[001] A presente invenção refere-se a uma biela e a um conjunto de pistão cuja configuração e disposição permitem que sejam aplicados em qualquer motor disponível comercialmente para prover aumento de potência, aumento de eficiência de consumo de combustível, redução do atrito no interior do cilindro durante funcionamento e redução da emissão de gases poluentes.

Descrição do Estado da Técnica

[002] Os motores de combustão interna foram criados por volta de 1770, e em 1860 foi desenvolvida a primeira unidade motriz para veículos com a invenção do motor de combustão interna pelo belga Étienne Lenoir, invenção que nos acompanha até hoje. Entretanto, no que diz respeito ao seu princípio de funcionamento, o mesmo não sofreu alterações relevantes ao longo do tempo, ou seja, mantém-se o princípio de queima de uma mistura de ar-combustível no interior de um cilindro, que gera pressão que movimenta os pistões e por meios de bielas que fazem girar um eixo virabrequim, produzindo torque para executar trabalho mecânico.

[003] Termodinamicamente, a taxa de compressão em motores de combustão interna é diretamente responsável pelo rendimento térmico do motor. Quanto maior a taxa de compressão, maior será o rendimento energético e mais uniforme será a pressão média efetiva no processo de expansão dos gases no interior do cilindro, gerando maior potência e torque. O grande desafio dos fabricantes de motores atualmente é como aumentar a taxa de compressão sem que ocorra a detonação durante o processo de compressão da mistura aplicado ao Ciclo Otto ou a compressão do ar aplicado ao ciclo diesel.

[004] A detonação precoce está relacionada com a combustão rápida da mistura, e se manifesta quando o pistão está na fase de compressão e essa mistura entra em combustão antes do pistão atingir grau ideal, que é usualmente projetado para ocorrer a poucos graus antes do ponto morto superior (PMS) do pistão/êmbolo. Com a ocorrência da detonação, é gerada uma elevação da pressão que provoca ressonância na câmara de combustão e sua estrutura vibra emitindo um ruído conhecido como “batida do pino”.

[005] Durante a detonação, há pulsos de altíssimas pressões contrárias ao movimento de rotação do motor e frequências vibratórias muito altas, fatores que provocam desgaste prematuro entre os componentes fixos e móveis do motor, perda de rendimento, alto consumo de combustível, maiores emissões de poluentes e dependendo do grau, acarretar sérios danos ao motor.

[006] Basicamente, a detonação é resultado de altas taxas de compressão, combustível de baixa octanagem, avanço do ponto de ignição, altas temperaturas e carbonização na superfície do pistão ou na câmara do cabeçote.

[007] O estado da técnica referente a motores de combustão interna apresenta tentativas de aumento de potência/eficiência do funcionamento dos motores, em particular buscando este aumento de eficiência através de modificações na estrutura da biela do pistão, ou ainda no conjunto biela-êmbolo-moente.

[008] Por exemplo, o documento RU2442912 apresenta uma concretização de biela com formato abaulado, e objetiva tirar vantagem do tipo de manivela sem aumentar o tamanho tanto da manivela quanto do dispositivo como um todo. RU2442912 objetiva reduzir a componente normal da pressão do gás em excesso sobre o pistão com um aumento do componente tangencial útil que cria o binário sobre o eixo de manivela.

[009] Em outro exemplo do estado da técnica, o documento CN 2373616 refere-se a um componente (biela) para economia de energia de um motor de pistão de combustão interna. Objetiva-se aumentar o momento da força de torção de uma biela do virabrequim e atingir os objetivos de aumentar a potência e economizar combustível.

[0010] Em outro exemplo do estado da técnica, o documento KR 20030033528 se refere a uma biela excêntrica e um dispositivo de manivela que são fornecidos para aumentar a potência de um motor supostamente sem alterar a estrutura do motor, alongando um braço de manivela quando a força do pistão é transferida para o dispositivo de manivela.

[0011] Em outro exemplo do estado da técnica, o documento W020091 00586 ou US6460505 revelam um motor de combustão interna dotado de biela com um orifício inferior excêntrico em relação à haste da biela, objetivando ganho de torque na descida do pistão e redução de consumo de energia na subida.

[0012] Em outro exemplo do estado da técnica, o documento US4945866 revela configurações de motores onde a linha de centro do cilindro é deslocada em relação ao eixo de rotação do virabrequim, objetivando suprimir detonações prematuras e aumento de eficiência do motor.

[0013] Entretanto, a despeito das inúmeras tentativas de buscar um aumento de eficiência, os motores do estado da técnica permanecem relativamente ineficientes em função de múltiplos problemas que se perpetuam em suas construções, aplicações e funcionamento.

[0014] Particularmente com relação às bielas, um primeiro problema reside no fato de que as forças decorrentes das explosões na câmara do motor são distribuídas sobre o conjunto de pistão de maneira ineficiente. Por exemplo, em bielas tradicionais, no ponto morto superior do moente, a haste da biela se encontra verticalmente disposta, alinhada sobre o moente e sobre o munhão, ou seja, descarregando toda a força da explosão sobre o moente e o munhão, diminuindo a vida útil do conjunto e aumentando risco de quebra. Ainda em bielas tradicionais, o início da ignição da câmara (que ocorre ligeiramente antes do moente chegar ao seu ponto de máxima altura) tende a forçar o virabrequim a girar no sentido oposto, dado que a biela tradicional se dispõe angulada desfavoravelmente no início da ignição.

[0015] Em outras bielas com orifício inferior excêntrico, como a vista em US6460505, outros problemas podem ainda ser observados. Por exemplo, embora US6460505 sugira que sua biela possa ser utilizada em qualquer motor, observa-se pela figura 3 que a ignição ali ilustrada ocorre apenas após o moente ter ultrapassado o seu ponto de altura máxima, o que não ocorre em motores convencionais, onde a ignição ocorre ligeiramente antes do ponto de altura máxima do moente. Ob- serva-se também pela figura 3 de US6460505 que a forma geral da biela implica em uma proximidade indesejável da haste da biela com as paredes do cilindro, o que resulta em risco de colisão. No mais, o documento US6460505 sugere que uma excentricidade do orifício inferior seria desejável, mas isso não é necessariamente correto: problemas podem decorrer de excentricidades escolhidas arbitrariamente, por exemplo, uma distribuição de forças indesejável sobre o moente ou munhão, ou um fator Raio-Comprimento (R/L) indesejável.

[0016] Neste sentido, sabe-se que, em todos os projetos de motores, um fator Raio-Comprimento ou R/L tem de ser respeitado. Referido fator R/L é a divisão de metade do curso do eixo virabrequim (ou o raio medido entre o centro do munhão e o centro do moente do virabrequim) pelo comprimento da biela (medido entre seus orifícios superior e inferior). Referido fator R/L necessita estar dentro de um intervalo desejável para certos veículos para que não existam prejuízos com relação à vibração, eficiência e integridade estrutural do conjunto do motor. Entretanto, em motores do estado da técnica observados, especialmente aqueles com biela alterada tais como US6460505, as bielas ultrapassam o fator R/L e o mesmo não pode ser ajustado adequadamente em função das limitações dimensionais do próprio conjunto de pistão. Por exemplo, nas bielas reveladas nos documentos US6460505, CN2373616 e KR20030033528, aplicações em motores existentes resultam numa relação R/L que ultrapassa os limites ideais, perdendo toda força do motor e diminuindo a vida útil do mesmo, trazendo risco de quebra do conjunto.

[0017] No mais, na biela tradicionalmente utilizada em motores atuais, observa-se uma energia positiva que é a combustão química do motor, e uma energia negativa que é o deslocamento no centro do eixo, criando no momento da explosão o esmagamento no casquilho do mesmo, e resultando em uma energia perdida devido ao centro alinhado na posição de 0 ^o grau no centro do eixo. Mesmo em motores com centro do munhão desalinhado, como visto nos documentos W02009100586, US6460505 e US4945866, não existem ensinamentos sobre uma construção ideal de biela para alcance dos supostos benefícios propostos por cada um. Cita-se, nos documentos de anterioridade considerados, um conceito genérico de desalinhamento da biela cuja aplicação se mostra prejudicada por falta de informações claras e objetivas acerca da sua construção.

[0018] Outro problema observado no estado da técnica é a alta ocorrência de vibrações durante o funcionamento do motor. Grande parte das vibrações no cilindro do pistão ocorre em função das forças laterais atuantes nas paredes do cilindro, causadas pelo êmbolo. Referidas forças são causadas majoritariamente durante a subida do êmbolo, durante a compressão e/ou escape, em função do ângulo desfavorável da haste da biela durante a subida. Motores com bielas tradicionais apresentam este problema de maneira expressiva, e motores com bielas de orifício inferior excêntrico escolhido arbitrariamente podem inclusive agravar o problema, dado que não existem parâmetros adequados no estado da técnica para determinar uma forma ideal da biela para este fim, e um fator R/L indesejável pode resultar em maior atrito. O documento US4945866 propõe a excentricidade do giro de rotação do virabrequim em relação à linha do pistão para redução da vibração e da chamada “batida de pino”, mas a aplicação dos ensinamentos de US4945866 implica necessariamente na alteração da construção do motor em si, o que é, de maneira geral, indesejável.

[0019] Adicionalmente, outro problema observado no estado da técnica é a baixa eficiência de compressão e expulsão de gases dos motores conhecidos, ocasionados pela construção deficiente das bielas e conjuntos de pistão. A alta velocidade de rotação alcançada pelos motores atuais implica em uma fração muito pequena de tempo disponível para compressão da mistura ar-combustível na fase de compressão. Isso significa que a compressão apressada da mistura ar-combustível impede que a mesma seja feita de maneira completa, o que prejudica a eficiência da queima e resulta em perda de potência, exigindo que uma quantidade maior de combustível seja injetada para compensação. Este problema é visto tanto em motores tradicionais quanto em motores com diferentes configurações de biela, dado que o estado da técnica não sugere qualquer solução para este problema.

[0020] Estes problemas supracitados mitigam a eficiência dos motores de combustão interna do estado da técnica em múltiplos aspectos incluindo torque e potência, consumo de combustível, atrito no interior do cilindro durante funcionamento e de emissão de gases poluentes.

Objetivos da Invenção

[0021] Um primeiro objetivo da presente invenção é prover uma biela e conjunto de pistão para motor de combustão que permitam o aproveitamento de ao menos seis energias positivas ao longo do giro do virabrequim. [0022] Um segundo objetivo da presente invenção é prover uma biela e conjunto de pistão para motor de combustão que possam ser aplicados em motores de combustão atualmente existentes sem que seja necessária a alteração das características do motor em si.

[0023] Um terceiro objetivo da presente invenção é prover uma biela e conjunto de pistão para motor de combustão que permitam um direcionamento favorável das forças decorrentes da explosão no cilindro para evitar o esmagamento do mancai inferior da biela.

[0024] Um quarto objetivo da presente invenção é prover uma biela e conjunto de pistão para motor de combustão que permitam um aproveitamento maior de torque na descida do moente e uma redução do esforço necessário para subida do moente.

[0025] Um quinto objetivo da presente invenção é prover uma biela e conjunto de pistão para motor de combustão que permitam uma distribuição de peso adequado da biela em todos os estágios do giro do virabrequim, favorecendo o torque na descida e a compressão na subida do pistão.

[0026] Um sexto objetivo da presente invenção é prover uma biela e conjunto de pistão para motor de combustão cujas distribuições de força em cada estágio do giro do virabrequim sejam favoráveis ao torque na descida e reduzam os esforços de compressão na subida do pistão. [0027] Um sétimo objetivo da presente invenção é prover uma biela e conjunto de pistão para motor de combustão que sejam capazes de mitigar a vibração ocorrida no interior do cilindro, aumentando a vida útil do conjunto como um todo.

[0028] Um oitavo objetivo da presente invenção é prover uma biela e conjunto de pistão para motor de combustão cuja biela seja submetida a esforços menores em comparação às bielas tradicionais.

[0029] Um nono objetivo da presente invenção é prover um motor de combustão dotado da biela e/ou do conjunto de pistão supracitados em qualquer de suas concretizações possíveis, individualmente ou em combinação.

Breve Descrição da Invenção

[0030] A presente invenção trata de uma biela para motor de combustão dotada de um orifício superior configurado para ser associado a um êmbolo e de um orifício inferior configurado para ser associado con- centricamente a um moente de um virabrequim, a biela sendo configurada em função de uma primeira razão R1 e uma segunda razão R2, estabelecidas pelas seguintes fórmulas: R1 =La/Lb;

R2=La/Lc; onde: “La” é uma distância tomada entre o centro do orifício superior até o centro do orifício inferior; “Lb” é uma distância tomada entre um eixo horizontal superior que passa pelo centro do orifício superior e o eixo horizontal do centro de gravidade; e “Lc” é uma distância entre um eixo vertical que passa pelo centro dos orifícios superior e inferior e um eixo vertical que passa pelo centro de gravidade da biela; em que a primeira razão R1 tem um valor dentre 1 ,2 a 1 ,5, preferencialmente dentre 1 ,4 a 1 ,5; e razão R2 tem um valor dentre 14 a 70, preferencialmente dentre 17 e 56.

[0031] Em uma concretização possível, a biela compreende uma haste dotada de uma face lateral que é alinhada ao centro do seu orifício inferior.

[0032] Em outra concretização possível, o centro da haste da biela se dispõe a uma distância do centro do orifício inferior.

[0033] Em outra concretização possível, a distância é entre 0,1 a 20mm, ou opcionalmente entre 1 a 15mm, ou ainda opcionalmente entre 2 e 8mm.

[0034] Em outra concretização possível, a distância é entre 0,1 a 100mm ou opcionalmente entre 1 a 80mm, ou opcionalmente entre 10 e 60mm.

[0035] Em outra concretização possível, a distância é entre 0,1 a 600mm, ou opcionalmente entre 10 a 500mm, ou ainda opcionalmente entre 100 e 400mm.

[0036] Em outra concretização possível, a biela que compreende um ângulo medido entre uma linha, a qual passa pelo centro do orifício superior e pelo centro do orifício inferior, e um eixo alinhado à face lateral da haste da biela.

[0037] Em outra concretização possível, o ângulo é entre 0,1 a 10°, opcionalmente entre 2 a 8 ^o , ou opcionalmente entre 3 a 7 ^o .

[0038] Em outra concretização possível, a relação entre um raio de curso do virabrequim e o comprimento da haste da biela é entre 0,29 a 0,31.

[0039] Em outra concretização possível, o orifício inferior é configurado pela associação de uma porção inferior da biela a uma capa, uma interface entre a porção inferior e a capa configurando um ângulo em relação a um eixo horizontal.

[0040] Em outra concretização possível, o ângulo é entre 0,1 a 45°, opcionalmente entre 5 a 45°, ou opcionalmente entre 10 a 42°.

[0041] Em outra concretização possível, a biela compreende, em sua porção inferior, um chanfro disposto adjacentemente à haste, entre o chanfro e a haste se dispondo uma curvatura, o chanfro e a curvatura configurando uma região de arraste de óleo.

[0042] Em outra concretização possível, a biela se encontra disposta verticalmente alinhada com um eixo central do êmbolo quando a posição do moente está imediatamente anterior ao seu ponto morto superior, de modo que a força atuante na haste é descarregada sobre a linha do munhão, que juntamente com a face lateral alinhada ao eixo inferior do virabrequim, garantir que parte da força seja descarregada no centro do moente, impedindo o giro do virabrequim no sentido oposto do giro ideal.

[0043] Em outra concretização possível, a face lateral da haste se mantém alinhada com o eixo do moente, enquanto o centro de gravidade da haste já está avançado em relação ao centro do munhão, favorecendo o giro do virabrequim e diminuindo a perda de energia derivada dos menores esforços de compressão atuantes no moente.

[0044] Em outra concretização possível, a face lateral com o orifício inferior da biela, permite que a haste seja angulada em relação ao ponto morto superior do moente em um ângulo, permitindo que força de explosão seja transferida pela haste em ângulo, e seja decom-posta em uma componente vertical que é absorvida linearmente no centro do moente e do munhão, e em um componente horizontal que gera um momento positivo favorecendo o giro do virabrequim.

[0045] Em outra concretização possível, a maior distância entre a linha de centro da haste e o centro do munhão favorece o torque obtido na descida do êmbolo.

[0046] Em outra concretização possível, a disposição da face lateral alinhada ao centro do orifício inferior permitir que o peso da porção inferior da biela se encontrar majoritariamente disposto de um lado que favorece o giro do virabrequim quando o moente está a 175 a 195°, possibilitando assim que o peso do próprio mancai inferior da biela favoreça o giro de retorno do moente.

[0047] Em outra concretização possível, a descida do moente, durante a subida do virabrequim, possibilita que a haste da biela se mantenha mais próxima do munhão de maneira que o braço de torque seja menor para o retorno do moente, reduzindo a força necessária para compressão no cilindro e aliviando o peso de giro do virabrequim.

[0048] Em outra concretização possível o deslocamento do êmbolo quando da aproximação de seu ponto máximo de compressão, para o ponto morto superior do moente, sofre um deslocamento pequeno na altura, representando uma parada de fração de segundo, em função da angulação gerada pelo alinhamento da face lateral da haste com o orifício inferior, permitindo prolongar o tempo de compressão, consequentemente extraindo o máximo de energia por molécula de combustível, diminuindo assim a quantidade de combustível necessária para alcance de uma mesma potência.

[0049] Em outra concretização possível, a descentralização da haste da biela, com sua lateral alinhada ao orifício inferior, e a redução do ângulo de atuação da haste na subida de compressão ou de exaustão, permite a redução do atrito entre o êmbolo e o cilindro durante o estágio de compressão, em função da diminuição das forças laterais atuantes no cilindro na subida da haste.

[0050] A presente invenção trata ainda de um conjunto de pistão que compreende um êmbolo, um cilindro que abriga o êmbolo, um vira- brequim dotado de munhão e moente, e uma biela, a biela sendo tal como a supracitada em qualquer uma de suas concretizações possíveis. [0051] A presente invenção trata ainda de um motor de combustão que compreende um conjunto de pistão tal como o supracitado em qualquer uma de suas concretizações possíveis.

Descrição Resumida dos Desenhos

[0052] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

[0053] Figura 1 - é uma vista frontal da biela da presente invenção em uma primeira concretização;

[0054] Figura 2 - é uma vista frontal da biela da presente invenção em uma primeira concretização associada a um virabrequim e a um pistão;

[0055] Figura 3 - é uma vista em perspectiva da biela da presente invenção em uma primeira concretização associada a um virabrequim e a um pistão;

[0056] Figura 4A - é um gráfico de caminho percorrido pelo centro de gravidade da biela da presente invenção em sua primeira concretização, descrevendo um deslocamento horizontal (“x” em mm) por deslocamento vertical (“y” em mm);

[0057] Figura 4B - é um detalhe do gráfico da figura 4A.

[0058] Figura 5A - é um gráfico de giro do virabrequim (em graus) por torque (em N.m) calculado na junta do virabrequim, para uma rotação de 3000 RPM, quando aplicada a biela da presente invenção em sua primeira concretização;

[0059] Figura 5B - é um detalhe do gráfico da figura 5A.

[0060] Figura 6A - é um gráfico de giro do virabrequim (em graus) por torque (em N.m) calculado na junta do virabrequim, para uma rotação de 6000 RPM, quando aplicada a biela da presente invenção em sua primeira concretização;

[0061] Figura 6B - é um detalhe do gráfico da figura 6A.

[0062] Figura 7A - é um gráfico de ângulo da biela (em graus) por torque (em N.m) calculado na junta do virabrequim, para uma rotação de 6000 RPM, quando aplicada a biela da presente invenção em sua primeira concretização;

[0063] Figura 7B - é um detalhe do gráfico da figura 7A.

[0064] Figura 8 - é uma primeira vista frontal da biela da presente invenção em uma segunda concretização;

[0065] Figura 9 - é uma segunda vista frontal da biela da presente invenção em uma segunda configuração;

[0066] Figura 10 - é uma terceira vista frontal da biela da presente invenção em uma segunda concretização;

[0067] Figura 11 - é uma vista frontal do conjunto de pistão da presente invenção em uma segunda concretização e em uma posição próxima ao ponto morto superior do moente do virabrequim, ilustrando o início da explosão na câmara;

[0068] Figura 12 - é uma vista frontal do conjunto de pistão da presente invenção em uma segunda concretização e em uma posição de ponto morto superior do moente do virabrequim, ilustrando a continuação da explosão na câmara, e ilustrando esquematicamente a distribuição de forças no corpo biela;

[0069] Figura 13 - é uma vista frontal do conjunto de pistão da presente invenção em uma segunda configuração e em uma posição de aproximadamente um quarto de volta do giro do virabrequim;

[0070] Figura 14 - é uma vista frontal do conjunto de pistão da presente invenção em uma segunda concretização e em uma posição de aproximadamente 195° do giro do virabrequim;

[0071] Figura 15 - é uma vista frontal do conjunto de pistão da presente invenção em uma segunda concretização e em uma posição de aproximadamente três quartos de volta do giro do virabrequim;

[0072] Figura 16 - é uma representação esquemática da biela da presente invenção em uma segunda concretização e em quatro pontos possíveis do giro do virabrequim, indicando os pontos gerais de ganho de energia positiva; e

[0073] Figura 17 - é um gráfico de força lateral por ângulo do virabrequim de testes realizados com motores originais e modificados com a biela em uma segunda concretização e o conjunto de pistão da presente invenção.

Descrição Detalhada das Figuras

[0074] Primeiramente, cumpre notar que o termo “preferencial” aqui utilizado trata de caracterizar concretizações de particular eficiência da invenção dentre as múltiplas possíveis, não devendo ser considerado sinônimo de “imperativo” ou “obrigatório”. Ademais, representações de dimensões ou ângulos nas figuras apresentadas podem estar sendo demonstradas fora de escala para melhor entendimento do funcionamento da invenção.

[0075] No mais, todas as referências de posicionamento e direção aqui indicadas deverão levar em consideração o objeto em si e a vista que está sendo observada. Por exemplo, as figuras 1 a 10 revelam a biela e/ou o conjunto de biela da presente invenção em concretizações preferenciais em vista frontal, tal que os termos “direita”, “esquerda”, “superior” e “inferior”, “horizontal” e “vertical”, dentre outros, deverão ser entendidos em relação à biela em si observada na vista indicada.

[0076] A figura 1 revela uma primeira concretização da biela 10 aqui proposta, dotada de um orifício superior 10A configurado para ser associado a um êmbolo 20 e de um orifício inferior 10B configurado para ser associado concentricamente a um moente 31 de um virabrequim 30, como também mais bem visto nas figuras 2 e 3. Um comprimento La da biela 10 é tomado entre o centro do orifício superior 10A até o centro do orifício inferior 10B.

[0077] Para melhor entendimento da invenção, um eixo vertical imaginário V é representado na figura 1 o qual passa pelo centro de ambos os orifícios superior 10A e inferior 10B. Representam-se ainda um eixo imaginário horizontal superior Ha que passa pelo centro do orifício superior 10A e um eixo imaginário horizontal inferior Hb que passa pelo centro do orifício inferior 10b. Um comprimento La é estabelecido to- mando-se a distância entre os eixos horizontais Ha e Hb, ou seja, La representa a distância vertical entre os orifícios superior 10A e inferior 10B da biela 10.

[0078] A figura 1 representa o centro de gravidade CG da biela 10. Ainda para melhor entendimento da invenção, eixos imaginários vertical Vcg e horizontal Hcg são traçados passando pelo centro de gravidade CG da biela 10. Uma distância Lb é representada como sendo a distância entre o eixo horizontal superior Ha e o eixo horizontal do centro de gravidade Hcg, e uma distância Lc é representada como sendo a distância entre o eixo vertical V e o eixo vertical do centro de gravidade Vcg.

[0079] Para melhor entendimento da invenção, tomando-se como referência o centro do orifício superior 10A e a haste da biela 10 alinhada com o eixo vertical V, apresenta-se abaixo uma Tabela 1 que indica o posicionamento do centro de gravidade CG de uma primeira e uma segunda formas exemplificativas da biela 10 da presente invenção em sua primeira concretização (Exemplo 1 e Exemplo 2). O sistema de coordenadas indicado na Tabela 1 abaixo deve ser entendido como o eixo “X” sendo o eixo horizontal e o eixo “Y” sendo o eixo vertical, e sendo o centro do orifício superior a origem (0,0) do sistema. Para fins de comparação, dados relativos a uma biela convencional do estado da técnica também são apresentados:

Tabela 1

[0080] As bielas 10 indicadas acima como Exemplo 1 e Exemplo 2 na Tabela 1 acima são possibilidades de concretização da presente invenção dentre múltiplas possíveis, não sendo a invenção limitada a estes parâmetros específicos acima elencados, como será melhor esclarecido adiante.

[0081] Observa-se que a biela 10 da presente invenção em suas múltiplas possíveis concretizações compreende seu centro de gravidade deslocado em comparação a bielas convencionais do estado da técnica. Observou-se ao longo dos testes realizados para a presente invenção que a posição do centro de gravidade da biela possui influência relevante no torque médio desenvolvido pelo motor. Determi- nou-se que este efeito técnico positivo e inesperado deriva da alteração do instante de ocorrência do pico de torque das forças inerciais, alteração esta que é função do posicionamento do centro de gravidade da biela. Este efeito de alteração de instante de pico de torque, somado ao efeito da pressão desenvolvida na câmara de combustão no ciclo de explosão-expansão, contribui para a elevação do torque médio desenvolvido pelo motor à combustão interna.

[0082] Observou-se ainda que o efeito de alteração do instante de pico de torque pode ser manipulado tanto para um atraso quanto para um adiantamento do referido instante de pico de torque. No exemplo da figura 1 e nos Exemplos 1 e 2 da Tabela 1 , por exemplo, a disposição do centro de gravidade CG da biela 10 da presente invenção promove um atraso no desenvolvimento do pico de torque. De outro modo, e tomando os Exemplos 1 e 2 como base, caso o centro de gravidade CG da biela 10 seja deslocado em sentido contrário (ou seja, em direção ao outro lado do eixo horizontal “X”, neste caso, com valores positivos para a coordenada “X”), o pico de torque poderá ser adiantado.

[0083] Isto permite ainda um outro efeito vantajoso e inesperado da presente invenção, qual seja a sua flexibilidade de aplicação em diferentes tipos de motores. Será entendido que a preferência pelo atraso ou adiantamento do pico de torque dependerá do tipo de motor utilizado. Neste caso, o estado da técnica não prevê soluções para beneficia- mento de motores que prefeririam, por exemplo, um adiantamento do pico de torque, diferentemente da presente invenção.

[0084] No mais, observou-se que a biela 10 da presente invenção poderá ser configurada para alcance de um centro de gravidade otimamente posicionado para obtenção do ganho de torque médio através de uma relação de dimensões. Tais relações envolvem: (i) uma primeira razão “R1” entre a distância La medida entre o centro do orifício superior 10A e o centra do orifício inferior 10B e a distância Lb medida entre o centra do orifício superior 10A e o centra de gravidade CG; e (ii) uma segunda razão “R2” entre a distância La medida entre o centro do orifício superior 10A e o centro do orifício inferior 10B e a distância Lc medida entre o eixo vertical imaginário V e o eixo vertical Vcg que passa pelo centro de gravidade CG. As razões “R1” e “R2” são reproduzidas nas fórmulas abaixo:

[0085] Para permitir a obtenção dos valores Lb e Lc de uma biela com construção adequada para o fim proposto em diferentes tipos de motores, foram realizados testes para determinação das razões “R1” e “R2” otimamente aplicáveis. Testes para fins comparativos foram realizados utilizando as bielas dos Exemplos 1 e 2 da Tabela 1 acima e a biela convencional do estado da técnica também descrita na Tabela 1. A biela do estado da técnica utilizada para os testes foi uma biela integrante de um carro modelo “Nissan Kicks 1.6 HR16”, ano 2017/2019. Os testes foram realizados (i) com a biela do estado da técnica; (ii) com a biela 10 do Exemplo 1 ; (iii) com a biela 10 do Exemplo 2; e (iv) com a biela 10 do Exemplo 1 horizontalmente invertida (valores de “Y” na Tabela 1 invertidos) para verificação da potencialidade de adiantamento do pico de torque. Os testes foram realizados utilizando simulações no software “SIEMENS Simcenter 3D Motion” a rotações de 3000 e 6000 RPM.

[0086] As figuras 4A e 4B revelam um gráfico de deslocamento do centro de gravidade das bielas testadas nos eixos X e Y. As figuras indicam os resultados para a biela do estado da técnica “ET”, para a biela 10 do Exemplo 1 “Ex1”, para a biela 10 do Exemplo 2 “Ex2” e para a biela 10 do Exemplo 1 invertida “Ex1v”. Será entendido que os gráficos das figuras 4A e 4B permanece inalterado para ambas as rotações testadas.

[0087] As figuras 5A, 5B, e 6A e 6B revelam gráficos de giro do vi- rabrequim (em graus) por torque atuante no virabrequim (em N.m), para as rotações de 3000 e 6000 RPM. As tabelas 2, 3, 4 e 5 abaixo indicam os valores máximos e mínimos locais para diferentes intervalos de giro e para cada biela testada:

Tabela 2

Tabela 3

Tabela 4

Tabela 5

[0088] Em complemento às informações das Tabelas 2 a 5 acima, provê-se ainda figuras 7A e 7B que ilustram gráficos de ângulo da biela (em graus) por torque atuante no virabrequim (em N.m) para cada biela testada.

[0089] Os resultados aqui elencados revelam que o uso da biela da presente invenção altera o ângulo de pico de torque no motor, atrasando ou adiantando este pico de torque em relação ao que se vê na aplicação da biela do estado da técnica. Isto resulta um ganho de torque médio atuante no virabrequim pelo uso da biela da presente invenção em relação à biela convencional do estado da técnica.

[0090] A partir destes e de demais testes realizados, identificou-se que as razões otimamente aplicáveis para obtenção dos benefícios propostos pela biela da presente invenção são as seguintes: razão R1 com valor dentre 1 ,2 a 1 ,5, preferencialmente dentre 1 ,4 a 1 ,5; e razão R2 com valor dentre 14 a 70, preferencialmente dentre 17 e 56. Esclarece- se ainda que as razões poderão variar em função, por exemplo, da concentração de peso da biela no mancai inferior ou em um dos lados da biela. De todo modo, será entendido que as razões preferenciais representam um intervalo de eficiência particular da invenção, mas não restritivas à sua aplicação.

[0091 ] Será entendido que estas razões “R1 ” e “R2” podem ser aplicadas tanto na obtenção de uma biela 10 com efeito de atraso do pico de torque quanto com efeito de adiantamento de pico de torque, o resultado do cálculo devendo ser considerado como módulo ou valor absoluto.

[0092] Utilizando os valores otimizados de razão acima indicados, será entendido que o posicionamento do centro de gravidade em uma biela 10 conforme propõe a presente invenção poderá ser determinado. A configuração de um centro de gravidade CG tal como o aqui proposto poderá ser realizada de diferentes maneiras. Por exemplo, pode-se obter um posicionamento do centro de gravidade CG através da angulação da haste da biela 10, tal como a biela 10 ilustrada nas figuras 1 a 3. Alternativamente ou complementarmente, pode-se ainda configurar a biela 10 com uma distribuição de massa voltada para um posicionamento específico de seu centro de gravidade. Esta distribuição de massa específica poderá ser obtida de diferentes maneiras, por exemplo, através da adição de elementos que aumentem a massa da biela 10 em uma região específica, ou o uso de diferentes materiais de diferentes densidades para configuração de diferentes partes da biela 10 objetivando a movimentação do centro de gravidade CG. Será entendido que, sabendo o valor das razões R1 e R2 conforme descritas acima, será possível a obtenção de uma biela 10 com um centro de gravidade CG que alcance os objetivos aqui propostos.

[0093] A presente invenção contempla ainda uma segunda concretização de biela 10 para aplicação em motor de combustão dotada de um orifício superior 10A configurado pra ser associado a um êmbolo 20 e de um orifício inferior 10B configurado para ser associado concentri- camente a um moente 31 de um virabrequim 30, como mais bem visto nas figuras 8, 9 e 10. Referidos orifícios superior 10A e inferior 10B são comumente denominados “mancais” da biela, e o êmbolo 20 é comu- mente denominado “cabeça” do pistão. O orifício superior 10A é associado ao êmbolo 20, preferencialmente, através de um pino.

[0094] Referida biela 10 em sua segunda concretização compreende uma haste 11 dotada de uma face lateral 11’ que é alinhada ao centro do seu orifício inferior 10B, conforme mais bem visto na figura 8. O termo “alinhada ao centro” deve ser entendido como, considerando um eixo imaginário E alinhado à face lateral 11’ da haste 11 da biela 10 numa vista frontal tal como a da figura 8, referido eixo imaginário E passa pelo centro do orifício inferior 10B. Esta característica da biela 10 permite, vantajosamente e inesperadamente, múltiplos benefícios ao funcionamento do motor de combustão relativos à distribuição de forças, distribuição de peso durante o giro do virabrequim, redução de vibração do conjunto do pistão, entre outros, conforme será visto mais adiante. A biela compreende ainda uma segunda face lateral 11” oposta à primeira face lateral 11’. No contexto das figuras 8 a 916, as quais ilustram vistas frontais, a primeira face lateral 11’ é uma face lateral direita da biela, e a segunda face lateral 11” é uma face lateral esquerda da biela.

[0095] De maneira preferencial, o centro da haste 11 da biela 10 em sua segunda concretização se dispõe a uma distância D do seu orifício inferior 10B ou do centro do moente 31 do virabrequim. Referida distância D é medida entre o eixo E e o eixo central da haste 11 , representado na figura 8 pelo eixo imaginário F. Será entendido que o valor da distância D varia conforme o projeto do motor ao qual a biela 10 e o seu conjunto de pistão serão aplicados, podendo assumir diferentes valores dependendo do tipo do motor. Por exemplo, para motores de veículos automotores comerciais de pequeno porte, a distância D pode variar entre 0,1 a 20mm, ou opcionalmente entre 1 a 15mm, ou ainda opcionalmente entre 2 e 8mm. Para motores de médio porte, tal como aqueles utilizados em equipamentos de trabalho pesado, a distância D pode variar entre 0,1 a 100mm ou opcionalmente entre 1 a 80mm, ou opcionalmente entre 10 e 60mm. Para motores de grande porte, por exemplo motores de grandes veículos como navios, a distância D pode variar entre 0,1 a 600mm, ou opcionalmente entre 10 a 500mm, ou ainda opcionalmente entre 100 e 400mm.

[0096] Adicionalmente, referida biela 10 em sua segunda concretização compreende um ângulo C medido entre uma linha que passa pelo centro do orifício superior 10A e o centro do orifício inferior 10B (representada na figura 10 pela linha imaginária G) e um eixo vertical tal como os eixos E ou F. Será entendido que o valor do ângulo C varia conforme o projeto do motor ao qual a biela 10 e o seu conjunto de pistão serão aplicados, podendo assumir diferentes valores dependendo do tipo do motor, podendo variar entre 0,1 a 10°, opcionalmente entre 2 a 8 ^o , ou opcionalmente entre 3 a 7 ^o .

[0097] De maneira preferencial, mas não obrigatória, o orifício inferior 10B é configurado pela associação de uma porção inferior 12 da biela 10 a uma capa 13, e uma interface 14 entre a porção inferior 12 e a capa 13 configura um ângulo agudo A em relação a um eixo horizontal medido do centro da biela 10, representado na figura 8 pelo eixo horizontal imaginário I. Referida interface 14 é formada pela junção das faces das extremidades da porção inferior 12 e da capa 13, e o ângulo A objetiva permitir uma adequada distribuição das forças atuantes na biela 10. Será entendido que o valor do ângulo A varia conforme o projeto do motor ao qual a biela 10 e o seu conjunto de pistão serão aplicados, podendo assumir diferentes valores dependendo do tipo do motor. Em uma concretização possível, o ângulo A pode variar entre 0,1 a 45°, opcionalmente entre 5 a 45°, ou opcionalmente entre 10 a 42°.

[0098] Como já esclarecido, a relação R/L entre o curso ou raio do virabrequim R (como indicado de maneira exemplificativa na figura 12) e o comprimento da biela L, tomado como a distância entre os seus orifícios superior e inferior (como indicado de maneira exemplificativa na figura 8) é uma relação importante para o correto funcionamento de qualquer motor de combustão. Sendo assim, de maneira desejável, a relação entre um raio R de curso do virabrequim e o comprimento L da haste 11 da biela 10 em sua segunda concretização é entre 0,24 e 0,35, opcionalmente entre 0,29 a 0,31. O raio R deve ser entendido como a medida entre o centro do munhão 30 e o centro do moente 31 , e o comprimento L da haste 11 deve ser entendido como a medida entre os centros de seus orifícios superior 10A e inferior 10B traçada paralelamente ao corpo da haste 11 .

[0099] Cumpre notar que a característica de alinhamento da face lateral 11’ com o centro do orifício inferior 10B da biela 10 através da distância D se relaciona diretamente com a relação R/L aqui referenciada. Será entendido que, através do alinhamento da face lateral 11 ’ com o centro do orifício inferior 10B da biela 10 através da distância D, a biela 10 e da presente invenção pode ser utilizada para substituir bielas convencionais de motores objetivando o ajuste do fator R/L do conjunto de pistão, de maneira a vantajosamente aumentar a eficiência do motor sem alterar suas demais características.

[00100] Importante notar ainda que o alinhamento da face lateral 11 ’ com o centro do orifício inferior 10B da biela 10 garante não apenas este ajuste do fator R/L, mas também garante a obtenção de uma biela compacta e que pode ser substituída em motores convencionais sem risco de colisão com as paredes do cilindro do pistão, em contraste com o que se observa no estado da técnica.

[00101] Em uma concretização preferencial, a biela 10 compreende em sua porção inferior 12 um chanfro H1 disposto adjacentemente à haste 11 , entre o chanfro H1 e a haste 11 se dispondo uma curvatura H2. O chanfro H1 e a curvatura H2 configuram uma região que favorece o arraste de óleo durante a volta do virabrequim.

[00102] Pelo uso da biela 10 em sua segunda concretização e do conjunto de pistão da presente invenção, é possível a obtenção ou aproveitamento de ao menos seis energias mecânicas positivas durante um giro do virabrequim, energias estas que não são obtidas pelos conjuntos de pistão do estado da técnica. Referidas energias obtidas são mais detalhadamente descritas adiante.

[00103] As figuras 11 a 15 ilustram o funcionamento da biela 10 da presente invenção em sua segunda concretização aplicada a um conjunto de pistão conforme proposto, em uma configuração preferencial. O raio de giro do moente 31 é representado de maneira geral pela linha tracejada R1. Será entendido que um motor cuja aplicação exija uma disposição diferente de conjunto de pistão daquela revelada nas figuras (por exemplo, com o cilindro do pistão em ângulo) não altera a forma de aplicação da biela ou do conjunto de pistão da presente invenção, bastando considerar a efetiva linha de centro ou direção de trabalho do êmbolo para configuração da biela e do conjunto de pistão aqui propostos. Esta disposição da biela 10 e do conjunto de pistão permitem, vantajosamente e inesperadamente, benefícios ao motor relativos ao tempo de explosão, ao posicionamento da biela 10 no momento da explosão, da distribuição da força e do atrito do conjunto, conforme será visto mais detalhadamente adiante.

[00104] Na figura 11 , ilustra-se uma posição do moente 31 ligeiramente antes do seu ponto morto superior PMSm, onde a haste 11 se encontra verticalmente alinhada, ou seja, se encontra paralela à linha de centro F do êmbolo 20. Cumpre notar que, na posição ilustrada da figura 4, o êmbolo 20 se dispõe substancialmente próximo ao ponto de volume mínimo do cilindro 100, ou seja, no final da compressão. No entanto, a disposição da biela 10 com sua face lateral 1 1’ alinhada ao centro do orifício inferior 10B permite que a haste 1 1 atinja sua verticalidade antes do ponto morto superior do moente PMSm. Para melhor entendimento da invenção, o termo “ponto morto superior” deve ser entendido como uma posição superior máxima do elemento correspondente quando considerado o giro do virabrequim.

[00105] Neste sentido, quando o êmbolo 20 se aproxima de seu ponto máximo de compressão tal como visto na figura 11 , a ignição da mistura de ar-combustível comprimida no interior da câmara se inicia, o que resulta em uma força de explosão inicial FE1 que é descarregada sobre a haste 11 do moente. Em motores com bielas do estado da técnica, a haste da biela se encontra angulada para a direita do eixo F do êmbolo quando o moente está numa posição tal qual a da figura 11 . Isso significa que, quando a força FE1 age sobre as bielas do estado da técnica, referida força FE1 empurra a biela para trás, tendendo a girar o virabrequim no sentido oposto. De maneira contrastante, a biela 10 da presente invenção se encontra disposta verticalmente alinhada com o eixo F do êmbolo 20 quando da posição do moente 31 está imediatamente anterior ao seu ponto morto superior PMSm, tal que a força atuante na haste 11 é descarregada sobre a linha do munhão 30. No mais, a disposição de face lateral 11’ alinhada com o eixo inferior 10B do vira- brequim garante que parte da força FE1 seja descarregada no centra do moente 31 , mitigando assim qualquer possível força que vá tender a girar o virabrequim no sentido oposto do giro ideal. Com isto, a biela 10 da presente invenção garante a obtenção de uma primeira força positiva 1.

[00106] A figura 12 revela o conjunto de pistão da presente invenção, em sua concretização preferencial, representando ilustrativamente o moente 31 em seu ponto morto superior PMSm instantes após o início da explosão no cilindro 100 do motor. A segunda energia positiva obtida pelo uso da presente invenção se observa no início da explosão, onde a face lateral 11’ da haste 1 1 se mantém alinhada com o eixo do moente 31 , porém o centro de gravidade da haste 11 já está avançado em relação ao centro do munhão, favorecendo o giro do virabrequim e diminuindo a perda de energia derivada dos menores esforços de compressão atuantes no moente 31 .

[00107] Observa-se na figura 12 que, em função do alinhamento da face lateral 11 ’ com o orifício inferior 10B da biela 10, a haste 11 se encontra angulada no ponto morto superior do moente PMSm em um ângulo C. Será entendido que o ângulo C da figura 12 corresponde ao ângulo C ilustrado na figura 10. A força de explosão FE é transferida pela haste 1 1 em ângulo, em função da angulação C da haste 11 , e é decomposta em uma componente vertical Fev que é absorvida linearmente no centro do moente 31 e do munhão 30, e em uma componente horizontal Feh que gera um momento positivo que favorece giro do virabrequim, configurando uma segunda energia positiva obtida pelo uso da presente invenção.

[00108] Cumpre notar que os motores tradicionais do estado da técnica não são capazes de permitir o surgimento de momento positivo desde o início da explosão, dado que suas bielas se encontram verticalmente alinhadas ao êmbolo quando da explosão na câmara. Significa dizer que a força normal que age diretamente sobre o virabrequim é completamente perdida e é, também, substancialmente elevada sobre o munhão e moente. Em contraste, a biela em sua segunda concretização e o conjunto de pistão da presente invenção permitem que a haste 11 seja disposta angularmente quando da explosão, e com sua face lateral 11’ alinhada ao orifício inferior 10B, o que gera não apenas um momento positivo que favorece o giro do moente 31 , mas também diminui os esforços atuantes no centro do munhão 30 e do moente 31 . Ademais, esta disposição garante que não haverá o surgimento de forças contrárias ao giro do virabrequim, dado que o ângulo gerado nesta posição pelo alinhamento entre a face lateral 11’ e o referido moente 31 torna isso praticamente impossível.

[00109] Adicionalmente, em função da angulação da interface 14 da porção inferior da biela 10 em sua segunda concretização, as componentes de força que atingem a porção inferior da biela 10, são devidamente absorvidas em uma direção normal da interface 14 e evitam danos à biela 10.

[00110] A figura 13 ilustra uma condição de aproximadamente um quarto do giro total do virabrequim. Observa-se que a configuração da biela 10 e do conjunto de pistão aqui propostos permite que a alavanca de força aplicada neste momento do giro seja maior que aquela observada em motores tradicionais do estado da técnica, em função do de uma maior distância entre a linha de centro da haste 11 e o centro do munhão 30, que favorece o torque obtido na descida do êmbolo e configura uma terceira energia positiva obtida pela biela 10 e conjunto de pistão aqui propostos. Será entendido que um ângulo A1 medido entre a linha de centro do êmbolo 20 e a linha de centro da haste 1 1 numa condição de um quarto de volta do virabrequim utilizando a biela 10 e o conjunto de pistão da presente invenção será maior que um ângulo similar medido em um motor tradicional do estado da técnica na mesma condição de volta, comprovando assim a presença de um maior braço de torque provido pela invenção e, consequentemente, a obtenção de uma terceira energia positiva provida pela invenção.

[00111] A figura 14 ilustra uma condição de aproximadamente 195° de giro do moente 31. Esta condição representa um momento após a virada do eixo virabrequim para retorno do êmbolo 20 para compressão ou escape, dependendo do estágio do ciclo de combustão. Em qualquer caso, observa-se que, devido ao momento extra gerado pela terceira energia, o movimento da haste 11 gera torque entre 175° até aproximadamente seus 195° de seu giro em contraste com os tradicionais 180°, gerando, portanto, aproximadamente 20° a mais de torque que as bielas e conjuntos de pistão tradicionais. No mais, a disposição da face lateral 11’ alinhada ao centro do orifício inferior 10B permite que o peso da porção inferior da biela 10 (mancai inferior) se encontre majoritaria- mente disposto de um lado que favorece o giro do virabrequim quando o moente está a 180° (no caso da figura 14, do lado direito da linha de centro F do êmbolo 20), permitindo assim que o peso do próprio mancai inferior 17 da biela 10 favoreça o giro de retorno do moente 31. Estes aspectos configuram assim uma quarta energia positiva provida pela presente invenção.

[00112] A figura 15 representa uma condição de aproximadamente três quartos de giro do virabrequim. Nota-se que, contrariamente ao que ocorre na descida do moente 31 , durante a subida do virabrequim a haste 11 da biela 10 se mantém mais próxima do munhão 30 de maneira que o braço de torque é menor para retorno do moente 31 . Isso reduz a força necessária para compressão no cilindro 100 e alivia o peso de giro do virabrequim, configurando assim uma quinta energia positiva. Será entendido que um ângulo A2 medido entre a linha de centro do êmbolo 20 e a linha de centro da haste 11 numa condição de três quartos de volta do virabrequim utilizando a biela 10 e o conjunto de pistão da presente invenção será menor que um ângulo similar medido em um motor tradicional do estado da técnica na mesma condição de volta, comprovando assim a presença de um menor braço de torque provido pela invenção no retorno do virabrequim e, consequentemente, a obtenção da referida quinta energia positiva.

[00113] Importante notar ainda que a descentralização da haste 11 da biela 11 , com sua lateral 11’ alinhada ao orifício inferior 10B, e a redução do ângulo de atuação A2 da haste 11 na subida de compressão ou de exaustão, permitem uma redução significativa do atrito entre o êmbolo 20 e o cilindro 100 durante o estágio de compressão, em função da diminuição das forças laterais atuantes no cilindro 100 na subida da haste 11 , o que se mostra um efeito vantajoso e inesperado da biela 10 e do conjunto de pistão aqui propostos.

[00114] Retornando às figuras 11 e 12, a figura 11 representa uma posição do moente 31 posterior à da figura 15, quando o êmbolo 20 se aproxima de seu ponto máximo de compressão. Ao transitar para o ponto morto superior do moente 31 como visto na figura 12, referido êmbolo 20 sofre um deslocamento muito pequeno na altura, praticamente imperceptível, o qual representa em termos práticos a uma pequena parada por um tempo substancialmente curto (por exemplo, uma fração de segundo), em função da angulação gerada pelo alinhamento da face lateral 11’ da haste 11 com o orifício inferior 10B. Isto permite prolongar o tempo de compressão, extraindo o máximo de energia por molécula de combustível, diminuindo assim a quantidade de combustível necessária para alcance de uma mesma potência e configurando uma sexta energia positiva da invenção.

[00115] Sendo assim, torna claro que a biela em sua segunda concretização e o conjunto de pistão aqui propostos são capazes de configurar seis energias positivas que se concretizam durante o giro do virabrequim.

[00116] A figura 16 apresenta uma representação ilustrativa de quatro posições da biela 10 durante o giro do virabrequim e indicando, de maneira geral, os pontos de giro nos quais cada uma das seis energias é sentida, quais sejam:

(1) Uma primeira energia mecânica positiva obtida próxima ao ponto morto superior do moente 31 , em função da disposição vertical da biela 10 em relação ao êmbolo 20, configurada pelo alinhamento da face lateral 11’ com o orifício inferior 10B, e permitindo que os esforços iniciais da explosão FE1 sejam direcionados ao centro do moente 31 e do mu- nhão 30, evitando o efeito de “batida de pino” e tendência de giro oposto do virabrequim;

(2) Uma segunda energia mecânica positiva no ponto superior do moente 31 , em instante posterior à explosão na câmara, pela angulação da haste 11 da biela 10 que favorece a decomposição da força de explosão favoravelmente ao giro do virabrequim;

(3) Uma terceira energia mecânica obtida pelo maior braço ou ângulo da haste 11 em relação à linha do êmbolo 20, favorecendo o torque da explosão e o giro do virabrequim;

(4) Uma quarta energia mecânica positiva obtida na virada do virabrequim, com torque sendo gerado até 195° de giro e com o peso do mancai 17 maior na direção de giro do virabrequim, favorecendo o referido giro;

(5) Uma quinta energia mecânica positiva obtida na subida ou retorno do giro do virabrequim, onde o braço ou ângulo da haste 11 em relação à linha do êmbolo é menor, diminuindo a força necessária para compressão e aliviando o peso do giro do eixo;

(6) Uma sexta energia mecânica positiva obtida pela ligeira parada do êmbolo próximo à sua altura máxima, permitindo compressão completa do combustível e extração máxima de energia do combustível. [00117] Cumpre notar que o ponto 6 da sexta energia representado na figura 16 é ilustrado proximamente ao ponto 1 da primeira energia, mas a atuação da sexta energia se inicia coincidentemente com a primeira energia do ponto 1 e se estende até o ponto 2 da segunda energia, como será entendido pelos esclarecimentos referentes à sexta energia apresentados anteriormente.

[00118] Ademais, a biela em sua segunda concretização e o conjunto de pistão aqui propostos podem ser utilizados em qualquer motor de combustão interna ou externa, veículos a gasolina ou etanol, híbridos ou não, com ou sem turbo, para motores diesel, incluindo motores diesel de alta pressão, por exemplo para veículos de trabalho como caminhões, ou ainda para veículos de passeio como 4x4, motores de navios, motor de poupa, tratores agrícolas, máquinas pesadas, máquinas para construção, geradores, motores náuticos de centro, jet-skis, motores de ar comprimido, motosserras, sopradores, motos, ônibus, aeronaves a pistão, veículos de corrida, balsas, moto bomba, motores estacionários, equipamentos leves, médio e grandes com motores a combustão, locomotivas, navios e outros, construídos nas décadas anteriores e atuais, não sendo necessário alterações da configuração e arquitetura de seu funcionamento, aumentando o rendimento do motor, potência, torque, reduzindo o consumo de combustível e emissões de poluentes para atmosfera, tudo sem a necessidade de alterar qualquer aspecto do motor ao qual estão sendo aplicados. A aplicação da biela e conjunto de pistão aqui propostos se estende a motores do Ciclo Otto, alimentados por diesel, gasolina, álcool, biocombustíveis, GNV, biodiesel, hidrogênio ou qualquer combustível usado para gerar energia no interior do cilindro do motor. Outras aplicações possíveis são motores, bicicletas, motores para ar-condicionado, bombas para irrigação e agricultura.

[00119] Através da biela 10 em sua segunda concretização e do conjunto de pistão aqui propostos, é possível, portanto, o aumento da eficiência do motor em função de múltiplos fatores decorrentes das seis energias positivas acima descritas, bem como da particular construção e disposição da invenção aqui proposta, tais como:

- Aumento do torque aproveitado durante o giro do virabrequim em múltiplas posições, consequentemente aumentando a potência do motor como um todo;

- Redução do atrito no cilindro na compressão e no escapamento, diminuindo o desgaste do pistão e do cilindro, e consequentemente aumentando a vida útil do conjunto;

- Aumento da eficiência de trabalho do motor e consequente redução de emissão de gases poluentes;

- Maior tempo de permanência do êmbolo em seu ponto morto superior, com maior eficiência na compressão e queima do combustível, o que faz diminuir o consumo de combustível e melhorar a queima dos gases; e

- Possibilidade de aplicação da biela e conjunto de pistão propostos em qualquer motor tradicional já existente, permitindo o aumento de sua eficiência sem necessidade de modificações nos projetos ou nas construções dos motores atuais.

[00120] Ademais, a partir da utilização da biela em sua segunda concretização e conjunto de pistão aqui propostos, extrai-se maior energia possível por molécula (partícula) de combustível queimado no processo de combustão e expansão dos gases no interior do cilindro do motor de combustão interna, gerando uma pressão média efetiva desde o ponto morto superior (PMS) até o ponto morto inferior (PMI) do êmbolo que é superior quando comparada motores do estado da técnica.

[00121] Testes foram realizados para comprovar a superioridade da biela em sua segunda concretização e conjunto de pistão aqui propostos em relação a motores dotados de bielas e conjuntos de pistão tradicionais do estado da técnica, e foram obtidos resultados substancialmente vantajosos no que tange a potência, atrito, geração de poluentes e redução de atrito.

[00122] Testes realizados em condições reais resultam em ganhos de eficiência de consumo expressivos. Um teste em condições reais foi realizado em um automóvel “FIAT UNO 2019 1.0 LF FLEX” com motor modificado contendo a biela e o conjunto de pistão da presente invenção. As demais especificações do automóvel não foram alteradas. O automóvel com motor modificado foi submetido a teste com gasolina comum e etanol hidratado, e o teste consistiu em percorrer aproximadamente 136 km em vias públicas. O consumo médio de combustível utilizando gasolina comum com o motor modificado foi de 21 ,3 km/L, o que representa um aumento de eficiência de consumo entre 59% a 83% em comparação ao consumo médio oficialmente declarado pelo fabricante (11 ,6 km/L na cidade e 13,4 km/L na estrada). Para o etanol, o consumo médio do motor modificado foi de 15,9 km/L, o que representa uma diminuição de consumo entre 69% e 99% quando comparado ao consumo médio oficialmente declarado pelo fabricante (8,0 km/L na cidade e 9,4 km/L na estrada).

[00123] Não apenas foi observado relevante vantagem com relação à potência e o consumo do motor, mas também, de maneira vantajosa e inesperada, foi observada uma redução significativa no atrito entre o êmbolo e o cilindro do pistão. A figura 17 revela um gráfico de força lateral F (N) por ângulo do virabrequim AV (graus - °) em testes realizados com um motor original (MO) e um motor modificado (MM) do automóvel “FIAT 1.0 8v FIRE FLEX” nos termos das recomendações da norma ABNT NBR ISO 1585. Torna claro que a força lateral observada no motor modificado é substancialmente menor que a observada no motor original. Em termos de números, a força lateral máxima observada no motor original foi de 1863N, enquanto a força lateral máxima observada no motor modificado foi de 1337N, representando uma redução de força lateral máxima de aproximadamente 28%. Isto representa uma redução substancial e desejável no atrito sofrido entre o êmbolo e o cilindro e, consequentemente, um aumento substancial da vida útil do motor. [00124] No mais, a aplicação da biela e conjunto de pistão aqui propostos se estende aos motores a combustão interna e pode se estender ainda a motores híbridos elétricos, compressores de ar, bombas hidráulicas, bombas de vácuo, grupo geradores de energia e qualquer máquina ou equipamento de funcionamento com pistão em movimento alternativo que necessitam transformar esse movimento em movimento rotativo para gerar torque para produção de trabalho mecânico.

[00125] Tornará claro que a primeira e segunda concretizações da biela 10 da presente invenção aqui propostas poderão ser combinadas para obtenção de seus respectivos efeitos positivos em conjunto.

[00126] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.