BR112014009038B1

BR112014009038B1 - Motor para aeronaves e método de formação do motor para aeronaves

Info

Publication number: BR112014009038B1
Application number: BR112014009038-6A
Authority: BR
Inventors: Steven M. Weinzierl; Michael J. Fuchs
Original assignee: Engineered Propulsion Systems, Inc
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2021-06-15
Also published as: EP2766588B1; US20130112158A1; US9181868B2; EP2766588A4; EP2766588A1; HK1202605A1; RU2014118576A; CA2854230A1; CN104145104B; CA2854230C; WO2013056041A1; RU2628680C2; US9447729B2; AU2012322066A1; AU2012322066B2; US20160102605A1; CN104145104A; IN2014DN03208A; BR112014009038A2

Abstract

motor diesel para aeronaves. a presente invenção consiste em um motor para aeronaves que é dotado com combustão por compressão e pesa menos de 725 libras (328,85 kg). a presente invenção consiste ainda em um método de formação do motor para aeronaves.

Description

PEDIDO CORRELATO

[001] A presente invenção reivindica o benefício do pedido provisório U.S. No. 61/546.391 depositado em 12 de outubro de 2011 e que é incorporado integralmente ao presente documento a título de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção consiste em um motor para aeronaves útil nos campos da aviação geral e da aviação não tripulada. Mais especialmente, a presente invenção consiste em um motor de combustão por compressão adaptado para uso no ambiente da aviação.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] Pelo menos desde a segunda guerra mundial aeronaves leves (Aviação Geral e mais recentemente aeronaves não tripuladas (VANTs)) são acionadas por um motor resfriado a ar e usando como combustível gasolina e que era tipicamente formado em um arranjo de seis cilindros opostos. Tais motores usavam como combustível gasolina de aviação (AvGas) de octanagem muito alta. O problema é que a não disponibilidade de o AvGas nas porções remotas do mundo vem significando que a aviação geral era principalmente não disponível em tais áreas, exatamente aquelas áreas do mundo que mais necessitam dos serviços de aviação geral. Mais recentemente foi observado que as refinarias tem sido relutantes em produzir o AvGas, visando fazer o estoque mundial durar mais. Embora todos os combustíveis não sejam baratos, o AvGas tem sido especialmente caro.

[004] Ao contrário da relativa raridade e preço alto do AvGas, o combustível diesel e/ou combustível para jato (JP) relativamente baratos são muito mais geralmente disponíveis em todo o mundo. Embora a qualidade de tal combustível possa variar muito de um lugar para o outro, um motor de combustão por compressão pode usar tanto o diesel como o combustível para jato (JP) praticamente com a mesma vantagem. As variâncias podem ser reconhecidas variância no número de cetanos (CN) do combustível, uma característica conhecível do combustível.

[005] No entanto, tal motor de combustão por compressão apresenta uma série de desafios para o seu projetor, incluindo;- um perfil de torque conveniente para a harmonia da hélice;- redundância dos sistemas de combustível;- projeto de turbo-carregamento;- carregamento de mancal principal banco-banco; e- exigências de potência de descida.

[006] Há a necessidade em todo o mundo de um motor para aeronaves que possa operar com tal combustível (combustível diesel ou combustível de jato (JP)), mas que possa ao mesmo tempo responder aos desafios observados acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] O requerente concebeu um motor inédito “Flat-Vee” (“Horizontal em V” em inglês) para resolver os problemas da indústria da Aviação Geral (GA) nas próximas décadas. A idéia do motor utiliza uma tecnologia diesel inédita para aumentar a eficiência das aeronaves atuais e permitir aos fabricantes de aeronaves acesso aos mercados emergentes. A vantagem do Flat-Vee é que ele utiliza uma arquitetura de motor que faz um uso eficiente do material para permitir que o diesel tenha condições de competir em peso com a presente tecnologia. O peso do presente motor é comparável ao peso de motores resfriados a ar com seis cilindros opostos, no entanto tem oito cilindros e tem um projeto de combustão por compressão.

[008] Para se voltar aos problemas com a vibração, o motor da presente invenção utilizou uma idéia de “curso emparelhado” que é usada em conjunto com um sistema de equilíbrio de primeira ordem para minimizar a vibração para estruturas de aeronaves e o conforto dos passageiros.

[009] O método habitual que os projetistas de motores usam é o de determinar um formato de virabrequim que funciona para proporcionar os seguintes parâmetros:- um disparo uniforme do motor;- um equilíbrio externo satisfatório do motor; e- cargas mínimas sobre os mancais para os principais mancais do motor.

[010] Embora os cálculos que são necessários para a determinação das melhores soluções de compromisso possam se tornar bastante complexos, quando se cogita em motores de múltiplos cilindros, a técnica é bem documentada para ser determinada uma solução utilizável.

[011] Em uma primeira abordagem, a ordem de disparos de uma nova idéia para motor é obtida com uma abordagem relativamente sistemática, conforme observado acima. Ao se abordar a ordem de ignição para o presente motor, diversos outros critérios específicos ao ambiente de construção aeronaval foram usados para cogitar em ordem de ignição possíveis, incluindo:- um perfil de torque compatível com harmonia de hélice;- redundância de sistemas de combustível;- idéias de turbo-carregamento;- carregamento sobre mancais principais bancobanco; e- exigências de potência de descida.

[012] Depois de se considerar as variáveis acima, incorporou-se ao motor da presente invenção uma nova ordem de ignição que oferece vantagens aos sistemas além daquelas a que se chega pelas técnicas tradicionais apontadas acima. A ordem de ignição dá ao motor horizontal em V da presente invenção capacidades que oferecem um desempenho superior no papel do motor de aeronave.

[013] O motor da presente invenção inclui elementos inéditos que proporcionam os seguintes:1. Uma ordem de ignição para a configuração com o virabrequim de curso emparelhado. A ordem de ignição (1-75-3-6-4-2-8) é específica para a aplicação ao motor para aeronaves.2. A ordem de ignição específica observada acima permite que o motor seja “eletricamente separado” de um modo de banco a banco com a finalidade de redundância de motor.3. A ordem de ignição específica também permite sistemas de combustível separados em uma configuração de banco a banco que pode permitir que uma aeronave opere funcionando somente um banco (quatro cilindros dos oito cilindros) do motor.4. A ordem de ignição permite ainda que o motor seja configurado em uma configuração de banco a banco de um ponto de vista de gerenciamento do ar. Os turbocarregadores podem ser configurados para carregar independentemente cada banco do motor, permitindo assim que o motor funcione em uma configuração de banco a banco de um modo redundante.5. A ordem de ignição inédita permite que um motor de oito cilindros opere como um motor de quatro cilindros com pulsos de ignição espaçados de modo relativamente uniforme.6. A capacidade de se fazer funcionar o motor de oito cilindros em um modo de quatro cilindros permite que os injetores do banco que estiver operando funcionem com uma eficiência maior fazendo funcionar os cilindros detonantes a uma carga maior.7. A nova ordem de ignição não “produz uma ignição dupla” do ponto de vista do banco (isto é, para produzir a ignição de cilindros adjacentes de um banco em sequência, já que tal ignição adjacente tende a fazer com que a película de óleo nos mancais principais “se rompa”).8. A carga inercial e friccional adicionais de um motor de oito cilindros, em comparação com o motor de seis cilindros da técnica anterior são suficientes para permitir que o motor funcione em um banco de cilindros sem produzir uma perturbação torcional no sistema da hélice.9. Um banco do motor horizontal em V pode ser desligado para aumentar a economia de combustível na aeronave, quando for necessário, concorrendo para a segurança geral do sistema.10. A desativação de um banco é também usada para estabilizar a combustão nas descidas de aeronaves com cargas reduzidas, uma consideração muito importante em aplicações a VANTs.11. Sistemas compartilhados de banco a banco, tais como o sistema de resfriamento, atuam como uma bateria térmica para moderar a combustão e estabilizar o motor quando somente um banco estiver operando.12. O sistema de lubrificação compartilhado permite que a metade do motor opere com uma estabilidade térmica no caso de um sistema de resfriamento falhar. Isto é, o sistema de óleo é suficiente para resfriar os pistões/motor quando o calor proveniente dos 4 cilindros operacionais é absorvido na massa térmica total do motor por meio da transferência do calor de condução.

[014] A presente invenção constitui um motor para aeronaves que é dotado com combustão por compressão e pesa menos de 725 libras (328,85 kg). A presente invenção consiste ainda em um método de formação do motor para aeronaves.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

[015] A Figura 1 à uma vista em perspectiva do motor da presente invenção montado em uma bancada de teste e acoplado a uma hélice;

[016] a Figura 2 é uma vista esquemática em elevação dianteira do motor da reivindicação 1;

[017] a Figura 3 é uma vista esquemática em elevação lateral do motor da reivindicação 1;

[018] a Figura 4 é uma vista em perspectiva do virabrequim do motor da reivindicação 1;

[019] a Figura 5 é uma representação gráfica das forças de inércia sobre o virabrequim do motor da reivindicação 1;

[020] a Figura 6 é uma representação gráfica da convenção de nomenclatura do motor;

[021] a Figura 7 é uma ilustração de frente da disposição de duas turbinas com um esquema de carregamento de banco a banco;

[022] a Figura 8 é uma ilustração gráfica deparâmetros do mancal hidrodinâmico;

[023] a Figura 9 é uma ilustração gráfica decarregamento combinado inercial e de gasolina de um mancal de biela do motor;

[024] a Figura 10 é uma ilustração gráfica de carregamentos do mancal principal de um motor V-8 convencional (em cima) e do motor da presente invenção (embaixo).

[025] a Figura 11 é a ilustração gráfica de carregamento do motor quando somente um primeiro banco está operando;

[026] a Figura 12 é uma ilustração gráfica de carregamento de motor quando somente um segundo banco está operando;

[027] a Figura 13 é uma representação esquemática do fluxo do sistema unitário de refrigerante do motor da presente invenção;

[028] a Figura 14 é uma representação esquemática do fluxo do sistema unitário de lubrificação do motor da presente invenção; e

[029] a Figura 15 é uma representação esquemática do fluxo de sistema de lubrificação individual banco a banco do motor da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[030] O motor da presente invenção é mostrado em linhas gerais em 100 nas Figuras 1-3. Em uma configuração exemplar, o motor 100 é acoplado de modo operativo a um elemento de transferência 104, sendo o elemento de transferência acoplado de modo operável a uma hélice 106. A hélice 106 tem tres pás 108, neste exemplo específico. Outros números de pás 108 são possíveis. Deve ser observado que o motor 100 não pesa mais de 725 libras (328,85 kg) com os seus acessórios habituais e tem um volume deslocado de 44,4 L, embora possam ser utilizados volumes deslocados maiores ou menores. O motor 100 desenvolve pelo menos 300 hp. As Figuras 2 e 3 são representações esquemáticas do motor 100. O motor 100 é acoplado de modo operável a uma bancada de teste 102. O motor 100 é de oito cilindros em uma configuração horizontal oposta com quatro cilindros em um primeiro banco e com quatro cilindros opostos em um segundo banco, conforme será mais detalhadamente descrito abaixo.

[031] O motor 100 da presente invenção utiliza a contagem aumentada de cilindros, oito, em comparação com o motor para aeronaves existentes que têm seis cilindros, como uma abordagem para minimizar as flutuações de torque com a intenção de prolongar a vida útil do hélice e reduzir o perfil vibracional do motor 100. A configuração do Flat- Vee é usada para reduzir principalmente o peso do motor diesel minimizando-se a quantidade de material do virabrequim usado na sua construção. Além disso, a construção horizontal é útil em aeronaves que têm configurações de motores múltiplos onde o arrasto aerodinâmico dos pacotes de motores se torna mais crítica. Uma configuração horizontal mostra ser aerodinamicamente vantajosa nos casos em que é crítico um arrasto reduzido.

[032] Muitas configurações de virabrequim são possíveis em um motor dado. As forças geradas pelo virabrequim 110 em rotação da Figura 4 foram avaliadas no projeto do motor da presente invenção. Conforme foi observado na Figura 5, a soma das forças livres (Frot, FI & FII) e os momentos livres (MI & MII) são independentes da ordem de ignição e do intervalo.

[033] As forças geradas pelo virabrequim 110 em rotação constituem uma função dos seguintes elementos do projeto do motor:- peso do pistão;- peso da haste e localização do centro de gravidade. Comprimento da haste em relação ao comprimento do curso da manivela;- massa de contrapeso;- espaçamento do passo do cilindro; e- velocidade do motor.

[034] O peso dos componentes individuais do motor e a arquitetura do motor foram selecionados para controlar as forças geradas, mas os parâmetros do trem de motores exigem que o somatório das forças siga o somatório acima, conforme ilustrado na Figura 5.

[035] A ordem de ignição selecionada tem muitas possibilidades dentro do prometo do virabrequim do esquema de “curso emparelhado” adotado para o motor 100 da presente invenção. Veja o virabrequim 110 da Figura 4. Conforme ilustrado na Figura 4, o virabrequim 110 tem quatro cursos emparelhados, curso 112, curso 114, curso 116, e curso 118. Um par de bielas para os pistões de dois cilindros, sendo os cilindros dispostos em bancos de cilindros opostos (descritos abaixo), são, de preferência, acoplados de modo rotativo a cada um dos cursos emparelhados respectivos 112, 114, 116, e 118, de onde vem o termo “emparelhado”.CONVENÇÕES PARA A DETERMINAÇÃO DA ORDEM DE IGNIÇÃO

[036] O motor Flat Vee 100 inclui oito cilindros que são numerados conforme mostrado na Figura 6. O virabrequim 110 da Figura 4 define o eixo de y da Figura 6. A convenção de nomenclatura de cilindros é usada em conjunto com o virabrequim 110 de curso emparelhado como na Figura 4. Conforme foi observado na ilustração para a Figura 6, há dois bancos de quatro cilindros, banco 120 e banco oposto 122. Os cilindros 1-4 procedem da parte de trás do motor 100 para a parte da frente ou lado do hélice do motor 100. Os cilindros opostos 5-8 procedem da parte traseira do motor 100 para a dianteira, ou lado da hélice do motor 100. Os cilindros 1 e 5 são acoplados de modo rotativo formando o curso emparelhado 118. Os cilindros 2 e 6 são acoplados de modo rotativo formando o curso emparelhado 116. Os cilindros 3 e 7 são acoplados de modo rotativo formando o curso emparelhado 114. E, os cilindros 4 e 8 são acoplados de modo rotativo formando o curso emparelhado 112.

REDUNDÂNCIA DE SISTEMAS DE COMBUSTÍVEL

[037] A maioria do motor diesel modernos utiliza um esquema de injeção de “trilho comum”, em que uma bomba de combustível a alta pressão mantém aproximadamente 2000 bar (200000 kPa) de pressão de trilho. Uma válvula de controle de pressão de trilho mantém a pressão do trilho, e faz-se disparar cada injetor individualmente por um sinal eletrônico, sendo a válvula de controle da pressão de trilho e cada injetor acoplados de modo operável e controlados por uma Unidade de Controle do Motor (ECU).

[038] Dentro dos limites das convenções observadas acima, uma configuração que mais adequadamente se ajustaria às exigências da aplicação geral de aviação foi determinada pelo requerente, mantendo presente em mente que o motor deveria ser de um projeto de combustão por compressão. Deve ser observado que um projeto de combustão por compressão tem considerações muito diferentes das de um motor que queima gasolina. Cada um dos seguintes elementos foi considerado à medida que o projeto procedia na direção da sua solução final para o motor 100 da presente invenção.

[039] O motor 100 da presente invenção é projetado para ter um número de cilindros maior (oito) do que o de motores atuais para aeronaves (geralmente seis cilindros). Isto se deve, pelo menos em parte, à presença de uma pressão nos cilindros maior de um motor de combustão por compressão atuando sobre o mancal do virabrequim em comparação com os motores de gasolina presentes em que a combustão é iniciada por uma centelha. Uma vantagem do número maior de cilindros consiste no fato de que a inércia inerente dos cilindros adicionais atua para aplainar o torque do motor e regular o fornecimento do torque.

[040] O projeto do motor 100 da presente invenção não tem “ignição dupla” que convencionalmente produz um intervalo mais uniforme de 90 graus sobre o ciclo de quatro cursos. A dupla ignição consiste em se produzir a ignição de dois cilindros, um de cada banco respectivo 120, 122, simultaneamente. Consequentemente, durante um ciclo de 720 graus (duas revoluções do motor 100) produz-se a ignição de todos os oito cilindros a intervalos de 90 graus.

[041] O controle efetivo do nível vibracional de um motor de 8 cilindros de alto rendimento foi incluído no projeto do motor 100 usando-se uma combinação de elementos de isolamento de torque e absorvedores 124 acoplados ao virabrequim 110, conforme ilustrado na fgg4. Tal controle permitiu a consideração de que a ordem de ignição poderia ser usada para tornar o motor 100 redundante em um motor tendo em configuração de 4 cilindros por dois bancos. A este pressuposto pode se referir como uma configuração 4 x 2 para o motor 100 de oito cilindros da presente invenção. Tal configuração exige a subdivisão do motor 100 em dois bancos independentes 120, 122, para um máximo de redundância e eficácia.

[042] Com referência à Figura 15, é ilustrado um sistema de injeção de combustível (FI) 130 redundante. Em um sistema de injeção de trilho comum moderno foi determinado que a bomba de combustível a alta pressão é o componente mais suscetível a falhas. Consequentemente, é incluída no sistema FI 130 redundante uma estratégia de duas bombas, tendo duas bombas de combustível a alta pressão, 132, 134. Avanço recente na construção de bombas reduziu o peso combinado dos componentes das bombas 132, 134 até uma faixa de pesos de uma única bomba da geração anterior.

[043] O trilho de combustível 136 é tipicamente um “tubo de distribuição” de alta resistência alongado que se encontra, de preferência, ao longo de cada cabeça de cilindro conforme ilustrado na Figura 15. Como as bombas 132, 134 são tipicamente acionadas por um mecanismo de acionamento excêntrico localizado em uma extremidade do motor 100, faz sentido que os componentes de combustível sejam integrados a um módulo de cabeça de cilindro.

[044] Como foi observado na Figura 14, o combustível é extraído de um tanque de combustível comum 138 por bombas de baixa pressão 140, 142 através dos filtros de combustível respectivos 144. As unidades de controle de motor (ECU) 148, 150 respectivas controlam eletronicamente uma válvula medidora de combustível 152, 154 respectiva, Deve ser observado que uma única ECU pode ser também empregada, tendo as funções combinadas das unidades de controle de motor (ECU) 148, 150 respectivas. O combustível é colocado à disposição pela válvula medidora de combustível respectiva 152, 154 às bombas de combustível de alta pressão 132, 134 respectiva e dali aos injetores de combustível 156 respectivos dos bancos 120 e 122 respectivos.

[045] Os cilindros 1, 2, 3, 4 são agrupados em um primeiro banco 122 e os cilindros 5, 6, 7, 8 são agrupados em um segundo banco 120 oposto, conforme ilustrado na figura 6. O método de agrupamento divide essencialmente eletronicamente o motor 100 em uma configuração 4 x 2 que segue a arquitetura de banco 122, 120, conforme foi descrito imediatamente acima.

[046] Consequentemente, o motor 100 é constituído por dois motores de quatro cilindros que compartilham o mesmo virabrequim e alguns outros elementos auxiliares de motor, mas soa capazes de operar independentemente um do outro. Os sistemas de lubrificação mecânica e de resfriamento são compartilhados vantajosamente pelos dois motores de quatro cilindros, mas cada um dos motores de quatro cilindros opera essencialmente independentemente um do outro, quer o motor 100 esteja operando com a ignição de oito cilindros ou com a ignição de somente uma dos dois motores de quatro cilindros. É preferível que uma Unidade de Controle de Motor (ECU) dupla, executando as funções das ECUs 148, 150, ofereça uma separação elétrica praticamente completa do motor 100 em um esquema 4 x 2. As ECUs 148, 150 são capazes de desligar qualquer uma dos dois bancos de motores de quatro cilindros 120 122, (ou ambos simultaneamente, aliás) simplesmente interrompendo o fluxo do combustível através da válvula medidora de combustível respectiva 152, 154, ou não fazendo pulsar eletricamente os injetores 156, conforme a vontade.

DUALIDADE DOS SISTEMAS DE TURBOCARREGAMENTO

[047] O conceito de dualidade 4 x 2 observado acima exige a dualidade do sistema de carregamento de ar para cada um dos dois motores de quatro cilindros. A maioria de instalações de um único motor em uma aeronave utiliza uma configuração de engrenagem de triciclo em que a engrenagem do nariz deve ser integrada ao compartimento do motor. Isto sozinho torna desejável se integrar uma instalação de duas turbinas ao motor 100 para proporcionar espaço adequado para o poço de rodas necessário para guardar a engrenagem do nariz durante configurações da aeronave de voo de aterrissagem/decolagem.

[048] Além disso, como os mancais principais 119 do virabrequim 110 (veja a Figura 4) são sempre submetidos a cargas inerciais semelhantes, sempre que o motor 100 estiver girando a uma velocidade de motor dada, deve ser determinado o momento quando se integram as forças de gas geradas pela ignição dos cilindros respectivos com as cargas inerciais. Isto é efetuado selecionando-se a ordem de ignição do motor 100. As forças de gas da biela são comparadas às forças inerciais nas Figuras 8 e 9. Estas são as mesmas forças transferidas para os principais mancais do virabrequim 110 durante a combustão em um cilindro específico.

[049] A Figura 7 mostra um projeto que separa a manejo do ar em um esquema de banco a banco par operação 4 x 2. A idéia de tal esquema consiste em separar o ar carregando o mesmo de tal modo, que se a metade do motor (o banco 120, por exemplo) “abandonar” ou sofrer paralisação, o segundo banco 122 não perderá a sua pressão de ar de carga por uma ausência de entrada do banco que não estiver operando 120. Assim os sistemas de exaustão e indução são separados para corresponder à redundância elétrica apresentada no esquema longitudinal 4 x 2 observado acima. A Figura 7 ilustra a exaustão 170, 172 que aciona a porção de turbina das turbinas respectivas 174, 176. A porção de compressor das turbinas respectivas, 174, 176 fornece ar carregado por meio das setas respectivas 178, 180 aos resfriadores intermediários 182, 184 respectivos. Deve ficar compreendido que tubulação dedicada transporta o ar carregado das turbinas respectivas 174, 176 aos resfriadores intermediários respectivos 182, 184. Os tubos de admissão 186, 188 fornecem ar carregado resfriado às admissões dos bancos respectivos 120, 122. Consequentemente, o motor 100 é dotado com sistemas de indução/exaustão independente e redundante de banco a banco.

[050] Uma outra vantagem de tal sistema de indução/exaustão de banco a banco redundante é discutido abaixo em conjunto com exigências para descidas prolongadas, em que pode ser vantajoso de “paralisar” a metade (ou o banco 120 ou o 122, conforme for desejado) do motor 100.

CARREGAMENTO DO MANCAL PRINCIPAL

[051] O motor 100 é projetado para evitar “carregamento duplo” dos mancais principais numa base de banco a banco. Pressões de inércia e de cilindros são tipicamente sustentadas por um dos 5 principais mancais em qualquer motor em V de oito cilindros, conforme é ilustrado na porção superior da Figura 10. Qualquer uma destas forças (pressões de inércia ou de cilindros) pode carregar os mancais hidrodinâmicos (a película delgada de revestimento de um mancal específico) até que a película de óleo seja degradada a um nível terminal. Na prática, o virabrequim nunca realmente “toca” o seu mancal principal à medida que ele gira, devido à presença de uma camada de película de óleo interposta. Os parâmetros do mancal principal são ilustrados na Figura 8. Evitando-se ignições emparelhadas em um mancal emparelhado específico é uma consideração importante ao se calcular a longevidade dos componentes rotativos do motor 100. O projeto do motor da presente invenção evita tais ignições. O carregamento de mancais de um motor de oito cilindros do tipo v da técnica anterior típico é ilustrado na porção superior da Figura 10. O carregamento dos mancais do motor 100 é ilustrado na porção inferior da Figura 10. Deve ser observado que a ordem de ignição inédita do motor 100 da presente invenção resulta em carregamento de mancais que é bastante semelhante ao do motor do tipo v da técnica anterior. Não há, portanto, nenhuma condição de carga especial que recomendaria a configuração em V de preferência à condição horizontal e vice-versa.

DESCIDA DA ALTITUDE

[052] Aeronaves topam com uma redução na potência de motor necessária nas suas descidas da altitude. O tempo necessário para a descida depende da relação de planeio de uma aeronave específica. Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) são projetados para passar o maior tempo possível em ação nas suas missões prolongadas de suporte a soldados com base no solo. Esta característica exige que eles usem um nível mínimo de potência para a ociosidade e o VANT desce lentamente, devido a suas características de voo “semelhantes a planeio”.

[053] Como os motores diesel se baseiam na ignição por compressão para a combustão e não na ignição da vela de ignição, a combustão resultante da ignição por compressão pode ficar instável devido à falta de controle na faixa de baixo da operação dos injetores (isto é, operação com um uso mínimo de combustível).

[054] Cada injetor no motor de combustão por compressão 100 é projetado para ter uma faixa ampla de operações. Os injetores de combustível modernos são projetados para dar uma multiplicidade de pulsos de combustível em um único evento de injeção para formar a curva de pressão de combustão do evento para acionamento a baixa velocidade e baixa carga. Em muitos casos, a pressão do trilho comum é reduzida para compensar a velocidade de comutação do injetor. Isto se produz às custas da atomização mais eficiente de combustível de injetor que ocorre quando o motor é pesadamente carregado. A eficiência menor de atomização do combustível tipicamente age para reduzir a eficiência do motor.

[055] A quantidade de potência necessária durante as descidas de aeronave pode ser suficientemente pequena para exigir a paralisação de um dos bancos 120, 122 do motor 100. Esta estratégia do ECU 148 ou 150 (veja a figura 15) produz diversas coisas úteis: - a estratégia permite que os injetores do banco em operação 120 ou 122 dos cilindros operem bem dentro dos seus limites projetados com um fornecimento maior de combustível que conduza a uma melhor atomização do combustível;- a carga friccional de um motor de oito cilindros é mantida mesmo com um dos bancos 120, 122 paralisado, permitindo assim que o motor 100 permaneça termicamente estável do ponto de vista da combustão; - a economia e o alcance de combustível da aeronave são aumentados durante as descidas prolongadas;- em situações em que o fornecimento de combustível está próximo do mínimo absoluto, o piloto tem a opção de ampliar os limites da aeronave e fazer uma aterrissagem segura sem ficar sem combustível; e- a dinâmica da hélice é mantida com a ordem de ignição apropriada, permitindo ao mesmo tempo a formação vantajosa da taxa do combustível injetado no banco que estiver em operação 120 ou 122 que é possível com ajuste da porção de quatro cilindros em operação (ou o banco 120 ou o 122) do motor a uma potência mais elevada.

DETALHES DA ORDEM DE IGNIÇÃO

[056] O motor 100 da presente invenção emprega uma ordem de ignição específica, que é especialmente válida do um ponto de vista da redundância na configuração 4 x 2. Conforme foi mencionado acima, não há nenhum benefício claro da ordem de ignição da presente invenção para um motor de oito cilindros de um ponto de vista da capacidade de carga principal em comparação com o motor de oito cilindros de formato em V da técnica anterior. As vantagens da ordem de ignição adotada para o motor 100 se tornam evidentes quando se consideram outros aspectos.

[057] A ordem de ignição adotada, 1-7-5-3-6-4-2-8 do motor 100 dá uma ignição de cilindros relativamente uniforme quando se faz funcionar o motor 100 como um motor de 4 cilindros com ou um ou o outro banco 120, 122 desativado. A desativação é efetuada por controle do motor de uma ECU 148, 150 em um banco 120 ou 122 selecionado conforme ilustrado na Figura 15. O efeito de uma ignição relativamente uniforme tem o efeito de melhorar o desempenho do turbocarregador, assim como de afetar positivamente a resposta torsional do sistema motor-hélice.

[058] Não há nenhuma “ignição dupla” para afetar um mancal emparelhado, podendo a ignição romper as películas de óleo ou colocar o virabrequim 110 do motor em uma ressonância de flexão.

[059] O motor 100 pode ser seletivamente dividido em uma configuração 4 x 2 que efetua uma separação de banco a banco. Tal divisão age para separar o motor nos modos indicados abaixo:- eletricamente do ponto de vista de gerenciamento do motor (Figura 15);- indução do ponto de vista do carregamento e exaustão de ar (Figura 7); e- de um ponto de vista de fornecimento de combustível, quando se usa uma estratégia de bomba dupla conforme foi descrito acima (Figura 15).

[060] Além disso, os sistemas compartilhados ajudam a melhorar o motor 100 como um todo. Os sistemas abaixo são compartilhados para melhorar a função do motor 100;- conforme ilustrado na Figura 13, o sistema de resfriamento é compartilhado para agir como uma grande bateria térmica, e assegurar que o segundo banco está pronto para “reacender”, conforme for desejado;- conforme ilustrado na Figura 14, o sistema de lubrificação é compartilhado para assegurar que o motor 100 não perca o seu suprimento de óleo dos mancais principais e a capacidade térmica do sistema de resfriamento de óleo; e - é usada a inércia de motor de 8 cilindros para moderar o perfil de torque de um motor típico de 4 cilindros. A inércia adicional ainda age como um grande volante inerente, embora 4 cilindros deixem de produzir a ignição. Veja as Figuras 11 e 12 para o perfil do torque dos bancos 120, 122 respectivos.

[061] A Figura 13 é uma representação esquemática do sistema de resfriamento 170 do motor 100. O sistema de resfriamento 170 é um único sistema para o motor 100 sem consideração pela condição operacional dos bancos respectivos 120, 122. O refrigerante é extraído de um radiador 172. O refrigerante é fornecido simultaneamente às bombas 174, 176. A bomba 174 fornece refrigerante ao banco 122 e a bomba 176 fornece refrigerante ao banco 120. A bomba 174 bombeia refrigerante através do bloco de cilindros 178, da camisa de cilindro 180 e da cabeça do cilindro 182. Simultaneamente, a bomba 176 bombeia refrigerante através do bloco de cilindro 184, da camisa de cilindro 186 e da cabeça do cilindro 188. Consequentemente, em todas as condições de operação, o refrigerante é fornecido a todo o motor 100.

[062] A Figura 14 é uma representação do sistema de lubrificação 190 do motor 100. O sistema de lubrificação 190 é um sistema único para o motor 100 sem levar em conta a condição operacional dos bancos 120, 122 respectivos. Deve ficar subentendido que todos os componentes rotativos do motor 100 giram independentemente da condição operacional do motor 100. Isto é independente do fato do motor 100 estar operando com todos os oito cilindros produzindo a ignição ou se ou um ou o outro banco 120, 122 está produzindo a ignição sozinho. A lubrificação deve, portanto, ser fornecida a todos os componentes do motor 100 durante toda a operação. A lubrificação é extraída de um coletor de óleo 192 por uma bomba de óleo 194. A bomba de óleo 194 gera pressão de óleo na linha 196. Tal pressão abrirá a válvula de alívio 198 se a pressão exceder um nível determinado e em seguida enviará o óleo de volta ao coletor de óleo 192. O óleo pressurizado é enviado pro fora de um sensor de pressão 200 e através de um filtro 202 ao resfriador de óleo 204. Do resfriador de óleo 204 o óleo é enviado ao virabrequim 110 e às cabeças de cilindros 206, 208. Depois da lubrificação do virabrequim 110 e das cabeças de cilindros 206, 208, o óleo de baixa pressão é então enviado de volta ao coletor de óleo 192 por meio da linha 210. De acordo com o dito acima, deve ser observado que a totalidade do motor 100 é lubrificada por um sistema de óleo comum integrado 190 e este é o caso em todas as condições operacionais.

[063] A invenção é passível de diversas modificações e formas alternativas, embora a sua especificidades tenha sido mostrada a título de exemplo nos desenhos e tenha sido descrita detalhadamente. Deve ficar subentendido, no entanto, que a intenção não é a de limitar a invenção às modalidades específicas descritas. Pelo contrário, a intenção é abranger todas as modificações, equivalentes e alternativas.

Claims

1. Motor para aeronaves (100), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:ignição por compressão e tendo um arranjo horizontal de oito cilindros opostos com quatro cilindros (1-4) em um primeiro banco (122) e quatro cilindros (5-8) em um segundo banco oposto (120), o primeiro banco (122) e o segundo banco (120) separados por um ângulo V de 180 graus;um virabrequim (110), tendo quatro cursos (112, 114, 116, 118) e sendo configurado de modo que os pistões opostos de cada banco (120, 122) sejam acoplados ao mesmo curso, em que os quatro cilindros no primeiro banco (122) são numerados de 1 a 4, começando em uma extremidade do motor (100) e os quatro cilindros no segundo banco (120) são numerados de 5 a 8, começando na mesma extremidade do motor (100) e a ordem de ignição é 1-7-5-3-6-4-2-8; ecom peso inferior a 328 kg.

2. Motor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de incluir uma unidade de controle do motor (148, 150) sendo dedicada a cada banco respectivo (120, 122), no qual o primeiro e o segundo bancos (120, 122) são operados independentemente.

3. Motor, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de incluir independência banco a banco, compreendendo: a unidade de controle do motor (148, 150) dedicada a cada banco respectivo (120, 122), fornecendo independência elétrica de um ponto de vista de gerenciamento do motor; sistemas de indução/exaustão independente e redundante de banco a banco para provisão de independência de indução de um ponto de vista do carregamento do motor com ar e exaustão do ar; e a unidade de controle do motor (148, 150) dedicada a cada banco respectivo (120, 122), proporcionando independência decombustível de um ponto de vista de fornecimento de combustível.

4. Motor, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de incluir compartilhar banco a banco, o motor compreende: um único sistema de resfriamento (170) sendo acoplados de modo operável para cada banco respectivo; e um único sistema de lubrificação (190) sendo acoplado de modo operável a cada banco respectivo (120, 122).

5. Motor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender um turbocarregador (174, 176).

6. Método de formação de um motor (100), CARACTERIZADO pelo fato de que inclui a formação do motor de um arranjo horizontal tendo oito cilindros opostos com quatro cilindros (1-4) em um primeiro banco (122) e quatro cilindros (5-8) em um segundo banco oposto (120), o primeiro banco e o segundo banco são separados por um ângulo V de 180 graus, o motor incluindo um virabrequim (110), tendo quatro cursos (112, 114, 116, 118) e sendo configurado de modo que os pistões opostos de cada banco (120, 122) sejam acoplados ao mesmo curso, em que os quatro cilindros no primeiro banco são numerados de 1 a 4, começando em uma extremidade do motor e os quatro cilindros no segundo banco são numerados de 5 a 8, começando na mesma extremidade do motor e estabelecendo uma ordem de ignição é 1-7-5-3-6-4-2-8, e prover que o motor pese menos de 328 kg.

7. Método de formação de motor, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui a separação do primeiro e segundo bancos (120, 122) do motor para operação independente.

8. Método de formação de motor, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui a formação do motor (100) com uma independência banco a banco, a independência banco a banco incluindo:provisão de independência elétrica de um ponto de vista do gerenciamento do motor;provisão de independência de indução de um ponto de vista do carregamento do motor com ar e a exaustão do ar; e provisão de independência de combustível, do ponto de vista de fornecimento de combustível de motor.

9. Método de formação de motor, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui a formação do motor com compartilhamento banco a banco, compreendendo:provisão de compartilhamento do sistema deresfriamento (170); eprovisão de compartilhamento do sistema delubrificação (190).

10. Método de formação do motor para aeronaves, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender um turbocarregador (174, 176).