BRPI0706386A2 - motor de combustão interna aperfeiçoado - Google Patents

Abstract

MOTOR DE COMBUSTAO INTERNA APERFEIçOADO. é revelado um motor de combustão interna (100) compreendendo: a) uma câmara de combustão que tem uma válvula de entrada (23) e uma válvula de descarga (24); b) pelo menos dois meios de ignição (40, 42) ; e c) um meio de acionamento para acionar as válvulas em que cada meio deignição (40, 42) é localizado distante do meio de acionamento de válvula como corrente de distribuição. Tal motor (100) , que tem vantajosamente válvulas de entrada e descarga descentradas, tem economia de combustível aperfeiçoada em relação a motores com um meio de ignição único ou vela de ignição.

Description

MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA APERFEIÇOADO

A presente invenção refere-se a um motor decombustão interna apropriado para operação de motor depequeno diâmetro utilizando misturas pobres dear/combustível.

Motores de combustão interna são conhecidos nosquais cada cilindro é dotado de duas válvulas, a saber,válvula de entrada e válvula de descarga. Essas válvulasabrem em uma cavidade na cabeça do cilindroconvencionalmente conhecido como câmara de combustão. Essasválvulas são tipicamente dimensionadas e dispostas "emlinha" para otimizar a saída de energia. A figura 1 mostrauma cabeça de cilindro 1000 com válvulas de entrada edescarga 1001 e 1002 dispostas em linha para um motorinflamado de centelha única. A figura 2 mostra uma cabeçade cilindro 1010 com válvulas de entrada e descarga 1011 e1012 dispostas para um motor inflamado de centelha dupla.As válvulas 1011 e 1012 são necessariamente menores do queas válvulas 1001 e 1002 de modo que o motor inflamado decentelha dupla possa fornecer potencialmente menos energiapara o motor de tamanho pequeno. Isso é genericamenteconsiderado indesejável.

Essas válvulas são acionadas por uma montagem debraço oscilante tendo braços oscilantes respectivosacionados por um carne que é acionado por um eixo de carnegirando em seqüência com o eixo de manivelas através de umacorrente de distribuição e rodas dentadas de acionamento eacionada.

Tipicamente, tais motores são dotados de somenteuma vela de ignição por cilindro. Uma das desvantagensdesse arranjo é que o processo de combustão a partir dainiciação até conclusão de centelha demora um tempocomparativamente longo. Em velocidades mais elevadas domotor, a duração de combustão disponível pode serinsuficiente, resultando em combustão incompleta econseqüente perda de força, desperdício de combustível eaumento em emissões. Desvantagens adicionais resultam danecessidade de misturas mais ricas de ar/combustível paraobter melhor capacidade de direção e propagação inadequadade chamas na câmara de combustão e força inadequada se amistura de ar/combustível for pobre.

Esses problemas podem ser tratados empregando ummotor tendo duas velas de ignição. Isso é contra-intuitivopara uso em um motor de pequeno diâmetro, onde distânciasde propagação de chamas são relativamente pequenas enormalmente suficientes para permitir combustão eficiente.

Além disso, problemas se originam também devido ao pequenoespaço disponível para acomodar as duas velas de ignição.

Por exemplo, é necessário localizar uma vela de ignição nolado de corrente de distribuição do motor, uma localizaçãoinconveniente porque lubrificante presente na cavidade decorrente de distribuição pode afetar a função da vela deignição. Esse problema foi superado por um motor decombustão interna de pequeno diâmetro ou capacidade pequenaoperando no ciclo de quatro tempos, como revelado napatente indiana 195904 datada de 16 de julho de 2002 dorequerente (pedido de patente internacional correspondenteWO 2005/042954 Al) que revela uma configuração de vela deignição dupla tendo uma vela de ignição se estendendoatravés da cavidade de corrente de distribuição, embora umaluva de proteção seja necessária para obter isso.

Consequentemente, um objetivo da presenteinvenção é o de evitar os problemas do tipo acima efornecer desempenho aperfeiçoado de um motor de combustãointerna, particularmente um motor de pequeno diâmetro,apropriado para combustão de misturas de gás decombustão/combustível pobres. O desempenho relacionado àsemissões e a economia de combustível podem ser, assim,aperfeiçoados.

Com esse objetivo em vista, a presente invençãoprovê um motor de combustão interna compreendendo:

a) uma câmara de combustão tendo uma válvula deentrada e uma válvula de descarga, cada válvula tendo umelemento de válvula associado;

b) pelo menos dois meios de ignição; e

c) um meio de acionamento para acionar asválvulas onde cada meio de ignição é localizado distante domeio de acionamento, o motor é um motor de pequeno diâmetroe o motor é operado em modo de combustão de queima pobre.

Vantajosamente, as válvulas de entrada e descargasão dispostas descentradas em vez de "em linha"; emborareduzindo a saída de força, economia de combustível éaperfeiçoada. Em uma modalidade, a câmara de combustão,preferivelmente de construção tipo "pent-roof", pode serconsiderada como sendo dividida em quadrantes.Doisquadrantes diagonalmente opostos contêm substancialmente asválvulas de entrada e descarga, embora possa haver algumasobreposição das válvulas com outros quadrantes. Os doisquadrantes diagonalmente opostos restantes contêm as velasde ignição, permitindo operação de vela de ignição dupla ecombustão de misturas pobres em um modo de combustão dequeima pobre, aperfeiçoando a economia de combustível. Asvelas de ignição podem ser de construção convencional. Ummotor preferido desse tipo é um motor de pequeno diâmetroque opera no ciclo de quatro tempos.

0 motor é um motor de pequeno diâmetro.

Características típicas de um motor de pequeno diâmetro,capacidade pequena ou pequeno deslocamento para uso naprática da invenção incluem uma cilindrada que varia de 75cm3 a 225 cm3, preferivelmente na faixa de IOOcm3 a 200 cm3,e diâmetro de furo de cilindro de 45 mm a 70 mm, empregadocomo motores primários para operação de veículos de duas outrês rodas ou outros veículos motorizados, por exemplo,motocicletas. Tal motor é vantajosamente um motor decilindro único que pode ser um motor de quatro ciclos decarne suspenso de duas válvulas.

O meio de acionamento pode ser uma corrente dedistribuição. Tal corrente de distribuição pode serlocalizada em uma cavidade dotada de um fornecimento delubrificante. Nesse caso, a localização do meio de igniçãodistante da cavidade de corrente de distribuição permiteque os benefícios de ignição de vela de ignição múltipla,provavelmente dupla ou gêmea, sejam obtidos sem comprometera seleção, projeto ou localização da vela de ignição pelacavidade de corrente de distribuição. Por exemplo, como avela de ignição não necessita se estender através dacavidade de corrente de distribuição, não é necessárianenhuma luva de proteção para evitar que lubrificante afetea função de vela de ignição. Outros meios de acionamentopoderiam ser utilizados.O motor de combustão interna pode incorporar umamontagem de braço oscilante para acionar as válvulas deentrada e descarga. Uma montagem de braço oscilantepreferida é uma na qual força ou momento de vergar atuandosobre os braços oscilantes é minimizada por ter a primeirae a segunda extremidade de cada elemento de braço oscilantedisposto em relação substancialmente coplanar, isto é, complanos que passam através de linhas centrais das duasextremidades de cada braço oscilante estando no mesmo planotransversal ao eixo geométrico do eixo oscilante. Dessemodo, os elementos de braço oscilante - sendo retos - e,conseqüentemente, os trens de válvula são sujeitos ãfricção reduzida. Em um motor que emprega tal montagem debraço oscilante, economias de combustível mais elevadaspodem ser, portanto, obtidas do que possível com umamontagem de braço oscilante de massa mais elevada. Talmontagem de braço oscilante e o motor de combustão internaempregando a mesma são descritos no pedido de patenteprovisional indiano copendente número 34/MUM/2 006, dorequerente, depositado em 10 de janeiro de 2006, cujo teoré pelo presente incorporado a título de referência.

O uso da montagem de braço oscilante acimadescrita permite acondicionamento conveniente de meios deignição gêmeos ou velas de ignição mesmo em um motor depequeno diâmetro onde velas de ignição duplas ou gêmeas nãoseriam normalmente utilizados e permite ainda queaperfeiçoamentos em economia de combustível sejam obtidos 1em combustão de misturas pobres.

O motor de combustão interna da invenção pode sermais completamente entendido a partir da seguinte descriçãode uma modalidade preferida do mesmo, feita com referênciaaos desenhos em anexo, nos quais:

A figura 3 é uma vista inferior da cabeça decilindro de um motor de combustão interna, de acordo comuma modalidade da invenção.

A figura 4 é uma vista em seção lateral da cabeçade cilindro da figura 3.

A figura 5 é uma vista em seção superior dacabeça de cilindro das figuras 3 e 4 mostrando o eixo decarne para acionar válvulas de motor.

Com referência agora à figura 3, é mostrada aparte inferior de uma cabeça de cilindro 14 de um motor decombustão interna de pequeno diâmetro 100 do tipo descritoacima. A cabeça de cilindro 14 inclui uma câmara decombustão 110 tendo uma válvula de entrada 23 e uma válvulade descarga 24 selecionada para ser de tamanho menor do queconvencional e para fornecer menos força, porém para obeneficio de economia de combustível substancialmenteaperfeiçoada, talvez pelo menos 5% em relação a veículoscomparáveis adaptados com uma vela de ignição única. Acâmara de combustão 110 tem uma construção tipo "pent-roof". Uma câmara de combustão tipo "pent-roof" é umacâmara de combustão tendo uma superfície superior noformato de um teto inclinado ou oblíquo. Uma tal superfíciepode ter somente uma inclinação. 0 motor 100 opera noprincípio de quatro ciclos, com a regulagem da válvula deentrada 23 e válvula de descarga 24 sendo controlada poruma corrente de distribuição (não mostrada).

Velas de ignição duplas 40 e 42, cada vela deignição sendo de fabricação convencional, são adaptadas nacabeça de cilindro 14, sendo localizada na câmara decombustão 110 permitindo que o motor seja operado em ummodo de combustão pobre para melhorar a economia decombustível. Como visto na figura 3, a câmara de combustão110 pode ser considerada como sendo dividida em quadrantes.

As válvulas de admissão e descarga 23 e 24 podem serconsideradas como residindo em quadrantes diagonalmenteopostos não obstante alguma sobreposição das válvulas 23 e24 com outros quadrantes. Tal configuração de válvula é umaconfiguração "descentrada", normalmente associada à menorsaída de força do que para configurações de válvula "emlinha". Velas de ignição 40 e 42 residem nos quadrantesdiagonalmente opostos restantes da câmara de combustão 110e não se estendem através da cavidade de corrente dedistribuição e assim não necessitam ser projetadas ouprotegidas para evitar contato com lubrificante naquelacavidade.

As válvulas de entrada e descarga 23 e 24 domotor 100 são acionadas por uma montagem de braço oscilante18, mais detalhes da qual aparecem nas figuras 4 e 5. Essamontagem de braço oscilante 18 é configurada para fornecermaior espaço para localização das velas de ignição gêmeas40 e 42 e facilita a localização de velas de ignição 40 e42 distantes a partir da cavidade de corrente dedistribuição (não mostradas) do motor 100. Cada válvula, 23e 24, tem um braço oscilante respectivo 16, ativado por umcarne 61, acionado pelo eixo de carne 6 através da correntede distribuição e rodas dentadas de acionamento e acionada15. O eixo de carne 6 é dotado de mancais de eixo de carne 7 e 8.Braços oscilantes 16 são dispostos nos ladosopostos do eixo geométrico longitudinal 6a do eixo de carne6, válvulas 23 e 24 sendo similarmente localizadas em ladosopostos do eixo geométrico longitudinal do eixo de carne 6a.

Braços oscilantes 16 têm, individualmente,balancins de rolo associados 28 e apoios de cutelo 30montados de forma pivotal em eixos 29 que encerram agulhasde rolo 32 e são convencionalmente dispostos nesse sentido.Mancais 30 são projetados para evitar arrasto através doressalto de eixo de carne 50 desse modo reduzindo fricção.Balancins de rolo 28 são também projetados para reduzir africção.

Os braços oscilantes 16 são conectados em suasprimeiras extremidades 20a e 22a a elementos de válvula 23ae 24a respectivamente. As porcas 25 e 26 conectadas avaretas impulsoras respectivas 24b e 24b permitem ajuste docomprimento de deslocamento dos elementos de válvula 23a e24a. Choques de elementos 23a e 24a, durante operação, sãodesejavelmente evitados. Segundas extremidades 2 0b e 22bdos braços oscilantes 16 são conectadas aos balancins derolo 28. A primeira e a segunda extremidade 20a, 20b, 22a e22b de cada braço oscilante 16 são substancialmentecoplanares com linhas centrais que passam através daprimeira e da segunda extremidade 20a, 20b, 22a e 22b decada braço oscilante estando em alinhamento, desse modoformando braços oscilantes 'retos' 16. Esse desenho debraço oscilante, com a primeira e a segunda extremidade20a, 20b, 22a e 22b, dispostas em relação coplanar reduz ouevita cargas de vergar atuando sobre os braços oscilantes16 e é útil para reduzir a fricção de trem de válvula nomotor 100, e aperfeiçoar a economia de combustível.

Pela provisão de duas velas de ignição 40 e 42, ainiciação de centelhas se origina em locais diametralmenteopostos na câmara de combustão 110. Por conseguinte, acombustão pode ser concluída em uma duração de tempocomparativamente mais curta levando à redução em emissões econsumo aperfeiçoado de combustível enquanto mantém o níveldesejado de desempenho. A duração de combustão reduzidapermite uso de uma menor quantidade de mistura dear/combustível ou uma mistura pobre sem afetar desempenhodo motor, em especial na condição com motor reduzido.

Os benefícios de utilizar um motor, de acordo coma invenção e empregar a montagem de braço oscilante, comodescrito acima, podem ser ilustrados por referência àtabela 1 que mostra uma comparação para um motor de vela deignição única (SSP) com uma montagem de braço oscilante datécnica anterior, sujeito a cargas de vergar como descritoacima, e um motor de vela de ignição dupla (DSP-R) comválvulas descentradas e uma montagem de braço oscilante,como descrito com referência às figuras 3 a 5 acima.

Tabela 1

<table>table see original document page 10</column></row><table><table>table see original document page 11</column></row><table>

Com relação à economia de combustível, a tabela 2mostra benefícios adicionais para o motor DSP-R como aseguir:

Tabela 2

<table>table see original document page 11</column></row><table>

IDC = ciclo de acionamento indiano

Pode ser observado que DSP-R tem economia decombustível significativamente mais elevada em comparaçãocom SSP.

Modificações e variações do motor de combustãointerna da presente invenção serão evidentes para o leitorversado dessa revelação. Tais modificações e variações sãoconsideradas compreendidas no escopo da invenção.

Claims (14)

1. Motor de combustão interna, caracterizado porcompreender:a) uma câmara de combustão que tem uma válvula deentrada e uma válvula de descarga, cada válvula tendo umelemento de válvula associado;b) pelo menos dois meios de ignição; ec) um meio de acionamento para acionar asválvulas,em que cada meio de ignição é localizado distantedo meio de acionamento de válvula, o motor é um motor depequeno diâmetro e o motor é operado em modo de combustãode queima pobre.

2. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as válvulas de entrada edescarga têm uma configuração descentrada.

3. Motor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado por ter capacidade entre 75 cm3 e 225 cm3.

4. Motor, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que a capacidade está entre 100cm3 e 200 cm3.

5. Motor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado por ser um motorde cilindro único.

6. Motor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que omeio de acionamento de válvula é uma corrente dedistribuição.

7. Motor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fatode que a câmara de combustão é dividida em quadrantes, doisquadrantes diagonalmente opostos contendo uma válvula deentrada e uma válvula de descarga respectivamente; e osdois quadrantes diagonalmente opostos restantes contêmindividualmente um meio de ignição.

8. Motor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelofato de que a câmara de combustão é de construção tipo"pent-roof".

9. Motor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelofato de que o meio de ignição são velas de ignição.

10. Motor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizadopor ser um motor de quatro ciclos.

11. Motor, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado por ser um motor de carne suspenso único.

12. Motor, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que o carne está localizado entreválvulas de entrada e descarga.

13. Motor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12,caracterizado pelo fato de que as válvulas de entrada edescarga são acionadas por uma montagem de braço oscilante.

14. Motor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13,caracterizado pelo fato de que as passagens nas quais asválvulas de entrada e descarga residem não são conectadas.