BR0211335B1

BR0211335B1 - motor de combustão interna com ciclo dividido de quatro cursos.

Info

Publication number: BR0211335B1
Application number: BRPI0211335-0A
Authority: BR
Inventors: Carmelo J Scuderi
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2011-02-08
Also published as: CA2490405C; US20090250046A1; US6609371B2; AU2002322411B2; DE60225451T2; EP1417403A1; CN100378303C; WO2003008785A1; US20030015171A1; US20040050046A1; US7017536B2; CN1533471A; RU2286470C2; JP2006097692A; ATE388313T1; US7628126B2; DE60225451D1; JP3798403B2; ES2302829T3; US20050139178A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MOTOR DECOMBUSTÃO INTERNA COM CICLO DIVIDIDO DE QUATRO CURSOS".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a motores de combustão interna.

Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um motor de com-bustão interna com ciclo de quatro cursos tendo um par de pistões distanci-ados no qual um pistão do par é usado para a entrada e cursos de compres-são e outro pistão do par é usado para os cursos de energia e descarga,com cada ciclo de quatro cursos sendo completado em uma revolução dovirabrequim.

Fundamentos da Invenção

Os motores de combustão interna são qualquer grupo de dispo-sitivos nos quais os reagentes de combustão, por exemplo, oxidante e com-bustível, e os produtos de combustão servem como os fluidos de trabalho domotor. Os componentes básicos de um motor de combustão interna sãobem-conhecidos na técnica e incluem o bloco do motor, a cabeça do cilindro,os cilindros, os pistões, as válvulas, o virabrequim e o eixo do carne. As ca-beças do cilindro, os cilindros e a parte superior dos pistões formam, tipica-mente, as câmaras de combustão nas quais o combustível e o oxidante (porexemplo, ar) é introduzido e ocorre a combustão. Tal ganho do motor éenergia do calor liberado durante a combustão dos fluidos de trabalho não-reagidos, por exemplo, a mistura de oxidante-combustível. Esse processoocorre dentro do motor e é parte do ciclo termodinâmico do dispositivo. Emtodos os motores de combustão, o trabalho útil é gerado dos produtos gaso-sos, quentes, de combustão agindo diretamente nas superfícies de movi-mento do motor, tal como a parte superior, ou a coroa, de um pistão. Geral-mente, o movimento alternado dos pistões é transferido para o movimentogiratório de um virabrequim via hastes de conexão.

Os motores de combustão interna (IC) podem ser categorizadosem ignição por centelha (SI)) e ignição por compressão (Cl). Os motores SI,isto é, os motores típicos a gasolina, usam uma centelha para fazer a igniçãoda mistura de ar-combustível, enquanto o calor da compressão faz a igniçãoda mistura de combustível nos motores Cl, isto é, tipicamente motores a diesel.

O motor de combustão interna mais comum é o motor com ciclode quatro cursos, uma concepção cujo projeto básico não muda há 100anos. Isto é por causa do desempenho marcante como o primeiro elementode movimento na indústria de transporte terrestre. Em um motor com ciclode quatro cursos, a energia é recuperada do processo de combustão emquatro movimentos (cursos) de pistão separados de um único pistão. Para oobjetivo da invenção, um curso é definido como um movimento completo deum pistão de uma posição de ponto morto superior para uma posição deponto morto inferior ou vice-versa. Por conseguinte, um motor com ciclo dequatro cursos é aqui definido como um motor que requer quatro cursos com-pletos de um ou mais pistões para cada curso de energia, isto é, para cadacurso que confere energia a um virabrequim.

Com referência às figuras 1-4, uma modalidade exemplificativade uma técnica anterior um motor de combustão interna de quatro cursos émostrado na figura 10. Para fins de comparação, as seguintes quatro figuras1-4 descrevem o que será chamado de "motor padrão" 10 da técnica anteri-or. Como será explicado em maiores detalhes doravante, esse motor padrão10 é um motor Sl com um pistão de diâmetro de 10,16 cm ( 4 polegadas),um curso de 10,16 cm (4 polegadas) e uma proporção de compressão de 8para 1. A proporção de compressão é aqui definida como o volume máximode uma massa predeterminada de uma mistura de ar-combustível antes deum curso de compressão, dividido pelo volume da massa da mistura de ar-combustível no ponto de ignição. Para o motor padrão, a proporção de com-pressão é substancialmente a proporção do volume no cilindro 14 quando opistão 16 estiver no ponto morto inferior para o volume no cilindro 14 quandoo pistão 16 estiver no ponto morto superior.

O motor 10 inclui um bloco de motor 12 tendo o cilindro 14 quese estende através daí. O cilindro 14 é moldado para aí receber o pistão al-ternado 16. Conectado à parte superior do cilindro 14 encontra-se uma ca-beça de cilindro 18 que inclui uma válvula de entrada 20 e uma válvula desaída 22. A cabeça de cilindro 18, o cilindro 14 e a parte superior (ou coroa24) do pistão 16 formam uma câmara de combustão 26. No curso de entrada(figura 1), uma mistura de ar combustível é introduzida na câmara de com-bustão 26 através de uma passagem de admissão 28 e a válvula de entrada20, em que a mistura entra em ignição via uma vela de ignição 30. Os pro-dutos da combustão são, posteriormente, descarregados através da válvulade saída 22 e da passagem de saída 32 no curso de exaustão (figura 4).Uma haste de conexão 34 é conectada, de modo rotacional, em sua extre-midade distai 36 ao pistão 16. Um virabrequim 38 inclui uma parte de afas-tamento mecânico chamada manivela do virabrequim 40 que é conectada demodo rotacional, à extremidade distai inferior 42 da haste de conexão 34. Aconexão mecânica da haste de conexão 34 ao pistão 16 e à manivela dovirabrequim 40 serve para converter o movimento alternado (conforme indi-cado pela seta 44) do pistão 16 para o movimento giratório (conforme indi-cado pela seta 46) do virabrequim 38. O virabrequim 38 é mecanicamenteconectado (não-mostrado) a um eixo de carne de entrada 48 e a um eixo decarne de saída 50, que controla precisamente a abertura e o fechamento daválvula de entrada 20 e da válvula de saída 22, respectivamente.

O cilindro 14 tem uma linha central (eixo pistão-cilindro) 52 quetambém é uma linha central de movimento alternado do pistão 16. O vi-rabrequim 38 tem um centro de rotação (eixo do virabrequim) 54. Para pro-pósitos deste relatório descritivo, a direção de rotação 46 do virabrequim 38será na direção horária, conforme visto pelo leitor no plano do papel. A linhacentral 52 do cilindro 14 passa diretamente através do centro de rotação 54do virabrequim 38.

Com referência à figura 1, a válvula de entrada 20 se abre, opistão 16 primeiramente desce (conforme indicado pela direção da seta 44)no curso de entrada. Uma massa predeterminada de uma mistura explosivade combustível (vapor de gasolina) e ar é empurrada para dentro da câmarade combustão 26 pelo vácuo parcial assim criado. O pistão continua a des-cer, até alcançar seu ponto morto inferior (BDC), o ponto em que o cilindroestá mais longe da cabeça do cilindro 18.

Com referência à figura 2, tanto com as válvulas de entrada 20 eda saída 22 fechadas, a mistura é comprimida à medida que o pistão 16sobe (conforme indicado pela direção da seta 44) no curso de compressão.À medida que o final do curso se aproxima do ponto morto superior (TDC),isto é, o ponto no qual o pistão 16 está mais próximo da cabeça do cilindro18, o volume da mistura é comprimido para um oitavo de seu volume inicial(devido a uma proporção de compressão de 8 para 1). A mistura sofre entãoignição por uma centelha elétrica a partir da vela de ignição 30.

Com referência à figura 3, o curso de energia segue com ambasas válvulas 20 e 22 ainda fechadas. O pistão 16 é acionado para baixo(conforme indicado pela seta 44) em direção ao ponto morto inferior (BDC),devido à expansão do gás queimado que pressiona a coroa 24 do pistão 16.Uma vez que a vela de ignição 30 é acionada quando o pistão 16 está no, oupróximo ao TDC, isto é, em sua posição de disparo, a pressão de combustão(indicada pela seta 56) exercida pelo gás que sofreu a ignição no pistão 16está em seu máximo, nesse ponto. Essa pressão 56 é transmitiria através riahaste de conexão 34 e resulta em uma força ou torque tangencial (conformeindicado pela seta 58) no virabrequim 38.

Quando o pistão 16 está na sua posição de disparo, há uma si-gnificativa distância de folga, 60 entre a parte superior do cilindro 14 e a coroa24 do pistão 16. Tipicamente, a distância de folga, é entre 1,27 a 1,52 cm(0,5 a 0,6 polegada). Para o motor padrão 10 ilustrado, a distância livre ésubstancialmente 1,45 cm (0,571 polegadas). Quando o pistão 16 está emsua posição de disparo, as condições são ideais para ignição, isto é, condi-ções de disparo ideais. Para fins de comparação, as condições de disparodo seu motor 10 dessa modalidade exemplificativa são: 1) um pistão com10,16 cm (4 polegadas) de diâmetro; 2) um volume de folga de 18,23 centí-metros cúbicos (7,181 polegadas cúbicas); 3) uma pressão antes da igniçãode aproximadamente 1856,25 KPa absoluta (270 libras por polegada qua-drada absoluta) (psia) ;4) uma pressão de combustão máxima após a igni-ção de aproximadamente 8250 KPa (1200 psia); e 5) operando a 1400 rpm.

Essa distância de folga, 60, corresponde à proporção de com-pressão de 8 para 1. Tipicamente, os motores Sl operam de modo ideal comuma proporção de compressão fixa dentro de uma faixa de cerca de 6,0 a8,5, enquanto as proporções de compressão dos motores Cl variam, tipica-mente, de cerca de 10 a 16. A posição de disparo do pistão, 16, está, geral-mente próxima a, ou no TDC e representa o volume e a pressão ideal paraque a mistura de combustível-ar sofra ignição. Se a distância de folga, 60,fosse ser feita menor, a pressão aumentaria rapidamente.

Com referência à figura 4, durante o curso de exaustão, o pistãoascendente 16 força os produtos gastos de combustão através da válvula desaída (ou descarga) aberta 22. O ciclo, então, se repete por si mesmo. Paraesta técnica anterior, o motor com ciclo de quatro cursos 10 de cada pistão16, isto é, entrada, compressão, potência e descarga, e as duas revoluçõesdo virabrequim 38 são requeridas para completar um ciclo, isto é, prover umcurso de potência.

O problema é que a eficiência termodinâmica total do motor pa-drão de quatro cursos 10 é de apenas um terço (1/3). Isto é, 1/3 do trabalhoé distribuído para o virabrequim, 1/3 é perdido no calor gasto e 1/3 é perdidona descarga.

Conforme ilustrado nas figuras 3 e 5, um dos motivos principaispara esse rendimento baixo é o fato do torque de pico e a pressão de com-bustão de pico serem inerentemente fechados para fora de fase. A figura 3mostra a posição do pistão 16 no início de um curso de potência, quando opistão 16 está em sua posição de disparo para ignicão, no, ou próximo doTDC. Quando a vela de ignição 30 é acionada, o combustível que sofreuignicão exerce uma pressão máxima de combustão 56 no pistão 16, a qual étransmitida através da haste de conexão 34 da manivela do virabrequim 40do virabrequim 38. Porém, nessa posição, a haste de conexão 34 e a mani-vela virabrequim 40 são quase alinhados com a linha central 52 do cilindro14. Portanto, o torque 58 é quase perpendicular à direção da força 56, emseu valor máximo. O virabrequim 38 precisa contar com um momento gera-do por um volante conectado (não-mostrado) para girar para além de suaposição.

Com referência à figura 5, o gás que sofreu ignição expande-sena câmara de combustão 26, o pistão 16 desce e a pressão de combustão56 diminui. Porém, à medida que a manivela do virabrequim 40 gira paraalém da linha central 52 e a TDC, a força tangencial resultante, ou torque,58, começa a crescer. O torque 58 alcança um valor máximo quando a ma-nivela do virabrequim 40 gira aproximadamente 30 graus além da linha cen-tral 52. A rotação além do ponto faz com que a pressão 56 caia tanto que otorque 58 começa a cair novamente, até que tanto a pressão 56 quanto otorque 58 alcancem um mínimo no BDC. Portanto, o ponto de torque máxi-mo 58 e o ponto de pressão de combustão máxima 56 são inerentementefechados para fora da fase em aproximadamente 30 graus.

Com referência à figura 6, esse conceito pode ser posterior-mente ilustrado. Aqui, um gráfico da força, ou torque, tangencial versus osgraus de rotação de TDC para BDC é mostrado em 62 para o motor 10 datécnica anterior padrão. Adicionalmente, um gráfico da pressão de combus-tão versus os graus de rotação de TDC para BDC é mostrado em 64 para omotor 10. Os cálculos para os gráficos 62 e 64 foram baseados no motor 10padrão da técnica anterior, tendo um curso de 10,16 cm (4 polegadas), umpistão de 10,16 cm (4 polegadas) de diâmetro, e uma pressão de combustãomáxima na ignição de 8250 Kpa absoluta (1200 psia). Como pode ser visto apartir dos gráficos, o ponto máximo de pressão de combustão 66 ocorreaproximadamente a 0 grau do TDC e o ponto de torque máximo 68 ocorreaproximadamente 30 graus mais tarde, quando a pressão 64 foi considera-velmente reduzida. Ambos os gráficos 62 e 64 aproximam-se de seus valoresmínimos em BDC, ou substancialmente 180 graus de rotação além de TDC.

Um modo alternativo de aumentar o rendimento dinâmico térmi-co de um motor de quatro cursos é aumentar a proporção de compressão domotor. Porém, os fabricantes de automóvel descobriram que os motores Sloperam, tipicamente, de modo ideal com uma proporção de compressãodentro de uma faixa de cerca de 6,0 a 8,5, enquanto os motores Cl operammelhor, tipicamente, dentro de uma faixa de proporção de compressão decerca de 10 a 16. Isso se deve ao fato de que as proporções de compressãodos motores Sl ou Cl aumentam substancialmente além das faixas acima,vários outros problemas ocorrem, que superam as vantagens ganhas. Porexemplo, o motor precisa ser feito mais pesado e mais volumoso para lidarmelhor com as pressões maiores envolvidas. Também podem ocorrer pro-blemas de ignição prematura, especialmente com motores SI.

Muitos projetos de motores já foram patenteados. Porém, nenhumdeles oferecia um rendimento maior, ou outras vantagens significativas que pu-dessem substituir o motor padrão 10 exemplificado acima. Algumas dessaspatentes incluíam: patente US nQS 848.029; 939.376; 1.111.841; 1.248.250;1.301.141; 1.392.359; 1.856.048; 1.969.815; 2.091.410; 2.091.411; 2.091.412;2.091.413; 2.269.948; 3.895.614; a patente britânica nQ 299.602; a patentebritânica n° 721.025 e a patente italiana n° 505.576.

Em particular a patente US n° 1.111.841 para Koenig descreveum projeto de pistão/cilindro dividido, da técnica anterior, no qual um cursode admissão e compressão foi feito em uma combinação de pistão de com-pressão 12/cilindro 11 e um curso de potência e descarga foi feito em umacombinação de pistão de motor 7/cilindro 8. Cada pistão 7 e 12 fazem o mo-vimento alternado ao longo do eixo do cilindro do pistão que intersecta o vi-rabrequim único 5 (vide figura 3). Uma câmara térmica 24 conecta as cabe-ças dos cilindros de compressão e motor, com uma extremidade sendoaberta para o cilindro do motor e a outra tendo um orifício de válvula deexaustão 19 que se comunica com o cilindro do compressor. Um permutadortérmico resfriado a água 15 é disposto na parte superior do cilindro do com-pressor 11 para resfriar o ar ou a mistura de ar/combustível quando este écomprimido. Um conjunto de placas térmicas espaçadas 25 são dispostasdentro da câmara térmica 24 para reaquecer o gás anteriormente comprimi-do resfriado, à medida que ele passa através daí.

Considerava-se que o motor teria mais rendimento facilitando acompressão do gás por meio de resfriamento do mesmo. Em seguida, o gásseria reaquecido na câmara térmica para aumentar sua pressão a um pontoonde a ignição eficiente poderia ocorrer. No curso de exaustão, os gases deexaustão quente foram passados de volta, através da câmara térmica, epara fora de um orifício de exaustão 26, em um esforço para reaquecer acâmara térmica.

Infelizmente, a transferência do gás em todos os motores datécnica anterior de um projeto de pistão dividido sempre exigiu um trabalhoque reduz a eficiência. Além disso, a expansão da câmara térmica para ocilindro do motor de Koenig também reduzia a proporção de compressão. Omotor padrão 10 não exige tal processo de transferência e trabalho adicionalassociado. Além disso, o resfriamento e o reaquecimento do gás, para afrente e para trás, através da câmara térmica, não proveu vantagem sufici-ente para superar as perdas incorridas durante o processo de transferênciade gás. Portanto, a patente Koenig perdeu a proporção de rendimento ecompressão em relação ao motor padrão 10.

Para o objetivo da presente invenção, um eixo do virabrequim édefinido como sendo distanciado do eixo do cilindro do pistão quando o eixodo virabrequim e o eixo do pistão-cilindro não intersectam. A distância entreo eixo do virabrequim estendido e o eixo do cilindro-pistão estendido, toma-da ao longo de uma linha traçada perpendicular ao eixo do cilindro do pistãoé definida como "distanciamento". Tipicamente, os pistões distanciados sãoconectados ao virabrequim por hastes de conexão bem-conhecidas e mani-velas do virabrequim. Porém, o versado na técnica poderiam reconhecer queos pistões distanciados podem ser conectados de forma operativa a um vi-rabrequim por várias outras conexões mecânicas. Por exemplo, um primeiropistão pode ser conectado a um primeiro virabrequim e um segundo pistãopode ser conectado a um segundo virabrequim, e os dois virabrequins po-dem ser operativamente conectados através de um sistema de engrena-gens. De modo alternativo, os braços de alavanca pivotados, ou outras co-nexões mecânicas, podem ser usados em conjunto com, ou no lugar dashastes de conexão e as manivelas do virabrequim para conectar, de modooperativo, os pistões distanciado ao virabrequim.

Certas tecnologias referentes a motores de combustão internacom pistão de movimento alternado, nos quais o eixo do virabrequim é desvia-do, isto é, não intersecta, com o eixo do pistão-cilindro, é descrito na patenteUS n9S 810.347; 2.957.455; 2.974.541; 4.628.876; 4.945.866; e 5.146.884;no documento de patente japonês 60-256-642; no documento de patente daUnião Soviética 1551-880-A; e no "Japanese Society of Automotive Engine-ers (JSAE) Convention Proceedings", data 1996, item 966, 1996, páginas129-132. De acordo com as descrições contidas nessas publicações, as va-rias geometrias do motor são motivadas por várias considerações, incluindoos aperfeiçoamentos de potência e torque e as reduções de vibração e atri-to. Adicionalmente, motores retos, ou em linha, nos quais o eixo do virabre-quim é distanciado dos eixos do pistão foram usados nos primeiros motorespara carros de corrida do século vinte.

Porém, todos aperfeiçoamentos ganhos foram devidos ao au-mento nos ângulos dos torques apenas no curso de potência. Infelizmente,conforme será discutido em maiores detalhes posteriormente, mesmo agrande vantagem que teve um distanciamento para o curso de potênciatambém vem acompanhada de desvantagem para o curso de compressão.Portanto, o grau de distanciamento torna-se rapidamente autolimitante, emque as vantagens para o torque, potência e vibração para o curso de potên-cia não supera as desvantagens das mesmas funções no curso de compres-são. Adicionalmente, não foi discutida ou ensinada nenhuma vantagem refe-rente aos distanciamentos para otimizar o curso de compressão.

A título de exemplo, uma tentativa recente da técnica anteriorpara aumentar a eficiência em um projeto do tipo motor padrão 10 atravésdo uso de um distanciamento é apresentado na patente US ne 6.058.901para Lee. Lee acredita que o rendimento aperfeiçoado irá resultar por meioda redução das forças de atrito dos anéis de pistão nas paredes laterais so-bre toda a duração das duas revoluções de um ciclo de quatro cursos (videLee, coluna 4, linhas 10-16). As tentativas de Lee para realizar isso proven-do-se um cilindro distanciado em que o sincronismo de combustão dentro decada cilindro é controlado para fazer com que ocorra uma pressão de com-bustão máxima quando um plano imaginário que contém tanto um eixo deconexão respectivo de uma haste de conexão respectiva para o respectivopistão e um respectivo eixo de conexão da haste de conexão para uma res-pectiva manivela do virabrequim é substancialmente coincidente com o res-pectivo eixo de cilindro ao longo do qual o pistão faz o movimento alternado.

Porém, embora o distanciamento seja uma vantagem durante ocurso de potência, torna-se uma desvantagem durante o curso de compres-são. Isto é, quando o pistão passa do ponto morto inferior para o pontomorto superior durante o curso de compressão, o eixo distanciado de pistão-cilindro cria um ângulo entre a manivela do virabrequim e a haste de cone-xão que reduz o torque aplicado ao pistão. Adicionalmente, as forças lateraisque resultam dos ângulos precários de torque no curso de compressão au-mentam, realmente, o desgaste nos anéis de pistão. Por conseguinte, umagrande quantidade de potência precisa ser consumida para comprimir o gáspara completar o curso de compressão à medida que o distanciamento au-menta. Portanto, a quantidade de distanciamento é bastante limitada porsuas próprias desvantagens no lado de compressão. Por conseguinte, gran-des distanciamentos da técnica anterior, isto é, distanciamentos nos quais ovirabrequim precisa girar pelo menos 20 graus além de uma posição deponto morto dos pistões antes que o pistão possa alcançar uma posição dedisparo ainda não foram utilizados, descritos ou ensinados. Como resultado,os distanciamentos relativamente grandes solicitados para substancialmentealinhar o torque de pico para a pressão de combustão de pico não podemser feitos com a invenção de Lee.

Os motores da Proporção de Compressão Variável (VCR) sãouma classe dos motores Cl da técnica anterior projetados para terem a van-tagem de variar a proporção de compressão em um motor, para aumentar aeficiência. Um tal exemplo típico é descrito no pedido de patente US ne4.955.328 para Sobotowski. Sobotowski descreve um motor no qual a pro-porção de compressão é variada alterando-se a relação de fase entre osdois pistões que operam em cilindros interconectados através de um orifíciode transferência que deixa o gás fluir em ambas as direções.

Porém, alterar a relação de fase para variar as proporções decompressão impõe requisitos de projeto no motor que aumenta sua comple-xidade e diminui sua utilidade. Por exemplo, cada pistão do par de pistõesprecisa fazer o movimento alternado em todos os quatro cursos de um ciclode quatro curso completo e precisa ser acionado por um par de virabrequinsque giram através de duas revoluções completas por ciclo de quatro cursos.Adicionalmente, as conexões entre o par de virabrequins torna-se maiscomplexa e pesada. Também o motor é limitado pelo projeto para os moto-res Cl devido a maiores proporções de compressão involvidas.

Vários outros motores relativamente recentes, especializados,da técnica anterior foram projetados em uma tentativa de aumentar o rendi-mento do motor. Um tal motor é descrito na patente US nQ 5.546.897 paraBrackett, intitulado "Internai Combustion Engine With Stroke SpecializedCylinders". Em Brackett, o motor é dividido em uma seção de trabalho e umaseção de compressor. A seção de compressor distribui ar carregado para aseção de trabalho, a qual utiliza uma biela triangular ou projeto translado demovimento de acionamento conjugado para aumentar a eficiência. O motorespecializado pode ser descrito como um motor horizontalmente oposto noqual um par de pistões opostos faz um movimento alternado em direçõesopostas dentro de um bloco de cilindro.

Porém, o compressor é projetado essencialmente como um su-percarregador que distribui gás sobrecarregado para a seção de trabalho.Cada pistão na seção de trabalho precisa fazer o movimento alternado atra-vés de todos os quatro cursos de entrada, compressão e descarga, uma vezque cada virabrequim envolvido precisa completar duas revoluções comple-tas por ciclo de quatro cursos. Adicionalmente, o projeto é complexo, caro elimitado para motores Cl muito especializados.

Outro projeto especializado da técnica anterior é descrito na pa-tente US n° 5.623.894 para Clarke, intitulado "Dual Compression and DualExpansion Engine". Clarke descreve, essencialmente, um motor especiali-zado, de dois cursos, onde pistões opostos são dispostos em um único cilin-dro para realizar um curso de potência e um curso de compressão. O cilindroúnico e as coroas dos pistões opostos definem uma câmara de combustãoque é localizada em um alojamento interno de movimento alternado. A en-trada e saída do gás para dentro e fora da câmara de combustão é feita porpistões cônicos especializados e o alojamento interno de movimento alter-nado.

Porém, o motor é um sistema de dois cursos, altamente especi-alizado, no qual os pistões opostos realizam um curso de compressão e depotência no mesmo cilindro. Adicionalmente, o projeto é muito complexo,requerendo dois virabrequins, quatro pistões e um alojamento interno demovimento alternado para completar o ciclo de revolução única com doiscursos. Além disso, o motor é limitado para aplicações de motor Cl.

Por conseguinte, há a necessidade de um motor de combustãointerna de quatro cursos cujo rendimento pode ser melhorado alinhando-se,próximo, as curvas de torque e força geradas durante um curso de potênciasem aumentar as proporções de compressão substancialmente além doslimites de projeto normalmente aceitos.

Sumário da Invenção

A presente invenção oferece vantagens e alternativas em rela-ção à técnica anterior provendo um motor de combustão interna com ciclo dequatro cursos tendo um par de pistões no qual um pistão de um par é usadopara os cursos de admissão e compressão e outro pistão do par é usadopara os cursos de potência e descarga, com cada ciclo de quatro cursossendo completado em uma revolução do virabrequim. O motor aumenta orendimento por meio do alinhamento próximo das curvas de torque e forçageradas durante um curso de potência sem aumentar as proporções decompressão.

Essas e outras vantagens são realizadas em uma modalidadeexemplificativa da invenção provendo-se um motor de combustão internacom ciclo de quatro cursos. O motor inclui um virabrequim, que gira em tornode um eixo de virabrequim do motor. Um pistão de potência é recebido, deforma deslizável, dentro de um primeiro cilindro e é operativamente conecta-do ao virabrequim, de modo tal que o pistão de potência faz um movimentoalternado através de um curso de potência e um curso de exaustão de umciclo de quatro cursos durante uma rotação única do virabrequim. Um pistãode compressão é recebido, de forma deslizável, dentro de um segundo cilin-dro e conectado, de forma operativa, ao virabrequim, de modo que o pistãode compressão faça o movimento alternado através de um curso de admis-são e um curso de compressão do mesmo ciclo de quatro tempos durante amesma rotação do virabrequim. O pistão de potência alterna dentro do pri-meiro cilindro ao longo de um primeiro eixo do pistão-cilindro, em que o pri-meiro eixo do pistão-cilindro tem um distanciamento do eixo do virabrequimde modo tal que o eixo do pistão-cilindro não intersecta o eixo do virabre-quim. O distanciamento do primeiro eixo do pistão-cilindro alinha, substanci-almente, um ponto de pressão de combustão máxima aplicado ao pistão depotência com um ponto de torque máximo aplicado ao virabrequim durante ocurso de potência.

Em uma modalidade alternativa da invenção, o motor inclui umapassagem de gás que interconecta o primeiro e o segundo cilindros. A pas-sagem de gás inclui uma válvula de entrada e uma válvula de saída que de-finem uma câmara de pressão entre elas. A válvula de entrada e a válvulade saída da passagem de gás mantém, substancialmente, pelo menos umapressão de gás em condição de disparo predeterminada na câmara de pres-são durante todo o ciclo de quatro cursos.

Em outra modalidade do motor, o pistão de potência leva o pis-tão de compressão por um ângulo de troca de fase que é substancialmentemaior do que zero. Preferivelmente, esse ângulo de mudança de fase éaproximadamente entre 30 graus e 60 graus.

Em outra modalidade da invenção, o distanciamento do primeiroeixo do pistão - cilindro é tal que o virabrequim precisa girar pelo menos 20graus além do ponto onde o pistão alcança o ponto morto superior, antesque o pistão de potência possa alcançar a posição de disparo.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama esquemático de uma técnica anteriorrepresentativa do motor de ciclo de quatro cursos durante o curso de admis-são;

A figura 2 é um diagrama esquemático do motor da técnica ante-rior da figura 1 durante o curso de compressão;

A figura 3 é um diagrama esquemático do motor da técnica ante-rior da figura 1 durante o curso de potência;

A figura 4 é um diagrama esquemático do motor da técnica ante-rior da figura 1 durante o curso de exaustão;

A figura 5 é um diagrama esquemático do motor da técnica ante-rior da figura 1, quando o pistão está na posição de torque máximo;

A figura 6 é uma representação gráfica da pressão do torque eda combustão do motor da técnica anterior da figura 1;

A figura 7 é um diagrama esquemático de um motor de acordocom a presente invenção, durante os cursos de exaustão e admissão;

A figura 8 é um diagrama esquemático do motor da figura 7quando o primeiro pistão acabou de alcançar o ponto morto superior (TDC)no início do curso de potência;

A figura 9 é um diagrama esquemático do motor da figura 7quando o primeiro pistão alcançou sua posição de disparo;

A figura 10 é uma representação gráfica da pressão do torque eda combustão do motor da figura 7; e

A figura 11 é um diagrama esquemático de uma modalidade al-ternativa de um motor de acordo com a presente invenção, tendo diâmetrosdiferentes de manivela e pistão.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

Com referência à figura 7, uma modalidade exemplificativa deum motor de combustão interna, com quatro cursos, de acordo com a pre-sente invenção, é mostrado geralmente em 100. O motor 100 inclui um blocode motor 102 tendo um primeiro cilindro 104 e um segundo cilindro 106 quese estende através daí. Um virabrequim 108 é encaixado para rotação emtorno de um eixo do virabrequim 110 (que se estende perpendicular ao planodo papel).

O bloco do motor 102 é o membro estrutural principal do motor100 e estende-se para cima, a partir do virabrequim 108, à junção com acabeça do cilindro 112. O bloco do motor 102 serve como a armação estru-tural do motor 100 e transporta, tipicamente, o coxim de montagem no qual omotor é sustentado no chassis (não-mostrado). O bloco do motor 102 é ge-ralmente uma fundição com superfícies apropriadas, usinadas, e orifíciosrosqueados para conectar a cabeça do cilindro 112 e outras unidades domotor 100.

Os cilindros 104 e 106 são aberturas, tipicamente de uma seçãotransversal geralmente circular, que se estende através da parte superior dobloco do motor 102. Os cilindros são aqui definidos como câmaras dentrodas quais os pistões de um motor fazem um movimento alternado e não temque ser geralmente circular na seção transversal, isto é, eles podem ter umaforma geralmente elíptica ou em meia-lua.

As paredes internas dos cilindros 104 e 106 são perfuradas epolidas para formar superfícies de suporte lisas, precisas, dimensionadaspara receber um primeiro pistão de potência 114 e um segundo pistão decompressão 116, respectivamente. O pistão de potência 114 faz o movi-mento alternado ao longo do primeiro eixo do pistão-cilindro 113, e o pistãode compressão 116 faz o movimento alternado ao longo de um segundo eixopistão-cilindro 115. O primeiro e segundo cilindros 104 e 106 são dispostosno motor 100, de modo tal que o primeiro e segundo eixos do pistão-cilindro113 e 115 passam nos lados opostos do eixo do virabrequim 110 sem inter-sectaro eixo do virabrequim 110.

Os pistões 114 e 116 são tipicamente fundições cilíndricas, emforma de taça, de liga de aço e de alumínio. As extremidades superior, fe-chadas, isto é, na parte de cima, dos pistões de compressão e de potência114 e 116 são a primeira e segunda coroas 118 e 120, respectivamente. Assuperfícies externas dos pistões 114, 116 são geralmente usinadas para en-caixar no orifício do cilindro firmemente e são tipicamente feitas com sulcospara receber os anéis de pistão (não-mostrados) que vedam o vão entre ospistões e as paredes do cilindro.

A primeira e segunda hastes de conexão 122 e 124 incluem umacurva de ângulo 121 e 123, respectivamente. As hastes de conexão 122 e124 são conectadas, pivotavelmente, em suas extremidades distais superio-res 126 e 128 aos pistões de potência e compressão 114 e 116, respectiva-mente. O virabrequim 108 inclui um par de partes distanciadas mecanica-mente chamadas primeira e segunda manivela 130 e 132, as quais são co-nectadas, pivotavelmente, às primeiras extremidades distais, opostas, inferi-ores, 134 e 136 da primeira e segunda haste de conexão 122 e 124, respec-tivamente. As conexões mecânicas das hastes de conexão 122 e 124 paraos pistões 114, 116 e as manivelas do virabrequim 130, 132 servem paraconverter o movimento alternado dos pistões (conforme indicado pela setadirecional 138 para o pistão de potência 114 e a seta direcional 140 para opistão de compressão 116) em movimento giratório (conforme indicado pelaseta direcional 142) do virabrequim 108. O primeiro eixo do cilindro do pistão113 é distanciado, de modo tal que seja disposto no meio-plano imaginárioatravés do qual a primeira manivela do virabrequim 130 gira a partir de suaposição de centro de ponto morto superior para a sua posição de pontomorto inferior. O segundo eixo do cilindro do pistão 115 é distanciado nomeio-plano imaginário oposto.

Embora essa modalidade mostre o primeiro e o segundo pistões114 e 116 conectados diretamente ao virabrequim 108 através das hastesde conexão 122 e 124, respectivamente, está dentro do escopo da invençãoque outros meios também podem ser empregados para conectar, de modooperativo, os pistões 114 e 116 ao virabrequim 108. Por exemplo, um se-gundo virabrequim pode ser usado para conectar, mecanicamente, os pis-tões 114 e 116 ao primeiro virabrequim 108.

A cabeça do cilindro 112 inclui uma passagem de gás 144 queinterconecta o primeiro e o segundo cilindro 104 e 106. A passagem de gásinclui uma válvula de retenção de entrada 146 disposta em uma extremidadedistai da passagem de gás 144 próxima ao segundo cilindro 106. Um válvulade gatilho de saída 150 também é disposta em uma extremidade distaioposta da passagem de gás 144 próxima à parte superior do primeiro cilin-dro 104. A válvula de retenção de entrada 146 e a válvula de gatilho de saí-da 150 definem uma câmara de pressão 148 entre elas. A válvula de entrada146 permite um fluxo de uma só via de gás comprimido a partir do segundocilindro 106 para a câmara de pressão 148. A válvula de saída 150 permiteque o fluxo de uma só via de gás comprimido a partir da câmara de pressão148 para o primeiro cilindro 104. Embora as válvulas de retenção e de gati-lho sejam descritas como as válvulas de entrada e de saída 146 e 150, res-pectivamente, qualquer projeto de válvula apropriado para a aplicação podeser usado no lugar delas, por exemplo, a válvula de entrada 146 tambémpode do tipo de gatilho.

A cabeça do cilindro 112 também inclui uma válvula de admis-são 152 do tipo de gatilho disposta sobre a parte superior do segundo cilin-dro 106 e uma válvula de exaustão 154 do tipo de gatilho disposta sobre aparte superior do primeiro cilindro 104. As válvulas de gatilho 150, 152 e 154têm, tipicamente, um eixo de metal 156 com um disco 158 em uma extremi-dade encaixada para bloquear a abertura da válvula. As outras extremidadesdos eixos 156 das válvulas de gatilho 150, 152 e 154 são mecanicamenteconectadas aos eixos de carne 160, 162 e 164, respectivamente. Os eixosde carne 160, 162 e 164 são, tipicamente, uma haste redonda com lóbulosgeralmente ovais, localizados dentro do bloco do motor 102, ou na cabeçado cilindro 112.

Os eixos de carne 160, 162 e 164 são mecanicamente conecta-dos ao virabrequim 108, tipicamente através de uma roda de engrenagem,correia ou conexões de corrente (não-mostradas). Quando o virabrequim108 força os eixos de carne 160, 162 e 164 a virar, os lóbulos nos eixos decarne 160, 162 e 164 fazem com que as válvulas 150, 152 e 154 abram efechem em momentos precisos no ciclo do motor.

A coroa 120 do pistão do compressor 116, as paredes do se-gundo cilindro 106 e a cabeça do cilindro 112 formam uma câmara de com-pressão 166 para o segundo cilindro 106. A coroa 118 do pistão de potência114, as paredes do primeiro cilindro 104 e a cabeça do cilindro 112 formamuma câmara de combustão separada 168 para o primeiro cilindro 104. Umavela de ignição 170 é disposto na cabeça do cilindro 112 sobre o primeirocilindro 104 e é controlado por um dispositivo de controle (não-mostrado)que sincroniza a ignição da mistura de ar comprimido na câmara de com-bustão 168. Embora essa modalidade descreva um motor de ignição decentelha (SI), um versado na técnica reconheceria que os motores de igni-ção por compressão (Cl) também estão dentro do escopo da presente in-venção.

Durante a operação, o pistão de potência 114 leva o pistão decompressão 116 por um ângulo de mudança de fase 172, definido pelosgraus de rotação do virabrequim 108, precisa girar depois que o pistão depotência 114 alcançou sua posição de ponto morto superior para que o pis-tão de compressão 116 alcance sua posição de ponto morto superior. Depreferência, essa mudança de fase é entre 30 e 60 graus. Para essa modali-dade particular, preferida, a mudança de fase é fixada substancialmente em50 graus.

A figura 7 ilustra o pistão de potência 114 quando este alcançasua posição de centro de ponto morto inferior (BDC) e acaba de subir (con-forme indicado pela seta 138) em seu curso de exaustão. O pistão de com-pressão 116 está retardando o pistão de potência 114 em 50 graus e desce(seta 140) através de seu curso de admissão. A válvula 156 é aberta parapermitir que uma mistura explosiva de combustível e ar seja empurrada paraa câmara de compressão 166. A válvula de exaustão 154 também é aberta,permitindo que o pistão 114 force os produtos gastos da combustão parafora da câmara de combustão 168.

A válvula de retenção 146 e a válvula de gatilho 150 da passa-gem de gás 144 são fechadas para impedir a transferência de combustívelque pode ser queimado e produtos de combustão gastos entre as duas câ-maras 166 e 168. Adicionalmente, durante os cursos de exaustão e admis-são, a válvula de retenção de entrada 146 e a válvula de gatilho de saída150 vedam a câmara de pressão 148 para manter, substancialmente, apressão do gás aí preso dos cursos de potência e compressão anteriores.

Com referência à figura 8, o pistão de potência 114 alcançou suaposição de ponto morto superior (TDC) e está prestes a descer para o cursode potência (indicado pela seta 138), enquanto o pistão de compressão 116está subindo através de seu curso de compressão (indicado pela seta 140).Nesse ponto, a válvula de retenção de entrada 146, a válvula de saída 150,a válvula de admissão 152 e a válvula de descarga 154 são todas fechadas.No pistão TDC 114 tem uma distância de folga 178 entre a coroa118 do pistão 114 e a parte superior do cilindro 104. Essa distância de folga178 é muito pequena em comparação com a distância de folga 60 do motorpadrão 10 (melhor visto na figura 3). Isso é porque o curso de potência nomotor 100 segue um curso de exaustão de pressão baixa, enquanto o cursode potência no motor padrão 10 segue um curso de compressão de pressãoelevada. Portanto, em contraste distinto com o motor padrão 10, há uma pe-quena penalidade para o motor 100 para reduzir a distância de folga 178,uma vez que não há nenhum gás de pressão elevada preso entre a coroa118 e a parte superior do cilindro 114. Além disso, reduzindo-se a distância dafolga 178, é feito uma inundação de quase todos os produtos de exaustão.

Para alinhar, substancialmente, o ponto de torque máximo com apressão de combustão máxima, o virabrequim 108 precisa ser girado apro-ximadamente 40 graus além de sua posição de ponto morto superior quandoo pistão de potência 114 está em sua posição de disparo ideal. Adicional-mente, considerações semelhantes são verdadeiras no pistão de compres-são 116 para reduzir a quantidade de torque e potência consumidos pelovirabrequim 108 durante um curso de compressão. Ambas essas considera-ções requerem que os distanciamentos nos eixos pistão-cilindro sejam muitomaiores do que os distanciamentos anteriores, da técnica anterior, isto é, osdistanciados nos quais o virabrequim precisa girar pelo menos 20 grausalém da posição de ponto morto superior de um pistão antes que o pistãopossa alcançar uma posição de disparo. Esses distanciamento são, de fato,tão grandes que uma haste de conexão reta que conecta os pistões 114 e116 iriam interferir na extremidade distai, inferior, dos cilindros 104 e 106durante um curso.

Por conseguinte, a curva 121 na haste de conexão 122 precisaser disposta intermediária às suas extremidades distais e ter uma magnitudetal que a haste de conexão 122 libera a extremidade distai inferior 174 docilindro 104 enquanto o pistão de potência 114 faz o movimento alternadoatravés de todo o curso. Adicionalmente, a curva 123 em uma haste de co-nexão 124 precisa ser disposta intermediária às suas extremidades distais etêm uma magnitude tal que a haste de conexão 124 libera a extremidadedistai inferior 176 do cilindro 106 enquanto o pistão de compressão 116 faz omovimento alternado através de um inteiro de curso.

Com referência à figura 9, o virabrequim 108 girou 40 graus adi-cionais (conforme indicado pela seta 180) para além da posição TDC dopistão de potência 114 para alcançar sua posição de disparo e o pistão decompressão 116 acaba de completar seu curso de compressão. Duranteesses 40 graus de rotação, o gás comprimido dentro do segundo cilindro 116alcança uma pressão limite que força a válvula de retenção 146 a abrir, en-quanto o carne 162 é sincronizado também para abrir a válvula de saída150. Portanto, quando o pistão de potência 114 desce e o pistão de com-pressão 116 sobe, uma massa substancialmente igual de gás comprimido étransferida da câmara de compressão 166 do segundo cilindro 106 para acâmara de combustão 168 do primeiro cilindro 104. Quando o pistão de po-tência 114 alcança sua posição de disparo, a válvula de retenção 146 e aválvula de saída 150 se fecham para impedir qualquer transferência de gásatravés da câmara de pressão 148. Por conseguinte, a massa e a pressãodo gás dentro da câmara de pressão 148 permanece relativamente cons-tante antes e depois que a transferência de gás ocorre. Em outras palavras,a pressão do gás dentro da câmara de pressão 148 é mantida pelo menos(ou acima) de uma determinada pressão na condição de ignição, por exem-plo, aproximadamente 1856,25 KPa absoluta (270 psia) para todo o ciclo dequatro cursos.

Quando o pistão de potência 114 desceu para a sua posição dedisparo a partir do TDC, a distância da folga 178 cresceu para substancial-mente se igualar à distância da folga 60 do motor padrão 10 (melhor vista nafigura 3), isto é, 1,45 cm (0,571"). Adicionalmente, as condições de disparosão substancialmente as mesmas que as condições de disparo do motorpadrão 10, que são, geralmente: 1) um pistão com 10,16 cm (4 polegadas)de diâmetro; 2) um volume de folga de 18239 cm3 (7181 polegadas cúbicas); 3) uma pressão antes da ignição de aproximadamente 1856,25 KPa abso-luta (270 psia) e 4) uma pressão de combustão máxima após a ignição deaproximadamente 8250 KPa absoluta (1200 psia). Além disso, o ângulo daprimeira manivela 130 do virabrequim 108 é a posição de torque máximo,isto é, aproximadamente 40 graus além do CPMS. Portanto, a vela de igni-ção 170 é sincronizado para fazer a ignição de modo tal que a pressão decombustão máxima ocorra quando o pistão de potência 114 alcança, subs-tancialmente, a posição de torque máximo.

Durante os próximos 10 graus de rotação 142 do virabrequim108, o pistão de compressão 116 irá passar através de sua posição TDC e,em seguida, começa outro curso de admissão para começar novamente ociclo. O pistão de compressão 116 também tem uma distância muito peque-na de folga 182 em relação ao motor padrão 10. Isso é possível porque,quando a pressão de gás na câmara de compressão 166 do segundo cilin-dro 106 alcança a pressão na câmara de pressão 148, a válvula de retenção146 é forçada a abrir para permitir que o gás flua através daí. Portanto, muitopouca pressão de gás é pega na parte superior do pistão de potência 116quando este alcança sua posição TDC.

A proporção de compressão do motor 100 pode ser qualquercoisa dentro do domínio dos motores Sl ou Cl, mas, para essa modalidadeexemplificativa, está substancialmente dentro da faixa de 6 a 8,5. Conformedefinido anteriormente, a proporção de compressão é o volume máximo deuma massa predeterminada de uma mistura de ar-combustível antes de umcurso de compressão, dividido pelo volume da massa da mistura de ar-combustível no ponto de ignição. Para o motor 100, a proporção de com-pressão é substancialmente a proporção do volume de deslocamento nosegundo cilindro 106 quando o pistão de compressão 116 passa do BDCpara o TDC para o volume no primeiro cilindro 104 quando o pistão de po-tência 114 está em sua posição de disparo.

Em distinto contraste com o motor padrão 10, onde o curso decompressão e o curso de potência são sempre feitos em seqüência pelomesmo pistão, o curso de potência é feito pelo pistão de potência 114 ape-nas, e o curso de compressão é feito pelo pistão de compressão 116 ape-nas. Portanto, o pistão de potência 116 pode ser distanciado para alinhar apressão máxima de combustão com o torque máximo aplicado ao virabre-quim 108 sem incorrerem penalidade por estar fora de alinhamento no cursode compressão. Por outro lado, o pistão de compressão 114 pode ser dis-tanciado para alinhar a pressão máxima de compressão com um torque mí-nimo aplicado a partir do virabrequim 108 sem incorrer em penalidade porestar fora de alinhamento no curso de potência.

Com referência à figura 10, esse conceito pode ser ilustrado commais detalhes. Aqui, um gráfico de força tangencial, ou torque versus grausde rotação do TDC para o pistão de potência 114 é mostrado em 184 para omotor 100. Adicionalmente, um gráfico de pressão de combustão versus ograu de rotação do TDC para o pistão de potência 114 é mostrado em 186para o motor 100. Os cálculos para os gráficos 184 e 186 foram baseadosno motor 100 tendo condições de disparo substancialmente iguais às de ummotor padrão. Isto é: 1) um pistão de diâmetro de 10,16 cm (4 polegadas); 2)um volume de folga de 18239 cm3 (7181 polegadas cúbicas); 3) uma pressãoantes da ignição de aproximadamente 1856,25 KPa absoluta (270 psia); 4)uma pressão de combustão máxima após a ignição de aproximadamente8,250 KPa absoluta (1200 psia) e 5) revoluções por minuto (RPM) substan-cialmente iguais dos virabrequins 108 e 38. Em distinto contraste com osgráficos da figura 6 para o motor padrão da técnica anterior 10, o ponto depressão de combustão máxima 188 é substancialmente alinhado com oponto de torque máximo 190. Esse alinhamento da pressão de combustão186 com o torque 184 resulta em um significativo aumento de rendimento.

Além disso, o distanciamento do pistão de compressão 116 tam-bém pode ser otimizado para substancialmente alinhar o torque máximo dis-tribuído para o pistão de compressão 116 do virabrequim 108 com a pressãode compressão máxima do gás. O distanciamento do pistão de compressão116 reduz a quantidade de potência exercida para completar o curso decompressão e ainda aumentar a eficiência total do motor 100 com relação aomotor padrão 10. Com os distanciamentos combinados do pistão de potên-cia e de compressão 114 e 116 o rendimento teórico total do motor 100 podeser aumentado em, aproximadamente, 20 a 40 por cento em relação aomotor padrão.

Com referência à figura 11, uma modalidade alternativa de ummotor dividido, com quatro cursos, tendo diâmetros desiguais de manivela ede pistão, é mostrado geralmente em 200. Pelo fato dos cursos de compres-são e potência serem feitos por pistões separados 114, 116, vários aperfei-çoamentos podem ser feitos para otimizar o rendimento de cada curso, semas penalidades associadas incorridas quando os cursos são feitos por umúnico pistão. Por exemplo, o diâmetro do pistão de compressão 204 podeser feito maior do que o diâmetro do pistão de potência 202 para ainda au-mentar o rendimento de compressão. Adicionalmente, o raio 206 da primeiramanivela 130 para o pistão de potência 114 pode ser feito maior do que oraio 208 da segunda manivela 132 para o pistão de compressão 116, paraainda aumentar o torque total aplicado ao virabrequim 108.

Enquanto as modalidades preferidas foram descritas, várias mo-dificações e substituições podem ser feitas sem que se afastem do espírito eescopo da invenção. Por conseguinte, deve-se entender que a presente in-venção foi descrita a título de ilustração e não para limitar.

Claims

1. Motor, compreendendo:um virabrequim (108), que gira em torno de um eixo de virabre-quim (100) do motor (100); um pistão de potência (114) recebido, de forma deslizável, den-tro de um primeiro cilindro (104) e operativamente conectado ao virabrequim(108), de modo tal que o pistão de potência faz um movimento alternado a-través de um tempo de potência e um tempo de descarga de um ciclo dequatro tempos durante uma rotação única do virabrequim (108); um pistão de compressão (116) recebido, de forma deslizável,dentro de um segundo cilindro (106) e conectado, de forma operativa, aovirabrequim (108), de modo tal que o pistão de compressão faz o movimentoalternado através de um tempo de admissão e um tempo de compressão domesmo ciclo de quatro tempos durante a mesma rotação do virabrequim(108);um primeiro eixo de pistão-cilindro (113) , ao longo do qual opistão de potência (114) faz o movimento alternado dentro do primeiro cilin-dro (104), em que o primeiro eixo de pistão-cilindro (113) tem um distancia-mento do eixo do virabrequim (110) de modo tal que o eixo de pistão-cilindronão intersecta o eixo do virabrequim,uma passagem de gás (144) que interconecta o primeiro e o se-gundo cilindros (104, 106), a passagem de gás incluindo uma válvula de en-trada (146) e uma válvula de saída (150) que definem uma câmara de pres-são (148) entre elas; e caracterizado pelo fato de que o distanciamento do primeiroeixo de pistão-cilindro alinha, substancialmente, um ponto de pressão decombustão máxima aplicado ao pistão de potência (114) com um ponto detorque máximo aplicado ao virabrequim (108) durante o tempo de potência.

2. Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a válvula de entrada e a válvula de saída (146, 150) da passa-gem de gás (144) mantêm, substancialmente, pelo menos uma pressão degás em condição de disparo predeterminada na câmara de pressão (148)durante todo o ciclo de quatro tempos.

3. Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o pistão de potência (114) leva o pistão de compressão (116) porum ângulo de troca de fase que é substancialmente maior do que zero.

4. Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o distanciamento do primeiro eixo pistão-cilindro (113) é de mo-do tal que o virabrequim (108) precisa girar pelo menos 20 graus além doponto onde o pistão de potência (114) alcança o ponto morto superior, antesque o pistão de potência (114) possa alcançar uma posição de disparo.

5. Motor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que o ângulo de mudança de fase é aproximadamente entre 30graus e 60 graus.

6. Motor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que compreende:um segundo eixo pistão-cilindro (115), ao longo do qual o pistãode compressão (116) faz o movimento alternado dentro do segundo cilindro(106), em que o segundo eixo do cilindro-pistão tem um distanciamento doeixo do virabrequim (110) de modo tal que o segundo eixo de pistão-cilindronão intersecta o eixo do virabrequim e passa em um lado oposto do eixo dovirabrequim relativo ao primeiro eixo de pistão-cilindro (113).

7. Motor, compreendendo:um virabrequim (108), que gira em torno de um eixo de virabre-quim (110) do motor (100);um pistão de potência (114) recebido, de forma deslizável, den-tro de um primeiro cilindro (104) e operativamente conectado ao virabrequim(108), de modo tal que o pistão de potência faz um movimento alternado a-través de um tempo de potência e um tempo de descarga de um ciclo dequatro tempos durante uma rotação única do virabrequim (108); eum pistão de compressão (116) recebido, de forma deslizável,dentro de um segundo cilindro (106) e conectado, de forma operativa, aovirabrequim (108), de modo tal que o pistão de compressão (116) faz o mo-vimento alternado através de um tempo de admissão e um tempo de com-pressão do mesmo ciclo de quatro tempos durante a mesma rotação do vi-rabrequim (108);uma passagem de gás (144) que interconecta os primeiro e se-gundo cilindros (104, 106), a passagem de gás incluindo uma válvula de en-trada (146) e uma válvula de saída (150) que definem uma câmara de pres-são (148) entre elas,caracterizado pelo fato de que a válvula de entrada e a válvulade saída da passagem de gás (144) mantêm, substancialmente, pelo menosuma pressão de gás na condição de disparo predeterminado na câmara depressão (148) durante todo o ciclo de quatro tempos, eem que o pistão de potência (114) descende até a posição dedisparo a partir de sua posição de ponto morto superior.

8. Motor de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que compreende: um primeiro eixo de pistão-cilindro (113), ao longo do qual o pis-tão de potência (114) faz o movimento alternado dentro do primeiro cilindro(104), em que o primeiro eixo de pistão-cilindro tem um distanciamento doeixo do virabrequim (110) de modo tal que o eixo de pistão-cilindro (113) nãointersecta o eixo do virabrequim.

9. Motor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que o pistão de potência (114) leva ao pistão de compressão (116)por um ângulo de mudança de fase que é substancialmente maior do quezero.

10. Motor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que o distanciamento do primeiro eixo pistão-cilindro (113) é tal que ovirabrequim (108) precisa girar pelo menos 20 graus além do ponto onde opistão de potência (114) alcança o ponto morto superior, antes que o pistãode potência possa alcançar uma posição de disparo.

11. Motor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelofato de que o ângulo de mudança de fase é aproximadamente entre 30graus e 60 graus.

12. Motor, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelofato de que compreende: um segundo eixo de pistão-cilindro (115) ao longodo qual o pistão de compressão (116) faz o movimento alternado dentro dosegundo cilindro (106), em que o segundo eixo pistão-cilindro (115) tem umdistanciamento do eixo do virabrequim (110) de modo tal que o segundo eixode pistão-cilindro não intersecta o eixo do virabrequim e passa em um ladooposto do eixo do virabrequim relativo ao primeiro eixo de pistão-cilindro(113).

13. Motor, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelofato de que compreende:o virabrequim (108) tendo uma primeira manivela e uma segun-da manivela (130, 132);uma primeira haste de conexão (122) conectada, pivotavelmen-te, tanto ao pistão de potência (114) quanto à primeira manivela (130) dovirabrequim (108); euma segunda haste de conexão (124) conectada, pivotavelmen-te, tanto ao pistão de compressão (116) quanto à segunda manivela (132) dovirabrequim (108);em que cada uma das primeira e segunda hastes de conexão(122, 124) tem uma curvatura angular de tal magnitude que a haste de co-nexão libera a extremidade inferior do cilindro associado, dentre o primeiro eo segundo cilindro (104, 106).

14. Motor, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelofato de que os diâmetros do pistão de potência e compressão (114, 116) sãosubstancialmente diferentes.

15. Motor, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelofato de que a primeira e a segunda manivela (130, 132) do virabrequim têmsubstancialmente comprimentos diferentes.

16. Motor, compreendendo:um virabrequim (108) que gira em torno de um eixo de virabre-quim do motor (110);um pistão de potência (114) recebido, de forma deslizável, den-tro de um primeiro cilindro (104) e operativamente conectado ao virabrequim(108), de modo tal que o pistão de potência (114) faz um movimento alterna-do através de um tempo de potência e um tempo de descarga de um ciclode quatro tempos durante uma rotação única do virabrequim (108);um pistão de compressão (116) recebido, de forma deslizável,dentro de um segundo cilindro (106) e conectado, de forma operativa, aovirabrequim (108), de modo tal que o pistão de compressão (116) faz o mo-vimento alternado através de um tempo de admissão e um tempo de com-pressão do mesmo ciclo de quatro tempos durante a mesma rotação do vi-rabrequim (108);um primeiro eixo de pistão-cilindro (113), ao longo do qual o pis-tão de potência (114) faz o movimento alternado dentro do primeiro cilindro(104), em que o primeiro eixo de pistão-cilindro (113) tem um distanciamentodo eixo do virabrequim (110) de modo tal que o primeiro eixo de pistão-cilindro não intersecta o eixo do virabrequim, euma passagem de gás (144) que interconecta os primeiro e se-gundo cilindros (104, 106), a passagem de gás incluindo uma válvula de en-trada (146) e uma válvula de saída (150) que definem uma câmara de pres-são (148) entre elas;caracterizado pelo fato de que o pistão de potência (114) leva opistão de compressão (116) por um ângulo de mudança de fase que é subs-tancialmente igual ou maior do que 20 graus.

17. Motor, de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que a válvula de entrada (146) permite substancialmente o fluxode uma via do gás comprimido do segundo cilindro (106) para a câmara depressão (148) e a válvula de saída (148) permite, substancialmente, o fluxode uma via do gás comprimido da câmara de pressão (148) para o primeirocilindro (104);em que a válvula de entrada e a válvula de saída (146, 148) dapassagem de gás (144) mantém, substancialmente, pelo menos uma pres-são de gás na condição predeterminada de disparo na câmara de pressão(148) durante todo o ciclo de curso.

18. Motor, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelofato de que o ângulo de mudança de fase é aproximadamente entre 30graus e 60 graus.

19. Motor, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelofato de que o distanciamento do primeiro eixo pistão-cilindro (113) é tal que ovirabrequim (108) precisa girar pelo menos 20 graus além do ponto onde opistão de potência (114) alcança o ponto morto superior, antes que o pistãode potência alcance uma posição de disparo.

20. Motor, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelofato de que compreende:um segundo eixo de pistão-cilindro (115) ao longo do qual o pis-tão de compressão faz o movimento alternado dentro do segundo cilindro(106), em que o segundo eixo pistão-cilindro (115) tem um distanciamento apartir do eixo do virabrequim (110) de modo tal que o segundo eixo de pis-tão-cilindro não intersecta o eixo do virabrequim (110) e passa em um ladooposto ao eixo do virabrequim relativo ao primeiro eixo de pistão-cilindro(113).

21. Motor, compreendendo:um virabrequim (108) que gira em torno de um eixo de virabre-quim do motor (110);um pistão de potência (114) recebido, de forma deslizável, den-tro de um primeiro cilindro (104) e operativamente conectado ao virabrequim(108), de modo tal que o pistão de potência (114) faz um movimento alterna-do através de um tempo de potência e um tempo de descarga de um ciclode quatro tempos durante uma rotação única do virabrequim (108);um pistão de compressão (116) recebido, de forma deslizável,dentro de um segundo cilindro (106) e conectado, de forma operativa, aovirabrequim (108), de modo tal que o pistão de compressão (116) faz o mo-vimento alternado através de um tempo de admissão e um tempo de com-pressão do mesmo ciclo de quatro tempos durante a mesma rotação do vi-rabrequim (108);um eixo de pistão-cilindro (115), ao longo do qual o pistão decompressão (116) faz o movimento alternado dentro do segundo cilindro(106), em que o eixo de pistão-cilindro (115) tem um distanciamento do eixodo virabrequim (110) de modo tal que o eixo de pistão-cilindro (115) não in-tersecta o eixo do virabrequim (110); euma passagem de gás (144) que interconecta os primeiro e se-gundo cilindros (104, 106), a passagem de gás incluindo uma válvula de en-trada (146) e uma válvula de saída (150) que definem uma câmara de pres-são (148) entre elas;caracterizado pelo fato de que o pistão de potência (114) leva opistão de compressão (116) por um ângulo de mudança de fase que é subs-tancialmente igual ou superior a 20 graus.

22. Motor, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelofato de que a válvula de entrada (146) permite, substancialmente,um fluxode uma via de gás comprimido a partir do segundo cilindro (106) para a câ-mara de pressão (148) e a válvula de saída (150) permite, substancialmente,o fluxo de uma via de gás comprimido a partir da câmara de pressão (148)para o primeiro cilindro (04);em que a válvula de entrada (146) e a válvula de saída (150) dapassagem de gás (144) mantêm, substancialmente, pelo menos uma pres-são de gás em condição de disparo predeterminada na câmara de pressão(148) durante todo o ciclo de quatro tempos.

23. Motor, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelofato de que o ângulo de mudança de fase é aproximadamente entre 30graus e 60 graus.

24. Motor compreendendo: um virabrequim (108) que gira em torno de um eixo de virabre-quim do motor (110);um pistão de potência (114) recebido, de forma deslizável, den-tro de um primeiro cilindro (104) e operativamente conectado ao virabrequim(108), de modo tal que o pistão de potência (114) faz um movimento alterna-do através de um tempo de potência e um tempo de descarga de um ciclode quatro tempos durante uma rotação única do virabrequim (108);um pistão de compressão (116) recebido, de forma deslizável,dentro de um segundo cilindro (106) e conectado, de forma operativa, aovirabrequim (108), de modo tal que o pistão de compressão (116) faz o mo-vimento alternado através de um tempo de admissão e um tempo de com-pressão do mesmo ciclo de quatro tempos durante a mesma rotação do vi-rabrequim (108); eum primeiro eixo de pistão-cilindro (113), ao longo do qual o pis-tão de potência (114) faz o movimento alternado dentro do primeiro cilindro(104), em que o primeiro eixo de pistão-cilindro (113) tem um distanciamentodo eixo do virabrequim (110) de modo tal que o primeiro eixo de pistão-cilindro (113) não intersecta o eixo do virabrequim (110),uma passagem de gás (144) que interconecta o primeiro e o se-gundo cilindro (104, 106), a passagem de gás incluindo uma válvula de en-trada (146) e uma válvula de saída (150) que definem uma câmara de pres-são (148) entre elas;caracterizado pelo fato de que o distanciamento do primeiroeixo pistão-cilindro (113) é tal que o virabrequim precisa girar pelo menos 20graus além do ponto onde o pistão de potência (114) alcança o ponto mortosuperior, antes que o pistão de potência (114) possa alcançar uma posiçãode disparo.

25. Motor, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelofato de queo virabrequim (108) tem uma primeira manivela (130) e uma se-gunda manivela (132);uma primeira haste (122) é conectada, pivotavelmente, tanto aopistão de potência (114) quanto à primeira manivela (130) do virabrequim(108); euma segunda haste de conexão (124) é conectada, pivotavel-mente, tanto ao pistão de compressão (116) quanto à segunda manivela(132) do virabrequim (108);em que cada uma das primeira e segunda hastes de conexão(122, 124) tem uma curvatura angular de tal magnitude que a haste de co-nexão libera a extremidade inferior dos primeiro e segundo cilindros associ-ados.

26. Motor, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelofato de que os diâmetros do pistão de compressão e de potência (116, 114)são substancialmente diferentes.

27. Motor, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelofato de que primeira e segunda manivelas (130, 132) do virabrequim têm,substancialmente, comprimentos diferentes.

28. Motor compreendendo:um virabrequim (108), que gira em torno de um eixo de virabre-quim (110) do motor (100);um pistão de potência (114) recebido, de forma deslizável, den-tro de um primeiro cilindro (104) e operativamente conectado ao virabrequim(108), via o primeiro sistema de conexão, de modo tal que o pistão de potên-cia faz um movimento alternado através de um tempo de potência e um tempode descarga de um ciclo de quatro tempos durante uma rotação única dovirabrequim;um pistão de compressão (116) recebido, de forma deslizável,dentro de um segundo cilindro (106) e conectado, de forma operativa, aovirabrequim (108), via o segundo sistema de conexão, de modo tal que opistão de compressão (116) faz o movimento alternado através de um tempode admissão e um tempo de compressão do mesmo ciclo de quatro temposdurante a mesma rotação do virabrequim;um primeiro eixo de pistão-cilindro (113), ao longo do qual o pis-tão de potência (114) faz o movimento alternado dentro do primeiro cilindro(104);um segundo eixo de pistão-cilindro (115), ao longo do qual o pis-tão de compressão (116) faz um movimento alternado dentro do segundocilindro (106), euma passagem de gás (144) que interconecta o primeiro e o se-gundo cilindro (104, 106), a passagem de gás incluindo uma válvula de en-trada (146) e uma válvula de saída (150) que definem uma câmara de pres-são (148) entre elas,caracterizado pelo fato de que o primeiro e segundo sistemasde conexão não compartilham a mesma conexão mecânica, eem que um dentre o primeiro e o segundo eixo do pistão-cilindro(113, 115) tem um distanciamento do eixo do virabrequim;

29. Motor, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelofato de que a válvula de entrada (146) permite substancialmente um fluxo devia única de gás comprimido do segundo cilindro (106) para a câmara depressão (148) e a válvula de saída (150) permite, substancialmente, um fluxode via única de gás comprimido da câmara de pressão (148) para o primeirocilindro (104).

30. Motor, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelofato de que a válvula de entrada (146) e a válvula de saída (150) da passa-gem de gás (114) mantêm, substancialmente, pelo menos uma pressão degás em condição predeterminada de disparo na câmara de pressão (148)durante todo o ciclo de quatro tempos.

31. Motor, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelofato de que os diâmetros do pistão de potência (114) e de compressão (116)são substancialmente diferentes.

32. Motor, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelofato de que o pistão de potência (114) leva o pistão de compressão (116) porum ângulo de mudança de fase que é substancialmente maior do que zero.

33. Motor, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelofato de que:o virabrequim (108) tem uma primeira e uma segunda manivelade virabrequim (130, 132);o primeiro sistema de conexão (122) conectado, pivotavelmente,à primeira manivela (130) do virabrequim (108); eo segundo sistema de conexão (124) conectado, pivotavelmente,à segunda manivela (132) do virabrequim.

34. Motor, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelofato de que o distanciamento do primeiro eixo pistão-cilindro (113) é tal que ovirabrequim (108) precisa girar pelo menos 20 graus além do ponto onde opistão de potência (114) alcança o ponto morto superior antes do pistão depotência (114)alcançar uma posição de disparo.

35. Motor, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelofato de que o ângulo de mudança de fase é pelo menos 20 graus.

36. Motor, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelofato de que as primeira e segunda manivelas (130, 132) do virabrequim têm,substancialmente, comprimentos diferentes.

37. Motor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que os diâmetros do pistão de compressão e potência (116, 114) sãosubstancialmente diferentes.

38. Motor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que o virabrequim (108) tem uma primeira e uma segunda manivelade virabrequim, as manivelas (130, 132) do virabrequim tendo, substancial-mente, comprimentos diferentes.