BR112012031108B1 - dispositivo para operar um motor bicombustível, método para controlar a operação de um motor bicombustível, sistema para operar um motor bicombustível e kit multiplataforma para adaptar um motor - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO PARA OPERAR UM MOTOR BIOCOMBUSTÍVEL, MÉTODO PARA CONTROLAR A OPERAÇÃO DE UM MOTOR BIOCOMBUSTÍVEL, SISTEMA PARA OPERAR UM MOTOR BIOCOMBUSTÍVEL E KIT MULTIPLATAFORMA PARA ADAPTAR UM MOTOR. Um dispositivo, um sistema e um método para operar um motor biocombustível utilizando um primeiro ou um segundo combustível ou um combustível misto compreendendo o dito primeiro tal como gasolina e o segundo combustível, tal como hidrogênio, compreendendo um processador (102), um conjunto de admissão de combustível (126, 128) controlado pelo processador (102) e instalado sobre o motor (134); uma bomba de ar (144, 146, 148) acoplada ao motor (134) e controlada pelo processador (102) para operar o motor (134) utilizando o segundo combustível ou o combustível misto preferivelmente em um modo pobre e um um modo comprimido utilizando controle de qualidade, de maneira que, quando operando com hidrogênio, o qual tipicamente leva a uma redução de potência de saída de motor, o motor (134) é preferivelmente operado em um modo comprimido e um modo pobre com a válvula borboleta (130) mantida em uma posição completamente aberta durante a operação em modo comprimido e pobre resultando em um motor mais eficiente com uma redução de perda de potência de saída de motor.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se, de modo geral, ao projeto e ao controle de motores de combustão interna que podem operar em dois combustíveis diferentes e à potência relativa dos motores nos diferentes combustíveis.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
Motores de combustão interna operam no princípio de acender uma mistura de ar e gasolina (ou outro combustível) dentro de um cilindro para causar combustão dentro do cilindro onde a energia liberada resultante é convertida em energia mecânica através do uso de um pistão dentro do cilindro que impulsiona um virabrequim. Um conjunto de admissão de combustível, tal como injetores de combustível gasolina, é utilizado para injetar gasolina para dentro de cilindros ou sistema de admissão do motor. Motores de combustão interna são tipicamente naturalmente aspirados, o que significa que o ar é extraído do ambiente na pressão atmosférica. Como resultado da combustão da mistura de combustível e ar dentro de um cilindro do motor, diferentes tipos de gases tóxicos e poluentes indesejados são criados no cilindro e passam através de um sistema de escape para um dispositivo geralmente chamado de conversor catalítico.
Tipicamente, motores de combustão interna (especialmente aqueles utilizados para automóveis) utilizam gasolina (ou diesel) como combustível, o qual, quando queimado em um motor de combustão interna, gera gases de escape, alguns dos quais são poluentes e/ou tóxicos. Outros combustíveis a base de carbono menos poluentes ou até mesmo combustíveis não baseados em carbono podem ser utilizados, porém muitos destes combustíveis quando misturados com ar não possuem o mesmo teor de energia (isto é, o "valor calorífico da mistura") para a potência de saída que quando queimando gasolina (isto é, gasolina misturada com ar) . É desejável, entretanto, utilizar alguns destes combustíveis porque eles podem ser utilizados no que pode ser chamado de operação em "modo pobre", onde praticamente nenhum gás tóxico ou poluente é gerado pelo processo de combustão. A operação no modo pobre refere-se à relação ar/combustível na qual o motor está sendo operado. Em particular, a relação da quantidade de ar e combustível em uma câmara de combustão do motor determinará se o motor está sendo operado em modo pobre ou modo rico. Para uma combustão ideal, a quantidade de ar e combustível utilizada para combustão em uma câmara de um motor se dá de maneira que não exista oxigênio ou combustível residuais restantes na câmara após a combustão, a relação ar/combustível particular é chamada de relação ar combustível estequiométrica. A relação ar combustível real, entretanto, pode não estar estequiométrica todo o tempo. Uma relação entre a relação ar combustível real e a relação ar combustível estequiométrica é chamada de À. A variável À é, assim, definida matematicamente como:
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Quando À = 1, o motor é operado na relação ar combustível estequiométrica porque a relação ar combustível real é igual à relação ar combustível estequiométrica conforme pode ser visto pela equação (1) acima. Para um valor de À < 1, considera-se que o motor está em modo rico. Para À > 1, considera-se que o motor está em modo pobre. Conforme pode ser visto a partir da equação (1) acima, no modo pobre, mais ar é utilizado na combustão do que no modo estequiométrico. Como resultado, na operação em modo pobre, apesar de ser mais desejável porque tal modo gera uma menor quantidade de gases nocivos e/ou poluentes, a perda de potência de saída do motor é exacerbada. A operação em modo pobre também resulta em uma operação relativamente altamente eficiente do motor, por causa do consumo de combustível relativamente baixo. Esta eficiência relativamente alta frequentemente não é realizada, porque motores a gasolina convencionais tipicamente não operam em modo pobre.
A eficiência refere-se ao consumo de combustível para uma potência de saída de motor definida. Quanto mais eficientemente um motor estiver operando, menor o consumo de combustível para uma potência de saída específica. O aumento da eficiência de um motor resulta na redução do consumo de combustível do motor. Em outras palavras, um motor pode gerar uma potência de saída específica ao consumir certa quantidade de combustível, porém o mesmo motor, quando operado eficientemente, pode gerar a mesma quantidade de potência de saída enquanto consome menos combustível. Uma maneira de aumentar a eficiência de um motor de combustão interna é operar o motor em modo pobre.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
A presente invenção é destinada a superar as desvantagens acima mencionadas da técnica anterior através da provisão de um dispositivo, um método é um sistema para operar um motor bicombustível, e através de um kit multiplataforma para adaptar um motor para converter o motor projetado para operar com um primeiro combustível, tal como um motor bicombustível capaz de operar também com um segundo combustível.
De acordo com a invenção, o dispositivo para operar um motor bicombustível utilizando um primeiro ou um segundo combustível, ou um combustível misto compreendendo os ditos primeiro e segundo combustíveis, compreende: um processador; um conjunto de admissão de combustível controlado pelo processador e instalado sobre o motor; uma bomba de ar acoplada ao motor e controlada pelo processador para operar o motor utilizando o segundo combustível ou o combustível misto, preferivelmente em um modo pobre, e em um modo comprimido utilizando controle de qualidade, e o método compreende o uso de um processador para controlar um conjunto de admissão de combustível e uma bomba de ar, ambos os quais são acoplados ao motor bicombustível, a operação do motor utilizando um primeiro combustível e a operação do motor preferivelmente em um modo pobre e em um modo comprimido utilizando controle de qualidade quando um segundo combustível ou um combustível misto compreendendo o primeiro combustível e o segundo combustível é utilizado, e adicionalmente onde a entalpia de gases de escape resultantes da combustão do segundo combustível com ar é menor que a entalpia dos gases de escape resultantes da combustão do primeiro combustível com ar.
O sistema, de acordo com a invenção, compreende o dispositivo no qual o processador e o conjunto de admissão de combustível podem ser colocalizados ou não colocalizados, e o kit multiplataforma compreende um processador; uma bomba de ar; um conjunto de admissão de combustível; onde o processador, a bomba de ar e o conjunto de admissão de combustível são instalados sobre o motor de maneira que o processador controle a bomba de ar e o conjunto de admissão de combustível para operar o motor utilizando o segundo combustível ou o combustível misto, preferivelmente em modo pobre e em um modo comprimido utilizando controle de qualidade.
O método, o dispositivo e o sistema da presente invenção proveem um motor projetado para operar com um primeiro combustível com o qual ele gera certa potência de saída do motor e o motor também é projetado para operar com um segundo combustível com o qual ele gera uma potência de saída menor. O motor é calibrado e adaptado com uma bomba de ar controlada por processador para reduzir significativamente a perda de potência de saída do motor quando o segundo combustível está sendo utilizado. Ao utilizar a bomba de ar durante operação, é dito que o motor está comprimido. O motor também é adaptado com um sistema de admissão de combustível para o segundo combustível e, ao utilizar o segundo combustível, o motor é operado em um modo pobre para melhorar a eficiência utilizando controle de qualidade. A calibração do motor para operar com hidrogênio (ou qualquer outro tipo de combustível) envolve determinar, calcular e definir os parâmetros do motor em certos valores para permitir tal operação. A adaptação de um motor refere-se à modificação e/ou ao ajuste de um motor naturalmente aspirado, um motor com turbocompressor ou um motor com compressor com os diversos componentes do dispositivo da presente invenção para operar de acordo com o método da presente invenção.
A presente invenção compreende uma bomba de ar que pode ser acoplada ao motor, um sistema ou conjunto de admissão de combustível para o segundo combustível que possa ser instalado sobre ou dentro do motor e um processador que controla a admissão de combustível e a bomba de ar para operar seletivamente o motor utilizando o segundo combustível. O conjunto de admissão de combustível pode compreender um sistema de admissão do combustível (por exemplo, injetores de combustível para os primeiro e segundo combustíveis) tanto para o primeiro quanto para o segundo combustível. 0 mesmo processador pode ser utilizado para operar o motor com o primeiro combustível. Ao utilizar o segundo combustível, o processador da presente invenção controla a bomba de ar para operar o motor em um modo comprimido para aumentar a potência de saída do motor e o processador opera o motor preferivelmente em um modo pobre para aumentar a eficiência do motor utilizando controle de qualidade. Como resultado, urn motor naturalmente aspirado possuirá uma perda de potência de saída significativamente reduzida quando operado com o segundo combustível no modo não comprimido, e o dito motor operará mais eficientemente utilizando operação em modo pobre e controle de qualidade. A compressão do segundo combustível gasoso gera aproximadamente a mesma potência de saída que o primeiro combustível naturalmente aspirado. 0 modo comprimido refere-se à operação do motor com a bomba de ar, a qual pode ser um turbocompressor operado com e/ou alimentado por gases de escape do motor. A bomba pode também ser um compressor (ou qualquer outra bomba) operado por sinais elétricos ou eletrônicos do processador. Como resultado, o motor pode gerar a mesma potência de saída com o segundo combustível que com o primeiro combustível quando operado em modo comprimido.
Em uma primeira realização da presente invenção, o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção adaptam e calibram um motor naturalmente aspirado operado com o primeiro combustível (por exemplo, um motor a gasolina) e também operado com um turbocompressor quando o segundo combustível é utilizado. O turbocompressor é selecionado para operação adequada como segundo combustível para permitir que o motor opere em um modo comprimido (ativado por turbocompressor) e preferivelmente em um modo pobre utilizando um segundo combustível tal como gás hidrogênio ou qualquer outro combustível. A operação do motor com o segundo combustível em operação naturalmente aspirada resulta em uma perda de potência de saída do motor. Entretanto, a operação do motor no modo comprimido com o segundo combustível (por exemplo, um combustível gasoso), por meio dos quais os gases de escape resultantes da combustão do segundo combustível são utilizados para controlar o turbocompressor, reduz significativamente a perda de potência de saída do motor. A potência de saída do motor é, assim, controlada pela quantidade do segundo combustível sendo injetada no motor utilizando controle de qualidade. O controle de qualidade é uma técnica por meio da qual a válvula borboleta do motor é mantida em uma posição completamente aberta, isto é, uma posição por meio da qual o fluxo de ar sendo bombeado ao motor não é restringido pela posição da válvula borboleta. Uma posição completamente aberta variará para diferentes tipos de motores dependendo do projeto da válvula borboleta e da velocidade do motor. "Completamente aberta", assim, se refere à abertura da válvula borboleta em uma posição de modo a não restringir o fluxo de ar para dentro do veículo (o ar sendo bombeado para o veículo pelo turbocompressor ou pelo compressor ou pela bomba de ar) . Como resultado, a perda de potência de saída do motor utilizando o segundo combustível é significativamente reduzida, porém o motor opera mais eficientemente. Para esta realização, o turbocompressor pode ser um turbocompressor de geometria variável (VTG - Variable Turbine Geometry) .
Em uma segunda realização da presente invenção, o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção adaptam e calibram um motor com turbocompressor ou um motor com compressor (isto é, motores originalmente projetados com um turbocompressor ou compressor) para permitir que o motor opere com o segundo combustível, preferivelmente em um modo pobre.
Para a segunda realização, no caso de um motor com turbocompressor, um segundo turbocompressor selecionado para operação adequada com o segundo combustível é adicionado. Tal turbocompressor é ativado durante a operação com o segundo combustível (por exemplo, hidrogênio), enquanto que o turbocompressor originalmente projetado é desativado ou desviado durante tal operação. Além disso, um compressor controlado por processador pode ser utilizado para operar o motor em um modo comprimido ao utilizar o segundo combustível.
Para a segunda realização, no caso de um motor com compressor, o compressor pode ser operado (isto é, controlado elétrica ou eletronicamente) em uma capacidade de potência apropriada para bombear a quantidade de ar adequada para dentro do motor quando o segundo combustível (por exemplo, hidrogênio) é utilizado pelo motor. Além disso, um turbocompressor pode ser adicionado ao motor para operar o motor em um modo comprimido utilizando os gases de escape resultantes da combustão do segundo combustível. Como resultado, para o caso de um segundo turbocompressor adicionado ou o uso de um compressor, a perda de potência devido ao uso do segundo combustível é reduzida significativamente. Conforme a primeira realização, o controle de qualidade durante a operação em modo pobre é utilizado quando o segundo combustível está sendo utilizado. Isto é, a válvula borboleta do motor é mantida em uma posição completamente aberta (isto é, nenhuma restrição de fluxo de ar para dentro da válvula borboleta) ao utilizar o segundo combustível em modo pobre para melhorar a eficiência do motor. A potência de saída do motor é, assim, controlada pela quantidade do segundo combustível sendo injetada no motor.
Em uma terceira realização da presente invenção, o dispositivo, o sistema e o método adaptam e calibram um motor com turbocompressor em que o turbocompressor originalmente projetado é removido e é substituído por um novo turbocompressor projetado para operar com os gases de escape do primeiro ou do segundo combustível. Os gases de escape resultantes da combustão do primeiro combustível possuem certa primeira entalpia ou faixa de entalpia. Os gases de escape resultantes da combustão do segundo combustível possuem certa segunda entalpia ou faixa de entalpia. Para esta realização e as outras realizações, entende-se que a combustão do combustível significa a combustão de um combustível com a quantidade adequada de ar. Este novo turbocompressor é projetado de modo que possa operar (isto é operado adequadamente) com os gases de escape resultantes da combustão do primeiro combustível ou da combustão do segundo combustível. Um exemplo em particular de tal turbocompressor é um turbocompressor VTG projetado para operar em uma faixa de temperatura de gases de escape relativamente ampla; este tipo de turbocompressor VTG será doravante chamado de turbocompressor Super VTG. Tal turbocompressor Super VTG, por exemplo, pode ser operado com gases de escape resultantes da combustão de gasolina ou da combustão de hidrogênio. Este turbocompressor Super VTG pode, em diversos casos, ser utilizado para operar com o primeiro ou o segundo combustível. Semelhante às outras realizações, este turbocompressor Super VTG reduz significativamente a perda de potência de motor de saída quando o motor é operado com o segundo combustível, preferivelmente em um modo pobre e utilizando controle de qualidade. Nesta realização, para um motor com compressor, um turbocompressor similar pode ser utilizado ou o compressor pode ser controlado pelo processador para operar adequadamente o motor para os diferentes tipos de combustíveis.
No caso onde o primeiro combustível é gasolina e o segundo combustível é hidrogênio, o motor pode ser seletivamente operado por um usuário como um motor a gasolina ou um motor a gás hidrogênio. Os termos hidrogênio e gás hidrogênio serão doravante utilizados intercambiavelmente para indicar os diversos estados do hidrogênio que podem ser utilizados nesta invenção reivindicada. Neste caso, o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção compreendem um processador, uma bomba de ar acoplada ao motor e implementada como um turbocompressor (ou compressor) selecionada para operação adequada com o segundo combustível, e um conjunto de admissão de combustível implementado com injetores de combustível hidrogênio e injetores de combustível gasolina montado sobre o motor, onde tanto os injetores de combustível hidrogênio quanto o turbocompressor (ou compressor) são controlados pelo processador para operar o motor utilizando gás hidrogênio. Ao utilizar gás hidrogênio, o qual gera menor potência do que gasolina, o motor é preferivelmente operado em um modo comprimido (com turbocompressor ou compressor) e em um modo pobre utilizando controle de qualidade. Consequentemente, a perda de potência de saída do motor resultante da operação com combustíveis, tais como hidrogênio ou outros combustíveis gasosos, comparada com combustíveis líquidos, tais como gasolina, pode ser significativamente reduzida ao utilizar o método, o dispositivo e o sistema da presente invenção.
O método, o dispositivo e o sistema da presente invenção proveem um motor projetado para operar com um primeiro combustível com o qual ele gera certa potência de saída do motor e o motor também é projetado para operar com um segundo combustível com o qual ele gera uma potência de saída menor. 0 motor é calibrado e adaptado com uma bomba de ar controlada por processador para reduzir significativamente a perda de potência de saída do motor quando o segundo combustível está sendo utilizado. Ao utilizar a bomba de ar durante operação, é dito que o motor está comprimido. O motor também é adaptado com um sistema de admissão de combustível para o segundo combustível e, ao utilizar o segundo combustível, o motor é operado em um modo pobre para melhorar a eficiência utilizando controle de qualidade. A calibração do motor para operar com hidrogênio (ou qualquer outro tipo de combustível) envolve determinar, calcular e definir os parâmetros do motor em certos valores para permitir tal operação. A adaptação de um motor refere-se à modificação e/ou ao ajuste de um motor naturalmente aspirado, um motor com turbocompressor ou um motor com compressor com os diversos componentes do dispositivo da presente invenção para operar, de acordo com o método da presente invenção.
A presente invenção compreende uma bomba de ar que pode ser acoplada ao motor, um sistema ou conjunto de admissão de combustível para o segundo combustível que pode ser instalado sobre ou dentro do motor e um processador que controla a admissão de combustível e a bomba de ar para operar seletivamente o motor utilizando o segundo combustível. O conjunto de admissão de combustível pode compreender um sistema de entrega do combustível (por exemplo, injetores de combustível para os primeiro e segundo combustíveis) tanto para o primeiro quanto para o segundo combustíveis. O mesmo processador pode ser utilizado para operar o motor com o primeiro combustível. Ao utilizar o segundo combustível, o processador da presente invenção controla a bomba de ar para operar o motor em um modo comprimido para aumentar a potência de saída do motor e o processador opera o motor preferivelmente em um modo pobre para aumentar a eficiência do motor utilizando controle de qualidade. Como resultado, um motor naturalmente aspirado possuirá uma perda de potência de saída significativamente reduzida quando operado com o segundo combustível no modo comprimido, e o dito motor operará mais eficientemente utilizando operação em modo pobre e controle de qualidade. O modo comprimido refere-se à operação do motor com a bomba de ar, a qual pode ser um turbocompressor operado com e/ou alimentado por gases de escape do motor. A bomba pode também ser um compressor (ou qualquer outra bomba) operado por sinais elétricos ou eletrônicos do processador. Como resultado, o motor pode gerar a mesma potência de saída com o segundo combustível do que com o primeiro combustível quando operado em modo comprimido.
Em uma primeira realização da presente invenção, o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção adaptam e calibram um motor naturalmente aspirado operado com o primeiro combustível (por exemplo, um motor a gasolina) e também operado com um turbocompressor quando o segundo combustível é utilizado. O turbocompressor é selecionado para operação adequada com o segundo combustível para permitir que o motor opere em um modo comprimido (ativado por turbocompressor) e preferivelmente em um modo pobre utilizando um segundo combustível tal como gás hidrogênio ou qualquer outro combustível cujos gases de escape possuem menor entalpia do que a entalpia dos gases de escape do primeiro combustível. A operação do motor com o segundo combustível em operação naturalmente aspirada resulta em uma perda de potência de saída do motor. Entretanto, a operação do motor no modo comprimido com o segundo combustível (por exemplo, um combustível gasoso), por meio do qual os gases de escape resultantes da combustão do segundo combustível são utilizados para controlar o turbocompressor, reduz significativamente a perda de potência de saída do motor. A potência de saída do motor é, assim, controlada pela quantidade do segundo combustível sendo injetada no motor, quando em modo comprimido, utilizando controle de qualidade. 0 controle de qualidade é uma técnica por meio da qual a válvula borboleta do motor é mantida em uma posição completamente aberta, isto é, uma posição por meio da qual o fluxo de ar sendo bombeado ao motor não é restringido pela posição da válvula borboleta. Uma posição completamente aberta variará para diferentes tipos de motores dependendo do projeto da válvula borboleta e da velocidade do motor. "Completamente aberta", assim, se refere à abertura da válvula borboleta em uma posição de modo a não restringir o fluxo de ar para dentro do veículo (o ar sendo bombeado para o motor pelo turbocompressor ou pelo compressor ou pela bomba de ar). Como resultado, a perda de potência de saída do motor utilizando o segundo combustível é significativamente reduzida e o motor opera mais eficientemente. Para esta realização, o turbocompressor pode ser um turbocompressor de geometria variável (VTG).
Em uma segunda realização da presente invenção, o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção adaptam e calibram um motor com turbocompressor ou um motor com compressor (isto é, motores originalmente projetados com um turbocompressor ou um compressor) para permitir que o motor opere com o segundo combustível, preferivelmente em um modo pobre.
Para a segunda realização, no caso de um motor com turbocompressor, um segundo turbocompressor selecionado para operação adequada com o segundo combustível é adicionado. Tal turbocompressor é ativado durante a operação com o segundo combustível (por exemplo, hidrogênio), enquanto que o turbocompressor originalmente projetado é desativado ou desviado durante tal operação. Além disso, um compressor controlado por processador pode ser utilizado para operar o motor em um modo comprimido ao utilizar o segundo combustível.
Para a segunda realização, no caso de um motor com compressor, o compressor pode ser operado (isto é, controlado elétrica ou eletronicamente) em uma capacidade de potência apropriada para bombear a quantidade de ar adequada para dentro do motor quando o segundo combustível (por exemplo, hidrogênio) é utilizado pelo motor. Além disso, um turbocompressor pode ser adicionado ao motor para operar o motor em um modo comprimido utilizando os gases de escape resultantes da combustão do segundo combustível. Como resultado, para o caso de um segundo turbocompressor adicionado ou o uso de um compressor, a perda de potência devido ao uso do segundo combustível é reduzida significativamente. Conforme a primeira realização, o controle de qualidade durante a operação em modo pobre é utilizado quando o segundo combustível está sendo utilizado. Isto é, a válvula borboleta do motor é mantida em uma posição completamente aberta (isto é, nenhuma restrição de fluxo de ar para dentro da válvula borboleta) ao utilizar o segundo combustível em modo pobre para melhorar a eficiência do motor. A potência de saída do motor é, assim, controlada pela quantidade do segundo combustível sendo injetada no motor.
Em uma terceira realização da presente invenção, o dispositivo, o sistema e o método adaptam e calibram um motor com turbocompressor em que o turbocompressor originalmente projetado é removido e é substituído por um novo turbocompressor projetado para operar com os gases de escape do primeiro ou do segundo combustível. Os gases de escape resultantes da combustão do primeiro combustível possuem certa primeira entalpia ou faixa de entalpia. Os gases de escape resultantes da combustão do segundo combustível possuem certa segunda entalpia ou faixa de entalpia. Para esta realização e as outras realizações, entende-se que a combustão do combustível significa a combustão de um combustível com a quantidade adequada de ar. Este novo turbocompressor é projetado de modo que possa operar (isto é operado adequadamente) com os gases de escape resultantes da combustão do primeiro combustível ou da combustão do segundo combustível. Um exemplo em particular de tal turbocompressor é um turbocompressor VTG projetado para operar em uma faixa de temperatura de gases de escape relativamente ampla; este tipo de turbocompressor VTG será doravante chamado de turbocompressor Super VTG. Tal turbocompressor Super VTG, por exemplo, pode ser operado com gases de escape resultantes da combustão de gasolina ou da combustão de hidrogênio. Este turbocompressor Super VTG pode, em diversos casos, ser utilizado para operar com o primeiro ou o segundo combustível. Semelhante às outras realizações, este turbocompressor Super VTG reduz significativamente a perda de potência de motor de saída quando o motor é operado com o segundo combustível, preferivelmente em um modo pobre e utilizando controle de qualidade. Nesta realização, para um motor com compressor, um turbocompressor similar pode ser utilizado ou o compressor pode ser controlado pelo processador para operar adequadamente o motor para os diferentes tipos de combustíveis.
No caso onde o primeiro combustível é gasolina e o segundo combustível é hidrogênio, o motor pode ser seletivamente operado por um usuário como um motor a gasolina ou um motor a gás hidrogênio. Os termos hidrogênio e gás hidrogênio serão doravante utilizados intercambiavelmente para indicar os diversos estados do hidrogênio que podem ser utilizados nesta invenção reivindicada. Neste caso, o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção compreendem um processador, uma bomba de ar acoplada ao motor e implementada como um turbocompressor (ou compressor) selecionada para operação adequada com o segundo combustível, e um conjunto de admissão de combustível implementado com injetores de combustível hidrogênio e injetores de combustível gasolina montado sobre o motor, onde tanto os injetores de combustível hidrogênio quanto o turbocompressor (ou compressor) são controlados pelo processador para operar o motor utilizando gás hidrogênio. Ao utilizar gás hidrogênio, o qual gera menor potência do que gasolina, o motor é preferivelmente operado em um modo comprimido (com turbocompressor ou compressor) e em um modo pobre utilizando controle de qualidade. Consequentemente, a perda de potência de saída do motor resultante da operação com combustíveis, tais como hidrogênio ou outros combustíveis gasosos, comparada com combustíveis líquidos, tais como gasolina, pode ser significativamente reduzida ao utilizar o método, o dispositivo e o sistema da presente invenção.
Deve ser observado que, em casos onde a mistura de ar e o segundo combustível possuir menor valor calorífico de mistura (isto é, menor teor de energia) do que a mistura de ar e o primeiro combustível, a entalpia dos gases de escape do segundo combustível for menor que a entalpia dos gases de escape do primeiro combustível. Os gases de escape do primeiro combustível resultam da combustão do dito primeiro combustível dentro do motor. De maneira semelhante, os gases de escape do segundo combustível são um resultado da combustão do segundo combustível dentro do motor.
Deve também ser observado que o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção se aplicam a motores chamados de motores de ciclo Otto, os quais incluem motores de combustão interna a gasolina e motores de combustão interna a Diesel convertidos para operar com gasolina ou gás natural comprimido (CNG). Sabe-se que motores a Diesel podem ser convertidos em motores de ciclo Otto, tais como (1) motores de combustão interna movidos a CNG ou (2) motores de combustão interna movidos a gasolina.
Deve ser adicionalmente observado que, para a segunda realização, no caso de um motor com compressor e para a terceira realização, o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção podem operar com um combustível misto. A operação em combustível misto refere-se à injeção dos primeiro e segundo combustíveis na câmara do motor de modo que a combustão ocorra como resultado da ignição de uma mistura do primeiro combustível, do segundo combustível e ar na câmara do motor. Isto é, o combustível utilizado para operar estas realizações compreende tanto o primeiro combustível quanto o segundo combustível, isto é, um combustível misto. O combustível misto compreende uma porção do primeiro combustível e uma porção do segundo combustível. As porções relativas dos primeiro e segundo combustíveis determinarão a entalpia dos gases de escape resultantes da combustão do combustível misto.
A presente invenção foi descrita no contexto de um motor bicombustível operando em um primeiro combustível (por exemplo, gasolina) ou um segundo combustível. Um motor a gasolina de veículo naturalmente aspirado convencional pode ser adaptado e calibrado para queimar gás hidrogênio utilizando um turbocompressor ou um compressor ou algum tipo de bomba de ar conhecida. A calibração do motor para operar com hidrogênio (ou qualquer outro tipo de combustível) envolve determinar, calcular e definir os parâmetros do motor em certos valores para permitir tal operação. A adaptação de um motor refere-se à modificação e/ou ao ajuste de um motor naturalmente aspirado, um motor com turbocompressor ou um motor com compressor com os diversos componentes do dispositivo da presente invenção para operar de acordo com o método da presente invenção.
Uma maneira na qual um motor pode ser adaptado é utilizar componentes de um kit multiplataforma compreendendo diversos componentes tais como um invólucro, um processador armazenado no invólucro, uma bomba de ar controlada por processador (por exemplo, turbocompressor, compressor), uma válvula borboleta controlada por processador, um pedal de acelerador elétrico e um conjunto de admissão de combustível controlado por processador (por exemplo, coletor de admissão previamente furado e injetores de combustível para os combustíveis primário e secundário). Isto é, o dispositivo da presente invenção é preparado ou embalado como um kit multiplataforma. Os furos previamente furados do coletor de admissão possuem os diâmetros adequados para instalação de injetores do primeiro e do segundo combustível, os quais também fazem parte do kit. Por exemplo, um motor sendo adaptado para tornar-se um motor bicombustível que opere com gasolina como o primeiro combustível e hidrogênio como o segundo combustível pode ser equipado com um coletor de admissão previamente furado, onde os furos previamente furados do coletor de admissão são aberturas através das quais os injetores de combustível podem ser montados. Além disso, os injetores do primeiro e do segundo combustível podem ser instalados ou posicionados sobre ou próximos ao motor, de modo que eles possam injetar seus respectivos combustíveis diretamente para dentro do cilindro ou da câmara do motor; esta técnica é chamada de injeção direta. O kit pode adicionalmente compreender um pedal acelerador elétrico que pode ser acoplado ao processador 102 através de linhas de controle e linhas de entrada ao processador 102 para permitir que o processador determine a posição do pedal em um instante particular no tempo. O termo 'multiplataforma'refere-se à capacidade de utilizar o mesmo kit ou um kit similar para adaptar diferentes tipos de motores de combustão interna. Para variações no tamanho e no projeto do motor, certos componentes do kit podem ser modificados, porém o conjunto básico de componentes de um kit multiplataforma permanece praticamente o mesmo de motor para motor. Por exemplo, o coletor de admissão pode ser menor ou maior ou de formato diferente para diferentes motores, porém o componente básico de um coletor de admissão é constante para todos os kits. Versões alternativas do kit multiplataforma podem não possuir um processador; em vez disso, pode ser baixado um software possuindo instruções para operar o motor conforme o método da presente invenção para o ECU do motor sendo adaptado. 0 software baixado pode complementar o software existente no ECU para operar adequadamente o motor. O kit multiplataforma é, assim, um agrupamento de componentes que, quando instalados adequadamente em um motor convencional (naturalmente aspirado, com turbocompressor ou com compressor) para adaptar o motor, permite que o motor opere como um motor bicombustível, onde pelo menos um dos combustíveis pode ser um combustível não baseado em carbono (por exemplo, hidrogênio).
Será prontamente entendido, entretanto, que motores originalmente projetados para especificamente operarem de acordo com o método, o dispositivo e o sistema da presente invenção podem também ser utilizados e, assim, a presente invenção não é limitada a motores adaptados. Isto é, a presente invenção pode ser implementada com um motor originalmente projetado e fabricado para operar de acordo com o método, o dispositivo e o sistema da presente invenção. Será também prontamente entendido que o método, o dispositivo e o sistema da presente invenção não são limitados ao motor a gasolina convencional adaptado em particular mostrado na Figura 2; o motor particular na Figura 2 é utilizado para facilidade de explicação. Ao operar um motor de combustão interna com hidrogênio, (isto é, gás hidrogênio, H2) o dispositivo, o método e o sistema da presente invenção permitem mais potência em menor velocidade do motor (isto é, mais torque no limite inferior) e emissões de óxidos de nitrogênio reduzidas em menores velocidades do motor. Os termos hidrogênio e gás hidrogênio conforme utilizados neste documento são utilizados intercambiavelmente para indicar os diversos estados do hidrogênio que podem ser utilizados nesta invenção reivindicada.
O dispositivo, o sistema e o método da presente invenção foram descritos em termos de diversas realizações conforme descrito neste documento. Será prontamente entendido que as realizações reveladas neste documento não limitam de maneira alguma o escopo da presente invenção. Um técnico no assunto ao qual esta invenção pertence pode, após ter lido a revelação, implementar o dispositivo, o sistema e o método da presente invenção utilizando outras implementações que são diferentes daquelas reveladas neste documento, porém que estão dentro do escopo da invenção reivindicada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Doravante, aspectos e realizações da invenção serão descritos com base nos desenhos, em que A Figura 1 mostra uma realização do dispositivo e sistema da presente invenção; A Figura 2 mostra um fluxograma do método da presente invenção,
REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
A Figura 1 mostra uma realização do dispositivo e sistema da presente invenção. 0 processador 102 possui uma pluralidade de linhas de controle 104, 180, 106, 108, 110, 112, 114 e 116 para controlar a válvula 14 0, a válvula de alívio 178, as válvulas 136, 150, 152, a válvula borboleta 130, os injetores de combustível gasolina 126 e os injetores de combustível hidrogênio 128, respectivamente. O processador possui I1; I2...IN entradas, onde N é um número inteiro igual a 1 ou maior. O processador 102 pode ser um microprocessador, um microcontrolador ou um computador, qualquer um dos quais pode ser programado para controlar e operar o motor conforme descrito neste documento. Alternativamente, uma unidade de controle eletrônico (ECU) de motor de veículo pode ser programada para realizar as tarefas do processador 102, evitando, assim, o uso de um processador 102 separado. As entradas são sinais de diversos sensores de motor, monitores e indicadores de estado. Por exemplo, as entradas podem compreender diversos parâmetros de motor, tais como pressão do motor, velocidade do motor, temperatura do motor, pressão de alimentação, operação da bomba de vácuo, posição do pedal de aceleração, posição da válvula borboleta, saída do sensor de H2, saída do sensor de À e saída do sensor de fluxo de massa do ar. Os parâmetros do motor são variáveis que, quando analisadas, refletem o estado de um motor e sua operação. Os valores de um ou mais parâmetros do motor podem ser processados, manipulados e/ou modificados para controlar a operação do motor. A calibração do motor para operar com gás hidrogênio (ou qualquer outro combustível) envolve determinar, calcular e definir os diversos parâmetros do motor para permitir tal operação. Os sinais de entrada atingem o processador 102 através de qualquer maneira conhecida de transportar sinais a um processador. Por exemplo, os sinais podem fazer parte de um sistema de comunicação sem fio, sinais ópticos, sinais elétricos e/ou sinais eletrônicos. 0 processador 102 controla indiretamente a operação do turbocompressor através do controle da válvula de alívio 178 e das válvulas, 150 e 152. O turbocompressor compreende uma turbina 14 8 acoplada ao eixo 14 6, o qual impulsiona o compressor 144. As válvulas 136 e 140 são posicionadas dentro ou ao longo dos condutos de admissão de ar 170 e 160 respectivamente, para controlar o fluxo de ar dentro de tais condutos de admissão de ar, ambos os quais são acoplados à válvula borboleta 130. As válvulas 150 e 152 são posicionadas dentro ou ao longo dos tubos de escape 162 e 158, respectivamente, para controlar o fluxo de gás de escape dentro de tais tubos de escape, ambas as quais estão acopladas ao conversor catalítico 156 através do tubo de escape 154. As válvulas 150 e 152 servem para rotear os gases de escape através do tubo de escape 158 para desviar da válvula de alívio 178 e do turbocompressor 144, 146, 148. A válvula de alívio 178 é posicionada ao longo ou dentro do tubo de escape 163 para controlar os gases de escape que fluem através deste tubo de escape, o que serve como uma rota de desvio do turbocompressor para pelo menos uma porção dos gases de escape roteados para ativar o turbocompressor. O motor 134 possui o coletor de admissão 132, sobre o qual os injetores de combustível gasolina controlados por processador 126 e os injetores de combustível hidrogênio controlados por processador 128 são instalados. Os injetores de combustível para o segundo combustível e/ou para o primeiro combustível podem também estar posicionados dentro de câmaras do motor para uma disposição geralmente chamada de injeção direta. O combustível gasolina é alimentado aos injetores de combustível gasolina 126 através da linha de combustível 122 a partir do tanque de combustível 118. O combustível hidrogênio é alimentado aos injetores de combustível hidrogênio 128 através da linha de combustível 124 a partir do tanque de combustível 120. O motor 134 adicionalmente possui um coletor de escape 138 a partir do qual o tubo de escape 162 se estende. Durante a operação do motor 134, os gases de escape escapam através do tubo de escape 162 e são roteados para ativar a turbina 14 8 do turbocompressor ou é feito com que eles desviem do turbocompressor ao roteá-los através do tubo de escape 158 para o conversor catalítico 156 e emitidos para o ambiente externo. A operação com gasolina como o primeiro combustível, resultando em uma maior potência de saída do que hidrogênio, é agora discutida.
Ao utilizar gasolina como o primeiro combustível, o método, o dispositivo e o sistema da presente invenção controlam as diversas válvulas para evitar a operação do turbocompressor. O motor é, assim, operado no modo sem compressão. Em particular, no lado de admissão do motor 134, o processador 102 controla a válvula borboleta 130 e os injetores de combustível gasolina 126 para injetar a quantidade adequada de gasolina e extrair a quantidade adequada de ar para dentro do coletor de admissão 132 com base nos parâmetros do motor em uma maneira conhecida. Uma vez que o motor 134 é naturalmente aspirado, o processador 102 abre a válvula 14 0, permitindo, assim que o ar fresco seja extraído para dentro da válvula borboleta 130 por meio do conduto de admissão de ar 160, utilizando os caminhos 168 e 182, conforme exibido. O processador 102 controla a posição da válvula borboleta 130 para prover as condições adequadas de ar para misturar com a gasolina injetada dentro das câmaras do motor 134. No lado de escape do motor 134, os gases de escape emanando do tubo 162 do coletor de escape 138 são roteados através do tubo de escape 158 tomando o caminho 166, conforme exibido. O caminho tomado pelos gases de escape é um resultado do processador 102 abrindo a válvula 152 e fechando a válvula. 150, evitando, assim, que os gases de escape ativem a turbina 148. Os gases de escape desviam do turbocompressor fluindo através do tubo de escape 158 para o tubo de escape 154 para o conversor catalítico 156, após o qual eles são emitidos ao ambiente. A operação do motor utilizando gasolina pode ser selecionada através do uso de um seletor de combustível (não exibido) pelo operador, o qual pode desejar trocar a operação para um segundo combustível, tal como hidrogênio. Para um motor naturalmente aspirado no modo sem compressão, o ar é extraído para o motor e não são utilizados turbocompressor nem bomba de ar. No modo comprimido, o turbocompressor é ativado utilizando os gases de escape do segundo combustível. As operações de modo comprimido são agora descritas para as diversas realizações.
Ainda em referência à Figura 1, para a primeira realização, onde o motor é naturalmente aspirado, a turbina 148, o eixo 146 e o compressor 144 compreendem o turbocompressor. No modo comprimido, o turbocompressor é ativado pelos gases de escape, os quais são roteados para ativar a turbina 148 do turbocompressor e continuar através do caminho 172 para um conversor catalítico 156. O roteamento é feito pelo processador, fechando a válvula 152 e abrindo a válvula 150, permitindo que os gases de escape ativem a turbina 148 do turbocompressor. A turbina 148, então, gira o eixo 146, o qual opera o compressor 144, fazendo com que o dito compressor bombeie ar fresco para dentro da válvula borboleta 130 através dos caminhos 174 e 176. A válvula 140 é também fechada pelo processador 102. No seu caminho para a válvula borboleta 130, o ar é resfriado pelo intercooler 142. A válvula de alívio 178 é aberta ou fechada pelo processador para controlar a pressão de alimentação do motor. Isto é, é feito com que parte dos gases de escape desvie da turbina através do tubo de escape 163 conforme mostrado pelo caminho 164 .
Para a segunda realização, a turbina 148, o eixo 146 e o compressor 144 constituem o segundo turbocompressor. Caso um compressor for utilizado, o segundo turbocompressor mostrado na Figura 1 é substituído por um compressor (não mostrado) , isto é, uma bomba de ar controlada eletronicamente. Para facilidade de ilustração, o turbocompressor originalmente projetado não é mostrado, mas é entendido que seja disposto na mesma maneira que o segundo turbocompressor adicionado mostrado na Figura 1. O segundo turbocompressor é ativado em uma maneira similar à descrita na primeira operação em modo comprimido. Isto é, o segundo turbocompressor é ativado em um modo similar ao da primeira realização utilizando os gases de escape do segundo combustível. No caso de um motor com compressor, o compressor originalmente projetado é ativado através de sinais de controle do processador 102. Alternativamente, para um motor com compressor, um segundo turbocompressor pode ser utilizado em vez de utilizar o compressor original para operar o motor utilizando o segundo combustível. Ao utilizar o segundo combustível, o motor é preferivelmente operado em um modo pobre utilizando controle de qualidade.
Para a terceira realização, o turbocompressor exibido pode ser um turbocompressor (por exemplo, um turbocompressor Super VTG) projetado para operar em uma faixa definida de temperaturas de gás e/ou entalpias e/ou faixas de entalpia e, assim, pode ser ativado durante a operação com o primeiro ou o segundo combustível. Este turbocompressor é ativado utilizando os gases de escape do segundo combustível em uma maneira similar ao que é descrito e exibido na Figura 1. Ao utilizar o segundo combustível, o motor é preferivelmente operado em um modo pobre utilizando controle de qualidade.
Deve ser observado que hidrogênio pode ser utilizado como um combustível por um motor de combustão interna com a mistura adequada de hidrogênio e ar para o que é chamado de operação "pobre". Dependendo do motor particular, a operação em modo pobre com hidrogênio para diversas faixas de valores de À resulta em poucas ou nenhuma emissão de gases de escape nocivos. A presente invenção não é limitada a hidrogênio como o segundo combustível; outros combustíveis não baseados em carbono podem ser utilizados no lugar de hidrogênio. Um combustível não baseado em carbono é matéria que pode entrar em combustão em um motor de combustão interna onde nenhum dos componentes atômicos ou moleculares da matéria é carbono.
Um operador do motor pode ser capaz de operar um interruptor seletor de combustível (não exibido) para determinar sob qual combustível o motor deve ser operado. 0 interruptor seletor de combustível (não mostrado) pode ser acoplado ou conectado ao processador 102 como uma de suas entradas li, , IN. O interruptor seletor de combustível indica ao processador sob qual combustível o motor deve ser operado.
Quando o interruptor seletor de combustível é definido para o segundo combustível (por exemplo, operação com hidrogênio), o método, o sistema e o dispositivo da presente invenção operam o motor 134 com o processador 102 controlando a admissão (isto é, a admissão de ar e a admissão de combustível) e os lados de escape do motor utilizando controle de qualidade. 0 segundo combustível é misturado com o ar para operar o motor preferivelmente em modo pobre. O processador 102 controla os injetores de combustível hidrogênio 128 através de uma linha de controle 116 para injetar gás hidrogênio no motor, controlando, assim, a admissão de combustível do motor. 0 processador 102 abre a válvula borboleta 130 e mantém a válvula borboleta 130 em uma posição completamente aberta (a válvula borboleta 130 aberta de modo a não restringir o fluxo de ar) ; isto é chamado de controle de qualidade. Quando um aumento na potência de saída é exigido, a quantidade de combustível sendo injetado é aumentada. Além disso, o processador 102 ativa o turbocompressor 148, 146, 144 fechando a válvula 152 e abrindo a válvula 150, permitindo que os gases de escape ativem a turbina 148, fazendo com que o eixo 146 rotativamente ative ou impulsione o compressor 144, resultando em ar fresco sendo bombeado para dentro do conduto de admissão de ar 170. No lado de admissão do motor, o processador 102 abre a válvula 136 e fecha a válvula 140 para rotear o ar fresco bombeado para o caminho 176 para a válvula borboleta 130, controlando, assim, a admissão de ar do motor. Quando o ar fresco flui para a válvula borboleta 130 (mantida em uma posição completamente aberta), ele é resfriado por qualquer dispositivo refrigerador conhecido 142 posicionado ao longo do conduto de admissão de ar 17 0. Além disso, o processador 102 controla a válvula de alívio 178 através da linha de controle 180 para permitir que parte do ar de escape flua para desviar do turbocompressor através do tubo de escape 163, através dos caminhos 164 e 172 para controlar a quantidade de gases de escape que ativam o turbocompressor para modificar (isto é, aumentar ou diminuir) a pressão de alimentação do motor e, assim, a potência de saída do motor.
O dispositivo da presente invenção foi descrito em termos de um veículo a gasolina adaptado e calibrado para operar como um motor bicombustível utilizando gás hidrogênio como o segundo combustível. Outros combustíveis, tais como Gás Natural Comprimido (CNG) também podem ser utilizados como o segundo combustível com o dispositivo da presente invenção e etanol pode também ser utilizado como o primeiro combustível do dispositivo da presente invenção. Um motor originalmente projetado (não necessita de adaptação) construído para operar com um primeiro combustível de gasolina (ou outros combustíveis líquidos tais como etanol) e segundos combustíveis tais como hidrogênio ou outros combustíveis gasosos podem também ser utilizados como parte do dispositivo da presente invenção. Além disso, o motor, adaptado ou originalmente projetado para operar com a invenção reivindicada, pode ser um motor naturalmente aspirado, um motor com turbocompressor, ou um motor com compressor.
Será prontamente entendido que a Figura 1 pode também representar um sistema no qual um motor de combustão interna é calibrado e adaptado para operar conforme descrito com diversas modificações, conforme pode ser considerado por um técnico no assunto ao qual esta invenção pertence. Por exemplo, o sistema da presente invenção pode ser utilizado para gerar eletricidade, em que diversas partes do sistema não são colocalizadas, mas sim localizadas em distâncias relativamente grandes uma da outra. Por exemplo, o processador pode estar a milhas de distância do motor e do sistema de alimentação de combustível e controla estes componentes através de um sistema de comunicação. Em geral, quando diversas partes de um sistema são consideradas não colocalizadas, isto se refere à disposição destas partes de modo que elas não possam ser combinadas em um dispositivo que é portátil ou faz parte de um sistema portátil tal como um veículo. Diversos tubos de escape (por exemplo, 158, 162 e 163) e condutos de admissão de ar (por exemplo, 160, 170) podem possuir distâncias relativamente muito maiores e, assim, podem necessitar de bombas adicionais para permitir os fluxos de ar. Além disso, as linhas de controle e as linhas de entrada do processador 102 podem fazer parte de um sistema de comunicação geral que pode ser implementado como um sistema óptico, um sistema elétrico de par trançado ou um sistema de comunicação sem fio.
O método da presente invenção é mostrado na Figura 2, em que o motor 134 opera em um primeiro combustível de certa potência de saída ou em um segundo combustível, onde o dito segundo combustível gera uma potência de saída menor que o primeiro combustível. O motor 134 pode ser um motor naturalmente aspirado adaptado e calibrado ou ele pode ser um motor originalmente projetado com turbocompressor ou compressor. Na etapa 202, o sistema é ligado. O processador 102 e os atuadores associados (não exibidos) que possam ou não fazer parte das válvulas, da válvula borboleta, da válvula de alívio e do turbocompressor são ativados. O processador 102 lê o estado do interruptor seletor de combustível (não mostrado na Figura 1) que pode ser operado por um operador antes de ligar o veículo.
Na etapa 204, o método da presente invenção determina qual combustível foi selecionado pelo operador do motor. Em particular, o processador 102 lê o estado do interruptor seletor de combustível. Na etapa 204, se o processador determinou que o segundo combustível foi selecionado, o método da presente invenção move para a etapa 210. Devido ao fato de o segundo combustível gerar uma menor potência de saída de motor, o método da presente invenção operará o motor em modo comprimido, o que significa que uma bomba de ar (por exemplo, um turbocompressor ou um compressor) é utilizada para bombear ar para o motor em uma pressão maior que a pressão atmosférica utilizando controle de qualidade. Para um motor naturalmente aspirado adaptado com um turbocompressor ou compressor, o processador 102 é programado para operar o motor em modo comprimido (isto é, ativando o turbocompressor ou o compressor) quando o segundo combustível for selecionado.
Na etapa 210, para a primeira realização, o processador 102 define as válvulas para operar o motor em um modo comprimido conforme descrito acima e preferivelmente em um modo pobre utilizando controle de qualidade. Em particular, na etapa 212, o processador 102 re-roteia os gases de escape para operar a válvula de alívio 17 8 e a válvula borboleta 130 do turbocompressor (148, 146, 144) para controlar a quantidade de ar bombeado para o motor 134, conforme foi descrito acima. No modo comprimido, a válvula borboleta 130 pode ser mantida em uma posição completamente aberta (isto é, utilizando o controle de qualidade). Para um motor naturalmente aspirado adaptado com um compressor, o processador 102 controla e opera o compressor para bombear a quantidade adequada de ar para o motor. Para a segunda realização, o segundo turbocompressor é ativado e é impulsionado ou operado utilizando os gases de escape do segundo combustível conforme foi descrito acima. O turbocompressor originalmente projetado é desativado. Além disso, em vez de adicionar um segundo turbocompressor, um compressor controlado por processador pode ser adicionado para operar o motor no modo comprimido, com operação pobre utilizando controle de qualidade ao operar com o segundo combustível. No caso de um motor com compressor, o compressor é ativado; e adequadamente operado por sinais de controle do processador 102 para operação com compressão utilizando controle de qualidade para o segundo combustível. Alternativamente, para um motor com compressor, um turbocompressor pode ser adicionado para operar o motor em modo comprimido, em operação pobre utilizando controle de qualidade conforme foi descrito acima. Para a terceira realização, o turbocompressor com uma faixa de temperatura definida (por exemplo, um turbocompressor VTG com uma faixa de temperatura relativamente- ampla, isto é, um Super VTG) é ativado utilizando os gases de escape do segundo combustível conforme descrito em relação à Figura 1. Tal turbocompressor que possui uma faixa de temperatura de operação definida pode ser projetado para operar com os gases de escape dos primeiro ou segundo combustíveis. 0 controle de qualidade é utilizado para operar o motor para todas as três realizações quando o segundo combustível é selecionado. Além disso, para todas as três realizações, o motor é preferivelmente operado em um modo pobre quando o segundo combustível é selecionado.
Retornando à etapa 204, se o interruptor seletor de combustível indicar ao processador 102 que o primeiro combustível foi selecionado, o método da presente invenção move para a etapa 2 06. Na etapa 2 06, para a primeira realização (isto é, motor naturalmente aspirado), o método da presente invenção opera o motor 134 no modo sem compressão, conforme foi descrito acima. Para a primeira realização, o processador 102 é programado para operar o motor em um modo sem compressão quando o primeiro combustível é selecionado. Em particular, o processador 102 define as válvulas e controla os injetores de combustível para desviar do uso do turbocompressor.
Na primeira realização, para um motor naturalmente aspirado utilizando o primeiro combustível, a válvula borboleta 130 pode ser controlada conforme necessário (abertura variável da válvula borboleta) para controlar a operação do motor 134 e não necessariamente ser mantida em uma ,posição aberta fixa. Para a segunda e a terceira realização (motores com turbocompressor ou compressor), o processador 102 opera o motor conforme projetado.
Na etapa 208, para a primeira realização, o processador 102 controla a válvula borboleta e os injetores de combustível para operar o motor como um motor a gasolina naturalmente... aspirado com o controle adequado da válvula borboleta 130 e dos injetores de combustível gasolina 126 para o primeiro combustível. Na segunda realização, o processador 102 controla a válvula borboleta e os injetores de combustível para operar o motor com o uso do turbocompressor ou compressor original conforme projetado. De maneira semelhante, na terceira realização, o processador controla a válvula borboleta e os injetores de combustível e o turbocompressor possuindo uma faixa de temperatura de operação definida conforme projetado. Tal turbocompressor pode ser projetado para operar com os gases de escape ou com o primeiro ou o segundo combustível.
O método da presente invenção opera um motor utilizando o primeiro combustível ou o segundo combustível. Como tal, o método da presente invenção pode alternar entre modos de operação, tais como operar o motor utilizando um segundo combustível, preferivelmente em modo pobre e 10 utilizando controle de qualidade ou operando o motor conforme projetado utilizando o primeiro combustível. O método da presente invenção pode alternar entre modos de operação conforme for desejado por um operador do motor.

Claims (32)

1. DISPOSITIVO PARA OPERAR UM MOTOR BICOMBUSTÍVEL, utilizando um primeiro ou um segundo combustível, o dispositivo compreendendo: um processador (102); um conjunto de admissão de combustível (126, 128) controlado pelo processador (102) e instalado sobre o motor (134) ; e uma primeira bomba de ar e uma segunda bomba de ar (144, 146, 148), sendo estas acopladas ao motor (134) e controladas pelo processador (102) para operar o motor (134), caracterizado por dita operação ser em um modo comprimido com a primeira bomba de ar utilizando o primeiro combustível e o processador operar o motor utilizando o segundo combustível em um modo pobre ao ativar a segunda bomba de ar e desativar a primeira bomba de ar e, adicionalmente, durante a operação em modo pobre e modo comprimido o processador controla a entrada de ar do motor utilizando controle de qualidade por meio do qual o fluxo de ar do ar sendo bombeado para dentro do motor não é restringido.
2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motor possuir uma válvula borboleta controlável (130) acoplada para um primeiro conduto de admissão de ar (160) dentro do qual uma válvula controlada por processador (140) é posicionada e a dita válvula borboleta (130) é também acoplada às primeira e segunda bombas de ar (144, 146, 148) através de um segundo conduto de admissão de ar (170) dentro do qual uma segunda válvula controlada por processador (136) é posicionada.
3. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto de admissão de combustível (126, 128) ser instalado no motor (134) por meio de um coletor de admissão (132) .
4. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo conjunto de admissão de combustível (126, 128) compreender injetores de combustível para os primeiro e segundo combustíveis.
5. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motor possuir um coletor de escape (138) a partir do qual um primeiro tubo de escape (162) se estende para se acoplar às primeira e segunda bombas de ar (144, 146, 148) e o dito primeiro tubo de escape (162) possuir, nele posicionado, uma primeira válvula controlada por processador (150) e onde um segundo tubo de escape (158) se estende a partir do coletor de escape (138), onde o dito segundo tubo de escape (158) possui, nele posicionado, uma segunda válvula controlada por processador (152) .
6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo primeiro tubo de escape (162) adicionalmente se acoplar a um tubo de escape (163) de desvio dentro do qual uma válvula de alívio controlada por processador (178) é posicionada.
7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motor (134) ser um motor naturalmente aspirado, o primeiro combustível ser gasolina, o segundo combustível ser hidrogênio, a primeira bomba de ar ser um turbocompressor e a segunda bomba de ar ser um entre um compressor e um turbocompressor e o conjunto de admissão de combustível (126, 128) compreender injetores de combustível gasolina (126) e injetores de combustível hidrogênio (128).
8. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motor (134) ser um motor com turbocompressor possuindo um primeiro turbocompressor configurado para ser controlado pelo processador para operar como a primeira bomba de ar, o primeiro combustível é gasolina, o segundo combustível é hidrogênio, a segunda bomba de ar é um segundo turbocompressor e o conjunto de admissão de combustível (126, 128) compreende injetores de combustível gasolina (126, 128) e injetores de combustível hidrogênio (128) .
9. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motor (134) ser um motor com turbocompressor, em que a primeira bomba de ar é um turbocompressor, o primeiro combustível é gasolina, o segundo combustível é hidrogênio, a segunda bomba de ar é um turbocompressor VTG e o conjunto de admissão de combustível (126, 128) compreende injetores de combustível gasolina (126) e injetores de combustível hidrogênio (128) .
10. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motor ser um motor naturalmente aspirado, em que o primeiro combustível é gasolina, o segundo combustível é hidrogênio, a primeira bomba de ar é um turbocompressor, a segunda bomba de ar é um compressor e o conjunto de admissão de combustível (126, 128) compreende injetores de combustível gasolina (126) e injetores de combustível hidrogênio (128).
11. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motor (134) ser um motor naturalmente aspirado, em que o primeiro combustível é gasolina, o segundo combustível é hidrogênio, a segunda bomba de ar é um turbocompressor possuindo uma faixa de temperatura de operação relativamente ampla e é operado utilizando gases de escape do primeiro combustível ou do segundo combustível e o conjunto de admissão de combustível (126, 128) compreende injetores de combustível gasolina (126) e injetores de combustível hidrogênio (12 8) .
12. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motor (134) ser um motor naturalmente aspirado onde gases de escape resultantes da combustão do primeiro combustível com ar possuem certa entalpia e gases de escape resultantes da combustão do segundo combustível com ar possuem uma entalpia que é menor que a entalpia dos gases de escape do primeiro combustível.
13. SISTEMA PARA OPERAR UM MOTOR BICOMBUSTÍVEL, utilizando um primeiro ou um segundo combustível ou um combustível misto, compreendendo: um processador (102); um conjunto de admissão de combustível (126, 128) controlado pelo processador (102); e uma primeira bomba de ar e uma segunda bomba de ar (144, 146, 148), sendo estas acopladas ao motor (134) e controladas pelo processador (102) para operar o motor (134), caracterizado por dita operação ser em um modo comprimido com a primeira bomba de ar utilizando o primeiro combustível e o processador controlar o conjunto de admissão de combustível para operar o motor em um modo comprimido e pobre utilizando o segundo combustível, desativando a primeira bomba de ar e ativando a segunda bomba de ar, onde o processador controla a entrada de ar utilizando controle de qualidade por meio do qual o fluxo de ar do ar sendo bombeado para dentro do motor não é restringido.
14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo processador (102) e o conjunto de admissão de combustível (126, 128) serem não colocalizados.
15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo processador (102) e o conjunto de admissão de combustível (126, 128) serem colocalizados.
16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo processador (102) possuir linhas de controle (104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 180) e linhas de entrada (li, I2, , IN) que fazem parte de um sistema de comunicação.
17. KIT MULTI PLATAFORMA PARA ADAPTAR UM MOTOR para converter o motor a um motor bicombustível, na qual um dos combustíveis pode ser um combustível não baseado em carbono, o kit compreendendo: um processador (102); uma primeira e segunda bomba de ar (144, 146, 148); e um conjunto de admissão de combustível (126, 128), caracterizado pelo processador, as bombas de ar e o conjunto de admissão de combustível serem instalados no motor de tal modo que o processador controla a primeira bomba de ar para operar o motor adaptado em um modo comprimido utilizando o primeiro combustível e o processador controla o conjunto de admissão de combustível para operar o motor em um modo comprimido e pobre utilizando o segundo combustível, onde o processador desativa a primeira bomba de ar e ativa a segunda bomba de ar, em que o processador controla a entrada de ar do motor utilizando controle de qualidade por meio do qual o fluxo de ar do ar sendo bombeado para dentro do motor não é restringido.
18. KIT MULTIPLATAFORMA, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender adicionalmente um pedal acelerador elétrico.
19. KIT MULTIPLATAFORMA, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela primeira bomba de ar ser um turbocompressor.
20. KIT MULTIPLATAFORMA, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela primeira bomba de ar ser um turbocompressor VTG.
21. KIT MULTIPLATAFORMA, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela primeira bomba de ar ser um turbocompressor super VTG.
22. KIT MULTIPLATAFORMA, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela segunda bomba de ar ser um turbocompressor.
23. KIT MULTIPLATAFORMA, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender uma válvula borboleta controlável por processador (130) e em que o conjunto de admissão de combustível (126, 128) compreende um coletor de admissão com furos previamente furados para instalar injetores de combustível controláveis por processador (126) para o primeiro combustível, e injetores de combustível controláveis por processador (128) para o segundo combustível.
24. DISPOSITIVO PARA OPERAR UM MOTOR BICOMBUSTÍVEL, utilizando um primeiro ou um segundo combustível ou uma mistura de combustíveis, o dispositivo compreendendo: um processador (102); um conjunto de admissão de combustível (126, 128) controlado pelo processador (102) e instalado sobre o motor (134); e uma primeira bomba de ar e uma segunda bomba de ar (144, 146, 148), sendo estas acopladas ao motor (134) e controladas pelo processador (102) para operar o motor (134) caracterizado por dita operação ser em um modo comprimido utilizando o primeiro combustível e o processador controlar o conjunto de admissão de combustível para operar o motor em um modo comprimido e pobre utilizando o segundo combustível, ao desativar a primeira bomba de ar e ativar a segunda bomba de ar, em que o processador controla a entrada de ar do motor utilizando controle de qualidade por meio do qual o fluxo de ar do ar sendo bombeado para dentro do motor não é restringido e em que a segunda bomba de ar é uma entre compressor e turbocompressor.
25. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo motor (134) ser operado em um modo À=l.
26. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo primeiro combustível ser gasolina e o segundo combustível ser hidrogênio.
27. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo motor possuir uma válvula borboleta controlável (130) acoplada para um primeiro conduto de admissão de ar (160) dentro do qual uma válvula controlada por processador (140) é posicionada e a dita válvula borboleta (130) é também acoplada às primeira e segunda bombas de ar (144, 146, 148) através de um segundo conduto de admissão de ar (170) dentro do qual uma segunda válvula controlada por processador (136) é posicionada.
28. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo turbocompressor ser um turbocompressor Super VTG.
29. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo conjunto de admissão de combustível (126, 128) ser instalado no motor (134) por meio de um coletor de admissão (132) .
30. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo conjunto de admissão de combustível (126, 128) compreender injetores de combustível para os primeiro e segundo combustíveis.
31. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo motor possuir um coletor de escape (138) a partir do qual um primeiro tubo de escape (162) se estende para se acoplar à uma das bombas de ar (144, 146, 148) e o dito primeiro tubo de escape (162) possuir, nele posicionado, uma primeira válvula controlada por processador (150) e onde um segundo tubo de escape (158) se estende a partir do coletor de escape (138), onde o dito segundo tubo de escape (158) possui, nele posicionado, uma segunda válvula controlada por processador (152) .
32. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo primeiro tubo de escape (162) adicionalmente se acoplar a um tubo de escape (163) de desvio 5 dentro do qual uma válvula de alivio controlada por processador (178) é posicionada.
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