BRPI0621887A2 - motor de dois tempos para ser refrigerado a ar - Google Patents
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Abstract
<UM>MOTOR DE DOIS TEMPOS PARA SER REFRIGERADO A AR<MV> Câmara simétrica de combustão interna horizontal de injeção direta de dois tempos formada por dois pistões localizados axialmente por cilindro, com aspiração forçada por um soprador superalimentador com dois rotores helicoidais, com três lóbulos cada, o qual supre a câmara de combustão através da entrada forçada de ar pressurizado dentro do cilindro, usando, para esse propósito, dois pares de jogos de orifícios, estrategicamente localizados na parede da luva, um deles para ser usado para a admissão e outro para ser usado na exaustão, sendo a principal característica da câmara a sua grande capacidade volumétrica de ar por unidade de tempo e sua alta taxa de compressão, com eixo de manivela duplo sincronizado por engrenagem, com baixo consumo de combustível, para uso de gás, gasolina, diesel ou hidrogênio.
Description
MOTOR DE DOIS TEMPOS PARA SER REFRIGERADO A AR
OBJETIVO DA INVENÇÃO
A presente invenção tem como objetivo a fabri- cação de motores horizontais de dois tempos para veícu- los terrestres, marinhos, aéreos ou industriais de di- ferentes números de cilindros, de alto rendimento de combustível e baixo custo de produção, para uso de gás, gasolina, diesel ou hidrogênio.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Os motores a diesel com cilindros em linha de dois tempos têm a característica de trocar os gases da câmara de combustão empregando um fluido de ar sob pressão, fornecido por um soprador com dois rotores he- licoidais. Este fluido de ar sob pressão entra na câma- ra por orifícios chamados orifícios de admissão, que se localizam estrategicamente no perímetro da parede da camisa, em um lugar conhecido como ponto morto inferi- or. O fluido sob pressão provoca uma varredura dos ga- ses de combustão para o exterior da câmara, através de outros orifícios localizados na cabeça do motor. São nesses quatro orifícios da cabeça que estão assentadas as válvulas que permanecem fechadas desde, e durante, o ciclo de compressão, até ao final do ciclo de força, para depois se abrir e permitir assim a varredura de escape dos gases.de combustão.
Os movimentos alternativos que realizam as qua- tro válvulas de escape por cilindro para abrir ou fe- char, se devem à ação de um carne, que ao girar empurra e comprime suas quatro molas junto com as válvulas des- cobrindo os orifícios da cabeça. A capacidade cúbica ou cilíndrica da câmara é o volume de ar que cabe den- tro do cilindro entre o espaço de deslocamento deixado pelo pistão com referência à posição fixa da cabeça, desde o ponto morto superior até ao ponto morto inferi- or; desta forma, a potência fornecida por um motor de- pende tanto da energia do combustível utilizado, quanto da maior quantidade de ar admitido dentro da câmara ou capacidade cúbica e da alta relação de compressão que resulte do traçado por rotações por minuto.
Procurando "aumentar a capacidade cúbica da câ- mara de combustão, além de aumentar a sua relação de compressão e, ao mesmo tempo, eliminar a resistência de tensão que exercem todas as molas e válvulas", surgiu a idéia nova de substituir a cabeça ou culatra com suas respectivas válvulas, molas, guias e árvores de carnes, e em seu lugar, acoplar outro monobloco de cilindros em linha com orifícios, defrontantes em posição horizon- tal, deixando alinhados e opostos os dois pistões den- tro de um mesmo cilindro. A simplicidade de traçado e construção deste novo tipo de motor de pistões defron- tantes por cilindro com duplo virabrequim, proporciona- rá várias vantagens importantes, tais como baixo consu- mo de combustível, e econômicas, pela eliminação de nu- merosas partes dispendiosas do motor, tais como a cabe- ça, razão pela qual se pretende proteger esta invenção por meio do presente pedido de patente. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Os detalhes característicos desta nova câmara simétrica de combustão interna estão expostos claramen- te nos seguintes sete desenhos e na descrição em anexo, assim como uma ilustração da mesma e seguindo os mesmos números de referência para indicar as partes e as figu- ras ilustradas. Onde:
A Figura 1 corresponde a uma perspectiva do corte transversal dianteiro da câmara simétrica de com- bustão interna horizontal de dois tempos com as tubula- ções de admissão e de escape integradas.
A Figura 2 mostra o mesmo corte transversal di- anteiro desmontado em partes da câmara simétrica de combustão interna horizontal de dois tempos.
A Figura 3 é um corte longitudinal vista supe- rior da câmara simétrica de combustão interna horizon- tal de dois tempos formando um motor de quatro cilindros.
A Figura 4 é um corte longitudinal vista late- ral direita, parcialmente desmontada, destacando as du- as seções tampa e base que constituem o monobloco, a- plicado ao mesmo motor de quatro cilindros com câmara simétrica de combustão interna de dois tempos.
A Figura 5 é uma vista posterior de um motor com câmaras simétricas de combustão interna horizontal de dois tempos, onde se destacam a distribuição das en- grenagens dos dois virabrequins com relação a engrena- gem central de sincronização, e da engrenagem de tomada de força que impulsiona tanto o corpo de bombas, como a polia do soprador. Deve ser observado que a simetria para uma quinta engrenagem não ilustrada por razões ób- vias servirá para a tomada de força do alternados, ar condicionado, direção hidráulica e motor de arranque.
A Figura 6 é uma vista superior do motor com câmaras simétricas de combustão interna horizontal de dois tempos, onde se destaca a alternação das quatro entradas de ar da tubulação de admissão.
A Figura 7 é uma vista inferior do motor com câmaras simétricas de combustão interna horizontal de dois tempos, onde se destaca a posição de alternação das saidas de gases da tubulação de escapamento.
Com relação às ditas figuras, da câmara simé- trica de combustão interna horizontal de dois tempos, aspiração forçada por soprador de duplo rotor helicoi- dal, com dois pistões defrontantes por cilindro, cor- respondente à Figura 1 principal e que será descrita mais detalhadamente com as Figuras 2, 3, 4, respectiva- mente, está formada por somente três partes de tampa (26) e base (29) que se unem verticalmente pelos para- fusos (39) e lateralmente pelos parafusos (8) e (8.1) das tampas de mancai, constituindo junto com as camisas úmidas (2 0) já inseridas entre a tampa (2 6) e a base (29) do monobloco.
As aberturas da camisa (21) e (21.1) usinadas em suas paredes ficam alinhadas tanto com as entradas da tubulação de admissão (52) , como as saídas da tubu- lação de escapamento (53) , da mesma forma que ficam a- linhados os bocais dos injetores (25) com suas respec- tivas entradas (27) . A união mencionadas das duas par- tes de tampa (26) e base (2 9) que constituem o monoblo- co, realiza-se também pelos dois lados ao serem coloca- dos primeiro em seus respectivos mancais (19) e (19.1) os virabrequins (40) e (40.1) para ficarem firmemente sujeitos por suas correspondentes chumaceiras de mancai (9) e (9.1), e pelos parafusos de mancai (7) e (7.1) e (8) e (8.1). A camisa úmida (20) longitudinalmente em seu exterior é dotada de uma série de vedações do tipo selo, (22) e (22.1), (23) e (23.1), (34) e (24.1) que separam a câmara de água (50) com a galeria de ar (21) e (21.1) e a seção de óleo das duas cubas de óleo (6) e (6.1) a função destes três pares de vedações é impedir que a água e o óleo, ou a água e o ar, ou o ar e o ó- Ieo, sejam misturados entre si.
Descrevem-se agora as partes internas da câmara simétrica de combustão interna horizontal de dois tem- pos de aspiração forçada com dois pistões opostos por cilindro correspondente à mesma Figura 2.
Começa-se por introduzir no interior da camisa (20) os dois pistões (16) e (16.1) em posição defron- tante dentro da mesma, ficando assim cada pistão ali- nhado um frente ao outro compartilhando um espaço comum que forma com as paredes do cilindro (20) a câmara de combustão interna. Cada pistão (16) e (16.1) com seus respectivos anéis de segmento (18) e (18.1) e os anéis de passagem de compressão (15) e (15.1), além disso, da protuberância chamada cinzel (56) para dirigir com ra- pidez o fluido de ar para o escape (30) , os pistões (16) e (16,1) ficam unidos à biela (13) e (13.1) por meio de seus pernos (17) e (17.1), e as bielas que por sua vez ficam acopladas posteriormente aos munhões de virabrequim (12) e (12.1) previamente já instalado, e presas por sua tampas ou chumaceiras de biela (11) e (11.1) com os parafusos (10) e (10.1).Depois colocam-se as juntas de empanque não ilustradas e por último as duas cubas de óleo (6) e (6.1). Em seguida procede-se à instalação do conjunto de bombas (5) e da tubulação de admissão (4) com seu soprador (2) e da tubulação de escape (30) com seu bocal (57). No soprador (2) obser- vam-se em corte frontalmente seus dois rotores compres- sores helicoidais (3). Os orificios rosqueados (59) e (59.1) que se observam na tampa e base do monobloco (26) e (29) correspondem aos parafusos (7) e (7.1) das duas cubas de óleo (6) e (6.1), assim como o círculo (28) correspondem à extremidade do mancai do virabre- quim (40) e (40.1).
Descrição da Figura 4
A Figura 4 é um corte longitudinal vista late- ral direita, parcialmente desmontado, destaca as duas seções do monobloco tampa (26) e base (29) , que o cons- tituem, aplicado ao mesmo motor de quatro cilindros com câmaras simétricas de combustão interna horizontal de dois tempos. Da esquerda para a direita observa-se a caixa de retentor de óleo do virabrequim (55) e (55.1) o retentor de óleo (54), os furos rosqueados do mancai (46), os parafusos de sujeição vertical (39) da tapa e base do monobloco (26) e (29), as meias seções de man- cal (19), as passagens de drenagem de óleo (58) e (58.1) que se comunicam transversalmente desde uma cuba de óleo (6) até à outra (6.1). Os detalhes da parte central da Figura 4 são: virabrequim (40), chumaceiras de mancai principal (9), contrapesos de virabrequim (14), munhão de biela (12), camisas úmidas (20), engre- nagem de virabrequim (48), caixa de engrenagens (44), retentor de óleo da engrenagem central (45), volante de inércia (42), porca de segurança do volante de inércia (43). Descrição da parte superior da Figura 4, da es- querda para a direita: tubulação de admissão (4), com- pressor (2), eixo do soprador (31), polia do soprador (32), porca se segurança do eixo do soprador (33), cor- reia do soprador (34), polia de transmissão do eixo de soprador (35), eixo de impulso do corpo de bombas (38), engrenagem de tomada de força do eixo de impulso do corpo de bombas (36), porca de segurança do eixo de im- pulso do corpo de bombas (37), o corpo de bombas está constituído por três seções que correspondem a cada uma das três bombas, a bomba de engrenagens de óleo (5.2), a bomba de água (5.1), e a bomba de injeção de combus- tível (5), a linha de injeção de combustível para o ci- lindro número um (27), a linha de injeção de combustí- vel para o cilindro número dois (27.1), a linha de in- jeção de combustível para o cilindro três (27.2), a li- nha de injeção de combustível para o cilindro quatro (27.3), elemento injetor (51), por fim menciona-se a parte inferior do motor com a tubulação de escape (30) .
Descrição da Figura 5
A Figura 5 é uma vista posterior de um motor com câmaras simétricas de combustão interna horizontal de dois tempos, onde se destacam a distribuição das en- grenagens dos dois virabrequins (48) e (47) com respei- to à engrenagem central de sincronização (49) , e da en- grenagem de entrada de força (36) que impulsiona tanto o corpo de bombas, como a polia do soprador (32) . Deve ser observado que a simetria para uma quinta engrenagem não ilustrada por razões óbvias que seria acoplada à engrenagem de virabrequim (47) , servirá para a tomada de força do alternador, ar condicionado e direção hi- dráulica, e motor de partida, acessórios que não estão ilustrados.
As setas pequenas indicam o sentido de giro das engrenagens, observando-se a caixa de engrenagens (44), a tubulação de admissão (4) , a correia da polia do so- prador (34) , a porca de segurança do soprador (33) , a entrada de ar do soprador (1) , cubas de óleo (6) e (6.1), volante de inércia (42), tubulação de escapamen- to (30) , saída da tubulação de escapamento (57) .
Descrição da Figura 6
A Figura 6 é uma vista superior do motor com câmaras simétricas de combustão interna horizontal de dois tempos, onde se destaca a alternância nas quatro entradas da tubulação de admissão (52), o corpo do in- jetor (51), a linha da tubulação de injeção da combus- tível (27), a bomba de injeção (5), a bomba de água (5.1), a bomba de óleo (5.2), o eixo de impulso do cor- po de bombas (38), polia de transmissão de impulso ao soprador (35), engrenagem de entrada de força do corpo de bombas e soprador (36), porca de segurança do mesmo eixo (37), engrenagem de virabrequim (48), engrenagem central de sincronização (49), engrenagem do outro vi- rabrequim (47), caixa de engrenagens (44), volante de inércia (42), porca de segurança do volante de inércia (43), polia do soprador (32), eixo de impulso do sopra- dor (31), cubas de óleo (6) e (6.1), tampa do monobloco (26), parafusos de união vertical (39) das tapas (26) e base (29) do monobloco.
Descrição da Figura 7
A Figura 7 é uma vista inferior do motor com câmaras simétricas de combustão interna horizontal de dois tempos, onde se destaca a posição de alternância das saídas da tubulação de escapamento (53), a base do monobloco (29), os parafusos verticais de união (39) da tampa (26), e a base do monobloco (29), as cubas de ó- leo (6) e (6.1), a caixa de engrenagens (44), a engre- nagem do virabrequim (48), a engrenagem central de sin- cronização (49), a engrenagem do outro virabrequim (47), retentor de óleo do eixo da engrenagem central de sincronização (45), volante de inércia (42), porca de segurança do volante de inércia (43) , polia do soprador (32), correia do soprador (34) , polia do eixo de trans- missão de impulso do corpo de bombas e do soprador (35).
As bielas (13) e (13.1) são dotadas de uma veia de lubrificação interna especial ao longo do seu corpo, a qual serve para lubrificar o perno (17) e (17.1); sendo que além disso, a veia da biela (13) e (13.1) tem outra função importante, pois inclui um aspersor na ex- tremidade da biela que pulveriza abundantemente com ó- leo a caixa interna do pistão (16) e (16.1) para que desta forma seja refrigerada.
Os virabrequins (40) e (40.1) podem ter dife- rente número de munhões, tanto de biela como de mancai conforme seja a quantidade de cilindros do motor, a re- lação de amplitude angular entre os munhões varia se- gundo se trate, por exemplo, o motor de quatro cilin- dros da Figura 3, a amplitude angular entre os munhões de biela é de 90°. Considerando-se a ordem de ignição das câmaras, a amplitude angular entre os munhões de biela do cilindro dois com relação aos munhões do ci- lindro três é de 180° e a dos munhões do cilindro três com referência aos munhões do cilindro quatro será de 90°.
Esclarecimento: os pontos de referência para definir os movimentos alternativos dos pistões (16) e (16.1) den- tro do cilindro (20) com referência à posição que ocu- parão no interior da câmara de combustão são os seguin- tes: ponto morto central (PMC) e ponto morto lateral (PML), por exemplo, na Figura 3, os pistões defrontan- tes (16) e (16.1) do cilindro número um extremo esquer- do, encontram-se em ponto morto lateral (PML), enquanto os dois pistões defrontantes (16) e (16.1) do cilindro número quatro estão na posição de ponto morto central (PMC). Os outros quatro pistões (16) e (16.1) dos ci- lindros (20) dois e três, respectivamente, encontram-se um no sentido do curso de compressão e o outro a 180° no sentido do curso de força.
O funcionamento da câmara simétrica de combus- tão interna horizontal de dois tempos de aspiração for- çada de duplo pistão defrontante por cilindro realiza- se da seguinte maneira:
Partindo-se da simetria que se observa na Figu- ra 1 tomada como principal, e que pode corresponder tanto para distintos motores de 2, 3, 4, 5, 6, e (n) número de cilindros, como já foi mencionado anterior- mente, a amplitude angular entre os munhões de biela varia da seguinte forma: para motores de dois cilindros a amplitude angular entre munhões de biela é de 180°, para os motores de três cilindros a amplitude angular entre os munhões de biela será de 120°, para os motores de cinco cilindros a amplitude angular entre os munhões de biela será de 72e para os motores de seis cilin- dros será de uma amplitude angular entre os munhões de biela de 60°.
O ciclo de combustão para cada câmara de com- bustão é de dois tempos, compreendidos entre os dois pontos de referência mencionados como o ponto morto central (PMC) e ponto morto lateral (PML).
Na posição (PML) os dois pistões (16) e (16.1) do cilindro (2 0) número um, permitem tanto a entrada de ar sob pressão fresco e limpo através das aberturas (21) descobertas e provocar a varredura de gases do in- terior da câmara até ser expulso pelas aberturas (21.1), após o que os dois pistões (16) e (16.11) come- çarão simultaneamente a mover-se para o ponto morto central (PCM), este movimento comprime o ar confinado entre os dois pistões e a parede da camisa (20) o ar se aquece cada vez mais pelo efeito da compressão que é muito elevada devido a que este traçado de câmara so- mam-se os volumes dos dois pistões (16) e (16.1), que chegam até ao ponto morto central (PCM) onde nesse pre- ciso momento se introduz o combustível atomizado pelo injetor (51), o qual se inflama por auto ignição provo- cando a força mecânica necessária para empurrar simul- taneamente os dois pistões (16) e (16.1) novamente para os pontos mortos laterais (PML), quando os dois pistões descobrem o par de aberturas (21) e (21.1), entra de novo o ar fresco e limpo sob alta pressão que fornece o soprador (2), a sincronização tanto da bomba de injeção (5) assim como da pressão de ar que fornece o soprador (2) e dos movimentos alternativos dos dois pistões (16) e (16.1) se deve à distribuição das duas engrenagens dos virabrequins (47) e (48) que se encontram acoplados à engrenagem central de sincronização (49), a inércia de movimento acumula-se no giro do volante (42). O sistema de refrigeração da câmara é devido ao fato de que a camisa úmida (20) se encontra rodeada em três se- ções (50) de água fresca que é levada a recircular den- tro destas cavidades seccionadas pelo conjunto de veda- ções (22) e (23), (24) e (24,1), (23,1) e (22.1) da Fi- gura 2, a água é impulsionada em forma de corrente pela bomba de água (5.1) e que troca o calor com o radiador exterior, não incluído na figura. Também como parte do sistema de resfriamento dos pistões (16) e (16.1) in- clui-se um aspersor de óleo na extremidade da biela (13) e (13.1) já descrita em parágrafos anteriores, que umedece a parte inferior da caixa dos pistões. Chama- se a atenção para o fato de que para se equilibrar a temperatura entre os cilindros (20) as aberturas (21) e (21.1) são alternadas de um cilindro para o outro, sig- nificando isto que enquanto no cilindro uma das abertu- ras (21) será de admissão e as aberturas (21.1) serão de escapamento, no cilindro número dois as aberturas (21) serão de escapamento e as aberturas (21.1) serão para a admissão, assim ao alternar-se tanto a entrada de ar (52) da tubulação de admissão com a saída (53) da tubulação de escapamento para o cilindro um mantém-se distribuído o calor o qual é irradiado com o meio ambi- ente por conversão ao ficar exposta a área da superfí- cie da tampa (26) do monobloco.
Claims (14)
1. Motor de dois tempos para ser refrigerado a ar, caracterizado por compreender: uma tampa e uma base que formam uma câmara para cilindros; pelo menos dois cilindros que têm uma camisa úmida onde os ditos cilindros estão alojados na câmara de cilindros, onde na dita camisa úmida se encontra prevista pelo menos uma abertura de admissão e pelo me- nos uma abertura de escapamento; um par de pistões defrontantes dentro de cada cilindro, estando os pistões adaptados para mover-se entre uma primeira posição onde os pistões estão espa- çados e uma segunda posição onde os pistões estão pró- xiraos; pelo menos um meio de admissão por cilindro co- nectado à dita tampa, que admite gás para o interior do cilindro por meio da abertura de admissão; pelo menos um meio de escapamento por cilindro conectado à dita base, que permite o escapamento do gás do interior do cilindro por meio da abertura de escapa- mento ; e em que as ditas aberturas de admissão e ditas aberturas de escapamento e os correspondentes meios de admissão e meios de descarga se alternam as posições de um cilindro para o outro cilindro adjacente, de forma que no cilindro adjacente as aberturas de admissão fun- cionam como aberturas de escapamento e as aberturas de descarga como aberturas de admissão e vice-versa para o cilindro seguinte.
2. Motor, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado por os ditos meios de admissão estarem aco- piados com uma entrada de gás com um soprador ou com- pressor que introduz o gás no interior do dito cilin- dro, onde o soprador é dotado de pelo menos um par de rotores tri-lobulares helicoidais, onde o dito compres- sor é capaz de introduzir gás pressurizado com uma tem- peratura maior para o interior do cilindro, transporta- do para a dita entrada de gás.
3. Motor, de acordo com a reivindicação I1 ca- racterizado por os ditos meios de escapamento darem sa- ída a gases permutados por meio de um bocal de escapa- mento de motor.
4. Motor, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado por as ditas aberturas de admissão e as di- tas aberturas de escapamento serem distribuídas de uma maneira oposta entre si ao longo do raio da camisa úmi- da, formando uma galeria de ar na câmara de cilindro.
5. Motor, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado por as ditas aberturas de admissão estarem alinhadas com os meios de admissão e onde as ditas a- berturas de escapamento estão alinhadas com os meios de escapamento.
6. Motor, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado por as ditas aberturas de admissão estarem alinhadas com os meios de escapamento e onde as ditas aberturas de escapamento estão alinhadas com os meios de admissão.
7. Motor, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado por o motor compreender adicionalmente pelo menos um eixo, pelo menos um virabrequim, pelo menos um munhão de virabrequim, pelo menos um perno de biela e pelo menos uma biela, onde a dita biela é dotada de uma veia de lubrificação interna capaz de lubrificar o dito perno, e onde a dita biela compreende, adicionalmente, um aspersor em uma extremidade, onde o aspersor é capaz de aspergir o pistão com óleo para refrigerar constan- temente o dito pistão.
8. Motor, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado por o dito motor compreender, adicionalmen- te, uma pluralidade de vedações no diâmetro externo da dita camisa úmida, que separam as ditas aberturas da seção de óleo de cubas de óleo, as ditas aberturas em relação a uma câmara de água e a dita seção de óleo em relação à dita câmara de água.
9. Motor, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado por o dito motor ser um motor de dois ci- lindros, onde o dito motor possui uma amplitude angular de 180° entre os munhões de biela e onde engrenagens do dito motor têm uma ordem de ignição de 1, 2, 1.
10. Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito motor ser um motor de três ci- lindros, onde o dito motor tem uma amplitude angular de 120° entre os munhões de biela e onde as engrenagens do dito motor são dotadas de uma ordem de ignição de I1 3, -2, 1.
11. Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito motor ser um motor de quatro cilindros, onde o dito motor tem uma amplitude angular de 90° entre os munhões de biela e onde as engrenagens do dito motor são dotadas de uma ordem de ignição de 1, -3, 4, 2, 1.
12. Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito motor ser um motor de cinco cilindros, onde o dito motor tem uma amplitude angular de 72 ° entre os munhões de biela e onde as engrenagens do dito motor são dotadas de uma ordem de ignição de 1, -4 f 2 f 5 / 3 / 1 ·
13. Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito motor ser um motor de seis ci- lindros, onde o dito motor tem uma amplitude angular de -60° entre os munhões de biela e onde as engrenagens do dito motor são dotadas de uma ordem de ignição de 1, 5, -3, 6, 2, 4, 1.
14. Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a camisa úmida ser intercambiável, onde os ditos meios de admissão compreendem pelo menos um injetor e uma válvula de retenção no dito injetor.
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