BR102014031678A2

BR102014031678A2 - sistema de admissão de um motor a combustão interna

Info

Publication number: BR102014031678A2
Application number: BR102014031678A
Authority: BR
Inventors: Fernando Jun Yoshino; Wagner Roberto Da Silva Trindade
Original assignee: Mahle Int Gmbh; Mahle Metal Leve Sa
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-21
Also published as: WO2016097021A1

Abstract

sistema de admissão de um motor a combustão interna. a invenção refere-se, de uma maneira geral, a um sistema de admissão para um motor a combustão interna e, mais particularmente, a invenção está relacionada a um sistema de admissão que permite um maior resfriamento do ar de admissão. de acordo com uma realização da invenção, o sistema de admissão compreende um coletor (20) associado à admissão de um motor a combustão interna, sendo que o dito coletor compreende um conduto (22) de admissão para receber os gases de admissão e pelo menos uma saída (23, 23') para a condução dos ditos gases a pelo menos uma câmara de combustão, em que o dito coletor compreende adicionalmente pelo menos um trocador de calor (50) que consiste em uma célula peltier.

Description

“SISTEMA DE ADMISSÃO DE UM MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA” Campo da Invenção [001] A invenção refere-se, de uma maneira gerai, a um sistema de admissão para um motor a combustão interna e, mais particularmente, a invenção está relacionada a um sistema de admissão que permite um maior resfriamento do ar de admissão. Maior resfriamento é feito através de células tipo Peltier inseridas no coletor de admissão do motor ou filtro de ar ou nas tubulações de conexão entre os sistemas.

Antecedentes da Invenção [002] Motores a combustão interna, tais como os motores que empregam os conhecidos ciclos Otto ou Diesel, são ampla e comumente utilizados em veículos destinados à mobilidade tanto de pessoas como de bens, tais como veículos de passeio, de transporte e de cargas, incluindo caminhões e locomotivas. Em síntese, tais motores utitizam um combustível contendo alto teor de hidrocarbonetos, como combustíveis fósseis e/ou oriundos de fontes renováveis, para transformar a energia térmica da queima do combustível em energia cinética.

[003] A construção de um motor a combustão interna é bastante conhecida e consiste, basicamente, de um pistão que se move no interior de um cilindro que está associado a um virabrequim. No lado superior do pistão, é prevista uma câmara de combustão que compreende, dentre outros elementos como velas e/ou bicos injetores, pelo menos uma válvula de admissão e uma válvula de exaustão.

[004] Os componentes e funcionamento de um motor a combustão interna tanto do ciclo Otto como do ciclo Diesel são de conhecimento comum aos técnicos no assunto, motivo pelo qual são desnecessárias maiores explicações no presente relatório descritivo.

[005] Existe hoje uma preocupação crescente com a diminuição das emissões de gases produzidos pelos motores a combustão interna, que são responsáveis por grande parte da tiberação de CO2 na atmosfera. A mudança climática é um dos desafios ambientais mais relevantes da atualidade, com consequências graves. Este problema vem sendo causado pela intensificação do efeito estufa, que, por sua vez, está relacionado com 0 aumento da concentração na atmosfera de gases geradores de efeito estufa (GEE), dentre eles o dióxido de carbono.

[006] Nos últimos anos, a fim de minimizar a emissão de gases nocivos ao ambiente, como o monóxido de carbono (CO), gases hidrocarbonetos (HC), óxtdos de nitrogênio (NOx), bem como de materiais particufados e/ou outros GEEs, uma série de tecnologias foi incorporada aos motores a combustão interna. A redução de emissões de gases está relacionada, dentre outros fatores, ao aumento do rendimento térmico do motor e, consequentemente, à redução do consumo específico de combustívei.

[007] Nesse sentido, tecnologias como a injeção eletrônica, o catalisador, filtros de materiais particuiados são, hoje em dia, bastante difundidas e empregadas quase que obrigatoriamente em todos os motores a combustão interna. Outras tecnologias mais recentes, como a injeção direta de combustível, o common-raií para motores que utilizam o cicio Diesel, e a utilização em maior escala de tecnologias há muito conhecidas, como compressores mecânicos ou turbocompressores, também estão sendo associadas a fim de aumentar a eficiência energética e atender a normas de emissões cada vez mais rígidas.

[008] Quando empregados compressores mecânicos ou turbocompressores, existe o problema intrínseco do aumento da temperatura do ar de admissão, uma vez que o aumento da pressão do ar destinado à combustão significa, iguafmente, um aumento na temperatura, segundo a relação já conhecida: em que Po é a pressão Inicia! do fluido antes da compressão, P1 é a pressão do fluido após a compressão, Vo é o volume iniciai do fluido antes da compressão, V1 é o volume final do fluido após a compressão, To é a temperatura do fluído antes da compressão e TI è a temperatura do fluído após a compressão. (0091 A fim de contornar este inconveniente relacionado ao aumento da temperatura do ar após a compressão, é conhecida a utilização de radiadores para resfriar o ar antes da entrada na câmara de combustão, comumente denominados de intercooier.

[010J No entanto, como mencionado acima, os motores a combustão interna estão desenvolvendo uma potência específica cada vez mais alta e, como consequência, os compressores mecânicos e turbocompressores estão trabalhando a pressões cada vez maiores. É necessário, igualmente, prover um meio de refrigeração mais eficiente para o ar que ê utilizado para a combustão, de forma a melhorar o rendimento térmico do motor a combustão.

[011] A invenção visa contornar estes inconvenientes encontrados no estado da técnica, dentre outros.

Descrição da Invenção [012] Portanto, é um primeiro objetivo da invenção prover um sistema de admissão de um motor a combustão interna que proporcione uma redução maior da temperatura do ar de admissão, em comparação aos sistemas conhecidos que empregam um compressor mecânico ou um turbocompressor associado a um intercooier.

[013] A fim de atender o objetivo acima, dentre outros, a invenção refere-se a um sistema de admissão de ar de um motor a combustão interna, que compreendei - um coletor associado â admissão de um motor a combustão interna, sendo que o dito coletor compreende um conduto de admissão para receber os gases de admissão e pelo menos uma saída para a condução dos ditos gases a pelo menos uma câmara de combustão; - em que o dito coletor compreende adicionalmente pelo menos um trocador de calor que consiste em uma célula Peitier;

[014] De acordo com realizações adicionais e/ou alternativas da invenção, as seguintes características, sós ou em combinações tecnicamente possíveis, também podem estar presentes: - dito trocador de calor está posicionado no conduto de admissão do dito coletor; - dito coletor compreende mais de um trocador de calor, cada um posicionado no conduto de saída do coletor para cada cilindro; - dito sistema compreende adicionalmente um compressor; - dito compressor é um compressor mecânico; - dito compressor é um turbocompressor acionado pelos gases de combustão do motor a combustão interna.

Breve Descrição dos Desenhos [015] A invenção será agora descrita com relação às suas realizações particulares, fazendo-se referência às figuras anexas. Tais figuras são esquemáticas, e suas dimensões e/ou proporções podem nâo corresponder à realidade, uma vez que visam apenas a ilustrar realizações da invenção de forma didática. Certos elementos já conhecidos foram omitidos para maior clareza de entendimento, sendo que: A figura 1 é uma vista superior esquemática de um motor a combustão interna associado ao sistema de admissão de ar da invenção de acordo com uma primeira realização; e A figura 2 é uma vista superior esquemática de um motor a combustão interna associado ao sistema de admissão de ar da invenção de acordo com uma segunda realização.

Pescricão de Realizações da Invenção [016] A invenção é agora descrita com relação às suas realizações particulares. Realizações específicas são descritas em detalhes, com o entendimento que devem ser consideradas uma exemplificação de seus princípios, e não se destinam a limitar a invenção ao que está apenas descrito no presente relatório. Deve-se reconhecer que os diferentes ensinamentos das realizações discutidas a seguir podem ser empregados separadamente ou em qualquer combinação adequada para produzir os mesmos efeitos técnicos. Números de referência para as mesmas partes são repetidos ao longo das figuras.

[017] A figura 1 é uma representação esquemática de um motor a combustão interna (10) que está associado a um coletor de admissão (20). O motor aqui representado pode ser um motor que apresenta um fluxo cruzado, ou seja, em que a admissão e o escape estão dispostos em lados opostos do cabeçote ao longo de sua seção longitudinal, mas naturaimente a invenção também se aplica, sem qualquer prejuízo, a um motor que tenha a admissão e o escape localizados no mesmo lado do cabeçote.

[018] Naturaimente, o motor está representado de forma esquemática na figura 1, e inúmeros de seus outros componentes foram omitidos porque não são relevantes para o entendimento da invenção.

[019] A invenção se destina tanto a motores aspirados como a motores que utilizam algum meio de compressão dos gases de admissão, ou seja, o ar ambiente, seja através de um compressor acionado mecanicamente, seja através de um turbocompressor, acionado pelos gases resultantes da combustão.

[020] Na figura 1, o coletor está representado juntamente com um conduto de admissão de ar (22) e o(s) conduto(s) {23, 23’) para distribuição do ar para cada entrada do cilindro no cabeçote. Também estão representados esquematicamente o filtro de ar (30), um sensor de fluxo (40) que, por sua vez, está associado ao módulo eletrônico de gerenciamento do motor (não representado), e uma válvula borboleta (60) para o controle de entrada do fluxo de ar.

[021] Um sistema de admissão tal como descrito acima é, em si, conhecido, e não são necessários maiores detalhamentos no presente relatório descritivo.

[022] A invenção propõe que, associado ao sistema de admissão, seja previsto um trocador de calor (50) e, de forma particular, o trocador de caior (50) é um trocador de calor que utiliza o efeito Peltier.

[023] O efeito Peltier é a produção de um gradiente de temperatura na junção de dois materiais condutores ou semicondutores diferentes quando submetidos a uma tensão elétrica em um circuito fechado, criando um lado quente e um lado frio pela transferência de calor. O efeito Peltier, ou efeito termoelétrico, é também conhecido e possui inúmeras aplicações.

[024] De acordo com a invenção, o lado frio de uma célula Peltier é prevista para estar em contado com o ar de admissão e, conforme representada na figura 1, a célula Peltier está posicionada no conduto (22) de entrada do coletor (20), conforme esta primeira realização.

[025] Em uma segunda realização, conforme representada na figura 2, é previsto mais de um trocador de calor, mas tantos trocadores quanto o número de cilindros do motor a combustão interna, cada trocador estando localizado em cada conduto de entrada do cabeçote (23, 23’).

[026] Naturalmente, uma célula Peltier necessita de uma corrente elétrica para permitir a troca de calor e, nesse sentido, a célula Peltier pode estar conectada a um sistema elétrico do veículo ou da aplicação do motor a combustão interna. Adicionalmente, a célula Peltier empregada como trocador de calor conforme esta realização da invenção pode igualmente estar associada ao sistema de gerenciamento eletrônico do motor a combustão, para que seja ligada ou desligada conforme a necessidade de maior ou menor resfriamento do ar de admissão.

[027] Em uma realização adicional, o sistema de admissão compreende um compressor mecânico ou turbocompressor. Nesta realização, o compressor pode estar associado ao conduto (22) de admissão do coletor, sendo que a disposição do trocador de calor tal como aqui descrita e representada em suas realizações não difere quando um compressor for associado, naturalmente fazendo-se as alterações necessárias para a previsão de um compressor.

[028] Apesar de a invenção ter sido descrita com relação às suas realizações particulares, os técnicos no assunto poderão realizar alterações ou combinações não contempladas acima sem, no entanto, se desviar dos ensinamentos aqui descritos, além de expandir para outras aplicações não apreciadas no presente relatório descritivo. Portanto, as reivindicações anexas devem ser interpretadas como cobrindo todos e quaisquer equivalentes que se enquadram dentro dos princípios da invenção.

Claims

1. SISTEMA DE ADMISSÃO DE UM MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA, que compreende: um coletor (20) associado à admissão de um motor a combustão interna, sendo que o dito coletor compreende um conduto (22) de admissão para receber os gases de admissão e peio menos uma saída (23, 23’) para a condução dos ditos gases a pelo menos uma câmara de combustão; caracterizado pelo fato de que o dito coletor compreende adicionalmente pelo menos um Tocador de calor (50) que consiste em uma célula Peltier.

2. SISTEMA DE ADMISSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito Tocador de calor está posicionado no conduto de admissão do dito coletor,

3. SISTEMA DE ADMISSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende mais de um trocador de calor, cada um posicionado no conduto de saída (23, 23’) do coletor para cada cilindro.

4. SISTEMA DE ADMISSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um compressor.

5. SISTEMA DE ADMISSÃO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que dito compressor é um compressor mecânico.

6. SISTEMA DE ADMISSÃO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado peio fato de que dito compressor é um íurbocompressor acionado pelos gases de combustão do motor a combustão interna.