ES2995757T3

ES2995757T3 - Combustion engine

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Publication number: ES2995757T3
Application number: ES16707837T
Authority: ES
Inventors: Vianney Rabhi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2025-02-11
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: AU2016211107A1; EP3250807B1; KR20170105607A; CN107407228A; FR3032236B1; EP3250807A2; CN107407228B; WO2016120560A3; FR3032236A1; US20160252048A1; AU2016211107B2; FR3032234B1; WO2016120560A2; US9982626B2; JP6817946B2; JP2018508689A; CA2974478C; FR3032235A1; FR3032234A1; FR3032235B1

Abstract

El motor de combustión de transferencia-expansión-regeneración (1) comprende un compresor (2) que suministra gases a un conducto de regeneración de alta presión (6) de un intercambiador de calor de regeneración (5), del cual los gases salen precalentados a través de un conducto de salida de alta presión del regenerador (9) que comprende una fuente de calor (12) que sobrecalienta dichos gases, siendo transferidos a continuación por una válvula dosificadora de admisión (24) accionada por un actuador de válvula dosificadora (25) a una cámara de transferencia-expansión (16) formada en particular por un cilindro de expansión (13) y un pistón de expansión (15), saliendo dichos gases de dicha cámara (16) después de haber sido expandidos a través de un conducto de escape de gases expandidos (26) y a través de una válvula de escape (31) accionada por un actuador de válvula de escape (32) antes de ser enfriados en un conducto de baja presión de regeneración (7) que comprende el intercambiador de calor de regeneración (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Motor de combustión

La presente invención se refiere a un motor térmico de transferencia-expansión y regeneración.

Los motores térmicos alternativos de combustión interna más comúnmente utilizados llevan a cabo el ciclo de Otto o de Beau de Rochas, si son motores de encendido controlado, o el ciclo de Diesel si son motores de encendido por compresión. Diversas variantes de estos ciclos permiten concretamente rendimientos mejorados como el ciclo de Miller o el ciclo de Atkinson.

De la patente US-4.653.269 se conoce un motor térmico con un compresor, una cámara de combustión externa a partir de la cual los gases de combustión pasan a través de una válvula adecuada a un reductor, un compresor de aire, un intercambiador de calor donde los gases de escape del expansor precalientan el aire comprimido, que se lleva a continuación a la cámara de combustión, y un acumulador para almacenar el aire comprimido innecesario del compresor. El sistema tiene también la capacidad de frenado regenerativo, es decir, de ralentizar el motor utilizándolo como compresor para comprimir el aire que se pasa al acumulador.

Se distinguen principalmente los motores de cuatro tiempos, que realizan su ciclo en cuatro carreras de pistón, los motores a dos tiempos, que ejecutan su ciclo en solo dos carreras de pistón.

En su inmensa mayoría, los motores de encendido controlado proporcionan un rendimiento máximo que apenas supera el treinta y cinco por ciento. Los motores Diesel rápidos que equipan los automóviles o los vehículos pesados proporcionan un rendimiento máximo del orden de cuarenta a cuarenta y cinco por ciento. Solo los motores Diesel de dos tiempos lentos de muy gran cilindrada sobrepasan el cincuenta por ciento de rendimiento en sus mejores puntos de funcionamiento. Por tanto, independientemente de la aplicación o del tipo de motor térmico alternativo de combustión interna, se pierde entre la mitad y dos tercios del contenido energético del combustible.

Las pérdidas energéticas son esencialmente calor emitido en el escape y calor exportado por el sistema de refrigeración. Las pérdidas por fricción y las pérdidas por bombeo constituyen también una pérdida energética notable que se traduce también en la dispersión de calor en el medio ambiente. Aun siendo de menor importancia, el combustible no quemado o parcialmente quemado también constituye una pérdida. Estas pérdidas proceden de diversos límites inherentes al diseño de motores térmicos alternativos de combustión interna según el estado de la técnica.

En primer lugar, cabe señalar que en dichos motores, hay una gran diferencia entre, por una parte, la temperatura máxima alcanzada por los gases en su combustión y por otra, la temperatura a la que se mantienen las

paredes internas de dichos motores, es decir, sus cilindros, culata y coronas de pistones. Dichas paredes se enfrían efectivamente, ya que por una parte hay que mantener a una temperatura aceptable el aceite que las recubre con una capa fina y que lubrifica los segmentos y los pistones, y por otra, si la temperatura de dichas paredes es demasiado elevada, los gases fríos que entran en dichos cilindros se calientan inmediatamente en exceso desde el momento de su introducción en dichos cilindros, lo que tiene como consecuencia limitar la masa de dichos gases que pueda introducirse en dichos cilindros a la misma presión de admisión.

Además, especialmente en el caso de los motores de encendido controlado, si los gases fríos se calientan en exceso en la fase de admisión, la carga que constituyen con el combustible se hace sensible a la detonación y es necesario retardar la combustión o limitar la compresión. Estas dos disposiciones correctoras deterioran el rendimiento de dichos motores. Además, si los gases fríos admitidos se calientan en exceso, su temperatura al final de la combustión y al principio de la expansión será más alta y producirán más óxidos de nitrógeno, que son contaminantes. La refrigeración de las paredes internas de los motores térmicos alternativos de combustión interna convencionales es por tanto indispensable. Sin embargo, dicha refrigeración lleva a una importante pérdida de energía y de rendimiento que conduce a un consumo de combustible elevado.

Entre los demás límites inherentes al diseño de motores térmicos alternativos de combustión interna según el estado de la técnica, cabe señalar que la admisión de los gases fríos, la combustión de dichos gases y la expansión de dichos gases se produce en la misma cámara. Haría falta por tanto una cámara más bien fría para alojar los gases fríos, y una cámara más bien caliente para evitar la pérdida de calor cuando dichos gases se queman. No es este el caso.

Las distintas fases que son la admisión de los gases fríos, su precompresión, su combustión-expansión y su evacuación denominada “ escape” se producen en la misma cámara y el mismo cilindro, no pudiendo tener lugar dichas fases de forma simultánea y debiendo ser sucesivas en el tiempo.

Esta secuenciación implica una combustión intermitente que debe inicializarse y desarrollarse en cada ciclo. Por ello, es necesario reunir para cada encendido las condiciones necesarias para su buen desarrollo en un tiempo muy corto. Estas condiciones varían mucho en función del régimen y de la carga de los motores. Esto da lugar a una producción importante de material sin quemar, a una combustión producida a volumen variable dado que hay que dar a esta última tiempo para desarrollarse sin que sea posible parar el pistón, y a una gran sensibilidad a la naturaleza del combustible que debe arder sin detonación en encendido controlado, y que debe quemarse en cualquier circunstancia en Diesel a pesar de la ausencia de chispa de encendido.

Al tratarse de motores de encendido controlado, se señala la importancia decisiva de la homogeneidad y de la composición de la carga introducida en los cilindros y concretamente, de la relación aire/combustible y ello, tanto por la inflamabilidad de dicha carga, como por el postratamiento de los contaminantes producidos por la combustión de dicha carga, por ejemplo por medio de un catalizador de tres vías.

Cabe señalar también la fuerte dependencia de estos motores de la tasa de compresión. En teoría, esta última debería ser la más alta posible para realizar una expansión máxima de los gases y obtener el máximo de trabajo en el pistón. En la práctica, los límites de detonación del combustible y el control de los intercambios de calor con las paredes internas del motor determinan la tasa de compresión admisible por este último muy por debajo de la tasa de compresión teóricamente ideal para el rendimiento.

Como la combustión de los motores de ciclo de Otto o de Diesel se produce en un tiempo muy corto, observamos la sensibilidad particular de dichos motores a la relación biela/manivela en la que se basa la ley de variación del volumen de la cámara de combustión. Dado que la combustión no se produce a volumen constante, una parte de dicha combustión se produce antes del punto muerto alto del pistón en un volumen que se reducirá, lo que lleva a una temperatura innecesariamente elevada de los gases y a pérdidas de calor perjudiciales para el rendimiento termodinámico, mientras que la otra parte de dicha combustión se produce después del punto muerto alto del pistón en un volumen que aumentará, de modo que una parte de dicha combustión se produce durante la expansión, lo que también perjudica a dicho rendimiento termodinámico.

La naturaleza secuencial de los ciclos de Otto o de Diesel implica también generar las turbulencias necesarias para garantizar una homogeneidad aire-combustible suficiente, y para reducir el frente de llama para favorecer la propagación en el volumen de la cámara de combustión. Además de generar pérdidas por bombeo adicionales, dichas turbulencias aumentan el intercambio de calor entre los gases calientes y las paredes expuestas a los mismos del cilindro, de la culata y el pistón. En este sentido, dichas turbulencias aumentan las pérdidas térmicas, que limitan el rendimiento.

Una vez realizada la expansión de los gases quemados para obtener el trabajo, dichos gases se evacuan a la atmósfera sin que el motor permita volver a aprovechar el calor residual.

Como alternativa a los motores térmicos alternativos de combustión interna según el estado de la técnica, se conocen los motores centrífugos de turbina de ciclo de Brayton, con regeneración. La versión más evolucionada de estos motores es sin duda la que prevé al menos dos etapas de compresores con refrigerador intermedio. Esta configuración permite aprovechar al máximo el intercambiador de regeneración y se utiliza por ejemplo en el motor “ Rolls-Royce WR-21” previsto para determinados buques militares. El rendimiento de estos motores es superior al cuarenta por ciento.

Estos motores presentan la ventaja de producir una combustión ya no secuencial sino continua, y de separar en el espacio y de confiar a dispositivos dedicados las distintas fases del ciclo termodinámico que son admisión, compresión, combustión, expansión y escape.

Desafortunadamente, estos motores de ciclo de Brayton de regeneración ofrecen únicamente un rendimiento apenas mejor que el de los motores de encendido controlado. Este rendimiento es comparable al de los motores Diesel rápidos y es inferior al de los motores Diesel de dos tiempos lentos y de muy gran cilindrada. Además, la eficacia energética de los motores de ciclo de Brayton de regeneración cae rápidamente fuera del intervalo de potencia en el que producen su mejor rendimiento. Además, en transitorios de potencia, su tiempo de respuesta es largo. Su campo de aplicación es en este sentido limitado.

Otro límite notorio de los motores de ciclo de Brayton de regeneración es su fuerte dependencia del rendimiento de las turbinas y compresores centrífugos que los constituyen. En el estado actual de la técnica y de la tecnología, el rendimiento de estos componentes es limitado, y los márgenes de progreso restantes no permiten prever un salto tecnológico a corto plazo capaz de hacer competitivos dichos motores con respecto a motores alternativos de ciclo de Diesel.

Por lo tanto, los cálculos demuestran que un motor de ciclo de Brayton de regeneración provisto de una turbina motriz y de dos turbocompresores de etapas con refrigerador intermedio podría proporcionar teóricamente un rendimiento total muy elevado, superior al cincuenta por ciento. Para ello, es necesario que las turbinas y compresores centrífugos que lo constituyen tengan un rendimiento del orden de ochenta y cinco a noventa por ciento, mientras que el del intercambiador de regeneración debe ser del orden de noventa y cinco por ciento. Si se sigue aumentando el rendimiento de estos dispositivos, el rendimiento final puede aumentar la setenta por ciento o más para temperaturas de combustión del orden de tan solo mil a mil cien grados centígrados.

Desafortunadamente, estos rendimientos de compresión y de expansión de los gases son casi inalcanzables para compresores y turbinas centrífugas. Sin embargo, estos rendimientos son teóricamente alcanzables para máquinas de pistón siempre que su rendimiento volumétrico sea suficiente y que las pérdidas por bombeo y fricción que generan sean suficientemente reducidas. Los rendimientos necesarios establecidos para los intercambiadores de temperatura a contracorriente también son alcanzables.

El problema reside principalmente en la realización de un cilindro de expansión cuya temperatura de las paredes internas sea próxima a la muy elevada temperatura de los gases de combustión, que es del orden de mil grados centígrados o más. Tal cilindro debe ser permanente, permanecer estanco y ser mecánicamente fiable.

El primer problema reside en los medios de sellado entre dicho cilindro y el pistón con el que coopera, ya que en el estado de la técnica actual, tales medios no existen. Realizar tales medios de sellado es uno de los objetivos del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención. Dicho motor prevé por tanto conferir a su cilindro de expansión una buena estanqueidad y resistencia a las muy altas temperaturas de las turbinas centrífugas.

Provisto de esta primera característica indispensable, dicho motor puede realizar el equivalente de un ciclo de Brayton de regeneración ya no con turbinas y compresores centrífugos, sino con compresores y un cilindro de expansión volumétricos de pistón alternativo.

Cabe señalar también que además de la realización de un cilindro compatible con las temperaturas muy elevadas, el motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención propone controlar el llenado y el vaciado de dicho cilindro para aprovechar mejor las fases de trasvase y de expansión productoras de trabajo.

Resulta de la invención un motor térmico de transferencia-expansión y regeneración:

• Cuyas fases de admisión-compresión, combustión y expansión-escape están separadas, y se confían a dispositivos dedicados diseñados y dimensionados para soportar su carga mecánica y térmica específica más próximas al valor requerido;

• Cuyo calor residual de los gases expandidos se recicla en gran parte para producir trabajo adicional, lo que lleva a pérdidas de calor mínimas;

• Cuya temperatura de las paredes del cilindro de expansión es cercana a la de los gases calientes antes de que estos últimos se expandan, lo que lleva a pérdidas de calor mínimas;

• Cuyos principales componentes no requieren refrigeración, lo que lleva a pérdidas de calor mínimas;

• Cuya relación biela/manivela no influye en el rendimiento;

• Cuya relación volumétrica geométrica no tiene consecuencias sobre el rendimiento, siendo este último cercano al producido por una relación volumétrica infinita;

• Cuya combustión de la mezcla aire-combustible puede hacerse en un amplio intervalo de riqueza y de gran exceso de aire con relación a la estequiometría;

• Cuya combustión es continua y no depende de la propagación de un frente de llama en el espacio tridimensional de una cámara de combustión;

• Cuya combustión, además de ser continua y llevarse a cabo en exceso de aire, se produce a una temperatura máxima menor que la encontrada en los motores térmicos alternativos convencionales, permitiendo esta conjunción de condiciones de realización de dicha combustión producir pocos contaminantes en la fuente de modo que se reduzca o incluso se elimine el recurso a un catalizador de oxidación, a un catalizador de tres vías o a cualquier dispositivo de postratamiento de óxidos de nitrógeno o filtro de partículas.

• Que puede ser de combustión interna o externa, pudiendo en este último caso sustituirse la combustión por una fuente de calor suficientemente intensa de origen solar, nuclear o de cualquier otro origen;

• Que puede consumir cualquier combustible líquido como gasóleo, gasolina de cualquier calidad, etanol o cualquier tipo de alcohol, o cualquier combustible gaseoso como gas licuado de petróleo, de metano o de hidrógeno;

• Que, especialmente si es de combustión externa, puede consumir carbón, madera o cualquier residuo combustible sólido;

• Cuyo intervalo de régimen y de potencia en el que se observa un rendimiento energético elevado es significativamente mayor que el de los motores de turbina;

• Cuya reactividad en transitorio de carga y/o de régimen es más alta que la de los motores de turbina; • Cuyas emisiones acústicas y de vibración son menores que las de los motores térmicos alternativos de combustión interna convencionales, sean de encendido controlado o Diesel, debido a una presión máxima y un gradiente de presión máxima observados en su cilindro de expansión que son muy inferiores a los observados en los cilindros de dichos motores convencionales, y debido a una menor presión de los gases de expansión cuando se liberan al medio ambiente;

• Cuyo rendimiento depende poco de la cilindrada por unidad y cuya viabilidad y eficacia no dependen prácticamente de ninguna dimensión o potencia alta o baja;

• Cuyo rendimiento de conversión del calor a trabajo es muy superior al de los motores de combustión interna alternativos convencionales independientemente del principio rector, para un mismo trabajo proporcionado, con un consumo de combustible más bajo que el de dichos motores convencionales y con unas eventuales emisiones de dióxido de carbono asociadas también más bajas.

Se entiende que el motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención es adaptable a cualquier máquina o aparato que requiera una fuente motriz para desplazarse y/o moverse como un automóvil, motocicleta, vehículo pesado, locomotora, buque, motor de obra, de carga y descarga, de elevación o militar o cualquier otro vehículo automóvil. El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención puede también producir la potencia motriz necesaria para aparatos estacionarios como un generador de electricidad, una bomba hidráulica o cualquier máquina industrial o de uso doméstico que requiera una fuente de movimiento.

Estos ejemplos de aplicación del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención se dan a título no limitativo.

Las demás características de la presente invención se han descrito en la descripción y en las reivindicaciones secundarias, que dependen directa o indirectamente de la reivindicación principal.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende:

• Al menos un compresor que pueda aspirar gases a una determinada presión a través de un conducto de entrada de compresor para expulsarlos a una presión superior en un conducto de salida de compresor;

• Al menos un intercambiador térmico de regeneración constituido por al menos un conducto de alta presión de regeneración y por al menos un conducto de baja presión de regeneración, un primer extremo que incluye dicho conducto de alta presión conectado al conducto de salida de compresor, mientras que los gases circulantes en el conducto de baja presión de regeneración pueden ceder una parte de su calor a los gases circulantes en el conducto de alta presión de regeneración;

• Al menos un conducto de salida de alta presión de regenerador que incluye un primer extremo conectado a un segundo extremo que comprende el conducto de alta presión de regeneración;

• Al menos una fuente de calor situada en un lugar cualquiera del conducto de salida de alta presión de regenerador y que puede sobrecalentar los gases que circulan en dicho conducto;

• Al menos un cilindro de expansión, del que al menos un extremo está cerrado por una culata de cilindro de expansión integrada en dicho cilindro o fijada en este último, alojando dicho cilindro un pistón de expansión con el que lleva a cabo un sellado para formar una cámara de trasvase-expansión de volumen variable, pudiendo desplazarse dicho pistón en dicho cilindro y estando conectado directa o indirectamente a un árbol de salida de potencia por medios mecánicos de transmisión de modo que transmita a dicho árbol un movimiento de rotación continua cuando dicho pistón realiza movimientos de vaivén en el cilindro de expansión;

• Al menos un conducto de admisión de gases calientes que incluye un primer extremo conectado a un segundo extremo que comprende el conducto de salida de alta presión de regenerador, comprendiendo dicho conducto de admisión un segundo extremo que atraviesa la culata de cilindro de expansión para desembocar en el cilindro de expansión a través de una boca de conducto de admisión de gases calientes;

• Al menos una válvula dosificadora de admisión accionada por un accionador de válvula dosificadora, pudiendo dicha válvula obturar o abrir la boca de conducto de admisión de gases calientes;

• Al menos un conducto de escape de los gases expandidos que comprende un primer extremo que atraviesa la culata de cilindro de expansión para desembocar en el cilindro de expansión a través de una boca de conducto de escape de los gases expandidos, comprendiendo también dicho conducto de escape un segundo extremo conectado a un primer extremo que incluye el conducto de baja presión de regeneración;

• Al menos una válvula de escape accionada por un accionador de válvula de escape, pudiendo dicha válvula obturar o abrir la boca del conducto de escape de los gases expandidos;

• Al menos un conducto de salida de motor situado en la prolongación de un segundo extremo que incluye el conducto de baja presión de regeneración, o unido con dicho segundo extremo para constituir con este último una sola y misma pieza,

• Incluyendo dicho pistón (15) de expansión medios (53) de sellado de pistón constituidos por:

• Al menos un anillo continuo perforado (105) que incluye una cara cilíndrica interna (106) de anillo, una cara cilíndrica externa (107) de anillo y dos caras axiales (108) de anillo, estando alojado dicho anillo (105) en al menos una ranura (109) de anillo dispuesta en el pistón (15) de expansión, mientras que dicho anillo (105) puede moverse radialmente en la ranura (109) de anillo sin poder salir de esta última;

• Medios (110) de sellado de anillo que proporcionan un sellado entre cada cara (108) axial de anillo y la ranura (109) de anillo, de modo que esta última defina con el anillo continuo perforado (105) una cámara (119) de distribución de presión conectada por un circuito (114) de transferencia a una fuente (112) de fluido a presión;

• Al menos un orificio calibrado (111) que atraviesa por completo el anillo continuo perforado (105) en su espesor radial;

• Al menos una superficie (116) de sustentación sobre cojín de aire, que comprende el anillo continuo perforado (105), estando dicha superficie (116) de sustentación dispuesta frente a la cámara (119) de distribución de presión.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un compresor de dos etapas y constituido por un compresor de baja presión cuya salida se conecta a la entrada de un compresor de alta presión a través de un refrigerador intermedio de compresor.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un árbol de salida de potencia que acciona en rotación el compresor.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un conducto de entrada de compresor que incluye un inyector de agua que puede pulverizar agua líquida en los gases circulantes en dicho conducto antes de que dichos gases se introduzcan en una cámara de aspiración-expulsión que define el compresor que los aspira.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un compresor que define una cámara de aspiración-expulsión en la que desemboca un inyector de agua, pudiendo este último pulverizar agua líquida en los gases introducidos en dicha cámara después de que dichos gases hayan sido aspirados a través del conducto de entrada de compresor por dicho compresor.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un conducto de salida de compresor que incluye un separador aire-agua.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un conducto de salida de motor que incluye un secador de gases de condensación.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un compresor que incluye una válvula dosificadora de admisión de compresor cuya apertura y cierre son dirigidos por un accionador de válvula dosificadora de admisión de compresor, pudiendo dicha válvula conectar al abrirse el conducto de entrada de compresor con una cámara de aspiración-expulsión que define el compresor.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un conducto de alta presión de regeneración y un conducto de baja presión de regeneración, unidos entre sí en toda o parte de su longitud, siendo el sentido de circulación de los gases contenidos en el conducto de alta presión de regeneración inverso al sentido de circulación de los gases contenidos en el conducto de baja presión de regeneración, constituyendo ambos conductos un intercambiador térmico a contracorriente.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una fuente de calor, que es un quemador constituido por un inyector de combustible y una cámara de combustión.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una fuente de calor constituida por un intercambiador de calor primario que extrae calor de una fuente universal de calor para transmitir dicho calor al gas circulante en el conducto de salida de alta presión de regenerador directamente, o a través de un circuito secundario de transporte de calor.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una culata de cilindro de expansión que incluye una válvula de equilibrado de presión que obtura o no un conducto que conecta la cámara de trasvase-expansión y el conducto de admisión de gases calientes, estando abierta dicha válvula si la presión existente en la cámara de trasvase-expansión es superior a la existente en el conducto de admisión de gases calientes, de modo que los gases pasen de dicha cámara a dicho conducto, estando si no dicha válvula cerrada de modo que dichos gases no puedan pasar de dicho conducto a dicha cámara a través de dicha válvula.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una cámara de trasvase-expansión que incluye al menos un inyector de combustible de mantenimiento de temperatura.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una cámara de trasvase-expansión que incluye al menos un inyector de agua anti-NOx.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un pistón de expansión conectado a los medios mecánicos de transmisión por un vástago de pistón de expansión que atraviesa la culata de cilindro de expansión, realizándose un sellado entre dicho vástago y dicha culata por medios de sellado de vástago.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende medios de sellado de vástago que comprenden un sellado superior de vástago y un sellado inferior de vástago suficientemente alejados entre sí para formar, entre ambos sellados, una cámara de circulación de aceite en la que desemboca un conducto de entrada de aceite de refrigeración-lubricación y de la que sale un conducto de salida de aceite de refrigeración-lubricación.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende medios de sellado de vástago que cooperan con una barra de guía de vástago alojada dentro o fuera de la cámara de circulación de aceite.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende medios mecánicos de transmisión constituidos por una biela, de la que uno de los extremos se articula de forma directa o indirecta en el pistón de expansión y cuyo otro extremo se articula alrededor de una manivela solidaria del árbol de salida de potencia.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una válvula dosificadora de admisión y/o la válvula de escape guiada de forma directa o indirecta en una caja de válvula alojada en la culata de cilindro de expansión, incluyendo dicha caja un asiento sobre el que puede reposar dicha válvula para constituir un sellado, mientras que dicho asiento y/o la parte de la caja de válvula que guía dicha válvula es refrigerada por un circuito de refrigeración de válvula en donde circula un fluido de intercambio térmico.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención incluye medios de sellado de pistón que comprenden al menos un receso de contrapresión que no desemboca axialmente y dispuesto en hueco en la cara cilíndrica externa de anillo, de modo que la superficie de la cara cilíndrica externa de anillo no ocupada por dicho receso constituye la superficie de sustentación sobre cojín de aire.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención incluye medios de sellado de pistón que comprenden un receso de contrapresión constituido por una ranura de contrapresión de poca profundidad más o menos centrada sobre la longitud axial de la cara cilíndrica externa de anillo, realizándose dicha ranura de contrapresión en toda la circunferencia de dicha cara cilíndrica externa de anillo.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención incluye un orificio calibrado que desemboca en dicho receso de contrapresión.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un orificio calibrado que desemboca en el receso de contrapresión por medio de un receso de distribución de presión dispuesto en hueco en el fondo de dicho receso de contrapresión.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un receso de distribución de presión que consiste en una ranura de distribución de presión más o menos centrada en la longitud axial de la cara cilíndrica externa de anillo, realizándose dicha ranura de contrapresión en toda la circunferencia de dicha cara cilíndrica externa de anillo.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende al menos uno de los dos bordes axiales de la cara cilíndrica externa de anillo o de la cara cilíndrica interna de anillo que recibe el receso de contrapresión, que termina en un chaflán de borde.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende medios de sellado de anillo que consisten en un labio de sellado de anillo que es solidario con el anillo continuo perforado por una parte, y que establece un contacto sellado con el interior o el reborde de la ranura de anillo, por otra parte.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende medios de sellado de anillo que consisten en una parte axial adelgazada dispuesta en las proximidades de al menos uno de los extremos axiales del anillo continuo perforado, siendo dicha parte solidaria con la ranura del anillo, y siendo lo suficientemente flexible como para permitir que el diámetro del anillo continuo perforado aumente o disminuya con respecto al de dicha ranura.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un anillo continuo perforado constituido por un material blando y que comprende al menos un resorte circunferencial de anillo que tiende a reducir el diámetro de dicho anillo.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una cámara de distribución de presión que aloja medios de difusión de fluido de anillo que fuerzan al fluido de anillo procedente del circuito de transferencia de presión a extenderse por la mayor superficie posible de la cara cilíndrica interna de anillo antes de salir por el orificio calibrado.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende medios de difusión de fluido de anillo, que consisten en una placa de difusión alojada en el fondo de la ranura de anillo, estando al menos uno de los extremos axiales de dicha placa provisto de al menos un orificio o ranura lateral de placa de difusión, que fuerza el fluido de anillo procedente del circuito de transferencia de presión a desembocar en la cámara de distribución de presión por al menos uno de sus extremos axiales.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una ranura de anillo que tiene un tope radial de anillo que limita la penetración del anillo continuo perforado en dicha ranura.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un circuito de transferencia de presión, que consiste en un tubo de entrada de presión paralelo al cilindro de expansión y solidario con el pistón de expansión, abriéndose un primer extremo de dicho tubo hacia el interior de dicho pistón, mientras que el segundo extremo de dicho tubo desemboca, a través de un orificio de la cámara de presión en donde puede trasladarse longitudinalmente y de forma estanca, en una cámara de presión conectada a la fuente de fluido a presión.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un tubo de entrada de presión que está conectado a la cámara de distribución de presión por al menos un conducto radial de entrada de presión.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una cámara de presión que está conectada a la fuente de fluido a presión, mediante una válvula antirretorno de presión proporcional que permite que el fluido de anillo vaya de dicha fuente a dicha cámara, pero no vaya de dicha cámara a dicha fuente.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende una ranura de anillo que aloja un resorte de expansión que se apoya sobre dicha ranura para ejercer un esfuerzo radial sobre la cara cilíndrica interna del anillo.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un resorte de expansión que realiza mediante contacto un sellado entre la ranura de anillo y el anillo continuo perforado.

El motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la presente invención comprende un resorte de expansión que está provisto de al menos un orificio de difusión de fluido y/o de al menos una ranura de difusión de fluido, de modo que se constituyan con dicho orificio y/o dicha ranura los medios de difusión de fluido de anillo.

La siguiente descripción en relación con los dibujos adjuntos, y que se facilita a título ilustrativo no limitativo, permitirá comprender mejor la invención, las características que esta presenta, y las ventajas que es susceptible de ofrecer:

La Figura 1 es una representación esquemática del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención en vista superior, comprendiendo el compresor un compresor de baja presión, un compresor de alta presión y un refrigerador intermedio de compresor, mientras que la fuente de calor está constituida por un quemador y los medios de sellado de pistón están constituidos concretamente por un anillo continuo perforado.

La Figura 2 es una representación esquemática del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención en vista lateral, comprendiendo el compresor un compresor de baja presión, un compresor de alta presión y un refrigerador intermedio de compresor, mientras que la fuente de calor está constituida por un intercambiador de calor primario que extrae calor de una fuente universal de calor y los medios de sellado de pistón están constituidos concretamente por un anillo continuo perforado.

La Figura 3 es una representación esquemática en vista lateral del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención, siendo el compresor monoetapa, con pistón de doble efecto, provisto de válvulas dosificadoras de admisión de compresor movidas por un accionador de válvula dosificadora de admisión de compresor, y cooperando con un inyector de agua que pulveriza agua líquida en los gases circulantes en el conducto de entrada de compresor, recuperándose a continuación dicha agua mediante un separador aire-agua, y después mediante un secador de gas de condensación.

La Figuras 4 y 5 son respectivamente una vista tridimensional en corte y una vista tridimensional despiezada de una parte del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención cuando los medios de sellado de pistón están concretamente constituidos por un anillo continuo perforado, incluyendo concretamente dicha parte medios mecánicos de transmisión y un cilindro de expansión que define con el pistón de expansión con el que coopera dos cámaras de trasvase-expansión, cada una cerrada por una culata de cilindro de expansión.

La Figura 6 es una vista tridimensional fantasma de una válvula de escape del motor térmico de transferenciaexpansión y regeneración según la invención cuyo asiento y la parte de una caja de válvula que guía dicha válvula son refrigeradas por un circuito de refrigeración de válvula.

La Figura 7 es un diagrama presión-volumen que ilustra de forma esquemática el ciclo producido en la cámara de trasvase-expansión del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención.

La Figura 8 es un diagrama presión-volumen que ilustra de forma esquemática el ciclo que puede producirse en la cámara de trasvase-expansión del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención con el propósito de maximizar el par de dicho motor.

La Figura 9 es un diagrama presión-volumen que representa de forma esquemática el ciclo tal como puede producirse en la cámara de trasvase-expansión del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención con el propósito de reducir el par de dicho motor.

La Figura 10 es un diagrama presión-volumen que representa de forma esquemática el ciclo como puede producirse en la cámara de trasvase-expansión del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención con el objetivo de maximizar el rendimiento de dicho motor mediante un inyector de combustible de mantenimiento en temperatura.

La Figura 11 es una vista en corte esquemática de medios de sellado de pistón del motor térmico de transferenciaexpansión y regeneración según la invención cuando están constituidos concretamente por un anillo continuo perforado, estando constituidos los medios de sellado de anillo por una junta tórica.

La Figura 12 es una vista en corte esquemática de los medios de sellado de pistón del motor térmico de transferenciaexpansión y regeneración según la invención, cuando están constituidos por un anillo continuo perforado, presentando la ranura de anillo un tope radial de anillo que limita la penetración del anillo perforado continuo en dicha ranura, mientras que dicho anillo está hecho de un material blando y comprende un resorte circunferencial de anillo.

Las Figuras 13 y 14 son, respectivamente, una sección esquemática y una vista tridimensional despiezada de los medios de sellado de pistón del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención, cuando están constituidos concretamente de un anillo continuo perforado, alojando la ranura de anillo un resorte de expansión que realiza por contacto un sellado entre la ranura de anillo y el anillo continuo perforado, estando dicho resorte provisto además de orificios de difusión de fluido para constituir medios de difusión de fluido de anillo.

Las Figuras 15 y 16 son, respectivamente, una sección esquemática y una vista tridimensional despiezada de los medios de sellado de pistón del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención, cuando están constituidos concretamente por un anillo continuo perforado, alojándose una placa de difusión provista de ranuras laterales de placa de difusión en el fondo de la ranura de anillo, mientras que un labio de sellado de anillo solidario con el anillo continuo perforado constituye los medios de sellado de anillo, y el anillo continuo perforado comprende chaflanes de borde.

Las Figuras 17 y 18 son, respectivamente, una sección esquemática y una vista tridimensional despiezada de los medios de sellado de pistón del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención, cuando están constituidos concretamente por un anillo continuo perforado, alojando la ranura de anillo un resorte de expansión provisto de orificios de difusión de fluido y ranuras de difusión de fluido, con el fin de constituir medios de difusión de fluido de anillo, mientras que los medios de sellado de anillo consisten en partes axiales adelgazadas dispuestas en las proximidades de los extremos axiales del anillo continuo perforado.

Las Figuras 19 y 20 son vistas en corte esquemáticas que ilustran el funcionamiento de los medios de sellado de pistón del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención cuando están constituidos concretamente por un anillo continuo perforado, estando constituidos los medios de sellado de anillo por una junta tórica.

La Figura 21 es una vista en corte esquemática de los medios de sellado de vástago del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención cuando se aplican al tubo de entrada de presión y que están constituidos concretamente por un sellado superior de vástago, un sellado inferior de vástago, una cámara de circulación de aceite, y una barra de guiado de vástago.

La Figura 22 es una vista en corte esquemática de los medios de sellado de vástago del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención cuando se aplican al vástago de pistón de expansión y que están constituidos concretamente por un sellado superior de vástago, un sellado inferior de vástago, una cámara de circulación de aceite y un resorte separador de segmentos.

Descripción de la invención:

Se han mostrado en las Figuras 1 a 22 el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración, diversos detalles de sus componentes, variantes y accesorios.

Como muestran claramente las Figuras 1 a 3, el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración comprende al menos un compresor 2 que puede aspirar gases a una presión determinada a través de un conducto 3 de entrada de compresor para expulsarlos a una presión superior en un conducto 4 de salida de compresor, pudiendo ser dicho compresor 2 centrífugo, volumétrico rotativo de palas, de tornillo o lóbulos, o volumétrico alternativo de pistones, o de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica.

Cabe señalar que si el compresor 2 es alternativo de pistón, su válvula de admisión puede sustituirse de forma ventajosa por una válvula dosificadora 66 de admisión de compresor cuya apertura y/o cierre son controlados por un accionador 67 de válvula dosificadora de admisión de compresor. Según esta configuración, la cantidad de aire admitida por el compresor 2 puede ser regulada por dicho accionador 67 sea durante la carrera de admisión de dicho compresor 2, siendo el cierre de dicha válvula dosificadora 66 más o menos temprano, o bien durante la carrera de compresión de dicho compresor 2, siendo el cierre de dicha válvula dosificadora 66 más o menos tardío.

Se ve también en las Figuras 1 a 3 que el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención comprende al menos un intercambiador 5 de calor de regeneración constituido por al menos un conducto 6 de alta presión de regeneración y por al menos un conducto 7 de baja presión de regeneración, estando un primer extremo 8 que incluye dicho conducto 6 de alta presión conectado al conducto 4 de salida de compresor, mientras que los gases circulantes en el conducto 7 de baja presión de regeneración pueden ceder una parte de su calor a los gases circulantes en el conducto 6 de alta presión de regeneración. Se señala por otra parte que el interior del conducto 7 de baja presión de regeneración puede estar revestido de metales preciosos como platino, paladio o rodio, cuyas propiedades catalíticas favorecen la oxidación de los hidrocarburos que pueden contener los gases circulantes en dicho conducto 7 de baja presión.

Dicho motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración comprende también al menos un conducto 9 de salida de alta presión de regenerador que incluye un primer extremo 10 conectado a un segundo extremo 11 que comprende el conducto 6 de alta presión de regeneración;

Cabe señalar también en las Figuras 1 a 3 que el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención comprende al menos una fuente 12 de calor situada en un lugar cualquiera del conducto 9 de salida de alta presión de regenerador y que puede sobrecalentar los gases que circulan en dicho conducto 9.

Las Figuras 1 a 5 muestran también que el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención comprende además al menos un cilindro 13 de expansión del que al menos un extremo está cerrado por una culata 14 de cilindro de expansión integrada en dicho cilindro 13 o fijada sobre este último, alojando dicho cilindro 13 un pistón 15 de expansión con el que lleva a cabo un sellado para formar una cámara 16 de trasvase-expansión de volumen variable, pudiendo desplazarse dicho pistón 15 en dicho cilindro 13 y estando conectado directa o indirectamente a un árbol 17 de salida de potencia por medios mecánicos 18 de transmisión de modo que transmita a dicho árbol 17 un movimiento de rotación continua cuando dicho pistón 15 realiza movimientos de vaivén en el cilindro 13 de expansión.

Según sea el caso, los medios mecánicos 18 de transmisión pueden alojarse en un cárter 45 de motor y cooperar con medios eléctricos, neumáticos o hidráulicos de transmisión de potencia que pueden intercalarse entre dichos medios mecánicos 18 y el pistón 15 de expansión. Como ejemplo, el pistón 15 de expansión puede accionar directamente el pistón de una bomba hidráulica para proporcionar un caudal de aceite a presión utilizable por un motor hidráulico o cualquier otra máquina hidráulica.

Se señala que como variante ilustrada en las Figuras 2 a 5, el cilindro 13 de expansión puede definir con el pistón 15 de expansión dos cámaras 16 de trasvase-expansión. Según esta configuración, los dos extremos del cilindro 13 de expansión están cerrados por una culata 14 de cilindro de expansión, situada del lado de los medios mecánicos 18 de transmisión y atravesada por un orificio a través del cual pasa una parte al menos de dichos medios 18 o posibles dispositivos anexos con los que cooperan dichos medios 18. Se señala también que el cilindro 13 de expansión, la culata 14 de cilindro de expansión y el pistón 15 de expansión pueden fabricarse en un material resistente a temperaturas muy elevadas del orden de mil grados centígrados y más, como la cerámica basada en aluminio, zircona o carburo de silicio.

En vista de las Figuras 1 a 3 se constata también que el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención comprende al menos un conducto 19 de admisión de gases calientes que incluye un primer extremo 20 conectado a un segundo extremo 21 que comprende el conducto 9 de salida de alta presión de regenerador, comprendiendo dicho conducto 19 de admisión un segundo extremo 22 que atraviesa la culata 14 de cilindro de expansión para desembocar en el cilindro 13 de expansión a través de una boca 23 de conducto de admisión de gases calientes.

Las Figuras 1 a 5 muestran que el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención comprende también al menos una válvula dosificadora 24 de admisión accionada por un accionador 25 de válvula dosificadora, pudiendo dicha válvula 24 obturar o abrir la boca 23 de conducto de admisión de gases calientes mientras que el accionador 25 de válvula dosificadora puede ser controlado por un ordenador que controla el momento en el que se abre y/o se cierra la válvula dosificadora 24 de admisión dependiendo de la posición relativa del pistón 15 de expansión con respecto al cilindro 13 de expansión y en el sentido de desplazamiento de dicho pistón 15, pudiendo dicho ordenador controlar también posiblemente la altura de elevación de dicha válvula 24. Cabe señalar que el accionador 25 de válvula dosificadora puede ser mecánico con resorte o desmodrómico, eléctrico, electromecánico, hidráulico, hidromecánico, neumático, hidroneumático o de forma general, de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica.

En las Figuras 1 a 5 se ve también que el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención comprende también al menos un conducto 26 de escape de los gases expandidos que comprende un primer extremo 27 que atraviesa la culata de cilindro 14 de expansión para desembocar en el cilindro 13 de expansión a través de una boca 28 de conducto de escape de los gases expandidos, comprendiendo también dicho conducto 26 de escape un segundo extremo 29 conectado a un primer extremo 30 que incluye el conducto 7 de baja presión de regeneración.

En las Figuras 1 a 6 se constata que el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención comprende al menos una válvula 31 de escape accionada por un accionador 32 de válvula de escape, pudiendo dicha válvula 31 obturar o abrir la boca 28 de conducto de escape de los gases expandidos, mientras que el accionador 32 de válvula de escape puede ser controlado por un ordenador que controla el momento en que se abre y/o se cierra la válvula 31 de escape dependiendo de la posición relativa del pistón 15 de expansión con respecto al cilindro 13 de expansión y en el sentido de desplazamiento de dicho pistón 15, pudiendo también dicho ordenador controlar posiblemente la altura de elevación de dicha válvula 31. Cabe señalar que el accionador 32 de válvula de escape puede ser mecánico con resorte o desmodrómico, eléctrico, electromecánico, hidráulico, hidromecánico, neumático, hidroneumático o de forma general, de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica.

Cabe señalar que según sea la realización seleccionada para el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, la válvula dosificadora 24 de admisión y/o la válvula 31 de escape puede ser maciza o hueca. En este último caso, dicha válvula 24, 31 puede contener o no un líquido o sales de transferencia térmica. Dicha válvula 24, 31 puede constar además de una o varias piezas de acero independientemente del grado y/o sean o no de cerámica armada. Si dicha válvula 24, 31 es hueca, puede concebirse la más ligera posible, es decir con un espesor de acero dentro de los límites admisibles para la rigidez y la longevidad de dicha válvula 24, 31.

Por último, como se ve en las Figuras 1 a 3, el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención comprende al menos un conducto 33 de salida de motor situado en la prolongación de un segundo extremo 34 que incluye el conducto 7 de baja presión de regeneración, o unido con dicho segundo extremo 34 para constituir con este último una sola y misma pieza.

Cabe señalar que si el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención incluye al menos un compresor 2 alternativo de pistones, el o los cilindros 13 de expansión y dicho compresor 2 que comprende dicho motor 1 pueden estar conectados al mismo árbol 17 de salida de potencia y estar dispuestos alrededor de este último en línea, en “V” , plano, en estrella o según cualquier arquitectura aplicable a los motores o compresores alternativos de pistones convencionales, de modo que se optimice el espacio, las proporciones o las emisiones de vibración de dicho motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración.

Como ilustran las Figuras 1 y 2, el compresor 2 del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención puede ser bietapa y constar de un compresor 35 de baja presión cuya salida esté conectada a la entrada de un compresor 36 de alta presión a través de un refrigerador intermedio 37 de compresor conocido en sí, que refrigera los gases que salen del compresor 35 de baja presión disipando el calor en la atmósfera o en cualquier otro medio más frío que dichos gases y antes de que estos últimos entren en la entrada del compresor 36 de alta presión. Cabe señalar en este sentido que si el compresor 35 de baja presión es de pistón alternativo, su cilindro puede ser refrigerado al menos por aire o por agua.

Las Figuras 1 a 3 muestran también que el árbol 17 de salida de potencia puede accionar en rotación, según una realización particular del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, el compresor 2. Cabe señalar que esto puede hacerse directamente o mediante una transmisión con varias relaciones o continuamente variable.

Como muestra la Figura 3, el conducto de entrada de compresor 3 puede incluir un inyector 56 de agua que puede pulverizar agua líquida 57 en los gases circulantes en dicho conducto 3 antes de que dichos gases se introduzcan en una cámara 58 de aspiración-expulsión que define el compresor 2 que los aspira, pudiendo ser el inyector 56 de agua de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica y pudiendo ser alimentado con agua líquida 57 mediante una bomba 62 de agua o con cualquier otro líquido, como aceite u otros hidrocarburos, mediante una bomba de líquidos de cualquier tipo.

Como otra variante, cabe señalar que el compresor 2 puede definir una cámara 58 de aspiración-expulsión en la que desemboca un inyector 56 de agua, pudiendo este último pulverizar agua líquida 57 en los gases introducidos en dicha cámara 58 después de que dichos gases se hayan aspirado a través del conducto 3 de entrada de compresor mediante dicho compresor 2. Cabe señalar que el inyector 56 de agua puede ser de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica y que puede ser alimentado con agua líquida 57 mediante una bomba 62 de agua o con cualquier otro líquido como aceite, u otros hidrocarburos mediante una bomba de líquidos de cualquier tipo.

En la medida en que haya previsto un inyector 56 de agua, la Figura 3 muestra que el conducto 4 de salida de compresor puede incluir un separador aire-agua 59 que recupera el agua líquida 57 presente en los gases expulsados por el compresor 2 en dicho conducto 4 de salida, y que almacena dicha agua 57 en un depósito 61 de recuperación de agua líquida. Cabe señalar que el separador aire-agua 59 puede ser por ejemplo de tipo centrífugo o ciclónico, o de cualquier otro tipo conocido por el experto en la técnica.

Según otra variante del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención mostrado en la Figura 3, el conducto 33 de salida de motor puede incluir un secador 60 de gas de condensación por donde pasan los gases que salen del conducto 7 de baja presión de regeneración, incluyendo dicho secador 60 paredes internas mantenidas a una temperatura relativamente baja mediante cualquier fuente de frío posible de modo que cuando dichos gases tocan dichas paredes, estos se enfrían, y una gran parte del vapor que contienen dichos gases se condensa para transformarse en agua líquida 57 que corre a lo largo de dichas paredes para recuperarse en una cubeta 63 de condensados.

Cabe señalar que si la fuente fría es el aire ambiente atmosférico, el secador 60 de gas de condensación puede estar constituido principalmente por un intercambiador aire/aire 64 de condensación que integra la cubeta 63 de condensados o conectado a esta última, mientras que dicho aire ambiente puede forzarse para pasar a través de dicho intercambiador 64 mediante un ventilador 65 de intercambiador de condensación.

La Figura 3 ilustra también que el compresor 2 puede incluir una válvula dosificadora 66 de admisión de compresor cuya apertura y cierre son dirigidos por un accionador 67 de válvula dosificadora de admisión de compresor, pudiendo dicha válvula 66 al abrirse conectar el conducto 3 de entrada de compresor con una cámara 58 de aspiración-expulsión que define el compresor 2.

Según esta configuración particular del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, el accionador 67 de válvula dosificadora de admisión de compresor puede regular la cantidad de aire admitida por el compresor 2 bien durante la carrera de admisión de dicho compresor 2, siendo el cierre de la válvula dosificadora 66 de admisión de compresor más o menos temprana, o bien durante la carrera de compresión de dicho compresor 2, siendo el cierre de dicha válvula dosificadora 66 más o menos tardío.

Como variante representada en las Figuras 1 a 3, pudiendo el conducto 6 de alta presión de regeneración y el conducto 7 de baja presión de regeneración estar unidos entre sí en toda o parte de su longitud, siendo el sentido de la circulación de los gases contenidos en el conducto 6 de alta presión de regeneración inverso al sentido de la circulación de los gases contenidos en el conducto 7 de baja presión de regeneración, constituyendo ambos dichos conductos 6, 7 un intercambiador térmico 41 a contracorriente conocido en sí, que puede estar constituido por tubos, placas apiladas o cualquier otra disposición conocida por el experto en la técnica aplicable a este tipo de intercambiador.

Se señala también en las Figuras 1 y 3 que la fuente 12 de calor puede ser un quemador 38 constituido por un inyector 39 de combustible y una cámara 40 de combustión, pudiendo dicho combustible ser líquido o gaseoso y pudiendo ser la cámara de combustión de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica.

La Figura 2 muestra una variante según la cual la fuente 12 de calor puede estar constituida por un intercambiador 46 de calor primario que extrae calor de una fuente universal 47 de calor para transmitir dicho calor al gas circulante en el conducto 9 de salida de alta presión de regenerador directamente, o a través de un circuito secundario 48 de transporte de calor, pudiendo resultar la fuente universal 47 de calor, como ejemplo no limitativo, de la combustión de hidrocarburos de origen fósil o renovable, o de la combustión de hidrógeno, o de una reacción nuclear.

Cabe señalar que el circuito secundario 48 de transporte de calor puede transportar calor mediante un fluido de transferencia térmica que puede ser de cualquier naturaleza, incluidas sales fundidas o metales líquidos. Cabe señalar que, de forma ventajosa, una parte al menos del intercambiador 46 de calor primario puede ser a contracorriente.

Cabe señalar además que si el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración incluye un intercambiador 46 de calor primario, puede funcionar en circuito cerrado. En este caso, los gases expulsados por el conducto 33 de salida de motor se refrigeran en un intercambiador a través del cual ceden una gran parte de su calor a una fuente fría de cualquier naturaleza, antes de ser aspirados de nuevo por el compresor 2. Esta configuración preferiblemente prevista para aplicaciones estacionarias evita concretamente cualquier ensuciamiento del intercambiador térmico de regeneración de modo que este último mantiene de forma duradera la mayor eficacia posible. Dicha configuración permite además optar por gases neutros no oxidantes y químicamente estables como el nitrógeno o el gas carbónico, o por gases cuyas características físicas son potencialmente más favorables que el aire atmosférico para el rendimiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención.

La Figura 1 muestra que la culata 14 de cilindro de expansión puede incluir una válvula 49 de equilibrado de presión que obtura o no un conducto que conecta la cámara 16 de trasvase-expansión y el conducto 19 de admisión de gases calientes, estando abierta dicha válvula 49 si la presión existente en la cámara 16 de trasvase-expansión es superior a la existente en el conducto 19 de admisión de gases calientes de modo que los gases pasen de dicha cámara 16 a dicho conducto 19, estando si no dicha válvula 49 cerrada de modo que dichos gases no puedan pasar de dicho conducto 19 a dicha cámara 16 a través de dicha válvula 49.

Cabe señalar en la Figura 3 que la cámara 16 de trasvase-expansión puede incluir al menos un inyector 140 de combustible de mantenimiento de temperatura que pueda inyectar en dicha cámara 16 un combustible líquido, gaseoso o incluso sólido previamente pulverizado y ello para elevar temporalmente la temperatura de los gases calientes admitidos en dicha cámara 16 por la válvula dosificadora 24 de admisión en el momento de la admisión de dichos gases en dicha cámara 16.

Esta primera estrategia tiene como resultado un aumento del rendimiento del motor térmico 1 de transferenciaexpansión y regeneración según la invención.

De forma alternativa o adicional a dicha primera estrategia, el inyector 140 de combustible de mantenimiento de temperatura puede inyectar combustible en la cámara 16 de trasvase-expansión después de que se haya cerrado la válvula dosificadora 24 de admisión para compensar total o parcialmente la bajada de temperatura de dichos gases durante toda o parte de su expansión.

Esta segunda estrategia tiene como resultado que dichos gases conserven aproximadamente su temperatura de inicio de expansión durante toda o parte de su expansión, lo que aumenta el rendimiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración.

Siguiendo en la Figura 3, se señala que la cámara 16 de trasvase-expansión puede incluir al menos un inyector 141 de agua anti-NOx que puede inyectar en dicha cámara 16 un líquido refrigerante, por ejemplo agua, para mantener la temperatura máxima de los gases calientes contenidos en dicha cámara 16 por debajo de un umbral determinado, concretamente en la recompresión de dichos gases al final de la carrera de escape.

Esta breve inyección de líquido refrigerante permite reducir la cantidad de contaminantes y concretamente de óxidos de nitrógeno producidos por el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención.

En las Figuras 2 a 5 se ve que el pistón 15 de expansión puede estar conectado a los medios mecánicos 18 de transmisión por un vástago 68 de pistón de expansión que atraviesa la culata 14 de cilindro de expansión, realizándose un sellado entre dicho vástago 68 y dicha culata 14 con medios 69 de sellado de vástago que pueden constar de al menos una junta, un segmento, una barra o cualquier otro medio de sellado conocido por el experto en la técnica.

La Figura 22 precisa que los medios 69 de sellado de vástago pueden comprender un sellado superior 70 de vástago y un sellado inferior 71 de vástago suficientemente alejados entre sí para formar, entre ambos sellados 70, 71, una cámara 72 de circulación de aceite en la que desemboca un conducto 73 de entrada de aceite de refrigeraciónlubricación y de donde sale un conducto 74 de salida de aceite de refrigeración-lubricación.

Así constituidos, los medios 69 de sellado de vástago permiten asegurar, al aceite que circula entre el conducto 73 de entrada de aceite de refrigeración-lubricación y el conducto 74 de salida de aceite de refrigeración-lubricación a través de la cámara 72 de circulación de aceite, por una parte, la lubricación entre el vástago 68 de pistón de expansión y ambos sellados 70, 71, y por otra parte, la refrigeración del vástago 68 de pistón de expansión.

Cabe señalar que el sellado superior 70 de vástago y/o el sellado inferior 71 de vástago pueden estar constituidos concretamente por un segmento de corte o por dos segmentos de corte superpuestos y cuyos cortes están desplazados angularmente, mientras que la superficie externa del vástago 68 de pistón de expansión puede estar provisto de rayas de escasa profundidad en doble hélice que forman una sucesión de depósitos de aceite y de superficies de sustentación hidrodinámica.

En la Figura 22, se señala que los segmentos que constituyen el sellado superior 70 de vástago pueden mantenerse a distancia de estos constituyentes del sellado inferior 71 de vástago mediante un resorte separador 75 de segmentos diseñado también, concretamente porque comprende orificios o pasos, para dejar pasar el flujo de aceite de refrigeración y de lubricación establecido entre el conducto 73 de entrada de aceite de refrigeración-lubricación y el conducto 74 de salida de aceite de refrigeración-lubricación.

Cabe señalar que, como ilustra la Figura 21, los medios 69 de sellado de vástago pueden aplicarse también al tubo 128 de entrada de presión de modo que se realice un sellado entre este último y la culata 14 de cilindro de expansión o el orificio 130 de la cámara de presión que atraviesa dicho tubo 128, además de asegurar la refrigeración de dicho tubo 128.

La Figura 21 permite precisar que los medios 69 de sellado de vástago pueden cooperar con una barra 76 de guiado de vástago alojada dentro o fuera de la cámara 72 de circulación de aceite, estando fabricada dicha barra 76 en bronce o en cualquier otro material habitualmente utilizado para fabricar cojinetes o barras antifricción y/o hidrodinámicas, asegurando dicha barra 76 el guiado radial del vástago 68 de pistón de expansión en la culata 14 de cilindro de expansión.

Cabe señalar por otra parte que los medios 69 de sellado de vástago están provistos preferiblemente de una barra 76 de guiado de vástago cuando se aplican al tubo 128 de entrada de presión, mientras que el guiado radial del vástago 68 de pistón de expansión puede asegurarse indirectamente mediante la culata 44.

En las Figuras 2 a 5, se señala que los medios mecánicos 18 de transmisión del motor térmico 1 de transferenciaexpansión y regeneración según la invención pueden estar constituidos por una biela 42 de la que uno de los extremos se articula directa o indirectamente en el pistón 15 de expansión y de la que el otro extremo se articula alrededor de una manivela 43 solidaria con el árbol 17 de salida de potencia.

Se observará que si el cilindro 13 de expansión define con el pistón 15 de expansión dos cámaras 16 de trasvaseexpansión, la biela puede articularse en el pistón 15 de expansión mediante una culata 44 solidaria con dicho pistón 15 y guiarse en traslación con respecto al cárter 45 de motor. La culata 44 puede ser entonces un pistón de guiado cilíndrico que se desliza en un cilindro de guiado, o tener cualquier otra forma que coopere con raíles o guías dispuestos en o sobre el cárter 45 de motor.

La Figura 6 ilustra que la válvula dosificadora 24 de admisión y/o la válvula 31 de escape del motor térmico 1 de transferenciaexpansión y regeneración según la invención puede guiarse directa o indirectamente en una caja 50 de válvula alojada en la culata 14 de cilindro de expansión, incluyendo dicha caja 50 un asiento sobre el cual puede reposar dicha válvula 24, 31 para constituir un sellado, mientras que dicho asiento y/o la parte de la caja 50 de válvula que guía dicha válvula 24, 31 es refrigerada por un circuito 51 de refrigeración de válvula en donde circula un fluido de intercambio térmico. Se señala en la Figura 6 que dicha válvula 24, 31, la caja 50 de válvula y el accionador 25 de válvula dosificadora o el accionador 32 de válvula de escape pueden constituir un cartucho 52 listo para montar que se inserta en la culata 14 de cilindro de expansión.

La Figura 5 y las Figuras 11 a 20 muestran que de forma general, el pistón 15 de expansión del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención puede incluir medios 53 de sellado de pistón que realizan entre dicho pistón 15 y el cilindro 13 de expansión un sellado lo más perfecto posible y que pueden estar constituidos por al menos un segmento de corte y/o por una barra de sellado, independientemente del material y la geometría de dicho segmento y/o de dicha barra.

De forma más particular, la Figura 5 y las Figuras 11 a 20 muestran que los medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención pueden comprender al menos un anillo continuo perforado 105 que incluye una cara cilíndrica interna 106 de anillo, una cara cilíndrica externa 107 de anillo y dos caras axiales 108 de anillo, estando alojado dicho anillo 105 en al menos una ranura 109 de anillo dispuesta en el pistón 15 de expansión mientras que dicho anillo 105 puede moverse radialmente en la ranura 109 de anillo sin poder salir de esta última. Cabe señalar por otra parte que la ranura 109 de anillo puede mantener directa o indirectamente el anillo continuo perforado 105 solidario axialmente del pistón 15 de expansión.

En este caso, los medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención incluyen medios 110 de sellado de anillo que llevan a cabo un sellado entre cada cara axial 108 de anillo y la ranura 109 de anillo, de modo que esta última defina con el anillo continuo perforado 105 una cámara 119 de distribución de presión. Se señala que los medios 110 de sellado de anillo pueden consistir en una junta tórica 132, un sello de labio, un sello compuesto o cualquier sello o segmento de sellado conocido de por sí, cualquiera que sea el material o la geometría. Cabe señalar también que la cara cilíndrica interna 106 de anillo o la cara cilíndrica externa 107 de anillo frente a la ranura 109 de anillo, puede ser una forma de revolución no cilíndrica, de manera que todas las variaciones de grosor del anillo continuo perforado 105 sean posibles a lo largo de su longitud axial, pudiendo ser dicho anillo 105 una simple chapa circular, deformada mediante rodadura o estampado, o una pieza realizada mediante laminación, por cualquier herramienta de corte o rectificado, o mediante cualquier otro proceso de fabricación electroquímico u otro conocido por el experto en la técnica.

Siempre en la configuración de los medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención mostrados en la Figura 5 y en las Figuras 11 a 20 y basados en al menos un anillo continuo perforado 105, al menos un orificio calibrado 111 atraviesa de parte a parte el anillo continuo perforado 105 en su espesor radial, desembocando el primer extremo de dicho orificio 111 en la cara cilíndrica interna 106 de anillo mientras que el segundo extremo de dicho orificio 111 desemboca en la cara cilíndrica externa 107 de anillo.

Dichos medios 53 de sellado de pistón incluyen también al menos una fuente 112 de fluido a presión de la que sale un fluido 113 de anillo a presión, estando conectada la salida de dicha fuente 112 de fluido a la cámara 119 de distribución de presión por un circuito 114 de transferencia de presión de modo que el fluido 113 de anillo ejerce una presión sobre la cara cilíndrica interna 106 de anillo. Cabe señalar que la presión a la que se somete el fluido 113 de anillo es siempre superior a la existente en la cámara 16 de trasvase-expansión. Como consecuencia de lo anterior, el diámetro del anillo continuo perforado 105 aumenta bajo el efecto de la presión del fluido 113 de anillo debido a la elasticidad de dicho anillo 105, de modo que la cara cilíndrica externa 107 de anillo tiende aproximarse al cilindro 13 de expansión.

También se observa que el diámetro del orificio calibrado 111 se calcula de manera que, teniendo en cuenta el caudal de fluido 113 de anillo procedente de la fuente 112 de fluido a presión, la presión ejercida por dicho fluido 113 de anillo, en la cara cilíndrica interna 106 de anillo, sigue siendo siempre superior a la existente en la cámara 16 de trasvase-expansión. Se señala que la fuente 112 de fluido a presión puede ser un compresor 120 de fluido neumático de pistón, de paletas, de tornillos, centrífugo o de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica, o de cualquier otro tipo conocido en sí mismo. El compresor 120 de fluido neumático puede o no cooperar con un acumulador de presión conocido en sí mismo. Se observa que un filtro 138 de fluido de anillo de malla fina puede montarse en sentido ascendente o descendente del compresor 120 de fluido neumático con el fin de eliminar del fluido 113 de anillo cualquier partícula superior a un determinado tamaño, antes de que dicho fluido 113 se introduzca en la cámara 119 de distribución de presión.

Los medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención mostrados en la Figura 5 y en las Figuras 11 a 20, que están basados en al menos un anillo continuo perforado 105, comprendiendo dichos medios 53 al menos un receso 115 de contrapresión que no desemboca axialmente y dispuesto en hueco en la cara cilíndrica externa 107 de anillo, desembocando el orificio calibrado 111 en dicho receso 115 de contrapresión mientras que la superficie de la cara cilíndrica externa 107 de anillo no ocupada por dicho receso 115 constituye una superficie 116 de sustentación sobre cojín de aire.

Se señala que la extensión del receso 115 de contrapresión puede ser de cualquier tamaño, desde el más pequeño, es decir, equivalente al radio distinto de cero de la salida del orificio calibrado 111, al más grande, es decir, simplemente sustancialmente menor que el de la cara cilíndrica externa 107 de anillo que recibe dicho receso 115. Se precisa que el pistón 15 de expansión puede comprender en las proximidades de la ranura 109 de anillo, una ranura de descompresión o ranuras o cualquier otro canal interno o de superficie de cualquier tipo que conecte dichas proximidades con la cámara 16 de trasvase-expansión.

Las Figuras 11 a 20 muestran que los medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención pueden estar previstos con el receso 115 de contrapresión que está constituido por una ranura 117 de contrapresión de escasa profundidad más o menos centrada en la longitud axial de la cara cilíndrica externa 107 de anillo, estando realizada dicha ranura 117 de contrapresión en toda la circunferencia de dicha cara cilíndrica externa 107 de anillo, constituyendo cada una de las superficies anulares que bordean dicha ranura 117 de contrapresión una superficie 116 de sustentación sobre cojín de aire.

En las Figuras 13 a 20 se observa que el orificio calibrado 111 puede desembocar en el receso 115 de contrapresión a través de un receso 125 de distribución de presión dispuesto en hueco en el fondo de dicho receso 115 de contrapresión.

En las mismas Figuras 13 a 20 se constata que el receso 125 de distribución de presión puede consistir en una ranura 126 de distribución de presión, más o menos centrada en la longitud axial de la cara cilíndrica externa 107 de anillo, realizándose dicha ranura 126 de distribución de presión en toda la circunferencia de dicha cara cilíndrica externa 107 de anillo.

Las Figuras 15 y 16 muestran que al menos uno de los dos bordes axiales de la cara cilíndrica externa 107 de anillo o de la cara cilíndrica interna 106 de anillo que recibe el receso 115 de contrapresión puede terminar con un chaflán 118 de borde que permite que la presión de fluido 113 de anillo que contiene la cámara 119 de distribución de presión, ejerza una fuerza localmente mayor sobre la superficie 116 de sustentación sobre cojín de aire que se una a dicho chaflán 118 de borde.

Las Figuras 15 y 16 muestran también que los medios 110 de sellado de anillo pueden consistir en un labio 121 de sellado de anillo que es solidario con el anillo continuo perforado 105, por una parte, y que establece un contacto de sellado con el interior o el reborde de la ranura 109 de anillo, por otra parte, pudiendo dicho labio 121 de sellado montarse en el anillo continuo perforado 105, o pudiendo fabricarse en la misma pieza de material que dicho anillo 105. Se observa que, alternativamente, el labio 121 de sellado de anillo puede ser integral con la ranura 109 de anillo, por una parte, y establecer un contacto de sellado con el anillo continuo perforado 105, por otra parte. En este caso, dicho labio 121 puede montarse fijado a la ranura 109 de anillo o sobre el reborde de esta última, o fabricarse en la misma pieza de material que dicha ranura 109.

Como variante de los medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención mostrada en las Figuras 17 y 18, los medios 110 de sellado de anillo pueden consistir en una parte 139 axial adelgazada dispuesta en las proximidades de al menos uno de los extremos axiales del anillo continuo perforado 105, siendo dicha parte 139 integral con la ranura 109 de anillo de manera sellada, y siendo suficientemente flexible para permitir que el diámetro del anillo continuo perforado 105 aumente o disminuya con respecto al de dicha ranura 109. Obsérvese que la parte 139 axial adelgazada está diseñada de tal manera que el material que la constituye no corra el riesgo en ningún caso de ceder bajo el efecto de la presión del fluido 113 de anillo, o por causa de la tensión repetida incompatible con los límites de resistencia a la fatiga de dicho material.

La Figura 12 por su parte muestra que el anillo continuo perforado 105 puede estar constituido por un material blando y comprender al menos un resorte circunferencial 123 de anillo que tiende a reducir el diámetro de dicho anillo 105. Obsérvese que dicho material flexible puede ser un elastómero o un polímero cargado de partículas antiabrasivas o antifricción, mientras que el resorte 123 circunferencial de anillo puede incluirse en dicho material o mantenerse en su superficie por medio de una ranura, una carcasa o topes. El resorte 123 circunferencial de anillo puede ser helicoidal como los resortes de sellado del vástago de válvula, ser una barra dividida, o ser de cualquier otro tipo que le permita cumplir la función deseada.

Las variantes ilustradas en las Figuras 13 a 18 de los medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención muestran que la cámara 119 de distribución de presión puede alojar medios 124 de difusión de fluido de anillo, que fuerzan al fluido 113 de anillo procedente del circuito 114 de transferencia de presión a extenderse por la mayor superficie posible de la cara cilíndrica interna 106 de anillo antes de salir por el orificio calibrado 111. Esta disposición permite que el fluido 113 de anillo enfríe el anillo continuo perforado 105, cediendo este último parte de su calor a dicho fluido 113.

Como muestran las Figuras 15 y 6, los medios 124 de difusión de fluido de anillo pueden consistir en una placa 136 de difusión alojada en el fondo de la ranura 106 de anillo, estando provisto al menos uno de los extremos axiales de dicha placa 136 de al menos un orificio o ranura lateral de placa 137 de difusión, que obligue al fluido 113 de anillo procedente del circuito 114 de transferencia de presión a abrirse hacia la cámara 119 de distribución de presión a través de al menos uno de sus extremos axiales.

La Figura 12 muestra que la ranura 109 de anillo puede tener un tope 127 radial de anillo, que limita la penetración del anillo continuo perforado 105 en dicha ranura 109, pudiendo ser dicho tope 127, a título no limitativo, una superficie cilíndrica que constituye el fondo de la ranura 109 de anillo, o al menos una arista circular o salientes dispuestos en el fondo de dicha ranura 109, o al menos un chaflán o reborde dispuesto en al menos uno de los dos bordes de dicha ranura 109.

En las Figuras 4 y 5 se ve que el circuito 114 de transferencia de presión puede consistir en un tubo 128 de entrada de presión paralelo al cilindro 13 de expansión y solidario con el pistón 15 de expansión, desembocando un primer extremo de dicho tubo 128 en el interior de dicho pistón 15, mientras que el segundo extremo de dicho tubo 128 desemboca, a través de un orificio 130 de la cámara de presión en el que puede trasladarse longitudinalmente y de forma estanca, en una cámara 129 de presión conectada a la fuente 112 de fluido a presión.

Obsérvese que el segundo extremo del tubo 128 de entrada de presión que se traslada al orificio 130 de la cámara de presión, puede incluir una junta de sellado que se deslice en dicho orificio 130 para proporcionar sellado. Alternativamente, el orificio 130 de la cámara de presión puede incluir una junta de sellado que se deslice alrededor de dicho segundo extremo del tubo 128 de entrada de presión, para proporcionar sellado.

Se señala sin embargo que al igual que el vástago 68 de pistón de expansión que atraviesa la culata 14 de cilindro de expansión, puede realizarse un sellado de tubo, como muestra la Figura 21, entre el tubo 128 de entrada de presión y el orificio 130 de la cámara de presión que comprende un sellado superior 70 de vástago y un sellado inferior 71 de vástago suficientemente alejados entre sí para formar, entre ambos sellados 70, 71, una cámara 72 de circulación de aceite donde desemboque un conducto 73 de entrada de aceite de refrigeración-lubricación y de la que salga un conducto 74 de salida de aceite de refrigeración-lubricación.

El sellado de tubo así constituido permite que el aceite que circula entre el conducto 73 de entrada de aceite de refrigeración-lubricación y el conducto 74 de salida de aceite de refrigeración-lubricación a través de la cámara 72 de circulación de aceite asegure por una parte la lubricación entre el tubo 128 de entrada de presión y ambos dichos sellados 70, 71 y por otra parte, la refrigeración del tubo 128 de entrada de presión.

La Figura 4 muestra que el tubo 128 de entrada de presión puede conectarse a la cámara 119 de distribución de presión mediante al menos un conducto 131 radial de entrada de presión, que puede realizarse en el cuerpo del pistón 15 de expansión, o que puede fijarse a este último, por ejemplo, mediante el ensamblado de tubos que incluyan o no juntas de sellado y/o de dilatación.

Se observará que la cámara 129 de presión puede conectarse a la fuente 112 de fluido a presión a través de una válvula antirretorno de presión proporcional, que permite que el fluido 113 de anillo vaya desde dicha fuente 112 hasta dicha cámara 129, pero no vaya desde dicha cámara 129 hasta dicha fuente 112. Esta disposición particular permite utilizar la variación en el volumen de la cámara 129 de presión producida por los movimientos de vaivén del segundo extremo del tubo 128 de entrada de presión, para aumentar la presión existente en la cámara 119 de distribución de presión cuando el pistón 151 de expansión está cercano a su punto muerto alto.

Las Figuras 13, 14, 17 y 18 muestran que la ranura 109 de anillo puede alojar un resorte 133 de expansión que se apoya en dicha ranura 109 para ejercer un esfuerzo radial sobre la cara cilíndrica interna 106 de anillo, pudiendo ser dicho resorte 133 helicoidal, de lámina, ondulado o de un tipo conocido por el experto en la técnica.

En las Figuras 13 y 14 puede verse que el resorte 133 de expansión puede proporcionar un sellado por contacto entre la ranura 109 de anillo y el anillo continuo perforado 105.

Las Figuras 13, 14, 17 y 18 muestran además que el resorte 133 de expansión puede estar provisto de al menos un orificio 134 de difusión de fluido y/o de al menos una ranura 135 de difusión de fluido, de modo que constituyan con dicho orificio 134 y/o con dicha ranura 135 medios 124 de difusión de fluido de anillo.

Funcionamiento de la invención:

El funcionamiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención se comprende fácilmente viendo las Figuras 1 a 22. Para detallar dicho funcionamiento, tomaremos aquí el ejemplo de realización del motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la invención ilustrada de forma esquemática en las Figuras 1 y 2. Dicho ejemplo de realización prevé un compresor de pistones de dos etapas constituido por un compresor 35 de baja presión y un compresor 36 de alta presión, estando conectada la salida del compresor de baja presión a la entrada del compresor de alta presión a través de un refrigerador intermedio 37 de compresor. Las Figuras 1 y 2 se distinguen principalmente una de otra por la fuente 12 calor; para explicar el funcionamiento de la presente invención tomaremos la fuente 12 de calor mostrada en la Figura 1, que prevé un quemador 38 cuyo inyector 39 de combustible alimenta una cámara 40 de combustión.

Según el ejemplo de realización del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención mostrado en las Figuras 1 y 2, el compresor 35 de baja presión y el compresor 36 de alta presión son accionados por un mismo árbol 17 de salida de potencia que adopta la forma de un árbol de manivelas, mientras que los medios mecánicos 18 de transmisión entre el pistón 15 de expansión y dicho árbol 17 están constituidos por una biela 42 de la que uno de los extremos se articula en el pistón 15 de expansión mediante una culata 44 solidaria con dicho pistón 15 y cuyo otro extremo se articula alrededor de una manivela 43 solidaria con el árbol 17 de salida de potencia.

Cabe señalar que el compresor 35 de baja presión y el compresor 36 de alta presión están conectados al árbol 17 de salida de potencia por medios similares.

Cabe señalar también en la Figura 2 que la válvula dosificadora 24 de admisión abre la boca 23 de conducto de admisión de gases calientes que obtura alejándose del cilindro 13 de expansión mientras que la válvula 31 de escape abre la boca 28 de conducto de escape de los gases expandidos que obtura acercándose a dicho cilindro 13, estando orientados los asientos de dichas válvulas 24, 31 al exterior y al interior respectivamente de dicho cilindro 13.

La explicación del funcionamiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención hará también referencia a las Figuras 4 y 5 que muestran en tres dimensiones el cilindro 13 de expansión y los distintos dispositivos con los que coopera, mostrándose esquemáticamente dicho mismo cilindro 13 en las Figuras 1 y 2.

Dicho esto, el motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención funciona, según un ejemplo no limitativo de realización, de la forma siguiente una vez arrancado y una vez estabilizado su funcionamiento: el compresor 35 de baja presión aspira aire atmosférico a través del conducto 3 de entrada de compresor. La temperatura y la presión de dicho aire son, respectivamente, veinte grados centígrados y un bar absoluto. El compresor 35 de baja presión expulsa a continuación dicho aire a una presión de diez bares y a una temperatura del orden de doscientos noventa y cinco grados centígrados. Antes de esperar la entrada del compresor 36 de alta presión, dicho aire se enfría en el refrigerador intermedio 37 de compresor de modo que la temperatura de dicho aire vuelva a aproximadamente veinte grados centígrados, y su presión permanezca sin cambios en diez bares. Esta refrigeración intermedia mejora el rendimiento volumétrico del compresor 36 de alta presión y reduce la parte de trabajo que dicho compresor 36 realiza en el árbol 17 de salida de potencia.

El compresor 36 de alta presión que recibe dicho aire aspira este último y lo sobrecomprime para expulsarlo en el conducto 4 de salida de compresor a una presión de veinte bares y a una temperatura del orden de ochenta y cinco grados centígrados.

El aire es dirigido a continuación por el conducto 4 de salida de compresor en el conducto 6 de alta presión de regeneración, donde recibe calor del conducto 7 de baja presión de regeneración. La cesión de calor entre el conducto 7 de baja presión de regeneración y el conducto 6 de alta presión de regeneración se produce en el intercambiador 5 de calor de regeneración que en este caso es un intercambiador 41 de calor a contracorriente cuyo rendimiento es especialmente elevado.

Los gases salen del conducto 6 de alta presión de regeneración todavía a veinte bares pero a una temperatura cercana a trescientos grados centígrados, mientras que los que salen del conducto 7 de baja presión de regeneración se han llevado a una presión de un bar y a una temperatura del orden de noventa grados centígrados.

Una vez salidos del conducto 6 de alta presión de regeneración, los gases a trescientos grados centígrados penetran en el conducto 9 de salida de alta presión de regenerador y pasan a continuación a la cámara 40 de combustión del quemador 38 donde su temperatura se aumenta a mil cien grados centígrados tras la combustión del combustible inyectado en dicha cámara 40 por el inyector 39 de combustible. La presión de dichos gases es siempre de veinte bares.

Los gases salen a continuación del conducto 9 de salida de alta presión de regenerador para penetrar en el conducto 19 de admisión de gases calientes que los dirigirá al cilindro 13 de expansión para su admisión ahora a una temperatura de mil cien grados centígrados y siempre a una presión de veinte bares.

En este momento de la explicación del funcionamiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, se describirá lo que sucede en la cámara 16 de trasvase-expansión situada encima del pistón 15 de expansión como se muestra en la Figura 2 y en las Figuras 4 y 5, sabiendo que la cámara 16 de trasvase-expansión situada debajo de dicho pistón 15 funciona de forma estrictamente idéntica.

Con el pistón 15 de expansión en el punto muerto bajo, sube a su punto muerto alto al tiempo que expulsa en el conducto 26 de escape de gases expandidos los gases calientes previamente expandidos desde veinte bares y mil cien grados centígrados a un bar y trescientos diez grados centígrados.

Cuando el pistón 15 de expansión llega cerca de su punto muerto alto, la válvula 31 de escape se cierra y aprisiona una cierta cantidad de gases de escape residuales en la cámara 16 de trasvase-expansión. El momento del cierre de dicha válvula 31 se calcula para que la presión y la temperatura de dichos gases aumente respectivamente a veinte bares y ciento diez grados centígrados cuando el pistón 15 de expansión alcanza su punto muerto alto. Dicho momento depende por tanto principalmente del volumen muerto que queda por encima del pistón 15 de expansión cuando este último alcanza dicho punto muerto alto.

Por tanto, cuando el pistón 15 de expansión llega a su punto muerto alto, la presión y la temperatura de los gases atrapados en la cámara 16 de trasvase-expansión son idénticos a los de los gases contenidos en el conducto 19 de admisión de gases calientes. Es en este momento preciso en que se abre la válvula dosificadora 24 de admisión y pone en contacto dicho conducto 19 con dicha cámara 16. Para evitar una sobrepresión en la cámara 16 de trasvase-expansión como consecuencia de una sincronización imperfecta de la válvula dosificadora 24 de admisión, se señala que la culata 14 de cilindro de expansión del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención puede, como en la variante mostrada en la Figura 1, incluir una válvula 49 de equilibrado de presión que se abre cuando la presión existente en la cámara 16 de trasvase-expansión sea superior a la existente en el conducto 19 de admisión de gases calientes.

Con el pistón 15 de expansión en el punto muerto alto, la válvula dosificadora 24 de admisión abierta y la presión y la temperatura de los gases idéntica en ambas partes de la boca 23 de conducto de admisión de gases calientes, el pistón 15 de expansión inicia su descenso a su punto muerto bajo.

Al hacerlo, los gases a mil cien grados centígrados y veinte bares contenidos en el conducto 19 de admisión de gases calientes penetran en la cámara 16 de trasvase-expansión mientras que el pistón 15 de expansión produce un primer trabajo en el árbol 17 de salida de potencia. Cuando una determinada cantidad de dichos gases se ha trasvasado a la cámara 16 de trasvase-expansión, la válvula dosificadora 24 de admisión se cierra y comienza la expansión de dichos gases de modo que el pistón 15 de expansión produce un segundo trabajo en el árbol 17 de salida de potencia. Dicha cantidad determinada está prevista para que cuando el pistón 15 de expansión llega a su punto muerto bajo, la presión de dichos gases sea sustancialmente equivalente a la presión atmosférica de un bar absoluto, mientras que la temperatura de dichos gases es del orden de trescientos diez grados centígrados.

Una vez el pistón 15 de expansión ha llegado al punto muerto bajo, vuelve de nuevo a su punto muerto alto expulsando los gases calientes por la boca de 28 conducto de escape de los gases expandidos, habiéndose expandido dichos gases previamente mediante dicho pistón 15 de veinte bares y mil cien grados centígrados a un bar y trescientos diez grados centígrados. Esto marca el comienzo de un nuevo ciclo.

El diagrama de presión-volumen de la Figura 7 ilustra el desarrollo del ciclo producido en la cámara 16 de trasvaseexpansión. Cabe señalar en dicha Figura 7 que, como sucede en las Figuras 8, 9 y 10, el punto muerto bajo del pistón 15 de expansión se denota como “PMB” mientras que el punto muerto alto de dicho pistón 15 se denota como “PMH” .

Según el ejemplo de la Figura 7 para explicar el funcionamiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, la carreraABproducida por el pistón 15 de expansión se lleva a cabo cuando la presión de los gases contenidos en la cámara 16 de trasvase-expansión es de un bar y la temperatura de dichos gases es de trescientos diez grados centígrados.

Durante la carreraBC,el pistón 15 de expansión comprime los gases de escape residuales atrapados en la cámara 16 de trasvase-expansión por la válvula 31 de escape de modo que la presión y la temperatura de dichos gases pase respectivamente a veinte bares y mil cien grados centígrados.

La carreraCDcorresponde al trasvase en la cámara 16 de trasvase-expansión de los gases a mil cien grados centígrados y veinte bares contenidos en el conducto 19 de admisión de gases calientes, mientras que el pistón 15 de expansión produce un primer trabajo en el árbol 17 de salida de potencia.

La carreraDAcorresponde por su parte a la expansión de los gases previamente trasvasados en la cámara 16 de trasvase-expansión y cuya cantidad es regulada por la válvula dosificadora 24 de admisión de modo que cuando el pistón 15 de expansión llega a su punto muerto bajo, la presión de dichos gases es sustancialmente equivalente a la presión atmosférica de un bar absoluto. La expansión de dichos gases permite al pistón 15 de expansión producir un segundo trabajo en el árbol 17 de salida de potencia.

El diagrama presión-volumen de la Figura 8 ilustra por su parte una estrategia de control distinta de la válvula dosificadora 24 de admisión, estando prevista dicha estrategia para maximizar el par específico del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención y por tanto, para maximizar la potencia específica de dicho motor 1 a régimen ISO.

En el diagrama mostrado en la Figura 8, se señala que, con respecto al diagrama de la Figura 7, el momento de cierre “D” de la válvula dosificadora 24 de admisión se ha retardado al punto marcado como “D'” . Por tanto, más gas a mil cien grados centígrados y veinte bares se trasvasa del conducto 19 de admisión de gases calientes a la cámara 16 de trasvase-expansión.

Con este exceso de gases admitidos, la carreraD'Adel pistón 15 de expansión se vuelve insuficiente para expandir dichos gases hasta un bar absoluto. En consecuencia, cuando la válvula 31 de escape se abre, la presión de los gases sigue siendo por ejemplo de tres bares, mientras que su temperatura sigue siendo de quinientos veinte grados centígrados. Sin embargo, el área de trabajo de los gases aumenta significativamente aunque a expensas de una disminución sensible de rendimiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención.

Cabe señalar en la Figura 8 que las carrerasAByBCpermanecen inalteradas con respecto a las carreras correspondientes mostradas en la Figura 7.

Se señala también que en la apertura de la válvula 31 de escape, el aumento de temperatura de los gases que resulta del truncamiento de la expansión como se prevé en la Figura 8 es reciclado principalmente por el intercambiador 5 de calor de regeneración para precalentar los gases recibidos del compresor 36 de alta presión. En consecuencia, dicho aumento reduce todo el calor que el quemador 38 debe producir para elevar la temperatura de los gases que intervendrán en los ciclos siguientes a mil cien grados centígrados.

La energía motriz no recuperada consecutivamente en dicho truncamiento se pierde.

El diagrama presión-volumen de la Figura 9 ilustra otra variante de control de la válvula dosificadora 24 de admisión y de la válvula 31 de escape. Dicha variante se prevé esta vez para reducir el par específico del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención y por tanto, para reducir la potencia específica de dicho motor 1 al mismo régimen. Modular a la baja la potencia de dicho motor 1 puede ser útil en numerosos contextos de uso.

En dicho diagrama de la Figura 9, se señala que con respecto al diagrama de la Figura 7, el momento del cierre “D” de la válvula dosificadora 24 de admisión se ha adelantado al punto marcado como “D'” . Por tanto, menos gases a mil cien grados centígrados y veinte bares se trasvasan del conducto 19 de admisión de gases calientes a la cámara 16 de trasvase-expansión.

Como resultado de este déficit de gases admitidos el pistón 15 de expansión expande los gases hasta su punto muerto bajo marcado como “PMB” hasta una presión inferior a un bar absoluto. Además, la estrategia expuesta en la Figura 9 prevé que el pistón 15 de expansión recomprima dichos gases hasta que la presión de estos últimos sea de un bar absoluto y del orden de trescientos diez grados centígrados. Esta expansión seguida de una recompresión se indica como “DC” en la Figura 9. La recompresión de los gases acaba cuando la válvula 31 de escape se abre en el punto marcado como “A'” que está muy retrasado respecto al punto “A” indicado en la misma Figura 9 con relación al momento de apertura de dicha válvula 31 que muestra la Figura 7.

Como se señala en la Figura 9, el área de trabajo de los gases se ha reducido significativamente con respecto a la mostrada en la Figura 7 sin penalizar el rendimiento indicado del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención.

Se observará que para proporcionar con eficacia la estrategia ilustrada en la Figura 9, el compresor 2 debe aspirar menos aire atmosférico a través del conducto 3 de entrada de compresor. Para ello, como se ilustra en la Figura 3, dicho compresor 2 puede incluir una válvula dosificadora 66 de admisión de compresor cuya apertura y cierre sean controlados por un accionador 67 de válvula dosificadora de admisión de compresor de modo que admita más o menos aire atmosférico.

Como alternativa ilustrada en la Figura 1, puede preverse una mariposa 142 de válvula del aire admitido en el conducto 3 de entrada de compresor para regular la presión de admisión del compresor 2.

Otra estrategia ilustrada en la Figura 10 consiste en limitar o anular la bajada de la temperatura de los gases durante su expansión de modo que se maximice el rendimiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración. Dicha estrategia requiere recurrir a un inyector 140 de combustible de mantenimiento de temperatura cuya boca desemboca en la cámara 16 de trasvase-expansión.

Como se señala, el área de trabajo de los gases de dicha Figura 10 es comparable en superficie a la de la Figura 7. Por lo tanto, se señala también que en relación con el diagrama de la Figura 7, el momento de cierre “D” de la válvula dosificadora 24 de admisión se ha adelantado al punto marcado como “D'” . Esto implica que el compresor 2 consume menos trabajo para llegar a un área de trabajo comparable producida por el pistón 15 de expansión.

Se constata que esta estrategia puede aplicarse sin tener que aumentar la temperatura máxima de los gases, que permanece en mil cien grados centígrados. Para obtener este resultado, una vez cerrada la válvula dosificadora 24 de admisión en el punto marcado “D'” , el inyector 140 de combustible de mantenimiento de temperatura inyecta combustible en los gases calientes durante su expansión, inflamándose dicho combustible instantáneamente al entrar en contacto con dichos gases calientes, siendo estos últimos además ricos en oxígeno.

El caudal de dicho combustible se calcula por ejemplo para que la temperatura de dichos gases permanezca cercana a mil cien grados centígrados a pesar de la expansión de dichos gases durante toda la duración de la inyección denominada “DI” en la Figura 10.

El fin de inyección indicado como “FI” en la Figura 10 se calcula para que la temperatura de los gases al final de la expansión siga siendo aceptable, por ejemplo seiscientos grados centígrados, teniendo en cuenta la resistencia termomecánica del intercambiador de calor de regeneración previsto para recibir dichos gases.

Cabe señalar que la estrategia ilustrada en la Figura 10 lleva necesariamente la temperatura de los gases en fin de carreraBCa más de mil cien grados centígrados. Teniendo esto en cuenta y para prevenir la formación excesiva de óxidos de nitrógeno, la cámara 16 de trasvase-expansión puede incluir, además del inyector 140 de combustible de mantenimiento de la temperatura, un inyector 141 de agua anti-NOx que puede inyectar agua en dicha cámara 16 para mantener la temperatura de los gases calientes contenidos en dicha cámara 16 por debajo del umbral de formación masiva de óxidos de nitrógeno.

Cabe señalar que dado que no se observa una temperatura superior a mil cien grados centígrados al final de la carreraBCsalvo en una duración muy breve, dicha temperatura no tiene un impacto significativo sobre la composición termomecánica del cilindro 13 de expansión, las culatas 14 de cilindro de expansión o el pistón 15 de expansión.

Como puede concebirse fácilmente, otro modo de uso del inyector 140 de combustible de mantenimiento de temperatura consiste en elevar temporalmente la temperatura de los gases calientes admitidos en la cámara 16 de trasvase-expansión por la válvula dosificadora 24 de admisión en el momento de la admisión de dichos gases en dicha cámara 16. En la Figura 7, esto se traduciría en una inyección de combustible producida durante la carreraCD.De esta estrategia resulta un aumento del rendimiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención sin poner en peligro la composición termomecánica de sus componentes principales, pero con la contrapartida de una producción de gases de escape cuyo contenido en óxidos de nitrógeno es potencialmente elevado.

En este caso, el conducto 26 de escape de los gases expandidos puede incluir por ejemplo un catalizador de postratamiento de los óxidos de nitrógeno de urea, no mostrado, disponiendo este último de forma ventajosa de una temperatura elevada de los gases para reducir dichos óxidos.

Cabe señalar que para que la eficacia del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración sea óptima, la temperatura de las paredes internas del conducto 9 de salida de alta presión de regenerador, del conducto 19 de admisión de los gases calientes, del cilindro 13 de expansión y de la culata 14 de cilindro de expansión es similar a la de los gases calientes que contienen estos diversos dispositivos 9, 19, 13 y 14. Esto permite hacer funcionar el ciclo ilustrado en la Figura 7 de forma casi adiabática. Para ello, dichos dispositivos se fabrican por ejemplo en cerámica basada en aluminio, zircona o carburo de silicio. Además, como ilustra la Figura 6, la válvula dosificadora 24 de admisión y la válvula 31 de escape, así como sus asientos y guías respectivos se refrigeran localmente mediante un circuito 51 de refrigeración de válvula en donde circula un fluido de intercambio térmico.

Una vez ejecutado el ciclo que permite al pistón 15 de expansión proporcionar el trabajo buscado sobre el árbol 17 de salida de potencia, los gases expulsados por dicho pistón 15 en el conducto 26 de escape de los gases expandidos llegan al conducto 7 de baja presión de regeneración que incluye el intercambiador 5 de calor de regeneración. En dicho conducto 7, dichos gases ceden una parte de su calor al aire que circula en el conducto 6 de alta presión de regeneración. En consecuencia, la temperatura de dichos gases desciende a aproximadamente noventa grados centígrados, mientras que su presión permanece inalterada en aproximadamente un bar absoluto. Dichos gases se liberan seguidamente a la atmósfera.

Se observará que para proporcionar al motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención el mejor rendimiento posible, desde la salida del compresor de alta presión y hasta el conducto 33 de salida de motor, los diversos conductos y dispositivos calientes que constituyen dicho motor 1 pueden estar recubiertos de un material y/o de una estructura aislante que limite la pérdida de calor. Como ejemplo no limitativo, dicho material puede ser de cualquier tipo refractario e isotermo conocido por el experto en la técnica, mientras que dicha estructura puede adoptar la forma de al menos una pantalla térmica.

Además, se señala el papel determinante de los medios 53 de sellado de pistón que, cuando están constituidos concretamente por un anillo continuo perforado 105, proporcionan al motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención un funcionamiento eficaz y duradero ya que en efecto, es indispensable garantizar el mejor sellado posible entre el pistón 15 de expansión y el cilindro 13 de expansión, en las mejores condiciones operativas posibles.

El funcionamiento de dichos medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención es especialmente comprensible viendo las Figuras 19 y 20, que muestran a título puramente ilustrativo y didáctico medios 110 de sellado de anillo constituidos por una junta tórica 132.

Cabe señalar que en dichas Figuras 19 y 20, se han añadido unos símbolos “+” y “ -” rodeados de un círculo, que ilustran la diferencia entre la presión existente en la cámara 119 de distribución de presión, por una parte, y la existente en la ranura 126 de distribución de presión, la ranura 117 de contrapresión y la cámara 16 de trasvase-expansión, por otra parte.

Supondremos que la presión máxima existente en la cámara 16 de trasvase-expansión es de veinte bares, mientras que la fuente 112 de fluido a presión produce un caudal de fluido 113 de anillo cuya presión máxima es de cuarenta bares. Estos valores de presión se dan a título ilustrativo y no limitan en absoluto las variantes de presión que pueda seleccionar el experto en la técnica responsable de la realización del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención.

Cabe señalar en las Figuras 1 y 2 que según el ejemplo particular de realización del motor térmico 1 de transferenciaexpansión y regeneración según la invención que se representa, la fuente 112 de fluido a presión es un compresor 120 de fluido neumático de pistón accionado por el árbol 17 de salida de potencia. De forma ventajosa, el pistón 35 del compresor 35 de baja presión y el del compresor 36 de alta presión también están provistos de medios de sellado análogos a los del pistón 15 de expansión, recurriendo también por tanto dichos medios a una fuente 112 de fluido a presión. Cabe señalar en dichas Figuras 1 y 2 que la fuente 112 de fluido a presión que alimenta la cámara 129 de presión que coopera con el sellado del pistón del compresor 35 de baja presión es el compresor 36 de alta presión, mientras que el compresor 120 de fluido neumático de pistón alimenta las cámaras 129 de presión que cooperan con el sellado del pistón del compresor 36 de alta presión y del pistón 15 de expansión.

Cabe señalar también en las Figuras 1 y 2 que la entrada del compresor 120 de fluido neumático está conectada a la salida del compresor 36 de alta presión a través de un refrigerador 54 de fluido de anillo y de un filtro 138 de fluido de anillo. En estas mismas Figuras 1 y 2, se constata que la salida del compresor 120 de fluido neumático está directamente conectada con la cámara 129 de presión que coopera con el sellado del pistón del compresor 36 de alta presión, mientras que dicha salida puede estar conectada a la cámara 129 de presión que coopera con el sellado del pistón del pistón 15 de expansión, sea directamente, o a través de un refrigerador 54 de fluido de anillo según la posición de un regulador 55 de temperatura de fluido de anillo. Por lo tanto, el regulador 55 de temperatura de fluido de anillo permite regular la temperatura del fluido 113 de anillo que se introduce en la cámara 129 de presión que coopera con el sellado del pistón del pistón 15 de expansión.

La Figura 19 muestra dichos medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, cuando la fuente 112 de fluido a presión comienza a suministrar fluido 113 de anillo, y la cámara 119 de distribución de presión comienza a acumular presión. Supondremos que, en esta etapa, la presión existente en la cámara 16 de trasvase-expansión sigue siendo de un bar absoluto.

Cabe señalar que la cámara 119 de distribución de presión está sellada, en particular gracias a la junta tórica 132, por lo que el fluido 113 de anillo no tiene otra salida que el orificio calibrado 111, para salir de dicha cámara 119. En la fase de funcionamiento de dichos medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, ilustrados en la Figura 19, el caudal total del fluido 113 de anillo procedente de la fuente 112 de fluido a presión, aún no se ha establecido, de modo que la presión existente en la cámara 119 de distribución de presión es de solo diez bares. Aunque la fuente 112 de fluido a presión aún no produce la presión de cuarenta bares, puede observarse que el anillo continuo perforado 105 empieza a hincharse a pesar de la fuga de fluido 113 de anillo a través del orificio calibrado 111, ya que la presión existente en la cámara 119 de distribución de presión es mayor que la existente en la ranura 126 de distribución de presión, la ranura 117 de contrapresión y la cámara 16 de trasvase-expansión. El hinchamiento del anillo continuo perforado 105 está simbolizado por la flecha de línea de puntos. El caudal de fluido 113 de anillo que sale a través del orificio calibrado 111 se une a la cámara 16 de trasvase-expansión, respectivamente a través de la ranura 126 de distribución de presión, la ranura 117 de contrapresión y el espacio formado por la holgura dejada entre el pistón 15 de expansión y el cilindro 13 de expansión.

Se observará que la sección del orificio calibrado 111 y el caudal de fluido 113 de anillo generado por la fuente 112 de fluido a presión, se calculan para que la presión de cuarenta bares, cuando se produzca realmente por dicha fuente 112, pueda mantenerse en la cámara 119 de distribución de presión, a pesar de que el fluido 113 de anillo salga a través del orificio calibrado 111. Esto equivale a decir que si ningún obstáculo limita el hinchamiento del anillo continuo perforado 105, este último recibe suficiente caudal de fluido 113 de anillo de la fuente 112 de fluido a presión, para hincharse tanto como si estuviera perfectamente sellado, es decir, tanto como si no tuviera un orificio calibrado 111.

El espesor radial del anillo continuo perforado 105 se calcula para que, teniendo en cuenta la elasticidad del material que constituye dicho anillo 105, cuando se aplique una presión de cuarenta bares sobre la cara cilíndrica interna 106 del anillo, el diámetro exterior del anillo continuo perforado 105 sea al menos igual o superior al diámetro interior del cilindro 13 de expansión.

A medida que la presión aumenta gradualmente en la cámara 119 de distribución de presión, el diámetro del anillo continuo perforado 105 aumenta hasta que las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire estén a una distancia muy pequeña de la pared del cilindro 13 de expansión. Esto es lo que representa la Figura 20.

En este estado de funcionamiento de dichos medios 53 de sellado del pistón del motor térmico 1 de transferenciaexpansión y regeneración según la invención, se crea una pérdida de presión significativa entre las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire y el cilindro 13 de expansión, oponiéndose dicha pérdida al paso del fluido 113 del anillo. Como resultado, la presión existente en la ranura 126 de distribución de presión y la ranura 117 de contrapresión, aumenta hasta el punto en que esté cerca de la existente en la cámara 119 de distribución de presión. El resultado es que la presión existente en dicha cámara 119 ya no ejerce una fuerza radial sobre el anillo continuo perforado 105, excepto a nivel de las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire. En consecuencia, debido a su elasticidad, que le confieren los atributos de un resorte y lo hacen resistente al hinchamiento, el anillo continuo perforado 105 se retrae, lo que tiene por efecto, por una parte, reducir la pérdida de presión entre las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire y el cilindro 13 de expansión y, por otra parte, reducir la presión existente en la ranura 126 de distribución de presión y la ranura 117 de contrapresión, lo que hace que el anillo continuo perforado 105 vuelva a hincharse.

Como puede observarse, la fuerza de constricción resultante de la rigidez del anillo continuo perforado 105, y que se opone al hinchamiento de este último, por una parte, y la pérdida de presión creada entre las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire y el cilindro 13 de expansión, por otra parte, provocan una situación relativamente inestable del anillo continuo perforado 105. De hecho, cuando el diámetro de dicho anillo 105 aumenta, las condiciones que provocaron dicho aumento de diámetro desaparecen, mientras que cuando el diámetro de dicho anillo 105 disminuye, las condiciones que provocaron dicho aumento se cumplen nuevamente.

Como resultado de ello, las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire no tienen más opción que encontrar una posición intermedia relativamente estable a una distancia muy corta del cilindro 13 de expansión. Dicha distancia es el resultado de la holgura inicial entre el pistón 15 de expansión y el cilindro 13 de expansión, de la presión existente en la cámara 119 de distribución de presión, de la rigidez del anillo continuo perforado 105 y de la longitud axial total de las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire con respecto a la longitud axial total de la cara cilíndrica interna 106 de anillo, que está expuesta a la presión del fluido 113 de anillo. Dicha distancia también resulta de la profundidad de la ranura 117 de contrapresión, que constituye en sí misma una pérdida de presión adicional.

Según el ejemplo de funcionamiento aquí considerado, una vez establecida la presión de cuarenta bares en la cámara 119 de distribución de presión, la distancia entre las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire y el cilindro 13 de expansión, es del orden de unos pocos micrómetros, o del orden de un micrómetro, o incluso de una fracción de micrómetro. Es esta corta distancia la que, combinada con un caudal de fluido 113 de anillo que va siempre del receso 115 de contrapresión a la cámara 16 de trasvase-expansión, y no al revés, produce un sellado estanco entre el pistón 15 de expansión y el cilindro 13 de expansión.

Cabe señalar que, teniendo en cuenta el mundo de funcionamiento particular de dichos medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, el anillo continuo perforado 105 tiende naturalmente a centrar esto en el cilindro 13 de expansión y a acomodar posibles defectos de circularidad o cilindricidad de dicho cilindro 13. De hecho, la posición del anillo continuo perforado 105 resulta de un equilibrio entre, por una parte, la fuerza general de constricción de dicho anillo 105, dada por la rigidez de este último, y, por otra parte, las fuerzas radiales locales aplicadas en cada punto de la periferia y de la longitud axial del anillo continuo perforado 105, dichas fuerzas resultantes de la interacción aerodinámica entre las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire y el cilindro 13 de expansión.

Cabe señalar también que dichos medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención permiten diversos ajustes en su diseño. Por ejemplo, en igualdad de condiciones, el dimensionamiento de la sección del orificio calibrado 111 determina concretamente la distancia que queda entre las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire y el cilindro 13 de expansión, pudiendo ajustarse también dicha distancia mediante la rigidez del anillo continuo perforado 105, que depende especialmente de su espesor.

Del funcionamiento que se acaba de describir, es fácil deducir que es esencial que la presión generada por la fuente 112 de fluido a presión sea siempre superior a la existente en la cámara 16 de trasvase-expansión. Esto no excluye la posibilidad, en escalas de tiempo suficientemente largas, de que la presión generada por la fuente 112 de fluido a presión se adapte a la presión máxima que se produce en la cámara 16 de trasvase-expansión. Sin embargo, debe observarse que si la cámara 129 de presión tiene una válvula antirretorno 140 de presión proporcional, la presión existente en la cámara 119 de distribución de presión puede variar en escalas de tiempo cortas, al igual que la presión existente en la cámara 16 de trasvase-expansión. Esta estrategia puede adoptarse por ejemplo si el pistón 15 de expansión del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención que recibe dichos medios 53 de sellado de pistón define con el cilindro 13 de expansión únicamente una sola cámara 16 de trasvase-expansión.

Por tanto, se comprende que dichos medios 53 de sellado de pistón del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención constituyen una solución robusta para realizar un sellado eficaz y duradero entre el pistón 15 de expansión y el cilindro 13 de expansión.

El motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención requiere que la temperatura de funcionamiento del cilindro 13 de expansión y del pistón 15 de expansión sea del orden de mil grados centígrados, o incluso más. A dicha temperatura, no es posible recurrir a ningún tipo de lubricación con aceite, ya sea de un segmento o de un anillo. Además, cualquiera que sea el material utilizado para realizar dicho cilindro 13 y dicho pistón 15, sea, por ejemplo, cerámica basada en aluminio, zircona o carburo de silicio, o de cualquier otro material, a dicha temperatura, cualquier contacto entre dicho cilindro 13 y un segmento o una junta de sellado es imposible.

Sin embargo, dichos medios de sellado de pistón 53 del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención son perfectamente compatibles con tales condiciones operativas. De hecho, el anillo continuo perforado 105 nunca toca el cilindro 13 de expansión, ya que está separado de este último por una película de fluido 113 de anillo, que puede ser, a título ilustrativo, no limitativo, aire del que está compuesta la atmósfera. Además, el anillo continuo perforado 105 se enfría constantemente mediante el caudal de fluido 113 de anillo que lo atraviesa, y que cubre la cara cilíndrica interna 106 del anillo y la cara cilindrica externa 107 del anillo. En este sentido, debe recordarse que para ayudar a este enfriamiento, la cámara 119 de distribución de presión puede alojar medios 124 de difusión de fluido de anillo, tales como los mostrados en las Figuras 13 a 18. Dicho enfriamiento permite, en particular, utilizar un anillo continuo perforado 105 en acero que tenga la resistencia mecánica deseada, sin superar la temperatura de recocido de dicho acero, que es solo de algunos cientos de grados centígrados. El uso de un anillo continuo perforado 105 de acero calentado a cientos de grados en un cilindro 13 de expansión de cerámica calentado a más de mil grados centígrados, permite, además, controlar la holgura operativa entre dicho anillo 105 y dicho cilindro 13 en buenas condiciones, como lo demuestra fácilmente el cálculo. Esto se debe, en particular, al coeficiente de dilatación del acero, que es superior que el de la cerámica, esté o no recubierto dicho acero de una capa protectora que lo proteja de la oxidación.

Se observa también que el enfriamiento del anillo continuo perforado 105 tiene como corolario el calentamiento local del fluido 113 de anillo. Esto permite por una parte, aumentar el caudal de volumen de dicho fluido 113 al mismo caudal de masa, y por otra parte, aumentar la viscosidad y por tanto la sustentación de dicho fluido 113 si por ejemplo este último está constituido por aire atmosférico. Esto permite de forma ventajosa reducir el caudal de fluido 113 de anillo producido por la fuente 112 de fluido a presión, al tiempo que permite que los medios de sellado de pistón 53 del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención funcionen en las condiciones buscadas. Se observa también que es posible ajustar la temperatura del fluido 113 de anillo antes de introducirlo en la cámara 129 de presión, lo que permite ajustar la temperatura de funcionamiento del anillo continuo perforado 105 y, por lo tanto, la holgura operativa entre dicho anillo 105 y el cilindro 13 de expansión.

También cabe señalar que el caudal de fluido 113 de anillo que fluye entre las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire y el cilindro 13 de expansión, asegura la limpieza permanente de este último. Por lo tanto, las partículas y residuos sólidos de cualquier tipo no pueden adherirse al cilindro 13 de expansión. Además, no es posible que una partícula procedente de la cámara 16 de trasvase-expansión pase entre las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire y el cilindro 13 de expansión, ya que la presión de los gases en dicha cámara 16 es inferior a la existente en la cámara 119 de distribución de presión. Se observará que para garantizar un funcionamiento óptimo en las superficies 116 de sustentación sobre cojín de aire, como se muestra en las Figuras 1 y 2, es posible prever un filtro 138 de fluido de anillo que elimine del fluido 113 de anillo cualquier partícula con un diámetro superior a, por ejemplo, un micrómetro, antes de que dicho fluido 113 se introduzca en la cámara 119 de distribución de presión.

La Figura 3 ilustra una variante del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención según la cual el compresor 2 ya no está constituido por un compresor 35 de baja presión y un compresor 36 de alta presión, sino por un único compresor de pistón de doble efecto. Cabe señalar no obstante en la Figura 3 que dicho compresor 2 coopera con un inyector 56 de agua que pulveriza agua líquida 57 en los gases circulantes en el conducto 3 de entrada de compresor antes de que dichos gases se introduzcan en la cámara 58 de aspiración-expulsión de dicho compresor 2.

El resultado de esta adición de agua líquida 57 en dichos gases es una compresión cercana a la isoterma de dichos gases producida en la cámara 58 de aspiración-expulsión. En efecto, durante su compresión, dichos gases cargados de gotitas de agua líquida 57 ceden su calor a dichas gotitas. Por tanto, una parte del agua líquida 57 contenida en dichas gotitas se evapora cuando dichos gases circundantes ceden a estas el calor latente del agua líquida 57 correspondiente, mientras que la otra parte sigue estando en estado líquido y aumenta en temperatura, cediendo dichos gases a dicha otra parte el calor sensible del agua líquida 57 correspondiente.

De esta estrategia resulta una reducción significativa del trabajo realizado sobre el árbol 17 de salida de potencia para comprimir dichos gases. Esta reducción del trabajo de resistencia de compresión se traduce en un aumento del rendimiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención.

Una vez expulsada la mezcla de gas y de agua líquida 57 del compresor 2 a través del conducto 4 de salida de compresor, el separador aire-agua 59 se encarga de recuperar el agua líquida 57 no evaporada, que podrá inyectarse de nuevo después de haberse enfriado en el refrigerador de agua líquida 77.

Cabe señalar que la fracción evaporada en el compresor 2 del agua líquida 57 constituye una masa de gas adicional que se llevará a una temperatura de por ejemplo mil cien grados centígrados en el quemador 38 antes de su expansión en el pistón 15 de expansión. El trabajo útil adicional producido de este modo es también favorable para el rendimiento del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención.

Cabe señalar, siempre en la Figura 3, que para compensar la pérdida de la fracción evaporada en el compresor 2 de agua líquida 57, puede preverse un secador 60 de gas de condensación en el conducto 33 de salida de motor. Dicho secador 60 tiene como función condensar una parte del vapor de agua restante en los gases expulsados del conducto 7 de baja presión de regeneración, procediendo dicho vapor a la vez de la evaporación en el compresor 2 del agua líquida 57 previamente pulverizada por el inyector 56 de agua en el conducto 3 de entrada de compresor, y de la combustión de los hidrocarburos en la cámara 40 de combustión, produciendo dicha combustión agua por combinación del hidrógeno del combustible con el comburente existente, y según este ejemplo de realización del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención, oxígeno atmosférico.

Se comprende que la variante del motor térmico 1 de transferencia-expansión y regeneración según la invención como se ilustra en la Figura 3 es, por su relativa complejidad, especialmente adecuada para aplicaciones industriales móviles tales como la propulsión marítima, o estacionarias tales como centrales eléctricas o estaciones de bombeo o de compresión. Sin embargo, y bajo reserva de una cierta miniaturización y unos esfuerzos de integración adecuados, dicha variante puede también dirigirse al transporte por carretera pesado o ligero, o a cualquier otra aplicación sin restricción alguna.

Claims

REIVINDICACIONES

Motor térmico (1) de transferencia-expansión y regeneración, que comprende

•A l menos un compresor (2) que pueda aspirar gases a una determinada presión a través de un conducto (3) de entrada de compresor para expulsarlos a una presión superior en un conducto (4) de salida del compresor;

•A l menos un intercambiador (5) de calor de regeneración constituido por al menos un conducto (6) de alta presión de regeneración y por al menos un conducto (7) de baja presión de regeneración, un primer extremo (8) que incluye dicho conducto (6) de alta presión que está conectado al conducto (4) de salida del compresor mientras que los gases circulantes en el conducto (7) de baja presión de regeneración pueden ceder una parte de su calor a los gases circulantes en el conducto (6) de alta presión de regeneración;

•Al menos un conducto (9) de salida de alta presión de regenerador (9) que incluye un primer extremo (10) conectado a un segundo extremo (11) que comprende el conducto (6) de alta presión de regeneración;

•Al menos una fuente (12) de calor situada en un lugar cualquiera del conducto (9) de salida de alta presión de regenerador y que puede sobrecalentar gases que circulan en dicho conducto (9); •Al menos un cilindro (13) de expansión, del que al menos un extremo está cerrado por una culata (14) de cilindro de expansión integrada en dicho cilindro (13) o fijada en este último, alojando dicho cilindro (13) un pistón (15) de expansión con el que lleva a cabo un sellado para formar una cámara (16) de trasvase-expansión de volumen variable, pudiendo desplazarse dicho pistón (15) en dicho cilindro (13) y conectado directa o indirectamente a un árbol (17) de salida de potencia por medios mecánicos (18) de transmisión de modo que transmita a dicho árbol (17) un movimiento de rotación continua cuando dicho pistón (15) realiza movimientos de vaivén en el cilindro (13) de expansión;

•Al menos un conducto (19) de admisión de gases calientes que incluye un primer extremo (20) unido a un segundo extremo (21) que comprende el conducto (9) de salida de alta presión de regenerador, comprendiendo dicho conducto (19) de admisión un segundo extremo (22) que atraviesa la culata (14) de cilindro de expansión para desembocar en el cilindro (13) de expansión a través de una boca (23) de conducto de admisión de gases calientes

•Al menos una válvula dosificadora (24) de admisión controlada por un accionador (25) de válvula dosificadora, pudiendo dicha válvula (24) obturar o abrir la boca (23) de conducto de admisión de gases calientes;

•A l menos un conducto (26) de escape de los gases expandidos que comprende un primer extremo (27) que atraviesa la culata (14) de cilindro de expansión para desembocar en el cilindro (13) de expansión a través de una boca (28) de conducto de escape de los gases expandidos, comprendiendo también dicho conducto (26) de escape un segundo extremo (29) conectado a un primer extremo (30) que incluye el conducto (7) de baja presión de regeneración;

•A l menos una válvula (31) de escape controlada por un accionador (32) de válvula de escape, pudiendo dicha válvula (31) obturar o abrir la boca (28) de conducto de escape de los gases expandidos;

•A l menos un conducto (33) de salida de motor situado en la prolongación de un segundo extremo (34) que incluye el conducto (7) de baja presión de regeneración, o unido con dicho segundo extremo (34) para constituir con este último una única y misma pieza,caracterizado por que

•dicho pistón (15) de expansión incluye medios (53) de sellado de pistón que constan de:

•A l menos un anillo continuo perforado (105) que incluye una cara cilíndrica interna (106) de anillo, una cara cilíndrica externa (107) de anillo y dos caras axiales (108) de anillo, estando dicho anillo (105) alojado en al menos una ranura (109) de anillo dispuesta en el pistón (15) de expansión, mientras que dicho anillo (105) puede moverse radialmente en la ranura (109) de anillo sin poder salir de esta última;

• Medios (110) de sellado de anillo que proporcionan un sellado entre cada cara axial (108) de anillo y la ranura (109) de anillo, de modo que esta última defina con el anillo continuo perforado (105) una cámara (119) de distribución de presión conectada por un circuito (114) de transferencia a la fuente (112) de fluido a presión;

•A l menos un orificio calibrado (111) que atraviesa por completo el anillo continuo perforado (105) en su espesor radial;

•A l menos una superficie (116) de sustentación sobre cojín de aire, que comprende el anillo continuo perforado (105), estando dicha superficie (116) de sustentación dispuesta opuesta a la cámara (119) de distribución de presión.

Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por queel compresor (2) es bietapa y está constituido por un compresor (35) de baja presión cuya salida está conectada a la entrada de un compresor (36) de alta presión a través de un refrigerador intermedio (37) de compresor.

3. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por queel árbol (17) de salida de potencia acciona en rotación el compresor (2).

4. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por queel conducto (3) de entrada de compresor incluye un inyector (56) de agua que puede pulverizar agua líquida (57) en los gases circulantes en dicho conducto (3) antes de que dichos gases se introduzcan en una cámara (58) de aspiración-expulsión que define el compresor (2) que los aspira.

5. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por queel compresor (2) define una cámara (58) de aspiración-expulsión en donde desemboca un inyector (56) de agua, pudiendo este último pulverizar agua líquida (57) en los gases introducidos en dicha cámara (58) después de que dichos gases hayan sido aspirados a través del conducto (3) de entrada de compresor por dicho compresor (2).

6. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5,caracterizado por queel conducto (4) de salida de compresor incluye un separador aire-agua (59).

7. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5,caracterizado por queel conducto (33) de salida de motor incluye un secador (60) de gas de condensación.

8. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por queel compresor (2) incluye una válvula dosificadora (66) de admisión de compresor cuya apertura y cierre son dirigidos por un accionador (67) de válvula dosificadora de admisión de compresor, pudiendo conectar dicha válvula (66) al abrirse el conducto (3) de entrada de compresor con una cámara (58) de aspiraciónexpulsión que define el compresor (2).

9. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por quele conducto (6) de alta presión de regeneración y el conducto (7) de baja presión de regeneración están unidos entre sí en toda o parte de su longitud, siendo el sentido de circulación de los gases contenidos en el conducto (6) de alta presión de regeneración inverso al sentido de circulación de los gases contenidos en el conducto (7) de baja presión de regeneración, constituyendo ambos conductos (6, 7) un intercambiador (41) de calor a contracorriente.

10. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por quela fuente (12) de calor es un quemador (38) constituido por un inyector (39) de combustible y una cámara (40) de combustión.

11. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por quela fuente (12) de calor está constituida por un intercambiador (46) de calor principal que extrae calor de una fuente universal (47) de calor para transmitir dicho calor al gas circulante en el conducto (9) de salida de alta presión de regenerador directamente o a través de un circuito (48) secundario de transporte de calor.

12. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por quela culata (14) de cilindro de expansión incluye una válvula (49) de equilibrado de presión que obtura o no un conducto que conecta la cámara (16) de trasvase-expansión y el conducto (19) de admisión de gases calientes, estando abierta dicha válvula (49) si la presión existente en la cámara (16) de trasvase-expansión es superior a la existente en el conducto (19) de admisión de gases calientes, de modo que los gases pasan de dicha cámara (16) a dicho conducto (19), estando si no dicha válvula (49) cerrada de modo que dichos gases no puedan pasar de dicho conducto (19) a dicha cámara (16) a través de dicha válvula (49).

13. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por quela cámara (16) de trasvase-expansión incluye al menos un inyector (140) de combustible de mantenimiento de temperatura.

14. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por quela cámara (16) de trasvase-expansión incluye al menos un inyector (141) de agua anti-NOx.

15. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por queel pistón (15) de expansión está conectado con medios mecánicos (18) de transmisión por un vástago (68) de pistón de expansión que atraviesa la culata (14) de cilindro de expansión, realizándose un sellado entre dicho vástago (68) y dicha culata (14) mediante medios (69) de sellado de vástago.

16. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 15,caracterizado por quelos medios (69) de sellado de vástago comprenden un sellado superior (70) de vástago y un sellado inferior (71) de vástago suficientemente alejados entre sí para formar, entre ambos sellados (70, 71), una cámara (72) de circulación de aceite en donde desemboca un conducto (73) de entrada de aceite de refrigeración-lubricación y de la que sale un conducto (74) de salida de aceite de refrigración-lubricación.

17. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 16,caracterizado por quelos medios (69) de sellado de vástago cooperan con una barra (76) de guiado de vástago alojada en el interior o fuera de la cámara (72) de circulación de aceite.

18. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por quelos medios mecánicos (18) de transmisión constan de una biela (42) de la que uno de sus extremos se articula directa o indirectamente en el pistón (15) de expansión y cuyo otro extremo se articula alrededor de una manivela (43) solidaria con el árbol (17) de salida de potencia.

19. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 1,caracterizado por quela válvula dosificadora (24) de admisión y/o la válvula (31) de escape es guiada directa o indirectamente en una caja (50) de válvula alojada en la culata (14) de cilindro de expansión, incluyendo dicha caja (50) un asiento sobre el que puede reposar dicha válvula (24, 31) para constituir un sellado, mientras que dicho asiento y/o la parte de la caja (50) de válvula que guía dicha válvula (24, 31) es refrigerado por un circuito (51) de refrigeración de válvula en el que circula un fluido de intercambio de calor.

20. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19caracterizado por quelos medios (53) de sellado de pistón comprenden al menos un receso (115) de contrapresión que no desemboca axialmente y dispuesto en hueco en la cara cilíndrica externa (107) de anillo, de modo que la superficie de la cara cilíndrica externa (107) de anillo no ocupada por dicho receso (115) constituye la superficie (116) de sustentación sobre cojín de aire.

21. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por quelos medios (53) de sellado de pistón comprenden un receso (115) de contrapresión constituido por una ranura (117) de contrapresión de escasa profundidad más o menos centrada en la longitud axial de la cara cilíndrica externa (107) de anillo, realizándose dicha ranura (117) de contrapresión en toda la circunferencia de dicha cara cilíndrica externa (107) de anillo.

22. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 20 y 21caracterizado por queel orificio calibrado (111) desemboca en el receso (115) de contrapresión.

23. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por queel orificio calibrado (111) se abre hacia el receso (115) de contrapresión a través de un receso (125) de distribución de presión dispuesto en hueco en el fondo de dicho receso (115) de contrapresión.

24. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 23,caracterizado por queel receso (125) de distribución de presión consiste en una ranura (126) de distribución de presión, más o menos centrada en la longitud axial de la cara cilíndrica externa (107) de anillo, realizándose dicha ranura (126) de distribución de presión en toda la circunferencia de dicha cara cilíndrica externa (107) de anillo.

25. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por queal menos uno de los dos bordes axiales de la cara cilíndrica exterior (107) de anillo o de la cara cilíndrica interior (106) de anillo que recibe el receso (115) de contrapresión termina en un chaflán (118) de borde.

26. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por quelos medios (110) de sellado de anillo consisten en un labio (121) de sellado de anillo que es solidario con el anillo continuo perforado (105), por un parte, y que establece un contacto de sellado con el interior o el reborde de la ranura (109) de anillo, por otra parte.

27. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por quelos medios (110) de sellado de anillo consisten en una parte (139) axial adelgazada dispuesta en las proximidades de al menos uno de los extremos axiales del anillo continuo perforado (105), siendo dicha parte (139) integral con la ranura (109) de anillo de forma estanca, y siendo lo suficientemente flexible para permitir que el diámetro del anillo continuo perforado (105) aumente o disminuya con respecto al de dicha ranura (109).

28. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19caracterizado por queel anillo continuo perforado (105) está constituido por un material blando y comprende al menos un resorte circunferencial (123) de anillo que tiende a reducir el diámetro de dicho anillo (105).

29. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por quela cámara (119) de distribución de presión aloja medios (124) de difusión de fluido de anillo que fuerzan el fluido (113) de anillo procedente del circuito (114) de transferencia de presión a extenderse por la mayor superficie posible de la cara cilíndrica interna (106) de anillo antes de salir por el orificio calibrado (111).

30. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 29,caracterizado por quelos medios (124) de difusión de fluido de anillo consisten en una placa (136) de difusión alojada en el fondo de la ranura (106) de anillo, estando al menos uno de los extremos axiales de dicha placa (136) provisto de al menos un orificio o ranura lateral de la placa (137) de difusión que fuerce al fluido (113) de anillo procedente del circuito (114) de transferencia de presión a desembocar en la cámara (119) de distribución de presión a través de al menos uno de sus extremos axiales.

31. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por quela ranura (109) de anillo tiene un tope (127) radial de anillo que limita la penetración del anillo continuo perforado (105) en dicha ranura (109).

32. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por queel circuito (114) de transferencia de presión consta de un tubo (128) de entrada de presión paralelo al cilindro (13) de expansión, y solidario con el pistón (15) de expansión, desembocando un primer extremo de dicho tubo (128) en el interior de dicho pistón (15), mientras que el segundo extremo de dicho tubo (128) desemboca, a través de un orificio (130) de cámara de presión en donde puede trasladarse longitudinalmente y de forma estanca, en una cámara (129) de presión conectada a la fuente (112) de fluido a presión.

33. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 32,caracterizado por queel tubo (128) de entrada de presión está conectado con la cámara (119) de distribución de presión mediante al menos un conducto (131) radial de entrada de presión.

34. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 32,caracterizado por quela cámara (129) de presión está conectada a la fuente (112) de fluido a presión a través de una válvula antirretorno de presión proporcional, que permite que el fluido (113) de anillo vaya de dicha fuente (112) a dicha cámara (129), pero no vaya de dicha cámara (129) a dicha fuente (112).

35. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 19,caracterizado por quela ranura (109) de anillo aloja un resorte (133) de expansión que se apoya sobre dicha ranura (109) para ejercer un esfuerzo radial sobre la cara cilíndrica interna (106) de anillo.

36. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según la reivindicación 35,caracterizado por queel resorte (133) de expansión proporciona un sellado por contacto entre la ranura (109) de anillo y el anillo continuo perforado (105).

37. Motor térmico de transferencia-expansión y regeneración según las reivindicaciones 29 y 35,caracterizado por queel resorte (133) de expansión está provisto de al menos un orificio (134) de difusión de fluido y/o al menos una ranura (135) de difusión de fluido para constituir con dicho orificio (134) y/o dicha ranura (135) los medios (124) de difusión de fluido de anillo.