WO2019006527A1 - Disposição construtiva em turbocompressor de baixa temperatura para motor de combustão interna - Google Patents

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Bruno HARTMANN DA SILVA
Eduardo DONADEL BASSO
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Definitions

  • the present Invention Low Temperature Turbocharger Constructive Arrangement for Internal Combustion Engine refers to a system of available but unused energy use in the operation of an internal combustion engine for cooling the air supplied to the same engine by overfeeding.
  • the present Low Temperature Turbocharger Constructive Arrangement for Internal Combustion Engine is applicable to internal combustion engines of any nature.
  • turbocharger While the mechanical compressor compromises part of the torque to increase the mass of air admitted by the engine, the turbocharger has the advantage of taking advantage of the energy that would be discharged in the environment by the exhaust duct, obtaining the same effect.
  • a turbocharging system is formed by a turbine that takes advantage of the exhaust of the engine and that is connected solidarily to a compressor that compresses the air into the engine, however the energy supplied to the turbine sometimes is greater than the necessary, being necessary pressure control systems so that only the necessary air is supplied to the engine at a safe pressure.
  • Both types of compressors are regulated through relief valves to work up to a pressure limit so that they do not cause damage to engines that benefit from overfeeding.
  • the most common control system in turbochargers is the wastegate valve, which allows part of the exhaust gas not to pass through the turbine and therefore does not increase the energy delivered to the compressor.
  • a popoff valve can also be used, including in mechanical compressors, which eliminates excess pressure from the system after the compressor causing a kind of leakage in the system when it reaches the predetermined pressure.
  • Another problem of compression is the consequent increase of the temperature of the air,
  • intercoolers also called intercoolers.
  • the intercooler is a heat exchanger whose function is to lower the temperature of the compressed air, increasing its density and reducing the possibility of abnormal combustion. Yet the inlet temperature remains high relative to ambient air, which is disadvantageous to internal combustion engines, especially spark ignition engines, which operate more efficiently the lower the inlet temperature.
  • the issue is so important for internal combustion engines that in addition to the intercooler other devices are used to reduce the risk of abnormal combustion such as increasing the amount of fuel in the mixture, injecting water together with the fuel, or in cases more extreme, the use of ice or spray of refrigerant gases next to the intercooler.
  • BR 102014010250-7 and PI 0603300-4 deal with exhaust gas recirculation, while the TCBT recirculates incoming fresh air.
  • Patent PI 1100859-8 has a regulating valve at the engine inlet, and has no turbine on return.
  • the relief and regulator valves are also separated and there is no reference to the return of the relief valve to the compressor.
  • the present Low Temperature Turbocharger Construction Layout for Internal Combustion Engine inserts the concept of supercharging the internal combustion engine by the compressor with pressures that go up to the maximum limit of the latter, contrary to what is usual, where the pressure inside the system is kept practically constant by means of regulation systems, from the exit of the compressor until the valves of admission of the motor. Compressed air by
  • INCORPORATED BY REFERENCE (RULE 20.6) compressor has the temperature reduced by a cooling system and is then routed to a new turbine driven by the inlet air flow of the engine.
  • the main innovation of the Low Temperature Turbocompressor Construction Layout for Internal Combustion Engine described here is to be able to feed the engine with cooler air and consequently denser than a common turbocharger and do so with the same energy consumed by the latter .
  • the benefits resulting from this are a higher engine efficiency, which can be used to obtain more power or reduced consumption, as the denser air has more oxygen and allows, for the same pressure, to put more fuel inside the combustion chamber. combustion and a larger explosion is achieved, which increases the specific power, and the cooler air allows for more aggressive compression ratios and / or ignition advances without any pre-ignition / detonation problems. increases engine efficiency.
  • the present Construction Layout in Low Temperature Turbocharger for Internal Combustion Engine can be assembled in its integral formation or in partial formations, according to need or to order.
  • the turbocharger only connects to the cooled air turbine system from the moment they start generating power to the system.
  • FIG. 02 Schematic drawing of the Low Temperature Turbocharger Constructive Array for Internal Combustion Engine with additional low pressure parallel turbocharger.
  • Figure 03 Schematic drawing of the Construction Layout in Turbocompressor of Low Temperature for Internal Combustion Engine with low pressure turbocharger in parallel and additional intercooler.
  • Figure 04 Schematic drawing of the Low Temperature Turbocharger Constructive Array for Internal Combustion Engine with additional high pressure turbocharger in parallel.
  • Figure 05 Schematic drawing of the Construction Layout in Low Temperature Turbocharger for Internal Combustion Engine with additional low pressure turbocharger on the same axis.
  • Figure 06 Schematic drawing of the Low Temperature Turbocompressor Construction Layout for Internal Combustion Engine with additional mechanical compressor.
  • FIG. 07 Schematic drawing of alternate inversions of the turbine sequence of the Low Temperature Turbocompressor Construction Turbocompressor for Internal Combustion Engine. (A) reversing the sequence between the inlet and return gas turbines; (B) between the exhaust turbine and the compressor.
  • Figure 08 Schematic drawing of alternative configurations of the Construction Layout in Low Temperature Turbocompressor for Internal Combustion Engine.
  • A perpendicular assembly of the cold turbines;
  • B parallel assembly of the cold turbines.
  • FIG 09 Schematic drawing of the Construction Layout in Low Temperature Turbocharger for Internal Combustion Engine with coupling / decoupling system of the cold turbines. (A) dependent; (B).
  • the turbocharging system is formed by the exhaust gas turbine (Tl), connected to the compressor (C).
  • the compressor sends the fluid to an intercooler (IC) type cooler, but not limited to this or other types of heat exchangers, nor to a specific cooling fluid, and can be used of any type.
  • IC intercooler
  • Sequentially, the flow of compressed and cooled air is routed to a second turbine, called an inlet gas turbine (T3), the pressure of which is regulated by a return valve (V) which avoids engine overload (M), directing the flow to a third turbine, called a return gas turbine (T2), which introduces air back into the inlet of the compressor (C).
  • V return valve
  • T2 return gas turbine
  • the two turbines T2 and T3 are integrally connected to the compressor (C) and the exhaust gas turbine (T1).
  • the system can use compressors and turbines with variable geometry, any other compressors or turbines that can be installed on the same axis or with any type of assembly that makes their movement solidary. It may also include multi-stages with turbochargers on separate axes or on the same axis as the first ones reported.
  • the system proposed in the Low Temperature Turbocharger Construction Layout for Internal Combustion Engine can be used in conjunction with other air compressors, mechanical ( Figure 6) or not, or with additional turbochargers, all in series ( Figure 5) or in parallel ( Figures 2, 3 and 4) with the first.
  • Variable geometry compressors and turbines with multi-stage compression and / or expansion can also be used.
  • the engine can be Otto or Diesel cycle, two or four stroke.
  • the use of additional heat exchangers is also provided and can be used with any cooling fluid.
  • FIG. 1 illustrates the operation of the Low Temperature Turbocompressor Construction Layout for Internal Combustion Engine where the turbocharging system is formed by the exhaust gas turbine (Tl), which takes advantage of the exhaust gases of the engine
  • INCORPORATED BY REFERENCE flows through the exhaust pipe (dashed line) and is integrally connected to the compressor (C).
  • This compressor (C) disposed at the beginning of the inlet pipe (continuous line), has the air temperature lowered by the intercooler type cooling system (IC), from where it is directed to the inlet gas turbine (T3), moved by the inlet air flow of the engine.
  • the pressure is regulated by the return valve (V) which releases part of the compressed air so that the pressure does not exceed the maximum allowed by the engine (M). Air released by this valve is directed through the return line (dotted line) to the return gas turbine (T2), which expands that mass of air from the working pressure of the engine to atmospheric pressure, causing loss of heat.
  • This air is introduced at the inlet of the compressor (C) as part of the air that is compressed in the cycle, decreasing the work done by it, due to its low temperature.
  • the compressed air turbines move in tandem with the compressor (C) to generate more power and allow the compressor (C) to produce even higher pressures.
  • the cycle is thus fed back by the work of the compressed air turbines - return gas turbine (T2) and inlet gas turbine (T3), and by the smaller effort of the compressor (C) to compress cooler air, tending to reach a point of equilibrium resulting from mechanical and thermal losses. Therefore, the purpose of the Low Temperature Turbocompressor Construction Layout for Internal Combustion Engine is that the engine inlet air temperature at a given engine operating pressure is significantly lower than would be achieved in a normal system.
  • Figures 2 and 3 refer to the installation of an additional low pressure turbocharger in parallel to the turbocharger formed by exhaust gas turbine (Tl) and compressor (C).
  • an additional turbine ( ⁇ ') installed in the exhaust pipe, takes advantage of the exhaust of the engine after the exhaust gas turbine (Tl) to drive an additional compressor (C) integral, installed in the intake pipe before of the compressor (C), increasing the air intake.
  • the air from the additional compressor (C) is cooled in an additional intercooler (IC) before being admitted to the compressor (C).
  • Figure 4 relates to the installation of an additional high pressure turbocharger in parallel to the turbocharger formed by exhaust gas turbine (T1) and compressor (C).
  • an additional turbine ( ⁇ ') installed in the exhaust pipe takes advantage of the exhaust of the engine before the exhaust gas turbine (Tl) to drive an additional compressor (C) integral with the intake pipe between the
  • FIG. 5 refers to the installation of an additional high pressure turbocharger on the same axis as the others.
  • an additional turbine (), installed in the exhaust pipe takes advantage of the exhaust gas from the engine after the exhaust gas turbine (Tl) to drive an additional compressor (C) integral with the system, installed in the intake pipe before of the compressor (C), also aiming to increase air intake.
  • Figure 6 relates to the installation of an additional mechanical compressor (C) in parallel to the turbocharger formed by exhaust gas turbine (T1) and compressor (C).
  • FIG. 7A shows the installation of the inlet gas turbine (T3) between the compressor (C) and the return gas turbine (T2), approaching the first one of the intercooler (IC).
  • Figure 7B shows the possibility of placing the exhaust gas turbine (T1) in sequence with the return gas turbines (T2) and inlet gases (T3), positioning on the shaft after the compressor.
  • Figure 8 exemplifies the possibilities of transmitting the rotation of the return gas turbines (T2) and the inlet gases (T3) to the compressor (C) perpendicularly through gear (A) or parallel through belt (B).
  • Figure 9 explores the possibility of using a coupling system that allows the exhaust gas turbine (Tl) and compressor (C) turbocharger to only connect to the return gas turbine (T2) and of inlet gases (T3) when these generate power for the system.
  • the coupling occurs when the return gas turbine (T2) and inlet gas turbine (T3) system together generates power for the system and in the "B" configuration of Figure 9 , there is the possibility of coupling the return gas turbine (T2) already when it starts to generate power for the system, followed by the coupling of the inlet gas turbine (T3), when it reaches the necessary condition.

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Abstract

"Disposição construtiva em turbocompressor de baixa temperatura para motor de combustão interna" é um sistema de uso da energia disponível porém não utilizada no funcionamento de um motor a combustão interna para resfriamento do ar fornecidos ao mesmo motor por sobrealimentação, aplicável em motores de combustão interna de qualquer natureza. O ar comprimido pelo compressor tem a temperatura reduzida por um sistema de arrefecimento e então é encaminhado a uma nova turbina acionada pelo fluxo do ar de admissão do motor, com os beneficios de aumentar o rendimento do motor, o que pode ser usado para obter mais potência ou redução de consumo, pois o ar mais denso permite que se coloque mais combustível dentro da câmara de combustão e se consiga uma combustão maior, o que aumenta a potência especifica, e o ar mais frio permite que se trabalhe com razões de compressão e/ou avanços de ignição mais agressivos sem que se tenha problemas de pré-ignição/detonação, o que aumenta o rendimento do motor. A disposição construtiva pode ser montada em sua formação integral ou em formações parciais, além de cada componente poder ser adaptado em sistemas preexistentes.

Description

"DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM TURBOCOMPRESSOR DE BAIXA TEMPERATURA PARA MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA"
[001] A presente Invenção Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna refere-se a um sistema de uso da energia disponível, porém não utilizada no funcionamento de um motor a combustão interna para resfriamento do ar fornecido ao mesmo motor por sobrealimentação.
[002] Campo de Aplicação: A presente Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna é aplicável em motores de combustão interna de qualquer natureza.
[003] Estado da Técnica e Problemática: O estado da técnica, motivo da presente patente é a premissa de que tanto o torque quanto a eficiência de um motor estão relacionados à massa de ar que o mesmo consegue aspirar por ciclo de admissão. A compressão do ar antes de sua admissão no motor aumenta a massa de ar admitida no cilindro e, por consequência, a injeção de combustível, aumentando o torque e, portanto, a potência deste. Este efeito permite a redução de porte de um motor turbinado em relação a um com aspiração a pressão atmosférica, com economia de combustível e redução de massa e volume para a mesma potência. Os tipos de sobrealimentação mais comuns são a compressão mecânica e a turbocompressão. Enquanto o compressor mecânico compromete parte do torque para aumento da massa de ar admitida pelo motor, a turbocompressão tem como vantagem aproveitar a energia que seria descarregada no ambiente pelo duto de escapamento, obtendo o mesmo efeito. Um sistema de turbocompressão é formado por uma turbina que aproveita os gases de escape do motor e que está ligada solidariamente a um compressor que comprime o ar para dentro do motor, entretanto a energia fornecida à turbina por vezes é maior que a necessária, sendo necessários sistemas de regulagem de pressão para que seja fornecido apenas o ar necessário ao motor a uma pressão segura.
[004] Ambos os tipos de compressores são regulados através de válvulas de alívio para trabalharem até um limite de pressão para que não causem danos aos motores que se beneficiem da sobrealimentação. O sistema de regulagem mais comum em turbocompres sores é a válvula do tipo wastegate, que permite que parte do gás de escape não passe pela turbina e, portanto, não aumente a energia cedida ao compressor. Também pode ser usada, inclusive em compressores mecânicos, uma válvula do tipo popoff, que elimina o excesso de pressão do sistema depois do compressor provocando uma espécie de vazamento no sistema quando atinge a pressão predeterminada. Outro problema da compressão é o consequente aumento da temperatura do ar,
INCORPORADO POR REFERÊNCIA (REGRA 20.6) efeito esse que resulta na diminuição da densidade, e no aumento dos riscos de combustão anormal dentro dos cilindros. Para evitar esses problemas, veículos que utilizam esse tipo de compressão necessitam manter esta dentro de um limite de segurança, prever medidas de redução do avanço da ignição ou optar pelo uso de combustível de octanagem maior que a convencional.
[005] Um artifício usado para minimizar a detonação são os arrefecedores intermediários, também chamados de intercoolers. O intercooler é um trocador de calor cuja função é diminuir a temperatura do ar comprimido, aumentando sua densidade e diminuindo a possibilidade de ocorrer a combustão anormal. Ainda assim a temperatura de admissão permanece elevada em relação ao ar ambiente, o que é desvantajoso para os motores de combustão interna, especialmente os de combustão por centelha, que funcionam mais eficientemente quanto menor a temperatura de admissão. A questão é tão importante para os motores de combustão interna que além do intercooler outros artifícios são usados para reduzir o risco de combustão anormal como o aumento na quantidade de combustível na mistura, a injeção de água junto com o combustível, ou ainda, em casos mais extremos, o uso de gelo ou de spray de gases refrigerantes junto ao intercooler.
[006] Não se encontra referência idêntica ao que está sendo proposto na base de patentes do Instituto Nacional da Propriedade industrial - INPI. A patente PI 0412575-4 versa sobre o resfriamento do ar de carga com um circuito secundário de resfriamento que pode ser líquido, pois é mencionando problema de ebulição, e não recirculação do próprio gás de entrada, com turbinas e compressores não ligados no mesmo sistema, como em um sistema duplo estágio convencional.
[007] As patentes BR 102014010250-7 e PI 0603300-4 tratam de recirculação de gás de exaustão, enquanto o TCBT recircula o ar fresco de entrada.
[008] A patente PI 1100859-8 possui válvula de regulagem na entrada do motor, e não tem turbina no retorno. Também estão separadas as válvulas de alívio e reguladora e não há referência quanto ao retorno do de alívio ao compressor.
[009] Conceito Inventivo: Tendo em vista tal problemática, a presente Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna apresenta as seguintes inovações e funcionalidades:
[010] A presente Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna insere o conceito de superalimentação do motor de combustão interna pelo compressor com pressões que vão até o limite máximo deste último, ao contrário do que é usual, onde a pressão dentro do sistema é mantida praticamente constante por sistemas de regulagem, desde a saída do compressor até as válvulas de admissão do motor. O ar comprimido pelo
INCORPORADO POR REFERÊNCIA (REGRA 20.6) compressor tem a temperatura reduzida por um sistema de arrefecimento e então é encaminhado a uma nova turbina acionada pelo fluxo do ar de admissão do motor. A principal inovação da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna, ora descrita, é conseguir alimentar o motor com ar mais frio e, consequentemente, mais denso que um turbocompressor comum e fazer isso com a mesma energia consumida por esse último. Os benefícios decorrentes disto são um maior rendimento do motor, o que pode ser usado para obter mais potência ou redução de consumo, pois o ar mais denso tem mais oxigénio e permite, para uma mesma pressão, que se coloque mais combustível dentro da câmara de combustão e se consiga uma explosão maior, o que aumenta a potência especifica, e o ar mais frio permite que se trabalhe com razões de compressão e/ou avanços da ignição mais agressivos sem que se tenham problemas de pré-ignição/detonação, o que aumenta o rendimento do motor.
[011] A presente Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna pode ser montada em sua formação integral ou em formações parciais, conforme a necessidade ou por encomenda.
[012] Cada componente integrante da presente Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna pode ser adaptado em sistemas preexistentes.
[013] Vantagens: O objeto Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna apresenta como vantagens:
[014] Possibilita alimentar o motor com ar mais frio e, consequentemente, mais denso que um turbocompressor comum com a mesma energia consumida por esse último.
[015] Permite que se coloque mais combustível dentro da câmara de combustão e se consiga uma explosão maior, o que aumenta a potência especifica.
[016] Permite que se trabalhe com taxas de compressão mais altas e/ou de maior avanço da ignição sem que se tenha problemas de combustão anormal, o que aumenta o rendimento do motor.
[017] O turbocompressor só se conecta ao sistema de turbinas de ar resfriado a partir do momento em que essas passam a gerar potência para o sistema.
[018] Ilustrações: No intuito de facilitar a pesquisa e proporcionar entendimento da presente patente, conforme preconizado no relatório, segundo uma forma básica e preferencial de realização elaborada pelo requerente, faz-se referência à ilustração anexa, que integra e subsidia o presente relatório descritivo onde, a:
INCORPORADO POR REFERÊNCIA (REGRA 20.6) [019] Figura 01 - Desenho esquemático da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna com apenas um estágio de compressão.
[020] Figura 02 - Desenho esquemático da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna com turbocompressor adicional de baixa pressão em paralelo.
[021] Figura 03 - Desenho esquemático da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna com turbocompressor de baixa pressão em paralelo e intercooler adicionais.
[022] Figura 04 - Desenho esquemático da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna com turbocompressor adicional de alta pressão em paralelo.
[023] Figura 05 - Desenho esquemático da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna com turbocompressor adicional de baixa pressão no mesmo eixo.
[024] Figura 06 - Desenho esquemático da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna com compressor mecânico adicional.
[025] Figura 07 - Desenho esquemático de inversões alternativas da sequência das turbinas da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna. (A) inversão da sequência entre as turbinas de gases de admissão e de gases de retorno; (B) entre a turbina de exaustão e compressor.
[026] Figura 08 - Desenho esquemático de configurações alternativas da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna. (A) montagem perpendicular das turbinas frias; (B) montagem paralela das turbinas frias.
[027] Figura 09 - Desenho esquemático da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna com sistema de acoplamento/desacoplamento das turbinas frias. (A) dependente; (B) independente.
[028] Linha contínua 1-7: Tubulação de Admissão
[029] Linha pontilhada 5-6: Tubulação de Retorno
[030] Linha tracejada 8-9: Tubulação de Escapamento
[031] Tl - Turbina de gases de exaustão
[032] C - Compressor
INCORPORADO POR REFERÊNCIA (REGRA 20.6) [033] T2 - Turbina de gases de retorno
[034] T3 - Turbina de gases de admissão
[035] IC - - Intercooler
[036] IC - Intercooler adicional
[037] V - Válvula de retorno
[038] M - - Motor
[039] T' - - Turbina adicional
[040] C - Compressor adicional
[041] Descrição: Na Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna (Figura 1) o sistema de turbocompressão é formado pela turbina de gases de exaustão (Tl), ligada solidariamente ao compressor (C). O compressor envia o fluido a um arrefecedor do tipo intercooler (IC), mas não limitado a este ou outros tipos de trocadores de calor, nem a um fluido de resfriamento específico, podendo se utilizar de qualquer tipo. Sequencialmente, o fluxo de ar comprimido e resfriado é encaminhado a uma segunda turbina, denominada turbina de gases de admissão (T3), cuja pressão é regulada por uma válvula de retorno (V) que evita a sobrecarga do motor (M), direcionando o fluxo excedente para uma terceira turbina, denominada turbina de gases de retorno (T2), que introduz o ar novamente na entrada do compressor (C). As duas turbinas T2 e T3 são solidariamente ligadas ao compressor (C) e à turbina de gases de exaustão (Tl). O sistema pode utilizar compressores e turbinas com geometria variável, quaisquer outros compressores ou turbinas que possam ser instalados no mesmo eixo ou com qualquer tipo de montagem que torne o movimento deles solidários. Pode incluir também multi-estágios com turbocompres sores em eixos separados ou no mesmo eixo dos primeiros relatados. Ainda o sistema proposto na Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna pode ser usado em conjugação com outros compressores de ar, mecânicos (Figura 6) ou não, ou ainda com turbocompres sores adicionais, todos em série (Figura 5) ou em paralelo (Figuras 2, 3 e 4) com o primeiro. Pode também se usar compressores e turbinas de geometria variável, com compressão e/ou expansão multi-estágio. O motor pode ser ciclo Otto ou Diesel, de dois ou quatro tempos. O uso de trocadores de calor adicionais também é previsto, podendo se utilizar de qualquer fluido de resfriamento.
[042] A Figura 1 ilustra o funcionamento da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna onde o sistema de turbocompressão é formado pela turbina de gases de exaustão (Tl), que aproveita os gases de escape do motor que
INCORPORADO POR REFERÊNCIA (REGRA 20.6) flui pela tubulação de escapamento (linha tracejada) e que está ligada solidariamente ao compressor (C). Este compressor (C), disposto no início da tubulação de admissão (linha contínua), tem a temperatura do ar rebaixada pelo sistema de arrefecimento do tipo intercooler (IC), de onde é encaminhado à turbina de gases de admissão (T3), movida pelo fluxo do ar de admissão do motor. A pressão é regulada pela válvula de retorno (V) que libera parte do ar comprimido para que a pressão não ultrapasse a máxima admitida pelo motor (M). O ar liberado por essa válvula é direcionado através da tubulação de retorno (linha pontilhada) para a turbina de gases de retorno (T2), que expande essa massa de ar da pressão de trabalho do motor até a pressão atmosférica, causando perda de calor. Esse ar é introduzido na entrada do compressor (C) como parte do ar que é comprimido no ciclo, diminuindo o trabalho por este realizado, devido a sua baixa temperatura. As turbinas movidas a ar comprimido têm movimento solidário ao compressor (C) para gerar mais potência e permitir que o compressor (C) produza pressões ainda maiores. O ciclo é, portanto, retroalimentado pelo trabalho das turbinas a ar comprimido - turbina de gases de retorno (T2) e turbina de gases de admissão (T3), e pelo menor esforço do compressor (C) para comprimir um ar mais frio, tendendo a atingir um ponto de equilíbrio resultante das perdas mecânicas e térmicas. Portanto, o objetivo da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna é que a temperatura do ar de admissão do motor, a uma determinada pressão de trabalho do mesmo, seja significativamente mais baixas do que a se atingiria num sistema normal.
[043] Para atingir este fim, ainda outras configurações da Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna são possíveis, como ilustradas nas Figuras 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8. As Figuras 2 e 3 referem-se à instalação de um turbocompressor adicional de baixa pressão em paralelo ao turbocompressor formado por turbina de gases de exaustão (Tl) e compressor (C). Nestas configurações, uma turbina adicional (Τ'), instalada na tubulação de escapamento, aproveita os gases de escape do motor após a turbina de gases de exaustão (Tl) para acionar um compressor adicional (C) solidário, instalado na tubulação de admissão antes do compressor (C), aumentando a admissão de ar. Na figura 3, o ar vindo do compressor adicional (C) é resfriado em um intercooler adicional (IC) antes de ser admitido no compressor (C). A Figura 4 refere-se à instalação de um turbocompressor adicional de alta pressão em paralelo ao turbocompressor formado por turbina de gases de exaustão (Tl) e compressor (C). Nesta configuração, uma turbina adicional (Τ'), instalada na tubulação de escapamento aproveita os gases de escape do motor antes da turbina de gases de exaustão (Tl) para acionar um compressor adicional (C) solidário, instalado na tubulação de admissão entre o
INCORPORADO POR REFERÊNCIA (REGRA 20.6) compressor (C) e o intercooler (IC), também visando aumentar a admissão de ar. A Figura 5 refere-se à instalação de um turbocompressor adicional de alta pressão no mesmo eixo dos demais. Nesta configuração, uma turbina adicional ( ), instalada na tubulação de escapamento, aproveita os gases de escape do motor após a turbina de gases de exaustão (Tl) para acionar um compressor adicional (C) solidário ao sistema, instalado na tubulação de admissão antes do compressor (C), também visando aumentar a admissão de ar. A Figura 6 refere-se à instalação de um compressor mecânico adicional (C) em paralelo ao turbocompressor formado por turbina de gases de exaustão (Tl) e compressor (C). Nesta configuração um compressor mecânico adicional (C) solidário está instalado na tubulação de admissão entre turbina de gases de admissão (T3) e o motor (M), também visando aumentar a admissão de ar. As Figuras 7 e 8 mostram outras configurações possíveis, visando aproveitamento de condições e/ou espaços disponíveis. A Figura 7A mostra a instalação da turbina de gases de admissão (T3) entre o compressor (C) e a turbina de gases de retorno (T2), aproximando a primeira do intercooler (IC). A Figura 7B mostra a possibilidade de colocação da turbina de gases de exaustão (Tl) ser colocada em sequência com as turbinas de gases de retorno (T2) e de gases de admissão (T3), posicionando no eixo após o compressor. A Figura 8 exemplifica as possibilidades de transmissão da rotação das turbinas de gases de retorno (T2) e de gases de admissão (T3) para o compressor (C) perpendicularmente através de engrenagem (A) ou paralelamente através de correia (B).
[044] A Figura 9 explora a possibilidade de uso de um sistema de acoplamento que permita que o turbocompressor formado por turbina de gases de exaustão (Tl) e compressor (C) só se conecte ao sistema das turbinas de gases de retorno (T2) e de gases de admissão (T3) quando essas passarem a gerar potência para o sistema. Na configuração "A" da Figura 9, o acoplamento ocorre quando o sistema das turbinas de gases de retorno (T2) e de gases de admissão (T3) em conjunto passa a gerar potência para o sistema e na configuração "B" da Figura 9, há a possibilidade de ocorrer o acoplamento da turbina de gases de retorno (T2) já quando passar a gerar potência para o sistema, sendo seguido pelo acoplamento da turbina de gases de admissão (T3), quando este alcançar a condição necessária.
[045] Conclusão: Deste modo, a Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna é subsidiada por características técnicas e funcionais inéditas, como se pode verificar nas figuras anexas e compreender no relatório descritivo, merecendo, portanto, a proteção legal pleiteada.
INCORPORADO POR REFERÊNCIA (REGRA 20.6)

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. "Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna", se refere a um sistema de uso da energia disponível, porém não utilizada, no funcionamento de um motor a combustão interna para resfriamento do ar fornecidos ao mesmo motor por sobrealimentação, aplicável em motores de combustão interna de qualquer natureza, caracterizado por alimentar o motor com ar mais frio e, consequentemente, mais denso que um turbocompressor comum e fazer isso com a mesma energia consumida por esse último.
2. "Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna", se refere a um sistema de uso da energia disponível porém não utilizada no funcionamento de um motor a combustão interna para resfriamento do ar fornecidos ao mesmo motor por sobrealimentação, aplicável em motores de combustão interna de qualquer natureza, conforme descrito em 001, formado por um sistema composto por turbocompressor e turbinas caracterizado por o sistema de turbocompressão ser formado pela turbina de gases de exaustão (Tl), ligada solidariamente ao compressor (C), onde tal compressor envia o fluido a um arrefecedor do tipo intercooler (IC), mas não limitado a este ou outros tipos de trocadores de calor, nem a um fluido de resfriamento específico, podendo se utilizar de qualquer tipo, e sequencialmente, o fluxo de ar comprimido e resfriado ser encaminhado a uma turbina de gases de admissão (T3) com pressão regulada por uma válvula de retorno (V) que evita a sobrecarga do motor (M) e direciona o fluxo excedente para uma turbina de gases de retorno (T2), que introduz o ar novamente na entrada do compressor (C), sendo as turbinas T2 e T3 solidariamente ligadas ao compressor (C) e à turbina de gases de exaustão (Tl).
3. "Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna", se refere a um sistema de uso da energia disponível, porém não utilizada no funcionamento de um motor a combustão interna para resfriamento do ar fornecido ao mesmo motor por sobrealimentação, aplicável em motores de combustão interna de qualquer natureza, conforme descrito em 1 e 2, com construções alternativas caracterizadas por o sistema poder utilizar compressores e turbinas com geometria variável, quaisquer outros compressores ou turbinas que possam ser instalados no mesmo eixo ou com qualquer tipo de montagem que torne o movimento deles solidários, incluir multi-estágios com turbocompres sores em eixos separados ou no mesmo eixo dos primeiros relatados, ser usado em conjugação com outros compressores de ar, mecânicos (Figura 6) ou não, ou ainda com turbocompressores adicionais, todos em série (Figura 5) ou em paralelo (Figuras 2, 3 e 4) com o primeiro, usar compressores e turbinas de
FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) geometria variável, com compressão e/ou expansão multi-estágios, em motores de ciclo Otto ou Diesel, de dois ou quatro tempos, com uso de trocadores de calor adicionais e qualquer fluido de resfriamento, com possibilidade de montagem em sua formação integral ou em formações parciais, conforme a necessidade, sendo cada componente integrante ser adaptável em sistemas preexistentes.
4. "Disposição Construtiva em Turbocompressor de Baixa Temperatura para Motor de Combustão Interna", se refere a um sistema de uso da energia disponível, porém não utilizada, no funcionamento de um motor a combustão interna para resfriamento do ar fornecido ao mesmo motor por sobrealimentação, aplicável em motores de combustão interna de qualquer natureza conforme descrito em 1, 2 e 3, com conexão do turbocompressor ao sistema de turbinas de ar resfriado caracterizadas por ocorrer, mas não exclusivamente, a partir do momento em que essas passem a gerar potência para o sistema, individualmente ou agrupadas (Figura 9).
FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26)
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