MOTOR MEJORADO QUE OPERA CON AIRE O GAS COMPRIMIDO, Y/O CON ENERGÍA ADICIONAL, QUE TIENE UNA CÁMARA DE EXPANSIÓN ACTIVA
La presente invención está relacionada con un motor que opera en particular con aire comprimido, o con cualquier otro gas comprimido, que tiene una cámara de expansión activa. Antecedentes de la invención Los inventores han presentado las siguientes patentes que se refieren a sistemas de propulsión e instalaciones de los mismos, y que usan gases, especialmente aire comprimido para lograr una operación completamente limpia en sitios urbanos y suburbanos: WO 96/27737; WO 97/39232; WO 97/48884; WO 98/12062; WO 98/15440; WO 98/32963; WO 99/37885; WO 01/69080; y WO 03/036088. En su Solicitud de Patente Internacional WO 99/37885, a cuyo contenido se puede hacer referencia, los inventores proponen una solución que aumenta la cantidad de energía disponible y aprovechable, en la cual el aire comprimido proveniente del tanque de almacenamiento, antes de ser introducido a la cámara de combustión y/o de expansión, o después de haber pasado a través del o los intercambiadores de calor del dispositivo de recuperación de energía térmica del ambiente y antes de ser introducido en la cámara de combustión, es transportado a un calentador térmico donde como resultado del aumento de temperatura aumentará además su presión y/o volumen antes de ser introducido en la cámara de combustión y/o expansión del motor, por lo que aumenta considerablemente el rendimiento que se puede lograr en dicho motor. El uso de un recalentador térmico, sin importar si se usa o no un combustible fósil, tiene la ventaja de hacer posible una combustión limpia continua que puede ser tratada con catalizadores, o remover los contaminantes por cualquiera de los medios conocidos, con el objeto de lograr emisiones con contenidos infinitesimales
de contaminantes. El uso de un calentador térmico, y esto es cierto sin importar el hecho de si se usa o no un combustible fósil, tiene la ventaja de que se puede emplear una combustión limpia continua que puede ser convertida por medio de catalizadores para liberarla de contaminantes, o remover los contaminantes por cualquier medio conocido con el objeto de lograr emisiones con niveles infinitesimales de contaminantes. Los inventores han presentado la Solicitud de Patente WO 03/036088, a cuyo contenido se puede hacer referencia, relacionada con un conjunto de motor-compresor - motor-alternador por inyección de aire comprimido adicional que opera con una sola fuente de energía o con fuentes de energía múltiples. En estos tipos de máquina que opera con aire comprimido y que comprende un tanque de almacenamiento de aire comprimido, es necesario expandir el aire comprimido que está almacenado a muy alta presión en el tanque, pero cuya presión decrece cuando el tanque se vacía, a una presión intermedia estable conocida como la presión de trabajo en una capacidad de regulación, conocida como la capacidad de trabajo, antes de que se pueda usar en el cilindro o cilindros del motor. Los reguladores convencionales conocidos del tipo obturador y resorte permiten caudales muy bajos y el uso de los mismos en tal aplicación requiere dispositivos muy complicados y de bajo rendimiento, aún mas, son altamente sensibles al congelamiento como resultado.de la humedad del aire que es enfriado durante la expansión. Para resolver este problema, los inventores han presentado también una Solicitud de Patente Internacional WO-A1 -03/089764, a cuyo contenido se hace referencia, referida a un regulador dinámico de caudal variable y a un sistema de distribución para motores alimentados con una inyección de aire comprimido que comprende
un tanque de aire comprimido de alta presión y una capacidad de trabajo. Los inventores también han presentado una Solicitud de Patente WO-A1-02/070876 referente a una cámara de expansión de volumen variable que consiste en dos capacidades diferentes, una de las cuales está en comunicación con la entrada de aire comprimido y la otra, una de las cuales está hermanada con el cilindro, cuyas capacidades pueden ser puestas en comunicación entre sí o aisladas de tal modo que durante el ciclo de escape es posible cargar la primera de dichas capacidades con aire comprimido y luego establecer la presión en la segunda, inmediatamente al final del escape mientras el pistón está estacionario en el punto muerto superior y antes de que retome la carrera, las dos capacidades permanecen en comunicación y se expanden juntas para realizar la embolada de trabajo, y por lo menos una de las dos capacidades está provista de medios para modificar su volumen de forma de permitir que el momento resultante del motor pueda ser modificado a la misma presión. En la operación de estos motores de "expansión en carga", el llenado de la cámara de expansión representa una expansión sin trabajo perjudicial para la eficiencia global de la máquina. Para resolver el problema mencionado arriba, los inventores han también presentado la Solicitud de Patente WO-A1 -2005/049968 que describe un motor con una cámara activa en el cual la cámara de expansión comprende un volumen variable equipado con medios para producir trabajo y que está hermanado y en contacto permanente vía un pasaje con el espacio que hay encima del pistón de accionamiento principal. En WO-A1 -2005/049968 (FR-A1 -2.862.349) se ilustra en particular un ciclo termodinámico de cuatro fases en la operación con aire comprimido en modo mono(simple)-energía, caracterizado por:
una expansión isotérmica sin trabajo; una expansión leve de transferencia con trabajo, descripta como cuasi-isotérmica; una expansión politrópica con trabajo; - un escape a la presión del ambiente. El motor opera sobre el ciclo termodinámico anterior y utiliza un arreglo convencional de bielas y cigüeñal. Preferiblemente es alimentado con aire comprimido, o con cualquier otro gas comprimido, contenido en un tanque de almacenamiento de alta presión a través de una capacidad reguladora conocida como capacidad de trabajo. La capacidad de trabajo en la versión de energía dual comprende un dispositivo para calentar el aire que es suministrado por una fuente de energía adicional (combustible fósil u otra fuente de energía) para aumentar la temperatura y/o presión del aire que pasa a través del mismo. En este último documento WO-A1 -2005/049968 (FR-A1 -2.862.349) tal operación y ciclo termodinámico se obtienen por medios mecánicos que conectan el pistón de accionamiento principal, el cigüeñal, y el pistón de la cámara de expansión activa.
Un objeto de la presente invención es simplificar el diseño de tal motor manteniendo todas las ventajas mencionadas. Compendio de la invención Para este fin, la invención propone un motor alimentado con aire comprimido, o con cualquier otro gas comprimido contenido en un tanque de almacenamiento de alta presión, que comprende: por lo menos un pistón de accionamiento principal que se desliza dentro de un cilindro de accionamiento y que produce el movimiento de un cigüeñal por medio de un arreglo convencional de biela/cigüeñal; y por lo menos una cámara de expansión activa que comprende un
volumen variable equipada con medios que permiten producir trabajo y la cual está conectada por un pasaje con el volumen, denominado volumen muerto, ubicado en el cilindro de accionamiento encima del pistón de accionamiento en su punto muerto superior, caracterizado porque: - dicho pasaje comprende un obturador que permite que dicha cámara de expansión activa sea aislada o puesta en conexión con el volumen muerto; el motor comprende un conducto de entrada que conecta con la cámara de expansión activa y que permite que el motor sea alimentado con aire comprimido o con gas comprimido; - el aire o gas comprimido entra a la cámara de expansión cuando dicha cámara se encuentra en su menor volumen y la cual, bajo la acción del aire comprimido, aumenta su volumen produciendo de este modo trabajo; cuando la cámara de expansión está aproximadamente en su volumen máximo y el pistón de accionamiento está aproximadamente en su punto muerto superior, se cierra el conducto de alimentación y dicha cámara de expansión activa se pone en comunicación con el cilindro de accionamiento, y el aire o gas comprimido contenido en la cámara de expansión activa se expande empujando al pistón de accionamiento hacia atrás en una carrera descendente, proporcionando a su vez trabajo; - durante la expansión, el volumen de la cámara de expansión activa vuelve a su valor mínimo permitiendo que comience un nuevo ciclo; de tal manera que el motor trabaja de acuerdo con un ciclo termodinámico de cuatro fases: una expansión isotérmica sin trabajo; - una expansión leve de transferencia con trabajo, descripta como cuasi- isotérmica;
una expansión politrópica con trabajo; un escape a la presión del ambiente. De acuerdo con otras características de la presente invención: dicho volumen muerto se reduce al valor mínimo que las tolerancias mecánicas permiten, de forma de evitar una expansión sin trabajo cuando la cámara de expansión activa se pone en comunicación con el volumen muerto; el motor es alimentado con aire o gas comprimido a través de una capacidad reguladora, denominada capacidad de trabajo, la cual es alimentada con el aire comprimido de alta presión contenido en el tanque de almacenamiento y el cual se expande en dicha capacidad de trabajo a una presión intermedia, denominada presión de trabajo, preferiblemente a través de un dispositivo de regulación dinámico; el motor de acuerdo con la presente invención está en forma ventajosa equipado con un regulador de caudal variable de acuerdo con la Solicitud de Patente Internacional WO-A1 -03/089764, conocido como regulador dinámico, el cual permite que la capacidad de trabajo sea alimentada a su presión de servicio con aire comprimido proveniente del tanque de almacenamiento realizando una expansión sin trabajo del tipo isotérmica; la capacidad de trabajo comprende un dispositivo de calentamiento para calentar el aire o gas comprimido utilizando energía adicional, tal como un combustible fósil u otra forma de energía, dicho dispositivo de calentamiento permite aumentar la temperatura y/o presión del aire que pasa a través del mismo, este arreglo hace posible aumentar la cantidad de energía disponible y aprovechable a través del hecho de que el aire o gas comprimido, antes de ser introducido en la cámara de expansión activa, aumentará su temperatura y aumentará su presión y/o volumen haciendo posible un aumento del rendimiento y/o rango; el calentador térmico puede usar como fuente de energía un
combustible fósil tal como petróleo o derivados, o en forma alternativa gas licuado (GLP) o gas natural (GN) para vehículos; también puede usar biocombustibles o alcohol, permitiendo una operación con energía dual con combustión externa en la cual un quemador causará un aumento de la temperatura; el aire o gas comprimido es calentado quemando un combustible (fósil o biocombustible) directamente en el aire o gas comprimido, el motor se denomina luego como motor de combustión externa-interna; el calentador térmico es un calentador térmico que usa una reacción de gas con método termoquímico sólido, basado en la conversión por evaporación de un fluido reactivo contenido en un evaporador, por ejemplo amoníaco líquido, en un gas el cual reaccionará con un reactivo sólido contenido en un reactor, por ejemplo sales tales como cloruro de calcio, cloruro de manganeso, cloruro de bario, y similares, y cuya reacción produce calor, y el cual, cuando la reacción termina, puede ser regenerado suministrando calor al reactor para desorber el amoníaco gaseoso que luego se condensará nuevamente en el evaporador, el calentador usa con ventajas métodos termoquímicos tales como aquellos usados y descriptos, por ejemplo, en las Patentes EP-A1-0.307.297 y EP-B1-0.382.586, y el sistema que opera como una batería térmica; el motor opera en un modo de energía dual con una energía adicional, y el ciclo termodinámico en este modo de energía dual se caracteriza por una expansión isotérmica sin trabajo con la conservación de energía en dicha capacidad de trabajo, aumentando la temperatura del aire o gas por calentamiento del mismo realizado usando combustible fósil, seguido por una expansión leve conocida como cuasi-isotérmica, con trabajo, una expansión politrópica con trabajo en el cilindro de accionamiento, y finalmente escape a la presión atmosférica, lo que representa cinco fases sucesivas como sigue:
una expansión isotérmica; un aumento de la temperatura; una expansión leve de transferencia con trabajo, descripta como cuasi-isotérmica; - una expansión politrópica con trabajo; un escape a la presión del ambiente, el momento y velocidad del motor se controlan controlando la presión en dicha capacidad de trabajo; dicho control es ventajosamente provisto por el regulador dinámico; - el motor opera en modo de energía dual con energía adicional, y durante el modo de energía dual una unidad de control electrónica controla la cantidad de energía adicional entregada dependiendo de la presión del aire o gas comprimido, y por lo tanto de la masa de aire introducida en dicha capacidad de trabajo; dicho volumen variable de la cámara de expansión activa comprende un pistón, denominado pistón de carga, el cual se desliza en un cilindro y que está conectado mediante una biela al cigüeñal del motor; el motor es alimentado con el aire o gas comprimido que está contenido en el tanque de alta presión y/o el mismo opera en el modo de energía dual con energía adicional, y, para permitir una operación autónoma cuando el tanque de almacenamiento de aire o gas comprimido está vacío, o cuando se usa con energía adicional, el motor con cámara de expansión activa está acoplado a un compresor de aire o gas que permite el suministro de aire o gas comprimido al tanque de almacenamiento de aire o gas comprimido de alta presión; dicho compresor alimenta directamente a la capacidad de trabajo, en tal caso el control del motor se realiza controlando la presión del compresor, y el regulador dinámico ubicado entre el tanque de almacenamiento de alta presión y
la capacidad de trabajo permanece cerrado; el compresor acoplado suministra en forma combinada al tanque de almacenamiento y la capacidad de trabajo; el motor opera en modo mono-energía con combustible fósil, biocombustible, o similares, permitiendo que el aire o gas contenidos en la capacidad de trabajo, comprimido solamente por la acción del compresor acoplado, sea calentado, luego, el tanque de almacenamiento del aire o gas comprimido de alta presión puede ser simplemente omitido; el gas de escape luego de la descompresión es recirculado al la entrada del compresor acoplado; cuando opera en el modo mono-energía con aire comprimido, el motor comprende varias etapas de expansión de capacidad de cilindro creciente, cada etapa comprende una cámara de expansión activa que consiste en un volumen variable equipado con medios que permiten producir trabajo y entre cada etapa hay un intercambiador de calor para calentar el aire de escape de la etapa previa; el motor opera en el modo energía dual con energía adicional, y el intercambiador de calor ubicado entre etapas está equipado con un dispositivo de calentamiento que utiliza energía adicional; los intercambiadores de calor y el dispositivo de calentamiento están combinados, juntos o en forma deparada, en un dispositivo multietapa que usa la • misma fuente de energía. El ciclo termodinámico de acuerdo con la presente invención se caracteriza por incluir una expansión isotérmica sin trabajo la cual es permitida por el regulador dinámico, seguida de una transferencia acompañada por una expansión muy leve cuasi-isotérmica (por ejemplo de una capacidad de 3000 cm3 a una capacidad de 3050 cm3) con un primer trabajo debido al uso de la presión del aire o gas
contenido en la capacidad de trabajo mientras se llena la cámara de expansión activa, seguido de una expansión politrópica desde la cámara de expansión al cilindro de accionamiento acompañada de un segundo trabajo y una reducción de la temperatura, terminando con el escape del aire expandido a la atmósfera. De acuerdo con una forma alternativa de la presente invención, el motor con cámara de expansión activa está equipado con un calentador térmico que tiene un quemador, o dispositivo similar, y con un calentador termoquímico del tipo mencionado arriba los cuales se pueden usar en conjunto o en forma sucesiva durante la fase 1 del calentador termoquímico, durante la cual el calentador térmico con quemador regenera (fase 2) el calentador termoquímico, cuando este último está vacío, por calentamiento de su reactor, mientras la unidad continúa operando usando el calentador con quemador. En el caso de usar un calentador con quemador, el motor con una cámara de expansión activa de acuerdo con la presente invención es un motor con cámara de combustión externa, conocido como motor de combustión externa. Sin embargo, cualquiera de las combustiones de dicho calentador puede ser interna si la llama está en contacto con el aire comprimido de operación, en cuyo caso el motor se denomina "motor de combustión interna-externa", o las combustiones de dicho calentador son externas, siendo el aire comprimido de operación calentado a través de un intercambiador de calor, en cuyo caso el motor se denomina "motor de combustión externa-externa". En el modo de operación con energía adicional, el ciclo termodinámico comprende entonces las cinco fases mencionadas arriba. Durante la operación en modo aire comprimido, por ejemplo en un vehículo circulando en un centro urbano, para el desplazamiento del vehículo solo se usa la presión del aire comprimido en el tanque de almacenamiento de alta presión,
durante la operación en el modo energía adicional, usando combustible fósil o cualquier otra forma de energía, por ejemplo en un vehículo sobre una autopista, se hace necesario el calentamiento de la capacidad de trabajo, incrementando la temperatura del aire que pasa y por lo tanto el volumen y/o la presión del mismo que puede ser usada para el trabajo de cargar la cámara de expansión activa y para la expansión. El motor de energía dual con una cámara de expansión activa opera de dos modos, por ejemplo, en un vehículo que circula por una ciudad usa el modo de operación con cero contaminación, usando el aire comprimido contenido en el tanque de almacenamiento de alta presión y, en una autopista, nuevamente por ejemplo, en el modo de operación de energía adicional con su calentador térmico alimentado con combustible fósil o alguna otra forma de energía mientras que al mismo tiempo el tanque de almacenamiento de alta presión es recargado con aire por medio de un compresor de aire. El motor de energía dual con cámara de expansión activa de acuerdo con la presente invención de hecho puede tener tres modos de operación principales: modo mono-energía con aire comprimido; modo energía dual con aire comprimido mas energía adicional; modo mono-energía con combustible de energía adicional. El motor con cámara de expansión activa puede también ser fabricado en una versión mono-energía de combustible fósil, o alguna otra versión para combustible cuando está acoplado a un compresor de aire que alimenta la capacidad de trabajo, como se describió arriba, luego el tanque de almacenamiento de aire comprimido de alta presión puede ser simplemente omitido. En el caso de un motor mono-energía que opera con aire comprimido, luego de la expansión en el primer cilindro, que causa una caída de la temperatura, el aire
será calentado en forma ventajosa en un intercambiador de calor aire-aire que intercambia energía con el medio ambiente que lo rodea. En el caso de un motor de energía dual que opera en modo energía adicional, el aire es calentado usando energía adicional en un calentador térmico, usando por ejemplo combustible fósil. De acuerdo con una forma alternativa de dicho arreglo, luego de cada etapa, el aire de escape es dirigido a un solo intercambiador de calor multietapa haciendo de este modo posible usar una sola fuente de combustión. Los intercambiadores de calor pueden ser del tipo aire-aire o aire-líquido, o cualquier otro dispositivo para gas que produzca el efecto deseado. El motor con una cámara de expansión activa de acuerdo con la presente invención se puede usar en vehículos terrestres, marinos, aéreos, o en trenes. El motor con una cámara de expansión activa de acuerdo con la presente invención también puede encontrar aplicaciones en generadores de emergencia y también en aplicaciones domésticas de co-generación para producir electricidad y calor y que permiten realizar control de clima. Breve descripción de las figuras. Otros objetivos, ventajas, y características de la presente invención serán evidentes a partir de la lectura de un número de realizaciones en la descripción, la cual se presenta sin ninguna limitación implícita, y en la que se hace referencia a las figuras adjuntas, en las cuales: La Figura 1 muestra en forma esquemática la vista de una sección longitudinal de un motor con una cámara de expansión activa y su dispositivo de suministro de aire de alta presión (HP). Las Figuras 2 a 4 muestran en forma esquemática la vista de una sección longitudinal de las diferentes fases de operación del motor de la Fig. 1.
La Figura 5 corresponde a un gráfico del ciclo termodinámico en el modo mono-energía con aire comprimido. La Figura 6 muestra en forma esquemática la vista de una sección transversal de un motor con una cámara de expansión activa y su dispositivo de suministro de aire de alta presión (HP) y que comprende un dispositivo de calentamiento de aire por combustión. La Figura 7 corresponde a un gráfico del ciclo termodinámico en el modo energía dual con aire comprimido y aditivo. La Figura 8 muestra en forma esquemática un motor con una cámara de expansión activa acoplada a un compresor de aire que permite una operación autónoma. La Figura 9 muestra en forma esquemática un motor con una cámara de expansión activa acoplada a un compresor de aire que suministra al tanque de almacenamiento y a la capacidad de trabajo. La Figura 10 muestra un motor con una cámara de expansión activa operando en el modo mono-energía con combustible fósil. Descripción detallada de las figuras La Fig. 1 muestra un motor con una cámara de expansión activa de acuerdo con la presente invención donde se muestra el cilindro de accionamiento 2 en el cual se desliza el pistón de accionamiento principal 1 , el cual está conectado vía la biela 3 al eje de cigüeñal 4 de un cigüeñal 5. El cilindro de accionamiento 2 tiene una comunicación cerca de su punto superior, vía el pasaje 6 equipado con un obturador 7, con un cilindro 13 de una cámara de expansión activa en la cual se desliza un pistón 14 denominado pistón de carga, conectado vía la biela 17 al eje de cigüeñal 16, el cual está ubicado en forma substancialmente opuesta (a 180°) al eje de cigüeñal 4, correspondiente ai cilindro
de accionamiento, sobre el cigüeñal 5. Un conducto de entrada 17, controlado por la válvula 18, descarga en el cilindro 13 de la cámara de expansión activa y permite que el motor sea alimentado con aire comprimido desde la capacidad de trabajo 9 mantenida a la presión de trabajo, y ella misma es alimentada con aire comprimido a través del conducto 20, controlado por un regulador dinámico 21 , desde un tanque de almacenamiento de alta presión 22. En la parte superior del cilindro 21 hay un conducto de escape 23 controlado por una válvula de escape 24. Un dispositivo controlado por el pedal del acelerador controla a su vez al regulador dinámico 21 para regular la presión en la capacidad de trabajo y así controlar el motor. La Fig. 2 muestra al motor con un cámara de expansión activa de acuerdo con la presente invención durante la fase de admisión. El pistón de accionamiento 1 está en su carrera ascendente y produce el escape, a través del conducto 23 y con la válvula de escape 24 abierta, del aire expandido durante el ciclo previo. La válvula de admisión 18 se abre y la presión del aire contenido en la capacidad de trabajo 19 mueve el pistón de carga 14 hacia abajo produciendo su carrera descendente, mientras que al mismo tiempo llena el cilindro 13 de la cámara de expansión activa produciendo de este modo un primer trabajo, el cual, vía la biela 15 mueve el cigüeñal 9, este primer trabajo es considerable porque se realiza a presión casi constante, es decir substancialmente sin descompresión. Al continuar su movimiento (Fig. 3), el pistón de accionamiento 1 alcanza aproximadamente su punto muerto superior y aproximadamente al mismo tiempo la válvula de escape 24 y la válvula de admisión 18 se cierran, y el obturador 7 del conducto de conexión 6 se abre. La carga, o cantidad de aire comprimido
contenida en la cámara de expansión activa 13 se expande, empujando el pistón de accionamiento 1 hacia abajo en su carrera descendente y así produce un segundo trabajo moviendo el cigüeñal 9. Durante esta carrera descendente del pistón de accionamiento 1 el pistón de carga 14 continua subiendo hacia su punto muerto superior. Al continuar su movimiento (Fig. 4), el pistón de accionamiento 1 alcanza aproximadamente su punto muerto inferior y el pistón de carga 14 alcanza aproximadamente su punto muerto superior. El obturador 7 luego se cierra nuevamente y la válvula de admisión 18 y la válvula de escape 24 se abren para permitir que una nueva carga entre en la cámara de expansión activa 13 y que la carga previa expandida en el cilindro de accionamiento 2 escape a la atmósfera. La Fig. 5 muestra el gráfico del ciclo termodinámico del motor que opera en modo mono-energía con aire comprimido, y muestra las diferentes fases del ciclo en las diferentes capacidades (a lo largo del eje de abscisas) que componen el motor con una cámara de expansión activa de acuerdo con la presente invención, las presiones se muestran en el eje de ordenadas. En la primer capacidad, la cual corresponde al tanque de almacenamiento 22, hay un conjunto de curvas isotérmicas que parten de la presión del tanque de almacenamiento (Pst) y llegan a la presión de trabajo inicial (PIT), la presión del tanque de almacenamiento se reduce a medida de que el tanque se vacía mientras que la presión de trabajo PIT será controlada de acuerdo al momento de motor deseado variando entre una presión de operación mínima y una presión de operación máxima, en este ejemplo entre 10 y 30 bar. En la capacidad de trabajo 19 durante la carga de la cámara de expansión activa 13 la presión permanece aproximadamente constante. Cuando se abre la válvula de admisión, el aire comprimido contenido en la capacidad de trabajo se transfiere
a la cámara de expansión activa, produciendo trabajo acompañado de una ligera reducción en la presión. Por ejemplo, para una capacidad de trabajo de 3000 cm3 y una cámara de expansión activa de 35 cm3, la caída de presión es de aproximadamente 1 ,16%, y todavía a modo de ejemplo, se tiene una presión de trabajo real de 29,65 bar para una presión de trabajo inicial de 30 bar. El pistón de accionamiento comienza luego su carrera descendente con una expansión politrópica que produce trabajo con reducción de presión hasta que se abre la válvula de escape (por ejemplo a una presión de aproximadamente 2 bar) seguido de una expansión a la presión atmosférica durante la carrera de escape antes de comenzar un nuevo ciclo. La Fig. 6 muestra el motor completo en su versión de energía dual y muestra, en la capacidad de trabajo 19, un esquema de dispositivo de calentamiento que calienta el aire comprimido suministrando energía adicional, en este caso es un quemador 25 alimentado por un cilindro de gas 26. La combustión mostrada en la Fig. 6 es una combustión del tipo interna-externa y permite aumentar considerablemente el volumen y/o la presión del aire comprimido proveniente del tanque de almacenamiento. La Fig. 7 muestra el gráfico del ciclo termodinámico del motor que opera en modo energía dual con energía adicional, y muestra las diferentes fases del ciclo en las diferentes capacidades que componen el motor con una cámara de expansión activa de acuerdo con la presente invención, las presiones se muestran en el eje de ordenadas. En la primer capacidad, la cual corresponde al tanque de almacenamiento, hay un conjunto de curvas isotérmicas que parten de la presión del tanque de almacenamiento (Pst) y llegan a la presión de trabajo inicial (PIT), la presión del tanque de almacenamiento se reduce a medida de que el tanque se vacía
mientras que la presión de trabajo PIT será controlada de acuerdo al momento de motor deseado variando entre una presión de operación mínima y una presión de operación máxima, en este ejemplo entre 10 y 30 bar. En la capacidad de trabajo 19, el calentamiento del aire comprimido permite aumentar considerablemente la presión desde la presión inicial PIT a la presión de trabajo final PFT. Por ejemplo, para una PIT de 30 bar, un aumento en la temperatura de aproximadamente 300 °C hace posible obtener una PFT de aproximadamente 60 bar. Cuando se abre la válvula de admisión, el aire comprimido contenido en la capacidad de trabajo es transferido a la cámara de expansión activa, produciendo trabajo acompañado de una ligera reducción en la presión. Por ejemplo, para una capacidad de trabajo de 3000 cm3 y una cámara de expansión activa de 35 cm3, la caída de presión es de aproximadamente 1 ,16%, y todavía a modo de ejemplo, se tiene una presión de trabajo real de 59,30 bar para una presión de trabajo inicial de 60 bar. El pistón de accionamiento comienza luego su carrera descendente con una expansión politrópica que produce trabajo con reducción de presión hasta que se abre la válvula de escape (por ejemplo a una presión de aproximadamente 2 bar) seguido de una expansión a la presión atmosférica durante la carrera de escape para comenzar un nuevo ciclo. El motor con una cámara de expansión activa también opera en modo de energía dual en forma autónoma utilizando energía conocida como energía adicional, la cual puede ser de origen fósil o a partir de biocombustibles (Fig. 8) cuando, de acuerdo con una forma alternativa de la presente invención, acciona un compresor 27 el cual suministra aire comprimido al tanque de almacenamiento 22. La operación global del motor es la misma que la descripta anteriormente con respecto a las Figs. 1 a 4. Sin embargo, este arreglo permite que el tanque de
almacenamiento 22 sea recargado durante la operación utilizando energía adicional, pero lleva a una pérdida relativamente substancial de energía debida al compresor. De acuerdo con otra forma alternativa de la presente invención (no mostrada en las figuras), el compresor de aire alimenta directamente la capacidad de trabajo. En esta forma de operación, el regulador dinámico 21 se mantiene cerrado y el compresor 27 suministra aire comprimido a la capacidad de trabajo, y en dicha capacidad de trabajo el aire es calentado por el dispositivo de calentamiento y aumenta su presión y/o volumen para ser alimentado a la cámara de expansión activa 13, como se describió en los casos precedentes. Nuevamente, en esta forma de operación, el control del motor se realiza regulando la presión en forma directa sobre el compresor, y la pérdida de energía debida al compresor es mucho menor que en el caso precedente. Finalmente, y de acuerdo con otra forma alternativa de la invención (Fig. 9, el compresor, en forma simultánea o sucesiva, de acuerdo con los requerimientos de energía, alimenta el tanque de almacenamiento de alta presión 22 y la capacidad de trabajo 19. Una válvula de dos vías 28 permite que el tanque de almacenamiento 22 o la capacidad de trabajo 19, o ambos simultáneamente, sean alimentados con aire. La elección es luego dependiente de los requerimientos de energía del motor: si la demanda sobre el motor es relativamente baja se alimenta el tanque de almacenamiento de alta presión, si los requerimientos de energía sobre el motor son altos solo se alimenta la capacidad de trabajo. La Fig. 10 muestra un motor del tipo mono-energía con cámara de expansión activa que opera con combustible fósil (o en forma alternativa con un biocombustible o de algún otro origen), el motor está acoplado a un compresor 27 que suministra aire comprimido a la capacidad de trabajo 19, la cual, aquí,
comprende un quemador 25 alimentado con combustible desde un cilindro de gas 26. El modo global en el cual funciona la máquina es como se describió arriba. El motor con una cámara de expansión activa se describió en su operación usando aire comprimido. Sin embargo puede usar cualquier gas comprimido sin que se altere de ningún modo la invención en el modo en que fue descripta.