Setor tecnológico da invenção

[001 ] A presente invenção pertence ao setor de engenharia de motores, e se refere, mais especificamente, a um arranjo estrutural para um motor de combustão interna e/ou compressor de ar em estrela, sem virabrequim e bielas e com um ou mais pistões envoltos, podendo utilizar quaisquer combustíveis no caso do motor, líquidos ou gasosos incluindo hidrogênio (visando não ter emissões com o hidrogênio) e obter alta eficiência termodinâmica com qualquer combustível.

Estado da Técnica

[002] Um motor de pistões livres, também conhecido como motor de pistões opostos, é um tipo de motor de combustão interna que possui uma configuração de pistões especial. Ao contrário dos motores de pistão convencionais, nos quais os pistões estão conectados a uma cambota, os pistões em um motor de pistões livres se movem independentemente, sem uma conexão mecânica direta com a cambota. [003] Esses motores geralmente têm dois pistões que se movem em direções opostas dentro de um cilindro comum. Cada pistão tem sua própria câmara de combustão e uma válvula de admissão e escape. A combustão ocorre alternadamente em cada câmara, impulsionando os pistões para frente e para trás. [004] A principal vantagem dos motores de pistões livres é a eliminação da necessidade de uma cambota, o que reduz as perdas mecânicas e aumenta a eficiência. Além disso, esses motores têm um design mais simples e compacto em comparação com os motores de pistão convencionais. Eles também oferecem uma combustão mais uniforme e suave, resultando em menos vibração e ruído.

[005] Outra vantagem é que esses motores podem utilizar diferentes tipos de combustíveis, incluindo gasolina, diesel, gás natural e até mesmo hidrogênio. Isso os torna versáteis em termos de opções de combustível.

[006] No entanto, os motores de pistões livres também apresentam desafios significativos. Um dos principais desafios é garantir a sincronização adequada dos pistões, para evitar colisões ou interferências durante o movimento. Além disso, o controle da taxa de combustão e a gestão térmica são aspectos críticos para garantir o desempenho eficiente e a durabilidade desses motores.

[007] Mas principalmente, os motores atuais de pistões livres não podem transmitir o movimento linear diretamente ao eixo, pois não possuem meio de acoplamento. Os modelos convencionais somente transmitem a força ou o trabalho através do ar que eles mesmos comprimem ou outro gás.

[008] Embora os motores de pistões livres ofereçam algumas vantagens interessantes, eles ainda estão em fase de desenvolvimento e não são amplamente utilizados na indústria automotiva. No entanto, várias empresas e pesquisadores continuam a explorar seu potencial em busca de soluções mais eficientes e sustentáveis para a propulsão de veículos.

Novidades e avanços da invenção

[009] A presente invenção refere-se a um motor de combustão interna e/ou compressor de ar que apresenta um arranjo que possibilita transmitir o movimento linear em circular através de um anel junto a um excêntrico e uma estrutura de acoplamento; a referida estrutura é o que une os pistões ao anel, que pode ser poligonal no caso do uso de ao menos três pistões ou soldado no caso de um ou dois pistões envolta.

[010] Com o arranjo revelado, em suas diferentes configurações, alcança mais eficiência termodinâmica com respeito aos motores atuais e em absolutamente todos os outros aspectos também (ambientais, mecânicos, termodinâmicos, econômicos, consumo etc.), já que possui também um ciclo termodinâmico muito mais eficiente.

[01 1 ] Especificamente, a presente invenção refere-se a um motor de combustão interna e/ou compressor de ar com aperfeiçoada eficiência total, melhor rendimento termodinâmico, dimensões reduzidas, maior vida útil, mais relação potência/peso e redução (até em dobro) de emissão de gases para o meio ambiente que qualquer outro motor, e caso use hidrogênio não geraria emissões sem perder nenhuma das características anteriores. Descrição dos desenhos anexos

[012] A fim de que o presente invento seja plenamente compreendido e levado à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, será descrito de forma clara, concisa e suficiente, tendo como base os desenhos anexos, que o ilustram e subsidiam abaixo listados:

Figura 1 representa a vista em perspectiva do motor, com destaque para os componentes, exemplificado por um arranjo com 6 pistões;

Figura 2 representa a vista frontal do motor, com destaque para os componentes, exemplificado por um arranjo com 6 pistões;

Figura 3 representa a vista em perspectiva dos componentes do motor;

Figura 4 representa a vista em perspectiva do motor, exemplificado por um arranjo de 2 motores, cada um com 2 pistões envolta;

Figura 5 representa a vista em perspectiva do motor, com destaque para os componentes para um arranjo de motor de 1 ou 2 pistões;

Figura 6 representa o gráfico da carta termodinâmica P-V (pressão e volume) do motor.

Descrição detalhada da invenção

[013] Conforme demonstra as Figuras 1 a 3, tem-se o motor de combustão e/ou compressor formado por um arranjo de três ou mais pistões (4), que são acoplados ao anel poligonal (3) de forma deslizante e limitados pelas abas (8) do grampo (6) montadas no dito anel (3); o anel (3) dispõe no centro um excêntrico (2) e em conjunto transformam o movimento linear dos pistões (4) em movimento circular ao eixo (1 ), sendo que o eixo (1 ) se encontra soldado ou fixo ao excêntrico (2). Este eixo (1 ) é passante, atravessa ambos os lados, por onde sai a potência e/ou trabalho do motor que logo se acopla a um ou mais equipamentos exteriores em uma ou ambas as pontas, sendo fechados por duas tampas (não ilustradas) que servem de suporte na frente e atrás do bloco (5) para o eixo, bloco este que é a estrutura principal de suporte do motor.

[014] Alternativamente o anel poligonal (3) que possui lados correspondentes ao número de pistões (4) também poderá ser cilíndrico, dispondo de um proporcional espaço para alocação dos componentes.

[015] O eixo do motor (1 ) gira juntamente com o excêntrico (2). Entretanto, durante o movimento do eixo (1 ) mais o excêntrico (2) a montagem do anel poligonal (3) de suporte dos pistões (4) permanece somente com um movimento de translação sem girar, pois fica livre assegurado pelo seu cilindro interior ao excêntrico e seu polígono exterior em forma deslizante aos pistões (4). O grampo (6) vai fixo ao anel (3) e permite o movimento deslizante dos pistões (4) pois os segura junto ao anel para que não fiquem soltos.

[016] Na presente invenção, os cabeçotes dos cilindros de combustão são colocados externamente na frente dos pistões (4) fixos no bloco (5) para formar a câmara de combustão e devem incluir válvulas sincronizadas.

[017] Conforme ilustram as Figuras 4 e 5, alternativamente, em um arranjo que contenha somente um ou dois pistões, a construção é composta por pistões (4) que são integrados aos blocos (5A), e são soldados a uma estrutura de acoplamento (7) que recebe internamente o anel poligonal de quatro lados (3) (usando somente dois lados opostos para que deslizam os pistões) estando posicionada ortogonalmente ao eixo (1 ) unido ao excêntrico (2), inserido no anel (3).

[018] Os pistões (4) são deslizantes ao anel (3) que tem 4 lados usando somente dois; os dois pistões são integrados deslizantes aos blocos (5A), e os pistões são unidos entre eles com uma estrutura de acoplamento (7) a qual substitui o grampo (6), e neste caso, a estrutura (7) é fixa, soldada ou integrada aos dois pistões como uma só peça.

[019] Os pistões (4) transmitem o movimento linear deles em forma deslizante ao anel (3) o qual não gira somente, se traslada, e este anel empurra ao excêntrico o qual gira dentro do anel convertendo este movimento linear dos pistões (4) em movimento circular do eixo.

[020] A Figura 6 ilustra a carta termodinâmica teórica representativa de pressão- volume no caso de um motor de 4 tempos. Um técnico reconhece que este ciclo termodinâmico particular é muito eficiente, pois os valores na carta representam as superfícies de cada letra e essa é a forma como se calcula teoricamente o rendimento, sendo esta carta é somente representativa e ilustrativa.

[021 ] O arranjo estrutural aqui apresentado provê a técnica de um motor no qual a primeira parte do ciclo representado na carta termodinâmica em sequência desde o ponto 1 até o ponto 4 simula a compressão no motor, e ocorre em uma ou mais etapas (vezes), com resfriamentos intermediários do ar (vide entre os pontos 2 e 3 que se percebe uma redução de volume e pressão constante), caso seja mais de uma etapa, logo vem a explosão no ponto 4 e a pressão sobe até o ponto 5 com a câmara completamente fechada ao mínimo volume, o que aumenta a pressão a um valor muito alto, e com a pressão alta os gases se expandem até o ponto 6 (o que é o dobro de expansão dos motores atuais) aproveitando ao máximo a quantidade da energia, a qual é transmitida ao eixo (1 ) através do excêntrico (2), que desde o ponto 6 se esvazia o cilindro dos gases completamente até o ponto 8, e logo preenchendo de novo até o ponto 6 com ar novo e combustível, se retorna ao múltiplas admissões e parte desta mescla até o ponto 7 onde se fecha a válvula (o que é aproximadamente 50% do volume) para começar de novo o ciclo no ponto 1 . A descrição anterior embora seja para um motor de 4 tempos, permite alcançar o mesmo rendimento para um motor de 2 tempos onde o esvaziado e preenchido com ar pré-comprimido novo e combustível do cilindro se faz de uma vez entre o ponto 6 e o ponto 7 na carta termodinâmica, evitando assim um giro extra do eixo em cada ciclo.

[022] O ciclo termodinâmico é muito eficiente, pois a compressão inicial se pode realizar em uma ou mais etapas, com resfriamento intermediário caso seja mais de uma etapa, o que reduz consideravelmente o trabalho necessário para realizar a compressão, podendo conseguir mais eficiência para aproveitar assim o máximo da energia dos gases. Porém, neste motor aproveita-se o máximo possível a energia gerada pelo combustível com mínimo desperdício.

[023] No desenho destes motores e/ou compressores se pode usar qualquer uma das combinações possíveis, podendo realizar um ou vários conjuntos diferentes no mesmo eixo, bem como variadas quantidades de pistões.

[024] Por fim, mas não menos importante, o presente motor contribui para a saúde do planeta, portanto se pode considerar sem dúvida nenhuma, uma invenção verde, pois o aquecimento global seria reduzido em uma proporção altíssima, uma vez que haveria redução nos índices de CO2 para a atmosfera e com hidrogênio zero emissões. Além disso, pode ser utilizado para motocicletas, carros, barcos, aviões, maquinários, plantas elétricas etc.

[025] É importante salientar que as figuras e descrição realizadas não possuem 0 condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta solução. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação do conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado na solução proposta.