BR102017008580A2 - otto and binary-isothermal-adiabatic combined-cycle motor and control process for the thermodynamic cycle of the combined-cycle motor - Google Patents

otto and binary-isothermal-adiabatic combined-cycle motor and control process for the thermodynamic cycle of the combined-cycle motor Download PDF

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Luis Mauro Moura
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Abstract

refere-se a presente invenção a um motor térmico de ciclo combinado formado por uma unidade operando com o ciclo otto interligado e integrado à outra unidade operando com o ciclo binário de três processos isotérmicos e quatro processos adiabáticos. o objetivo da invenção se concentra em eliminar alguns dos problemas existentes, minimizar outros problemas e oferecer novas possibilidades, para alcançar estes objetivos, um novo conceito de motores térmicos passou a ser indispensável e a criação de novos ciclos-motores são necessários de forma que a eficiência dos motores não fique mais dependente exclusivamente das temperaturas. o conceito de sistema híbrido e ciclos diferenciais e ciclos binários, característica própria que fundamenta este novo conceito de ciclo combinado, elimina a dependência da eficiência de forma exclusiva à temperatura. a eliminação da necessidade da troca do estado físico dos fluidos de trabalho passa a ser representativo para reduzir volume, peso e custo das máquinas. portanto o ciclo combinado formado por uma unidade de ciclo otto com uma unidade de ciclo binário-isotérmico-adiabático constitui uma evolução importante, viável para o futuro dos sistemas formados por ciclos combinados.The present invention relates to a combined cycle thermal motor formed by one unit operating with the intertwined otto cycle and integrated with the other unit operating with the binary cycle of three isothermal processes and four adiabatic processes. The aim of the invention is to eliminate some of the existing problems, minimize other problems and offer new possibilities. To achieve these objectives, a new concept of thermal motors has become indispensable and the creation of new motor motors is necessary so that engine efficiency is no longer dependent solely on temperatures. The hybrid system concept and differential and binary cycles, the very characteristic that underlies this new combined cycle concept, eliminates the reliance on efficiency exclusively at temperature. Eliminating the need to change the physical state of work fluids is now representative to reduce machine volume, weight and cost. therefore, the combined cycle formed by an otto cycle unit with a binary-isothermal-adiabatic cycle unit constitutes an important, viable evolution for the future of combined cycle systems.

Description

(54) Título: MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICO-ADIABÁTICO E PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO (51) Int. Cl.: F01B 29/00; F02G 1/00.(54) Title: COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMAL-ADIABATIC AND CONTROL PROCESS FOR THE THERMODYNAMIC CYCLE OF THE COMBINED CYCLE ENGINE (51) Int. Cl .: F01B 29/00; F02G 1/00.

(71) Depositante(es): ASSOCIACAO PARANAENSE DE CULTURA - APC.(71) Depositor (s): ASSOCIACAO PARANAENSE DE CULTURA - APC.

(72) lnventor(es): MARNO IOCKHECK; SAULO FINCO; LUIS MAURO MOURA.(72) Inventor (s): MARNO IOCKHECK; SAULO FINCO; LUIS MAURO MOURA.

(57) Resumo: Refere-se a presente invenção a um motor térmico de ciclo combinado formado por uma unidade operando com o ciclo Otto interligado e integrado à outra unidade operando com o ciclo binário de três processos isotérmicos e quatro processos adiabáticos. O objetivo da invenção se concentra em eliminar alguns dos problemas existentes, minimizar outros problemas e oferecer novas possibilidades, para alcançar estes objetivos, um novo conceito de motores térmicos passou a ser indispensável e a criação de novos ciclos-motores são necessários de forma que a eficiência dos motores não fique mais dependente exclusivamente das temperaturas. O conceito de sistema híbrido e ciclos diferenciais e ciclos binários, característica própria que fundamenta este novo conceito de ciclo combinado, elimina a dependência da eficiência de forma exclusiva à temperatura. A eliminação da necessidade da troca do estado físico dos fluidos de trabalho passa a ser representativo para reduzir volume, peso e custo das máquinas. Portanto o ciclo combinado formado por uma unidade de ciclo Otto com uma unidade de ciclo binárioisotérmico-adiabático constitui uma evolução importante, viável para o futuro dos sistemas formados por ciclos combinados.(57) Abstract: This invention refers to a combined cycle thermal motor formed by a unit operating with the Otto cycle interconnected and integrated with the other unit operating with the binary cycle of three isothermal processes and four adiabatic processes. The objective of the invention focuses on eliminating some of the existing problems, minimizing other problems and offering new possibilities, to achieve these objectives, a new concept of thermal motors has become indispensable and the creation of new motor cycles are necessary so that the engine efficiency is no longer dependent solely on temperatures. The concept of hybrid system and differential cycles and binary cycles, a characteristic that underlies this new concept of combined cycle, eliminates the dependence on efficiency exclusively at temperature. The elimination of the need to change the physical state of the working fluids becomes representative to reduce the volume, weight and cost of the machines. Therefore, the combined cycle formed by an Otto cycle unit with a binary isothermal-adiabatic cycle unit constitutes an important evolution, viable for the future of systems formed by combined cycles.

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MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO E PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADOCOMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMICADIABATIC AND CONTROL PROCESS FOR THE THERMODYNAMIC CYCLE OF THE COMBINED CYCLE ENGINE

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO [001] Refere-se a presente invenção a um motor térmico de ciclo combinado formado por uma unidade operando com o ciclo Otto interligado e integrado à outra unidade operando com o ciclo binário de três processos isotérmicos e quatro processos adiabáticos.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION [001] The present invention refers to a combined cycle thermal motor formed by a unit operating with the Otto cycle interconnected and integrated with the other unit operating with the binary cycle of three isothermal processes and four adiabatic processes.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] A termodinâmica clássica define três conceitos de sistemas termodinâmicos, o sistema termodinâmico aberto, o sistema termodinâmico fechado e o sistema termodinâmico isolado. Estes três conceitos de sistemas termodinâmicos foram conceituados no século XIX nos primórdios da criação das leis da termodinâmica e fundamentam todos os ciclos motores conhecidos até o presente.BACKGROUND OF THE INVENTION [002] Classical thermodynamics defines three concepts of thermodynamic systems, the open thermodynamic system, the closed thermodynamic system and the isolated thermodynamic system. These three concepts of thermodynamic systems were conceptualized in the 19th century at the beginning of the creation of the laws of thermodynamics and underpin all the motor cycles known to date.

[003] O sistema termodinâmico isolado é definido como um sistema no qual nem matéria, nem energia passa através dele. Portanto, este conceito de sistema termodinâmico não oferece propriedades que permitam o desenvolvimento de motores.[003] The isolated thermodynamic system is defined as a system in which neither matter nor energy passes through it. Therefore, this concept of thermodynamic system does not offer properties that allow the development of engines.

[004] O sistema termodinâmico aberto é definido como um sistema termodinâmico em que energia e matéria podem entrar e sair deste sistema. São exemplos de sistema termodinâmico aberto os motores de combustão interna, de ciclo Otto, de ciclo Atkinson, semelhante ao ciclo Otto, de ciclo Diesel, de ciclo Sabathe, semelhante ao ciclo Diesel, de ciclo Brayton de combustão interna, de ciclo Rankine com exaustão do vapor ao ambiente. As matérias que entram nestes sistemas são os combustíveis e oxigênio ou fluido[004] The open thermodynamic system is defined as a thermodynamic system in which energy and matter can enter and exit this system. Examples of open thermodynamic systems are internal combustion engines, Otto cycle, Atkinson cycle, similar to Otto cycle, Diesel cycle, Sabathe cycle, similar to Diesel cycle, Brayton cycle of internal combustion, Rankine cycle with exhaust of steam to the environment. The materials that enter these systems are fuels and oxygen or fluid

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2/17 de trabalho ou gás de trabalho. A energia que entra nestes sistemas é o calor. As matérias que saem destes sistemas são a exaustão da combustão ou do fluido de trabalho, gases, resíduos; as energias que saem destes sistemas são a energia mecânica de trabalho e parte do calor dissipado.2/17 working or working gas. The energy that enters these systems is heat. The materials that come out of these systems are the exhaustion of combustion or the working fluid, gases, waste; the energies that come out of these systems are the mechanical energy of work and part of the dissipated heat.

[005] O sistema termodinâmico fechado é definido como um sistema termodinâmico em que apenas a energia pode entrar e sair deste sistema. São exemplos de sistema termodinâmico fechado, motores de combustão externa como o de ciclo Stirling, de ciclo Ericsson, de ciclo Rankine com fluido de trabalho em circuito fechado, de ciclo Brayton de calor ou de combustão externa, de ciclo Carnot.A energia que entra neste sistema é o calor. As energias que saem deste sistema são a energia mecânica de trabalho e parte do calor dissipado, porém não sai matéria destes sistemas, como ocorrem no sistema aberto.[005] The closed thermodynamic system is defined as a thermodynamic system in which only energy can enter and exit this system. Examples of closed thermodynamic systems, external combustion engines such as the Stirling cycle, Ericsson cycle, Rankine cycle with closed circuit working fluid, Brayton heat or external combustion cycle, Carnot cycle. in this system is heat. The energies that come out of this system are the mechanical energy of work and part of the dissipated heat, but no matter leaves these systems, as they occur in the open system.

[006] Ambos os sistemas, aberto e fechado, toda a massa do gás de trabalho é exposta à energia de entrada, calor ou combustão e toda ela também, é exposta ao resfriamento ou arrefecimento, isto é, a massa do gás de trabalho é constante em seus processos e a diferença entre ambos é que no sistema aberto a massa de gás de trabalho atravessa o sistema e no sistema fechado, a massa permanece no sistema.[006] Both systems, open and closed, the entire mass of the working gas is exposed to the incoming energy, heat or combustion and all of it, too, is exposed to cooling or cooling, that is, the mass of the working gas is constant in their processes and the difference between them is that in the open system the mass of working gas passes through the system and in the closed system, the mass remains in the system.

O ESTADO ATUAL DA TÉCNICA [007] Os motores de ciclo combinado conhecidos até o presenteforam inventados e projetados unindo-se no mesmo sistema dois conceitos de motores idealizados no século XIX, fundamentados em sistemas termodinâmicos aberto ou sistemas termodinâmicos fechado, os mais conhecidos são os ciclos combinados de um motor de ciclo Brayton com um motor de ciclo Rankine e o ciclo combinado de um motor de ciclo Diesel com um motor de ciclo Rankine.THE CURRENT STATE OF THE TECHNIQUE [007] The combined cycle engines known to date have been invented and designed by uniting in the same system two engine concepts idealized in the 19th century, based on open thermodynamic systems or closed thermodynamic systems, the best known being the combined cycles of a Brayton cycle engine with a Rankine cycle engine and the combined cycle of a Diesel cycle engine with a Rankine cycle engine.

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3/17 [008] O conceito básico de um ciclo combinado é um sistema composto por um motor operante por meio de uma fonte de temperatura alta de forma que o rejeito de calor deste motor é a energia que move um segundo motor que requeira uma temperatura mais baixa de operação, ambos formando um sistema combinado de conversão de energia térmica em energia mecânica para um mesmo fim comum.3/17 [008] The basic concept of a combined cycle is a system composed of an engine operating by means of a high temperature source so that the heat rejection of this engine is the energy that drives a second engine that requires a temperature lower operating time, both forming a combined system of converting thermal energy into mechanical energy for the same common purpose.

[009] O estado atual da técnica revela ciclos combinados formado por um motor principal de ciclo Brayton ou ciclo Diesel que funciona com uma fonte principal com temperatura superior a 1000 °C e com gases de exaustão na faixa entre 600 °C e 700 °C e estes gases por sua vez são canalizados para alimentar outro motor de ciclo Rankine, geralmente “Rankine orgânico” (ORC). O ciclo Rankine convencional tem como fluido de trabalho a água, o ciclo Rankine orgânico utiliza fluidos orgânicos, estes são mais adequados para projetos em temperaturas menores que os projetos com o ciclo Rankine convencional, portanto normalmente são utilizados nos ciclos combinados.[009] The current state of the art reveals combined cycles formed by a main engine of Brayton cycle or Diesel cycle that works with a main source with a temperature above 1000 ° C and with exhaust gases in the range between 600 ° C and 700 ° C and these gases are in turn channeled to power another Rankine cycle engine, usually “organic Rankine” (ORC). The conventional Rankine cycle has water as its working fluid, the organic Rankine cycle uses organic fluids, these are more suitable for projects at lower temperatures than the projects with the conventional Rankine cycle, therefore they are normally used in combined cycles.

[010] Algumas das principais desvantagens dos ciclos combinados atuais, considerando a segunda máquina um motor de ciclo Rankine ou Rankine orgânico são a troca do estado físico do fluido de trabalho, isto é, há uma fase líquida exigida pelos processos do ciclo termodinâmico que deve ser controlada, e a energia do aquecimento da fase líquida e da fase latente, de troca de estado, não podem ser convertidas em energia útil de trabalho, são perdas impostas pelo conceito Rankine. Este sistema exige itens do motor que implicam em mais processos, mais peso, mais controle e mais perdas, são necessários reservatórios do líquido, reservatório para geração de vapor, trocador do tipo resfriador para condensação, reservatório para condensação, bomba para vazão do fluido no estado líquido, válvulas de controle dos processos de estado líquido e gasoso. Este conjunto de particularidades implicam em peso adicional, volume adicional, perdas térmicas adicionais, redução da eficiência global e por consequência, índices de poluição maiores,[010] Some of the main disadvantages of the current combined cycles, considering the second machine as an organic Rankine or Rankine cycle engine are the change of the physical state of the working fluid, that is, there is a liquid phase required by the thermodynamic cycle processes that must be controlled, and the heating energy of the liquid phase and the latent phase, of state change, cannot be converted into useful working energy, they are losses imposed by the Rankine concept. This system requires engine items that imply more processes, more weight, more control and more losses, liquid reservoirs, reservoir for steam generation, cooler type condenser exchanger, condensation reservoir, pump for fluid flow in the liquid state, control valves for liquid and gaseous processes. This set of features implies additional weight, additional volume, additional thermal losses, reduced overall efficiency and, consequently, higher pollution rates,

Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 25/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 25/40

4/17 custos de implementação maiores e menores índices de sustentabilidade nestes projetos.4/17 higher implementation costs and lower sustainability rates in these projects.

[011] O estado atual da técnica, a partir de 2011, revelou um novo conceito de sistema termodinâmico, o chamado sistema termodinâmico híbrido, e este novo conceito de sistema passou a ser a base de sustentação para novos ciclos motores, os motores de ciclos diferenciais e os motores de ciclos binários não diferenciais de forma que estes novos ciclos motores possuem vantagens significativas para a criação de novos ciclos combinados. Podem ser exemplificados ciclos combinados de um motor de ciclo Brayton com um motor de ciclo diferencial, motor de ciclo Brayton com um motor de ciclo binário, motor de ciclo Diesel com um motor de ciclo diferencial, motor de ciclo Diesel com um motor de ciclo binário, motor de ciclo Otto com um motor de ciclo diferencial, motor de ciclo Otto com um motor de ciclo binário e algumas outras variações.[011] The current state of the art, as of 2011, has revealed a new concept of thermodynamic system, the so-called hybrid thermodynamic system, and this new concept of system has become the support base for new motor cycles, the cycle motors differential and non-differential binary cycle engines so that these new motor cycles have significant advantages for the creation of new combined cycles. Combined cycles of a Brayton cycle engine with a differential cycle engine, Brayton cycle engine with a binary cycle engine, Diesel cycle engine with a differential cycle engine, Diesel cycle engine with a binary cycle engine can be exemplified , Otto cycle motor with a differential cycle motor, Otto cycle motor with a binary cycle motor and some other variations.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO [012] Os grandes problemas do estado da técnica, especificamente quanto aos ciclos combinados se encontram justamente na segunda unidade que formam os sistemas, este, geralmente é uma máquina de ciclo Rankine, uma máquina antiga, cujos processos termodinâmicos impõem perdas através da necessidade de troca do estado físico do fluido de trabalho, do calor de aquecimento da fase líquida, do calor de transformação, calor latente, das unidades mecânicas, reservatórios, sistemas de válvulas, condensadores, bombas que agregam peso, volume, perdas e custos.OBJECTIVES OF THE INVENTION [012] The major problems of the state of the art, specifically as to the combined cycles are found precisely in the second unit that forms the systems, this one is generally a Rankine cycle machine, an old machine, whose thermodynamic processes impose losses through the need to change the physical state of the working fluid, the heat of heating the liquid phase, the heat of transformation, latent heat, the mechanical units, reservoirs, valve systems, condensers, pumps that add weight, volume, losses and costs .

[013] O objetivo da invenção se concentra em eliminar alguns dos problemas existentes,minimizar outros problemas e oferecer novas possibilidades, para alcançar estes objetivos, um novo conceito de motores térmicos passou a ser indispensável e a criação de novos ciclos-motores são necessários de forma que a eficiência dos motores não fique mais dependente exclusivamente das[013] The objective of the invention focuses on eliminating some of the existing problems, minimizing other problems and offering new possibilities, to achieve these objectives, a new concept of thermal motors has become indispensable and the creation of new motor cycles is necessary that the efficiency of the engines is no longer dependent exclusively on the

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5/17 temperaturas. O conceito de sistema híbrido e ciclos diferenciais e ciclos binários, característica própria que fundamenta este novo conceito de ciclo combinado, elimina a dependência da eficiência de forma exclusiva à temperatura. A eliminação da necessidade da troca do estado físico dos fluidos de trabalho passa a ser representativo para reduzir volume, peso e custo das máquinas. Portanto o ciclo combinado formado por uma unidade de ciclo Otto com uma unidade de ciclo binário-isotérmico-adiabático constitui uma evolução importante, viável para o futuro dos sistemas formados por ciclos combinados.5/17 temperatures. The concept of hybrid system and differential cycles and binary cycles, a characteristic that underlies this new concept of combined cycle, eliminates the dependence on efficiency exclusively at temperature. The elimination of the need to change the physical state of the working fluids becomes representative to reduce the volume, weight and cost of the machines. Therefore, the combined cycle formed by an Otto cycle unit with a binary-isothermal-adiabatic cycle unit is an important evolution, viable for the future of systems formed by combined cycles.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [014] Os motoresde cicloscombinados são caracterizados por possuírem duas unidades termodinâmicas distintas integradas formando um sistema de forma que a energia descartada pela unidade principal é a fonte de energia da unidade secundária e ambos possuem uma integração do trabalho mecânico final.DESCRIPTION OF THE INVENTION [014] Combined cycle motors are characterized by having two distinct thermodynamic units integrated forming a system so that the energy discharged by the main unit is the energy source of the secondary unit and both have an integration of the final mechanical work.

[015] O conceito presente considera uma unidade termodinâmica formada por um motor de ciclo Otto31, o qual executa um ciclo Otto de quatro processos e um motor turbina de ciclo binário-isotérmico-adiabático 320, o qual executa um ciclo de três processos isotérmicos e quatro processos adiabáticos, e de forma que a energia de entrada, por combustão, executa um processo isocórico de aquecimento e compressão na unidade de ciclo Otto, um processo de resfriamento isocórico quando a exaustão vai direto ao ambiente ou isobárico, isotérmico ou adiabático quando utiliza-se trocadores para outros fins, o qual cede energia para o processo isotérmico de expansão da unidade de ciclo binário, este por sua vez executa um processo de resfriamento isotérmico cedendo para o ambiente a energia que o sistema em conjunto não tenha convertido em trabalho e de formaque ambos os ciclos tenham uma conversão em trabalho final comum.Portanto trata-se de motoresde ciclos combinados completamente distintos dos motores e ciclos combinados atuais, os quais são baseados única e exclusivamente nos sistemas aberto ou fechado. Na figura 3[015] The present concept considers a thermodynamic unit formed by an Otto cycle engine31, which runs a four-process Otto cycle and a 320 binary-isothermal-adiabatic cycle engine, which runs a cycle of three isothermal processes and four adiabatic processes, and so that the incoming energy, by combustion, performs an isochorical process of heating and compression in the Otto cycle unit, an isochoric cooling process when the exhaust goes directly to the environment or isobaric, isothermal or adiabatic when using - exchangers for other purposes, which provide energy for the isothermal process of expansion of the binary cycle unit, this in turn performs an isothermal cooling process, giving energy to the environment that the system as a whole has not converted into work and so that both cycles have a conversion into common final work. So these are combined cycle engines completely current combined cycles, which are based solely and exclusively on open or closed systems. In figure 3

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6/17 é mostrado o conceito geral do invento e na figura 4 são mostrados os gráficos coma integração de ambos os ciclos termodinâmicos formando o ciclo combinado. Além da combinação do ciclo Otto e binário, a presente invenção considera ainda o emprego de uma turbina auxiliar 315 para executar trabalho por meio de um processo adiabático com a energia residual e um compressor 314 para pressurização do ar nas câmaras de combustão do motor de combustão interna Otto.6/17 the general concept of the invention is shown and in figure 4 are shown the graphs with the integration of both thermodynamic cycles forming the combined cycle. In addition to combining the Otto cycle and torque, the present invention also considers the use of an auxiliary turbine 315 to perform work by means of an adiabatic process with residual energy and a compressor 314 for pressurizing the air in the combustion chambers of the combustion engine internal Otto.

[016] A presente invenção traz evoluções importantes para a conversão de energia térmica em mecânicapelo conceito da combinação de dois ciclos termodinâmicos distintos. A imensa maioria de ciclos combinados tem como máquina secundária um motor turbina a vapor de ciclo Rankine ou Rankine orgânico. A figura 1 mostra que o ciclo Rankine possui perdas próprias do conceito dos processos que formam seu ciclo, não permitindo que uma parcela significativa de energia seja convertida em trabalho. Os ciclos Rankine e Rankine orgânico exigem a troca da fase física do gás de trabalho, isto é, há uma fase do processo em estado líquido exigindo elementos de condensação, evaporação e sistemas de bombas auxiliares, e todos estes elementos e processos impõem perdas e impossibilidade de utilizar as energias destas fases na conversão.Algumas das principais vantagens do invento ciclo combinado Otto com binário-isotérmico-adiabático que podem ser constatadas são a inexistência de elementos de troca de fase física do fluido de trabalho e suas perdas associadas, a inexistência de elementos de condensação e de vaporização, portanto a inexistência também de perdas associadas ao calor latente do fluido de trabalho, a inexistência de circuitos, bombas, elementos de controle destinados aos processos de troca de fase física do fluido e suas perdas associadas e que por consequência, a inexistência do volume, materiais e massa, peso, dos elementos que compõem tais projetos. Portanto, a inovação apresentada pelo ciclo combinado Otto com binário é expressiva.[016] The present invention brings important developments for the conversion of thermal energy into mechanical by the concept of the combination of two distinct thermodynamic cycles. The vast majority of combined cycles are powered by a Rankine or Rankine cycle steam turbine engine. Figure 1 shows that the Rankine cycle has losses inherent to the concept of the processes that form its cycle, not allowing a significant portion of energy to be converted into work. Rankine and Rankine organic cycles require the change of the physical phase of the working gas, that is, there is a phase of the process in liquid state requiring elements of condensation, evaporation and auxiliary pump systems, and all these elements and processes impose losses and impossibility to use the energies of these phases in the conversion. Some of the main advantages of the combined cycle Otto invention with binary-isothermal-adiabatic that can be verified are the absence of elements of physical phase change of the working fluid and its associated losses, the inexistence of condensation and vaporization elements, therefore, the absence of losses associated with the latent heat of the working fluid, the inexistence of circuits, pumps, control elements intended for the processes of changing the physical phase of the fluid and its associated losses, and which consequently , the lack of volume, materials and mass, weight, of the elements that make up such projects. Therefore, the innovation presented by the combined cycle Otto with torque is significant.

[017] Os motores de cicloscombinados baseadosna integração de um motor[017] Combined cycle engines based on the integration of an engine

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7/17 de ciclo Otto com um motor de ciclo binário poderão ser construídos com materiais e técnicas semelhantes aos motores de ciclos combinados convencionais, como a unidade secundária, de ciclo binárioconsiste de um motor que trabalha com gás em circuito fechado, considerando o sistema completo, este conceito em circuito fechado de gás de trabalho com relação ao meio externo indica que o sistema deve ser vedado, ou em alguns casos, vazamentos podem ser admitidos, desde que compensados. Materiais adequados para esta tecnologia devem ser observados, são semelhantes, neste aspecto, às tecnologias de projetos de motores de ciclo Brayton, Stirling ou Ericsson, todos de combustão externa. O gás de trabalho depende do projeto, de sua aplicação e dos parâmetros utilizados, a escolha do gás poderá ser diversificada, cada um proporcionará particularidades específicas, como exemplo pode ser sugerido os gases: hélio, hidrogênio, nitrogênio, ar seco, neon, entre outros.7/17 Otto cycle with a binary cycle engine may be built with materials and techniques similar to conventional combined cycle engines, such as the secondary unit, binary cycle consists of an engine that works with gas in a closed circuit, considering the complete system , this concept of closed working gas circuit with respect to the external environment indicates that the system must be sealed, or in some cases, leaks can be admitted, provided they are compensated. Suitable materials for this technology must be observed, they are similar, in this aspect, to the technologies of Brayton, Stirling or Ericsson cycle engine design, all of which are external combustion. The working gas depends on the project, its application and the parameters used, the choice of gas can be diversified, each one will provide specific peculiarities, as an example the gases can be suggested: helium, hydrogen, nitrogen, dry air, neon, among others.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [018] As figuras anexas demonstram as principais características e propriedades do novo conceitode ciclo combinado, mais especificamente a um sistema formado por uma unidade de ciclo Otto com uma unidade de ciclo binário-isotérmico-adiabático, sendo representadas conforme segue abaixo:DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [018] The attached figures demonstrate the main characteristics and properties of the new combined cycle concept, more specifically to a system formed by an Otto cycle unit with a binary-isothermal-adiabatic cycle unit, represented as follows:

A figura 1 demonstra em diagrama de blocos, um sistema de ciclo combinado atual, formado por uma unidade de ciclo Otto com uma unidade de ciclo Rankine. Sistemas projetados com esta filosofia na atualidade são utilizadas para melhorar a eficiência mecânica e energética em sistemas de tração, veículos;Figure 1 demonstrates in a block diagram, a current combined cycle system, formed by an Otto cycle unit with a Rankine cycle unit. Systems designed with this philosophy today are used to improve mechanical and energy efficiency in traction systems, vehicles;

A figura 2 demonstra em diagrama de blocos, um sistema de ciclo combinado idealizado com base no novo conceito de sistema termodinâmico, formado por uma unidade de ciclo Otto conhecida, com uma unidade de ciclo binário-isotérmico-adiabático. Teoricamente, sistemas projetados com estaFigure 2 demonstrates in a block diagram, a combined cycle system idealized based on the new concept of thermodynamic system, formed by a known Otto cycle unit, with a binary-isothermal-adiabatic cycle unit. Theoretically, systems designed with this

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8/17 filosofia para geração de força mecânica terá eficiência superior aos sistemas de ciclo combinado com Rankine ou Rankine orgânico baseado na análise teórica do ciclo da segunda máquina que forma o sistema, entre as perdas que deixam de existir, a inexistência de troca do estado físico do fluido de trabalho é item significativo, o processo de conservação de energia propiciado pelo subsistema de conservação pertencente ao ciclo binário, reforça as possibilidades do incremento da eficiência geral;8/17 philosophy for the generation of mechanical force will have superior efficiency to the combined cycle systems with Rankine or organic Rankine based on the theoretical analysis of the cycle of the second machine that forms the system, among the losses that cease to exist, the absence of state change physics of the working fluid is a significant item, the energy conservation process provided by the conservation subsystem belonging to the binary cycle, reinforces the possibilities of increasing overall efficiency;

A figura 3apresenta o diagrama de um sistema composto por um motor de ciclo Otto31, com um motor turbina de ciclo binário-isotérmico-adiabático, 320 formando o ciclo combinado Otto e binário;Figure 3a shows the diagram of a system composed of an Otto cycle engine31, with a binary-isothermal-adiabatic cycle turbine, 320 forming the combined Otto and binary cycle;

A figura 4 mostra respectivamente as curvas do gráfico da pressão e deslocamento volumétrico do ciclo Otto 41 e as curvas do gráfico da pressão e deslocamento volumétrico do ciclo binário-isotérmico-adiabático 45;Figure 4 shows the curves of the pressure and volumetric displacement graph of the Otto 41 cycle and the curves of the pressure and volumetric displacement graph of the binary-isothermal-adiabatic cycle 45;

A figura 5 mostra o ciclo Otto convencional com dois processosisocóricos e dois processos adiabáticos.Figure 5 shows the conventional Otto cycle with two isochoric processes and two adiabatic processes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO [019] O motor de ciclo combinado Otto e binário-isotérmico-adiabáticoé um sistema composto por um conceito de motor baseado no sistema termodinâmico aberto, um motor de combustão interna de ciclo Otto, idealizado no século XIX, com um motor baseado no sistema termodinâmico híbrido, o ciclo binário-isotérmico-adiabático não diferencial, idealizado no século XXI, de forma que a energia descartada pelo primeiro, o motor de combustão interna de ciclo Otto, é a energia que move o segundo, o motor de ciclo binário.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [019] The combined cycle engine Otto and binary-isothermal-adiabatic is a system composed of an engine concept based on the open thermodynamic system, an internal combustion engine of Otto cycle, idealized in the 19th century, with an engine based on the hybrid thermodynamic system, the non-differential binary-isothermal-adiabatic cycle, idealized in the 21st century, so that the energy discharged by the first, the internal combustion engine of the Otto cycle, is the energy that drives the second, the binary cycle.

[020] A figura 3 apresenta o sistema que caracteriza um motor de ciclo combinado Otto e binário-isotérmico-adiabático. Este sistema é constituído por uma máquina que opera pelo ciclo Otto, integrada, interconectada à outra máquina que opera por um ciclo binário e de forma que seus ciclos[020] Figure 3 shows the system that features a combined cycle engine Otto and binary-isothermal-adiabatic. This system consists of a machine that operates by the Otto cycle, integrated, interconnected to another machine that operates by a binary cycle and in a way that its cycles

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9/17 termodinâmicos sejam também integrados conforme figura 4. O sistema da figura 3 mostra um motor de combustão interna de ciclo Otto 31, acoplado a um motor turbina de ciclo binário-isotérmico-adiabático 320. O motor de ciclo Otto possui seu coletor de descarga 331, exaustão dos gases quentes, conectado a um trocador de calor isotérmico 319, neste trocador há uma linha de circulação do gás de trabalho do ciclo binário que entra pelo ponto (a) sendo aquecido no interior do trocador e sai pelo ponto (b), entrando na válvula proporcional de controle de três vias 326, e esta válvula direciona parte do gás para o rotor de turbina da unidade de conversão de energia 321 e parte do gás para o rotor de turbina da unidade de conservação de energia 322, o rotor de turbina da unidade de conservação 322 conduz o gás de trabalho para a câmara isotérmica e isolada termicamente 323, entrando pelo ponto (c’) onde é realizado o processo isotérmico de compressão, saindo o gás pelo ponto (d’) seguindo para o rotor docompressor da unidade de conservação de energia 324, e este por sua vez conduz o gás com sua energia associada, conservada, novamente para a câmara de expansão isotérmica e na temperatura da câmara (Tq) de aquecimento 319. O rotor de turbina da unidade de conversão de energia 321 conduz a sua fração do gás de trabalho vindo da válvula de controle 326 para a câmara isotérmica de resfriamento 328, esta separada dos demais sistemas de resfriamento e arrefecimento e situada no extremo mais frio do fluxo do ar forçado da ventoinha, isto é, no ponto mais externo do motor em fronteira com o ambiente, e o gás entrando no ponto (c), no interior da câmara 328, onde é realizado o processo isotérmico de compressão e resfriamento, isto é, um processo isotérmico de resfriamento, saindo o gás pelo ponto (d) seguindo para o rotor do compressor da unidade de conversão de energia 325, e este por sua vez, retornando o gás à entrada da câmara de expansão isotérmica e aquecimento 319, já com a temperatura (Tq) completando o ciclo termodinâmico binário do sistema. A energia mecânica convertida pela unidade de ciclo binário no eixo 327, este eixo é acoplado direta ou indiretamente a todos os rotores de compressão e turbina, 314, 315,9/17 thermodynamics are also integrated according to figure 4. The system in figure 3 shows an internal combustion engine of Otto cycle 31, coupled to a turbine engine of binary-isothermal-adiabatic cycle 320. The Otto cycle engine has its collector of discharge 331, exhaust of hot gases, connected to an isothermal heat exchanger 319, in this exchanger there is a line of circulation of the working gas of the binary cycle that enters the point (a) being heated inside the exchanger and exits through the point (b ), entering the proportional three-way control valve 326, and this valve directs part of the gas to the turbine rotor of the energy conversion unit 321 and part of the gas to the turbine rotor of the energy conservation unit 322, the turbine rotor of conservation unit 322 conducts the working gas to the isothermal and thermally insulated chamber 323, entering through the point (c ') where the isothermal compression process takes place, leaving the gas through the point (d') following to the compressor compressor of the energy conservation unit 324, and this in turn conducts the gas with its associated energy, conserved, again to the isothermal expansion chamber and at the temperature of the heating chamber (Tq) 319. The turbine rotor of the energy conversion unit 321 conducts its fraction of the working gas from the control valve 326 to the isothermal cooling chamber 328, which is separate from the other cooling and cooling systems and situated at the coldest end of the forced air flow of the fan, that is, at the outermost point of the engine bordering the environment, and the gas entering point (c), inside chamber 328, where the isothermal compression and cooling process is performed, that is, an isothermal process cooling system, leaving the gas at point (d), going to the compressor rotor of the energy conversion unit 325, and this in turn, returning the gas to the entrance of the isothermal expansion and heating chamber 319, already with the temperature (Tq) completing the binary thermodynamic cycle of the system. The mechanical energy converted by the binary cycle unit on axis 327, this axis is directly or indirectly coupled to all compression and turbine rotors, 314, 315,

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321, 322, 324 e 325, e é acoplada ao eixo mecânico principal 33, da unidade de ciclo Otto por meio de uma caixa de engrenagens 34 para transmissão da força do eixo da unidade de ciclo binário somando com o eixo 33 do motor principal 31. Fazendo parte da unidade mecânica do motor de ciclo binário, se encontra ainda um rotor de turbina 315, onde é executado um processo adiabático, por onde passam os gases da exaustão do motor Otto, logo após sua passagem pelo trocador de calor 319, o gás saindo do trocador, entra no rotor de turbina 315, este é conectado ao eixo principal do motor de ciclo binário, com a função de acionar o rotor do compressor 314, e a partir do rotor de turbina 315, o gás segue para uma unidade de controle 312, tipo (EGR), de circulação do gás de exaustão, com a função de direcionar parte dos gases de saída do rotor da turbina 315 às câmaras de combustão do motor Otto via misturador 39, reduzindo as emissões de óxidos nitrosos, NOx, outra parte dos gases, ao sair da unidade 312, segue para o ambiente 316. Fazendo parte também da unidade mecânica do motor de ciclo binário, se encontra um rotor do compressor 314, o qual pressuriza ar do ambiente para as câmaras de combustão do motor Otto, o ar 317 primeiramente passa pelo filtro 313, entra no rotor do compressor 314, passando por um resfriador 36 e deste para o misturador 39 o qual executa a mistura do ar pressurizado com parte dos gases da combustão, injetando-os para as câmaras de combustão do motor Otto 31.321, 322, 324 and 325, and is coupled to the main mechanical shaft 33 of the Otto cycle unit by means of a gearbox 34 for transmitting the force of the shaft of the binary cycle unit adding to the axis 33 of the main motor 31 As part of the mechanical unit of the binary cycle engine, there is also a 315 turbine rotor, where an adiabatic process is performed, through which the exhaust gases of the Otto engine pass, just after it passes through the 319 heat exchanger, the gas leaving the exchanger, enters the turbine rotor 315, this is connected to the main axis of the binary cycle engine, with the function of driving the compressor rotor 314, and from the turbine rotor 315, the gas goes to a unit control system, type (EGR), for exhaust gas circulation, with the function of directing part of the exhaust gases from the 315 turbine rotor to the combustion chambers of the Otto engine via mixer 39, reducing emissions of nitrous oxides, NOx , another part of the gases, when leaving the unit 312, goes to the environment 316. Also part of the mechanical unit of the binary cycle engine, there is a compressor rotor 314, which pressurizes ambient air to the combustion chambers of the Otto engine, the air 317 first passes through the filter 313, enters the compressor rotor 314, passing through a cooler 36 and from there to the mixer 39 which mixes the pressurized air with part of the combustion gases, injecting them into the combustion chambers of the Otto engine 31.

[021] Existem condições necessárias para que o ciclo do motor de ciclo binário seja formado por processos isotérmicos e adiabáticos, o primeiro está relacionado aos rotores dos compressores da unidade de conversão e conservação, estes devem ser projetados para levar o gás nos processos adiabáticos na pressão que corresponda, no processo, o retorno do mesmo à temperatura do trocador isotérmico 319 e que o trocador de calor 319 seja projetado para que a troca de calor com o gás seja eficiente e termicamente isonômico, isto é, as câmaras internas do trocador devem ser projetadas com características de isonomia na temperatura do gás em toda a sua extensão, permitindo evidentemente, diferenciais da pressão conforme ocorre o fluxo do[021] There are necessary conditions for the cycle of the binary cycle engine to be formed by isothermal and adiabatic processes, the first is related to the compressor rotors of the conversion and conservation unit, these must be designed to carry the gas in the adiabatic processes in the pressure corresponding, in the process, to its return to the temperature of the isothermal exchanger 319 and that the heat exchanger 319 is designed so that the heat exchange with the gas is efficient and thermally isonomic, that is, the internal chambers of the exchanger must be projected with characteristics of isonomy in the temperature of the gas in all its extension, evidently allowing differentials of the pressure as the flow of the

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11/17 gás de trabalho, ao contrário dos trocadores de calor das unidades isobáricas, estes por sua vez, para exemplificar, devem ser projetados para haver isonomia na pressão e não na temperatura.11/17 working gas, unlike the heat exchangers of the isobaric units, these in turn, for example, must be designed to be equal in pressure and not in temperature.

[022] A figura 3 apresenta também os principais elementos que configuram um motor Otto, em 318 a entrada de ar de arrefecimento do motor e todos os sistemas que necessitam de resfriamento, o trocador de calor 328 é o elemento mais externo e é a câmara de compressão isotérmica de baixa temperatura da unidade de ciclo binário, é o mais externo porque a eficiência da unidade de ciclo binário aumenta quanto menor for a temperatura do processo isotérmico que ocorre no trocador 328, diferente de outras necessidades do motor Otto. O trocador de calor 36 é usado para resfriamento do ar pressurizado pelo compressor 314. Outro trocador de calor, radiador 35 é o principal elemento de arrefecimento do motor Otto, unidades hidráulicas e elétricas. Uma ventoinha 329 é usada para forçar a ventilação e melhorar a troca de calor, arrefecimento. Uma bomba 37, de fluido de arrefecimento, normalmente água, circula o fluido no interior do motor a combustão interna para mantê-lo em condições térmicas seguras, auxiliado por um sensor tipo termostato 38 para o controle da temperatura. A mistura do ar pressurizado com parte do gás da exaustão ocorre no misturador 39 e segue para um distribuidor 32 o qual injeta nas câmaras de combustão do motor Otto a mistura do ar com parte do gás da exaustão. A linha 330 é um tubo de retomo do fluido de arrefecimento do motor. A linha 310 é um duto que conduz parte dos gases da combustão a partir do regulador (EGR) para o misturador 39. Os gases, resíduos da combustão são conduzidos pela linha 311 a partir do coletor 331, passando pelo trocador de calor 319 e seguindo para a entrada do rotor de turbina 315. O eixo de força 33, do motor Otto, é o principal elemento para levar a força mecânica à caixa de transmissão 34.[022] Figure 3 also presents the main elements that configure an Otto engine, in 318 the engine cooling air intake and all systems that need cooling, the 328 heat exchanger is the outermost element and is the chamber of low temperature isothermal compression of the binary cycle unit, is the most external because the efficiency of the binary cycle unit increases the lower the temperature of the isothermal process that takes place in the 328 exchanger, different from other needs of the Otto engine. The heat exchanger 36 is used to cool the pressurized air by the compressor 314. Another heat exchanger, radiator 35 is the main cooling element of the Otto engine, hydraulic and electrical units. A 329 fan is used to force ventilation and improve heat exchange, cooling. A pump 37, of cooling fluid, usually water, circulates the fluid inside the internal combustion engine to keep it in safe thermal conditions, aided by a thermostat sensor 38 for temperature control. The mixture of pressurized air with part of the exhaust gas occurs in the mixer 39 and goes to a distributor 32 which injects the combustion chambers of the Otto engine into the combustion chambers of the exhaust gas. Line 330 is an engine cooling fluid return pipe. Line 310 is a duct that conducts part of the combustion gases from the regulator (EGR) to the mixer 39. The gases, combustion residues are conducted by line 311 from the collector 331, passing through the heat exchanger 319 and following for the entrance of the turbine rotor 315. The power shaft 33, of the Otto engine, is the main element to bring the mechanical force to the transmission box 34.

[023] Na figura 4 são mostrados os gráficos da pressão e deslocamento volumétrico que na união deles formam o ciclo combinado, um processo[023] Figure 4 shows the graphs of pressure and volumetric displacement that form the combined cycle at their union, a process

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12/17 composto pela combinação de dois ciclos, um Otto e outro binário-isotérmicoadiabático, onde o primeiro ciclo, o ciclo Otto é formado por quatro processos, ou também chamado de transformações termodinâmicas, sendo dois processos ou transformação isocóricos e dois processos adiabáticos, que ocorrem um a um sequencialmente, porém com a integração com outros elementos mecânicos, os processos podem variar como no caso deste invento. A introdução de um rotor de turbina altera o processo isocórico, tornando-o, em síntese, adiabático e a etapa final do processo adiabático de expansão (4-5), pode ganhar características isobáricas sendo descritas da seguinte forma, a energia de entrada no sistema pela combustão, 42, executa um processo de aquecimento e compressão isocórica (3-4), na sequência, a expansão prossegue ocorrendo um processo adiabático (4-5’), a partir deste ponto ocorre a transferência de calor para o trocador 319 gerando o segmento isobárico (5’5) ou dependendo dos parâmetros de projeto ou regulação, este poderá ser isotérmico ou ainda adiabático, ou variável, terminando a expansão com outro processo adiabático (5-2) junto ao rotor de turbina 315, em seguida outro processo adiabático, porém de compressão (2-3) finalizando o ciclo Otto. A energia canalizada para o motor turbina de ciclo binário é definida pelo processo (5’-5) indicado por 43, a energia canalizada para o rotor de turbina 315 é definida pelo processo (5-2) indicado por 44.12/17 composed by the combination of two cycles, one Otto and the other binary-isothermaladiabatic, where the first cycle, the Otto cycle is formed by four processes, or also called thermodynamic transformations, being two isochoric processes or two adiabatic processes, that occur one by one sequentially, but with the integration with other mechanical elements, the processes can vary as in the case of this invention. The introduction of a turbine rotor alters the isochoric process, making it, in synthesis, adiabatic and the final stage of the adiabatic expansion process (4-5), can gain isobaric characteristics, being described as follows, the energy of entry into the combustion system, 42, performs an isochoric heating and compression process (3-4), in the sequence, the expansion continues with an adiabatic process (4-5 '), from which point the heat transfer to the exchanger 319 occurs generating the isobaric segment (5'5) or depending on the design or regulation parameters, it can be isothermal or even adiabatic, or variable, ending the expansion with another adiabatic process (5-2) next to the turbine rotor 315, then another adiabatic process, however of compression (2-3) ending the Otto cycle. The energy channeled to the binary cycle turbine engine is defined by the process (5'-5) indicated by 43, the energy channeled to the turbine rotor 315 is defined by the process (5-2) indicated by 44.

[024] O ciclo binário 45 é acoplado, integrado ao ciclo Otto, 41, de forma que o processo de descarte de energia (5’-5) do ciclo Otto é a energia de entrada do ciclo binário, e todos os processos que formam o ciclo binário ocorrem simultaneamente. A energia descartada do ciclo Otto forma o processo isotérmico de expansão (a-b), partindo do ponto (b) do ciclo binário ocorrem dois processos, um processo adiabático de expansão (b-c) da unidade de conversão do motor de ciclo binário e umprocesso adiabático de expansão (bc’) da unidade de conservação do motor de ciclo binário, finalizado os processos de expansão adiabáticos ocorrem dois processos isotérmicos de compressão, partindo do ponto (c) do ciclo binário ocorre um processo de[024] The binary cycle 45 is coupled, integrated with the Otto cycle, 41, so that the energy disposal process (5'-5) of the Otto cycle is the input energy of the binary cycle, and all the processes that form the binary cycle occurs simultaneously. The energy discharged from the Otto cycle forms the isothermal expansion process (ab), starting from point (b) of the binary cycle, two processes occur, an adiabatic expansion process (bc) of the conversion unit of the binary cycle motor and an adiabatic process of expansion (bc ') of the conservation unit of the binary cycle engine, after the adiabatic expansion processes are completed, two isothermal compression processes take place, starting from point (c) of the binary cycle there is a process of

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13/17 compressão isotérmico (c-d) da unidade de conversão de energia do motor binário e partindo do ponto (c’) ocorre um processo de compressão isotérmico (c’-d’) da unidade de conservação de energia, finalizando os processos isotérmicos de compressão ocorrem dois processos adiabáticos de compressão, partindo do ponto (d) do ciclo binário ocorre um processo adiabático de compressão (d-a) da unidade de conversão de energia do motor de ciclo binário e um processo adiabático de compressão (d’-a) da unidade de conservação do motor de ciclo binário, finalizando o ciclo binário 45. Portanto, em condições ideais, sem perdas, a energia entra por combustão no ciclo Otto, indicado por 42, parte da energia descartada 44, alimenta por um processo adiabático um rotor de turbina 315, parte restante da energia descartada 43 do ciclo Otto alimenta o ciclo binário 45, a energia descartada do ciclo binário é, em caso ideal sem perdas, a energia total perdida, indicada por 46.13/17 isothermal compression (cd) of the energy conversion unit of the binary motor and starting from the point (c ') there is an isothermal compression process (c'-d') of the energy conservation unit, ending the isothermal processes of compression there are two adiabatic compression processes, starting from point (d) of the binary cycle there is an adiabatic compression process (da) of the energy conversion unit of the binary cycle engine and an adiabatic compression process (d'-a) of conservation unit of the binary cycle engine, ending the binary cycle 45. Therefore, in ideal conditions, without losses, the energy enters combustion in the Otto cycle, indicated by 42, part of the discharged energy 44, feeds a rotor through an adiabatic process turbine 315, remaining part of the discharged energy 43 of the Otto cycle feeds the binary cycle 45, the energy discharged from the binary cycle is, in ideal case without losses, the total energy lost, indicated by 46.

[025] A tabela 1 mostra os processos (3-4, 4-5’, 5’-5, 5-2, 2-3) que formam o ciclo Otto quando o mesmo é integrado ao ciclo binário-isotérmico-adiabático, mostrados passo a passo.[025] Table 1 shows the processes (3-4, 4-5 ', 5'-5, 5-2, 2-3) that form the Otto cycle when it is integrated with the binary-isothermal-adiabatic cycle, shown step by step.

Tabela 1Table 1

Passo Step Processo Process Unidade de ciclo Otto Otto cycle unit 1 1 3-4 3-4 Isocórico de aquecimento e compressão Heating and compression isochoric Entrada de energia por combustão Combustion energy input 2 2 4-5’ 4-5 ’ Adiabático de expansão Adiabatic expansion 3 3 5’-5 5’-5 Isobárico, isotérmico ou adiabático de expansão Isobaric, isothermal or adiabatic expansion Energia transferida para o ciclo binário Energy transferred to the binary cycle 4 4 5-2 5-2 Adiabático de expansão Adiabatic expansion Acionamento da turbina 315 Turbine drive 315 5 5 2-3 2-3 Adiabático de compressão Compression adiabatic

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14/17 [026] A tabela 2 mostra os sete processos (a-b, b-c, b-c’, c-d, c’-d’, d-a, d’-a) que formam o ciclo binário-isotérmico-adiabático não diferencial, mostrados passo a passo, com três processos isotérmicos e quatro processos adiabáticos.14/17 [026] Table 2 shows the seven processes (ab, bc, b-c ', cd, c'-d', da, d'-a) that form the non-differential binary-isothermal-adiabatic cycle, shown step by step, with three isothermal processes and four adiabatic processes.

Tabela 2Table 2

Passo Step Processo Process Subsistema de conversão Conversion subsystem Subsistema de conservação Conservation subsystem 1 1 a-b a-b Isotérmico de expansão Expansion isotherm Isotérmico de expansão Expansion isotherm Entrada da energia provinda do ciclo Otto Energy input from the Otto cycle 2 2 b-c / b-c’ b-c / b-c ’ Adiabático de expansão Adiabatic expansion Adiabático de expansão Adiabatic expansion 3 3 c-d / c’-d’ c-d / c'-d ' Isotérmico de compressão Compression isotherm Isotérmicode compressão Compression isotherm c-d descarte c’-d’conservada c-d discard c'-d 'preserved 4 4 d-a / d’-a d-a / d’-a Adiabático de compressão Compression adiabatic Adiabático de compressão Compression adiabatic

A figura 5 mostra o gráfico da pressão e volume do ciclo Otto ideal, considerando um motor sem acessórios, é um ciclo formado por um processo isocórico de aquecimento e compressão pela combustão (3-4), um processo adiabático de expansão (4-5), um processo isocórico de resfriamento (5-2), e um processo adiabático de compressão (2-3). Ao implantar mudanças mecânicas no motor, o acréscimo de uma turbina 315 e um trocador de calor 319, ocorre também uma alteração no ciclo termodinâmico, o processo (5-2) deixa de ser isocórico, pois há uma turbina para movimentar que em conjunto com o trocador de calor 319 e um sistema de controle, produzirá mudanças nesta região do ciclo termodinâmico e esta mudança pode ser variável em função da operação em que o motor estará funcionando. O presente documento propõe uma aproximação considerando os itens essenciais mecânicos e de processos que caracterizam a ideia.Figure 5 shows the graph of the pressure and volume of the ideal Otto cycle, considering an engine without accessories, it is a cycle formed by an isochoric process of heating and compression by combustion (3-4), an adiabatic expansion process (4-5 ), an isochoric cooling process (5-2), and an adiabatic compression process (2-3). When implementing mechanical changes in the engine, the addition of a turbine 315 and a heat exchanger 319, there is also a change in the thermodynamic cycle, the process (5-2) is no longer isochoric, as there is a turbine to move that together with the heat exchanger 319 and a control system, will produce changes in this region of the thermodynamic cycle and this change can be variable depending on the operation in which the engine will be running. This document proposes an approximation considering the essential mechanical and process items that characterize the idea.

Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 36/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 36/40

15/17 [027] O ciclo combinado Otto com binário-isotérmico-adiabático é a junção de um ciclo chamado Otto, cujo ciclo é formado por processos que se realizam um a um sequencialmente, com um ciclo binário-isotérmico-adiabático de sete processos os quais se realizam todos simultaneamente e este sistema possui a entrada de energia pela combustão do Otto, um processo isocórico (3-4), conforme figura 4, indicado em 41, de aquecimento e compressão representado pela expressão (a).15/17 [027] The combined cycle Otto with binary-isothermal-adiabatic is the junction of a cycle called Otto, whose cycle is formed by processes that are carried out one by one sequentially, with a binary-isothermal-adiabatic cycle of seven processes which all take place simultaneously and this system has the energy input through the combustion of Otto, an isochoric process (3-4), as shown in figure 4, indicated in 41, of heating and compression represented by the expression (a).

Figure BR102017008580A2_D0002

(a) [028] Na equação (a), (Q/) representa a energia total de entrada no sistema, em “Joule”, (n) representa o número de mol pertencendo à unidade ciclo Otto, (R) representa a constante universal dos gases perfeitos, (Tqc) representa a temperatura máxima do gás em “Kelvin” no ponto (4) do processo, figura 4, indicado por 42, (T3) representa a temperatura no ponto (3), inicial do processo isocórico, figura 4, e (y) representa o coeficiente de expansão adiabática.(a) [028] In equation (a), (Q /) represents the total energy entering the system, in “Joule”, (n) represents the number of moles belonging to the Otto cycle unit, (R) represents the constant of perfect gases, (T qc ) represents the maximum gas temperature in “Kelvin” at point (4) of the process, figure 4, indicated by 42, (T 3 ) represents the temperature at point (3), initial of the process isochoric, figure 4, and (y) represents the coefficient of adiabatic expansion.

[029] O descarte da energia não convertida em trabalho pela máquina principal, o ciclo Otto, é a energia de entrada da máquina secundária, de ciclo binário somada à energia de alimentação da turbina 315, e a expressão da energia descartada, fornecida às unidades posteriores é representada pela expressão (b), considerando o processo (5’-5) isobárico, dependendo do controle, este processo poderá ser isotérmico ou adiabático, neste caso considerou-se isobárico na equação a seguir.[029] The disposal of energy not converted into work by the main machine, the Otto cycle, is the input energy of the secondary machine, of a binary cycle added to the 315 turbine supply energy, and the expression of the discarded energy, supplied to the units later is represented by the expression (b), considering the process (5'-5) isobaric, depending on the control, this process may be isothermal or adiabatic, in this case it was considered isobaric in the following equation.

Figure BR102017008580A2_D0003

(b) [030] A energia de entrada da máquina secundária, de ciclo binário é representado pela expressão (c), onde (Tq) é a temperatura isotérmica de entrada da unidade de ciclo binário.(b) [030] The input energy of the secondary machine, of binary cycle is represented by the expression (c), where (Tq) is the isothermal temperature of the input of the binary cycle unit.

Figure BR102017008580A2_D0004

(c)(ç)

Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 37/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 37/40

16/17 [031] A energia de saída da máquina de ciclo Otto descontado a energia da turbina 315 é igual à energia de entrada da máquina de ciclo binário conforme equação (c).16/17 [031] The output energy of the Otto cycle machine minus the energy of the 315 turbine is equal to the input energy of the binary cycle machine according to equation (c).

[032] A energia de entrada da turbina 315, (Qt) é um processo adiabático e é representado pela expressão (d).[032] The input energy of turbine 315, (Qt) is an adiabatic process and is represented by the expression (d).

Qt= -^-y(T5,-T2·) (d) [033] O descarte da energia não convertida em trabalho pela máquina secundária, de ciclo binário, é representada pela expressão (e). Esta, no conceito ideal, é o total de energia descartada ao meio, a qual não realiza trabalho útil.Qt = - ^ - y (T 5 , -T 2 ·) (d) [033] The disposal of energy not converted into work by the secondary machine, of binary cycle, is represented by the expression (e). This, in the ideal concept, is the total energy discarded in the middle, which does not perform useful work.

Q° = n2.R.Tf.ln^ (e) [034] O trabalho útil total do sistema ciclo combinado, considerando um modelo ideal sem perdas, é a diferença entre a entrada e a saída da energia e é representado pela expressão (f) abaixo.Q ° = n 2 .R.Tf.ln ^ (e) [034] The total useful work of the combined cycle system, considering an ideal lossless model, is the difference between the energy input and output and is represented by the expression (f) below.

= ^y^c-Ts) ~ n2.R.TfAn£ (f) [035] A demonstração final teórica da eficiência do ciclo combinado Otto e binário-isotérmico-adiabático é dada pela expressão (g), considerando que (va= vd)' caracterizanc|o que os ciclos combinados de uma máquina fundamentada no sistema aberto ou fechado com uma máquina fundamentada no sistema híbrido possuem como parâmetro da eficiência, também o número de moles ou massa, característica herdada da máquina fundamentada no sistema híbrido, e portanto, não possuem suas eficiências dependentes exclusivamente das temperaturas.= ^ y ^ c-Ts) ~ n 2 .R.TfAn £ (f) [035] The final theoretical demonstration of the combined Otto and binary-isothermal-adiabatic cycle efficiency is given by the expression (g), considering that (va = vd) ' characterization | what the combined cycles of a machine based on the open or closed system with a machine based on the hybrid system have as a parameter of efficiency, also the number of moles or mass, characteristic inherited from the machine based on the hybrid system, and therefore, do not have their efficiencies dependent solely on temperatures.

Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 38/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 38/40

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Figure BR102017008580A2_D0005

(9)(9)

EXEMPLOS DE APLICAÇÕES [036] Os motoresde ciclos combinados pela integração de uma unidade de ciclo Otto com um motor fundamentado no sistema híbrido, por exemplo, um motor turbina de ciclo binário-isotérmico-adiabático, possui algumas aplicações importantes, a mais óbvia é a sua aplicação em veículos de transportes que utilizam o ciclo Otto e gasolina ou álcool como combustível. A tecnologia de motores fundamentados no sistema híbrido trás inúmeras propriedades que são especialmente interessantes a estes projetos, a flexibilidade quando às temperaturas de operação, a inexistência de uma série de elementos que são obrigatórios nos motores fundamentados nos sistemas aberto e fechado, propiciando volume e peso reduzidos, e a controlabilidade, isto é, a capacidade de operar em uma larga faixa de rotação e torque. Portanto a tecnologia de ciclo combinado Otto com binário se aplica a veículos, automóveis.EXAMPLES OF APPLICATIONS [036] Cycle engines combined by integrating an Otto cycle unit with an engine based on the hybrid system, for example, a binary-isothermal-adiabatic cycle turbine engine, have some important applications, the most obvious of which is its application in transport vehicles that use the Otto cycle and gasoline or alcohol as fuel. The technology of engines based on the hybrid system brings numerous properties that are especially interesting to these projects, flexibility when operating temperatures, the lack of a series of elements that are mandatory in engines based on open and closed systems, providing volume and weight reduced, and controllability, that is, the ability to operate over a wide range of speed and torque. Therefore the combined cycle technology Otto with torque applies to vehicles, automobiles.

Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 39/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 39/40

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Claims (26)

REIVINDICAÇÕES 1) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, caracterizado por ser constituído pela integração de duas máquinas térmicas, dois ciclos termodinâmicos, formando um sistema combinado, sendo um deles uma máquina que opera pelo ciclo Otto(31), integrada, interconectada a outra máquina que opera por um ciclo binário (320), e de forma que seus ciclos termodinâmicos sejam também integrados, um motor de combustão interna de ciclo Otto(31), acoplado a um motor turbina de ciclo binário-isotérmico-adiabático (320), onde o motor de ciclo Otto possui um coletor de descarga (331) conectado a um trocador de calor (319), este trocador(319) possui uma linha de circulação do gás de trabalho do ciclo binário que entra em uma válvula proporcional de controle de três vias (326), e esta válvula direciona parte do gás para o rotor de turbina da unidade de conversão de energia (321) e parte do gás para o rotor de turbina da unidade de conservação de energia (322), o rotor de turbina da unidade de conservação (322) conduz o gás de trabalho para a câmara isolada termicamente(323), onde é realizado o processo isotérmico de compressão, seguindo para o rotor do compressor da unidade de conservação de energia (324), conduzindo o gás com sua energia associada, conservada, para a câmara de expansão isotérmica de aquecimento (319), o rotor de turbina da unidade de conversão de energia (321) conduz a sua fração do gás de trabalho para a câmara de resfriamento (328), esta separada dos demais sistemas de resfriamento e arrefecimento e situada no extremo mais frio do fluxo do ar forçado da ventoinha, e o gás entrando no ponto (c) no interior da câmara (328), onde é realizado o processo isotérmico de compressão e resfriamento, seguindo para o rotor do compressor da unidade de conversão de energia (325), e este, retornando o gás à entrada da câmara de expansão isotérmicae de aquecimento (319), completando o ciclo termodinâmico binário-isotérmicoadiabático do sistema, aforça mecânicado eixo (327), do motor turbina de ciclo binário, é acoplada ao eixo mecânico principal (33), da unidade de ciclo Otto 1) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, characterized by being constituted by the integration of two thermal machines, two thermodynamic cycles, forming a combined system, one of which is a machine that operates by the Otto cycle (31), integrated, interconnected to another machine that operates by a binary cycle (320), and so that its thermodynamic cycles are also integrated, an internal combustion engine of Otto cycle (31), coupled to a binary-isothermal-adiabatic cycle turbine engine (320) , where the Otto cycle engine has a discharge manifold (331) connected to a heat exchanger (319), this exchanger (319) has a working gas circulation line of the binary cycle that enters a proportional control valve three-way (326), and this valve directs part of the gas to the turbine rotor of the energy conversion unit (321) and part of the gas to the turbine rotor of the energy conservation unit (322), the unit turbine Conservation level (322) conducts the working gas to the thermally insulated chamber (323), where the isothermal compression process is carried out, going to the compressor rotor of the energy conservation unit (324), conducting the gas with its associated energy, conserved, for the heating isothermal expansion chamber (319), the turbine rotor of the energy conversion unit (321) conducts its fraction of the working gas to the cooling chamber (328), this separated from the other cooling and cooling systems and located at the coldest end of the forced air flow from the fan, and the gas entering point (c) inside the chamber (328), where the isothermal compression and cooling process is carried out, proceeding to the compressor rotor of the energy conversion unit (325), and this one, returning the gas to the entrance of the isothermal expansion and heating chamber (319), completing the system's binary-isothermal-thermal thermodynamic cycle, the mechanical force shaft (327), of the binary cycle turbine engine, is coupled to the main mechanical shaft (33), of the Otto cycle unit Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 14/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 14/40 2/9 por meio de uma caixa de engrenagens de transmissão(34), do motor principal (31), um rotor de turbina (315) é conectado ao eixo principal do motor de ciclo binário, com a função de acionar o rotor do compressor (314), e a partir do rotor de turbina (315),o gás segue para uma unidade de controle (312), tipo (EGR), de circulação do gás de exaustão, com a função de direcionar parte dos gases de saída do rotor da turbina (315) às câmaras de combustão do motor Otto via misturador (39), um rotor de compressor (314) é conectado também ao eixo principal do motor de ciclo binário, o qual pressuriza ar do ambiente aspirado via filtro (313), e pressurizando as câmaras de combustão do motor Otto(31), via resfriador (36) e misturador (39), injetando-os juntamente à parcela do gás da combustão vindo do elemento de controle (EGR) (312), para as câmaras de combustão do motor Otto(31), através do distribuidor (32).2/9 through a transmission gearbox (34), of the main motor (31), a turbine rotor (315) is connected to the main axis of the binary cycle motor, with the function of driving the compressor rotor (314), and from the turbine rotor (315), the gas goes to a control unit (312), type (EGR), for exhaust gas circulation, with the function of directing part of the exhaust gases from the turbine rotor (315) to the combustion chambers of the Otto engine via mixer (39), a compressor rotor (314) is also connected to the main axis of the binary cycle engine, which pressurizes ambient air aspirated via filter (313) , and pressurizing the combustion chambers of the Otto engine (31), via cooler (36) and mixer (39), injecting them together with the portion of the combustion gas coming from the control element (EGR) (312), to the chambers combustion engine of the Otto engine (31), through the distributor (32). 2) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído pela integração de duas máquinas térmicas, dois ciclos termodinâmicos, formando um sistema combinado, sendo um deles uma máquina que opera pelo ciclo Otto(31), integrada, interconectada a outra máquina que opera por um ciclo binário (320), e de forma que seus ciclos termodinâmicos sejam também integrados.2) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by the integration of two thermal machines, two thermodynamic cycles, forming a combined system, one of which is a machine that operates by the Otto cycle ( 31), integrated, interconnected to another machine that operates by a binary cycle (320), and so that its thermodynamic cycles are also integrated. 3) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado por ser constituído por um motor de combustão interna de ciclo Otto(31), acoplado a um motor turbina de ciclo binário-isotérmico-adiabático (320).3) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMICADIABATIC, according to claims 1 and 2, characterized by being an internal combustion engine of cycle Otto (31), coupled to a turbine engine of binary-isothermal-adiabatic cycle (320). 4) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por um motor de ciclo Ottocom um coletor de descarga (331) conectado a um trocador de calor (319), e o trocador (319) possui uma linha de circulação do gás de trabalho do ciclo binário.4) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being made up of an Ottoc cycle engine with a discharge collector (331) connected to a heat exchanger (319), and the exchanger ( 319) has a working gas circulation line of the binary cycle. Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 15/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 15/40 3/93/9 5) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por uma válvula proporcional de controle de três vias (326), conectada ao trocador de calor (319), e esta válvula direciona parte do gásvindo do trocador (319) para o rotor de turbina da unidade de conversão de energia (321) e parte do gás para o rotor de turbina da unidade de conservação de energia (322).5) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being a proportional three-way control valve (326), connected to the heat exchanger (319), and this valve directs part of the gas coming from the exchanger (319) to the turbine rotor of the energy conversion unit (321) and part of the gas to the turbine rotor of the energy conservation unit (322). 6) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por um rotor de turbina da unidade de conservação (322)o qual conduz o gás de trabalho para a câmara isolada termicamente (323), onde é realizado o processo isotérmico de compressão.6) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being a turbine rotor of the conservation unit (322) which conducts the working gas to the thermally insulated chamber (323) , where the isothermal compression process is performed. 7) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por um rotor do compressor da unidade de conservação de energia (324) ligado à saída da câmara isolada (323), com a função de conduzir o gás com sua energia associada, conservada, para a câmara de expansão isotérmica de aquecimento (319).7) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being a compressor rotor of the energy conservation unit (324) connected to the outlet of the isolated chamber (323), with the function to conduct the gas with its associated energy, conserved, to the heating isothermal expansion chamber (319). 8) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por um rotor de turbina da unidade de conversão de energia (321)com a função de conduzir a sua fração do gás de trabalho para a câmara de resfriamento (328), esta separada dos demais sistemas de resfriamento e arrefecimento e situada no extremo mais frio do fluxo do ar forçado da ventoinha, e o gás entrando no ponto (c) no interior da câmara (328), onde é realizado o processo isotérmico de compressão e resfriamento.8) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being a turbine rotor of the energy conversion unit (321) with the function of driving its fraction of the working gas to the cooling chamber (328) is separated from the other cooling and cooling systems and located at the coldest end of the forced air flow of the fan, and the gas entering point (c) inside the chamber (328), where it is the isothermal compression and cooling process is carried out. 9) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser 9) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 16/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 16/40 4/9 constituído por um rotor do compressor da unidade de conversão de energia (325), e este com a função de conduzir o gás à entrada da câmara de expansão isotérmica e de aquecimento (319), completando o ciclo termodinâmico binário-isotérmico-adiabático do sistema.4/9 consisting of a compressor rotor of the energy conversion unit (325), which has the function of conducting the gas to the entrance of the isothermal expansion and heating chamber (319), completing the binary-isothermal- thermodynamic cycle adiabatic system. 10) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por um eixo de força mecânica (327), conectado direta ou indiretamente a todos os rotores de compressão e de turbina, (314), (315), (321), (322), (324) e (325), e este eixo é acoplado ao eixo mecânico principal (33), do motor principal (31), da unidade de ciclo Otto por meio de uma caixa de engrenagens de transmissão (34).10) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being constituted by a mechanical force shaft (327), directly or indirectly connected to all the compression and turbine rotors, (314) , (315), (321), (322), (324) and (325), and this axis is coupled to the main mechanical axis (33), the main motor (31), the Otto cycle unit by means of a transmission gearbox (34). 11) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por um rotor de turbina (315) conectado ao eixo principal do motor de ciclo binário, com a função de acionar o rotor do compressor (314).11) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being a turbine rotor (315) connected to the main axis of the binary cycle motor, with the function of driving the compressor rotor (314). 12) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por uma unidade de controle (312), tipo (EGR), de circulação do gás de exaustão, com a função de direcionar parte dos gases de saída do rotor da turbina (315) às câmaras de combustão do motor Otto via misturador (39).12) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being a control unit (312), type (EGR), for exhaust gas circulation, with the function of directing part from the exhaust gases from the turbine rotor (315) to the combustion chambers of the Otto engine via the mixer (39). 13) MOTOR DE CICLO COMBINADO OTTO E BINÁRIO-ISOTÉRMICOADIABÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído por um rotor de compressor (314)conectado ao eixo principal do motor de ciclo binário, com a função de pressurizar ar do ambiente aspirado via filtro (313), e pressurizando as câmaras de combustão do motor Otto(31), via resfriador (36) e misturador (39), injetando-os juntamente à parcela do gás da combustão vindo do elemento de controle (EGR) (312), para as câmaras de combustão do motor Otto(31), através do distribuidor (32).13) COMBINED CYCLE ENGINE OTTO AND BINARY-ISOTHERMALADIABATIC, according to claim 1, characterized by being a compressor rotor (314) connected to the main axis of the binary cycle motor, with the function of pressurizing air from the aspirated environment via filter (313), and pressurizing the combustion chambers of the Otto engine (31), via cooler (36) and mixer (39), injecting them together with the combustion gas portion coming from the control element (EGR) (312 ), for the combustion chambers of the Otto engine (31), through the distributor (32). Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 17/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 17/40 5/95/9 14) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, para efetuar o clico combinado dos motores das reivindicações 1 a 13, caracterizado por um processo composto pela combinação de dois ciclos, um Otto e outro binário-isotérmico-adiabático formando o ciclo combinado, onde o primeiro ciclo, o ciclo Otto, com a integração com outros elementos mecânicos, os processos podem variar como no caso deste invento, a introdução de um rotor de turbina altera o processo isocórico, tornando-o, em síntese, adiabático e a etapa final do processo adiabático de expansão (4-5), pode ganhar características isobáricas sendo descritas da seguinte forma, a energia de entrada no sistema pela combustão, (42), executa um processo de aquecimento e compressão isocórica (3-4), na sequência, a expansão prossegue ocorrendo um processo adiabático (4-5’), a partir deste ponto ocorre a transferência de calor para o trocador (319) gerando o segmento isobárico (5’-5) ou dependendo dos parâmetros de projeto ou regulação, este poderá ser isotérmico ou adiabático, ou variável entre adiabático e isobárico, terminando a expansão com outro processo adiabático (5-2) junto ao rotor de turbina (315), em seguida outro processo adiabático, porém de compressão (2-3) finalizando o ciclo Otto,a energia canalizada para o motor turbina de ciclo binário é definida pelo processo (5’-5) indicado por (43), a energia canalizada para o rotor de turbina (315) é definida pelo processo (52) indicado por (44),o ciclo binário (45) é acoplado, integrado ao ciclo Otto(41), de forma que o processo de descarte de energia (5’-5) do ciclo Otto é a energia de entrada do ciclo binário, e este forma o processo isotérmico de expansão (ab), e todos os processos que formam o ciclo binário ocorrem simultaneamente, partindo do ponto (b) do ciclo binárioocorrem dois processos, um processo adiabático de expansão (b-c) da unidade de conversão do motor de ciclo binário e um processo adiabático de expansão (b-c’) da unidade de conservação do motor de ciclo binário, finalizado os processos de expansão adiabáticos ocorrem dois processos isotérmicos de compressão, partindo do ponto (c) do ciclo binário ocorre um processo de compressão isotérmico (c-d) 14) CONTROL PROCESS FOR THE THERMODYNAMIC CYCLE OF THE COMBINED CYCLE ENGINE, to perform the combined cycle of the engines from claims 1 to 13, characterized by a process composed by the combination of two cycles, an Otto and another binary-isothermal-adiabatic forming the combined cycle, where the first cycle, the Otto cycle, with the integration with other mechanical elements, the processes can vary as in the case of this invention, the introduction of a turbine rotor alters the isochoric process, making it, in synthesis, adiabatic and the final stage of the adiabatic expansion process (4-5), can gain isobaric characteristics, being described as follows, the energy entering the system through combustion, (42), performs an isochoric heating and compression process (3-4 ), in the sequence, the expansion continues occurring an adiabatic process (4-5 '), from this point the heat transfer to the exchanger (319) occurs generating the isobaric segment (5'-5) or depending on the parameters those of design or regulation, this can be isothermal or adiabatic, or variable between adiabatic and isobaric, ending the expansion with another adiabatic process (5-2) next to the turbine rotor (315), then another adiabatic process, but of compression (2-3) at the end of the Otto cycle, the energy channeled to the binary cycle turbine engine is defined by the process (5'-5) indicated by (43), the energy channeled to the turbine rotor (315) is defined by process (52) indicated by (44), the binary cycle (45) is coupled, integrated with the Otto cycle (41), so that the energy disposal process (5'-5) of the Otto cycle is the input energy of the binary cycle, and this forms the isothermal expansion process (ab), and all the processes that form the binary cycle occur simultaneously, starting from the point (b) of the binary cycle, two processes occur, an adiabatic expansion process (bc) of the unit conversion process of the binary cycle engine and an adiabatic expansion process (b-c ') of the un Conservation age of the binary cycle engine, when adiabatic expansion processes are completed, two isothermal compression processes occur, starting from point (c) of the binary cycle, an isothermal compression process occurs (c-d) Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 18/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 18/40 6/9 da unidade de conversão de energia do motor binário e partindo do ponto (c’) ocorre um processo de compressão isotérmico (c’-d’) da unidade de conservação de energia, finalizando os processos isotérmicos de compressão ocorrem dois processos adiabáticos de compressão, partindo do ponto (d) do ciclo binário ocorre um processo adiabático de compressão (d-a) da unidade de conversão de energia do motor de ciclo binário e um processo adiabático de compressão (d’-a) da unidade de conservação do motor de ciclo binário finalizando o ciclo binário (45), portanto, em condições ideais, sem perdas, a energia (42) entra por combustão no ciclo Otto(41), parte da energia descartada (44) alimenta por um processo adiabático um rotor de turbina, (315), outra parte da energia descartada do ciclo Otto(43) alimenta o ciclo binário, e a energia descartada do ciclo binário é, em caso ideal sem perdas, a energia total perdida, indicada por (46).6/9 of the energy conversion unit of the binary motor and starting from the point (c ') an isothermal compression process (c'-d') of the energy conservation unit occurs, ending the isothermal compression processes, two adiabatic processes occur of compression, starting from point (d) of the binary cycle, there is an adiabatic compression process (da) of the energy conversion unit of the binary cycle engine and an adiabatic compression process (d'-a) of the engine conservation unit of binary cycle ending the binary cycle (45), therefore, in ideal conditions, without losses, the energy (42) enters by combustion in the Otto cycle (41), part of the discharged energy (44) feeds an impeller through an adiabatic process turbine, (315), another part of the energy discharged from the Otto cycle (43) feeds the binary cycle, and the energy discharged from the binary cycle is, ideally without losses, the total energy lost, indicated by (46). 15) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo composto pela combinação de dois ciclos, um Otto e outro binário-isotérmico-adiabático e com a união deles formam o ciclo combinado, onde o primeiro ciclo, o ciclo Otto, com a integração de elementos mecânicos, rotores de turbinas e trocadores de calor, os processos se modificam de forma que o processo isocórico ganha características adiabáticas (5-2) e a etapa final do processo adiabático de expansão (4-5), obtém características isobáricas (5’-5).15) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process composed by the combination of two cycles, an Otto and another binary-isothermal-adiabatic and the union of them form the cycle combined, where the first cycle, the Otto cycle, with the integration of mechanical elements, turbine rotors and heat exchangers, the processes are modified so that the isochorical process gains adiabatic characteristics (5-2) and the final step of the process adiabatic expansion (4-5), obtains isobaric characteristics (5'-5). 16) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo onde a energia de entrada no sistema pela combustão(42), executa um processo de aquecimento e compressão isocórica (3-4).16) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process where the energy entering the system through combustion (42), executes an isochoric heating and compression process (3- 4). 17) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, 17) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 19/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 19/40 7/9 caracterizado por um processo onde após o aquecimento e compressão isocórica (3-4), a expansão prossegue ocorrendo um processo adiabático (45’), a partir deste ponto ocorre a transferência de calor para o trocador (319) gerando o segmento isobárico (5’-5) ou dependendo dos parâmetros de projeto ou regulação, este poderá ser isotérmico ou adiabático, ou variável assumindo propriedades de ambos dinamicamente.7/9 characterized by a process where after heating and isochoric compression (3-4), the expansion proceeds with an adiabatic process (45 '), from which point the heat transfer to the exchanger (319) occurs, generating the segment isobaric (5'-5) or depending on the design or regulation parameters, this may be isothermal or adiabatic, or variable assuming properties of both dynamically. 18) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo onde após o processo de expansão adiabática, isotérmica ou isobárica (5’-5), a expansão prossegue, terminando a expansão com outro processo adiabático (5-2) junto ao rotor de turbina (315).18) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process where after the adiabatic, isothermal or isobaric expansion process (5'-5), the expansion continues, ending the expansion with another adiabatic process (5-2) next to the turbine rotor (315). 19) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo onde após o processo de expansão adiabática (5-2) junto ao rotor de turbina (315), ainda dentro do ciclo Otto ocorre outro processo adiabático, porém de compressão (2-3) finalizando o ciclo Otto.19) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process where after the adiabatic expansion process (5-2) next to the turbine rotor (315), still within the Otto cycle occurs another adiabatic process, however of compression (2-3) ending the Otto cycle. 20) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo onde a energia canalizada para o motor turbina de ciclo binário é definida pelo processo (5’-5) do ciclo Ottoindicado por (43).20) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process where the energy channeled to the binary cycle turbine engine is defined by the process (5'-5) of the Ottoindicated cycle by (43). 21) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo onde a energia canalizada para o rotor de turbina (315) é definida pelo processo adiabático (5-2) indicado por (44).21) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process where the energy channeled to the turbine rotor (315) is defined by the adiabatic process (5-2) indicated by (44). 22) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, 22) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 20/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 20/40 8/9 caracterizado por um processo tal que o ciclo binário (45) é acoplado, integrado ao ciclo Otto(41), de forma que o processo de descarte de energia (5’-5) do ciclo Otto, é a energia de entrada do ciclo binário(45), e forma o processo isotérmico de expansão (a-b), e todos os processos que formam o ciclo binário ocorrem simultaneamente.8/9 characterized by a process such that the binary cycle (45) is coupled, integrated with the Otto cycle (41), so that the energy disposal process (5'-5) of the Otto cycle, is the input energy of the binary cycle (45), and forms the isothermal expansion process (ab), and all the processes that form the binary cycle occur simultaneously. 23) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo onde após o processo de expansão isotérmica (a-b), partindo do ponto (b) do ciclo binário ocorrem dois processos, um processo adiabático de expansão (b-c) da unidade de conversão de energia do motor de ciclo binário e um processo adiabático de expansão (b-c’) da unidade de conservação do motor de ciclo binário, finalizado os processos de expansão adiabáticos.23) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process where after the isothermal expansion process (ab), starting from point (b) of the binary cycle, two processes occur, an adiabatic expansion process (bc) of the energy conversion unit of the binary cycle engine and an adiabatic expansion process (b-c ') of the conservation unit of the binary cycle engine, ending the adiabatic expansion processes. 24) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo onde após os processos (b-c) e (b-c’), ocorrem dois processos isotérmicos de compressão, partindo do ponto (c) do ciclo binário ocorre um processo de compressão isotérmico (c-d) da unidade de conversão de energia do motor binário e partindo do ponto (c’) ocorre um processo de compressão isotérmico (c’-d’) da unidade de conservação de energia, finalizando os processos isotérmicos de compressão.24) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process where after the processes (bc) and (b-c '), two isothermal compression processes occur, starting from the point (c) of the binary cycle occurs an isothermal compression process (cd) of the energy conversion unit of the binary motor and starting from point (c ') there is an isothermal compression process (c'-d') of the conservation unit of energy, ending the isothermal compression processes. 25) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo onde após os processos (c-d) e (c’-d’), ocorrem dois processos adiabáticos de compressão, partindo do ponto (d) do ciclo binário ocorre um processo adiabático de compressão (d-a) da unidade de conversão de energia do motor de ciclo binário e um processo adiabático de compressão (d’-a) da unidade de conservação do motor de ciclo binário, finalizando o ciclo binário (45).25) CONTROL PROCESS FOR THE COMBINED CYCLE ENGINE THERMODYNAMIC CYCLE, according to claim 14, characterized by a process where after the processes (cd) and (c'-d '), two adiabatic compression processes occur, starting from point (d) of the binary cycle there is an adiabatic compression process (da) of the energy conversion unit of the binary cycle engine and an adiabatic compression process (d'-a) of the conservation unit of the binary cycle engine, ending the binary cycle (45). Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 21/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 21/40 9/99/9 26) PROCESSO DE CONTROLE PARA O CICLO TERMODINÂMICO DO MOTOR DE CICLO COMBINADO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um processo que em condições ideais, sem perdas, a energia (42) entra por combustão no ciclo Otto (41), parte da energia descartada(44), alimenta por um processo adiabático um rotor de turbina, (315), outra parte da energia(43), descartada do ciclo Otto(41), alimenta o ciclo binário, e a energia descartada do ciclo binário é, em caso ideal sem perdas, a energia total perdida, indicada por (46).26) CONTROL PROCESS FOR THE THERMODYNAMIC CYCLE OF THE COMBINED CYCLE ENGINE, according to claim 14, characterized by a process that in ideal conditions, without losses, the energy (42) enters by combustion in the Otto cycle (41), part of the discharged energy (44), feeds a turbine rotor through an adiabatic process, (315), another part of the energy (43), discharged from the Otto cycle (41), feeds the binary cycle, and the energy discharged from the binary cycle is , ideally without losses, the total energy lost, indicated by (46). Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 22/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 22/40 1/51/5 Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 8/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 8/40 2/52/5 Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 9/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 9/40 3/53/5 310310 Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 10/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 10/40 4/54/5 Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 11/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 11/40 5/55/5 Petição 870170027321, de 26/04/2017, pág. 12/40Petition 870170027321, of 04/26/2017, p. 12/40 1/11/1
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