BRPI0620917A2

BRPI0620917A2 - motor hìbrido de ar com ciclo dividido

Info

Publication number: BRPI0620917A2
Application number: BRPI0620917-3A
Authority: BR
Inventors: Salvatore C Scuderi; Stephen P Scuderi
Original assignee: Scuderi Group Llc
Priority date: 2006-01-07
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2010-07-06
Also published as: ES2401725T3; JP2009275713A; EP1969216B1; CA2634193C; RU2009134236A; JP2009522502A; TWI371525B; JP5453019B2; EP2063080A3; TW200946768A; EP2063080B1; KR101008392B1; RU2424436C2; AU2006335254B2; EP2131023A3; KR100942451B1; US20080105225A1; BRPI0622263A2; US7353786B2; RU2403413C2

Abstract

Trata-se de um motor híbrido de ar com ciclo dividido que conecta, de forma operacional, um reservatório de ar a um motor com ciclo dividido. Um pistão de potência é recebido dentro de um cilindro de potência e conectado, de forma operacional, a um virabrequim de tal modo que o pistão de potência se alterne entre um curso de expansão e um curso de exaustão durante uma única revolução do virabrequim. Um pistão de compressão é recebido dentro de um cilindro de compressão e conectado, de forma operacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão de compressão se alterne entre um curso de admissão e um curso de compressão em uma única rotação do virabrequim. O cilindro de compressão é seletivamente controlável para colocar o pistão de compressão em um modo de compressão ou num modo em repouso. Um reservatório de ar é conectado, de forma operacional, entre o cilindro de compressão e o cilindro de potência e seletivamente operável para receber ar comprimido proveniente do cilindro de compressão e para distribuir ar comprimido ao cilindro de potência para uso na transmissão de potência ao virabrequim durante a operação do motor.

Description

MOTOR HÍBRIDO DE AR COM CICLO DIVIDIDO

REFERÊNCIA REMISSIVA AOS PEDIDOS DE PATENTE CORRELATOSEste pedido reivindica o benefício do Pedido de númerode série U.S 11/326.909, depositado em 7 de janeiro de2006, intitulado "SPLIT-CYCLE AIR HYBRID ENGINE", estandoaqui incorporado em sua totalidade a título de referência.

CAMPO DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se a motores com ciclodividido e, mais particularmente, a um motor que incorporeum sistema híbrido de ar.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O termo "motor com ciclo dividido" conforme o uso emquestão pode não ter recebido ainda um significado fixoconhecido pelos versados na técnica de motores.Conseqüentemente, para propósitos de clareza, apresenta-sea definição a seguir para o termo motor com ciclo divididoque pode tanto ser aplicado aos motores descritos natécnica anterior como denominado no presente pedido.

Um motor com ciclo dividido conforme aqui denominadocompreende:

um virabrequim giratório em torno de um eixo dovirabrequim;

um pistão de potência recebido de forma deslizantedentro de um cilindro de potência e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão depotência se alterne através de um curso motor (ou deexpansão) e de um curso de exaustão durante uma únicarotação do virabrequim;

um pistão de compressão recebido de forma deslizáveldentro de um cilindro de compressão e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão decompressão se alterne através de um curso de admissão e umcurso de compressão durante uma única rotação dovirabrequim; e

uma passagem de gás que interconecta os cilindros depotência e compressão, sendo que a passagem de gás incluiuma válvula de admissão e uma válvula de descarga (outransversal) que definem uma câmara de pressão entre elas.

A seguir, para propósitos de clareza, apresenta-se umalista de acrônimos para os diversos modos de operação domotor aqui descritos:

AC compressor de ar;AM funcionamento a ar;CB frenagem de compressão;ICE motor de combustão interna;PAP potência de ar pré-comprimido;PCA ar de combustão pré-comprimido.

As patentes U.S 6.543.225 B2, US 6.609.371 B2 e U.S6.952.923, todas atribuídas ao cessionário da presenteinvenção, descrevem exemplos de motores de combustãointerna com ciclo dividido conforme aqui definido. Essaspatentes contêm uma lista extensiva de patentes epublicações norte-americanas e estrangeiras citadas comofundamentos na concessão destas patentes. 0 termo "ciclodividido" tem sido usado para estes motores porque elesdividem literalmente os quatro tempos de um ciclo Otto depressão/volume convencional (isto é, admissão, compressão,potência e exaustão) em dois cilindros dedicados: umcilindro dedicado ao curso de compressão de alta pressão, eo outro cilindro dedicado ao curso motor de alta pressão.Pesquisas consideráveis têm sido dedicadas a motoreshíbridos de ar comparados, por exemplo, a sistemas híbridoselétricos. O sistema híbrido elétrico requer a adição debaterias e de um gerador elétrico e motor ao motor comciclo de quatro tempos convencional. O motor híbrido de arrequer apenas a adição de um reservatório de pressão de aradicionado a um motor que incorpora as funções de umcompressor e um motor a ar, junto com as funções de ummotor convencional, que serve para fornecer os benefíciosdo sistema híbrido. Estas funções incluem o armazenamentode ar pressurizado durante a frenagem e a utilização de arpressurizado para acionar o motor durante a partida eaceleração subseqüente.

No entanto, a técnica anterior parece envolver apenasa adaptação de um motor com ciclo de quatro tempos pararealizar as funções de compressão, combustão efuncionamento em um único cilindro. Logo, isso requer umsistema complexo de válvulas e transmissão e um controleque seja capaz de comutar de um modo de frenagem porcompressão (CB) para um modo de funcionamento a ar (AM) ede volta para um modo de motor de combustão internaconvencional (ICE) durante a operação.

Em um exemplo típico, quando não se armazena nem seutiliza ar comprimido para acionar o veículo, um motorhíbrido de ar da técnica anterior opera como um motor decombustão interna convencional, onde os quatro tempos dociclo Otto (admissão, compressão, potência e exaustão) sãorealizados em cada pistão a cada duas revoluções dovirabrequim. No entanto, durante o modo de frenagem porcompressão, cada cilindro do motor convencional éconfigurado para operar como um compressor de ar de doistempos alternado, acionado a partir das rodas do veículopelo movimento do veículo. Recebe-se ar a partir daatmosfera externa nos cilindros do motor, comprimido nessescilindros e disposto em um reservatório de ar. O trabalhorealizado pelos pistões do motor absorve a energia cinéticado veículo e desacelera ou restringe seu movimento. Destaforma, a energia cinética do movimento do veículo étransformada em energia de ar comprimido armazenado noreservatório de ar.

Durante o modo de funcionamento a ar, cada cilindro domotor é configurado de modo a utilizar o ar comprimidoarmazenado com a finalidade de produzir quatro tempos porpropulsão sem combustão. Isso pode ser realizadoexpandindo-se primeiramente o ar comprimido armazenado noscilindros para acionar os pistões para baixo a partir doponto morto superior (TDC) até o ponto morto inferior (BDC)por um primeiro curso motor. Depois, os pistões comprimem ogás expandido à medida que eles se deslocam do BDC ao TDC.

O combustível é, então, injetado nos cilindros e inflamadologo antes do TDC. Os produtos de expansão de combustãoacionam, então, os pistões novamente para baixo por umsegundo curso motor na segunda revolução do virabrequim.

Alternativamente, o funcionamento a ar pode serrealizado expandindo-se o ar comprimido armazenado com afinalidade de acionar o pistão de potência para baixo doTDC ao BDC por um curso motor sem combustão para cadarevolução do virabrequim. Este método alternativo defuncionamento pode continuar até que a pressão noreservatório de ar esteja abaixo de um nível limítrofe, e,portanto, o motor pode comutar entre o modo defuncionamento a ar anteriormente descrito e um modo demotor ICE convencional de operação.

Problematicamente, com a finalidade de comutar entreos modos CB, AM e ICE, o sistema de válvula/transmissão setorna complexo, dispendioso e difícil de se controlar emanter. Adicionalmente, visto que cada cilindro deverealizar todas as funções para cada modo, eles não podemser facilmente otimizados. Por exemplo, os pistões ecilindros devem ser projetados de modo a suportarem umevento de combustão explosiva, mesmo quando apenas atuacomo um compressor de ar. Conseqüentemente, devido àstolerâncias e materiais necessários para suportar o calorde combustão, deve-se fazer certo sacrifício à eficácia domodo compressor.

Outro problema em realizar todas as funções para cadamodo (ICE, CB e AM) em todos os cilindros é que dois modosnão podem ser realizados em paralelo (isto,simultaneamente) . Pelo fato de os sistemas híbridos de arda técnica anterior utilizarem motores convencionais, elessão restritos a operarem em cada modo serialmente, o queimpõe limitações inerentes em suas capacidades. Porexemplo, pelo fato de o modo CB não poder ser utilizadoquando o motor está em funcionamento como um motor decombustão interna (no modo ICE), o reservatório de ar podeapenas ser carregado durante a função de frenagem de umveículo em movimento. Esta limitação leva a problemas emmanter a carga armazenada no reservatório de ar.Adicionalmente, esta limitação também significa que ossistemas híbridos de ar da técnica anterior são apenasaplicáveis em veículos em movimento, e não são práticospara aplicações estacionárias, como geradoresestacionários.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção combina os recursos do motor comciclo dividido com o reservatório de ar do conceito híbridode ar e os diversos recursos de controle simplificado com afinalidade de oferecer novas disposições para operação econtrole das modalidades de motor híbrido resultante. Umavantagem distinta da invenção é que dois ou mais modos demotor conforme aqui descrito podem ser operadossimultaneamente (isto é, em paralelo), pelo fato de o motorcom ciclo dividido incluir pistões de compressão e potênciadedicados.

Adotado como um amplo conceito, um motor híbrido comciclo dividido de acordo com a invenção inclui, depreferência:

um virabrequim giratório em torno de um eixo dovirabrequim;

um pistão de compressão recebido de forma deslizáveldentro de um cilindro de compressão e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão decompressão se alterne através de um curso de admissão e umcurso de compressão durante uma única rotação dovirabrequim, sendo que o cilindro de compressão éy seletivamente controlável para colocar o pistão decompressão em um modo de compressão ou num modo em repouso;um reservatório de ar conectado de forma operacionalentre o cilindro de compressão e o cilindro de potência eoperável de forma seletiva para receber o ar comprimido docilindro de compressão e distribuir o ar comprimido aocilindro de potência para uso na potência de transmissão aovirabrequim durante a operação do motor; e

válvulas que operam de forma seletiva o fluxo de gás

dentro e fora dos cilindros de compressão e potência e oreservatório de ar.

Alternativamente, o cilindro de potência pode, também,ser seletivamente controlável para colocar o pistão depotência em um modo de potência ou num modo em repouso.

Para propósitos do presente documento, quando o pistãode compressão for colocado no modo em repouso, istosignifica que para uma única rotação do virabrequim, aquantidade total de trabalho negativo líquido (que se opõeà direção de rotação do virabrequim) realizada novirabrequim pelo pistão de compressão é desprezível.

Tipicamente, o trabalho desprezível no modo em repouso dopistão de compressão seria menor que 20% do trabalhonegativo realizado no virabrequim se o pistão de compressãoestivesse em seu modo de compressão.

Adicionalmente, para propósitos do presente documento,quando o pistão de potência for colocado no modo emrepouso, isto significa que para uma única rotação dovirabrequim, a quantidade total de trabalho positivolíquido (que acompanha a direção de rotação do virabrequim)realizada no virabrequim pelo pistão de potência édesprezível. Tipicamente, o trabalho desprezível no modo emrepouso do pistão de potência seria menor que 20% dotrabalho positivo realizado no virabrequim se o pistão depotência estivesse em seu modo de potência.

Em geral, um motor de acordo com a invenção é capaz deoperar em ao menos três modos, incluindo um modo de motorde combustão interna (ICE), um modo compressor de ar (AC) eum modo de potência de ar pré-comprimido (PAP).

No modo de ICE, o pistão de compressão e o pistão depotência se encontram, tipicamente, em seus respectivosmodos de compressor e potência. O pistão de compressãoatrai e comprime o ar de admissão que será usado nocilindro de potência. O ar comprimido é admitido nocilindro de potência com combustível pouco antes de opistão de potência alcançar sua posição de ponto mortosuperior (TDC) no início de um curso de expansão. A misturade combustível/ar é, então, inflamada, queimada e expandidano mesmo curso de expansão do pistão de potência,transmitindo potência ao virabrequim. Os produtos decombustão são descarregados no curso de exaustão.

No modo de AC, o pistão de compressão se encontra emum modo de compressão e, atrai e comprime o ar que ficaarmazenado no reservatório para uso posterior no cilindrode potência.

No modo de PAP, o cilindro de potência se encontra nomodo de potência e recebe ar comprimido a partir doreservatório que é expandido no curso de expansão do pistãode potência, transmitindo potência ao virabrequim. O arexpandido é descarregado no curso de exaustão.Em certas modalidades preferenciais da invenção, apotência é desenvolvida no modo de PAP de forma semelhanteao modo de ICE. Ou seja, durante a operação no modo de PAP,o combustível é misturado com o ar comprimido pouco antesde o pistão de potência ter alcançado sua posição de TDC noinício de um curso de expansão. A mistura PE inflamada,queimada e expandida no mesmo curso de expansão do pistãode potência, transmitindo potência ao virabrequim. Osprodutos de combustão são descarregados no curso deexaustão.

Em outras modalidades alternativas do motor, apotência pode ser desenvolvida no modo de PAP de formasemelhante aos modos de funcionamento a ar anteriormentedescritos. Ou seja, durante a operação no modo de PAP, o arcomprimido admitido no cilindro de potência é expandido sema adição de combustível ou princípio de combustão.

Em uma primeira modalidade exemplar do motor, oreservatório de ar comprime uma passagem de gásdimensionada para receber e armazenar o ar comprimido deuma pluralidade de cursos de compressão, sendo que apassagem de gás interconecta os cilindros de compressão epotência. A passagem de gás inclui uma válvula de admissãoe uma válvula de descarga que definem uma câmara de pressãoentre elas.

Em uma segunda modalidade exemplar do motor, umapassagem de gás também interconecta os cilindros decompressão e potência, e a passagem de gás inclui umaválvula de admissão e uma válvula de descarga que definemuma câmara de pressão entre elas. No entanto, oreservatório de ar é conectado por uma passagem noreservatório à câmara de pressão em um local entre aválvula de admissão e a válvula de descarga.

Uma terceira modalidade exemplar do motor adiciona umaválvula de controle do reservatório na passagem doreservatório de modo a permitir a separação do reservatórioem relação à câmara de pressão durante a operação de ICE.

Em uma quarta modalidade exemplar do motor, oreservatório de ar é um acumulador adaptado para manter umapressão relativamente constante dentro de uma faixa depressão predeterminada.

Uma quinta modalidade do motor inclui múltiplos paresde cilindros de compressão e potência interconectados porpassagens de gás dotadas de câmaras de pressão, sendo queas câmaras de pressão estão todas conectadas a um únicoreservatório de ar.

Em uma sexta modalidade alternativa da invenção, omotor inclui uma passagem de gás que interconecta oscilindros de compressão e potência, sendo que a passagem degás inclui uma válvula de admissão e uma válvula dedescarga que definem uma câmara de pressão entre elas. Oreservatório de ar é conectado em paralelo à passagem degás, com conexões de admissão e descarga a partir doreservatório de ar até os cilindros de compressão epotência.

Estes e outros recursos e vantagens da invenção serãocompreendidos em maiores detalhes a partir da descriçãodetalhada a seguir tomada junto aos desenhos em anexo dainvenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos:A Figura 1 é um diagrama esquemático que mostra umaprimeira modalidade de um motor híbrido de ar com ciclodividido dotado de um reservatório de ar e de válvulas decontrole de acordo com a invenção;

A Figura 2 é uma vista similar à Figura 1, mas quemostra uma segunda modalidade com uma passagem transversalseparada (ou de gás) conectada ao reservatório de ar e umaválvula de controle adicionada;

A Figura 3 é uma vista similar à Figura 2, mas quemostra uma terceira modalidade com uma válvula de controlede reservatório adicionada;

A Figura 4 é uma vista similar à Figura 3, mas quemostra uma quarta modalidade incluindo um acumulador depressão constante no reservatório de ar;

A Figura 5 é uma vista similar à Figura 3 que mostrauma quinta modalidade dotada de um reservatório comum paramúltiplos pares de cilindros; e

A Figura 6 é uma vista similar à Figura 3 que mostrauma sexta modalidade tendo o reservatório em paralelo com apassagem transversal e controlada separadamente entre oscilindros.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Reportando-se primeiramente à Figura 1 dos desenhos emdetalhe, a referência numérica 10 indica genericamente umaprimeira modalidade exemplar de um motor híbrido de ar comciclo dividido de acordo com a invenção. 0 motor 10,mostrado de forma esquemática, é genericamente do tipo comciclo dividido descrito nas Patentes Norte-Americanas6.543.225 B2, 6.069.371 B2 e 6.952.923 B2 (patentesScuderi), estando aqui incorporadas em sua totalidade atítulo de referência.

Conforme mostrado, o motor inclui um bloco de motor 12dotado de um primeiro cilindro 14 e um segundo cilindroadjacente 16 estendendo-se através dele. Um virabrequim 18é articulado no bloco 12 para rotação ao redor de um eixodo virabrequim 20, que se estende perpendicularmente emrelação ao plano do desenho. As extremidades superiores doscilindros 14 e 16 são fechadas por um cabeçote do cilindro 22.

Os primeiro e segundo cilindros 14 e 16 definemsuperfícies sustentadoras internas onde são recebidos, paraalinhamento, um primeiro pistão de potência 24 e um segundopistão de compressão 26, respectivamente. O cabeçote docilindro 22, o pistão de potência 24 e o primeiro cilindro14 definem uma câmara de combustão com volume variável 25no cilindro de potência 14. O cabeçote do cilindro 22, opistão de compressão 26 e o segundo cilindro 16 definem umacâmara de compressão com volume variável 27 no cilindro decompressão 16.

O virabrequim 18 inclui primeiras e segundas manivelasdo virabrequim axialmente dispostas e angularmentedesviadas 28 e 30, tendo um ângulo de fase 31 entre elas. Aprimeira manivela do virabrequim 28 é unida, de formaarticulada, por uma primeira haste de conexão 32 aoprimeiro pistão de potência 24 e a segunda manivela dovirabrequim 3 0 é unida, de forma articulada, por umasegunda haste de conexão 34 ao segundo pistão de compressão26 para articular os pistões em seus cilindros em umarelação sincronizada determinada pelo desvio angular desuas manivelas do virabrequim e as relações geométricas doscilindros, manivelas e pistões.

Podem-se utilizar mecanismos alternativos pararelacionar o movimento e sincronização dos pistões se fordesejado. A sincronização pode ser similar, ou variadaconforme a necessidade, às descrições das patentes Scuderi.

A direção rotacional do virabrequim e os movimentosrelativos dos pistões próximos a suas posições de pontomorto inferior (BDC) são indicados pelas setas associadasnos desenhos com seus componentes correspondentes.

O cabeçote do cilindro 22 inclui qualquer uma entre asdiversas passagens, portas e válvulas adequadas pararealizar os propósitos desejados do motor híbrido de ar comciclo dividido 10. Na primeira modalidade ilustrada, acâmara de passagem de gás/pressão das patentes previamentemencionadas é substituída por um reservatório de ar 36muito maior conectado ao cabeçote 22 através de umaabertura na porta de admissão do reservatório 38 naextremidade fechada do segundo cilindro 16 e uma aberturana porta de descarga do reservatório 4 0 na extremidadefechada do primeiro cilindro 14. Já que é oposto a umapassagem de gás menor de um tipo exemplificado nas patentesScuderi, o reservatório de ar 36 é dimensionado parareceber e armazenar energia de ar comprimido proveniente deuma pluralidade de cursos de compressão do pistão decompressão 26. O segundo cilindro 16 também se conecta comuma porta de admissão convencional 42 e o primeiro cilindro14 também se conectado a uma porta de exaustão convencional 44.

As válvulas no cabeçote do cilindro 22, que sãosimilares às válvulas do motor nas patentes Scuderi,incluem uma válvula de verificação de admissão doreservatório 4 6 e três válvulas de escape mecânico e deadmissão por sucção atuadas por carne, uma válvula dedescarga do reservatório (ou válvula transversal) 50, umasegunda válvula de admissão do cilindro 52, e uma primeiraválvula de exaustão do cilindro 54. A válvula deverificação 46 permite apenas um fluxo unidirecional de arcomprimido dentro da porta de admissão do reservatório 3 8proveniente do segundo cilindro (compressão) 16. A válvulade descarga do reservatório 50 é aberta de modo a permitirum fluxo de ar de alta pressão proveniente do reservatório36 dentro do primeiro cilindro (potência) 14.

O presente motor 10 inclui duas válvulas adicionaisque podem ser atuadas por solenóide. Estas incluem umaválvula de controle de admissão 56 na porta de admissão docilindro 42 e uma válvula de controle de descarga doreservatório 58 na porta de descarga do reservatório 40.Estas válvulas podem ser válvulas de duas posições liga-desliga, porém, podem incluir controle de posiçõesvariáveis de tal modo que elas possam ser operadas comoválvulas reguladoras se for desejado.

As válvulas de escape mecânico e de admissão porsucção 50, 52 e 54 podem ser atuadas por quaisquerdispositivos adequados, como eixos de carne 60, 62 e 64tendo ressaltos de carne 66, 68 e 70 respectivamente que seengatam às válvulas 50, 52 e 54 para atuar as válvulasconforme será subseqüentemente discutido. Alternativamente,as válvulas 50, 52 e 54, bem como as outras válvulas 46, 56e 58, podem ser eletrônica, pneumática ou hidraulicamenteatuadas.Uma vela de ignição 72 também é montada no cabeçote docilindro com eletrodos estendendo-se na câmara de combustão25 para inflamar cargas de ar-combustível em momentosprecisos por um controle de ignição, não mostrado. Deve-secompreender que o motor pode ser produzido como um motor adiesel e pode ser operado sem uma vela de ignição sedesejado. Além disso, o motor 10 pode ser projetado de modoa operar em qualquer combustível adequado para alternar osmotores com pistões em geral, como hidrogênio ou gásnatural.

As Figuras 2 a 6 dos desenhos descrevem diversasmodalidades alternativas que são variações do motor 10 daFigura 1 e são descritos abaixo. A operação de todas asseis modalidades exemplares será descrita nas partes que seseguem.

Com referência à Figura 2, descreve-se uma segundamodalidade do motor 74 onde referencias numéricas similaresindicam partes similares. O motor 74 é genericamentesimilar ao motor 10, porém, difere onde uma pequenapassagem transversal de volume (ou gás) 76 é conectadaentre a porta de admissão 38 e a válvula de verificação deadmissão 4 6 em uma extremidade da porta de descarga 40 e aválvula de descarga 50 em uma extremidade oposta. Estapassagem transversal 76 se estende entre a câmara decompressão 27 no segundo cilindro 16 e a câmara decombustão 25 no primeiro cilindro 14 e é similar á passagemtransversal nas patentes Scuderi anteriores. Como oposto aum reservatório de ar, esta passagem transversal 76 não édimensionada para armazenar uma quantidade substancial deenergia de ar comprimido para uso posterior. Ao invés de apassagem 76 ser tipicamente projetada para ser praticamentea menor possível para uma transferência mais eficaz do gáscomprimido durante o modo de ICE do motor 74.

Em uma modificação adicional, o reservatório de arseparado 36 é conectado através de um transportador oupassagem de reservatório 78 à passagem transversal 76 e seconecta às portas de admissão e descarga 3 8 e 40 através dapassagem transversal 76. A válvula de controle selenóide dedescarga do reservatório 58 fica situada na passagem 76entre a porta de saída 40 e o transportador de reservatório78. A válvula 58 é aberta durante o modo de ICE parapermitir que ar comprimido siga a trajetória de menorresistência e flua primeiramente através da passagem 76 nacâmara de combustão 25. A válvula 58 pode ser fechadadurante o modo de AC para bombear ar comprimido noreservatório 36 e pode ser aberta durante o modo de PAPpara devolver ar comprimido proveniente do reservatório 36.

Reportando-se, agora, à Figura 3 dos desenhos, umaterceira modalidade do motor 80 é descrita, que difere domotor 74 na Figura 3, apenas na adição de uma terceiraválvula selenóide 82. A válvula 82 fica situada notransportador 78 em sua junção com a passagem transversal76 para cortar a conexão do reservatório de ar 36 com apassagem transversal quando for desejado.

Mediante o isolamento do reservatório de ar 3 6 atravésda válvula 82, o desempenho do motor 80 performance como umtodo pode ser otimizado de forma mais eficaz durante o modode ICE de operação. Por exemplo, durante o modo de ICE todoo ar comprimido pode ser induzido a fluir através dapassagem transversal 76. Conseqüentemente, a passagemtransversal 76 pode ser projetada para a transferência maiseficaz de gás sem interagir com o reservatório de ar.Adicionalmente, a válvula 82 pode, também, ser utilizadacomo uma válvula reguladora para condições de carga emparte durante o modo de PAP.

A Figura 4 mostra uma quarta modalidade de motor 84similar ao motor 80 da Figura 3. Ela difere na conversão doreservatório de ar em um acumulador de pressão 86 pelaadição de um diafragma ou balão 87 e um mecanismo de mola88. Estes atuam para pressurizar o ar que está presente noacumulador 86 e para manter os conteúdos em uma pressãorelativamente constante entre as condições em que oreservatório está vazio ou é abastecido até a máximapressão de controle.

A Figura 5 ilustra uma quinta modalidade de um motorcom múltiplos cilindros 8 9 tendo ao menos dois pares decilindros 90, cada um equivalente ao motor 80 da Figura 3.O motor 89 é modificado de modo a incluir um reservatóriode abastecimento comum 92 que seja unido às passagenstransversais 76 de todos os pares de cilindros com umaválvula selenóide de controle do reservatório 82 quecontrole a comunicação de cada transportador dereservatório 78 com sua passagem transversal 76 respectiva.A Figura 6 descreve uma sexta modalidade do motor 94que é mais similar ao motor 80 da Figura 3. O motor 94difere onde o reservatório de ar 3 6 é separado da conexãodireta com a passagem transversal 76, que permanececontrolada pela válvula de verificação 46, válvulasolenóide 58 e válvula de descarga 50. O reservatório de ar36 é conectado em paralelo à passagem transversal 76 pelosprimeiro e segundo transportadores (ou passagens) doreservatório 96 e 98, respectivamente que conectam oreservatório diretamente à câmara de combustão 25 doprimeiro cilindro 14 e à câmara de compressão 27 do segundocilindro 16. A quarta e a quinta válvulas de controleselenóide 100 e 102, respectivamente, controlam o fluxoentre os transportadores 96 e 98 e os cilindros 14 e 16.

A operação das modalidades exemplares descritas dosmotores híbridos de ar com ciclo dividido de acordo com ainvenção será agora discutida por propósitos de explicaçãoe não de limitação, sendo compreendido que os métodos evariações adicionais serão aparentes onde deveriamdevidamente estar no escopo pretendido da invenção.

Basicamente, os motores híbridos de ar com ciclodividido da presente invenção são tipicamente operáveis emao menos três modos, um modo de motor de combustão interna(ICE) , um modo compressor de ar (AC) e um modo de potênciade ar pré-comprimido (PAP) . De preferência, o modo de PAPinclui um modo de potência de ar de combustão pré-comprimido (PCA) onde o ar pré-comprimido e o combustívelsão misturados pouco antes de o pistão de potência alcançarsua posição de ponto morto superior durante um curso deexpansão e, então, a mistura de combustível/ar é queimadapara conduzir o pistão de potência para baixo durante omesmo curso de expansão. Alternativamente, o modo de PAPpoderia incluir, também, várias formas de modos defuncionamento a ar (AM) (conforme previamenteexemplificado) onde o ar pré-comprimido é utilizado paraoferecer um curso de expansão sem combustão. Conforme serádiscutido em maiores detalhes, pelo fato de o motor híbridode ar com ciclo dividido da presente invenção ter cilindrosde compressão e potência dedicados separados, os trêsmodos, ICE, AC e PAP, podem funcionar serialmente ou emparalelo conforma a necessidade.

O modo de ICE é basicamente o modo de operação normaldos motores descritos nas patentes Scuderi previamentemencionadas. Os cursos de admissão, compressão, potência eexaustão de um ciclo de motor com pistão convencional estãodivididos entre os cilindros de compressão e potência domotor com ciclo dividido.

Reportando-se à modalidade da Figura 1, os motores comciclo dividido conforme descrito nas Patentes Scuderi U.S(6.543.225, 6.609.371 e 6.952.923) incluem parâmetrosestruturais que são vantajosos sobre os motores com ciclodividido da técnica anterior. Muitas dessas vantagens serãodescritas em relação à discussão a seguir do modo de ICE domotor 10. É importante notar que o reservatório de ar 36 daFigura 1 realiza as funções combinadas tanto da passagemtransversal (ou de gás) separada 76 como do reservatório dear 3 6 das Figuras 2 a 6 subseqüentes.

No modo de ICE, as válvulas solenóides de admissão 36e 58 permanecem abertas. No curso de admissão, a válvula deadmissão 52 se abre à medida que o pistão de compressão semove para baixo, atraindo ar para a câmara de compressão27. No curso de compressão, a válvula de admissão 52 sefecha e o pistão 26 se move para cima, comprimindo o ar e oforçando através da válvula de verificação 46 e da porta deadmissão 38 no reservatório de ar 36.

O pistão de potência 24 conduz o pistão de compressão26 por um ângulo de fase 31 que seja substancialmente maiorque 0 grau de rotação do virabrequim. O ângulo de fase 31conforme aqui definido é a posição de rotação do ângulo demanivela (CA) que o virabrequim 18 deve girar após o pistãode potência 24 ter alcançado sua posição de ponto mortosuperior (TDC) com a finalidade de o pistão de compressão26 alcançar sua posição de TDC respectiva. Na modalidadeparticular ilustrada na Figura 1, a magnitude do ânguloentre as primeiras e segundas manivelas do virabrequim 28 e30 é igual ao ângulo de fase 31. De preferência, esseângulo de fase está entre 10 e 40 graus CA e, com maispreferência, entre 20 e 30 graus CA. O ângulo de fase 31 édimensionado de tal modo que à medida que o pistão decompressão 2 6 ascender na direção de sua posição de TDC e opistão de potência descender de sua posição de TDC, umamassa substancialmente igual de ar comprimido sejatransferida para dentro e para fora do reservatório de ar36 (nas Figuras 2 a 6 subseqüentes, uma massasubstancialmente igual de ar comprimido é transferida paradentro e para fora da passagem de gás 76).

No curso de potência, a válvula de descarga (outransversal) 50 se encontra tipicamente aberta no TDC dopistão de potência 24. De preferência, a válvula dedescarga 50 fica aberta dentro de uma faixa de 10 a 0 grausCA antes do TDC do pistão de potência 24, e, com maispreferência, dentro de uma faixa de 7 a 3 graus CA antes doTDC do pistão de potência. A válvula de descarga 50 fica,de preferência, fechada dentro de uma faixa de 10 a 40graus CA após o TDC do pistão de potência 24, e, com maispreferência, se fecha dentro de uma faixa de 20 a 30 grausCA após o TDC do pistão de potência.O pistão de potência 24 descende a partir de suaposição de TDC na direção de uma posição de ignição decombustão, que está tipicamente na faixa de 5 a 40 graus CAapós o TDC e, com mais preferência, dentro de uma faixa de10 a 3 0 graus CA após o TDC. O combustível pode serinjetado e misturado com o ar comprimido por ao menos doismétodos, isto é, no reservatório de ar 36 a montante daválvula de descarga 50 (porta de injeção de combustível) ,ou diretamente dentro do cilindro de potência 14 (injeçãodireta) . Uma vez que o pistão de potência 24 alcança suaposição de ignição de combustão, a mistura decombustível/ar é inflamada pela vela de ignição 72 (ouignição de compressão se for um motor a diesel), forçando opistão 24 para baixo ao BDC e distribuindo potência aovirabrequim 18. A pressão na qual a ignição de combustãoocorre é a pressão de condição de ignição (ou queima).

No curso de exaustão, a válvula de exaustão 54 se abree a válvula transversal 50 é fechada. À medida que o pistãode potência 24 se move para cima a partir do BDÇ até o TDC,os gases de exaustão gastos são forçados para fora dacâmara de combustão 25 através da porta de exaustão 44.

Os cursos de admissão e compressão para um ciclo depressão/volume dentro do motor ocorrem durante a mesmarevolução do virabrequim como os cursos de potência eexaustão do ciclo, exceto pelo fato de que os cursos depotência e exaustão são avançados pelo ângulo de fase fixo31. Portanto, um novo ciclo de pressão/volume é completadoa cada revolução do virabrequim do motor ao invés de emduas revoluções como em um motor de quatro temposconvencional. No entanto, a válvula de admissão 46 e aválvula de descarga 50 mantêm a pressão de gás dentro doreservatório de ar 36 na pressão de condição de ignição (ouqueima) ou acima desta durante todo o ciclo de quatrotempos.

Uma das diferenças básicas entre o motor com ciclodividido Scuderi e o da técnica anterior é o parâmetro quea pressão na passagem de gás é mantida na pressão decondição de queima ou abaixo dela durante todos os quatrocursos do ciclo Otto combinados com o parâmetro que aignição no cilindro de potência ocorre substancialmenteapós o ponto morto superior (isto é, mais que 5 graus e, depreferência, mais que 10 graus ATDC) . Isto configura umacondição onde o evento de combustão (ou velocidade dechama) é muito rápido (que ocorre dentro de 24 graus CA oumenor), e a descarga de emissões de NOx é muito baixa (50 a80 por cento menor que um motor convencional) . Outroaspecto único do motor com ciclo dividido Scuderi, nãoencontrado na técnica anterior, é que a linha central doscilindros de potência e compressão é desviada do eixo dovirabrequim. Isto permite que a fricção da parede docilindro na saia do pistão seja substancialmente reduzida.Todos esses recursos vantajosos (mantendo as pressões decondição de queima na passagem de gás, queimando após oponto morto superior, e nos desvios) são descritos ereivindicados nas patentes Scuderi.

Além dos parâmetros anteriores, diversos outrosparâmetros também foram identificados nas patentes Scuderi,que apresentam um efeito significante na eficácia do motor.

Esses parâmetros incluem:

1. Manter as razões de compressão e expansão iguais oumaiores que 26 a 1, de preferência, iguais ou maiores que40 a 1, e, com mais preferência, iguais ou maiores que 80 a 1;

2. A duração da válvula transversal (quantidade derotação do ângulo de manivela (CA) necessária para abrir fechar a válvula 50) deveria ser igual ou menor que 69graus, de preferência, menor que 50 graus, e, com maispreferência, menor que 35 graus; e

3. A válvula transversal 50 deveria ser aberta por umapequena porcentagem de tempo após a combustão ter sidoiniciada no cilindro de potência.

Durante a frenagem de um veiculo movido por um motor10, o motor é comutado para operação no modo de compressorde ar (AC) . A injeção de combustível é interrompida e aválvula solenóide 58 é fechada, evitando o fluxo de aratravés da porta de descarga 4 0 e suspendendo adistribuição de potência a partir do pistão de potência 24,colocando, assim, o pistão de potência 24 num modo emrepouso. No entanto, o pistão de compressão continua aoperar, conduzido pela inércia do veículo em movimento, ebombear o ar comprimido dentro do reservatório de ar 36. Aação de bombeamento reduz de forma eficaz ou freia oveículo, e a ação de frenagem se torna progressivamenteeficaz á medida que a pressão de ar do reservatórioaumenta. A pressão aumentada no reservatório é retidadurante o último uso no modo de PAP.

Enquanto estiver no modo AC, a válvula de exaustão 54pode ser mantida aberta para reduzir as perdas em marchalenta no pistão de potência 24. Além disso, o pistão depotência poderia ser usado para aumentar o efeito defrenagem de diversas formas, como alternando-se asincronização e operação da válvula para atrair e comprimirmais ar no reservatório de ar. Alternativamente (paramanter o reservatório de ar limpo), o pistão 24 poderia serusado como um freio por compressão convencional, atraindoar no curso descendente, o comprimindo no curso ascendentee abrindo a válvula de exaustão 54 próxima ao ponto mortosuperior (TDC) para descarregar o ar comprimido e dissiparsua energia. Isso poderia aumentar a frenagem e reduzir odesgaste do freio, mas limitaria a recuperação de energiaproveniente do ar comprimido nos modos PCA ou AM.

Ainda com referência à Figura 1, o terceiro modopreferencial de operação é o modo de ar de combustão pré-comprimido (PCA) que, a partir da operação AC anterior,armazenou ar comprimido no reservatório 36 em uma pressãomais alta do que a pressão que genericamente ocorre naoperação de ICE. O motor pelo menos desacelerou e estápronto para ser acelerado. Para executar o modo de PCA, aválvula selenóide de descarga 58 é aberta e as funções deignição por centelha e de injeção de combustível sãoreativadas. Da mesma forma, o pistão de compressão éinativo mantendo-se abertas tanto a válvula de admissão 52como a válvula selenóide de admissão 56 de tal modo que opistão de compressão 26 se mova livremente sem resistênciae nenhum ar é comprimido ou adicionado no reservatório 36.

Se a válvula 52 não for independentemente ajustável, opistão de compressão 26 pode, também, ser colocado no modoem repouso mediante o fechamento da válvula selenóide 56.Desta forma, o pistão de compressão comprime e expandealternativamente o gás aprisionado no cilindro. Acompressão e expansão do gás aprisionado alterna o trabalhonegativo e positivo realizado no virabrequim pelo pistão.Visto que os trabalhos negativos e positivos sãoaproximadamente iguais, o trabalho líquido realizado novirabrequim pelo pistão que opera neste modo é desprezível.Ainda outro método de colocar o pistão de compressão nomodo em repouso consiste em evitar que o pistão decompressão 26 se alterne mediante sua desconexão de formaoperacional a partir do virabrequim 18. Em quaisquerexemplos anteriores do modo em repouso do pistão decompressão, a quantidade total de trabalho negativo líquidorealizado no virabrequim é desprezível.

Pouco depois ou logo antes do TDC do pistão depotência 24, em operação de ICE, a válvula de descarga doreservatório 50 se abre, forçando uma carga de arcomprimido (de preferência controlado e com combustíveladicionado) a partir do reservatório 36 na câmara decombustão. Dentro de uma faixa de 5 a 40 graus CA após oTDC, e, de preferência, dentro de uma faixa de 10 a 20graus CA após o TDC, o combustível é rapidamente inflamadono curso de potência, fornecendo potência ao virabrequim.Os produtos de descarga são descarregados no cursoascendente de exaustão e o ciclo é repetido.

À medida que o veículo é acelerado e retorna àoperação normal, o ar de alta pressão armazenado continua aser usado para combustão no cilindro de potência 14 até quea pressão cai até uma pressão de operação normal e o motorretorna para operação de ICE completa. No entanto, aoperação no modo de PCA enquanto possível aumenta aeficiência de operação pelo fato de a energia de compressãoda frenagem retorna ao ciclo de potência de PCA enquanto opistão compressor 26 é colocado em marcha lenta através douso de muito pouca energia. Portanto, a energia decompressão de frenagem do veículo é usada para fornecerenergia de compressão no modo de potência de PCA.

Se o motor for interrompido, a energia de compressãoarmazenada pode ser usada para dar partida no motor, e oveículo se desejado, até que se atinja uma velocidademínima, e, portanto, o motor pode retornar à operação deICE. No entanto, um motor de arranque elétrico reserva podeser desejável.

Reportando-se novamente à Figura 2, a operação domotor 72 é similar à operação do motor 10 (Figura 1).

Entretanto, o uso da passagem transversal com pequenovolume 76 para fluxo entre os cilindros substancialmenteevita o fluxo através do reservatório de ar 36 durante aoperação de ICE e potencialmente reduz as variações depressão indesejadas na passagem de gás 7 6 que poderiaafetar de modo adverso o desempenho do motor.

Na modalidade da Figura 3, a adição da válvulaselenóide 82 na conexão do reservatório com a passagemtransversal 76 permite a interrupção do reservatório paramanter uma pressão mais alta ou mais baixa enquanto apassagem transversal menor 76 pode operar com pressõesrapidamente alteradas em operação do motor de ICE normalpara um motor com ciclo dividido.

Na Figura 4, a substituição do reservatório de ar porum acumulador 86 permite o armazenamento de uma faixa devolumes de ar a uma pressão relativamente constante parauso, primeiramente, no controle dos volumes de carga de ardistribuídos à câmara de combustão controlando-se apenas asincronização de abertura da válvula de descarga 50.

O uso de um reservatório de ar comum, ou acumulador,como na Figura 5, pode reduzir os custos de fabricação.

Embora o reservatório de ar comum seja ilustrado na Figura5 diretamente conectado às passagens de gás, os versados natécnica reconheceriam que o reservatório de ar pode serconfigurado para se conectar ao motor com ciclo dividido deoutras formas. Por exemplo, o reservatório de ar comum podeser uma parte integral da passagem de gás como na Figura 1,ou pode ser conectado em paralelo com a passagem de gáscomo na Figura 6.

A modalidade da Figura 6 ainda separada os efeitos doreservatório de ar 36 sobre as pressões na passagemtransversal 7 6 e permite uma separação mais completa deoperação no modo de ICE seja a partir do modo de AC ou modode PCA.

Reportando-se às Figuras 1 a 6 em geral, uma vantagemdistinta da presente invenção é que os sistemas híbridos dear que utilizam um motor com ciclo dividido 10, 74, 80, 84,89 e 94 podem funcionar em vários modos de operação (ICE,AC e PAP) simultaneamente (ou em paralelo) nos cilindros decompressão 16 e nos cilindros de potência 14correlacionados, ao invés de serem restringidos a operaremcada modo serialmente fora de um único cilindro. Essacapacidade de modo paralelo proporciona inerentementecapacidades adicionais e aplicações expandidas parasistemas híbridos de ar com ciclo dividido.

Reportando-se, agora, à Figura 3 como um exemplo, sobparte das condições de carga, o motor 80 pode operarsimultaneamente no modo de ICE enquanto carregacontinuamente o reservatório de ar no modo de AC. Ou seja,uma carga completa de ar pode ser induzida a entrar nocilindro de compressão 16 em um curso de admissão onde elaé comprimida e forçada dentro da passagem de gás 76. Noentanto, apenas uma fração da carga de ar é necessária paraoperar o modo de ICE sob parte das condições de carga.

Conseqüentemente, apenas uma porção da carga pode serdirecionada ao cilindro de potência 14 enquanto o restanteda carga pode ser desviada ao reservatório de ar 3 6 paramantê-lo completamente carregado. Desta forma, os sistemashíbridos de ar com ciclo dividido têm a capacidade decarregar continuamente seus reservatórios de ar sob partedas condições de carga.

Adicionalmente, da mesma forma, a energia desperdiçadado gás de escape pode ser re-circulada, diretamente ouatravés de um turbocompressor, de volta para a admissão deum motor híbrido de ar com ciclo dividido 80 que seráarmazenada como energia de ar comprimido no reservatório dear 36. De forma vantajosa, esta técnica de recuperar aenergia do gás de escape enquanto a operação de parte dascondições de carga também pode ser utilizada nas aplicaçõesestacionárias, por exemplo, em geradores estacionários.

Muito embora a invenção tenha sido descrita porreferência a determinadas modalidades específicas, deve-secompreender que diversas alterações podem ser feitas dentrodo espírito e escopo dos conceitos inventivos descritos.

Conseqüentemente, pretende-se que a invenção não se limiteàs modalidades descritas, mas que ela tenha todo o escopodefinido pela linguagem das seguintes reivindicações.

Claims

1. Motor híbrido de ar com ciclo dividido,caracterizado pelo fato de compreender:um virabrequim giratório em torno de um eixo dovirabrequim;um pistão de potência recebido de forma deslizantedentro de um cilindro de potência e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão depotência se alterne através de um curso de expansão e de umcurso de exaustão durante uma única rotação do virabrequim,sendo que o cilindro de potência é seletivamentecontrolável para colocar o pistão de potência em um modo depotência ou num modo de repouso;um pistão de compressão recebido de forma deslizáveldentro de um cilindro de compressão e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão decompressão se alterne através de um curso de admissão e umcurso de compressão durante uma única rotação dovirabrequim, sendo que o cilindro de compressão éseletivamente controlável para colocar o pistão decompressão em um modo de compressão ou num modo em repouso;um reservatório de ar conectado de forma operacionalentre o cilindro de compressão e o cilindro de potência eoperável de forma seletiva para receber o ar comprimido docilindro de compressão e distribuir o ar comprimido aocilindro de potência para uso na potência de transmissão aovirabrequim durante a operação do motor; eválvulas que operam de forma seletiva o fluxo de gásdentro e fora dos cilindros de compressão e potência e oreservatório de ar, de tal modo que o motor seja operávelem ao menos três modos, incluindo um modo de motor decombustão interna (ICE), um modo compressor de ar (AC) e ummodo de potência de ar pré-comprimido (PAP), e onde:no modo de ICE, o pis tão de compressão e o pis tão depotência se encontram em seus respectivos modos decompressor e potência, onde o pistão de compressão atrai ecomprime o ar de admissão que será usado no cilindro depotência, e o ar comprimido é admitido no cilindro depotência com combustível, no início de um curso deexpansão, que é inflamado, queimado e expandido no mesmocurso de expansão do pistão de potência, transmitindopotência ao virabrequim, e os produtos de combustão sãodescarregados no curso de exaustão;no modo de AC, o pistão de compressão se encontra emum modo de compressão e, atrai e comprime o ar que ficaarmazenado no reservatório para uso posterior no cilindrode potência; eno modo de PAP, o cilindro de potência se encontra nomodo de potência e recebe ar comprimido a partir doreservatório que é expandido no curso de expansão do pistãode potência, transmitindo potência ao virabrequim, o arexpandido é descarregado no curso de exaustão, e o arcomprimido proveniente do cilindro de compressão não érecebido no reservatório de ar.

2. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de, no modo de PAP, o combustívelser misturado com o ar comprimido no início de um curso deexpansão e a mistura é inflamada, queimada e expandida nomesmo curso de expansão do pistão de potência,transmitindo potência ao virabrequim, e os produtos decombustão são descarregados no curso de exaustão.

3. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de, no modo de PAP, o arcomprimido admitido no cilindro de potência ser expandidosem a adição de combustível ou princípio de combustão.

4. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o reservatório de arcompreender uma passagem de gás dimensionada para recebere armazenar o ar comprimido proveniente de uma pluralidadede cursos de compressão, sendo que a passagem de gásinterconecta os cilindros de compressão e potência, sendoque a passagem de gás inclui uma válvula de admissão e umaválvula de descarga que define uma câmara de pressão entreelas.

5. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de incluir uma passagem de gás queinterconecta os cilindros de compressão de potência, sendoque a passagem de gás inclui uma válvula de admissão e umaválvula de descarga que definem uma câmara de pressãoentre elas;sendo que o reservatório de ar é conectado por umapassagem do reservatório até a câmara de pressão em umlocal entre a válvula de admissão e a válvula de descarga.

6. Motor, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de incluir uma válvula de controledo reservatório na passagem do reservatório.

7. Motor, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de o reservatório de ar ser umacumulador adaptado para manter uma pressão relativamenteconstante dentro de uma faixa de pressão predeterminada.

8. Motor, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de incluir múltiplos pares decilindros de compressão e potência interconectados porpassagens de gás dotadas de câmaras de pressão, sendo queas câmaras de pressão são todas conectadas por umreservatório de ar comum.

9. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de incluir uma passagem de gás queinterconecta os cilindros de compressão e potência, sendoque a passagem de gás inclui uma válvula de admissão e umaválvula de escape que definem uma câmara de pressão entreelas;o reservatório de ar é conectado em paralelo àpassagem de gás com conexões de admissão e descarga apartir do reservatório de ar até os cilindros de compressãoe potência.

10. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de, no modo de ICE, o combustívelser inflamado em uma faixa de 5 a 40 graus de ângulo damanivela (CA) após o pistão de potência ter alcançado suaposição de ponto morto superior (TDC).

11. Motor, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de, no modo de ICE, o combustívelser inflamado em uma faixa de 10 a 3 0 de ângulo de manivela(CA) após o pistão de potência ter alcançado sua posição deponto morto superior (TDC).

12. Motor, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de, no modo de PAP, o combustívelser inflamado em uma faixa de 5 a 40 de ângulo de manivela(CA) após o pistão de potência ter alcançado sua posição deponto morto superior (TDC).

13. Motor, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de, no modo de PAP, o combustívelser inflamado em uma faixa de 10 a 3 0 de ângulo de manivela(CA) após o pistão de potência ter alcançado sua posição deponto morto superior (TDC).

14. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o motor ser operável no modo deICE e no modo de AC simultaneamente.

15. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de, durante um dos modos de ICE ePAP, o combustível ser inflamando em uma faixa de 5 a 40graus CA após o pistão de potência alcançar sua posição deTDC.

16. Motor, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de, durante um dos modos de ICE ePAP, o combustível ser inflamado em uma faixa de 10 a 3 0graus CA após o pistão de potência alcançar sua posição deTDC.

17. Motor híbrido de ar com ciclo dividido,caracterizado pelo fato de compreender:um virabrequim giratório em torno de um eixo dovirabrequim;um pistão de potência recebido de forma deslizantedentro de um cilindro de potência e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão depotência se alterne através de um curso de expansão e de umcurso de exaustão durante uma única rotação do virabrequim;um pistão de compressão recebido de forma deslizáveldentro de um cilindro de compressão e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão decompressão se alterne através de um curso de admissão e umcurso de compressão durante uma única rotação dovirabrequim;uma passagem de gás que interconecta os cilindros decompressão e potência, sendo que a passagem de gás incluiuma válvula de admissão e uma válvula de escape quedefinem uma câmara de pressão entre elas; eum reservatório conectado por uma primeira passagemde reservatório diretamente ao cilindro de potência e poruma segunda passagem de reservatório diretamente aocilindro de compressão, sendo que o reservatório de arfica separado da conexão direta com a passagem transversale conectado em paralelo com a mesma, sendo que oreservatório de ar é seletivamente operável para receberar comprimido do cilindro de compressão e para distribuirar comprimido ao cilindro de potência para uso natransmissão de potência ao virabrequim durante a operaçãodo motor.

18. Motor, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de incluir uma primeira válvula decontrole do reservatório na primeira passagem doreservatório e uma segunda válvula de controle doreservatório na segunda passagem do reservatório.

19. Motor, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de o motor ser operável em aomenos três modos, incluindo um modo de motor de combustãointerna (ICE) , um modo compressor de ar (AC) e um modo depotência de ar pré-comprimido (PAP), onde:no modo de ICE, o pistão de compressão atrai ecomprime o ar de admissão que será usado no cilindro depotência, e o ar de admissão é admitido no cilindro depotência com combustível, no início de um curso deexpansão, que é inflamado, queimado e expandido no mesmocurso de expansão do pistão de potência;no modo de AC, o pistão de compressão atrai e comprimeo ar que fica armazenado no reservatório de ar para usoposterior no cilindro de potência; eno modo de PAP, o cilindro de potência recebe o ararmazenado no reservatório a partir do reservatório de ar,e o reservatório de ar é admitido no cilindro de potênciacom combustível, no início de um curso de expansão, que éinflamado, queimado e expandido no mesmo curso de expansãodo pistão de potência.

20. Motor, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de, durante um dos modos de ICE ePAP, o combustível ser inflamado em uma faixa de 5 a 40graus CA após o pistão de potência alcançar sua posição deTDC.

21. Motor, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado pelo fato de, durante um dos modos de ICE ePAP, o combustível ser inflamado em uma faixa de 10 a 30graus CA após o pistão de potência alcançar sua posição deTDC.

22. Motor, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de o motor ser operável no modo deICE e no modo de AC simultaneamente.

23. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de uma razão de compressão e umarazão de expansão do motor serem iguais ou maiores que 26a 1.

24. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de uma razão de compressão e umarazão de expansão do motor serem iguais ou maiores que 4 0a 1.

25. Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de uma razão de compressão e umarazão de expansão do motor serem iguais ou maiores que 80a 1.

26. Motor híbrido de ar com ciclo dividido,caracterizado pelo fato de compreender:um pistão de potência recebido de forma deslizantedentro de um cilindro de potência e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão depotência se alterne através de um curso de expansão e de umcurso de exaustão durante uma única rotação do virabrequim;um pistão de compressão recebido de forma deslizáveldentro de um cilindro de compressão e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão decompressão se alterne através de um curso de admissão e umcurso de compressão durante uma única rotação dovirabrequim;um reservatório de ar conectado de forma operacionalentre o cilindro de compressão e o cilindro de potência eoperãvel para receber o ar comprimido do cilindro decompressão e distribuir o ar comprimido ao cilindro depotência para uso na potência de transmissão ao virabrequimdurante a operação do motor; eválvulas para controlar o fluxo de gás dentro e forados cilindros de compressão e potência e o reservatório dear, sendo que:o cilindro de potência é seletivamente operável paracolocar o pistão de potência nos seguintes modos:um modo de potência, sendo que o ar comprimidoproveniente do reservatório de ar ou o cilindro decompressão é distribuído, com ou sem combustível, aocilindro de potência; eum modo em repouso, sendo que o ar comprimidoproveniente do reservatório de ar ou o cilindro decompressão não é distribuído ao cilindro de potência.

27. Motor, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de o cilindro de compressão serseletivamente operável para colocar o pistão de compressãonos seguintes modos:um modo de compressão, sendo que o ar comprimido érecebido no reservatório de ar ou o cilindro de potência apartir do cilindro de compressão; eum modo em repouso, sendo que o ar comprimidoproveniente do reservatório de ar ou o cilindro decompressão não é distribuído ao cilindro de potência.

28. Motor, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de compreender, ainda:um mecanismo de controle operável para selecionarqualquer um entre ao menos um dos seguintes modos deoperação do motor:modo de motor de combustão interna, onde ao menosalgum ar comprimido proveniente do cilindro de compressão édistribuído, com combustível, ao cilindro de potência;modo de compressor de ar, onde o ar comprimidoproveniente do cilindro de compressão é recebido noreservatório de ar, porém, o ar comprimido proveniente doreservatório de ar não é distribuído ao cilindro depotência; emodo de potência de ar pré-comprimido, onde o arcomprimido proveniente do reservatório de ar é distribuído,com ou sem combustível, ao cilindro de potência, porém, oar comprimido proveniente do cilindro de compressão não érecebido no reservatório de ar.

29. Motor, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de o mecanismo de controlecompreender:uma válvula de controle de descarga do reservatórioconectada de forma operacional entre o reservatório de ar eo cilindro de potência, e operável para controlar o fluxode ar comprimido a partir do reservatório de ar até ocilindro de potência; euma válvula de controle de admissão situada em umaporta de admissão de cilindro de compressão, e operávelpara controlar o ar atraído no cilindro de compressão.

30. Motor, de acordo com a reivindicação 29,caracterizado pelo fato de o mecanismo de controlecompreender, ainda, uma unidade de controle para operar deforma seletiva e independente as válvulas de controle dedescarga e admissão do reservatório.

31. Motor, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de ser configurado de modo quequando se opera no modo de potência de ar pré-comprimido,o combustível é misturado com o ar comprimido distribuídoao cilindro de potência no início do curso de expansão e amistura é inflamada, queimada e expandida no dito curso deexpansão do pistão de potência, transmitindo potência aovirabrequim, e os produtos de combustão são descarregadosno seguinte curso de exaustão.

32. Motor, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de ser configurado de modo quequando se opera no modo de potência de ar pré-comprimido,o ar comprimido distribuído ao cilindro de potência éexpandido sem adição de combustível ou princípio decombustão.

33. Motor, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de incluir uma passagemtransversal de gás que interconecta os cilindros decompressão e potência, sendo que a passagem transversal degás inclui uma válvula de admissão e uma válvula dedescarga que definem uma câmara de pressão entre elas,sendo que as válvulas são independentemente operáveis.

34. Motor, de acordo com a reivindicação 33,caracterizado pelo fato de o reservatório ser conectado ápassagem transversal de gás através de uma válvula decontrole de reservatório.

35. Motor híbrido de ar com ciclo dividido,caracterizado pelo fato de compreender:um virabrequim giratório em torno de um eixo dovirabrequim;um pistão de potência recebido de forma deslizantedentro de um cilindro de potência e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão depotência se alterne através de um curso de expansão e de umcurso de exaustão durante uma única rotação do virabrequim;um pistão de compressão recebido de forma deslizáveldentro de um cilindro de compressão e conectado, de formaoperacional, ao virabrequim de tal modo que o pistão decompressão se alterne através de um curso de admissão e umcurso de compressão durante uma única rotação dovirabrequim;um reservatório de ar conectado de forma operacionalentre o cilindro de compressão e o cilindro de potência eoperável de forma seletiva para receber o ar comprimido docilindro de compressão e distribuir o ar comprimido aocilindro de potência para uso na potência de transmissão aovirabrequim durante a operação do motor; eválvulas que controlam seletivamente o fluxo de gásdentro e fora dos cilindros de compressão e potência e oreservatório de ar de tal modo que o motor seja operávelem um modo de potência de ar pré-comprimido (PAP) , sendoque no modo de PAP:o cilindro de potência recebe o ar comprimidoproveniente do reservatório de ar no início de um curso deexpansão do pistão de potência que é misturado comcombustível durante o mesmo curso de expansão e ocombustível é inflamado, queimado e expandido no mesmocurso de expansão, transmitindo potência ao virabrequim.

36. Motor, de acordo com a reivindicação 35,caracterizado pelo fato de, no modo de PAP, o arcomprimido proveniente do cilindro de compressão não serrecebido no reservatório de ar.

37. Motor, de acordo com a reivindicação 35,caracterizado pelo fato de, no modo de PAP, o combustívelser inflamado em uma faixa de 5 a 40 graus de ângulo demanivela após o pistão de potência ter alcançado suaposição de ponto morto superior.

38. Motor, de acordo com a reivindicação 37,caracterizado pelo fato de, no modo de PAP, o combustívelser inflamado em uma faixa de 10 a 3 0 graus de ângulo demanivela após o pistão de potência ter alcançado suaposição de ponto morto superior.

39. Motor, de acordo com a reivindicação 35,caracterizado pelo fato de o reservatório de arcompreender uma passagem de gás dimensionada para recebere armazenar o ar comprimido proveniente de uma pluralidadede cursos de compressão, sendo que a passagem de gásinterconecta os cilindros de compressão e potência, sendoque a passagem de gás inclui uma válvula de admissão e umaválvula de descarga que definem uma câmara de pressãoentre elas.

40. Motor, de acordo com a reivindicação 35,caracterizado pelo fato de incluir uma passagem de gás queinterconecta os cilindros de compressão e potência, sendoque a passagem de gás inclui uma válvula de admissão e umaválvula de descarga que definem uma câmara de pressão entreelas;sendo que o reservatório de ar está conectado por umapassagem do reservatório à câmara de pressão em um localentre a válvula de admissão e a válvula de descarga.

41. Motor, de acordo com a reivindicação 40,caracterizado pelo fato de incluir uma válvula de controledo reservatório na passagem do reservatório.

42. Motor, de acordo com a reivindicação 41,caracterizado pelo fato de o reservatório de ar ser umacumulador adaptado para manter uma pressão relativamenteconstante dentro de uma faixa de pressão predeterminada.

43. Motor, de acordo com a reivindicação 40,caracterizado pelo fato de incluir múltiplos pares decilindros de compressão e potência interconectados porpassagens de gás dotadas de câmaras de pressão, sendo queas câmaras de pressão são todas conectadas por umreservatório de ar comum.