BR102012025105B1 - Motor de combustão interna aperfeiçoado - Google Patents

Description

MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO BREVE APRESENTAÇÃO

[0001] Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de um MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO, o qual, particularmente, se refere a duas concepções operacionais dentro do mesmo conceito, uma primeira versão revela um motor com câmara central, pré-câmara e câmara do èmbolo, as quais isolam os gases participantes da combustão, de outra massa de ar comprimida separadamente, fazendo com que a mistura estequiométrica ocorra somente em uma pequena porção da massa de ar e o calor produzido por esta queima aqueça os gases não participantes desta combustão, aproveitando melhor a energia do combustível. Uma segunda versão inclui uma câmara principal e uma câmara do êmbolo, que queima o combustível injetado por mistura e exposição deste ao calor do ar comprimido. A característica comum entre as duas versões é que, ambas, utilizam o sistema de biela-manivela com dois êmbolos defasados fazendo com que o volume das câmaras tanto no ponto morto superior quanto no ponto morto inferior permaneça constante durante um longo período, permitindo a perfeita queima dos gases e troca térmica, com consequente melhor rendimento térmico.

CAMPO DE APLICAÇÃO

[0002] A presente invenção se destina a substituir propulsores de combustão interna para transporte, geração de energia, movimentação de carga e outros, com maior aproveitamento energético.

ESTADO DA TÉCNICA

[0003] Os motores de combustão interna acionados pelo sistema biela-manivela possuem inúmeras limitações, fazendo com que seu rendimento térmico esteja próximo de 34%. Parte da limitação advém do fato de que a combustão é relativamente lenta e a pressão máxima, que acontece logo após a combustão, ocorre por um espaço de tempo relativamente curto. Assim, quando o émbolo se afasta do ponto morto superior, o volume da câmara de combustão aumenta e a pressão diminui proporcionalmente, reduzindo a força sobre a árvore de manivelas e, consequentemente, seu trabalho. Parte da energia sai pelo sistema de exaustão sob a forma de gases quentes ocasionando baixo rendimento e poluição. Esta poluição é gerada não só pelos gases queimados parcialmente, como também pelo calor emanado, aumentando o chamado "efeito estufa".

[0004] Outro problema observado no atual estado da técnica se refere ao motor ciclo quatro tempos, pois este necessita de duas voltas da árvore de manivelas para terminar seu ciclo, produzindo trabalho em apenas um quarto deste movimento e gastando energia nos outros três quartos.

[0005] Uma tentativa de solução do problema acima consistiu na criação do motor a dois tempos, o qual soluciona parte deste problema, porém acrescenta outros, como, por falta de vedação, permite a contaminação dos gases de saída com o óleo lubrificante que é adicionado ao combustível.

[0006] No estado da técnica são, ainda, conhecidos alguns documentos de patentes, como o W02012122291 A2, referente a um motor com arranjo melhorado para refrigeração, incluindo uma camisa de cilindro e embolo para um motor de combustão interna, visando melhorar o arrefecimento do êmbolo. Proporções especificas e dimensões são incluídas para otimizar as características do revestimento do cilindro e do pistão. Também estão incluídas as características únicas de pistão que ajudam na obtenção de algumas das dimensões especificadas e proporções.

[0007] É conhecido, também, do estado da técnica, o documento PI0209480-0 A2, referente a uma "Máquina rotativa e método para empregar a máquina rotativa para produzir uma potência de rotação”, esta possuindo um alojamento com componentes rotativos embutidos em seu interior. Esta máquina é dotada de um motor de rotação de combustão interna, um motor de rotação de combustão externa, um compressor de gás, uma bomba de vácuo, uma bomba de líquido, uma turbina acionadora, ou uma turbina acionadora de gases expansiveis ou líquidos pressurizados. A máquina de combustão emprega um ciclo térmico novo que elimina a compressão interna do ciclo Otto dos produtos de combustão como parte do ciclo. O novo ciclo de combustão térmica é a entrada, expansão e escape.

[0008] Outro documento conhecido do estado da técnica é ο PI9505395-6 A2, referente a um "Motor Rotativo de virabrequim composto", sendo um motor de combustão interna de refrigeração controlada, e dos movimentos de suas partes não alternadas, as quais consistem, essencialmente, de um cárter cilíndrico e um circuito menor contido em seu interior. Este cilindro menor gira com um eixo de simetria num plano normal ao eixo do mencionado cárter, sendo que, no interior do cilindro, ocorrem os quatro tempos do ciclo Otto, gerando uma carga que sai do motor transmitida por um eixo virabrequim, este integralmente sustentado pelas tampas anterior e posterior, que selam o motor em seu conjunto.

[0009] Outro documento inerente ao estado da técnica é ο PI9100813-1 B1, referente a um "Motor de combustão interna empregando válvula única de controle de fluxo de gases e processo de funcionamento de motor de combustão interna”, que tem por objetivo aumentar os rendimentos volumétricos e termodinâmicos do motor, o qual pode funcionar com qualquer tipo de combustível e ser composto por qualquer número de cilindros. Relata o documento que os motores convencionais a combustão interna possuem um reduzido rendimento volumétrico porque o fluxo dos gases de admissão e escape é limitado, no caso dos motores quatro tempos, pela área reduzida das válvulas de admissão e escape. No caso de motores dois tempos, esta limitação ocorre pela abertura coincidente das janelas de admissão e escape, que ocasiona perda dos gases não queimados. É ainda uma ponderação do documento, que, os motores convencionais a combustão interna, ciclo Otto ou Diesel, também possuem reduzido rendimento termodinâmico porque a pressão máxima exercida pelas gases em expansão sobre o pistão ocorre quando o mesmo se encontra no ponto morto superior e, consequentemente, a biela se encontra alinhada ao eixo de manivelas, transmitindo torque nulo a este. A solução encontrada pelo inventor, neste documento anterior, foi desenvolver um novo tipo de motor de combustão interna, dotado de uma válvula única que controla o fluxo de gases de admissão e escape no motor através de amplas aberturas laterais ao cilindro, o que amplia sobremaneira o rendimento volumétrico do motor. Ainda, o uso da válvula única de controle de fluxo é viabilizada pelo desenvolvimento de um novo processo de funcionamento para motores a combustão interna, dividido em sei etapas. Através deste processo é proporcionada a pressão máxima dos gases em expansão sobre o pistão na câmara de combustão quando a biela e o eixo de manivelas formam um ângulo ideal. Assim, devido a grande redução do tempo que dura a etapa onde ocorre a concentração das perdas de calor do motor, etapa de expansão e conversão em torque (ECT), o rendimento termodinâmico deste aumenta sensivelmente.

[0010] O documento EP1355050 de 22/10/2003 é referente a um cilindro de motor de combustão interna inclui um pistão montado convencionalmente, ligado a um veio de manivela, e um segundo êmbolo montado no interior do mesmo cilindro. O pistão está apoiado sobre um veio tubular, que se prolonga através da extremidade fechada do cilindro. O segundo embolo é controlado por um solenoide, e é utilizado para auxiliar a remoção completa dos gases de escape do cilindro após a combustão. O motor de combustão interna inclui um pistão de condução (2) associado a um mecanismo de manivela, e um segundo émbolo (3) que se move no interior do mesmo cilindro, solidamente preso à extremidade de um elemento tubular (4), que passa através da extremidade do cilindro em frente ao mecanismo de manivela. Um volume variável é definido entre os dois pistões (2,3). O sistema de entrada de combustível está relacionado com o tubo (4) com uma abertura (4-C) adjacente ao segundo èmbolo (3).

[0011] Um bujão (8) é proporcionado para a ignição e uma válvula (6,7) para a remoção de gases de escape. O elemento tubular (4) se estende para além da extremidade do cilindro, e está ligada a um solenoide (11).

[0012] E o documento JPH04295136 de 20/10/1992, tem como propósito aumentar a quantidade de gás de escape, de modo a garantir um elevado binário, proporcionando novos objetos grandes e pequenas, especialmente, althrough o objeto é normalmente apenas um, em relação ao êmbolo e o veio de manivelas de um motor. Constituído de um êmbolo auxiliar é fornecida em um pistão pnncipal por um cilindro, e dois camboía são rodados por três hastes de ligação. Ele é concluído pelo controle complexo tornando múltipla.

[0013] Portanto, não se observa no estado da técnica um motor de combustão interna com a simplicidade construtiva observada na presente, que possibilite um alto rendimento energético e com baixo índice de poluição térmica e atmosférica.

DA INVENÇÃO

[0014] A presente invenção se destaca por impor um novo ciclo operacional do conjunto de acionamento biela-manivela de um motor de combustão interna, no qual a árvore de manivelas possui três moentes por cilindro, tendo uma defasagem entre os referidos moentes de um mesmo cilindro, de modo a acionar dois émbolos em um mesmo cilindro.

[0015] Nesta invenção, o émbolo com furo central passante, acionado por bielas múltiplas, trabalha dentro de outro cilindro, possui pré-càmara separada da câmara principal, de modo a permitir o trabalho de outro êmbolo em seu interior, configurando dois êmbolos por cilindro, acionados por uma única árvore de manivelas.

[0016] Outra característica da presente invenção é o uso de câmara dupla com separação por movimento de um ou mais êmbolos; ou ainda câmara tripla, sendo uma principal (4’), uma central (4’") e outra dentro do èmbolo (4”], na condição dividida (4""), de maneira a possibilitar a mistura ar-combustivel em uma parte e a troca térmica em outra.

[0017] É ainda uma característica da invenção o aproveitamento da energia potencial em descidas e frenagens com o objetivo de acionar um compressor de ar. Assim, o ar acumulado fica armazenado em cilindros para posterior utilização na movimentação do mesmo veículo.

[0018] Como vantagens maiores da invenção são destacados o maior aproveitamento térmico e menor emissão de poluentes atmosféricos e térmicos. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0019] A invenção será. a seguir, explicada em seus detalhes técnicos, construtivos e funcionais, sendo que, para melhor orientação, são relacionadas as seguintes figuras de desenhos;

Figura 1; Vista lateral mostrando o conjunto móvel, incluindo árvores de manivelas, bielas e êmbolos, nos ciclos que incluem: compressâo/combustão (A), transferência de calor (B), expansão (C) e exaustão (D), ao passo que a referência (E) mostra o êmbolo central no PMS, segundo a invenção;

Figura 2: Vista lateral em corte de um cilindro do motor com pré-câmara central e no èmbolo, incluindo as bielas e a árvore de manivelas;

Fig. 3: Detalhes em corte e vista superior do èmbolo principal;

Fig. 4: Detalhes em corte e de topo do êmbolo central;

Fig. 5: Vista sequencial mostrando, lateralmente, os estágios de compressâo/combustão, transferência de calor, expansão e exaustão com o conjunto móvel da invenção inserido no cilindro, na versão com pré-cãmara no êmbolo central e uma pré-cãmara central, completando um ciclo completo;

Fig. 6: Vista sequencial mostrando, em ângulo de 90° em relação à figura anterior, os estágios de compressâo/combustão, transferência de calor, expansão e exaustão com o conjunto móvel da invenção inserido no cilindro, na versão com pré-câmara no êmbolo central e uma pré-câmara central, completando um ciclo completo;

Figura 7: Vista sequencial mostrando, em ângulo compatível com a figura anterior, os estágios de compressão/combustão, transferência de calor, expansão e exaustão com o conjunto móvel da invenção inserido no cilindro, na versão com pré-cámara no êmbolo central e uma pré-câmara central, completando um ciclo completo da versão híbrida.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0020] O MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO, objeto desta solicitação de Patente de Invenção, consiste essencialmente de um motor que inclui, como elementos obrigatórios, um duto de admissão (D), válvula de admissão (V), injetor de ar (I) e de combustível (Γ), além da válvula de exaustão (V1). A invenção se destaca por apresentar duas versões básicas, dentro do mesmo conceito, que é o de usar uma árvore de manivelas (1) com três moentes (2/11) por cilindro (3), existindo entre os referidos moentes (2) de um mesmo cilindro (3) uma defasagem angular permitindo acionar um êmbolo principal (4) e um êmbolo central (5); entre o êmbolo principal (4) e o êmbolo central (5) se forma a câmara principal (41), ao passo que, no interior do êmbolo principal se configura a câmara do êmbolo (4") (Figs. 1, 2, 5) e uma pré-câmara central (4”') no corpo do cilindro.

[0021] Ou seja, o motor segundo a invenção utiliza dois èmbolos dentro de um mesmo cilindro (3), sendo o êmbolo (4) denominado principal o maior e, o êmbolo (5) denominado central, menor O êmbolo principal (4) trabalha diretamente em contato com o cilindro (3), delimitando uma câmara principal de combustão (41) e, em seu interior, existe um orifício passante (6) onde opera o êmbolo central (5).

[0022] O êmbolo principal (4) possui alojamentos (8) onde são instaladas as bielas (8’), conectadas a estes por meio de pinos (9), sendo as referidas bielas (81) conectadas a árvores de manivelas (1), de modo a ligar esta última ao êmbolo principal (4); por outro lado, o êmbolo central (5) possui um orifício não passante em sua parte superior, que possui a função de câmara do êmbolo (4"), ou seja, o local onde ocorre a combustão da mistura ar-combustível.e está ligado por meio de uma biela (10') à árvore de manivelas (1), incluindo sedes (8") para o moente superior (δ”').

[0023] A árvore de manivelas (1) do motor objeto desta invenção possui dois moentes (2) alinhados e conectados ao êmbolo principal (4), ao passo que um moeníe central (11) se liga ao émbolo central (5), pela biela central (10 ).

[0024] O moente central (11) possui deslocamento angular em relação aos outros moentes (2), de modo a ficar adiantado um ângulo (a). Este deslocamento do moente central (11) em relação aos demais moentes (2) faz com que o êmbolo central (5) atinja o ponto morto superior (PMS) e inferior (PMI) antes do êmbolo principal (4). Desta forma, em função da referida defasagem, se consegue que, enquanto o êmbolo principal (4) esteja se aproximando do PMS, o êmbolo central (5) esteja afastando-se deste, de modo que, neste interin, o volume da câmara de combustão mantenha-se constante até que ambos os mencionados êmbolos descrevam movimento de descida, afastando-se do ponto morto superior PMS.

[0025] Na etapa acima descrita, é determinado um momento de crucial importância para o funcionamento do motor segundo a invenção, pois permite a troca térmica completa dos gases constantes na câmara de combustão. Na câmara principal (4’) de combustão está configurada uma pré-câmara de combustão (4”'), sendo que essas câmaras somente são separadas quando o êmbolo central (5) penetra na referida pré-cãmara central (4'"), isolando-a da câmara principal (4’).

[0026] Nesta condição, a combustão somente ocorre dentro da câmara menor, isto é, dentro da pré-câmara central (4 "), sendo os gases quentes provenientes desta combustão misturados posteriormente aos gases contidos na câmara principal, aquecendo estes mencionados gases e, consequentemente, aumentando a pressão interna do motor e produzindo trabalho.

[0027] Portanto, da descrição acima pode-se concluir que a presente invenção traz consigo importantes inovações e aperfeiçoamentos tecnológicos que interferem diretamente no rendimento do motor, além de reduzir elementos poluentes. Um importante avanço reside na árvore de manivelas (1) com três moentes por cilindro, bem como a defasagem entre moentes de um mesmo cilindro (3) e que aciona dois êmbolos (4 e 5) em um mesmo cilindro.

[0028] Outro fator inovador é o uso de êmbolo central (5) com furo central passante, sendo o motor acionado por bielas múltiplas (10 e 8'), trabalhando o cilindro central (5) dentro de outro cilindro (4), possuindo o mencionado cilindro central (5) câmara central (4”), separada da câmara principal (4’), de modo a permitir o trabalho de outro embolo, ou êmbolo principal (4) de maneira atrasada, permitindo, assim, se trabalhar com dois émbolos (4 e 5) por cilindro acionados por uma única arvore de manivelas (1).

[0029] Outro fator inovador é o uso de uma câmara dupla, ou seja, com separação por movimento de um ou mais êmbolos (4 e 5); ou ainda uma câmara tripla, sendo uma principal (4'), uma câmara central (4"') e uma câmara do êmbolo (4”), dividida (4”"), permitindo a combustão de mistura ar-combustivel em uma parte e troca térmica em outra (Fig. 6).

[0030] Ainda, a invenção traz consigo a real possibilidade de aproveitamento da energia potencial em descidas e frenagens para acionar compressor de ar. O ar acumulado fica armazenado em cilindros para posterior utilização na movimentação do mesmo veiculo.

[0031] A presente invenção poderá, com a construção acima, ser aplicada a diversos tipos de motores, tanto no que tange ao número de ciclos do motor, como também em função do tipo de ignição empregada. Algumas possibilidades são descritas a seguir, sem, contudo, se limitar ao quanto exemplificado.

Motor três tempos a ignição por centelha [0032] Neste tipo de motor, após a admissão do ar puro e fechamento das válvulas de admissão (V) e exaustão (V1), os êmbolos (4,5) acionados pela árvore de manivelas (1) descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS), comprimindo o ar. O embolo central (5) que trabalha adiantado e relação ao embolo principal (4) entra na pré-câmara central (4”') separando em dois a massa de ar admitido. Neste momento o combustível é injetado na câmara central misturando-se com o ar, formando a mistura ar-combustivel, em seguida a mistura é inflamada pela centelha da vela de ignição. A queima da mistura ar-combustível dentro das câmaras central do êmbolo (4") e pré-câmara (4’") gera calor e expansão dos gases que empurram o embolo principal (4) rumo ao ponto morto inferior (PM!). No movimento rumo ao Ponto Morto inferior (PMI) o embolo central (5) sai da câmara central do êmbolo (4”) e os gases quentes provenientes da combustão misturam-se com os gases frescos que ficaram isolados na câmara principal (4’), aquecendo-os.

[0033] Neste momento, início de descida do embolo central (5) e final de subida do embolo principal (4) o volume da câmara se mantém constante permitindo a perfeita troca térmica entre os gases e melhor aproveitamento energético. A queima só ocorre nos gases contidos na pré-câmara central (4”'), porém ao se misturarem com os gases comprimidos pelo embolo principal (maior) (4) aquecem estes últimos, produzindo trabalho O processo empurra ambos os èmbolos (4,5) rumo ao ponto morto inferior (PMI). Próximo do ponto morto inferior (PMI) a válvula de exaustão (V1) é aberta permitido com que os gases queimados saiam. No ponto morto inferior (PMI) do embolo central e ainda com a válvula de exaustão (V1) aberta abre-se a válvula de admissão (V), permitindo a entrada que ar fresco no cilindro (3). È desejável, para melhor rendimento, o uso de sobrealimentadores para forçarem a entrada de ar fresco no cilindro.

[0034] A válvula de exaustão (V1) é fechada no ponto morto inferior (PMI) porem a válvula de admissão (V) continua aberta por um ângulo pequeno da árvore de manivelas (1) para enchimento do cilindro. Com os êmbolos (4,5) deslocando-se rumo a o ponto morto superior (PMS) a válvula de admissão (V) é fechada iniciando a compressão do ar admitido e iniciando novamente o ciclo.

Motor três tempos a ignição por compressão [0035] Neste tipo de motor, após a admissão do ar puro e fechamento das válvulas de admissão (V) e exaustão (V1), os êmbolos acionados pela árvore de manivelas (1) descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS), comprimindo o ar, a rápida compressão dos gases e a relação de compressão bastante alta fazem com que os gases atinjam temperatura superior a 400 °C. Com o êmbolo central (5) no ponto morto superior (PMS) é injetado combustível dentro de câmara do embolo central (4”). O combustível se aquece rapidamente entrando em combustão. A queima do combustível misturado com o ar gera calor e expansão dos gases que empurram o embolo central (5) rumo ao ponto morto inferior (PMI). Durante o momento que descreve a descida do embolo central (5) e subida do embolo principal (4) o volume na câmara é constante permitindo a perfeita queima do combustível e aproveitamento da energia transformando-a em trabalho. O processo empurra ambos os êmbolos rumo ao ponto morto inferior (PMI). Próximo do ponto morto inferior a válvula de exaustão (V1) é aberta permitido com que os gases queimados saiam. No ponto morto inferior (PMI) do embolo central (5) e ainda com a válvula de exaustão (V1) aberta, abre-se a válvula de admissão (V), permitindo a entrada que ar fresco no cilindro. È desejável para melhor rendimento o uso de sobrealimentadores para forçarem a entrada de ar fresco no cilindro.

[0036] A válvula de exaustão (V1) é fechada no ponto morto inferior (PMI) porem a válvula de admissão (V) continua aberta por um ângulo pequeno da arvore de manivelas (1) para enchimento do cilindro. Com os êmbolos deslocando-se rumo a o ponto morto superior (PMS) a válvula de admissão (V) é fechada iniciando a compressão do ar admitido e reiniciando o ciclo.

Motor a ignição por centelha ciclo cinco tempos [0037] Admissão: Com a válvula de admissão (V) aberta e a de exaustão (V1) fechada os êmbolos central (5) e principal (4) descem rumo ao ponto morto inferior (PMI) admitindo ar fresco.

[0038] Compressão: no ponto morto inferior (PMI) dos êmbolos ocorre o fechamento da válvula de admissão (V) e os êmbolos descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS) comprimindo ar admitido.

[0039] Combustão /expansão: O embolo central (5) trabalha adiantado e relação ao embolo principal maior (4) e quando próximo do final de seu curso entra na câmara central separando em dois a massa de ar admitido. Estando o embolo central (5) dentro da câmara central injeta-se combustível, que se mistura com o ar formando a mistura ar-combustivel, em seguida a mistura é inflamada pela centelha da vela de ignição. A queima da mistura ar-combustivel dentro das pré-câmaras central (4'") e do pistão menor (4”) gera calor e expansão dos gases que empurram o embolo central (5) rumo ao ponto morto inferior (PMI).

[0040] Transferência de calor: No movimento rumo ao (PMI) o embolo central (5) sai da pré-câmara central (4"’) e os gases quentes provenientes da combustão misturam-se com os gases frescos que ficaram isolados na câmara principal (4‘), aquecendo-os. O processo empurra ambos os êmbolos rumo ao ponto morto inferior (PMI). A queima só ocorre nos gases contidos na pré-câmara central (4'”), porém ao misturarem com os gases comprimido pelo embolo principal (4) aquecem estes produzindo trabalho e ótimo aproveitamento térmico. Neste momento, início de descida do embolo central (5) e final de subida do embolo principal (4) o volume da câmara se mantém constante permitindo a perfeita troca térmica entre os gases e melhor aproveitamento energético.

[0041] Exaustão: No ponto morto inferior (PMI) abre-se a válvula de exaustão (V1) e os émbolos descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS) fazendo a expulsão dos gases queimados.

Motor quatro tempos a ignição por compressão [0042] Admissão: Com a válvula de admissão (V) aberta e a de exaustão (V1) fechada os émbolos central (5) e principal (4) descem rumo ao ponto morto inferior admitindo ar fresco.

[0043] Compressão: no ponto morto inferior (PMI) dos émbolos ocorre o fechamento da válvula de admissão (V) e os émbolos descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS) comprimindo ar admitido.

[0044] Combustão /expansão: Após a admissão do ar puro e fechamento das válvulas de admissão (V) e exaustão, os émbolos acionados pela árvore de manivelas (1) descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS), comprimindo o ar, a rápida compressão dos gases e a relação de compressão bastante alta fazem com que os gases atinjam temperatura superior a 400 °C. Com o êmbolo central no ponto morto superior é injetado combustível dentro da pré-câmara (4") do embolo central. O combustível se aquece rapidamente entrando em combustão. A queima do combustível misturado com o ar gera calor e expansão dos gases que empurram os émbolos rumo ao ponto morto inferior (PMI). Durante o momento que descreve a descida do embolo central (5) e subida do embolo principal (4) o volume na câmara é constante permitindo a perfeita queima do combustível e aproveitamento da energia transformando-a em trabalho. O processo empurra ambos os émbolos rumo ao ponto morto inferior (PMI). Próximo do ponto morto inferior a válvula de exaustão (V1) é aberta permitido com que os gases queimados [0045] Exaustão: No ponto morto inferior (PMI) abre-se a válvula de exaustão (V1) e os émbolos descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS) fazendo a expulsão dos gases queimados.

Motor quatro tempos a ar-comprimido [0046] Admissão: Com a válvula de admissão (V) aberta e a de exaustão (V1) fechada os émbolos central (5) e principal (4) descem rumo ao ponto morto inferior (PMI) admitindo ar fresco.

[0047] Compressão: no ponto morto inferior (PMI) dos èmbolos ocorre o fechamento da válvula de admissão (V1) e os êmbolos descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMSj comprimindo ar admitido.

[0048] Combustão /expansão: Após a admissão do ar puro e fechamento das válvulas de admissão (V) e exaustão (V1), os êmbolos acionados pela árvore de manivelas (1) descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS), comprimindo o ar, a rápida compressão dos gases e a relação de compressão bastante alta fazem com que os gases atinjam temperatura superior a 400 °C. No início de descida do embolo central (5) e final de subida do embolo principal (4) o volume da câmara se mantém constante, então se injeta ar-comprimido dentro da câmara de combustão, o ar fresco injetado ao entrar em contato com o ar aquecido pela compressão aumenta de temperatura e a pressão interna aumenta violentamente empurrando ambos os êmbolos rumo ao ponto morto inferior (PMI) produzindo trabalho.

[0049] Exaustão: No ponto morto inferior (PMI) abre-se a válvula de exaustão (V1) e os êmbolos descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS) fazendo a expulsão dos gases queimados.

Motor híbrido: ar-comprimido e diesel (Fig. 7): [0050] Admissão: Com a válvula de admissão (V) aberta e a de exaustão (V1) fechada os èmbolos central e principal descem rumo ao ponto morto inferior (PMI) admitindo ar fresco.

[0051] Compressão: no ponto morto inferior (PMI) dos êmbolos ocorre o fechamento da válvula de admissão (V) e os êmbolos descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS) comprimindo ar admitido.

[0052] Combustão /expansão: O ar comprimido pela rápida redução de volume do cilindro se aquece atingido temperatura superior a 400 °C., então se injeta diesel dentro da câmara do embolo central (4'”), o combustível injetado ao entrar em contato com o ar aquecido pela compressão absorve calor e entra em combustão empurrando ambos os êmbolos rumo ao ponto morto inferior (PMI) produzindo trabalho. No início de decida do embolo central (5) e final de subida do embolo principal (4) o volume da câmara se mantém constante permitindo que a queima e expansão dos gases ocorra quando o volume da câmara é menor produzindo pressões elevadas e queima perfeita.

[0053] Em cargas leves ao invés de injetar diesel injeta-se ar-comprimido por meio de injetor próprio. O ar injetado mistura-se com os gases aquecidos peia compressão e se aquecem rapidamente aumentando a pressão interna e produzindo trabalho.

[0054] Exaustão: No ponto morto inferior (PMI) abre-se a válvula de exaustão (V1) e os êmbolos descrevem movimento rumo ao ponto morto superior (PMS) fazendo a expulsão dos gases queimados.

[0055] É importante salientar que, o ar comprimido que é injetado dentro do cilindro, quando o motor esta em regime leve de trabalho, estará armazenado em cilindros fixados ao chassi do caminhão. Seu abastecimento pode ser feito por meio de compressores movidos a energia elétrica instalados em postos de combustíveis e também por meio de sistema de freio motor que será descrito abaixo: [0056] Assim, ao descer ladeiras veículos pesados como caminhões necessitam utilizar freio motor para evitar superaquecimento em seu sistema de freio. O freio motor consiste em uma borboleta que obstrui a saída de gases de exaustão reduzindo a velocidade do veiculo. Neste caso coloca-se um compressor de duplo estagio ligado à transmissão final do veiculo, quando o motorista aciona o freio motor o compressor é acionado reduzindo a velocidade do veiculo e armazenando esta energia sob a forma de ar-comprimido em cilindros instalados no chassi do veiculo. Quando em velocidade baixa utiliza-se este ar para movimentar o veiculo. Também pode ser utilizado como implemento de força em subidas íngremes adicionando ar comprimido junto com o combustível aumentando a potência gerada [0057] Observações são relevantes no caso especifico de dois tipos de motores, a saber: Motor ignição por compressão e Motor ignição por centelha, de acordo com as especificações abaixo: Motor ignição por compressão: [0058] O motor acima descrito e suas variações podem fazer a queima de combustível de viscosidade alta como óleos vegetais e minerais (mamona, dendê dentro outros), pois devido ao longo período que ocorre quase sem variação de volume (aproximação do ponto morto superior (PMS) para o embolo central (5) até inicio de afastamento do ponto morto superior pelo embolo principal) permite com que o combustível injetado absorva calor, entre em combustão e expansão em um período longo sem perda de energia. Este período permite a perfeita queima de qualquer combustível pesado.

Motor ignição por centelha: [0059) A separação da câmara principal feita quando o embolo central (5) entra na câmara central pode ocorrer antes que o sistema atinja o menor volume e consequentemente a maior pressão. O combustível injetado e queimado dentro das pré-câmaras central (4"') e do èmbolo central (4”) não atingiu pressão suficiente para a detonação da mistura por compressão, isto é. autoignição que é extremamente prejudicial ao sistema, porém o embolo principal (4) continua subir aumentando a pressão fora das câmaras citadas. Quando o embolo central (5) sai da câmara central os gases provenientes da combustão se misturam aos gases que não participaram da queima aquecendo estes e produzindo trabalho. Desta forma é possível trabalhar com relações de compressão bastantes elevadas sem que ocorra o tão temido fenômeno da detonação, aumentando a eficiência energética deste

Claims (5)

1) MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO, incluindo duto de admissão (D), válvula de admissão (V), injetor de ar (I) e válvula de exaustão (V1); CARACTERIZADO POR uma árvore de manivelas (1) com três moentes (2/11) por cilindro (3), existindo entre os referidos moentes (2) de um mesmo cilindro (3) uma defasagem angular permitindo acionar um êmbolo principal (4) e um êmbolo central (5); entre o êmbolo principal (4) e o êmbolo central (5) se forma a câmara principal (4’), ao passo que, no interior do êmbolo principal se configura a câmara do êmbolo (4”) que, configura ainda prevista uma pré-câmara central (4”’) no corpo do cilindro e, ainda, opcionalmente, uma pré-câmara central do êmbolo (4””).

2) MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR a árvore de manivelas (1) receber três moentes por cilindro, existindo uma defasagem entre moentes de um mesmo cilindro (3) e que aciona dois êmbolos (4 e 5) em um mesmo cilindro; um moente (11) acopla a biela central (10’) ao êmbolo central (5).

3) MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR dois êmbolos dentro de um mesmo cilindro (3), sendo o êmbolo (4) denominado principal o maior e, o êmbolo (5) denominado central, menor; o êmbolo principal (4) trabalha diretamente em contato com o cilindro (3), delimitando uma câmara principal de combustão (4’) e, em seu interior, existe um orifício passante (6) onde opera o êmbolo central (5).

4) MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o êmbolo principal (4) possuir na base alojamentos (8) onde são instaladas as bielas (8’), conectadas a estes por meio de pinos (9), sendo as referidas bielas (8’) conectadas a árvores de manivelas (1), de modo a ligar esta última ao êmbolo principal (4); por outro lado, o êmbolo central (5) possui um orifício não passante em sua parte superior, que possui a função de pré-câmara (4”), ou seja, o local onde ocorre a combustão da mistura ar-combustível, estando ligado o êmbolo central (5) por meio de uma biela (10’) à árvore de manivelas (1), incluindo sedes (8”) para o moente superior (8’”).

5) MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR uso de uma câmara dupla, com separação por movimento de um ou mais êmbolos (4 e 5); ou ainda uma câmara tripla, sendo uma principal (4’), uma câmara central (4”’) e uma pré-câmara central do êmbolo (4”), dividida (4””), permitindo a combustão de mistura ar-combustivel em uma parte e troca térmica em outra.