a través de una serie de conductos de aire comprimido que acceden a las cámaras principales, las cuales disponen axialmente de una serie de lumbreras por las que son expulsados los gases de escape. En cuanto al rotor principal, en el mismo se definen dos lóbulos, de manera que en uno de ellos en el extremo y parte del lateral se definen una serie de conductos internos, mientras que el otro lóbulo carece de los mismos.

De forma más concreta, uno de los conductos se materializa en un conducto de salida de gases, de manera que los mismos escapan al entrar en dicho conducto y salir por las lumbreras de la cámara principal de forma axial, obteniéndose una expansión completa, de forma análoga al ciclo de Atkinson. Paralelamente, en dicho lóbulo se establecen adicionalmente dos conductos convenientemente independizados, para la entrada y salida de aire, de manera que, cuando dicho lóbulo se encuentra en el punto muerto superior, y los gases ya han salido, al girar y bajar, la cámara se llena de aire nuevamente gracias a estos conductos.

Por su parte, cuando el otro lóbulo del rotor entra en esa misma cámara, expulsa este aire por esos mismos conductos, concretamente con el conducto lateral, en lugar de comprimirlo. A partir de esta maniobra se permite refrigerar las cámaras y conseguir una explosión lo más próxima al punto muerto superior.

De esta forma, las lumbreras de admisión, que se conectan con la cámara secundaria a través de conductos, se controlan mediante válvulas rotativas, sincronizadas con el eje del motor, mediante las que se controla su obturación.

En el caso de las lumbreras de admisión de la carcasa secundaria, pueden comunicarse a través de conductos internos con un depósito de aire comprimido, con el que se comunican la cámara o cámaras en las que juegan el rotor o rotores secundarios, conductos que adoptan una disposición radial, mientras que los huecos de aspiración de aire se disponen distribuidos equiangularmente en disposición axial sobre la cámara, estando los mismos igualmente asistidos por una válvula rotativa encargada de controlar su obturación en función de la posición angular de dicho rotor secundario. De acuerdo con otra de las características de la invención, y dado que el rotor secundario en funciones de contrapeso tiene un desfase anteriormente comentado que existe con respecto al rotor principal, se ha previsto la inclusión de un segundo contrapeso para equilibrar el dispositivo, dotado de un imán o imanes interiores, o cualquier otro material que sirva para el propósito, que se hace girar con respecto a un bobinado, aunque pueden ser sencillas bobinas devanadas en los polos saliente del estator con núcleos de imanes, acero,.. etc, en el que se induce una corriente, de manera que el motor actúa como generador eléctrico, de modo que la energía generada pueda ser aprovechada por el vehículo.

Finalmente, y de acuerdo con otra de las características de la invención, se ha previsto que la recuperación de la energía que se degrada en la frenada en forma de calor, pueda ser aprovechada introduciendo aire en el depósito de aire comprimido y almacenando energía eléctrica en baterías.

Para ello, parte del par que es necesario aplicar en la frenada del vehículo en el que el motor se encuentre instalado, se obtiene en parte por la fricción realizada por el mecanismo de freno, más el par que es necesario aplicar para mover el rotor secundario y terciario, así se permite que el par de la frenada se reparta tanto en el sistema de frenado (quitando tensión a los discos de freno) como por el sistema de comprimir y almacenar aire en el depósito de aire comprimido para un posterior empleo del mismo en otro tipo de configuración de funcionamiento, y por el sistema generador de electricidad para su posterior almacenamiento.

Paralelamente, también es posible meter aire en el/los depósito/s de aire comprimido y generar electricidad, cuando el motor requiera relaciones de potencia baja, como son los casos de velocidad constante en llano o velocidades bajas pero constantes, o cuando el vehículo se encuentre parado (atascos, semáforos...etc)

Con este tipo de configuración, tanto el flujo de combustible como la corriente eléctrica para encender el sistema de encendido son desconectados, por lo que los rotores principales dejan de funcionar y solo actúa el rotor secundario y el contrapeso secundario movidos por la inercia del vehículo que se quiere frenar. Mediante este proceso de frenada regenerativa se puede optimizar la energía almacenada en los depósitos de aire comprimido y la electricidad en las baterías, empleándola para aumentar la potencia del motor cuando se requiera, así como para, por ejemplo, el accionamiento de los frenos neumáticos o cualquier sistema que lo requiera, eliminando la necesidad de emplear un compresor adicional para generar aire comprimido, como es preciso en algunos tipos de vehículos.

Finalmente, cabe destacar el hecho de que otra ventaja que presenta el motor de la invención es que, dependiendo de la carga de trabajo que tengan, se puede configurar para que, por cada revolución (360°), el rotor principal realice 0 (frenada), 1 ó 2 explosiones, o incluso tres, en función del número de rotores principales previstos para el motor.

Tal y como se ha dicho anteriormente, el eje del motor puede ser utilizado para generar energía eléctrica, de manera que entre las carcasas de los rotores que comunican los conductos de descarga de una cámara a otra, se dispone el correspondiente estator, siendo solidario al eje el correspondiente rotor eléctrico, permitiendo así generar energía con el motor sin necesidad del clásico alternador, evitando así el empleo de transmisiones que necesitan de continuo mantenimiento. De igual manera, el segundo contrapeso, se puede emplear para constituir el eje motriz de un generador de aire comprimido.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra un detalle en alzado frontal y en despiece de la pieza que forma la cámara de combustión de un motor rotativo realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención, en la que juega el rotor principal.

La figura 2.- Muestra una vista en alzado frontal y en despiece correspondiente a la cámara en la que juega el rotor secundario, encargada de gestionar el flujo de gases entrantes y salientes de las cámaras de combustión de las figuras anteriores y de introducir aire en un depósito de aire comprimido.

La figura 3.- Muestra una vista en alzado frontal y en despiece del contrapeso secundario y la bobina sobre la que se desplaza para constituir el sistema de generación de energía eléctrica.

La figura 4.- Muestra, finalmente, de acuerdo con una vista en alzado frontal de las diferentes piezas que participan en el motor, una secuencia de dos fases, de acuerdo con dos filas, en función de la posición angular del rotor principal y los contrapesos principal y secundario. La figura 5.- Muestra una representación esquemática en perfil del motor, en la que se puede observar la inclusión de un rotor eléctrico dispuesto entre las carcasas de los rotores que comunican los conductos de descarga de una cámara a otra.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras señaladas, puede observarse como en el motor de la invención participan al menos una cámara de combustión principal (1-1-1), de configuración esencialmente en triangulo, a base de un cuerpo central (1), y dos elementos en funciones de tapas laterales en cuyo seno juega un rotor principal (3), asociado al eje (6) del motor, a través del correspondiente mecanismo excéntrico, mediante el que se posibilitan las diferentes posiciones para dicho rotor tal y como muestra la figura 4, definiéndose unas cámaras de sellado internas (7) con sus correspondientes sellos (8) que aseguran la estanqueidad en los desplazamientos angulares del rotor principal (3). Radialmente a cada cámara de combustión principal (1) se establecen tres parejas de entradas de aire comprimido (9) destinadas a permitir la entrada de comburente, el cual es insuflado a través de respectivos conductos de aire comprimido (10), que comunican a la cámara secundaria (11), con la cámara principal (1), contando la misma con tres lumbreras de escape (12), dispuestas axialmente, mientras que la otra carcasa de la cámara principal (1) cuenta axialmente con una serie de orificios (2) o lumbreras entrada y salida de aire a presión atmosférica, para refrigeración de las cámaras, estando asistidos estos orificios (2) o lumbreras así como las entradas (9) de aire comprimido por una válvula rotativa (14) discoidal, con un orificio perimetral (15) para dejar paso al aire comprimido, y una serie de orificios (16) para dar paso de aire atmosférico para la refrigeración. Por su parte, en la cámara principal (1) se definen sendos alojamientos (37) para los inyectores. Volviendo de nuevo a la figura 2, en la cámara secundaria (11), coaxial a las cámaras principales o de combustión, juega un rotor secundario (17) que está ligeramente desfasado con respecto al rotor principal, en orden a actuar como contrapeso, conjuntamente con un contrapeso secundario (18), el mostrado en la figura 4, si bien dicho rotor secundario (17) actúa igualmente a modo de compresor, incorporando axialmente unas lumbreras de aspiración de aire (13) asistidas por una válvula rotativa (24), con una ventana (25) que regula la estanqueidad y la entrada de aire en la cámara en función de la posición del rotor que juega en la misma, que dejan pasar el aire a través de las lumbreras de las cámaras del rotor secundario.

Paralelamente, y por la cara opuesta, esta cámara secundaria (11) se complementa con otra válvula rotativa (22) con un orificio (23) para dar paso de aire comprimido al rotor principal, de manera que el aire aspirado por el propio efecto de giro del rotor secundario (17) sale de la cámara secundaria a través de sendas salidas establecidas en correspondencia con sus vértices, y que se comunican con los conductos (10) anteriormente comentados, estableciéndose en dichos puntos sendos conductos radiales (26), estando estos elementos asistidos por válvulas rotativas (28), de modo que dichos conductos radiales (26) son los encargados de llevar el aire, cuando las válvulas rotativas (28) giran, a los depósitos de aire comprimido, mientras que cuando las válvulas rotativas (28) obturan las salidas de los conductos (10), para que el rotor principal (3) no trabaje el vacío, se han previsto que dichas válvulas abran las respectivas tomas (19) y den entrada de aire atmosférico. Por su parte, los conductos que comunican el depósito de aire comprimido con la cámara principal están asistidos por electro válvulas (4).

En cuanto al flujo de gases, cabe destacar el hecho de que, en el rotor principal (3), se definen dos lóbulos extremos, de manera que en uno de ellos en el extremo y parte del lateral se definen una serie de conductos internos, mientras que el otro lóbulo carece de los mismos.

De forma más concreta, uno de los conductos se materializa en un conducto de salida de gases (32), de manera que los mismos escapan al entrar en dicho conducto y salir por las lumbreras de la cámara principal de forma axial (12), obteniéndose una expansión completa, de forma análoga al ciclo de Atkinson. Paralelamente, en dicho lóbulo se establecen adicionalmente dos conductos convenientemente independizados (33-34), para la entrada y salida de aire, de manera que, cuando dicho lóbulo se encuentra en el punto muerto superior y los gases ya han salido, al girar y bajar, la cámara principal se llena de aire atmosférico nuevamente gracias a estos conductos que recogen el aire por las lumbreras (2).

Por su parte, cuando el otro lóbulo del rotor (3) entra en esa misma cámara, expulsa este aire en lugar de comprimirlo por los conductos (33) y (34) que van a parar a las lumbreras (2).

A partir de esta maniobra se permite refrigerar las cámaras y conseguir una explosión lo más próxima al punto muerto superior.

De forma análoga a como sucede en la cámara de combustión, para asegurar una perfecta estanqueidad en el movimiento rotativo del rotor secundario (17), se ha previsto que en la superficie interior de dicha cámara se definan cámaras de sellado (29) asistidas por los correspondientes sellos (30).

Finalmente, y de acuerdo con la figura 3, tal y como se ha comentado anteriormente, el eje del motor se asocia a un segundo contrapeso (18), dotado de unos imanes interiores (o cualquier material que sirva para tal propósito), el cual se hace girar con respecto a una bobina (31), induciendo una corriente eléctrica en la misma, que es aprovechada mediante el correspondiente sistema eléctrico o almacenamiento en baterías.

A partir de la correspondiente transmisión, no representada en las figuras, se hace que el rotor secundario (17) gire en dirección opuesta y con un cierto desfase al rotor primario (3), que se ve compensado por el contrapeso secundario (18).

A partir de esta estructuración, y de acuerdo con la representación gráfica de la figura 3, el funcionamiento es el que sigue:

Tal y como se ha comentado anteriormente, el rotor principal (3) tiene dos lóbulos, uno de ellos tiene conductos internos (32-33-34), mientras que el otro (el de explosión) no.

Este, está adelantado con respecto al rotor secundario (17) unos grados, de manera que cuando el rotor principal (3) se encuentra en el punto muerto superior, el rotor secundario (17) le faltan esos grados para llegar al punto muerto superior de su lóbulo.

La válvula rotativa que deja pasar el aire comprimido (14), gira a la misma velocidad que el rotor principal (3) y secundario (17), y en sentido anti-horario. En la carcasa secundaria, es decir la cámara secundaria (11) la válvula rotativa (22) es la encargada de dejar pasar el aire a los conductos cuando el lóbulo del rotor principal (el de explosión), se encuentra entrando en un lóbulo de la cámara. La válvula (24) es la encargada de dejar pasar el aire a dichos lóbulos del rotor secundario (11).

A través de la válvula (28) y en el caso de requerirlo, es posible cerrar los conductos (10), y redirigir el aire impulsado hacia el depósito de aire comprimido, como por ejemplo en los casos de frenada regenerativa anteriormente descritos.

Finalmente, cabe destacar el hecho de que el segundo contrapeso (18) gira a la misma velocidad que el eje, en sentido contrario al del rotor principal, estando asociado a la bobinado móvil (31) anteriormente comentada.

Tal y como se puede observar en la figura 5, en el eje (6) que conecta el primer rotor principal (3) con el primer contrapeso o rotor secundario (17) se dispone un rotor eléctrico (35), para generar energía eléctrica, de manera que entre las carcasas de los rotores, que comunican los conductos de descarga de una cámara a otra, se disponga el correspondiente estator (36), permitiendo así generar energía eléctrica.