BR112012021240B1

BR112012021240B1 - motor de pistão alternativo e motor de pistão rotativo

Info

Publication number: BR112012021240B1
Application number: BR112012021240-0A
Authority: BR
Inventors: Vito Gianfranco Truglia
Original assignee: Air Power Technologies Group Limited
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2021-01-12
Also published as: PT2539543T; CN103069111A; CA2789646C; KR20120123580A; EP2539543A2; RU2533598C2; IT1398528B1; JP2013520610A; WO2011104606A2; CA2789646A1; TN2012000425A1; PL2539543T3; MY169642A; SI2539543T1; US9677400B2; RU2012134593A; KR101689422B1; CN103069111B; HUE046169T2; ITMI20100299A1

Abstract

MOTOR DE ALTA EFICIÊNCIA ACIONADO POR AR PRESSURIZADO OU OUTROS GASES COMPRESSÍVEIS. Um motor a pistão rotativo ou alternativo de alta eficiência ar, de emissão negativa, operado por ar pressurizado ou outro gás compressível, considerado de forma autônoma ou como parte de um sistema complexo, compreende ao menos um tanque, ao menos um turbo alternador e um ou mais aquecedores de fluido opcionais.

Description

MOTOR DE PISTÃO ALTERNATIVO E MOTOR DE PISTÃO ROTATIVO

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um motor de alta eficiência, quer de tipo de pistão alternativo ou rotativo, acionado por ar pressurizado ou outros gases compressíveis, com emissões negativas, ambos, conforme individualmente considerados, como uma parte de um sistema complexo.

[002] Um problema muito importante, tanto com relação às questões de saúde humana como climáticas, é o de fornecer motores com altas eficiências operacionais e emissões não poluentes.

[003] Uma vez que um motor ou dispositivo propulsor deve ser sempre considerado como uma aplicação energética e não um vetor energético, seria muito desejável fornecer um motor que apresente uma eficiência de energia tão alta quanto possível, poupando assim os recursos naturais ou industriais, e prevenindo a geração de emissões de poluentes, também considerando o fato de que os aparelhos de acionamento estático e veículos automotivos poluentes são concentrados principalmente nas cidades e ambientes semelhantes.

[004] Atualmente, não existe uma solução concreta para os problemas acima, com a exceção do uso de veículos híbridos, que são movidos pela mistura de energia elétrica e sistemas de combustível de hidrocarboneto ou por sistemas baseados apenas em bateria elétrica, quais veículos, contudo apresentam, ambos, uma eficiência energética pequena e emissões altamente nocivas, e um problema adicional de eliminação apropriada das baterias exauridas altamente poluentes.

[005] O documento GB1362445 revela um motor de pistões alternativos acionado por pressão de ar. O documento DE3546373 divulga um motor rotativo a ar.

SÍNTESE DA INVENÇÃO

[006] Portanto, o objetivo da presente invenção é fornecer um novo dispositivo ou motor de acionamento de pistão com emissão negativa, acionado por ar pressurizado ou outro gás compressível, que apresenta uma eficiência energética muito maior do que a dos dispositivos convencionais de cilindro pneumático operados a ar, em adição a um pequeno consumo de propelente.

[007] Dentro do âmbito do objetivo mencionado acima, um objetivo principal da invenção é o de fornecer tal motor a pistão acionado a ar pressurizado ou outro gás compressível, de emissão negativa, que apresenta um desempenho semelhante ao de um motor de combustão interna, enquanto operando com base em um ciclo de operação de acionamento ou propulsão especificamente projetado, o qual, em condições particulares, permite filtrar e limpar o ar externo.

[008] Outro objetivo da presente invenção é o de fornecer tal motor a pistão, não poluente, acionado a ar e de alta eficiência com um desempenho de emissão negativa.

[009] Outro objetivo da invenção consiste em fornecer tal motor a pistão, não poluente, acionado a ar e de alta eficiência, o qual é adaptado para operar em um "modo de operação de emissão negativa", o qual é para aspirar o ar ambiente e, depois de ter utilizado o dito ar, descarregá-lo na condição filtrada e limpa.

[010] Ainda outro objetivo da presente invenção é o de fornecer tal motor a pistão, acionado a ar, de operação flexível para ser usado em uma gama muito ampla de veículos automotivos de tração comerciais e privados, barcos, aviões e outros, tanto estáticos ou não industriais como em aplicações de condução privada.

[011] Outro objetivo da presente invenção é o de fornecer tal motor de alta eficiência, o qual, devido à sua construção especificamente projetada, é muito confiável e seguro na operação.

[012] De acordo com um aspeto da presente invenção, o objetivo mencionado e metas acima, bem como ainda outros objetivos, que se tornarão mais evidentes a seguir, são alcançados por um motor de alta eficiência, acionado por ar pressurizado ou outro gás compressível, o dito motor compreendendo ao menos um cilindro e ao menos um pistão móvel no dito cilindro, um plenum do cabeçote do motor que forma a pré-câmara que apresenta um tamanho proporcional a um deslocamento de dito motor e uma potência a ser atingida, portanto: a dita pré-câmara sendo continuamente alimentada pelo ar pressurizado ou outro gás compressível a partir de um tanque externo de ar pressurizado ou gás compressível, a uma pressão variável a ser alcançada através de ao menos dois ajustes; o dito motor sendo, em adição, caracterizado pelo fato de compreender as válvulas unidirecionais, aplicadas a um ou mais dutos de sucção formados no dito cabeçote, permitindo assim ao dito pistão, durante a sua operação mecânica, realizar o curso descendente para aspirar, por pressão negativa, o ar externo para transportá-lo à dita câmara de expansão. As ditas válvulas operam para superar a resistência do vácuo do cilindro em uma operação em modo passivo.

[013] Os filtros especificamente projetados são, em adição, dispostos nos ditos dutos de sucção do cabeçote do motor, para filtrar o ar externo aspirado pelo dito pistão durante o seu movimento descendente, o dito ar, mediante sucção e filtragem, e após ter realizado sua operação mecânica, sendo descarregado para o meio ambiente, no movimento ascendente do pistão, através das válvulas de saída e dutos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[014] Outras características e vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir de uma forma de realização preferida, apesar de não exclusiva, da invenção, a qual é ilustrada por meio de um exemplo indicativo, porém não limitativo, nos desenhos acompanhantes, nos quais:
a figura 1 é uma vista em corte transversal lateral de um protótipo de um motor a pistão, sendo acionado por ar pressurizado ou outro gás compressível;
a figura 2 é uma vista frontal parcialmente ampliada em relação à figura 1, do motor da invenção, mostrando uma válvula de saída do mesmo;
a figura 3 é uma outra vista frontal em corte transversal parcial do motor da invenção e em uma escala ampliada em relação à da figura 1, mostrando especificamente uma válvula de entrada ou injetora do mesmo;
as figuras 4, 5, 6 e 7 são outra vista frontal em corte transversal parcial e vistas frontais ampliadas da válvula injetora a qual é mostrada em operação;
a figura 8 é um diagrama que mostra as mudanças de pressão durante o curso do pistão;
a figura 9 mostra um exemplo de uso do motor da invenção, com referência a uma medição dimensional da superfície de um dado motor a pistão (10 cm de diâmetro), um tamanho de um cilindro relacionado, o curso de dito cilindro (8 cm), a quantidade de ar para alcançar uma dada pressão média para uma eficiência pneumática normal no cilindro, e a mesma quantidade de ar em um cilindro idêntico com um diâmetro de pistão idêntico, fornecendo uma pressão média que, no cálculo mostrado, é aumentada em 4,2 vezes;
a figura 10 é uma vista frontal parcial ampliada, semelhante à figura 2, mostrando os dutos de sucção do motor, as válvulas unidirecionais e os filtros de ar externo de acordo com a presente invenção;
a figura 11 é uma outra vista esquemática, em uma escala maior do que a da figura 10, mostrando o cabeçote do motor, incluindo os dutos 102 e 103, as válvulas unidirecionais 112 e 113 e os filtros 114 e 115 do mesmo;
a figura 12 é uma vista em plano superior do cabeçote do motor, no qual são dispostas as válvulas unidirecionais de acordo com a presente invenção;
a figura 13 é uma vista por cima em corte transversal, em uma escala mais ampliada do cabeçote do motor de acordo com a invenção,
a figura 14 ilustra uma vista lateral em corte transversal parcial de um veículo automotivo, no qual é montado o motor rotativo a ar pressurizado ou outro gás compressível o qual constitui uma parte integrante da presente invenção;
a figura 15 é uma outra vista lateral em corte transversal do motor a pistão da invenção;
a figura 16 ilustra um motor rotativo sendo alimentado com ar pressurizado;
a figura 17 ilustra um motor rotativo a ar pressurizado e os circuitos pneumáticos conectados ao mesmo; e
a figura 18 ilustra a forma de realização mais preferida do motor aperfeiçoado, de acordo com a presente invenção, montado em um veículo automotivo indicado de forma esquemática.

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS

[015] Com referência às referências numéricas das figuras mencionadas acima, um motor a pistão de alta eficiência de emissão negativa, que foi indicado de forma geral pelo número de referência 101, compreendendo como componentes principais do mesmo, um bloco do motor 2 ao qual são associados um ou mais cilindros 3, cada incluindo um cabeçote de cilindro 4.

[016] o cabeçote 4 de cada dito cilindro compreende ao menos uma válvula de saída 5 e ao menos uma válvula injetora ou entrada 6, que podem ser comunicadas com um espaço 7 definido entre a superfície superior do pistão ou êmbolo 9, e a superfície inferior 10 do cabeçote 4.

[017] o dito cabeçote 4 compreende em adição ao menos um duto de sucção 102-103, ao menos uma válvula unidirecional ou de sentido único 112-113 e ao menos um filtro 114115. Os ditos dutos são dispostos no dito cabeçote para permitir que o ar seja alimentado a partir do ambiente externo para dentro do cilindro, mas, devido à presença da válvula unidirecional ou de sentido único, não de dupla direção, durante o curso descendente do pistão, o dito ar sendo aspirado pela pressão negativa do pistão, no movimento descendente do pistão, acionado pelo ar pressurizado na pré-câmara, vindo do tanque de ar, no início do curso de expansão do pistão, no início da injeção de ar no cabeçote do pistão.

[018] Com referência às figuras 4, 5, 6 e 7, o motor a pistão de acordo com a presente invenção opera conforme a seguir:
o ar pressurizado é injetado a uma dada pressão (X) no espaço entre a porção do cabeçote acima do cilindro e pistão.

[019] Tal injeção de ar pressurizado é realizada, nesta forma de realização não exclusiva da invenção, em uma forma automática devido ao movimento da cabeça do pistão, o qual, durante o curso de exaustão, antes de chegar ao ponto morto superior (TDC), abre através de pressionamento a válvula injetora, assim comunicando a câmara do cabeçote (apresentando uma pressão variável X, dependendo da potência necessária) e o cilindro, com a cabeça do pistão chegando ao dito ponto morto superior.

[020] Na medida em que a válvula injetora é erguida a partir do pistão, ela permite que o ar pressurizado ou outro gás compressível passe com uma velocidade elevada a partir da pré-câmara para a cabeça do pistão, delimitando a câmara de expansão.

[021] Mais especificamente, no início do curso de expansão ou etapa, a válvula injetora será ainda disposta em uma posição aberta da mesma, para ser finalmente fechada na medida em que a cabeça do pistão é movida, durante o seu curso descendente, para um espaço de curso variável após a TDC, concebido no exemplo aqui mostrado, dependendo do modo de operação do motor da invenção (e nesta forma de realização não limitativa, dependendo do comprimento da haste da válvula).

[022] Um tanque de alta pressão 11 alimenta o ar pressurizado para o motor a pistão 101 através de um circuito de alimentação 12 que compreende uma unidade redutora de pressão 13, o motor do sistema de alimentação de ar pressurizado apresentando uma pressão variável, por exemplo, de 20 a 40 bares, dependendo, portanto, do deslocamento do motor e da potência máxima a ser fornecida (figura 14).

[023] Através de uma válvula solenóide 14 o dito tanque de ar pressurizado alimenta continuamente, através dos meios de ajuste adequados, a pré-câmara opcional do cabeçote do cilindro.

[024] Alternativamente, o ar pode ser alimentado ao cilindro através de um sistema de injeção direta de ar.

[025] Nesta forma de realização não exclusiva da invenção, o primeiro meio de ajuste controla o modo de operação em marcha lenta, e o segundo meio de ajuste fornece um ajuste variável, contorna ou sobrepuja (by-passing) o primeiro meio de ajuste, para controlar a aceleração do motor.

[026] Entre o tanque de alta pressão e o motor, pode ser alocado um turbo alternador 15 (Fig. 14), tanto longitudinalmente como transversalmente (ou em qualquer outra posição), em relação ao fluxo de fluido e/ou ao circuito, fornecendo assim uma operação muito eficiente, o dito turbo alternador, incluindo em uma porção frontal do mesmo, uma turbina de ar comprimido 15.A que apresenta um eixo de turbina acoplado a, ou constituinte de, um eixo de um alternador 15.B disposto na parte traseira do veículo, para gerar energia elétrica, o dito turbo alternador gera a energia elétrica a partir da colisão de ar altamente pressurizado sobre as pás da turbina (que podem apresentar uma geometria variável, dependendo da pressão do fluxo), e alimentado a partir do tanque de ar para o motor, a dita energia sendo utilizada, por exemplo, para a operação de dispositivos elétricos opcionais e dispositivos de condicionamento de fluído, para aquecer o ar em expansão através de todo o circuito de ar desde o tanque até o motor, por meio de aquecedores 16 e/ou resistências 17 (Fig. 14) e, além disso, para o aquecer o cilindro/cilindros do motor e/ou o cabeçote do motor (Fig. 15) e/ou para carregar outros tanques de ar opcionais a fim de alimentar ar a dita pré-câmara do cabeçote do motor, para reduzir e/ou eliminar, dependendo da temperatura gerada, quaisquer perdas de energia de ar causadas na medida em que o dito ar é arrefecido na sua expansão.

[027] O motor mostrado nas figuras 1 a 7 e 10 a 13, o qual é de forma geral indicado pelo número de referência 101, é substancialmente semelhante ao motor descrito acima.

[028] Com referência à figura 16 a seguir, será descrita agora uma forma de realização adicional, não exclusiva, da presente invenção.

[029] De acordo com a invenção, o dito cabeçote do motor 104 pode compreender os dutos de sucção à pressão negativa, respectivamente indicados pelos números de referência 102 e 103, permitindo que o pistão 9 aspire o ar do ambiente externo, durante o seu movimento descendente, através das válvulas unidirecionais 112 e 113, permitindo que o ar passe do ambiente externo para o interno, mas não vice versa, para transmitir o dito ar ao dito cilindro, onde a superfície do pistão delimita a câmara de expansão 7, superando dessa forma quaisquer resistências passivas a partir do vácuo do cilindro gerado na etapa de operação em passivo.

[030] Nos ditos dutos 102 e 103, podem ainda ser dispostos os filtros 114 e 115 que filtram o ar transportado através de ditos dutos, o qual após o seu uso no ciclo de operação do motor é novamente descarregado no ambiente, no movimento ascendente do pistão, através da válvula de descarga ou de saída e dutos.

[031] De preferência, as ditas válvulas unidirecionais compreendem os elementos de lâmina ou palheta 112 e 113, feitos, por exemplo, de material de carbono ou "Kevlar", ou qualquer outro material adequado, que apresente uma flexibilidade suficiente de resistência ao calor e ao esforço mecânico, e o qual também pode ser feito de qualquer material desejado e que possa operar em qualquer modo de operação para superar quaisquer resistências passivas do vácuo no dito cilindro em uma operação em modo passivo (por exemplo, válvulas agulha, esfera, cone ou quaisquer outros tipos de válvulas a serem desenvolvidas na arte).

[032] Na figura 16 é mostrada outra forma de realização não exclusiva da invenção.

[033] A invenção pode também ser embutida em um motor rotativo 1001, incluindo todos os componentes e elementos principais do motor a pistão alternativo, com a vantagem de uma eficiência de operação melhorada devido à ausência de perda de movimento alternado, em adição à possibilidade de sincronizar adequadamente o braço rotativo 18 da entrada de ar pressurizado, através dos injetores 20, tanto simultaneamente ou em seqüências alternantes.

[034] Neste motor rotativo, uma banda circular 24 feita de um material adaptado para resistir contra a pressão e a operação do braço rotativo 18, rígida à ela e pivotada sobre o pino de pivô 19, pode deslizar em uma engrenagem anelar circular hermeticamente selada.

[035] Na medida em que os braços rotativos 18 passam pela célula fotoelétrica 21, a válvula solenóide no circuito 11 é operada de tal forma a permitir que o ar pressurizado armazenado no dito tanque 11 alimente os injetores 20, dependendo da potência necessária e, adequadamente sincronizada para injetar ar de alta pressão na porção côncava do braço rotativo, o qual pode ser movido de forma deslizável juntamente com a banda de vedação para acumular, sob a força do ar pressurizado, um máximo de energia na pressão recebida.

[036] Dessa forma, o braço rotativo, através da aceleração de seu movimento, e uma vez que o meio ambiente interno do elemento anelar circular é hermeticamente selado, irá, sob uma pressão negativa, abrir os dutos 102 para superar a resistência da operação passiva do braço rotativo.

[037] As ditas válvulas unidirecionais 112 e duto alimentam o ar suplementar ao elemento anelar circular, superando assim quaisquer resistências geradas em uma operação em modo passivo.

[038] Os filtros 114 podem filtrar de forma adequada o ar de entrada a partir dos dutos de pressão negativa, o dito ar sendo ejetado, na medida em que os braços rotativos são mais acionados pela pressão, através das válvulas de saída 22 dispostas, na direção rotativa, na frente das fotocélulas, para fornecer um ciclo operacional adicional através de uma injeção de ar adicional.

[039] A força motriz gerada pelo motor será aplicada ao pino pivô central 19, para, por sua vez, acionar um eixo motriz.

[040] Foi descoberto que a invenção, nas suas duas formas de realização não limitativas descritas acima, alcança plenamente o almejado e o objetivo pretendido.

[041] De fato, a invenção descreve um motor a pistão rotativo de alta eficiência, sem emissões de poluentes gasosos, que, em determinadas condições de uso de operação passiva (devido ao fornecimento dos filtros dispostos de forma adequada) fornece as emissões negativas, e no qual, devido à disposição dos dutos de sucção e das válvulas unidirecionais, é possível, em adição à filtragem do ar externo, e à reintrodução do ar filtrado na atmosfera, durante o curso ascendente do pistão, otimizar ainda mais a eficiência do motor, enquanto que minimiza a quantidade de ar pressurizado armazenado no tanque de ar pressurizado necessário para a operação do motor, ao mesmo tempo eliminando qualquer resistência do vácuo gerado pelo pistão (ou o braço rotativo) durante a etapa de operação em passivo, dessa forma, o motor rotativo em questão fornece, em adição às outras vantagens descritas, a vantagem adicional da ausência de resistências sobre o eixo motriz e cilindro devido ao movimento alternante.

[042] As vantagens fornecidas pelo motor da invenção podem ser ainda mais evidenciadas com referência à figura 9, através do uso, para uma melhor compreensão, de valores indicativos hipotéticos no exemplo prático a seguir: com um pistão de 10 cm de diâmetro e um curso de 8 cm, uma pressão constante de 1 bar é alimentada no interior do cilindro, conseguindo assim uma força de pressão sobre a cabeça do pistão, desde o início até o final de seu curso, de 78,5 kg com o cilindro apresentando uma pressão final de 1 bar e com um consumo de ar pressurizado correspondendo a 0,628 litros para cada curso do pistão.

[043] Caso essa mesma quantidade de ar pressurizado (0,628 litros) for alimentada no primeiro curso do mesmo pistão desde o ponto morto superior ao ponto morto inferior do mesmo, em seguida, naquele espaço, por exemplo, após um curso de cerca de 5 mm, será alcançada uma pressão correspondente a 16 bares, com uma pressão inicial sobre a cabeça do pistão de cerca de 1.256 kg, sendo mantidos constantes tanto a força de pressão final como o consumo de ar pressurizado para cada curso (0,628 litros) em relação ao primeiro exemplo.

[044] Assim, no primeiro exemplo, teremos uma pressão média efetiva (PME) em relação ao curso do pistão correspondendo a 1 bar e, no segundo exemplo, uma pressão média efetiva (PME) calculada correspondendo a cerca de 4,2 bar.

[045] Uma vez que a PME é um parâmetro muito importante em um cálculo de potência do motor, torna-se auto-evidente a grande vantagem da presente invenção.

[046] O exemplo acima também pode ser aplicado a um motor rotativo, enquanto considerando as medições correspondentes para as suas superfícies como válidas também para a porção côncava do braço rotativo que desliza de forma vedante na banda (crown) circular.

[047] Com referência às figuras 17 e 18 dos desenhos acompanhantes, eles mostram outras formas de realização preferidas do motor de alta eficiência de acordo com a invenção, apresentando uma eficiência e rendimento melhorados.

[048] A forma de realização do motor acima foi especificamente concebida para explorar novamente, por um lado, a diferença de pressão existente entre o tanque primário 11 e o motor 101 e, por outro lado, para explorar a massa inercial do sistema veicular móvel para mudar automaticamente o dispositivo de propulsão para um modo de operação em compressão, enquanto o usa para interromper a transmissão e/ou os membros de rolamento da operação mecânica, conforme é claramente mostrado na figura 17.

[049] Além disso, a forma de realização acima foi ainda especificamente concebida para otimizar o sistema em relação ao ponto de vista da temperatura do ar em expansão, no lado de baixo do turbo alternador 15, através da aplicação de um ou mais de trocadores de calor ar/ar dispostos no sistema ou veículo de tal forma a permitir que o ar seja aquecido na frente da entrada de ar para o aquecedor de fluido 16.

[050] Com relação ao primeiro aspecto inovador, a invenção pode fornecer uma ou mais turbinas secundárias, 15.C, e pivotadas de forma fixa no mesmo eixo da turbina primária 15.A do turbo alternador 15 ou, possivelmente, em paralelo ao mesmo, e as pás da turbina as quais podem apresentar uma geometria variável, dependendo do estado da arte.

[051] A dita turbina secundária 15.C, sendo acionada pelo fluxo de ar que passa para a turbina primária 15.A, pode pegar uma quantidade de ar adicional àquela no tanque de ar primário 11, qual ar pode ser ainda vantajosamente filtrado na caixa de sucção 31.

[052] A este respeito, deve ser evidente que esta quantidade de ar adicional será aspirada para dentro do sistema a partir do ambiente externo, na medida em que é fornecido um fluxo de ar a partir do tanque principal para o motor.

[053] A dita quantidade de ar adicional pega pela turbina secundária 15.C é alimentada em uma câmara de compensação e mistura 32, na qual o ar do turbo alternador 15 também é alimentado.

[054] Em adição à vantagem de usar no sistema uma quantidade de ar que excede a originalmente armazenada, fornecendo assim uma maior quantidade de energia para o motor durante toda a duração do fluxo, deve ser salientado que, além disso, o ar que é arrefecido a jusante da expansão na turbina primária 15.A terá a sua temperatura aumentada devido à mistura na câmara de compensação 32, na qual o ar pego a partir do exterior pela turbina secundária 15.C é alimentado.

[055] Deve ser salientado que, além disso, mesmo no caso em que as pressões de operação das turbinas primária e secundária sejam diferentes, a câmara de compensação 32 sempre permitirá receber nela os respectivos fluxos de ar, uma vez que a pressão operacional final do motor 101, onde o fluxo misturado do sistema será transmitido, será sempre menor do que a pressão de ambas as componentes.

[056] Os ditos fluxos, apresentando agora uma temperatura otimizada, serão drenados sob um diferencial de pressão, a partir da câmara de compensação e mistura 32 para o trocador de calor ar/ar 33, onde serão otimizados devido ao aumento de temperatura do fluido causado pelo deslocamento do trocador de calor.

[057] É desejado aqui, além do salientado, que uma possível perda de pressão possa ser facilmente superada, uma vez que a diferença de pressão entre a pressão de ar originalmente contido no tanque de pré-carga primário 11 (por meio de um exemplo, a 350 bares ou mais) e a pressão de operação do motor 101 (por exemplo, 30 bares ou mais), também possa ser maior do que 300 bares.

[058] Mediante a travessia pelo trocador de calor ar/ar 33, o fluxo de ar, previamente aquecido pela mistura com o ar externo pego pela turbina secundária 15.C, será dirigido para um tanque auxiliar 34 através dos dutos do circuito 12 de alimentação ou fornecimento, o dito tanque auxiliar 34 pode opcionalmente compreender aquecedores 16 adicionais, incluindo as resistências de aquecimento 17, alimentadas pela energia elétrica gerada pelo turbo alternador 15, para permitir que o ar seja ainda mais aquecido.

[059] Como mostrado, no dito tanque auxiliar 34, são conectados três dutos adicionais: um duto de alimentação 35.A para alimentar o motor com ar pressurizado aquecido nas etapas operacionais anteriores; um duto coletor 35.B para coletar o ar pressurizado vindo do motor conforme esteja em sua operação e, na etapa de liberação, opera tal como um compressor de travamento (braking compressor); um duto redutor 35.C para reduzir a resistência passiva gerada pela sucção de ar a partir do ambiente externo, através das válvulas anti-vácuo de pressão negativa, durante um modo passivo de operação do pistão: de fato, através de tal duto 35.C o ar pressurizado será alimentado para dentro da câmara de expansão 7, através das válvulas anti-vácuo 112 e 113, a partir do reservatório auxiliar 34 onde, como será descrito a seguir, também será coletado o ar pressurizado gerado pela operação do dispositivo de propulsão em um modo de operação de compressão por travamento.

[060] Os dutos 35.A e 35.B podem compreender as respectivas válvulas elétricas, ou seja: uma primeira válvula elétrica ou válvula solenóide 14.A para ajustar ou controlar o fluxo de ar pressurizado a partir do tanque secundário para o motor e uma segunda válvula elétrica 14.B para ajustar, em três ou mais etapas de ajuste, uma carga progressiva de ar que retorna a partir do motor 101 na medida em que a última opera em um modo de compressão por travamento da operação e, em uma etapa de liberação, o ar é enviado para o tanque secundário 34.

[061] De fato, o motor 101, durante o seu modo operacional de liberação, que é como se operasse com base nas massas inerciais, quando o fornecimento de ar pressurizado é desligado conforme a válvula de ajuste do dispositivo acelerador é fechada, sendo adaptada para operar automaticamente como um compressor: devido ao movimento de rotação do pistão 9 desde o ponto morto superior ao ponto morto inferior, através da primeira sucção de ar em seu interior através dos dutos de aspiração 102 e 103 e das válvulas anti-vácuo unidirecionais 112 e 113, comunica a câmara de expansão 7 do motor 101 com o ambiente externo. Então, devido ao movimento de rotação do pistão 9 desde o ponto morto inferior ao ponto morto superior, o dispositivo de propulsão 101 pressionará o ar através do duto 35.B para dentro do tanque secundário 34, através das válvulas de portão 36 acionadas de forma automática, ou qualquer outro tipo de válvula de controle, dispostas na válvula de saída ou descarga 5, a qual, mediante a atuação para a conexão com a liberação do acelerador, irá fechar a entrada no duto de saída do ar aspirado a partir do ambiente externo e/ou tanque auxiliar no interior da câmara de expansão através das válvulas anti-vácuo 112 e 113.

[062] Em tal modo de operação, o motor 101, estando em uma etapa de liberação do mesmo, uma vez que tal etapa operacional aciona automaticamente o modo de operação em compressão, gerará um efeito de travamento sobre o conjunto de transmissão e, consequentemente, nos membros de transmissão da operação mecânica, ao mesmo tempo permitindo armazenar o ar pressurizado no tanque secundário 34 a ser imediatamente utilizado na medida em que acelerador do motor seja novamente aberto, com um aumento adicional auto-evidenciado da eficiência da potência do sistema.

[063] Todos esses mesmos efeitos aumentando a eficiência do sistema podem também ser aplicados em uma forma de realização rotativa 1001 do motor da invenção, como mostrado na figura 18, no qual:
a entrada de ar do motor através das válvulas anti-vácuo dos dutos 35.C é fornecida pelos dutos 37;
a entrada de ar aquecido e otimizado no motor através dos injetores 20, vindo do tanque auxiliar 34, é garantida pelos dutos 38;
a entrada de ar para o tanque auxiliar 34, através das válvulas anti-vácuo unidirecionais 112 conforme o motor opera em um modo de operação em compressão de travamento, através das válvulas de saída operando em uma maneira sincronizada com a válvula solenóide de portão 36, é garantida pelos dutos 39.

[064] Os materiais utilizados, bem como o tamanho contingente pode ser qualquer um, dependendo das necessidades.

[065] Em adição, o tipo de sistema de descarga e alimentação, o duto de sucção de pressão negativa, a válvula unidirecional e os tipos filtros do duto de sucção, bem como o seu tamanho, podem ser qualquer um, dependendo das necessidades e do estado da arte.

[066] Em adição, o motor de acordo com a presente invenção pode ainda ser aperfeiçoado, tanto em relação ao seu princípio de funcionamento como em relação a cada uma de suas partes, de acordo com os materiais e o estado da arte.

Claims

Motor de pistão alternativo (110), acionado por ar pressurizado ou outros gases compressíveis, o dito motor compreendendo ao menos um tanque (11), um turbo alternador e um ou mais aquecedores de fluido;
ao menos um cilindro (3) e ao menos um pistão (9) no dito cilindro, uma pré-câmara do cabeçote do cilindro do motor formando uma câmara de plenum que apresenta um tamanho proporcional a um deslocamento de dito motor e a uma potência a ser portanto alcançada; o dito motor caracterizado por compreender válvulas (112, 113) unidirecionais, aplicadas tanto a um como mais dutos de sucção (102, 103) formados no dito cabeçote (4) do motor, permitindo assim que dito pistão (9) arraste, durante o seu curso descendente, o ar suplementar a partir de um ambiente externo para transmitir o dito ar para dentro de dita câmara, sendo que as ditas válvulas (112, 113) são projetadas para superar qualquer resistência gerada por um vácuo no dito cilindro em uma operação em modo passivo de dito motor; e em que o dito motor compreende os elementos de filtro (114, 115) dispostos nos ditos dutos de sucção (102, 103) do cabeçote do motor, para filtrar o ar suplementar do ambiente externo na direção de dito tanque (11) e motor, o dito ar sendo aspirado ou sugado pelo pistão (9) no curso descendente do pistão (9), após a aspiração e filtragem no mesmo, mediante uma operação mecânica, por meio da qual o dito ar é de forma operacional enviado para o ciclo de operação do motor, sendo reintroduzido novamente, em uma condição filtrada, no dito ambiente externo em um curso ascendente de dito pistão (9) através de uma válvula de descarga ou saída e duto.
Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito motor constituir uma porção de um sistema complexo, o turbo alternador do qual é uma máquina rotativa, que inclui uma turbina selada frontalmente, apresentando um eixo de turbina acoplado ao, ou formando o, eixo de dito alternador disposto em uma porção traseira para a geração de energia elétrica através do fluxo de ar a partir do tanque (11) de alta pressão e alimentando o dito motor, a dita turbina apresentando pás de turbina, opcionalmente de uma geometria variável controlada pela variação da taxa do fluxo pressurizado, permitindo assim que a energia gerada seja utilizada conforme desejado, para o fornecimento de energia aos consumidores elétricos e condicionadores de fluido opcionais, e o fornecimento de ar e/ou o aparelho de aquecimento, em uma fase de expansão de um circuito operacional, a partir de dito tanque (11) ao dito motor, por meio de dispositivos de aquecimento e/ou resistências para reduzir e/ou anular, dependendo de uma temperatura gerada pretendida, quaisquer perdas de energia de ar causadas pelo resfriamento do ar durante uma etapa de expansão do ar.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito motor compreender um ou mais dutos de sucção (102, 103) a vácuo formados no dito cabeçote (4) do motor, para permitir que o ar suplementar seja arrastado a partir do ambiente externo para dentro de dito cilindro (3) e válvulas (112, 113) unidirecionais ou retentoras, para prevenir que o dito ar suplementar flua em um caminho reverso, durante um curso descendente do pistão (9), o dito fluxo de ar externo sendo gerado por sucção de dito fluxo de ar durante um curso de dito pistão (9) ao seu ponto morto inferior mediante uma pressão de ar na dita pré-câmara e fornecido pelo dito tanque (11) em um curso de expansão seguinte a uma primeira injeção de ar sobre uma superfície da mesma.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito motor compreender ainda, no dito cabeçote (4) do motor, as ditas válvulas (112, 113) unidirecionais, tais como válvulas pino, válvulas esfera, válvulas cônicas ou outras válvulas a serem desenvolvidas na arte, feitas de quaisquer materiais e estruturas, por exemplo, de carbono ou outro material, suficientemente flexíveis e resistentes ao calor e tensões mecânicas na porção do cabeçote (4), permitindo que o ar ambiente externo flua para o interior e não vice-versa através dos dutos de sucção (102, 103) no dito cabeçote (4), transmitam o dito ar para dentro do dito cilindro (3) anulando assim quaisquer resistências passivas geradas por um vácuo no cilindro (3) formado em um modo de operação passivo.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito motor compreender ainda os elementos de filtragem nos ditos dutos de sucção (102, 103) a vácuo, para filtrar o ar externo do dito tanque (11) e transmiti-lo através de ditos dutos, para reintroduzir novamente o ar filtrado no ambiente por meio do curso ascendente do pistão (9) durante a etapa de descarga ou saída, através da válvula de descarga ou saída e duto.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a resistência gerada pelo vácuo no dito cilindro (3) conforme o dito pistão (9) opere em um modo de operação passivo, ser eliminada pelo ar suplementar que entra na câmara de expansão delimitada por uma porção interna do dito cabeçote (4) do motor, o dito cilindro (3) e uma superfície superior de dito pistão (9), através dos dutos de sucção (102, 103) no dito cabeçote (4) do motor, e alimentado na dita câmara através de ditas válvulas (112, 113) unidirecionais.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por um primeiro ajuste do dito motor ser realizado por um ajustador de pressão que ajusta um número mínimo de revoluções de dito dispositivo de acionamento, em uma pressão fixa, e sendo que um segundo ajuste, realizado pelo contorno do primeiro ajuste, é realizado por uma válvula aberta de forma progressiva de modo a acelerar o dito dispositivo de acionamento.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a válvula de entrada, na ausência de uma injeção direta, comunicar a dita pré-câmara do cabeçote (4) do motor com a dita câmara de expansão definida pelo dito cabeçote (4) do motor, cilindro (3) e cabeça do pistão (9), e que a dita válvula, a qual, enquanto é mantida a uma posição fechada da mesma pela pressão na dita pré-câmara, é automaticamente deslocada conforme o dito pistão (9) é acionado para cima em direção de seu ponto morto superior, para erguer a dita válvula.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, na medida em que a dita válvula é erguida, comunicar a dita pré-câmara com o dito cabeça do pistão (9), na ausência de uma injeção direta, a dita válvula começa a abrir mediante o final da fase de descarga do pistão (9), dependendo de uma disposição de temporização selecionada, antes de chegar ao ponto morto superior, e sendo fechada pelo movimento de dito pistão (9) ao afastar-se de dito ponto morto superior do mesmo.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito motor compreender válvulas de saída de operação síncrona embutidas no dito cabeçote do motor.
Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, na ausência das válvulas de entrada e uma pré-câmara, o dito ar exterior pressurizado, ou outro gás compressível, ou ar ou outros gases em estado líquido, ser continuamente fornecido por um tipo direto de injeção de ar.
Motor de pistão rotativo (1001), acionado por ar pressurizado ou outros gases compressíveis, o dito motor compreendendo ao menos um tanque (11), um turbo alternador e um ou mais aquecedores de fluido, caracterizado por o motor de pistão rotativo (1001) ainda incluir um elemento de banda circular (24) feito de um material adaptado para resistir contra as pressões e operações de uma pluralidade de braços rotativos (18) integrais com ele e sendo articulados em um pino (19) pivô central deslizante em uma engrenagem anelar de alta pressão vedada, o dito dispositivo de acionamento temporizando uma fase de entrada de ar pressurizado nos ditos braços rotativos por de injetores (20), também em uma maneira simultânea, e com sequências operacionais alternadas, assim, conforme os ditos braços rotativos passam pelas fotocélulas (21) adequadamente dispostas, uma pluralidade de válvulas solenoide (112) do circuito são habilitadas para permitir que o ar pressurizado no dito tanque flua para alimentar os ditos injetores com base em uma potência necessária, a dita operação do injetor sendo sincronizada em conformidade com a injeção de ar pressurizado em uma porção côncava de dito braço rotativo integralmente deslizante em relação à dita banda de vedação, de tal forma a acumular, sob a força do ar pressurizado, um máximo de energia, dependendo, assim, da pressão aplicada nela, conforme o dito ar pressurizado é injetado na dita engrenagem anelar, o dito ar pressurizado acelera os ditos braços rotativos para abrir, por meio de dutos de sucção (102) de pressão negativa e remover qualquer resistência operacional pelo dito braço rotativo em operação passiva, as ditas válvulas (112) unidirecionais acopladas aos ditos dutos (102) facilitando, sob um efeito de sucção fornecido pelos ditos braços rotativos, a introdução do ar suplementar na dita engrenagem anelar, anulando assim quaisquer resistências em uma modo de operação modo passivo, os elementos filtrantes (114) sendo dispostos nos dutos de sucção de ar suplementar para aspirar ar da entrada do filtro, o dito ar sendo ejetado por meio de um movimento rotativo de ejeção adicional de ditos braços, através das válvulas de saída (22) dispostas, em uma direção rotativa, a jusante das fotocélulas, para habilitar um ciclo de operação posterior através de uma injeção de ar adicional, a força gerada pelo dito dispositivo de acionamento sendo aplicada ao pino pivô central para por sua vez acionar um eixo de transmissão.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito motor constituir uma porção de um sistema complexo do qual o turbo alternador é uma máquina rotativa incluindo uma turbina frontal vedada, apresentando um eixo de turbina acoplado ao, ou formando no, eixo de dito alternador disposto em uma porção traseira para a geração de energia elétrica por meio do ar que flui a partir do tanque de alta pressão e que alimenta o dito motor, a dita turbina que apresenta as pás de turbina, opcionalmente de uma geometria variável, controladas através de uma variação da taxa do fluxo pressurizado, permitindo assim que a energia gerada seja usada conforme desejado, para fornecer energia às cargas elétricas e aos condicionadores de fluido opcionais, e o fornecimento de ar e/ou aparelho de aquecimento em uma fase de expansão de um circuito operacional a partir de dito tanque ao dito motor, por meio de dispositivos de aquecimento e/ou resistências para reduzir e/ou anular, dependendo de uma temperatura gerada pretendida, quaisquer perdas de energia de ar causada pelo resfriamento do ar durante uma etapa de expansão do ar.
Motor, de acordo com reivindicação 12, caracterizado por o primeiro ajuste de dito motor compreender um ajustador de pressão ajustado em um número mínimo de revoluções de dito dispositivo de acionamento, em uma pressão fixa, e sendo que um segundo ajuste, realizado pelo contorno do primeiro ajuste, é realizado por uma válvula aberta de forma progressiva acionada de forma a acelerar o dito dispositivo de acionamento.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por, na ausência das válvulas de entrada e uma pré-câmara, o dito ar externo pressurizado, ou outro gás compressível, ou o ar ou outros gases em estado líquido, ser continuamente alimentado por uma injeção de ar de tipo direta.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito motor compreender uma ou mais turbinas secundárias, rigidamente pivotadas no mesmo eixo da turbina primária e do turbo alternador, ou, opcionalmente, em uma relação paralela, as pás da turbina apresentando uma geometria variável dependendo da etapa e do avanço do estado da arte.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a dita turbina secundária, devido a um movimento causado pela passagem do fluxo de ar através da turbina principal, poder tomar uma quantidade de ar externo adicional em excesso àquela no dito tanque primário, qual ar adicional pode ser convenientemente filtrado por meio de uma caixa de sucção dedicada acoplada na dita turbina secundária.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a dita quantidade de ar adicional tomada ou aspirada pela dita turbina secundária ser fornecida à uma câmara de compensação e mistura, recebendo também o ar que retorna da turbina primária.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito motor compreender ainda, como parte integrante do sistema, um trocador de calor.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito motor compreender ainda, como parte integrante do sistema, um tanque auxiliar que inclui opcionalmente aquecedores alimentados pela energia elétrica gerada pelo dito turbo alternador, e que sustentam as resistências elétricas para adicionar calor ao dito ar.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por três dutos adicionais serem conectados ao dito tanque auxiliar: um duto de fornecimento de ar pressurizado aquecido ao motor, qual ar foi aquecido nas etapas operacionais anteriores; um duto de coleta de ar pressurizado no dito tanque auxiliar vindo do motor conforme ele opera quando, em uma etapa de liberação, ele estiver em um modo de operação em compressão de travamento; um duto que permite reduzir quaisquer resistências passivas geradas pela operação de sucção de ar tanto externo por meio das válvulas anti-vácuo operando por pressão negativa durante uma etapa de operação do pistão em passivo, como por meio do ar pressurizado acumulado no dito tanque auxiliar, pode fluir através das válvulas unidirecionais anti-vácuo na dita câmara de expansão.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito motor ser adaptado para operar de forma alternada, em um modo de liberação do mesmo, com a válvula de entrada de ar pressurizado em uma posição fechada da mesma, em um modo de operação do compressor, fornecendo um efeito de travamento sobre a transmissão e/ou membros de geração da operação mecânica.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito duto de ar pressurizado para alimentar o ar pressurizado na dita câmara de expansão compreender uma válvula elétrica dedicada para ajustar o fluxo de ar pressurizado a partir de dito tanque primário e/ou secundário ao dito dispositivo de acionamento.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito duto auxiliar vindo de dito dispositivo de acionamento compreender uma válvula elétrica para ajustar, de acordo com três ou mais etapas de ajuste, uma carga progressiva de dito tanque auxiliar pelo ar que retorna a partir de dito dispositivo de acionamento através de ditas válvulas anti-vácuo unidirecionais conforme opera em um modo de operação em compressão de travamento, em uma etapa de liberação da mesma.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito motor compreender, na dita válvula de saída ou descarga, uma válvula de portão elétrica (ou qualquer outra válvula de controle de efeito equivalente) que, na medida em que é acionada para conectar com a disposição do acelerador de liberação, fecha um acesso para o duto de descarga de ar externo aspirado e/ou a partir do tanque auxiliar para a câmara de expansão através de ditas válvulas anti-vácuo.
Motor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por, na etapa de liberação, o modo de operação de compressor de dito motor ser liberado, gerando assim um efeito de travamento sobre os membros de transmissão da operação mecânica e da transmissão, enquanto permite armazenar, no dito tanque secundário, o ar pressurizado a ser imediatamente utilizado conforme um dispositivo acelerador seja de novo aberto.