Motor de seis tempos - Six-stroke engine

O termo motor de seis tempos foi aplicado a uma série de projetos alternativos de motores de combustão interna que tentam melhorar os motores tradicionais de dois e quatro tempos . As vantagens reivindicadas podem incluir maior eficiência de combustível , complexidade mecânica reduzida e / ou emissões reduzidas . Esses motores podem ser divididos em dois grupos com base no número de pistões que contribuem para os seis tempos.

Nos projetos de pistão único, o motor captura o calor perdido do ciclo Otto de quatro tempos ou ciclo Diesel e o usa para acionar uma potência adicional e curso de exaustão do pistão no mesmo cilindro em uma tentativa de melhorar a eficiência do combustível e / ou auxiliar no resfriamento do motor. Os pistões neste tipo de motor de seis tempos sobem e descem três vezes para cada injeção de combustível. Esses projetos usam vapor ou ar como fluido de trabalho para o curso de energia adicional.

Os designs nos quais os seis golpes são determinados pelas interações entre dois pistões são mais diversos. Os pistões podem ser opostos em um único cilindro ou podem residir em cilindros separados. Normalmente, um cilindro dá dois cursos, enquanto o outro dá quatro, dando seis movimentos de pistão por ciclo. O segundo pistão pode ser usado para substituir o mecanismo de válvula de um motor convencional, o que pode reduzir a complexidade mecânica e permitir uma taxa de compressão aumentada , eliminando pontos de acesso que de outra forma limitariam a compressão. O segundo pistão também pode ser usado para aumentar a taxa de expansão , desacoplando-o da taxa de compressão. Aumentar a taxa de expansão desta forma pode aumentar a eficiência termodinâmica de uma maneira semelhante ao ciclo de Miller ou Atkinson .

Tipos de motor

Projetos de pistão único

Esses projetos usam um único pistão por cilindro, como um motor convencional de dois ou quatro tempos. Um fluido secundário não detonante é injetado na câmara, e o calor restante da combustão faz com que ele se expanda para um segundo ciclo de energia seguido por um segundo ciclo de exaustão.

Motor Griffin de seis tempos

O motor Kerr no Museu do Motor Anson

Em 1883, o engenheiro Samuel Griffin, com sede em Bath, era um fabricante estabelecido de motores a vapor e a gás. Ele desejava produzir um motor de combustão interna, mas sem pagar os custos de licenciamento das patentes Otto . Sua solução foi desenvolver uma "válvula deslizante patenteada" e um motor de seis tempos de ação única usando-a. Em 1886, o fabricante escocês de locomotivas a vapor Dick, Kerr & Co. viu um futuro em grandes motores a óleo e licenciou as patentes Griffin. Estes eram motores tandem de dupla ação e vendidos sob o nome de "Kilmarnock". Um grande mercado para o motor Griffin era a geração de eletricidade, onde eles desenvolveram uma reputação de funcionar alegremente com pouca energia por longos períodos e, de repente, ser capazes de atender a uma grande demanda de energia. Sua construção grande e pesada não os adequava ao uso móvel, mas eles eram capazes de queimar tipos de petróleo mais pesados ​​e baratos. O princípio fundamental do "Griffin Simplex" era um vaporizador externo aquecido com camisa de escape, no qual o combustível era pulverizado. A temperatura foi mantida em torno de 550 ° F (288 ° C), o suficiente para vaporizar fisicamente o óleo, mas não para quebrá-lo quimicamente. Esta destilação fracionada permitiu o uso de combustíveis de óleo pesado, os alcatrões e asfaltos inutilizáveis ​​separando-se no vaporizador. A ignição por lâmpada quente foi usada, que Griffin chamou de "ignitor catatérmico", uma pequena cavidade isolada conectada à câmara de combustão. O injetor de pulverização tinha um bico interno ajustável para o fornecimento de ar, rodeado por um invólucro anular para o óleo, tanto o óleo quanto o ar entrando a uma pressão de 20 psi (140 kPa) e sendo regulados por um regulador. Griffin fechou as portas em 1923. Apenas dois exemplos conhecidos de um motor Griffin de seis tempos sobreviveram. Um está no Museu do Motor Anson . O outro foi construído em 1885 e por alguns anos esteve no Museu de Ciência e Tecnologia de Birmingham , mas em 2007 voltou para Bath e para o Museu de Bath at Work .

Motor Dyer seis tempos

Leonard Dyer inventou um motor de seis tempos, de combustão interna e injeção de água em 1915, muito semelhante ao projeto de Crower (veja abaixo). Uma dúzia de patentes semelhantes foram emitidas desde então.

Características do motor de seis tempos do tintureiro:

  • Nenhum sistema de resfriamento necessário
  • Melhora o consumo de combustível de um motor típico
  • Requer um suprimento de água pura para atuar como meio para o segundo golpe de força.
  • Extrai a energia adicional da expansão do vapor.

Motor Bajulaz de seis tempos

O motor Bajulaz de seis tempos é semelhante a um motor de combustão regular em design, mas foram feitas modificações na cabeça do cilindro, com duas câmaras de capacidade fixa suplementares: uma câmara de combustão e uma câmara de pré-aquecimento de ar acima de cada cilindro. A câmara de combustão recebe uma carga de ar aquecido do cilindro; a injeção de combustível inicia uma queima isocórica (volume constante), o que aumenta a eficiência térmica em comparação com uma queima no cilindro. A alta pressão alcançada é então liberada no cilindro para trabalhar o curso de força ou expansão. Enquanto isso, uma segunda câmara, que cobre a câmara de combustão, tem seu conteúdo de ar aquecido em alto grau pelo calor que passa pela parede do cilindro. Este ar aquecido e pressurizado é então usado para alimentar um curso adicional do pistão.

As vantagens alegadas do motor incluem redução no consumo de combustível em pelo menos 40%, dois cursos de expansão em seis cursos, capacidade de uso de combustível múltiplo e uma redução dramática na poluição .

O motor Bajulaz de seis tempos foi inventado em 1989 por Roger Bajulaz da empresa Bajulaz SA, com sede em Genebra , Suíça ; tem a patente US 4.809.511 e a patente US 4.513.568 .

As características do motor Bajulaz de seis tempos reivindicadas são:

  • Redução no consumo de combustível em pelo menos 40%
  • Dois cursos de expansão (trabalho) em seis cursos
  • Combustível múltiplo, incluindo gás liquefeito de petróleo
  • Redução dramática da poluição do ar
  • Custos comparáveis ​​aos de um motor de quatro tempos

Motor Velozeta seis tempos

Em um motor Velozeta, o ar fresco é injetado no cilindro durante o curso do escapamento, que se expande pelo calor e, portanto, força o pistão para baixo para um curso adicional. As sobreposições da válvula foram removidas e os dois cursos adicionais usando a injeção de ar proporcionam uma melhor eliminação do gás . O motor parece mostrar redução de 40% no consumo de combustível e redução dramática na poluição do ar. Sua relação potência / peso é ligeiramente menor do que a de um motor a gasolina de quatro tempos. O motor pode funcionar com uma variedade de combustíveis, desde gasolina e óleo diesel até GLP . Um motor alterado mostra uma redução de 65% na poluição de monóxido de carbono quando comparado com o motor de quatro tempos do qual foi desenvolvido. O motor foi desenvolvido em 2005 por uma equipe de estudantes de engenharia mecânica, U Krishnaraj, Boby Sebastian, Arun Nair e Aaron Joseph George da Faculdade de Engenharia de Trivandrum .

Motor NIYKADO de seis tempos

Este motor foi desenvolvido por Chanayil Cleetus Anil, de Cochin, Índia, que patenteou o design em 2012. O nome do motor deriva do nome de sua empresa, NIYKADO Motors. O motor passou por uma rodada preliminar de testes de aceleração total na Automotive Research Association of India, Pune. O inventor afirma que este motor "é 23% mais eficiente em termos de combustível em comparação com um motor convencional de quatro tempos" e é "muito baixo em poluição".

Anil, um mecânico, desenvolveu o motor NIYKADO ao longo de mais de 15 anos. O motor foi testado pela primeira vez em 2004 e Anil solicitou sua patente em 2005. Ele afirma que seu projeto produz drasticamente menos poluição e que o uso na indústria automotiva pode levar a uma "mobilidade sem emissões".

Funcionalidade do motor:

Os diferentes golpes são:

  1. AVC de admissão
  2. Curso de compressão
  3. Curso de potência
  4. Curso de exaustão
  5. Entrada de ar
  6. Escape de ar

O motor possui quatro válvulas:

  1. Válvula de admissão de ar-combustível
  2. Válvula de admissão apenas de ar
  3. Válvula de exaustão de combustão
  4. Válvula de exaustão apenas de ar

Curso de admissão: neste curso, o pistão se move do ponto morto superior (TDC) para o ponto morto inferior (BDC). A válvula de admissão se abre e a mistura ar-combustível entra no cilindro.

Curso de compressão: O pistão se move de BDC para TDC e todas as válvulas são fechadas.

Curso de potência: a vela de ignição inflama a mistura ar-combustível. O pistão se move do TDC para o BDC, enquanto todas as válvulas permanecem fechadas.

Curso de exaustão: O pistão se move de BDC para TDC enquanto a válvula de exaustão se abre, permitindo que os gases de exaustão saiam do cilindro.

Curso de admissão de ar: A válvula de admissão somente de ar abre enquanto o pistão se move de TDC para BDC, puxando ar fresco da atmosfera para o cilindro. Esse ar se mistura com qualquer resíduo de escapamento ou combustível não queimado, enquanto resfria o interior do cilindro.

Curso de exaustão de ar: A válvula de exaustão de ar abre enquanto o pistão se move de BDC para TDC. O ar fresco e a maior parte do combustível restante e do escapamento saem do cilindro. Anil afirma que isso cria uma atmosfera mais fresca dentro do cilindro antes do próximo curso de admissão de ar-combustível, ajuda o motor a queimar quase 100% da mistura ar-combustível e reduz as emissões prejudiciais (incluindo uma redução de 98% nas emissões de monóxido de carbono) .

Motor Crower de seis tempos

Em um motor de seis tempos prototipado nos Estados Unidos por Bruce Crower, a água é injetada no cilindro após o curso do escapamento e é instantaneamente transformada em vapor , que se expande e força o pistão para baixo para um curso de força adicional. Assim, o calor residual que requer um sistema de resfriamento a ar ou água para descarregar na maioria dos motores é capturado e colocado em uso acionando o pistão. Crower estimou que seu projeto reduziria o consumo de combustível em 40%, gerando a mesma produção de energia em uma velocidade de rotação mais baixa. O peso associado a um sistema de resfriamento poderia ser eliminado, mas isso seria compensado pela necessidade de um tanque de água além do tanque de combustível normal.

O motor de seis tempos Crower foi um projeto experimental que atraiu a atenção da mídia em 2006 por causa de uma entrevista concedida pelo inventor americano de 75 anos , que solicitou a patente de seu projeto. Esse pedido de patente foi posteriormente abandonado.

Projetos de pistão oposto

Esses projetos usam dois pistões por cilindro operando em taxas diferentes, com a combustão ocorrendo entre os pistões.

Cabeça de Beare

Este projeto foi desenvolvido por Malcolm Beare da Austrália . A tecnologia combina uma extremidade inferior do motor de quatro tempos com um pistão oposto na cabeça do cilindro trabalhando na metade da taxa cíclica do pistão inferior. Funcionalmente, o segundo pistão substitui o mecanismo de válvula de um motor convencional. Os benefícios reivindicados incluem um aumento de 9% na potência e eficiência termodinâmica aprimorada por meio de uma taxa de compressão aumentada habilitada pela eliminação da válvula de escape quente.

M4 + 2

A animação do ciclo de trabalho do motor M4 + 2

A ideia foi desenvolvida na Universidade de Tecnologia da Silésia , na Polônia, sob a liderança do dr inż. Adam Ciesiołkiewicz . Foi concedida a patente nº 195052 pelo Escritório de Patentes Polonês.

Os motores M4 + 2 têm muito em comum com os motores Beare-head , combinando dois pistões opostos no mesmo cilindro. Um pistão funciona com metade da taxa cíclica do outro, mas enquanto a função principal do segundo pistão em um motor Beare-head é substituir o mecanismo de válvula de um motor convencional de quatro tempos, o M4 + 2 leva o princípio um passo avançar. O trabalho do motor de combustão de pistão duplo é baseado na cooperação de ambos os módulos. A mudança de carga de ar ocorre na seção de dois tempos do motor. O pistão da seção de quatro tempos é um sistema auxiliar de troca de carga de ar, funcionando como um sistema de válvulas. O cilindro é preenchido com ar ou com uma mistura de ar-combustível. O processo de enchimento ocorre com sobrepressão pelo sistema de entrada da lâmina. Os gases de escapamento são removidos como no motor clássico de dois tempos, por janelas de escapamento no cilindro. O combustível é fornecido ao cilindro por um sistema de injeção de combustível. A ignição é realizada por duas velas de ignição. A potência efetiva do motor de pistão duplo é transferida por dois virabrequins. A característica deste motor é uma oportunidade de mudança contínua da capacidade do cilindro e taxa de compressão durante o trabalho do motor, alterando a localização do pistão. Os modelos mecânicos e termodinâmicos foram pensados ​​para motores de pistão duplo, o que possibilitou a elaboração de novos ciclos termodinâmicos teóricos para motores de duplo pistão de combustão interna.

O princípio de funcionamento do motor é explicado no artigo sobre motores de dois e quatro tempos .

Outros projetos de dois pistão

Motor pistão-carregador

Neste motor, semelhante em design ao cabeçote Beare, um "carregador de pistão" substitui o sistema de válvula. O carregador de pistão carrega o cilindro principal e, simultaneamente, regula a abertura de entrada e saída, sem perda de ar e combustível no escapamento. No cilindro principal, a combustão ocorre a cada volta, como em um motor de dois tempos , enquanto a lubrificação é realizada da mesma maneira que em um motor de quatro tempos . A injeção de combustível pode ocorrer no carregador de pistão, no canal de transferência de gás ou na câmara de combustão. Também é possível carregar dois cilindros de trabalho com um carregador de pistão. A combinação de design compacto para a câmara de combustão junto com nenhuma perda de ar e combustível dá ao motor mais torque, mais potência e melhor eficiência de combustível. O benefício de menos peças móveis e design leva a custos de fabricação mais baixos. O motor é considerado adequado para combustíveis alternativos, uma vez que nenhuma corrosão ou depósitos são deixados nas válvulas. Os seis golpes são:

  1. Aspiração
  2. Pré-compressão
  3. Transferência de gás
  4. Compressão
  5. Ignição
  6. Ejeção.

Esta é uma invenção de Helmut Kottmann da Alemanha, enquanto trabalhava 25 anos na MAHLE GmbH na construção de pistão e cilindro. As patentes americanas 3921608 e 5755191 de Kottman estão listadas abaixo.

Ilmor / Schmitz cinco tempos

Este projeto foi inventado pelo engenheiro belga Gerhard Schmitz e foi prototipado pela Ilmor Engineering.

Esses projetos usam dois (ou quatro, seis ou oito) cilindros com um ciclo Otto convencional de quatro tempos. Um pistão adicional (em seu próprio cilindro) é compartilhado pelos dois cilindros do ciclo Otto. A exaustão do cilindro do ciclo Otto é direcionada para o cilindro compartilhado, onde é expandida, gerando trabalho adicional. Em alguns aspectos, isso é semelhante à operação de uma máquina a vapor composta, com os cilindros do ciclo Otto sendo o estágio de alta pressão e o cilindro compartilhado, o estágio de baixa pressão. O funcionamento do motor é:

HP1 (Otto) LP (compartilhado) HP2 (Otto)
escape expansão (potência) compressão
ingestão escape potência
compressão expansão (potência) escape
potência escape ingestão

Os designers consideram este um projeto de cinco tempos, considerando o curso de exaustão HP e o curso de expansão LP simultâneos como um único curso. Este projeto oferece maior eficiência de combustível devido à maior taxa de expansão geral dos cilindros combinados. Rácios de expansão comparáveis ​​aos motores diesel podem ser alcançados, enquanto ainda se usa gasolina (gasolina). Os motores de cinco tempos são supostamente mais leves e têm maior densidade de potência do que os motores a diesel.

Motores Revetec

Os motores de combustão controlada , projetados por Bradley Howell-Smith, da empresa australiana Revetec Holdings Pty Ltd, usam pares opostos de pistões para acionar um par de cames de três lóbulos em contra-rotação através dos rolamentos. Esses elementos substituem o virabrequim convencional e as bielas, que permitem que o movimento dos pistões seja puramente axial, de modo que a maior parte da energia desperdiçada no movimento lateral das bielas é efetivamente transferida para o eixo de saída. Isso dá seis golpes de potência por revolução do eixo (distribuídos por um par de pistões). Um teste independente mediu o consumo de combustível específico do freio do protótipo do motor a gasolina X4v2 da Revetec a 212g / kW-h (correspondendo a uma eficiência energética de 38,6%). Qualquer número par de pistões pode ser usado, nas configurações boxer ou X; os três lóbulos dos cames podem ser substituídos por qualquer outro número ímpar maior que um; e a geometria dos cames pode ser alterada para se adequar às necessidades dos combustíveis alvo e às aplicações dos motores. Essas variantes podem ter 10 ou mais cursos por ciclo.

Patentes relacionadas

Patentes norte-americanas relacionadas

  • 1217788 Combustão interna e máquina a vapor 27 de fevereiro de 1917. Hugo F. Liedtke parece ser um dos primeiros a contemplar a alternância entre a combustão interna e a injeção de vapor na câmara de combustão.
  • 1339176 Motor de combustão interna 4 de maio de 1920. Leonard H. Dyer inventou o primeiro motor de injeção de água / combustão interna de 6 tempos em 1915.
  • 2209706 Motor de Combustão Interna 30 de julho de 1940
  • 3921608 Motor de combustão interna de dois tempos, 25 de novembro de 1975
  • 3964263 Motor de seis ciclos de combustão e vaporização de fluido, 22 de junho de 1976
  • 4143518 Combustão interna e motor a vapor 13 de março de 1979
  • 4301655 Combinação de combustão interna e motor a vapor 24 de novembro de 1981
  • 4433548 Combinação de combustão interna e motor a vapor 28 de fevereiro de 1984
  • 4489558 Motor de combustão interna composto e método para seu uso 25 de dezembro de 1984
  • 4489560 Motor de combustão interna composto e método para seu uso 25 de dezembro de 1984
  • 4736715 Motor com ciclo de seis tempos, taxa de compressão variável e curso constante em 12 de abril de 1988
  • 4917054 Motor de combustão interna de seis tempos, 17 de abril de 1990
  • 4924823 Motor de combustão interna de seis tempos, 15 de maio de 1990
  • 5755191 Motor de combustão interna de dois tempos com cilindro de carga 26 de maio de 1998
  • 6253745 Motor de curso múltiplo com cargas de combustível e vapor 3 de julho de 2001
  • 6311651 Motor de combustão interna de seis tempos controlado por computador e seu método de operação 6 de novembro de 2001
  • 6571749 Motor de combustão interna de ciclo de seis tempos controlado por computador e seu método de operação em 3 de junho de 2003
  • 7021272 Conjunto de geração de energia de ciclo multi-tempos controlado por computador e método de operação 4 de abril de 2006

Patentes indianas relacionadas

  • Patente IN 252642 Six Stroke Engine 25 de maio de 2012

Patentes polonesas relacionadas

Referências

links externos