BRPI0609616A2 - métodos de operação de motor de ignição por compressão de pistões opostos, motores de ignição por compressão e de combustão interna e respectivos sistemas de injeção de combustìvel - Google Patents

Abstract

Métodos de Operação de Motor de Ignição por Compressão de Pistões Opostos, Motores de Ignição por Compressão e de Combustão Interna e Respectivos Sistemas de Injeção de Combustível. A invenção refere-se a motor de pistões opostos, de dois ciclos, do tipo de ignição por compressão incluindo provisão para injeção de uma carga principal de combustível liquido no espaço interno de um cilindro entre os pistões opostos no início de um ciclo de compressão, de modo a permitir que o combustível se evapore e se misture com ar durante o restante do ciclo de compressão no ponto em que os componentes estequiométricos da mistura são insuficientes para a auto-ignição. é feita uma provisão adicional para a injeção de uma carga-piloto de combustível liquido na mistura ar! combustível comprimida mais adiante no ciclo de compressão. A carga-piloto provê um componente estequiométrico que se auto-inflama, ativando, desta forma, a ignição da mistura ar! combustível comprimida.

Description

"Métodos de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, Motores de Ignição por Compressãoe de Combustão Interna

e Respectivos Sistemas de Injeção de Combustível"

Referência Remissiva a Pedidos Correlatos

O Pedido de Patente US 10/865.707, depositado em 10 de junhode 2004 do mesmo depositante, contém matéria que está relacionadacom a matéria aqui apresentada.

Campo

Este pedido refere-se genericamente a um motor do tipo deignição por compressão de pistões opostos, tendo provisão para injeçãode uma carga principal de combustível líquido no cilindro no início deum ciclo de compressão do motor para permitir que a carga principal seevapore e forme uma mistura homogênea pobre com ar durante orestante do ciclo de compressão. No momento em que a misturaar/combustível comprimida atinge uma faixa de temperatura de auto-ignição, não há componentes estequiométricos suficientes para supor-tar a auto-ignição. Desta forma, é feita uma provisão adicional parainjeção de uma carga de combustível piloto na mistura ar/combustívelcomprimida no final do ciclo de compressão. A carga de combustívelpiloto proporciona um componente estequiométrico em uma névoa finade pequenas gotículas de combustível líquido, ativando, desta forma, aignição da carga principal.

Antecedentes

Em um motor de ignição por compressão (Cl) convencional, umpistão único é disposto em um cilindro de forma deslizante. O pistão semovimenta no cilindro entre uma posição de ponto morto superior(TDC) em que a coroa do pistão está mais próxima da extremidadefechada do cilindro e uma posição de ponto morto inferior (BDC) em quea coroa fica mais afastada da extremidade fechada. O ar introduzido nocilindro é comprimido pelo pistão à medida que este se movimenta nadireção TDC durante seu ciclo de compressão. A compressão do araumenta sua temperatura. É injetado combustível líquido no ar quenteresultante em um momento próximo ao momento em que o pistãoatinge a parte superior de seu ciclo de compressão. A temperaturaelevada do ar comprimido provoca auto-ignição pelo que o combustível éauto-inflamado e queima, liberando energia e acionando o pistão nadireção BDC em um ciclo de potência.

Num motor de ignição por compressão de dois ciclos de pistõesopostos, dois pistões são dispostos de forma deslizante coroa-a-coroa noespaço vazio de um cilindro apresentando canaletes de entrada e deexaustão próximos ao BDC de cada pistão, com os pistões servindo deválvulas para os canaletes. Os pistões movimentam-se coaxialmente nocilindro, na direção e em afastamento entre si, entre suas posições TDCe BDC. O ar introduzido no cilindro é comprimido pelos pistões àmedida que estes se movimentam na direção um do outro em relação aàs posições respectivas TDC durante um ciclo de compressão. O motorCl de pistões opostos tipicamente contém um injetor de combustívellíquido montado no cilindro num local próximo à posição TDC dascoroas dos pistões, usualmente no centro longitudinal do cilindro oumuito próximo dele. O combustível injetado mistura-se com o arcomprimido e a mistura ar/combustível entra em ignição, afastando ospistões entre si em um ciclo de potência na direção de suas posiçõesBDC. Um desses motores de pistões opostos é descrito no Pedido dePatente 707.

Os motores de ignição por compressão são caracterizados porum número de características indesejáveis. Uma desvantagem é que oinjetor de combustível é posicionado de tal forma que a injeção ocorreem ou próximo ao TDC dos pistões, deixando pouco tempo para que ocombustível injetado se vaporize e se misture com o ar comprimido,antes que ocorra a auto-ignição. A mistura heterogênea do ar e com-bustível não queima uniformemente. Também parte do combustívelinjetado adere à superfície interna do cilindro e permanece nos orifíciosdo injetor, onde falha em queimar. O resultado é a produção de NOx(óxidos de nitrogênio) e matéria particulada (fumaça). Além disto, alocalização do local de injeção de combustível no cilindro próxima aoTDC do pistão expõe o injetor às pressões e temperaturas mais altasque ocorrem no cilindro. As temperaturas extremas de combustãopodem provocar a ebulição do combustível preso nos orifícios do injetordurante o ciclo de potência, o que produz poluentes tais como monóxidode carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados e fuligem. Duranteum período de tempo, o calor extremo pode causar o acúmulo decarbono nos orifícios do injetor, interferindo, desta forma, com o padrãode injeção de combustível e produzindo uma queima desigual queaumenta os NOx, hidrocarbonetos e emissões de partículas durante ociclo de potência.

Num esforço para superar os problemas gerados pela heteroge-neidade da mistura ar/combustível em motores Cl, foram propostosmotores de ignição por compressão de carga homogênea (HCCI). Aspropostas são tipicamente para configurações de pistão único. A estepropósito, a operação de um HCCI é o processo em que uma misturahomogênea de ar e combustível líquido é inflamada por compressão damistura. Nos motores HCCI, o combustível é injetado no cilindro noinício do ciclo de compressão, bem antes que a temperatura do ar tenhaatingido um nível que possa iniciar a auto-ignição. A injeção no inícioauxilia o combustível a evaporar e se espalhar no ar no cilindro, com oobjetivo de formar uma mistura substancialmente ar/combustíveluniforme (a carga homogênea), que é adicionalmente comprimida atéque ocorra a auto-ignição. A quantidade de combustível injetado écontrolada de maneira a prover uma mistura ar/combustível pobre econtrolar o processo de combustão de maneira a produzir uma reduçãosignificativa das emissões de NOx e de partículas em comparação comos motores convencionais.

A combustão HCCI foi introduzida como alternativa à ignição porcentelha (SI) para motores de combustão interna de dois ciclos em1979. Quando os padrões federais EPA que requerem reduções drásti-cas da emissão de poluentes por motores de combustão interna foramintroduzidos no início dos anos 1990, a pesquisa e desenvolvimento datecnologia HCCI apresentaram um aumento dramático. "Durante osúltimos sete anos, numerosos estudos foram reportados para explorar opotencial desta tecnologia e muitas estratégias inovadoras para apreparação da mistura, controle da combustão, extensão da carga eredução de emissão, foram propostas e desenvolvidas pelas companhiasautomotoras, fabricantes de motores diesel, fornecedores de componen-tes, e instituições de pesquisa." [Homogeneous Charge CompressionIgnition (HCCI) engines, Key Research and Development Issues, SAEOrderNo. PT-94, 2003).

Embora o HCCI porporcione de fato benefícios potenciais taiscomo eficiência do combustível, emissões de NOx e partículas reduzi-das, este modo de combustão também apresenta problemas que aindústria e a P&D em geral ainda não solucionaram. Entre as desvan-tagens do motor HCCI estão as altas emissões de hidrocarboneto e COdurante sob certas condições de operação do motor, a dificuldade nocontrole do tempo de combustão e a incapacidade de operação duranteuma faixa de carga ampla, particularmente em níveis de potênciaexcedendo a 30% da potência máxima.

Durante a operação de carga baixa do motor HCCI, o combustí-vel injetado é queimado de forma incompleta, o que produz níveissignificativamente mais altos das emissões de hidrocarboneto e CO queno motor de ignição por centelha (SI). Em operação de carga alta domotor HCCI, é extremamente difícil o controle da auto-ignição devido àfalta de controle da estequiometria dos componentes ar/combustívelresponsáveis pela ignição; o que resulta em combustão precoce, produ-zindo alto ruído do motor e possível dano ao motor. Por estas e outrasrazões, foi proposto um motor HCCI multímodo. Durante o meio dafaixa da carga de operação o motor multímodo opera como um motorHCCI e, durante as condições de carga baixa e de carga alta, como ummotor Cl ou SI convencional. O desenho multímodo exige um sistemade injeção de combustível complexo ou requer dois combustíveis dife-rentes; ambas as soluções são complicadas e adicionam custos defabricação e operação.

Desta forma, um motor de carga homogênea de modo único dotipo de ignição por compressão, capaz de operar num regime de opera-ção de carga amplo ao mesmo tempo que produz baixos níveis deemissão de poluentes incluindo NOx, CO, hidrocarbonetos e partículasé um objetivo extremamente desejável.

Sumário

A injeção de uma carga principal pobre de combustível líquidono início do ciclo de compressão de um motor de pistões opostospermite virtualmente a evaporação completa do combustível no momen-to em que o ciclo está aproximadamente completo. A misturaar/combustível homogênea pobre resultante contém os componentesar/combustível em forma estequiométrica inadequada para suportar aauto-ignição quando é alcançada a faixa de temperatura de auto-ignição. A injeção de uma carga-piloto constituída de uma pequenamassa de combustível líquido numa névoa de pequenas gotículas nacarga principal homogênea comprimida próximo ao TDC dos pistõesintroduz um elemento estequiométrico que se auto-inflama e ativa aignição da carga principal. A mistura homogênea da carga principalpobre prove a redução de subprodutos indesejáveis da combustão. Ocontrole da injeção da carga-piloto possibilita a temporização precisa daignição da carga principal homogênea pobre.

Um motor de combustão interna de pistões opostos de doisciclos supera as dificuldades atuais associadas com motores HCCI pelaprovisão de injeção e evaporação completa de uma carga principal pobrede combustível líquido. A este propósito, "evaporação completa" signifi-ca que existem componentes líquidos remanescentes inadequados dacarga principal para suportar a auto-ignição. A ignição da cargaprincipal é controlada pela injeção de uma carga-piloto constituída deuma massa pequena de combustível líquido numa névoa fina de peque-nas gotículas. O motor HC de pistões opostos descrito neste Relatórioinclui um cilindro com canaletes de entrada e de exaustão distanciadasentre si operadas por pistões opostos dispostos no espaço interno docilindro e pelo menos um injetor de combustível principal posicionadode modo a injetar parte ou toda a carga de combustível principal nocilindro no momento em que os pistões estão próximos ao BDC, en-quanto um injetor de combustível piloto fica posicionado de maneira ainjetar uma carga-piloto em ou próximo ao TDC dos pistões opostos.

Por exemplo, dois injetores de combustível principal, dividindo acarga principal de combustível, podem ser montados de modo a secomunicarem com os locais de injeção de combustível principal naparede do cilindro, um próximo ao canalete de entrada (ligeiramentedeslocado na direção do TDC) e o outro próximo ao canalete de exaus-tão (ligeiramente deslocado na direção do TDC). Esta configuraçãoposiciona cada local de injeção de combustível principal numa parte docilindro que é relativamente fria durante a operação do motor e que écoberta por um pistão durante a maior parte de seu movimento, mini-mizando, desta forma, os efeitos inerentes indesejáveis produzidos pelaexposição dos injetores à alta temperatura e pressão. Pela injeção dacarga principal próximo aos canaletes de entrada e de exaustão logodepois do BDC, as pressões e temperaturas internas no cilindro sãorelativamente baixas, encorajando a expansão total do spray injetado eo combustível tem um período longo para evaporar, à medida que ospistões se movimentam em seus ciclos de compressão na direção doTDC. No momento em que os pistões estão próximos ao TDC, a cargaprincipal é completamente evaporada e misturada com u auxílio deturbilhonamento; a carga ar/combustível principal é, desta forma,substancialmente homogênea. Entretanto, a carga evaporada nãocontém componentes estequiométricos suficientes para suportar a auto-ignição no momento em que a mistura ar/combustível comprimidaatinge uma faixa de temperatura de auto-ignição. De maneira a seobter a ignição da carga principal, pelo menos um injetor de carga-piloto fica localizado de maneira a se comunicar com o local de injeçãode combustível piloto no cilindro em ou próximo à linha medianalongitudinal do cilindro ou pelo menos próximo ao TDC para os pistõesopostos. O injetor de combustível piloto injeta uma carga-piloto, umapequena massa de combustível líquido numa névoa fina de pequenasgotículas que prove um elemento estequiométrico, na carga principalhomogênea comprimida próximo ao TDC dos pistões. O elementoestequiométrico provoca a auto-ignição da carga-piloto, ativando, destaforma, a ignição da carga principal.

Com a injeção de combustível principal posicionada para aliberação de uma carga principal no início do ciclo de compressão,quando os pistões estão próximos ao BDC e a injeção de combustívelpiloto próximo ao TDC dos pistões em oposição para controlar a ignição,o motor de ignição por compressão de pistões opostos aqui descritoconstitui um motor de injeção de carga-piloto homogênea (HCPI) quesupera as desvantagens atuais dos motores HCCI pela utilização de umcombustível líquido e operação em uma faixa de carga do motor ampla,incluindo trabalho sem carga, partida a frio, e cargas médias e pesadas,enquanto reduz substancialmente as emissões poluentes de NOx,hidrocarboneto, CO e partículas.

Breve Descrição dos DesenhosOs desenhos descritos abaixo têm o propósito de ilustrar osprincípios e exemplos discutidos na descrição que se segue. Não sãonecessariamente em escala.

A Figura 1 é uma vista de uma seção lateral parcialmenteesquemática de um motor de pistões opostos, com os pistões opostosno, ou próximos ao ponto morto inferior (BDC), em que podem serimplementados os princípios de ignição de carga-piloto homogênea(HCPI).

A Figura 2 é um diagrama esquemático dos sistemas de injeçãode combustível principal e piloto para utilização no motor da Figura 1.

A Figura 3 é um diagrama de bloco de uma unidade de controledo motor utilizada no motor da Figura 1.

A Figura 4 é um diagrama esquemático de sistemas de injeçãode combustível principal e piloto alternativos para utilização no motorda Figura 1.

As Figuras 5A-5D são diagramas esquemáticos em elevação daseção lateral de um cilindro utilizado no motor da Figura 1.

E as Figuras 6A-6C são vistas parcialmente esquemáticaselevadas da seção lateral de um cilindro utilizado no motor da Figura 1,que mostram os locais de injeção de combustível e aumento elétrico daignição do piloto.

Descrição Detalhada

Um motor de combustão interna de pistões opostos de doisciclos supera as dificuldades atuais associadas com os motores HCCIpela provisão de injeção de uma carga principal de um combustívellíquido no início do ciclo de compressão, quando os pistões estãopróximos ao BDC, pela evaporação da carga principal sob condiçõespobres, à medida que o pistão se desloca na direção do TDC, e pelocontrole da ignição da carga principal pela injeção de uma carga-pilotode um combustível líquido com um elemento estequiométrico suficientepara suportar a auto-ignição próxima ao TDC de ambos os pistões.

Conforme utilizado neste relatório, o termo "carga principal"significa uma carga pobre de um combustível líquido injetada em ummotor HCPI para ser misturada com ar e comprimida entre os pistõesno cilindro. O movimento dos pistões na direção um do outro e oturbilhonamento induzido pelo manifold de injeção que provoca amistura do ar com a carga principal. O ar e a mistura pobre de com-bustível são comprimidos pelos pistões conforme se misturam, noentanto, devido à evaporação completa do combustível no momento emque é atingida uma faixa de temperatura de auto-ignição, a misturaar/ combustível comprimida não pode se auto-inflamar.

Conforme utilizado neste relatório, o termo "carga-piloto" é umacarga de um combustível líquido injetado numa mistura ar/combustívelcomprimida no cilindro com o propósito de provocar a ignição da cargaprincipal. A carga é injetada como uma névoa fina compreendendomuitas gotículas muito pequenas (por exemplo, cerca de 50,000 gotícu-las apresentando um diâmetro médio inicial de cerca de 20 mícron) quevaporizam e exibem um gradiente de concentração de combustívelincluindo uma região onde a mistura ar/combustível apresenta aproporção estequiométrica necessária para a auto-ignição. Comoresultado, a carga-piloto se auto-inflama e ativa a ignição da misturaar/combustível comprimida pobre no cilindro.

As cargas principal e piloto podem compreender os mesmos oudiferentes combustíveis líquidos. Preferivelmente, as cargas principal epiloto compreendem combustível diesel.

É função de um injetor de combustível principal suprir toda ouparte da carga principal para evaporação completa e mistura com ar emum cilindro do motor. É função de um injetor de combustível pilotosuprir uma carga-piloto do combustível líquido à carga principal com-primida de maneira a ativar a ignição da carga principal.

No motor de pistões opostos descrito neste Relatório, pelo menosum injetor de combustível principal injeta substancialmente toda acarga principal através de pelo menos um local de injeção principal naparede do cilindro, quando os pistões estão próximos ao BDC, e ambosos canaletes de exaustão e entrada do cilindro estão fechados. Porexemplo, o pelo menos um local de injeção principal pode estar próximoao BDC de um dos pistões opostos. Alternativamente, o pelo menos umlocal de injeção principal pode estar próximo ao TDC dos pistões, comadaptação para injeção de combustível líquido nas direções dos canale-tes de entrada e de exaustão.

Numa implementação típica, dois injetores de combustívelprincipal dividem a carga principal de combustível para cada cilindro deum motor de ignição por compressão de pistões opostos, injetandopartes da carga principal através dos locais de injeção na parede docilindro, um próximo ao canalete de entrada (ligeiramente na direção doTDC) e o outro próximo ao canalete de exaustão (ligeiramente nadireção do TDC). Isto posiciona a injeção de combustível principal naspartes mais frias do cilindro de tal forma que os bocais do injetorprincipal podem ser cobertos pelos pistões por períodos de tempo longosdurante a operação do motor, mitigando, desta forma, os efeitos indese-jáveis da exposição a temperatura alta inerentes aos motores HCCIconvencionais.

Um injetor de combustível principal compreende um bocal comorifícios de esguicho de combustível dimensionado para a liberação detoda ou parte da carga principal a ser liberada à potência máxima do motor. Um bocal de injetor de combustível principal pode ser orientadoperpendicularmente ao local de injeção principal de tal forma a projetarum padrão de combustível ao longo do centro diametral do cilindro.Como exemplo, em um motor HCPI de pistões opostos apresentando umdeslocamento de um litro e operando a 100 cavalos de força, um injetorde combustível principal contém um bocal capaz de liberar toda ouparte de uma carga principal máxima de aproximadamente 90 mm3 aser misturada com aproximadamente dois litros de ar. O bocal posicio-nado próximo ao canalete de entrada ou de exaustão pode ser construí-do de tal forma a projetar o padrão de combustível na direção do TDCde maneira a evitar que a carga de combustível principal entre emcontato com a parte interior do cilindro e coroas dos pistões e se con-dense. Pela injeção da carga principal próximo aos canaletes de entra-da e de exaustão quando os pistões estão próximos ao BDC, a pressãointerna no cilindro é relativamente baixa e as gotículas de combustívellíquido têm um tempo relativamente longo para evaporar na temperatu-ra crescente conforme os pistões se deslocam na direção do TDC. Alémdisto, quando os bocais de injetor principal estão fechados, os pistõesopostos que se deslocam na direção do TDC cobrem os bocais de talforma que qualquer combustível preso nos orifícios e extremidades depoços não pode escapar para a câmera do cilindro, impedindo, destaforma, a formação de CO ou hidrocarbonetos durante o ciclo de potên-cia. No momento em que os pistões estão próximos ao TDC, a cargaprincipal está completamente evaporada e comprimida. No entanto,faltam elementos estequiométricos suficientes para iniciar a auto-ignição, mesmo na temperatura elevada resultante da compressão dacarga principal.

Como outro exemplo, o bocal de um injetor de combustívelprincipal é posicionado entre os canaletes de entrada e de exaustãopróximo ao centro longitudinal do cilindro e pode ser construído de talforma a projetar o padrão de combustível bidirecionalmente, numadireção do canalete de exaustão e em uma direção oposta contra ocanalete de entrada de modo a evitar que a carga de combustívelprincipal entre em contato e se condense no espaço interno do cilindro enas coroas dos pistões. O injetor de combustível principal é operado deforma a injetar desta maneira, quando os pistões estão próximos aoBDC e ambos os canaletes estão fechados no início do ciclo de compres-são. Pela injeção da carga principal na direção dos canaletes de entra-da e de exaustão no início do ciclo de compressão, a pressão interna docilindro é relativamente baixa e as gotículas do combustível líquido temum período de tempo mais longo para evaporar na temperatura cres-cente conforme os pistões se deslocam na direção do TDC. No momentoem que os pistões estão próximos ao TDC, a carga principal está com-pletamente evaporada e a mistura ar/combustível está altamentecomprimida. No entanto, a mistura ar/combustível carece de quaisquerelementos estequiométricos para iniciar a auto-ignição, mesmo àtemperatura elevada resultante da compressão da carga principal.

No motor de pistões opostos HCPI, pelo menos um injetor pilotoé provido para a injeção de uma carga-piloto através de um local nocilindro próximo ao TDC. Preferivelmente, embora sem limitação, acarga-piloto pode compreender uma massa de 0,2% ou menos da massatotal da carga principal máxima. O bocal de um injetor piloto podeconter um ou mais orifícios com diâmetros muito pequenos adequadospara a liberação de uma névoa fina de combustível líquido com umagrande quantidade de gotículas muito pequenas de combustível líquido.No exemplo dado acima, o bocal do injetor piloto pode conter orifícioscom diâmetros de cerca de 10-20 mícron, que são adequados para aliberação de uma névoa fina de cerca de 10.000 a 100.000 gotas muitopequenas de combustível totalizando em torno de 0,2 mm3 ou menos.O tamanho pequeno e a grande quantidade de gotículas possibilitam àcarga-piloto prover uma região ou elemento de mistura estequiométricana mistura quente e altamente pressurizada de ar/combustível e, destaforma, ativa a ignição da carga principal. Com um controle apropriadoda injeção piloto por um sistema de injeção de combustível piloto, aignição da carga principal pode ser acionada no momento ideal deacordo com as condições de operação do motor. O injetor de combustí-vel piloto é, desta forma, o elemento de ativação de combustão domotor.

Conforme assim descrito, um motor HCPI de pistões opostospode prover um modo de operação contínuo único. O injetor de com-bustível piloto irá assegurar uma ignição consistente em condições departida a frio.

O injetor de combustível piloto pode ser o único elementoativador de combustão do motor ou pode ser suplementado por umelemento de ignição ativado eletricamente tal como vela ou outro meiode energia suficiente (um laser, por exemplo) para intensificar a com-bustão.

O motor HCPI de pistões opostos descrito aqui supera a maioriados elementos desvantajosos atuais de qualquer motor HCCI, operandopor uma faixa ampla de carga, incluindo trabalho sem carga, partidas afrio, e cargas médias e pesadas, enquanto reduz substancialmentepoluentes de exaustão incluindo NOx, hidrocarbonetos, CO e partículas.

Um motor de combustão interna HCPI de pistões opostos podeser concretizado no contexto do motor de ignição por compressão depistões opostos de dois ciclos descrito no Pedido de Patente US10/865.707, depositado em 10 de junho de 2004 por James U. Lemkeet dl. e transferido para o titular deste pedido; o Pedido de Patente US10/865.707 é aqui incorporado como referência. Este contexto tem porobjetivo ser apenas ilustrativo e não se destina a restringir os princípiosapresentados aqui apenas ao motor específico do Pedido de Patente US10/865.707.

Agora, com referência à Figura 1, é ilustrado um motor decombustão interna (8). O motor (8) é um motor a diesel de pistõesopostos contendo um ou mais cilindros; a figura mostra um cilindrodesses (10). Um par de pistões (12) e (14) é disposto de forma deslizanteno espaço central (15) do cilindro (10). Os pistões (12) e (14) se deslo-cam coaxialmente no cilindro (10) em movimentos opostos, na direção eem afastamento entre si. A Figura 1 ilustra os pistões (12) e (14)próximos ou ponto morto inferior, onde estão no final de seus ciclos deexaustão/potência. O pistão (12) tem uma coroa (12a) voltada para acoroa (14a) do pistão (14). Cada um dos pistões (12, 14) é acoplado adois eixos montados lado a lado (30, 32) por hastes que se estendem apartir do pistão ao longo das laterais do cilindro (10), em ângulosagudos em relação às laterais do cilindro (10), a cada um dos eixos (30,32). A estrutura destes acoplamentos é descrita em detalhes no Pedidode Patente US 10/865.707 aqui incorporado. Os canaletes em manifold(42) e (44) fixados nas respectivas extremidades do cilindro (10) provêemos canaletes de exaustão e de entrada (45) e (46). O canalete de entrada

(46) e o canalete de exaustão (45) podem ser movimentados de maneiraa induzir um turbilhonamento do ar pressurizado que entra no espaçointerno (15) do cilindro através do canalete de entrada (46). Os pistões

(12) e (14) controlam os canaletes (45) e (46), à medida que se deslocamentrem suas posições de BDC e TDC. Os produtos da combustão sãoesgotados de cada cilindro (10) através de um manifold de exaustão

(47) ; o ar é suprido a cada cilindro (10) através de um manifold deentrada (48).

O motor (8) inclui pelo menos um injetor de combustível princi-

pa (55) provido para cada cilindro (10). No exemplo da Figura 1, doisinjetores de combustível principal (55) são providos para cada cilindro(10). Cada injetor de combustível principal (55) inclui um bocal posi-cionado para prover toda ou parte da carga principal de um combustívellíquido através de um local de injeção principal (57) que se abre atravésda parede lateral do cilindro. Cada local de injeção principal (57) élocalizado próximo ao canalete, embarcado no manifold canalete,ligeiramente na direção do TDC do pistão que controla o canalete.

O motor (8) inclui pelo menos um injetor de combustível piloto (59) provido para cada cilindro (10). No exemplo da Figura 1, é providoum injetor de combustível piloto único para cada cilindro (10). Cadainjetor de combustível piloto (59) inclui um bocal posicionado paraprover toda ou parte de uma carga-piloto de um combustível líquidoatravés de um local de injeção piloto (61) que se abre através da parede lateral do cilindro (10). Cada local de injeção piloto (61) é localizadoentre as posições TDC das coroas dos pistões (12a) e (14a), no oupróximo ao ponto mediano do cilindro (10).

Num aspecto de um motor de pistões opostos HCPI, cada umadas cargas principal e piloto é constituída de um combustível líquido. Omesmo combustível líquido pode ser suprido para as cargas principal epiloto. Por exemplo, o combustível líquido pode compreender combustí-vel diesel. Alternativamente, os combustíveis líquidos podem sercombustíveis diferentes.

Com referência às Figuras 1 e 2, é ilustrado um sistema deinjeção de combustível típico que utiliza uma configuração em grade eativação eletrônica onde um tanque de combustível (80) supre o com-bustível líquido para os injetores de combustível principal (55) e injeto-res de combustível piloto (59). Nestas Figuras, um sistema de injeçãode combustível principal opera os injetores de combustível principal emresposta às condições variáveis de operação do motor, de maneira asincronizar a injeção da carga de combustível principal com as condi-ções operacionais variáveis do motor. Um sistema de injeção pilotoopera o injetor de combustível piloto em resposta às condições deoperação do motor, de maneira a sincronizar a injeção de carga decombustível piloto com as condições operacionais variáveis do motor. Omotor (8) presume-se que contenha três cilindros. Os pistões sãoomitidos destas Figuras como auxílio na explicação do desenho dosistema de injeção de combustível.

Na Figura 2, a saída de um tanque de combustível (80) é conec-tada por meio de uma pré-bomba (86), um filtro (88), uma bomba deinjeção de combustível em linha (90), e uma junção (87), ao sistema deinjeção de combustível principal e piloto (81) e (91). O sistema deinjeção de combustível principal (81) inclui uma grade comum (82) porfora da junção (87) e que conecta cada um dos injetores de combustívelprincipal (55) de modo a receber o combustível líquido proveniente dotanque de combustível (80) e uma linha de retorno (84) que retornacada injetor de combustível principal (55) para o tanque de combustível(80). O sistema de injeção de combustível piloto (91) inclui uma gradecomum (92) por fora da junção (87) e que conecta cada injetor decombustível piloto (59) para receber o combustível líquido provenientedo tanque de combustível (80) e uma linha de retorno (94) que retornacada injetor de combustível piloto (59) para o tanque de combustível(80). O combustível líquido é, preferivelmente, combustível diesel.

O injetor de combustível principal (55) utilizado no motor (8)pode ser constituído de um injetor de combustível controlado eletrica-mente e acionado mecanicamente incluindo um bocal com um conjuntoordenado de orifícios disposto de maneira a borrifar toda ou parte deuma carga principal através de um local de injeção principal (57) noespaço interno do cilindro (10). Por exemplo, quando são providos doisinjetores de combustível principal (55) para um cilindro (10), cada umdeve ser operado de maneira a borrifar metade da carga principal noespaço interno do cilindro. O sistema de injeção de combustível princi-pai (81) da Figura 2, cada injetor de combustível principal (55), incluin-do o mecanismo da válvula de liberação e o bocal, pode ser montadoconvencionalmente no cilindro no local de injeção principal com o bocalno local de injeção. Alternativamente, o injetor de combustível principalpode conter um mecanismo de válvula de liberação montado separada-mente do bocal, com uma linha de alta pressão conectando o mecanis-mo ao bocal. No motor de pistões opostos (8), os orifícios de cada bocalde injetor de combustível são dispostos em uma linha que resulta nofato do combustível ser injetado numa nuvem ou névoa de gotículasdirecionadas substancialmente ao longo da linha central longitudinal docilindro, na direção do TDC, afastadas do canalete próximo ao qual estálocalizado o injetor de combustível.

O injetor de combustível piloto (59) utilizado no motor (8) podeser constituído de um injetor de combustível controlado eletricamente eacionado mecanicamente do tipo acumulador de pressão intensificadaincluindo um bocal com um conjunto ordenado de orifícios dispostopara borrifar toda ou parte de uma carga principal através de um localde injeção piloto (61) no espaço interno do cilindro. Preferivelmente, uminjetor de combustível piloto é montado convencionalmente no cilindroem um local de injeção piloto, embora o mecanismo da válvula deliberação e o bocal possam ser montados separadamente e conectadoscom uma linha de alta pressão. No motor de pistões opostos, os orifí-cios do bocal de cada injetor de combustível piloto são dispostos emuma linha que resulta no fato do combustível ser injetado como umanuvem ou névoa de gotícuias muito pequenas direcionadas substanci-almente perpendicularmente à linha central longitudinal do cilindro.

O motor (8) inclui uma unidade de controle eletrônico (ECU)(121) mostrada na Figura 3. A ECU (121) preferivelmente é utilizada nomotor (8) para monitorar os parâmetros do motor e para gerenciar econtrolar os aspectos da operação do motor. Se, como na Figura 2, ossistemas de injeção de combustível principal e piloto são controladoseletronicamente, a ECU (121) pode controlar também as operaçõesdestes sistemas. A ECU (121) pode realizar estas tarefas monitorandoos parâmetros da operação do motor, pelo controle das operações dabomba de injeção de combustível em linha (90) para prover o combustí-vel líquido pressurizado às grades comuns (82) e (92) e pelo controle dasoperações dos injetores de combustível principal e piloto (55) e (59) nainjeção de combustível líquido no motor. Os parâmetros monitoradosincluem, sem limitação, a pressão de combustível nas grades comuns(82) e (92), a velocidade do motor, os ângulos dos eixos, a temperaturado ar nos canaletes de entrada, a temperatura de exaustão nos canale-tes de exaustão, a pressão nos manifolds de exaustão e de entrada (47)e (48) e o nível do torque do motor. A ECU (121) produz sinais decontrole para a bomba de injeção de combustível em linha (90) de modoa manter ou alterar a pressão nas grades comuns (82) e (92) e os sinaisde controle para controlar e sincronizar as operações dos injetores decombustível principal e piloto (55) e (59). Outros parâmetros do motor(não mostrados) são providos à ECU (121) para controlar outras funçõesdo motor (não mostrado).

A ECU (121) inclui memória, funcionalidade de processamento eprogramação para receber e converter os valores dos parâmetros domotor, realizar cálculos matemáticos e operações lógicas nos valoresconvertidos, e produzir os sinais de controle da bomba e do injetor comosaídas sincronizadas com a operação do motor. Para cada injetor decombustível principal e piloto, a ECU (212) calcula a quantidade decombustível a ser injetada pelo injetor, a pressão requerida na gradecomum, e o tempo de operação do injetor. O injetor inicia a injeção decombustível em resposta a um ângulo do eixo correspondendo à sincro-nização.

Os sistemas de injeção de combustível principal e piloto sãooperados pela ECU (ou outra disposição) para manter o controle daliberação de combustível em relação às condições variáveis do motor. Aeste propósito, conforme a carga de operação do motor varia, a massado combustível líquido que constitui a carga principal liberada para omotor através do sistema de injeção de combustível principal pode serajustada para se acomodar às exigências em alteração do motor. Porexemplo, a massa da carga principal irá em geral variar entre umaquantidade necessária para manter uma velocidade de trabalho semcarga e uma quantidade necessária para uma velocidade máxima.Entretanto, uma boa prática requer que a massa de combustível líquidoque constitui a carga-piloto seja mantida numa quantidade constante,menor do que a quantidade de massa da carga principal requerida paramanter o motor na sua velocidade de trabalho sem carga.O motor (8) descrito neste Relatório pode também utilizarinjetores de combustível principal e piloto controlados e acionadosmecanicamente; ver a Figura 1, quanto a este propósito. Na Figura 4,um sistema de injeção de combustível principal opera os injetores decombustível principal em resposta às condições em variação de opera-ção do motor, para sincronizar, desta forma, a injeção da carga decombustível principal com as condições operacionais em variação domotor. Um sistema de injeção mostrado na Figura 4 opera o injetor decombustível piloto em resposta às condições de operação em variaçãodo motor, para sincronizar, desta forma, a injeção da carga de combus-tível piloto com as condições operacionais em variação do motor.Presume-se que o motor (8) contenha três cilindros. Os pistões sãoomitidos destas Figuras como auxílio à explicação do desenho e daoperação do sistema de injeção de combustível.

Nas Figuras 1 e 4, é ilustrado um sistema de injeção de combus-tível típico que utiliza uma configuração de bomba de injeção de com-bustível em linha e ativação mecânica, onde um tanque de combustível(80) supre um combustível líquido para os injetores de combustívelprincipal e piloto por meio de uma pré-bomba (106) e um filtro (108)que alimentam uma linha de combustível (129). A linha de combustível(129) prove combustível para os sistemas de injeção de combustívelprincipal e piloto (101) e (102). Na Figura 4, o sistema de injeção decombustível principal (101) inclui uma bomba de injeção de combustívelem linha (130) para receber combustível líquido proveniente da linha(129), e uma linha de retorno (131) conectando a bomba (130) aotanque de combustível (80). A bomba (130) inclui três mecanismos deválvula de liberação (130a), (130b) e (130c). Cada mecanismo deválvula de liberação libera uma carga de combustível principal que éprovida através de uma linha respectiva (135a, 135b, 135c) para umpar de bocais de injeção de combustível principal (55n) nos locais deinjeção de combustível (57). Na Figura 4, o sistema de injeção decombustível (102) inclui uma bomba de injeção de combustível em linha(132), para receber combustível líquido proveniente da linha (129), euma linha de retorno (133) conectando a bomba (132) ao tanque decombustível (80). A bomba (132) inclui três mecanismos de válvula deliberação (132a), (132b) e (132c). Cada mecanismo de válvula deliberação libera uma carga de combustível piloto que é provida atravésde uma linha respectiva (137a, 137b, 137c) para bocais de injeção decombustível piloto (59n) em um local de injeção de combustível (61).

Cada bocal do injetor de combustível principal (55n) contém umconjunto ordenado de orifícios dispostos para borrifar toda ou parte dacarga principal através de um local de injeção principal (57) no espaçointerno do cilindro (10). No motor de pistões opostos (8), os orifícios decada bocal do injetor de combustível principal ficam dispostos numalinha que resulta no combustível sendo injetado como uma nuvem ounévoa de gotículas direcionadas substancialmente ao longo da linhacentral longitudinal do cilindro, na direção do TDC, afastado do canale-te próximo ao qual fica localizado o injetor de combustível principal.

Cada bocal do injetor de combustível piloto (59n) utilizado nomotor (8) pode ser acionado por um mecanismo de válvula de liberaçãodo injetor de combustível do tipo acumulador de pressão intensificadaque pode incluir um conjunto ordenado de orifícios disposto paraborrifar toda ou parte de uma carga-piloto através de um local deinjeção piloto (61) no espaço interno do cilindro. Preferivelmente umbocal do injetor de combustível piloto único é montado convencional-mente ao cilindro em cada local de injeção piloto. No motor de pistõesopostos (8) os orifícios do bocal de cada injetor de combustível piloto sãodispostos em uma linha que resulta no fato do combustível ser injetadoem uma nuvem ou névoa de gotículas muito pequenas direcionadas substancial e perpendicularmente à linha central longitudinal do cilindro.

Nos sistemas de injeção de combustível em linha da Figura 4, as bombas (130) e (132) são acionadas convencionalmente por disposições em carne ligadas por meios conhecidos (não ilustrados) a pelo menos um dos eixos (30, 32) mostrados na Figura 1. Pode ser provido um regulador (134) (mostrado na Figura 3) para uma ou ambas as bombas (130) e (132) de forma a manter o controle da liberação de combustível face às variações das condições do motor como descrito acima em conexão com os sistemas de injeção de combustível da Figura 2.

Podem ser utilizados outros mecanismos e sistemas de injeção de combustível diferentes dos mostrados nas Figuras precedentes. Por exemplo, podem ser utilizados um injetor unitário ou bomba unitária integrados montados individualmente em ou próximo a cada cilindro para cada local de injeção.

A operação da ignição piloto de carga homogênea do motor (8) é ilustrada nas Figuras 5A-5D. Nestas Figuras, a operação do HCPI baseia-se na configuração de injeção de combustível da Figura 2, com dois injetores principais (55) para o cilindro (10), cada um montado no motor (8) para prover substancialmente metade de uma carga principal através de um local de injeção (57). Além disto, é mostrado apenas um injetor piloto único (59). Isto não tem o propósito de limitar o escopo destes ensinamentos a um injetor principal único (55), mais de injetores principais (55) podem ser também utilizados, na posição de qualquer um dos dois injetores principais mostrados nestas figuras. Além disto, mais de um injetor piloto único (59) pode ser utilizado.

As Figuras 5A-5D são representações esquemáticas do cilindro (10) e pistões (12) e (14) da Figura 1 que ilustram uma seqüência deetapas representando a operação de um motor HCPI de pistões opostos, particularmente um ciclo de entrada/compressão do motor (8). Esta seqüência tem meramente o propósito de explicação; não pretende excluir outras seqüências possíveis. Com referência à Figura 5A, o cilindro (10) apresenta uma linha central longitudinal (139) coincidente com o eixo do cilindro e um ponto mediano longitudinal (14) na linha central. O termo "ponto morto inferior" refere-se ao local de um pistão quando o canalete que controla está completamente ou maximamente aberto. Com referência às Figuras 5A e 5D, o termo "ponto morto superior" é utilizado para se fazer referência ao ponto em que o espaço entre as coroas (12a) e (14a) dos pistões (12) e (14) é mínimo e a carga principal é substancialmente homogênea e mais altamente comprimida no espaço interno do cilindro.

Como as ilustrações e descrição a seguir irão estabelecer, a relação entre o comprimento do pistão, o comprimento do cilindro e o comprimento adicionado ao espaço interno do cilindro pelos manifolds do cilindro, acoplados com uma diferença de fase entre os pistões conforme estes atravessam suas posições de ponto morto inferior, modulam as operações dos canaletes e os sincronizam corretamente com os eventos dos pistões. A este propósito, os canaletes de exaustão e de entrada (45) e (46) são deslocados axialmente do centro longitudinal do cilindro (10), próximo a suas extremidades. Os pistões (12) e (14) podem ser de comprimento igual. Cada pistão (12) e (14) mantém o canalete associado (45) ou (46) do cilindro (10) fechado até sua aproximação de sua posição de ponto morto inferior. O estabelecimento de fase entre as posições de ponto morto inferior produz uma seqüência em que o canalete de exaustão (45) é coberto pelo pistão (12) e, desta forma, se abre quando o pistão (12) se desloca próximo à sua posição de ponto morto inferior, então, o canalete de entrada (46) é descoberto pelopistão (14) e, desta forma, se abre, quando o pistão (14) se desloca próximo à sua posição de ponto morto inferior, após o que o canalete de exaustão (45) é coberto pelo pistão (12), e, desta forma, se fecha, depois de o pistão (12) se ter afastado de sua posição de ponto morto inferior, e, então, o canalete de entrada (46) é coberto pelo pistão (14), e, desta maneira, se fecha, depois do pistão (14) ter se afastado de sua posição de ponto morto inferior.

Neste exemplo, com os pistões (12) e (14) próximos às suas posições de BDC, as coroas (12a) e (14a) estão posicionadas para fora dos canaletes de exaustão e de entrada (45) e (46). O pistão (12) se deslocou através do BDC e começou a avançar na direção do TDC. O pistão (14) ainda está em movimento na direção do TDC. Ambos os canaletes (45) e (46) estão descobertos e abertos e os produtos de combustão são forçados para fora do cilindro através do canalete de exaustão (45) para o interior do manifold (47) pelo ar de arraste sob pressão que flui para o interior do cilindro através do manifold de entrada (48). Se os canaletes (45) e (46) são deslocados, o ar de arraste turbilhona (145) no cilindro (10). Nem os injetores de combustível principal (55) nem o injetor de combustível piloto (59) são ativados.

Na Figura 5B, o pistão (12) avançou o suficiente na direção do TDC para cobrir e fechar o canalete de exaustão (45). O pistão (14) se deslocou através do BDC e começou a avançar na direção do TDC. O canalete de entrada (46) ainda está aberto e o ar de forma a suportar a combustão flui no interior do cilindro. Novamente, se os canaletes são movimentados, o ar turbilhona (145) no cilindro (10). Nem os injetores de combustível principal (55) nem o injetor de combustível piloto (59) são ativados.

Na Figura 5C, o pistão (14) avançou o suficiente na direção do TDC para cobrir e fechar o canalete de entrada (46) resultando em umvolume de ar de combustão capturado. O pistão (12) continua a avançar na direção do TDC. O canalete de exaustão (45) permanece fechado. Ambos os injetores de combustível principal (55) são ativados pela ECU (121), cada um injetando cerca de metade da carga principal (200) no volume capturado. A quantidade da carga principal produz uma mistura ar/ combustível pobre na qual X, a proporção entre a quantidade de ar para a quantidade estequiométrica de ar requerida para suportar a combustão, é igual ou maior do que 2. Os orifícios nos bocais dos injetores de combustível principal são dispostos de tal forma a projetar as partes respectivas da carga principal como padrões de gotículas de combustível ao longo da linha central longitudinal (139) e na direção do ponto mediano longitudinal (140), afastados das coroas (12a) e (14a) e o espaço interno do cilindro (10). Isto reduz a quantidade de combustível que se condensa e molha estas superfícies e reduz a produção de hidrocarbonetos não queimados pelo motor (8). Quando a carga principal é injetada, os pistões (12) e (14) ainda estão próximos ao BDC. A carga principal injetada desta forma tem um período de tempo relativamente mais longo, enquanto os pistões se aproximam do TDC para se misturar com ar aquecido pela compressão. Como resultado, virtualmente todo o combustível injetado ter-se-á evaporado no momento em que os pistões (12) e (14) estiverem próximos ao TDC. Entretanto, tendo em vista que o combustível é virtualmente evaporado de modo completo, a mistura ar/combustível resultante não apresenta qualquer região de mistura com razão estequiométrica e a auto-ignição não pode ocorrer.

Com referência à Figura 5D, um pouco antes dos pistões (12) e (14) atingirem o TDC, o injetor de combustível piloto (59) é ativado pela ECU (121) em resposta a um ângulo detectado do eixo e a carga-piloto (210) constituída de uma névoa muito fina de combustível líquidocompreendendo gotículas muito pequenas (por exemplo, gotículas que apresentam um diâmetro médio inicial de cerca de 10 mícron) é injetada na mistura ar/combustível altamente comprimida e, por esta razão, muito quente. A carga-piloto (210) se vaporiza rapidamente e exibe um gradiente de concentração de combustível incluindo uma região em que a mistura ar/combustível apresenta a razão estequiométrica necessária para a auto-ignição. Como resultado, a carga-piloto (210) se auto-inflama e ativa a ignição da mistura ar/combustível pobre comprimida no cilindro, entre as coroas dos pistões.

Uma vez que a carga principal (200) é pobre e é quase toda, se não completamente, evaporada no ponto de ignição, irá resultar em uma combustão total do combustível, reduzindo substancialmente os poluentes liberados incluindo NOx, hidrocarbonetos, CO e partículas.

Tendo em vista que a carga principal (200) é injetada no início durante o ciclo de compressão, mesmo sob condições de alta carga, o combustível tem um tempo adequado para se evaporar completamente e se misturar com o ar. Durante períodos de carga baixa de operação, tal como em trabalho sem carga, o injetor de combustível piloto (59) pode prover combustível suficiente para manter a operação ser ativar os injetores de combustível principal (55).

Outras vantagens obtidas pela operação HCPI do motor (8) podem ser entendidas com referência às Figuras 5A-5D. Essas vantagens incluem a proteção dos injetores de combustível principal (55) contra altas pressões e altas temperaturas resultantes da compressão e combustão que ocorrem no cilindro quando a mistura ar/combustível entra em combustão. Como melhor observado nas Figuras 5C e 5D, os locais de injeção (57) são cobertos pelos cilindros (12) e (14), à medida que os cilindros se deslocam para e do TDC, protegendo, desta forma, os bocais destes injetores contra a alta pressão e alta temperatura damistura ar/combustível comprimida e contra o calor e turbulência dacombustão.

Os exemplos anteriores baseiam-se todos na provisão de doisinjetores de combustível principal e na utilização do injetor piloto comoúnico elemento de ignição. As Figuras 6A-6C mostram disposiçõesalternativas. Na Figura 6A, é provido apenas um local de injeção decombustível principal único (57) servido por um único injetor principal(55). O local de injeção de combustível principal (57) está no cilindro(10) próximo a um dos canaletes (45) ou (46) deslocado ligeiramente nadireção do TDC do pistão controlando o canalete; na Figura 6A, o localde injeção de combustível principal (57) está próximo ao canalete deexaustão. O bocal do injetor de combustível nesta configuração contémorifícios dispostos para injetar toda a carga principal na direção docanalete oposto. Na Figura 6B, pelo menos um local de injeção decombustível principal (57) está localizado no cilindro (10) no ou próximoa um diâmetro que passa através do ponto mediano (140). O bocal doinjetor de combustível nesta configuração contém orifícios dispostospara injetar toda a carga principal na direção dos canaletes (45) e (46),afastado do ponto mediano (140). Nas configurações das Figuras 6A e6B, os sistemas de injeção de combustível principal (não mostrados) sãooperados para injetar a carga principal no início do ciclo de compressãoignição, enquanto os pistões (não mostrados) estão próximos às suasposições BDC, mas os canaletes (45) e (46) estão fechados. Na Figura6C, um elemento de ignição ativado eletricamente (160), tal como umavela, é provido para aumentar a função de ignição do injetor piloto (59).O elemento (160) é posicionado próximo ao ponto mediano (140) e podeser deslocado lateralmente ou em arco em relação ao local de injeçãopiloto (61); como referência, são mostrados no cilindro (10) um ou maislocais possíveis (57) para os injetores de combustível principal (55).Deve ser observado que, os princípios inventivos apresentadosaqui não estão limitados às modalidades, que têm o propósito de seremapenas ilustrativas. Como exemplo, injetores de combustível principal(55) adicionais poderiam ser instalados ao longo da parede do cilindrona direção do TDC, de maneira a prover injeção em estágios múltiplosda carga principal. Além disto, os princípios descritos aqui podem seraplicados a motores de pistão duplo ou único de quatro ciclos. Poroutro lado, estes princípios estão limitados apenas pelas reivindicaçõesa seguir.

Claims (37)

"Métodos de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, Motores de Ignição por Compressãoe de Combustão Internae Respectivos Sistemas de Injeção de Combustível"

1. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, incluindo um cilindro, um par de pistões opostos noespaço interno do cilindro e canaletes de entrada e de exaustão afasta-dos entre si controlados pelos pistões, caracterizado pelo fato decompreender:- a introdução de ar no cilindro entre os pistões;- o deslocamento dos pistões na direção um do outro;- a injeção de uma carga principal pobre de combustível líquidono cilindro entre os pistões através de pelo menos um local de injeçãoprincipal no cilindro entre os canaletes de entrada e de exaustão;- em resposta ao deslocamento dos pistões, a evaporação com-pleta da carga principal antes da temperatura de auto-ignição seratingida; e então- a injeção de uma carga-piloto de combustível líquido através depelo menos um local de injeção piloto.

2. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a massa da carga-piloto ser menor do que a massa da cargaprincipal exigida para manter o motor trabalhando sem carga.

3. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 2, caracterizado pelofato de que inclui adicionalmente a modulação da massa da cargaprincipal em resposta a pelo menos uma condição de operação domotor.

4. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a injeção de uma carga principal inclui a injeção de umaprimeira parte da carga principal através de um local de injeção princi-pai no cilindro próximo ao canalete de entrada e a injeção de umasegunda parte da carga principal através de um local de injeção princi-pal no cilindro próximo ao canalete de exaustão.

5. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizado pelofato de que os pistões cobrem os locais de injeção principais, quando sedeslocam na direção um do outro.

6. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a injeção de uma carga principal inclui a injeção de umaprimeira parte da carga principal através de um local de injeção princi-pal no cilindro próximo ao canalete de entrada numa direção emafastamento do canalete de entrada ao longo de uma linha centrallongitudinal do cilindro e a injeção de uma segunda parte da cargaprincipal através de um local de injeção principal no cilindro próximo aocanalete de exaustão numa direção em afastamento do canalete deexaustão e ao longo da linha central longitudinal.

7. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado pelofato de que os pistões cobrem os locais de injeção principais, quando sedeslocam na direção um do outro.

8. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelofato de que uma carga principal inclui a injeção de pelo menos umaparte da carga principal através de pelo menos um local de injeçãoprincipal no cilindro próximo ao ponto morto superior dos pistões.

9. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelofato de que inclui adicionalmente o turbilhonamento do ar introduzidono cilindro.

10. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelofato de que inclui adicionalmente um aumento da ignição da cargaprincipal por meio elétrico.

11. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a carga principal inclui combustível diesel.

12. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que a carga-piloto inclui combustível diesel.

13. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, incluindo um cilindro com pistões opostos dispostosno cilindro e distanciados dos canaletes de entrada e de exaustão,caracterizado pelo fato de que compreende:- a introdução de ar no cilindro entre os pistões;- o deslocamento dos pistões na direção um do outro;- a injeção de uma carga principal pobre de combustível líquidono cilindro entre os pistões através de pelo menos um local de injeçãoprincipal no cilindro entre os canaletes de entrada e de exaustão;- em resposta ao deslocamento dos pistões, a evaporação com-pleta da carga principal antes da temperatura de auto-ignição seratingida; e, então,- a injeção de uma carga-piloto de combustível líquido através depelo menos um local de injeção piloto próximo ao ponto medianolongitudinal do cilindro.

14. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que a massa da carga-piloto é menor do que a massa dacarga principal exigida para manter o motor trabalhando sem carga.

15. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que a injeção de uma carga principal inclui a injeção deuma primeira parte da carga principal através de um local de injeçãoprincipal no cilindro próximo ao canalete de entrada e a injeção de umasegunda parte da carga principal através de um local de injeção princi-pal no cilindro próximo ao canalete de exaustão.

16. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que os pistões cobrem os locais de injeção principais,quando se deslocam na direção um do outro, de forma a comprimir amistura ar/combustível.

17. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que a injeção de uma carga principal inclui a injeção deuma primeira parte da carga principal através de um local de injeçãoprincipal no cilindro próximo ao canalete de entrada numa direção emafastamento do canalete de entrada ao longo de uma linha centrallongitudinal do cilindro e a injeção de uma segunda parte da cargaprincipal através de um local de injeção principal no cilindro próximo aocanalete de exaustão numa direção em afastamento do canalete deexaustão e ao longo da linha central longitudinal.

18. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que os pistões cobrem os locais de injeção principais,quando se deslocam na direção um do outro, de forma a comprimir amistura ar/combustível.

19. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que a injeção de uma carga principal inclui a injeção depelo menos uma parte da carga principal através de pelo menos umlocal de injeção principal no cilindro próximo ponto mediano do cilindrona direção dos canaletes de entrada e de exaustão.

20. - Método de Operação de Motor de Ignição por Compressão dePistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que a carga principal e a carga-piloto incluem combustíveldiesel.

21. - Motor de Ignição por Compressão, caracterizado pelo fato deque compreende:- um cilindro;- um par de pistões opostos dispostos de forma deslizante nocilindro; canaletes de entrada e de exaustão próximos às respectivasextremidades do cilindro;- pelo menos um injetor de combustível principal que se comu-nica com o espaço interno do cilindro através de um local de injeção nocilindro entre os canaletes de entrada e de exaustão;- pelo menos um injetor de combustível piloto que se comunicacom o espaço interno do cilindro através de um local de injeção nocilindro próximo ao ponto mediano longitudinal do cilindro; e- um sistema de injeção de combustível acoplado a pelo menosum injetor de combustível principal e a pelo menos um injetor decombustível piloto e adaptado para operar o pelo menos um injetor decombustível principal, quando os pistões estão próximos às posições deponto morto inferior, e o pelo menos um injetor de combustível piloto,quando os pistões estão próximos às posições de ponto morto superior.

22. - Motor de Ignição por Compressão, de acordo com a Reivindica-ção 21, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um injetor decombustível principal inclui um primeiro injetor de combustível princi-pal para injetar uma primeira parte da carga principal através de umlocal de injeção principal no cilindro próximo ao canalete de entrada eum segundo injetor de combustível principal para injetar uma segundaparte da carga principal através de um local de injeção principal nocilindro próximo ao canalete de exaustão.

23. - Motor de Ignição por Compressão, de acordo com a Reivindica-ção 21, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um injetor decombustível principal inclui um injetor de combustível principal parainjetar uma primeira parte da carga principal através de um local deinjeção principal no cilindro próximo ao canalete de entrada na direçãodo ponto mediano longitudinal e um segundo injetor de combustívelprincipal para injetar uma segunda parte da carga principal através deum local de injeção principal no cilindro próximo ao canalete de exaus-tão na direção do ponto mediano longitudinal.

24. - Motor de Ignição por Compressão, de acordo com a Reivindica-ção 21, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um injetor decombustível principal inclui um injetor de combustível principal parainjetar pelo menos uma parte da carga principal através de pelo menosum local de injeção principal no cilindro próximo aos locais de pontomorto superior dos pistões na direção dos canaletes de entrada e deexaustão.

25. - Motor de Ignição por Compressão, de acordo com a Reivindica-ção 21, caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção de combus-tível controla a massa da carga principal em resposta a pelo menos umacondição de operação do motor e mantém a massa da carga-pilotonuma magnitude abaixo da magnitude da massa da carga principalrequerida para o trabalho sem carga do motor.

26. - Motor de Combustão Interna, caracterizado pelo fato de quecompreende:- um cilindro com canaletes de entrada e de exaustão afastadosentre si;- pistões opostos dispostos no espaço interno do cilindro;- um primeiro injetor de combustível principal posicionado numlocal de injeção no cilindro próximo ao canalete de entrada;- um segundo injetor de combustível principal posicionado numlocal de injeção no cilindro próximo ao canalete de exaustão;- um sistema de injeção de combustível conectado aos injetoresde combustível;- um injetor de combustível piloto posicionado num local deinjeção entre as respectivas posições de ponto morto superior dospistões; e- um sistema de injeção de combustível piloto conectado aoinjetor de combustível piloto.

27. - Motor de Combustão Interna de acordo com a Reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que o primeiro injetor de combustível princi-pal está adaptado para injetar uma primeira parte de uma carga princi-pal de combustível líquido numa direção em afastamento do canalete deentrada e o segundo injetor de combustível principal está adaptado parainjetar uma segunda parte da carga principal de combustível líquidonuma direção em afastamento do canalete de exaustão.

28. - Motor de Combustão Interna de acordo com a Reivindicação 27,caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção de combustívelprincipal está adaptado para prover combustível diesel para os primeiroe segundo injetores de combustível principal.

29. - Motor de Combustão Interna de acordo com a Reivindicação 28,caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção de combustívelpiloto está adaptado para prover combustível diesel para o injetor decombustível piloto.

30. Motor de Combustão Interna, caracterizado pelo fato de quecompreende:- um cilindro com canaletes de entrada e de exaustão afastadosentre si;- pistões opostos dispostos no espaço interno do cilindro;- pelo menos um injetor de combustível principal que se comu-nica com o espaço interno do cilindro através de pelo menos um local deinjeção no cilindro entre os canaletes de entrada e de exaustão;- um sistema de injeção de combustível principal conectado ao pelo menos um injetor de combustível principal e adaptado para operaro pelo menos um injetor de combustível principal, quando os pistõesestão próximos às posições de ponto morto inferior;- um injetor de combustível piloto que se comunica com oespaço interno do cilindro através de pelo menos um local de injeçãopróximo ao ponto mediano longitudinal do cilindro;- um sistema de injeção de combustível piloto conectado aoinjetor de combustível piloto e adaptado para operar o injetor de com-bustível piloto, quando os pistões estão próximos às posições de pontomorto superior; e- um elemento de ignição elétrico montado no cilindro.

31. - Motor de Combustão Interna de acordo com a Reivindicação 30,caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente um deslocamentono canalete de entrada.

32. - Sistema de Injeção de Combustível para Motor de Ignição porCompressão de Pistões Opostos, caracterizado pelo fato de quecompreende:- um cilindro com canaletes de entrada e de exaustão distancia-dos entre si;- pistões opostos dispostos no espaço interno do cilindro;- pelo menos um injetor de combustível principal que se comu-nica com o espaço interno do cilindro através de pelo menos um local deinjeção no cilindro entre o canalete de entrada e o canalete de exaustão;e- pelo menos um injetor de combustível piloto que se comunicacom o espaço interno do cilindro através de pelo menos um local deinjeção próximo ao ponto mediano do cilindro.

33. - Sistema de Injeção de Combustível para Motor de Ignição porCompressão de Pistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 32,caracterizado pelo fato de que o pelo menos um injetor de combustívelprincipal e o pelo menos um injetor de combustível piloto estão adapta-dos para injetar combustível diesel.

34. - Sistema de Injeção de Combustível para Motor de Ignição porCompressão de Pistões Opostos, caracterizado pelo fato de quecompreende:- um cilindro com canaletes de entrada e de exaustão distancia-dos entre si;- pistões opostos dispostos no espaço interno do cilindro;- pelo menos um injetor de combustível principal que se comu-nica com o espaço interno do cilindro através de pelo menos um local deinjeção no cilindro entre o canalete de entrada e o canalete de exaustão;e- pelo menos um injetor de combustível piloto que se comunicacom o espaço interno do cilindro através de pelo menos um local deinjeção próximo ao ponto mediano do cilindro.

35. - Sistema de Injeção de Combustível para Motor de Ignição porCompressão de Pistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 34,caracterizado pelo fato de que o pelo menos um injetor de combustívelprincipal e o pelo menos um injetor de combustível piloto estão adapta-dos para injetar combustível diesel.

36. - Sistema de Injeção de Combustível para Motor de Ignição porCompressão de Pistões Opostos, caracterizado pelo fato de quecompreende:- um cilindro com canaletes de entrada e de exaustão distanciados entre si;- pistões opostos dispostos no espaço interno do cilindro;- um primeiro injetor de combustível principal que se comunicacom o espaço interno do cilindro através de um primeiro local de injeçãoprincipal no cilindro próximo ao canalete de entrada, o primeiro injetorde combustível principal adaptado para injetar uma primeira parte deuma carga principal de combustível líquido através do primeiro local deinjeção principal na direção do ponto mediano longitudinal; e- um segundo injetor de combustível principal que se comunicacom o espaço interno do cilindro através de um segundo local de injeçãoprincipal no cilindro próximo ao canalete de exaustão, estando o segun-do injetor de combustível principal adaptado para injetar uma segundaparte da carga principal de combustível líquido através do segundo localde injeção principal na direção do ponto mediano longitudinal.

37. - Sistema de Injeção de Combustível para Motor de Ignição porCompressão de Pistões Opostos, de acordo com a Reivindicação 36,caracterizado pelo fato de que o pelo menos primeiro e pelo menossegundo injetores de combustível principal e o pelo menos um injetor decombustível piloto estão adaptados para injetar combustível diesel.