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Motor Rotativo Antonio Sánchez 2.013

Antonio Sánchez Rotary Engine 2.013S. Pat. P201330865

Autor:Antonio Sánchez Vargas

Málaga. España

e-mail: [email protected]

Motor Rotativo Antonio Sánchez 2.013. Patente P201330865

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Los motores alternativos actualmente empleados tienen muy limitado su rendimiento al

perderse parte de la potencia en mover el complejo mecanismo de válvulas, y en revertir en

cada vuelta el movimiento de las masas de pistones y bielas. Esto limita además la velocidad

máxima de rotación y produce vibraciones indeseadas que restan potencia. La utilización de

válvulas también limita los combustibles a utilizar, origina emisiones indeseables, dificulta la

respiración y baja el rendimiento de los turbocompresores instalados en el escape. Por otro

lado los motores rotativos actualmente conocidos son similares en complejidad al motor

alternativo y de igual o inferior rendimiento, presentando problemas serios de desgaste por

deficiente lubricación o refrigeración, e iguales o mayores limitaciones en cuanto a la

utilización de combustibles alternativos.

Con la presente invención se consigue un motor de cuatro tiempos extremadamente

compacto (1960 c.c. de desplazamiento en un cilindro de 36 cm. de diámetro por 16 cm. de

altura), eficiente, absolutamente rotativo, sin válvulas, de configuración muy simple y dotado

de sistemas adecuados de lubricación y refrigeración. El ángulo de operatividad de la bujía y/o

inyector es amplio y casi similar al motor alternativo (23% de la fase de compresión); es decir,

es posible adelantar el encendido o la inyección, y el pistón en el PMS alcanza su mínima

velocidad rotativa, muy próxima a la detención, evitándose así falsas explosiones. El aceite

lubricante es proyectado sobre todas las piezas internas, para después ser barrido, drenado,

refrescado y vuelto a proyectar de forma contínua, asegurando, no sólo la plena lubricación,

sino la estabilidad térmica completa. Las piezas articuladas son tan robustas como en el motor

alternativo convencional y realizan movimientos rotativos sin reversión. Es más, al estar

conformados los pistones en una sola pieza que gira fundamentalmente guiada sobre el eje

central, las tolerancias de mecanizado pueden ser extremadamente mínimas y exactas para así

garantizar el sellado y la durabilidad. Los tiempos realizan recorridos angulares asimétricos

para optimizar el rendimiento. La admisión y la explosión se realizan en tiempos largos (105º),

y la compresión y el escape en tiempos cortos (75º). La refrigeración es mixta: mediante aire

forzado en la superficie externa del estator, y por circulación de lubricante refrigerado en las

superficies internas. Realiza dos explosiones por vuelta, al igual que un motor alternativo

convencional de 4 pistones, y sin embargo está compuesto por 8 piezas principales (5

móviles). El volumen desplazado en cada vuelta (cilindrada) es aproximadamente el 40% del

volumen total del motor.


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Currently reciprocating engines have very limited performance because output power is lost moving the valve complex mechanism. Also in reverting the mass movement of pistons and connecting rods at every turn. This further limits the maximum rotation speed and produces unwanted vibrations that remaining power. Valves also limits to use some fuels, causes undesirable emissions, difficulty breathing and low the performance of a turbocharger installed in the exhaust.

On the other hand, rotary engines currently known are similar in complexity to the reciprocating engine, with equal or less yield, but presenting serious wear problems because poor lubrication or cooling. Also have limitations to use alternative fuels.

This invention represents a four-stroke engine extremely compact (1960 cc displacement in a cylinder of 36 cm. diameter by 16 cm. height) , efficient, absolutely rotary, valveless, and with very simple configuration, that have adequate lubrication and cooling systems. Sparkplug operation angle and / or injector is wide and almost similar to reciprocating engine (23% of the compression stroke), ie it is possible to advance the ignition or injection. The piston at TDC reaches its minimum rotational speed, very close to the arrest, thus avoiding misfiring. Lubricant is projected onto all internal parts, then be swept, drained, cooled and returned to project continuously, ensuring not only the full lubrication, but thermal stability in all parts.

Articulated parts are as robust as in the conventional reciprocating engine and rotary movements performed without reversal. Moreover, the piston being formed in one piece which essentially revolves guided on the central axis. The machining tolerances can be extremely accurate minimum and thus ensuring the sealing and durability. strokes perform asymmetric angular paths to optimize performance. intake and power stroke are made 40% more longer than the compression and exhaust stroke. Cooling is made with forced air on the outer surface of the stator, and by forced circulating lubricant on the inner surfaces. This engine make two explosions per round, just like a 4 pistons conventional reciprocating engine, and yet is made with 8 main parts (5 mobile). The volume displaced at each turn (displacement) is approximately 40% of the total engine volume.


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DESCRIPCION


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El objeto de esta invención se refiere a un nuevo prototipo de motor de combustión

interna cuyas partes móviles efectúan movimientos enteramente rotativos exentos de detención

o reversión de masas. Este motor se construye en acero, y según se detalla en las figuras que se

acompañan, está formado por un estator (1), que consiste en una cavidad cilíndrica, que aloja

un rotor (2) con dos pistones rotativos (3) conformados estos en una sola pieza. El estator

posee una ventana de admisión (4) y una ventana de escape (5). También posee una bujía (6)

situada diametralmente opuesta a las ventanas y en su mismo plano. Las ventanas de admisión

y escape se prolongan hacia el exterior en el colector de admisión (7) y escape (8)

respectivamente. En su superficie exterior, el estator está conformado con una pluralidad de

aletas de refrigeración horizontales y verticales (9). Como parte del sistema de lubricación, la

tapa del estator lleva practicadas en el centro una pluralidad de ventanas de drenado (10) así

como un canal externo de drenado (11) en su periferia, según se detalla en la figura 11. Este

canal colecta el lubricante centrifugado por el giro del rotor hacia las paredes cilíndricas

interiores del estator, que posteriormente decanta por gravedad, conduciéndolo hacia la bomba

de lubricante (12). El motor queda cerrado por la tapa del estator (13), también conformada

exteriormente con una pluralidad de aletas de refrigeración, y que se fija y amarra al propio

estator con tornillos (14). El rotor, visto desde la bomba de lubricante, gira en sentido contrario

al de las agujas del reloj y está conformado por un eje central (15) y dos culatas (16). Cada

culata se prolonga por su cara posterior formando un arco de estanquidad (17). Cada arco de

culata se solapa a su vez con un arco de estanquidad del pistón (18) situado detrás, según el

sentido de giro. Estos arcos se localizan en el mismo plano que las ventanas y la bujía, y su

función es impermeabilizarlas del lubricante así como evitar fugas del mismo. Los pistones

giran en el mismo sentido del rotor, y tienen forma de segmento de corona cilíndrica,

desplazándose precisamente ajustados entre el estator y el rotor. En su parte posterior, uno de

los pistones lleva embutido un rodillo (19) que queda permanente aplicado contra la superficie

cilíndrica interna del estator por su resorte (20). El rodillo gira sobre su eje cuando gira a su

vez el pistón, recogiendo lubricante e imprimiendolo sobre la superficie cilíndrica interna del

estator que queda cubierta por los arcos de estanquidad. Por su parte posterior, el otro pistón

está conectado al pie de la biela (21) mediante un bulón cilíndrico (22). Esta biela a su vez se

conecta por su cabeza al cigüeñal (23). De esta forma se conforma un mecanismo solidario

articulado destinado a convertir el movimiento alternativo circular de los pistones en

movimiento circular continuo en el cigüeñal y viceversa. El cigüeñal posee un piñón (24),


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situado según se expresa en la figura 24. El piñón de cigüeñal se engrana con la cadena de

eslabones (25), que a su vez queda engranada al piñón fijo central del estator (26). Estas tres

piezas quedan situadas en el mismo plano. El piñón fijo tiene doble diámetro y número de

dientes en relación al piñón del cigüeñal, y queda amarrado y fijado al cilindro central (27) que

es una prolongación interior del estator. Este cilindro es atravesado longitudinalmente en su

centro por el eje central del rotor. Cuando el rotor gira, pone a la cadena en tensión haciendo

girar al cigüeñal sobre su eje en sentido contrario al del rotor y a doble velocidad que este,

debido a la relación de dientes de los dos piñones. Así, cuando el rotor gira una vuelta, el

cigüeñal además gira dos vueltas sobre su eje en sentido contrario. Cada culata queda

circularmente enfrentada por su parte anterior con un pistón, por lo que cuando el rotor gira, se

conforma entre ambos una cámara de volumen variable. Cada culata lleva practicada en su

parte anterior, y en el mismo plano que bujía y ventanas, una oquedad (28) que conforma la

cámara de combustión y que tiene la función de aumentar la superficie de contacto de esta

cámara con la bujía, y por tanto, el tiempo de contacto cuando el rotor gira. El rotor tiene

forma cilíndrica hueca en su parte central, con una pluralidad de ventanas (29) practicadas para

permitir la circulación del lubricante y el movimiento de las piezas internas. El eje del cigüeñal

está apoyado sobre los dos soportes (30), constituidos por un par de salientes del rotor. El

sistema de lubricación del motor está constituido por un circuito cerrado en el que el lubricante

está en permanente circulación. Externamente, la tapa del estator conforma un radiador

térmico conformado por aletas atravesadas por tubería. En su centro aloja la bomba de

lubricante, del tipo de engranaje de tambor en media luna, y que gira solidaria con el eje

central. El aceite caliente que alcanza las ventanas de drenado del estator es conducido a la

entrada (31) de la bomba de lubricante, que al girar, hace que sus engranajes (32) lo bombeen

por su salida (33) hacia la tubería (34) plegada donde se refresca al transferir parte de su calor

a las aletas del estator. La salida de esta tubería se conecta a la entrada (35) de los conductos

del cilindro central del estator, y finalmente, el lubricante acaba siendo proyectado por las

salidas (36) de estos conductos, sobre las partes internas del motor. En reposo, tanto la tubería

como la bomba están rellenas de lubricante, cuyo nivel alcanza las ventanas de drenado del

estator. La estanquidad de cada cámara de combustión queda reforzada por los sellos de

compresión del pistón (37) y los sellos de compresión de las culatas (38). Cada pistón y culata

lleva insertado un sello completo compuesto por una pluralidad de segmentos, que aseguran la

estanquidad en la cámara de combustión. Existen dos tipos de segmentos, de tipo rectilíneo

(39) y de tipo angular (40). Cada segmento posee uno o varios clips (41) según sea su longitud.


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Estos clips quedan comprimidos cuando los segmentos se insertan en su alojamiento, por lo

que actúan empujando cada segmento hacia el exterior, para que toda la cara exterior de cada

sello quede en permanente contacto con el estator o rotor, según el caso. El eje central se apoya

sobre el estator, mediante los rodamientos de bolas (42). A su vez, los pistones apoyan su eje

(43) sobre el cilindro interior del rotor.


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FUNCIONAMIENTO


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El funcionamiento del motor se representa en las figuras 29 a 32. Cuando el rotor gira

una vuelta, el cigüeñal gira esa misma vuelta conjuntamente con el rotor, pero además gira dos

vueltas en sentido contrario sobre su propio eje. En cada vuelta del cigüeñal sobre su propio

eje, se desarrollan dos carreras en cada pistón, una de aceleración, y otra de deceleración, en

relación con el rotor. Esto hace que cada pistón se acerque y aleje de su culata par

alternativamente, variando por tanto el volumen entre ambos. Estas carreras desarrollan

recorridos angulares distintos, tanto en el pistón como en el rotor y cigüeñal. En la carrera de

aceleración el pistón gira sobre el estator 143,5º y en la de deceleración 36,5º. A la vez, el rotor

gira 75º en la carrera de aceleración del pistón, y 105º en la carrera de deceleración. La

velocidad de giro del cigüeñal sobre su eje es doble en relación con la del rotor sobre el estator,

aunque de sentido contrario. Es decir, en la carrera de aceleración el cigüeñal gira 150º y en la

de deceleración 210º. Este motor funciona en el ciclo convencional de cuatro tiempos, por lo

que cada pistón recorre una vuelta completa sobre el estator desarrollando cuatro carreras o

tiempos. La carrera de admisión, durante 36.5º de recorrido, la de compresión durante 143,5º,

la de explosión durante 36.5º, y la de escape durante 143.5º. La suma de las cuatro carreras

totalizan los 360º de un giro completo. El rotor gira a velocidad uniforme, en tanto el pistón

alterna aceleraciones con deceleraciones. En la figura 29 se representa el inicio del tiempo de

admisión en un par pistón-culata. En este tiempo el rotor gira 105º. La culata está girando con

el rotor, en tanto el pistón está desarrollando su carrera de deceleración, alejándose de la

culata. Esto provoca un vacío entre ambos. Al inicio del tiempo, la culata descubre la ventana

de admisión, por la que se aspira mezcla aire-combustible que va rellenando el espacio que se

abre entre pistón y culata. El tiempo de admisión finaliza cuando el pistón finaliza su carrera

de deceleración y alcanza su punto de máximo alejamiento de la culata. En este momento se

inicia el tiempo de compresión representado en la figura 30, en el mismo par pistón-culata. En

este tiempo el rotor gira 79º. El pistón, empujado por la biela, inicia su carrera de aceleración

(en relación con la culata). Entonces, el pistón cubre la ventana de admisión y comienza a

comprimirse la mezcla previamente admitida. Próximo al final de esta carrera de compresión,

la cámara de combustión de la culata entra en contacto con el punto de la bujía al quedar esta

descubierta por el avance de la culata, y simultáneamente salta una chispa eléctrica entre los

electrodos de la bujía, que provoca la inflamación de la mezcla combustible ahora

comprimida, finalizando seguidamente este tiempo de compresión. Una vez que el pistón

alcanza de nuevo su punto de mínima distancia a la culata, se inicia el tiempo de explosión,

representado en la figura 31. En este tiempo, el rotor gira 105º. El pistón inicia entonces su


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carrera de deceleración, ayudado en esta por la presión ejercida por la combustión de los gases,

que presiona todas las paredes, acelerando a la culata, y decelerando al pistón. Esta es la

carrera motriz. El pistón recibe el empuje de la explosión, que es convertida en empuje

positivo sobre el rotor y eje de salida, mediante la conversión efectuada por el engranaje del

cigüeñal con la cadena de transmisión y el piñón fijo central. Próximo al final de la carrera de

explosión, la cámara de combustión de la culata descubre la ventana de escape. Entonces los

gases a presión contenidos entre el pistón y la culata escapan por esta ventana hacia el

conducto de escape. Una vez completada la carrera de explosión, cuando de nuevo el pistón y

la culata alcanzan su distancia máxima, se inicia el tiempo de escape representado en la figura

32. En este tiempo el rotor gira 75º. Entonces el pistón inicia de nuevo una carrera de

aceleración, acercándose a la culata. Como la ventana de escape está todo el tiempo

descubierta por la culata, los gases son expulsados hacia el conducto de escape. Cuando

finaliza este tiempo y se ha completado la expulsión de gases, el pistón alcanza su punto de

mínima distancia a la culata, y se inicia entonces otro nuevo tiempo de admisión. Así pues, en

la forma descrita, el rotor permanecerá girando de forma ininterrumpida y realizando las cuatro

fases de funcionamiento en tanto ingrese la mezcla combustible y la bujía inflame dicha

mezcla.


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FIGURAS


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Descripción de las figuras

La figura 1 muestra una perspectiva inferior del motor completo. La figura 2 muestra

una perspectiva superior del motor completa. La figura 3 muestra la planta inferior del motor.

La figura 4 muestra la sección del motor según A-A'. La figura 5 muestra la sección del motor

según B-B'. La figura 6 muestra el motor en sección según C-C'. La figura 7 muestra el rotor

completamente montado, en perspectiva desde el lado del cigüeñal. La figura 8 muestra el

motor en planta, sin la tapa del estator. La figura 9 muestra una sección del estator en alzado,

sin tapa. La figura 10 muestra el estator en perspectiva sin la tapa. La figura 11 muestra el

interior de la tapa del estator en planta. La figura 12 representa una vista del motor en planta

desde la tapa del estator, con detalle de la bomba de lubricante y sentido de circulación de este

por el radiador. La figura 13 muestra la pieza del rotor en perspectiva vista desde el lado del

cigüeñal. La figura 14 muestra una vista del rotor en planta superior y su proyección lateral en

alzado. La figura 15 muestra la pieza del rotor en perspectiva vista desde el lado contrario al

cigüeñal. La figura 16 muestra una perspectiva del pistón vista desde el lado de la articulación

con la biela. La figura 17 muestra una perspectiva del pistón vista desde el lado del rodillo. La

figura 18 muestra una perspectiva del pistón con cigüeñal, biela, cadena y piñón fijo montados.

La figura 19 muestra una vista de los pistones en planta superior y su proyección lateral en

alzado. La figura 20 muestra una perspectiva del rotor con cigüeñal, biela, cadena y piñón fijo

montados La figura 21 muestra una perpectiva del motor sin la tapa del estator. La figura 22

muestra la realización de la lubricación. La figura 23 muestra un detalle en planta de la bomba

de lubricante. La figura 24 muestra una perspectiva del cigüeñal. La figura 25 muestra una

perspectiva de la biela. La figura 26 muestra una perspectiva de la cadena. La figura 27

muestra una perspectiva del piñón fijo del estator. La figura 28 muestra una sección en detalle

del pistón y su sello completo. La figura 29 muestra el funcionamiento del motor al inicio del

tiempo de admisión en un par pistón-culata. La figura 30 muestra el funcionamiento del motor

al inicio del tiempo de compresión en un par pistón-culata. La figura 31 muestra el

funcionamiento del motor al inicio del tiempo de explosión en un par pistón-culata. La figura

32 muestra el funcionamiento del motor al inicio del tiempo de escape en un par pistón-culata.

La figura 33 muestra la secuencia dinámica de transferencia y conversión de potencia en el

tiempo de explosión.


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FUNCIONAMIENTO.

GRÁFICOS


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PARTES

1.- ESTATOR

2.-ROTOR

3.-PISTONES

4.-VENTANA DE ADMISION

5.-VENTANA DE ESCAPE

6.-BUJÍA

7.-COLECTOR DE ADMISIÓN

8.-COLECTOR DE ESCAPE

9.-ALETAS REFRIG ESTATOR

10.-VENTANAS DRENADO ESTATOR

11.-CANAL EXTERNO DE DRENADO

12.-BOMBA DE LUBRICANTE

13.-TAPA DEL ESTATOR

14.- TORNILLOS DE LA TAPA

15.-EJE CENTRAL

16.-CULATAS

17.-ARCO DEL ROTOR

18.-ARCO DEL PISTÓN

19.- RODILLO

20.- RESORTE

21.- BIELA

24.- PIÑÓN DEL CIGUEÑAL

25.- CADENA DE ESLABONES

26.- PIÑÓN FIJO DEL ESTATOR

27.- CILINDRO CENTRAL DEL ESTATOR

28.-CÁMARA DE COMBUSTIÓN

29.- VENTANAS DEL ROTOR

30.- SOPORTE DEL EJE DEL CIGUEÑAL

31.-ENTRADA DE LA BOMBA

32.- ENGRANAJES DE LA BOMBA

33.- SALIDA DE LA BOMBA

34.- TUBERÍA DEL RADIADOR

35.- ENTRADA DEL ESTATOR

36.- PROYECTORES DEL ESTATOR

37.- SELLO DEL PISTÓN

38.- SELLO DE LA CULATA

39.- SEGMENTO RECTILÍNEO

40.- SEGMENTO ANGULAR

41.- CLIP DE SEGMENTO

42.- RODAMIENTO DEL EJE

43.- EJE DE PISTONES


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Prototipo 1.960 c.c. de desplazamiento. Vol desplazado en cada par: 980c.c. (9.2cm. x 9.2cm.

x71º). Dimensiones del motor excl. bujía y eje: 35.3cm. de diámetro x 16cm. de altura.


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