BR102019001521A2

BR102019001521A2 - Motor de anel

Info

Publication number: BR102019001521A2
Application number: BR102019001521-7A
Authority: BR
Inventors: 6° § 4° Da Lpi E Item 1.1 Do Ato Normativo N° 127/97 Art.
Original assignee: Manuel Exposito Carballada
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-08-04
Also published as: MX2021008424A; WO2020150797A1; EP3916199A4; EP3916199A1; BR102019001521A8; JP2022519442A; KR20210113686A; IL284839A; CA3125696A1; CN113544359A

Abstract

resumo este é um motor rotativo-reciprocante-misto ,ele está formado somente por dois grupos de peças móveis : o anel e as pás-selos , trabalhando em conjunto entre elas . além do desenho básico precisa de válvulas externas de entrada e saída . o motor é de um tamanho muito reduzido e pode completar o ciclo termodinâmico em cada volta do eixo tantas vezes quantas pas-selos tenha com altíssima eficiência .

Description

MOTOR DE COMBUSTÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um arranjo estrutural para um motor de combustão interna universal, estacionário, para máquinas , ou montado em um veículo, podendo utilizar diversos tipos de combustíveis. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um motor de combustão interna com aperfeiçoada eficiência de combustão, melhor rendimento termodinâmico, com redução do consumo de combustíveis, baixa emissão de gases para o meio ambiente e tamanho mínimo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Os motores atuais usados em veículos de transportes, tais como, aviação, trem, barco, etc, máquinas e estacionários foram inventados no final do século XIX. Com o passar dos anos, melhorias foram sendo realizadas nos referidos motores, por exemplo, a eficiência térmica passou inicialmente de 5% a perto de 30% em laboratório.

[0003] A taxa de emissão de gases para a atmosfera também foi reduzida, impactando diretamente em um ar menos poluído. Entretanto, este antigo desenho de motor está praticamente no limite.

[0004] Assim, de modo a prover a técnica com um arranjo de motor mais moderno e mais eficiente, a presente invenção foi desenvolvida, possibilitando se chegar próximo ao triplo de eficiência dos motores atuais, uma vez que o motor aqui apresentado usa um ciclo termodinâmico muito mais eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] A presente invenção refere-se a um motor de combustão, rotativo alternativo misto formado por um ou mais setores para múltiplos usos como: Estacionários, veículos, máquinas, etc. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um arranjo estrutural para um motor de combustão interna, utilizando diversos tipos de combustíveis. O veículo pode ser tanto terrestre, marítimo, ferroviário quanto aéreo. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um motor de combustão interna com aperfeiçoada eficiência de combustão, melhor rendimento termodinâmico, dimensões reduzidas, maior relação potência/peso que supera as turbinas de avião que usam o ciclo termodinâmico Brayton, com redução do consumo de combustíveis e emissão de gases para o meio ambiente, de até 3 vezes menos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0006] A Figura 1 mostra um motor de combustão interna sem os acessórios externos.

[0007] As Figuras 5B e 2B mostram o eixo do motor com excêntrico e o anel.

[0008] As Figuras 3A e 3B mostram a submontagem (anel) da presente invenção.

[0009] A Figura 4 mostra o excêntrico da submontagem da presente invenção.

[0010] As Figuras 5A e 5B mostram a submontagem do eixo do motor com o eixo excêntrico mais o anel em vermelho da presente invenção.

[0011] A Figura 6 mostra a submontagem das pás-selo da presente invenção.

[0012] A Figura 7 mostra o bloco estrutural para armação dos elementos do motor da presente invenção.

[0013] A Figura 8 mostra a tampa que separa os setores do motor da presente invenção.

[0014] A Figura 9 mostra o perfil termodinâmico do motor da presente invenção.

[0015] As Figuras 10A e 10B mostram uma submontagem no interior com o eixo, o excêntrico, o anel, as pas-selo e o bloco, eles formam as câmaras de combustão ou compressão.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0016] A presente invenção refere-se a um motor de combustão, rotativo alternativo misto formado por um ou mais setores para uso universal. Mais particularmente, o arranjo estrutural do motor aqui apresentado é simples, compreendendo poucos elementos móveis, o que simplifica o processo de fabricação e montagem, sendo necessário a presença de radiadores pequenos para resfriamento do sistema. O sistema também pode ser resfriado com ar. Dito motor compreende apenas os seguintes conjuntos de elementos móveis: O anel, o eixo junto com o excêntrico e as pás-selos.

[0017] As características do presente motor, proporcionam um arranjo estrutural com dimensões reduzidas, porém capaz de realizar um ciclo termodinâmico em cada volta do eixo tantas vezes quantas câmaras de combustão tenha com altíssima eficiência.

[0018] Um técnico no assunto reconhece que o termo setores aqui utilizado, compreende um conjunto mínimo de peças necessárias para formação de um motor.

[0019] O arranjo estrutural aqui apresentado, provê a técnica de um motor no qual a primeira parte do ciclo, a compressão ocorre em uma ou mais etapas, sem limite delas. O ciclo termodinâmico que usa este motor é mais eficiente do que aqueles atualmente usados, pois a compressão é realizada em uma ou mais etapas. Com o resfriamento intermediário, o que reduz consideravelmente o esforço necessário para se realizar a compressão, e no processo de expansão aproveita ao máximo a energia dos gases. Porém, neste ciclo se aproveita ao máximo possível a energia gerada pelo combustível com mínimo desperdício.

[0020] A compressão é realizada em uma câmera de compressão na primeira etapa e igual nas seguintes etapas a um volume cada vez menor seguidas cada uma pelo resfriamento do sistema entre etapas por radiadores ao ambiente, e ainda comprimindo mais na câmara de combustão, pode ser também possível injetar água pulverizada dentro da câmara de combustão para esfriar ainda mais a última compressão que é feita dentro desta câmara de combustão, deste jeito se faz uma compressão próximo a isentrópica depois vem a explosão e logo a expanção, durante este último processo de expanção se aproveita ao máximo possível a energia na expanção adiabática até o valor da pressão de sucção.

[0021] Este arranjo tem um escape silencioso e baixa temperatura. Como anteriormente mencionado, uma vez que a pressão de escape é muito baixa o barulho e a temperatura também são baixos.

[0022] Referidos motores aqui apresentados, além de serem usados à veículos terrestres, são motores que podem ser projetados para aplicaçons universales em qualquer tamanho com altíssima relação potência/peso, o que permite que sejam usados em aviação, devido a eficiência muito maior que o ciclo Brayton das turbinas, pode-se conseguir melhorar a potência com um consumo muito menor que aquele demandado pelas turbinas e com menor peso, mais potência e elevada vida útil que se deve a baixíssima velocidade relativa de fricção entre as peças internas do motor.

[0023] Pode-se fabricar motores para plantas elétricas de mais de um 1.000.000 de KW. Atualmente o maior motor conhecido possui somente 100.000 KW e ele é muito pesado, já que seu peso atinge mais de 2300 toneladas e este motor da invenção pesaria perto de 30 toneladas para essa mesma potência.

[0024] O motor aqui apresentado completa vários ciclos em cada um dos setores de combustão, compreendendo uma volta do eixo, o que o faz muito leve e potente. A título ilustrativo, mas não limitativo, pode-se usar um motor de três setores de 16 câmaras de combustão por setor, o qual em cada volta geraria 48 explosões (ciclos).

[0025] O torque deste motor é muito alto e contínuo com pouca oscilação o que permite baixos giros por minuto, portanto, menor consumo a mínimas rpm. O torque pode ser melhorado com a inclinação das pás-selo a um ângulo pré-determinado provado em laboratório e somente quando as pas-selo esten dispostas no bloco.

[0026] Adicionalmente, o motor pode ser regenerativo, acumulando energia na parte da compressão em um tanque extra, o qual funciona como um tanque reserva, somente nos veículos como caminhões, trens, etc. O tanque extra quando o veículo realiza o movimento de descida, pode acumular o ar comprimido que posteriormente é usado nas subidas como uma energia extra reaproveitada gratuitamente, sem ter a necessidade do uso de freio para a descida.

[0027] Durante o reaproveitamento, a água de condensação do tanque extra a presão reserva pode ser reinjetada no final do ciclo de combustão para um resfriamento do sistema sem custo de energia este resfriamento ocorre no momento do escape, refrigerando ainda mais as seções de combustão do sistema.

[0028] O aquecimento do sistema é completamente uniforme em redor do motor sem pontos quentes e é muito baixo. O sistema pode ser resfriado com um ventilador encaixado ao contrapeso de equilíbrio entre os setores.

[0029] O arranjo aqui proposto possui um desenho retilíneo, redondo e plano sem curvas estranhas.

[0030] O motor aqui proposto apresenta baixa velocidade de fricção entre seus elementos, promovendo altas revoluções por minuto. A título ilustrativo, mas não limitativo da presente invenção, um veículo esportivo de alta potência, pode apresentar 20.000 rpm. ou mais. A velocidade das pás-selo contra o anel ou contra o bloco é mínima, já que é oscilante tendo movimentos alternados para frente e para trás, conseguindo uma perfeita lubrificação das pás-selo com muito baixo consumo de óleo lubrificante.

[0031] Alternativamente, usando-se materiais especiais, tais como teflon, metais auto-lubrificantes, dentre outros com características semelhantes seria possível ainda eliminar o consumo de óleo lubrificante, inclusive pelo uso de rolamentos para reduzir ainda mais a fricção em algumas partes do sistema (eixos).

[0032] O motor objeto da presente invenção, pode ser disposto em espaços muito reduzidos, contribuindo a um maior espaço útil em todo veículo de transporte. Com relação aos veículos aéreos, por exemplo, aviões; dito motor possui baixa seção frontal, reduzindo o arrastamento podendo-se fazer estes motores turbofan mistos (com inversor incluído na hélice, hélices entubadas) de muita alta potência, muita mais eficiência e mais de 100.000 HP a 1500 rpm com menos peso que as turbinas e para velocidades semelhantes aos aviões comerciais atuais (1000 klmts./Hr.).

[0033] Adicionalmente, dito motor opera ainda à baixas temperaturas de escape, praticamente indetectável pelo infravermelho e são muito silenciosos. Sem usar redutor nenhum e nem desviadores de fluxo para a freada somente o turbofan reversível, ou hélice reversível entubada. Pode ser usado em aviões supersônicos com um desenho muito especial adicionando um ou mais turbocompressores axiales ou centrífugos, cámaras de combustão e tobera de expansão, este motor misto seria extremamente eficiente e não precisaria de turbina. Além de aviões de decolagem vertical , helicópteros, etc.

[0034] A relação de compressão pode aumentar a um valor muito alto sem detonação, pois o ar e o combustível se esfriam previamente.

[0035] As válvulas de escape trabalham a baixas temperaturas e baixas pressões. Esse fato, contribui para o fato de se poder utilizar processos e materiais de produção mais simples, reduzindo os custos de fabricação. Dentre os materiais que poderiam ser utilizados, temos o alumínio, o titânio, aço inoxidabel, dentre outros.

[0036] Ainda que seja muito diferente dos motores mais usados atualmente as linhas de produção podem-se adaptar facilmente para fabricar este motor rapidamente com baixo custo.

[0037] No desenho destes motores se podem usar qualquer uma das combinações possíveis, podendo usar um só ou vários setores diferentes e qualquer quantidade de câmaras de combustão e/ou compressão em cada setor das quais podem variar entre elas.

[0038] Referido motor poderia ser ainda utilizado para produção de energia, na forma termoelétrica, usando somente 1/3 de combustível e poderiam ainda ser fabricadas máquinas de potência superior a 1000 M.W., de um tamanho extremamente reduzido e super econômico.

[0039] Quando pensamos no uso do dito motor em barcos, por exemplo, a velocidade desejada poderia ser quase duplicada com o mesmo consumo de combustível.

[0040] Por fim, mas não menos importante, o presente motor contribui para a saúde do planeta, pois o aquecimento global seria reduzido, uma vez que haveria muita redução nos índices de emissão de CO2 para a atmosfera.

[0041] Especificamente com relação ao arranjo estrutural do motor da presente invenção, este pode compreender apenas um único setor ou compreender uma pluralidade de setores que funcionam em conjunto como se fossem um só motor, conforme mostrado na Figura 1.

[0042] Ditos setores são ordenados conforme o desenho do motor, podendo o motor ter um ou mais setores em suas diferentes formas, tamanhos, ordem e composição para cada uso em particular.

[0043] Particularmente, a Figura 1 mostra a montagem de um motor de combustão interna sem os elementos externos. Dito motor é provido de diversos orifícios para entrada e saída dos gases e líquidos em cada setor do motor.

[0044] Em uma concretização preferencial da presente invenção, é provido um motor compreendendo diversos setores ao longo do seu eixo longitudinal, os quais são providos em seu interior de estruturas cilíndricas, em forma de anel e aqui ora denominadas como submontagem. Ditas submontagens são melhor detalhadas pelas Figuras 2A, 2B, 3A, 3B, 5A e 5B).

[0045] Particularmente, ditas submontagens (anel) se ajustam ao diâmetro externo de seu próprio excêntrico em todo seu comprimento, além de possuírem rotação livre sobre o excêntrico. O excêntrico, forma uma parte indissociável do motor, o qual compreende ainda, o seu eixo e o seu anel, sendo esses elementos montados juntos de forma fixa o eixo com o excêntrico e livre o anel com o excêntrico, conforme mostra a Figura 2B. O eixo e o excéntrico podem ser uma só peça nos motores de um só setor ,mais em motores de mais de um setor devem ir separados e montados juntos fixos depois quando a montagem final é feita ver Figura 11

[0046] Um técnico no assunto entenderá que as dimensões, quantidades de anéis, quantidades de elementos adicionais em cada anel, formas e composições, podem variar de acordo com o desenho do motor. Entretanto, o eixo do motor e o excêntrico podem variar enquanto a composições, tamanho e formas e giram juntos no interior do anel que apenas oscila.

[0047] Em uma concretização preferencial da presente invenção, a Figura 5B mostra um motor com 8 câmaras de combustão ou compressão , enquanto que a Figura 2B, mostra um motor com 9 câmaras de combustão ou compressão. Essas Figuras mostram uma seção transversal do motor, mostrando a submontagem principal, o anel em vermelho.

[0048] A Figura 6 da presente invenção mostra os elementos adicionais do motor, tais como as pás-selos, as quais trabalham juntamente com as submontagens. Ditas pás-selos estão dispostas uma em cada sulco da submontagem ou uma em cada sulco do blocoestrutura.

[0049] As pás deslizam no interior dos sulcos com a força das suas molas ou ar a pressão, as quais não são mostradas nas Figuras, contra a submontagem ou contra o bloco-estrutura e promovendo uma divisão do espaço interno vazio de cada setor em câmaras de combustão ou compressão.

[0050] As superfícies das pás-selos é onde ocorrem a vedação por meio de um movimento deslizante-oscilante contra o anel ou contra o bloco-estrutura e lateralmente reciprocamente deslizante contra as coberturas do motor.

[0051] As submontagens são elementos responsáveis pelo funcionamento do motor aqui apresentado. Caso o anel (submontagem) não esteja presente no projeto, o motor só funcionaria com as pás-selo no bloco e a velocidade relativa sería muito alta contra o excéntrico a parte que a lubrificação seria fraca , por tanto o motor só podría ter baixas rpm e a sua vida útil também seria muito fraca também as emissões seriam muito altas , pois se precisaria usar muito óleo , nem se poderiam fabricar motores grandes, estes seriam impossíveis devido a altíssima velocidade relativa.

[0052] O eixo do motor gira juntamente quando o excêntrico entra em movimento. Entretanto, durante o movimento giratório do eixo do motor e excêntrico, o anel, a submontagem, oscila, pois fica livre, conforme mostram as Figuras 5A e 5B.

[0053] Na presente invenção, as câmaras de combustão ou compressão são formadas pelo espaço interno fechado para combustão entre as peças (submontagens), a qual é formada por duas coberturas intermediárias ou finais, uma carcaça (armação, estrutura ou bloco), duas pás-selos consecutivas e o anel. A Figura 8 mostra dita cobertura, a qual separa os diferentes setores que compõem o motor e podem variar de tamanho, forma e composição de acordo com o projeto.

[0054] Quanto maior a quantidade de câmaras de combustão em um projeto, maior a quantidade de explosões por revolução e mais suaves, resistentes, mais eficientes e com uma longa vida útil.

[0055] O principal benefício da presença do anel nos motores da presente invenção é a velocidade relativa entre este e as pás-selos esta é muitas vezes menor do que a aplicada aos motores atuais.

[0056] Com isso, o desgaste das pás-selos e de todos os demais elementos do motor é muito menor. As revoluções por minuto do motor podem se aumentar diversas vezes, o que permite fazer motores menores, mais leves e com maiores velocidades de rotação, ainda que estes não tenham praticamente limites em potência e tamanho.

[0057] As submontagens das pás-selos, são providas com pelo menos uma mola de empurrar na extremidade mais interna de cada pá-selo ou ar a pressão. Ditas molas não são mostradas nas Figuras que acompanham o presente pedido. Particularmente, ditas molas são dispostas contra o anel ou contra o bloco, empurrando contra eles segundo o caso, conforme mostram as Figuras 2B, 10A e 10B.

[0058] Dito motor compreende ainda, válvulas para a entrada e saída dos gases de combustão e compressão não mostradas nas figuras.

[0059] A figura 9 da presente invenção mostra um perfil termodinâmico teórico representativo de pressão-volume do presente motor de combustão interna. Um técnico no assunto reconhece que este ciclo termodinâmico em particular é extremamente eficiente, com uma economia muito grande de combustível.

[0060] A presente invenção prove a técnica de um anel em seu conjunto em que a velocidade relativa entre dito anel e as pás-selo é extremamente baixa o que permite uma excelente lubrificação do sistema, vedação adequada, durabilidade e mínimo consumo de óleo lubrificante. Portanto, o desgaste das pás-selos é reduzido e as revoluções por minuto do motor podem ser aumentadas de forma significativa, o que permite fazer motores de menor tamanho e peso, para altas potências, altas velocidade (rpm), alta eficiência, baixo consumo, baixa taxa de poluição e longa vida útil.

[0061] A invenção aqui descrita não está limitada a essa concretização e, aqueles com habilidade na técnica, irão perceber que qualquer característica particular nela introduzida deve ser entendida apenas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão e foram realizadas sem se afastar do conceito inventivo descrito. As características limitantes do objeto da presente invenção estão relacionadas às reivindicações que fazem parte do presente relatório.

Claims

Motor de combustão CARACTERIZADO POR compreender internamente ao longo do seu eixo longitudinal estruturas cilíndricas, em forma de anel, e pás-selos em forma de paralelepípedos retos, estas pás-selos são dispostas uma em cada sulco do anel ou uma em cada sulco do blocoestrutura.
Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR compreender o anel de qualquer forma, quantidade de peças, tamanho e composições e se ajusta ao diâmetro externo de seu próprio excêntrico em todo seu comprimento e possuie rotação livre no excêntrico.
Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o excêntrico de qualquer forma, tamanho ou composição o qual forma uma parte indissociável do motor e compreende ainda o seu eixo por dentro e o anel por fora, sendo o eixo por dentro do excêntrico que vão montados juntos de forma fixa e o anel por fora do excêntrico montado livre.
Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR as pás-selos de qualquer tamanho, quaisquer composições, qualquer quantidade de peças em cada uma, e de forma sempre de paralelepípedo que deslizam no interior dos sulcos com a força das molas ou ar a pressão contra o anel ou contra o bloco-estrutura para promover a divisão do espaço interno vazio de cada setor em câmaras de combustão ou compressão.
Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR nas superfícies das pás-selos ocorrer a vedação por meio de um movimento deslizante-oscilante contra o anel ou contra o bloco-estrutura e lateralmente reciprocamente deslizante contra as coberturas do motor.
Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o eixo do motor girar juntamente quando o excêntrico entra em movimento e o anel apenas oscilar.
Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR realizar o ciclo termodinâmico completo em cada volta no qual a compressão é realizada em estágios com resfriamento intermediário, depois de cada estágio é comprimido mais até o máximo na câmara de combustão para estourar nesta e imediatamente se aproveitar até o máximo a energia obtida durante a expansão dos gases dentro da câmara de combustão para completar o ciclo.
Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR seu arranjo estrutural possuir dimensões reduzidas, porém capaz de realizar um ciclo termodinâmico em cada volta do eixo tantas vezes quantas câmaras de combustão tenha com altíssima eficiência.
Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR a velocidade de fricção entre as pás-selo e o anel ser mínima.