BRPI0709469A2 - método de controle de uma redução das concentrações de combustìvel desejadas e calor desejados, com relação concentrações de oxigênio para um evento de ignição de combustiveç no interior de uma cámara de combustão principal de um motor e aparelho de melhoria de um motor a combustão interna que compreende um cilindro - Google Patents

método de controle de uma redução das concentrações de combustìvel desejadas e calor desejados, com relação concentrações de oxigênio para um evento de ignição de combustiveç no interior de uma cámara de combustão principal de um motor e aparelho de melhoria de um motor a combustão interna que compreende um cilindro Download PDF

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Abstract

MéTODO DE CONTROLE DE UMA REDUçãO DAS CONCENTRAçõES DE COMBUSTìVEL DESEJADAS E CALOR DESEJADO COM RELAçãO A CONCENTRAçõES DE OXIGêNIO PARA UM EVENTO DE IGNIçãO DE COMBUSTìVEL NO INTERIOR DE UMA CáMARA DE COMBUSTãO PRINCIPAL DE UM MOTOR E APARELHO DE MELHORIA DE UM MOTOR A COMBUSTãO INTERNA QUE COMPREENDE UM CILINDRO. é fornecido um processo (100) de aumento da combustão homogênea e aumento da ignição em motores IC com pistão recíproco e giratório. Realizações físicas que sustentam este processo possuem câmaras secundárias (32) embutidas na periferia do cilindro (36) para iniciar a geração de substâncias de ignição de radicais ("RI") em um ciclo anterior para uso em um ciclo posterior. Estas comunicam-se com a câmara principal (34) por meio de pequenos condutores (42) . Coordenadas com as progressões facilitadas por estas câmaras secundárias (32), encontram-se medidas de controle inovadoras para regular as quantidades de substâncias RI por fim geradas. A presença previamente determinável de substâncias RI a serem fornecidas altera ou adiciona variedade controlada para as reações de início de cadeias dominantes do mecanismo de ignição de combustão principal do ciclo posterior. Esta presença o faz reduzindo as razões de calor e de combustível necessárias para iniciar e manter a combustão. Esta presença aumenta, portanto, a combustão e reduz as emissões em motores com ignição de radicais, ignição a vela e ignição por compressão.

Description

MÉTODO DE CONTROLE DE UMA REDUÇÃO DAS CONCENTRAÇÕESDE COMBUSTÍVEL DESEJADAS E CALOR DESEJADO COM RELAÇÃO ACONCENTRAÇÕES DE OXIGÊNIO PARA UM EVENTO DE IGNIÇÃO DECOMBUSTÍVEL NO INTERIOR DE UMA CÂMARA DE COMBUSTÃO PRINCIPALDE UM MOTOR E APARELHO DE MELHORIA DE UM MOTOR A COMBUSTÃOINTERNA QUE COMPREENDE UM CILINDRO
CAMPO DA INVENÇÃO
As realizações referem-se, de forma geral, aosprocessos químico-cinéticos termo-fluidos comuns envolvidosem um início controlado aprimorado e aumento da combustão dehidrogênio, álcool, combustíveis hidrocarbonetos ecombinações de combustível/aquosas-combustível em motores pormeio do uso de substâncias de ignição de radicaisselecionadas.
Antecedentes da Invenção
Os motores a combustão interna ("IC") têm sido umafonte principal de potência motora por cerca de oito décadas.Desta forma, embora muitos esforços estejam sendo atualmentededicados ao desenvolvimento de novos conceitos de motores(elétricos, células de combustível, híbridos etc.), maisesforços ainda estão sendo dedicados ao aprimoramentocontínuo do motor IC cíclico (recíproco e giratório). Sãomais recentes deste progresso os esforços de coevolução dos"projetos de combustível" e "projetos de motores" para melhoracomodação entre si. A maior parte deste trabalho aindapermanece concentrada nos modos de ignição a vela ("SI") eignição por compressão ("Cl") para o início da combustão("SOC"). Entretanto, apesar de muitos avanços relacionados,permanece a existência de penalidades e limitações associadasnão apenas às versões convencionais destes modos de ignição,mas também a permutas mais novas entre estes dois tempos. Asrazões destes inibidores decorrem da natureza das combustõescom estes modos.Em combustão por propagação de chama iniciada porSI convencional, quando uma mistura homogênea de combustívele ar for suficientemente rica para sustentar uma chama esofrer ignição em um ponto por uma vela, forma-se uma sementede chama que avança a partir do ponto de ignição na forma defrente de combustão. Esta frente, entretanto, espalha-seatravés da câmara principal à sua própria velocidade naturale encontra-se efetivamente além de qualquer controleadicional. Além disso, no interior desta zona (frente) deatividade química, a potência exotérmica específica e o tempode permanência da substância reagente não podem sercontrolados. A rápida expansão dentro dessa zona de combustãomóvel (devido à liberação da energia exotérmica) tende acausar a expulsão prematura das suas partículas reagentes (dafrente móvel). Desta forma, a velocidade de combustão éreduzida e a combustão é incompleta com emissõesindesejáveis.
Em CI injetada dirigida ("Dl") convencional, ocombustível é inserido com uma velocidade de entradaconsiderável. Ao entrar na câmara de combustão, o combustívelé atomizado em conjuntos globulares cuja densidade numérica ésuficientemente alta para formar nuvens de gotícuias decombustível densamente espaçadas para que a chama seestabilize em volta delas como um envelope. As suas frentessão dirigidas em seguida ao longo da carga de ar comprimidopelo ímpeto imposto na inserção de pulverização. 0 oxigênio écompletamente esgotado no interior dos envelopes de chamaenquanto o combustível é totalmente consumido nas frentes. 0combustível atinge a sua temperatura máxima nas frentes dechama, de forma a estabilizar o processo de combustão. Issotambém serve, entretanto, para maximizar a formação de óxidosnítricos. Além disso, o combustível é pirolizado na forma defuligem à medida que se aproxima das zonas de altatemperatura na ausência de oxigênio. Adicionalmente, como nocaso de SI convencional, após SOC, a combustão nesse processoconvencional encontra-se efetivamente além de qualquercontrole adicional. Melhorias convencionais deste processoforam geralmente limitadas à eficácia da mistura de ar ecombustível.
Em SI convencional e DI CI convencional, o processode ignição é dirigido por mecanismos químico-cinéticos sobtemperatura relativamente "mais alta". Dependendo docombustível, as reações de início de cadeia responsáveis peloinício desses mecanismos envolvem a oxidação direta decombustível ou a dissociação de combustível. A dissociação decombustível pode dever-se às próprias temperaturas mais altas(dissociação térmica) ou a terceiras reações corporais àstemperaturas mais altas (dependentes delas). Assim, nas suasformas convencionais, estes dois tempos necessitam de níveisrelativamente mais altos de calor para iniciar a combustão(em comparação com os níveis necessários em alguns dosdesenvolvimentos mais novos) . Além disso, para que acombustão iniciada por estes modos seja sustentável, sãotipicamente necessárias concentrações relativamente maisaltas do combustível com relação ao oxigênio (em comparaçãocom as necessárias para algumas das permutas de oxigênio maisnovas).
Ao contrário de SI convencional e CI convencional,o processo de combustão homogênea pode permitir a redução docalor necessário para ignição e uma redução da razão entre ocombustível e o oxigênio necessária para combustãosustentada. A combustão homogênea permite o envelopamentosimultâneo do volume da carga de ar e combustível da câmarade combustão principal durante a ignição. 0 evento decombustão é iniciado ao longo de toda a mistura (ou seja,ignição de múltiplos pontos) e processa-se sem frentes dechama móveis visíveis. Desta forma, motores que empregamcombustão homogênea geralmente comportam-se como reatoresquímicos agitados e que sofrem ignição por compressão. Noprocesso de combustão homogênea, a química-cinética damistura de ar e combustível em reação é iniciadaprincipalmente por concentrações de substâncias, temperaturae suas combinações. A seguir, a indução química da combustãohomogênea por meio de concentrações de substâncias édenominada RI ("Ignição de Radicais") e a indução portemperatura é denominada TI ("Ignição Térmica"). TI é umapermuta de CI.
Um exemplo inicial de combustão homogênea induzidapor RI é descrito nas Patentes Norte-Americanas n° 3.092.088,3.230.933, 3.283.751 e 3.802.827 de Goossak. No motor IC recíproco de quatro tempos "LAG" de Goossak, a ignição a velade uma mistura rica em combustível em uma câmara préviapequena é seguida pela queima de uma mistura pobre emcombustível na câmara principal, muito maior. Para conectarestas câmaras, o motor a ignição sob baixa temperatura de Goossak utiliza-se de um pequeno canal. Este canal goteja eresfria os gases da queima emitidos pela câmara prévia, deforma que a chama não passe. Ao contrário, apenas um jato demassa de produtos de combustão incompleta sem queima étransmitido para a câmara de combustão principal. Sob certascondições operativas, a combustão é observada em seguidadesenvolvendo-se simultaneamente no volume da carga de ar ecombustível da câmara de combustão principal a partir dasvárias sementes pequenas de produtos induzidas pelas ondasturbulentas do jato de massa da câmara prévia. Nestas condições de operação, esta ignição de múltiplos pontossegue-se a partir da dispersão quase homogênea dessassementes.
É a alta atividade química induzida por substânciasintermediárias e radicais tais como CH3, H2O2, CH2O, C2, CH eH (produzidos pela combustão incompleta de uma mistura ricana câmara prévia) acoplada a níveis de alta intensidade deturbulência (gerados pelo jato de massa) que juntos produzemignição precoce e rápida combustão na câmara de combustãoprincipal do motor LAG. Embora nem todas as substânciasresponsáveis pela combustão homogênea com carga estratifiçadano motor LAG sejam radicais, desde Goossak e posteriormente,compreende-se que RI significa auto-ignição induzidaprincipalmente pela presença de radicais e/ou substânciasintermediárias altamente reativas (juntos denominados"substâncias RI"). Infelizmente, por ser dependente dadispersão dinâmica de fluidos das sementes de produto nomesmo ciclo, o motor LAG somente poderá operar eficientementeao longo de uma parte limitada do regime de operação total domotor.
Blaser et al descobriram uma abordagem diferentepara RI. Trabalho posterior sobre esta abordagem gerou váriosprojetos de motores IC recíprocos de quatro tempos práticos(Patentes Norte-Americanas n° 4.898.135, 5.862.788 e6.178.942). Esta abordagem permite a geração de substânciasRI em um ciclo para uso no seguinte, de forma que supere aslimitações de dispersão do motor LAG. Em um exemplo recentedenominado SCS ("Sistema de Combustão Sonex"), os mesmosefeitos dominantes encontrados em ignição sob baixatemperatura no motor LAG são criados por esta configuração demicrocâmara de pistão: nomeadamente, "substância RI" eintensa turbulência. Infelizmente, esta tecnologia possuidesvantagens. Uma é que ela somente pode fornecer otimizaçõesde regime de operação de motor geral médias para melhorias daeficiência do motor e redução de emissões simultâneas. Comoela deve tipicamente ser otimizada para as condições de umregime de operação geral de um motor, esta tecnologia combase em pistão produz quantidade excessiva de radicaisdurante altas cargas e não produz radicais suficientesdurante cargas baixas. Em compensação, os controles de motordevem sobreajustar os tempos de injeção de combustível paraatingir tempos de SOC desejados. Conseqüentemente, em cargasaltas, os tempos de injeção devem ser tarde demais para amistura adequada do combustível, prejudicando o grau dehomogeneidade da combustão e aumentando a produção de CO eoutros poluentes. Desta forma, ele não pode utilizar o potencial total de RI a todo momento no regime de operação domotor. Em alguns pontos de operação, ele realmente reduz odesempenho do motor.
Voltando para TI, um exemplo inicial é atribuído aNoguchi et al na Patente Norte-Americana n° 4.317.432. Essapatente descreve um processo de combustão por auto-igniçãosob baixa temperatura em um motor IC recíproco de dois temposa gasolina denominado combustão Toyota-Soken (wTS"). Nessavariante de TI, o projeto de porta de entrada/exaustão criauma sobreposição entre os gases queimados de saída e a carga nova de entrada. Isso permite a transferência de calor (etambém a condução de alguns produtos quimicamente ativos)para a carga nova fria. Algumas características da combustãode TS imitam as de motores LAG e SCS do estado da técnica.Desenvolvido aproximadamente ao mesmo tempo, o motor ATAC(Combustão por Atmosfera Termo-Ativa) também envolveessencialmente os mesmos fenômenos de TI que TS (DocumentoSAE n° 790501 (Onishi et al) ) . Embora o envolvimento deradicais seja ressaltado em avanços deste tipo de motor porIshibashi e Asai (Documento SAE n° 980757 e Patente Norte-Americana n° 5.697.332) em comparação com a atividade deradicais geral nos motores LAG e SCS, concluiu-se que essaatividade é mínima nos motores TS e ATAC. Além disso, aocontrário do motor SCS, não há condução de substâncias RInesses motores de um ciclo para o seguinte. Desta forma,atualmente, TS e ATAC são classificados junto com a famíliade motores ignição por compressão de carga homogênea (HCCI).HCCI é TI e, portanto, uma permuta de Cl.
Najt e Foster (Documento SAE n° 830264) estenderamo uso da energia térmica dos gases de exaustão para causarcombustão homogênea de TI em motores IC recíprocos de quatrotempos. O seu trabalho e cálculos numéricos mais recentes comEGR (Documento SAE n° 2001-28-0048 (Blank et al) , que éincorporado como referência) juntos confirmam que TI induzuma queima homogênea por meio de aquecimento térmico da cargae diluição de oxigênio. Além disso, as principais "espéciesRI" consideradas responsáveis pela indução de auto-igniçãonos motores LAG e SCS não são encontradas nos gases deexaustão de combustão de EGR TI desse estudo computacionalmais recente. Desta forma, substâncias RI não estãoenvolvidas nas variantes de HCCI de quatro tempos. Váriosoutros nomes para combustão HCCI incluem ignição porcompressão de carga previamente misturada ("PCCI") e cargahomogênea que sofreu ignição por compressão ("CIHC").
Muito mais trabalho foi conduzido em seguida paraestender a capacidade de aplicação de TI em aplicações demotor IC recíproco de dois impulsos e de quatro impulsos. Emcertas condições de operação no motor PCCI, entretanto, aindahá problemas não resolvidos. A combustão inicia-se no motorHCCI por meio de auto-ignição induzida por reação de iníciode cadeia de O2-Combustivel por "baixa" temperatura induzidapor compressão. Como a mistura de carga de ar e combustível éformada bem antes do centro morto superior ("TDC"), a igniçãopode ocorrer em vários momentos durante o processo decompressão. Desta forma, à medida que aumenta a carga domotor, o tempo de ignição tende a avançar e a velocidade decombustão tende a aumentar. Além disso, devido à liberaçãoprecoce de calor antes de TDC, a eficiência térmica podediminuir e, devido à combustão mais rápida e mais precoce, aoperação do motor pode tornar-se difícil. Por outro lado,quando a carga aumenta, o tempo de ignição tende a serretardado. Isso pode eventualmente resultar em falha deignição, bem como em aumento das emissões. Além disso, quandoa velocidade do motor aumenta, como o tempo disponível paraas reações preliminares sob baixa temperatura da misturadiluída torna-se menor, o tempo para a liberação de calorprincipal é retardado. Neste caso, se o tempo disponíveltornar-se insuficiente, pode também ocorrer falha de ignição.
Estes problemas de PCCI podem ser observados doponto de vista da razão de compressão ("CR"). Existe uma CRem que ocorrerá a auto-ignição (via Cl) para um dado conjuntode condições iniciais com um combustível específico. Casoaquela CR (denominada a seguir "CR de carga efetiva") seja amesma da "razão de compressão mecânica do motor", a combustãoocorrerá no tempo "certo", ou seja, tipicamente com o inícioda combustão tendo lugar quando o pistão estiver em TDC e compressão de cilindro de pico ocorrendo geralmente em até dezgraus de ângulo de manivela. Caso a CR de carga efetiva (CRde auto-ignição) seja mais baixa que a CR mecânica do motor,entretanto, a combustão iniciará antes de TDC do pistão e omotor baterá inaceitavelmente. Caso a CR de auto-ignição sejamais alta que a CR mecânica do motor, ocorrerá uma falha deignição e o motor não funcionará. A principal limitação de TIé, portanto, a ausência de um meio aceitável de controle doinício de HCCI e SCCI previamente misturados (Cl de cargaestratifiçada) (coletivamente PCCI) ao longo da faixapossível de condições de operação (que incluem valores decetano ou octano, temperaturas ambiente, cargas, velocidadesde motor etc.) necessárias para um motor prático.
Mais trabalho também foi conduzido para estender ouso do modo RI. Com base segura nas característicastermoquímicas do conceito LAG, Oppenheim et al desenvolveramo sistema de ignição de Combustão a Jato Pulsado (PJC) e,posteriormente, um segundo sistema denominado sistema deCombustão e Injeção de Coluna de Jato (JPIC) (Patentes Norte-Americanas n° 4.924.828, 4.926.818, 4.974.571 e 5.271.365; eDocumentos SAE n° 2000-01-0194 e 2000-01-0199) . No seusistema JPIC, entretanto, o controle da combustão depende dacomposição reagente e da mecânica de fluidos e, portanto,sofre as mesmas restrições encontradas no motor LAG.
Uma extensão com base em catálise do conceito deLAG é o estado da técnica denominado Smartplugs (PatentesNorte-Americanas n° 4.977.873, 5.109.817, 5.297.518 e5.421.299). 0 inserto Smartplug fornece o mesmo efeito de umacâmara prévia rica em combustível que sofreu ignição por umavela, mas sem a complexidade adicional de um fornecimento decombustível de câmara prévia. Em vez do trajeto de produtosde combustão incompleta por meio de um jato de massa,entretanto, este é principalmente uma forma de TI, queprojeta energia térmica por meio de um jato de chama. Destaforma, o Smartplug não envolve RI e suas vantagens sãolimitadas principalmente a aplicações de carga previamentemisturada com os seus potenciais de eficiência térmica maisbaixos.
Dois esforços recentes de geração de produtos decombustão incompleta fora do cilindro de combustão de motorpara uso imediato no aumento do controle da combustão nocilindro são indicados nas Patentes Norte-Americanas n°6.092.512 e 6.345.610. Embora estes dois permitam o usodirigido de quantidades medidas de produtos de combustãoincompleta apropriados a cada condição de operação de motor,o primeiro depende de condições variáveis de gás de exaustãoe o segundo é simplesmente o próprio conceito de LAG movidopara o condutor de entrada. Estes não podem ser eficazes emsituações de alta carga e velocidade. Desta forma, nenhum écapaz de fornecer o controle necessário para proporcionar aocorrência de combustão homogênea e trabalho ao longo de todoo regime de operação do motor. Desde então, foi sugerida umaabordagem de modo duplo que incorpora a tecnologia de LAG emcargas apenas leves (vide a Patente Norte-Americana n°6.595.181). A partir desta breve análise, vários pontostornam-se evidentes. Principalmente, apenas RI e a variantede TI (de Cl) são capazes de produzir combustão homogênea emmotores de Cl. TI eficaz do estado da técnica é limitado,entretanto, a aplicações de combustível previamente misturado(e, portanto, a eficiências mais baixas) e a operações sobrepartes apenas limitadas do regime de operação de motor.
Embora variantes de motor IC de inserção de combustível DIforneçam potenciais de eficiência mais altos e não sejamlimitados ao regime de operação do motor, eles infelizmentenão são capazes de operações de combustão homogênea. Emmotores RI convencionais, a única variante exibida capaz deoperações homogêneas de modo único ao longo de todo o regimede operação do motor com DI do combustível é o motor SCS. 0exercício de controle ao longo da combustão nesta variante deRI é, entretanto, muito limitado e, dentro de certas partesdo regime de operação do motor, esta variante realmenteprejudica a combustão.
RESUMO DA INVENÇÃO
Uma realização refere-se, de forma geral, a ummétodo de controle de redução em concentrações de combustívelnecessário e calor necessário com relação a concentrações deoxigênio para ignição de um combustível no interior de umacâmara de combustão principal de um motor. 0 método inclui ofornecimento de uma série de substâncias de ignição deradicais geradas em pelo menos um ciclo de combustão anteriorem uma câmara secundária associada à câmara de combustãoprincipal do motor, em que a série de substâncias de igniçãode radicais é gerada por pelo menos um mecanismo cinéticoquímico dirigido por substâncias de ignição de radical OH. Ométodo também inclui o direcionamento de uma parte da sériede substâncias de ignição de radicais para a câmara decombustão principal. O método inclui ainda a regulagem de umacúmulo da parte da substância de ignição de radical e umasubstância de ignição de radical gerada da câmara decombustão principal para modular um evento de ignição paracombustível na câmara de combustão principal.
Outra realização refere-se, de forma geral, a umprocesso de modulação química da combustão de um combustívelno interior de um motor, utilizando uma quantidadepreviamente determinada de uma série de substâncias deignição de radicais. O processo inclui o fornecimento de pelomenos uma câmara secundária conectada por pelo menos umcondutor a uma câmara de combustão principal com volumevariável e direcionamento da quantidade previamentedeterminada da série de substâncias de ignição de radicaisgeradas, ao menos em parte, em pelo menos um ciclo anteriorno interior do motor para a câmara de combustão principal comvolume variável, para mistura com uma nova carga de ar dacâmara de combustão principal com volume variável antes deuma extremidade de um evento de compressão principal. Oprocesso também inclui a captura de uma segunda parte do arda câmara de combustão principal com volume variável e ocombustível em pelo menos uma câmara secundária durante oevento de compressão principal, utilizando a quantidadepreviamente determinada da série de substâncias de ignição deradicais na câmara de combustão principal com volume variávelpara agir como um agente para ativar, em primeiro lugar, umevento de ignição prévia do combustível, dirigindo umaquímica de ignição prévia que envolve a decomposição decombustível por meio de radicais para iniciar, em seguida,uma química de ignição de um evento de ignição que dirige adecomposição de combustível por meio de OH. 0 método incluiainda o uso de picos de pressão gerados pelo evento deignição e uma combustão do combustível para dirigir OH eenergia da câmara de combustão principal com volume variávelpara pelo menos uma câmara secundária. 0 método inclui aindao uso de OH e uma energia transferida da câmara de combustãoprincipal com volume variável e uma segunda série desubstâncias de ignição de radicais residentes nas câmarassecundárias para dirigir um submecanismo de decomposição decombustível dirigido por substâncias com radical OH ou umasérie de submecanismos de decomposição de combustíveldirigida por substâncias com radical OH na pelo menos umacâmara secundária para a geração de substâncias de ignição deradicais adicionais.
Ainda outra realização refere-se, de forma geral, aum aparelho em um motor a combustão interna que inclui umcilindro, em que o cilindro compreende adicionalmente pelomenos uma câmara de combustão de volume variável definida porum componente de produção de força de trabalho que se móvelno interior de um espaço delimitado externamente por umabrigo de cilindro. 0 cilindro é configurado para receber periodicamente um combustível e uma carga de ar e paraimplementar um ciclo de combustão que compreende fases deentrada, compressão principal, combustão, expansão depotência e partes de exaustão. 0 aparelho inclui pelo menosuma minicâmara disposta em volta do abrigo de cilindro docilindro próximo à pelo menos uma câmara de combustão comvolume variável, em que a pelo menos uma minicâmara éconfigurada para servir de local de origem para a geração deuma série de substâncias de ignição de radicais. 0 aparelhotambém inclui pelo menos um condutor de conexão configuradopara acoplar a pelo menos uma minicâmara a pelo menos umacâmara de combustão com volume variável, em que o pelo menosum condutor de conexão também é configurado para permitir ofluxo da série de substâncias de ignição de radicais, o ar, ocombustível e os produtos de reação química para dentro epara fora da pelo menos uma minicâmara durante várias fasesdo ciclo de combustão. 0 aparelho inclui adicionalmente pelomenos um controlador associado à pelo menos uma minicâmaraconfigurada para regular uma quantidade da série desubstâncias de ignição de radicais fornecida para a pelomenos uma câmara de combustão com volume variável com basenas necessidades de velocidade e carga aplicadas ao motor.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
Várias características das realizações podem serapreciadas mais completamente à medida que elas são mais bemcompreendidas com referência à descrição detalhada dasrealizações a seguir, quando consideradas com relação àsfiguras anexas.
A Fig. 1 descreve um processo químico-cinéticotermofluido de HCRI generalizado de acordo com o processo deHCRI 100.
A Fig. 2A é um diagrama esquemático composto de umcilindro de combustão de motor isolado de um exemplo de motorHCRI 200 que utiliza o processo de HCRI 100 exibido na Fig. 1.
A Fig. 2B é um esquema de um exemplo de sistema decontrole eletrônico para a realização de motor HCRIgeneralizada exibida na Fig. 2A.
A Fig. 3 é uma plotagem que ilustra limitaçõesgerais de ignição para hidrogênio, álcool e combustíveishidrocarbonetos.
A Fig. 4A ilustra um diagrama esquemático dointerior de um cilindro de combustão de motor isolado de umexemplo de Motor a Combustão Giratório HCRI de quatrocilindros (motor HCRI 300) utilizando o processo de HCRI 100exibido na Fig. 1 de acordo com o motor HCRI 200.
A Fig. 4B ilustra uma vista superior de doiscilindros de combustão de motor do Motor a CombustãoGiratório HCRI de quatro cilindros exibido na Fig. 4Autilizando o processo de HCRI.
A Fig. 4C ilustra uma vista superior de uma seçãode conjunto de minicâmaras montada na periferia de um abrigo(A-A) para a realização de Motor a Combustão Giratório HCRIde quatro cilindros exibida na Fig. 4A utilizando o processode HCRI.
A Fig. 4D ilustra uma vista lateral de um rotor emum cilindro de combustão de motor para a realização do Motora Combustão Giratório HCRI de quatro cilindros exibido naFig. 4A utilizando o processo de HCRI.
A Fig. 5A ilustra um esquema de diagrama de seçãocruzada axial interna (seção através da linha E-E) de umcilindro de combustão de motor de um exemplo de MotorRecíproco de Dois Tempos HCRI (motor HCRI 400) utilizando oprocesso de HCRI 100 exibido na Fig. 1 de acordo com o motorHCRI 200.
A Fig. 5B ilustra um diagrama esquemático do topointerno (seção cruzada radial através da cabeça que inclui alinha E-E) de um cilindro de combustão de motor da realizaçãode Motor Recíproco de Dois Tempos HCRI exibida na Fig. 5Autilizando o processo de HCRI.
A Fig. 5C ilustra um diagrama esquemático de fundointerno (vista superior de seção cruzada radial do fundo docilindro através das linhas G-G e H-H e que também exibe opistão abaixo destas linhas) de um cilindro a combustão demotor da realização de Motor Recíproco de Dois Tempos HCRIexibida na Fig. 5A utilizando o processo de HCRI.
A Fig. 6A ilustra um esquema de um diagrama deseção cruzada axial interna (seção através da linha D-D) deum cilindro de combustão de motor de um exemplo de MotorRecíproco de Quatro Tempos HCRI (motor HCRI 500) utilizando oprocesso de HCRI 100 exibido na Fig. 1 de acordo com o motorHCRI 200.
A Fig. 6B ilustra um esquema de um diagrama deseção cruzada axial interna (através das linhas J-J e K-K) deum cilindro de combustão de motor do Motor Recíproco deQuatro Tempos HCRI exibido na Fig. 6A utilizando o processode HCRI.
A Fig. 6C ilustra um diagrama esquemático de topointerno (seção cruzada radial através da cabeça de cilindroque inclui as linhas D-D e J-J) de um cilindro de combustãode motor do Motor Recíproco de Quatro tempos HCRI exibido naFig. 6A utilizando o processo de HCRI.
A Fig. 6D ilustra um diagrama esquemático de fundointerno (seção cruzada radial de fundo que inclui as linhasK-K) de um cilindro de combustão de motor do Motor Recíprocode Quatro tempos HCRI exibido na Fig. 6A utilizando oprocesso de HCRI.
A Fig. 7A é um gráfico que exibe valores de Pressãoχ Ângulo de Manivela ("CA") de amostra para as câmarasprimária e secundária de um Motor Recíproco de Quatro TemposDI HCRI Total para combustível C2H5OH e CR 17,5:1 (Px- câmaraprincipal, P2 - minicâmara).
A Fig. 7B é um gráfico que exibe uma amostra devalores de Temperatura χ Ângulo de Manivela ("CA") para ascâmaras primária e secundária de um Motor Recíproco de QuatroTempos DI HCRI Total para combustível C2H5OH e CR 17,5:1 (Ti-câmara principal, T2 - minicâmara).
DESCRIÇÃO DETALHADA DE REALIZAÇÕESPor simplicidade e para fins ilustrativos, osprincípios da presente invenção são descritos por meio dereferência principal a exemplos de suas realizações. Ostécnicos comuns no assunto reconhecerão facilmente,entretanto, que os mesmos princípios são igualmenteaplicáveis a todos os tipos de motores a combustão, podem serneles implementados e nenhuma dessas variações afasta-se doespírito e escopo verdadeiro da presente invenção. Alémdisso, na descrição detalhada a seguir, são feitasreferências às figuras anexas, que ilustram realizaçõesespecíficas. Alterações elétricas, mecânicas, lógicas eestruturais podem ser efetuadas nas realizações sem abandonaro espírito e escopo da presente invenção. A descriçãodetalhada a seguir não deve, portanto, ser considerada emsentido limitador e o escopo da presente invenção é definidopelas reivindicações anexas e seus equivalentes.
Uma realização refere-se, de forma geral, a umprocesso de controle de ignição. Mais especificamente, oprocesso de controle de ignição é um procedimento químico-cinético termofluido configurado para fornecer o controleexato sobre o início da substância RI de combustão homogêneae de combustão quase homogênea em motores IC cíclicos,utilizando vários combustíveis de hidrogênio, álcool ehidrocarbonetos e misturas de combustível/aquosa-combustível.O processo de controle de ignição atinge este controle exatoutilizando substâncias RI, ou seja, radicais e substânciasintermediárias altamente reativas, para "dominar" a ignição ea combustão em motores IC cíclicos. A auto-ignição sob estascondições pode ser indicada como sendo por meio de um modo deignição de radicais ("RI").
Outras realizações referem-se à regulagem decombustão nos motores IC cíclicos (pistão recíproco egiratório) de forma que possa ser adaptado a qualquer pontoem um regime de operação de motor. Estas outras realizaçõespodem ser implementadas na forma de motor IC cíclicomodificado para utilizar o processo de controle de ignição.
Além dos motores de modo de ignição isolado que utilizam RI,realizações do processo de controle de ignição podem tambémaumentar SI e CI dentro de uma série de motores IC cíclicosadicionais. Esses motores IC de aumento de substâncias RIutilizam as substâncias RI para "assistir" (e não dominar) aignição e a combustão em formas modificadas do ICconvencional que fazem uso principal desses modos de igniçãomais antigos. Em todos os três casos de modo de ignição, ouso do processo de controle de ignição pode oferecercombustão aprimorada com maiores eficiências e menoresemissões gerais.
Comparando-se os mecanismos químico-cinéticosresponsáveis pelo SOC por meio de RI com os mecanismos geraisassociados ao SOC por meio dos outros modos de ignição, apermuta de TI ("ignição térmica") de modo CI serve de bomponto de referência. O SOC com TI de combustível previamentemisturado geralmente ocorre em temperaturas "baixas" emcomparação com as temperaturas "mais altas" tipicamenteassociadas a DI CI e SI. Além disso, as reações de início decadeia responsáveis por TI nas temperaturas "baixas" são maistipicamente reações de oxidação de combustível. Por outrolado, o processo de RI controlado ocorre sob temperaturas"mais baixas" com relação às temperaturas "baixas" de TI.Além disso, as reações de início de cadeia responsáveis porRI envolvem principalmente as substâncias RI H2O2 e HO2, e nãoreações de combustível e O2. Adicionalmente, as reações deinício de cadeia com base em substâncias RI responsáveis porRI nas temperaturas "mais baixas" são tipicamente muito maisrápidas que as reações de início de cadeia com base emoxidação de combustível responsáveis por TI nas temperaturas"baixas".
Adicionalmente, as reações de início de cadeia deCombustivel-O2 dominantes de TI são altamente afetadas pelarazão entre ar e combustível. Por outro lado, como elas se baseiam em um mecanismo muito diferente, as reações de iníciode cadeia dominantes responsáveis por RI são muito menosdependentes da razão entre ar e combustível. Ao contrário, asreações de início de cadeia de RI dominantes dependem muitomais da força da presença das substâncias RI. Estascomparações entre TI e RI aplicam-se ao combustível DI e aossubcasos de combustível previamente misturado de RI decombustão homogênea ("HCRI"). Além disso, como esta força depresença torna-se uma característica controlável peloprocesso de controle de ignição, esta invenção de novoprocesso é capaz de permitir uma busca mais profunda dopotencial impagável do estado da técnica associada ao modo SIe às permutas do modo de ignição de CI para os casos decombustível DI e previamente misturado.
As realizações de motor IC do processo de controlede ignição contêm um ou mais cilindros de combustão de motorcom meios para facilitar a repetição cíclica de eventos decompressão principal, combustão principal, expansão depotência, exaustão e entrada comuns na família geral demotores IC de pistão recíproco e giratórios do campo. São exclusivas desses motores câmaras de geração de substânciasRI secundárias estacionárias localizadas nas proximidades dascâmaras de combustão primárias dos cilindros. Em motoresrecíprocos de dois e quatro tempos, estas câmaras secundárias(denominadas minicâmaras) podem estar localizadas nas cabeçasdos cilindros e/ou nas camisas dos cilindros, ou perto delas,as quais, junto com os pistões, rodeiam (e, desta forma,definem) as câmaras de combustão primárias (denominadascâmaras principais). Em motores a combustão giratórios, essasminicâmaras estão tipicamente posicionadas em locaisfuncionalmente equivalentes no interior da periferia doabrigo de cilindro, ou perto dela, e, junto com o rotor,definem as várias câmaras primárias (principais).
Estas minicâmaras ("M-Cs") são acopladas às câmarasprimárias por meio de condutores. Os condutores sãodimensionados de forma que os fluxos entre as M-Cs e ascâmaras principais são acelerados na maior parte dasvelocidades de operação completa das realizações de motoresIC. O tamanho do condutor também é configurado para resfriaras chamas no interior dos condutores antes que atinjam as M-Cs durante um evento de combustão principal. As M-Cs e osseus condutores podem também estar localizados em partesmóveis do cilindro (tais como o pistão ou rotor).
Estas realizações são configuradas para incluirdispositivos de controle que são coordenados com a produçãode substâncias RI nas M-Cs e com os outros processos que seseguem a partir desta produção de M-C. Estes dispositivos decontrole permitem a regulagem da produção geral e/ou dacondução geral das substâncias RI para uso na câmaraprincipal em um ciclo posterior. A regulagem da produção e/oucondução geral depende da quantidade final de substâncias RIque devem estar presentes em uma dada câmara principaldurante o ciclo subseqüente para ajudar a facilitar aocorrência do evento de combustão por meio de substâncias RIda forma desejada e dependendo das condições de operação(carga combinada, combustível, velocidade etc.) do motor.Desta forma, ao exercitar-se o controle de produção dentro dealgumas das M-Cs estacionárias, ele é regulado nessas câmarasde uma forma que considere a quantidade total de substânciasRI geradas por todas as M-Cs de um cilindro junto comqualquer geração de câmara principal previamente determinávele a geração suplementar e qualquer condução previamentedeterminável que ocorrerá posteriormente, antes do início dopróximo evento de combustão.
No interior da M-C, as substâncias RI são geradasmanualmente por meio de reações de decomposição decombustível dirigidas por "substâncias OH-RI" especiais. Ofornecimento de OH para estas reações de decomposição decombustível especiais é a grande quantidade gerada durante oprincipal evento de combustão e transferida para as M-Csdurante o período de pico de transferência de massa induzidapor pressão da câmara principal para a minicâmara durante eimediatamente após a ignição. Os níveis de produção geraldeste processo de geração de substâncias RI dirigido por"substâncias 0H-RI" é influenciado principalmente por trêsfatores. O primeiro são as concentrações relativas das váriassubstâncias no interior da M-C. O segundo são as temperaturasdos componentes de M-C reagentes. O terceiro é o volume totaldas M-Cs. No primeiro destes fatores, são mais importantes asrazões entre combustível e OH e combustível e substância RI.Estas razões podem ser parcialmente reguladas, por sua vez,por meio do ajuste da inserção de um fluido de controle emuma M-C regulável. O segundo fator pode ser parcialmentecontrolado por dispositivos de aumento de M-C capazes deajustar a superfície de M-C e/ou temperaturas internas. Oterceiro pode ser controlado por dispositivos capazes deregular o volume das M-Cs. Outros tipos de aumento decontrole da geração de substâncias RI de M-C também podem serempregados.
Em algum momento no ciclo de HCRI, uma parte dasrecém-criadas substâncias RI residentes nas M-Cs tipicamenterealizará transição para estados não reativos de "equilíbriocongelado" ou para estados reativos muito baixos de"equilíbrio próximo do congelamento". Uma fração desta porçãodas substâncias RI permanecerá capturada nas M-Cs até quepossa ser utilizada para ajudar a semear e impregnar umacarga de gás de câmara principal seguinte para o propósito deHCRI completo ou aumento das substâncias RI (de SI ou Cl) .
Independentemente do grau de controle da regulagemdo processo de geração de substâncias RI da M-C, a semeadurae impregnação subseqüentes da câmara principal comsubstâncias RI é sustentada por subprocessos adicionais quesão previsíveis. Alguns destes subprocessos adicionais tambémsão controláveis. A partir de apenas um curto período após otérmino do evento de combustão principal, ocorrem dois dossubprocessos previsíveis na câmara principal durante oseventos de expansão e exaustão. No primeiro, uma grande partedas substâncias RI descarregadas das M-Cs durante a expansãoé retida por um período na câmara principal. Durante o mesmoperíodo, ocorre na câmara principal um segundo processo degeração de substâncias RI, que é similar ao processo anteriorde geração de substâncias RI da M-C. Este segundo processo degeração ocorre devido à mistura de OH da câmara principal(evento de combustão principal produzido) com os gases da M-Cdescarregados para a câmara principal (durante a expansão esopro).
Grande parte das substâncias RI envolvidas nestesdois subprocessos é perdida durante a exaustão. Entre osciclos, entretanto, outros subprocessos controláveis podemser invocados para ajustar a retenção destas substâncias RI epara aumentar adicionalmente a presença das substâncias RI nacâmara principal. Um dos meios de aumento adicional é ageração adicional que é dirigida, em parte, por algumaparcela das substâncias RI geradas anteriormente. Além disso,durante os eventos de entrada e exaustão, podem ser invocadasmedidas de controle para ajustar adicionalmente a conduçãodas substâncias RI para a câmara principal. Nesta geração desubstâncias RI geral e progressão da condução que se originacom as M-Csf todas as partes previsíveis e reguláveis doprocesso de controle de ignição são coordenadas de forma apermitir uma presença desejada de substâncias RI na câmaraprincipal.
É a presença destas substâncias RI no interior dacarga da câmara principal do último ciclo que permite igniçãoe combustão controláveis. Em motores dominados porsubstâncias RI, é a força maior desta presença que serve paracomutar o trajeto de início de cadeia dominante para um queocorre nas temperaturas "mais baixas" e nas velocidades dereação muito mais altas (que as típicas das reações de iníciode cadeia para SI e CI com o mesmo combustível) . É estesubmecanismo de ignição induzido por substâncias RI geralinovador que torna a ignição possível sob condições maisestéreis com menor fornecimento de calor. Em motoresaumentados por substâncias RI, a química de ignição ecombustão é tipicamente um híbrido desta química dominada porsubstâncias RI e da química dos modos de ignição maisconvencionais.
O processo de controle da ignição baseia-se naregulagem do progresso de condução e geração de substânciasRI que se origina com as M-Cs em um ciclo para afetar aignição e a combustão na câmara principal de um outro ciclo.Seja servindo em um papel dominante ou em um papel deaumento, o processo de controle da ignição pode reduzirsimultaneamente as emissões, elevar as eficiências térmicas eaumentar a faixa de combustível de operação das realizaçõesde motores IC giratórios e recíprocos deste campo. Nestesmotores IC, este processo de controle pode fazer tudo issopara os casos de inserção de combustível DI e previamentemisturados. A principal conquista deste processo de controlede ignição é, entretanto, possibilitar RI em modo de igniçãosimples com DI sob condições homogêneas (Dl HCRI), de formaque seja dirigida às condições operativas individuais domotor IC cíclico.
A Fig. 1 ilustra um exemplo de diagrama de fluxo deprocesso para um processo químico-cinético termofluido HCRI100 (a seguir, processo de HCRI 100). O processo de HCRI 100é uma série complexa de eventos gerais que podem ocorrer emcombustão interna ("IC") . As Figs. 2A e 2B ilustram umexemplo de motor HCRI IC 200 (a seguir, motor HCRI 200) queutiliza o processo de HCRI 100 de acordo com outrarealização. Conseqüentemente, o processo de HCRI 100 éexplicado em conjunto com as Figs. 2A e 2B.
O exemplo de motor HCRI 200 ilustrado nas Figs. 2Ae 2B é uma abstração capaz de utilizar um processo de HCRI100 de acordo com uma série de outras configurações possíveisde motor IC. O motor HCRI 200 é, portanto, uma realização demotor IC generalizado que contém elementos comuns com outrasrealizações de motores IC possíveis que empregam o processode HCRI 100. A discussão de vários elementos e seurelacionamento com a operação do motor HCRI 200 é descrita aseguir.
O processo de HCRI 100 faz uso de radicais esubstâncias altamente reativas que são denominadas a seguirsubstâncias de ignição de radicais ("RI"). Substâncias de RIsão compreendidas a seguir como incluindo H2O2 (peróxido dehidrogênio) e HO2 (o radical hidroperoxila) para combustíveisde hidrogênio, hidrocarbonetos e álcool e misturas decombustível/aquosa-combustível. Além disso, quando asmoléculas de combustível desses combustíveis/misturas decombustíveis consistirem de pelo menos um átomo de carbono(tal como os combustíveis individuais metano e metanol),compreende-se a seguir que as substâncias RI podem tambémincluir CHO2 (formaldeído). Adicionalmente, quando asmoléculas de combustível desses combustíveis/misturas decombustível consistirem de pelo menos dois ou mais átomos decarbono (tais como os combustíveis individuais etano, etanole combustíveis com moléculas maiores), compreende-se a seguirque o RI pode também incluir CH3HCO (acetaldeído) .
Hidrogênio, hidrocarboneto, álcool combustível e misturas decombustível/aquosa-combustível são denominados a seguir"combustível". Por fim, dependendo do combustível,compreende-se a seguir que substâncias RI podem tambémincluir outros radicais e substâncias intermediáriasaltamente reativas.
Em uma realização, um motor HCRI completo é aqueleem que o IC no processo de HCRI 100 é dominado porsubstâncias RI. Um motor aumentado por substâncias de igniçãode radical ("com RIS aumentada") é aquele em que o IC doprocesso de HCRI 100 é assistido, mas não dominado porsubstâncias RI como em uma outra realização. A seguir,compreende-se um evento de compressão principal comoiniciando após o término dos eventos de entrada e exaustão.Em ainda outras realizações, o motor HCRI completo que fazuso de combustível que é inserido por algum meio antes doinício do evento de compressão principal no processo de HCRI100 é denominado "motor de processo de HCRI com cargapreviamente misturada" (ou motor de processo de PC-HCRI) deum processo de HCRI 100 e o motor HCRI total que faz uso dainjeção direta ("Dl") de combustível que se inicia poucotempo depois do início do evento de compressão principal emprocesso de HCRI 100 é denominado um "motor DI-HCRI" deprocesso de HCRI 100 segundo ainda outras realizações.
De forma similar, o motor com RIS aumentado que faz uso de combustível que é inserido por algum meio antes doinício do evento de compressão principal em um processo deHCRI 100 é denominado "motor com RIS aumentada previamentemisturado" de processo de HCRI 100 em algumas realizações e omotor com RIS aumentada que faz uso de DI de combustível quese inicia pouco tempo após o início do evento de compressãoprincipal em um processo de HCRI 100 é denominado "motoraumentado por DI RIS" de um processo de HCRI 100 em outrasrealizações. Dependendo se o modo de ignição dominanteempregado é ignição por vela (wSI") ou ignição por compressão("Cl"), cada uma dessas opções de inserção de combustível comRIS aumentada do processo de HCRI 100 (previamente misturadoe Dl) possui subopções a elas associadas. Desta forma,existem quatro realizações de aumento de RIS básicas doprocesso de HCRI 100. Estas envolvem PCCI aumentada por RIS,PCSI aumentada por RIS, DI CI aumentada por RIS e DI SIaumentada por RIS.
Um ciclo de motor HCRI 200 consiste, em parte, deum evento de entrada, um evento de compressão principal, umevento de combustão principal, um evento de expansão depotência e um evento de exaustão. Dependendo da realização domotor HCRI 200, alguns destes eventos podem ocorrersimultaneamente.
Conforme exibido na Fig. 1, evento 1 105: oprocesso de HCRI 100 começa e termina com a condução de umasubstância RI de um ciclo anterior para o ciclo atual. Estassão conduzidas para o ciclo atual por uma câmara principal 34ou uma série de câmaras principais e uma minicâmara ("M-C")32 ou uma série de minicâmaras (wM-Cs") ou no interior destas(Fig. 2A).
No início do novo ciclo, o volume das substânciasRI na câmara principal 34 e nas M-Cs 32 encontra-setipicamente em estado de "equilíbrio congelado" (ou "próximodo" equilíbrio congelado). As substâncias RI permanecemtipicamente não reativas às temperaturas relativamente maisbaixas existentes no início do novo ciclo. Em aplicações RI,uma substância encontra-se no estado de equilíbrio congeladoquando possuir taxa de reação química de zero. 0 significadocompleto e as implicações de "equilíbrio congelado" comrelação a RI são discutidos no Documento de Transação SAE n°2004-01-1677 (Blank), que é incorporado como referência.
Durante este período, uma série de gases deexaustão 68 abandona a câmara principal 34 por meio de umdispositivo de gás de exaustão geral 60 e uma série de gasesde entrada 66 entra na câmara principal 34 por meio de umdispositivo de gás de entrada geral 58. Dependendo daseficiências volumétrica e de mistura do processo de evento deingresso e exaustão geral, a maior parte das substâncias RIde câmara principal contidas nos gases de exaustão 66 éexpelida do motor.
Quando houver reciclagem dos gases de exaustão 68por meio de um dispositivo geral de reciclagem de gases deexaustão (sistema) 62, quantidades adicionais de substânciasde RI são retidas internamente na câmara principal 34 oudevolvidas para a câmara principal 34 com os gases de entrada66. A quantidade de substância RI que retorna com os gases deentrada 66 pode ser ajustada por um dispositivo geral deaumento de substância RI de gás de exaustão 64 ou uma sériede dispositivos de aumento de substância RI de gás deexaustão 64 (o que resulta em uma série de gases de exaustãomodificados 68')· Além disso, a quantidade de substâncias RIque retorna com os gases de entrada 66 pode ser ajustada porum dispositivo geral de aumento de controle de geração desubstâncias RI de gases de entrada 70 ou uma série dedispositivos de aumento de gases de entrada 70.
Quando o motor IC utilizar combustível previamentemisturado (seja para PC-HCRI ou um dos motores de aumento deRIS previamente misturados do processo de HCRI 100), pode-seinserir combustível nos gases de entrada 66 no dispositivogeral de gases de entrada 58 por um dispositivo geral deinserção de combustível de dispositivo de ingresso de gasesde entrada 44D por meio de orifícios de inserção decombustível 48. 0 combustível é distribuído para odispositivo de inserção de combustível de gás de entrada 44Dpor meio de um sistema de distribuição de fornecimento decombustível 98 (Fig. 2B) através de pelo menos uma linha defornecimento de combustível 52. A quantidade de combustívelfornecida para o dispositivo de inserção de combustível degás de entrada 44D é regulada por uma parte do sistema decontrole eletrônico do motor 30 que controla o sistema dedistribuição de fornecimento de combustível 98. A quantidadede combustível fornecida e o momento da inserção decombustível estão de acordo com exigências operacionais domotor HCRI 200.
Diferenças de pressão de ocorrência natural entreas câmaras fazem com que algumas das substâncias RIconduzidas em cada uma das M-Cs 32 sejam transferidas para acâmara principal 34 por meio de pelo menos um condutor deconexão 42, onde são misturadas em seguida com gases retidose os gases de entrada 66 junto com quaisquer gases deexaustão reciclados 68 e 68'. A forma de mistura pode variarde acordo com as necessidades operacionais do motor sendoutilizado.
No evento 2, 110, por um tempo em algum lugar nomeio do evento de compressão, os gases ("carga de gás") nacâmara principal 34 tornaram-se altamente impregnados comsubstâncias RI do(s) ciclo(s) anterior(es).
No evento 3 115, à medida que prossegue acompressão dos gases na câmara principal 34, a mistura dassubstâncias RI e dos gases da câmara principal torna-se maishomogênea. Esta compressão da câmara principal causaelevações de pressão e aumentos da temperatura induzidos. Comesses aumentos de temperatura, a atividade das substâncias RIna câmara principal 34 começa a aumentar. Além disso, formam-se diferenças de pressão entre a câmara principal 34 e M-Cs32 e ocorre tipicamente aceleração dos gases sendotransferidos para as M-Cs 32 nos condutores 42. A aceleração,por sua vez, causa acúmulo adicional de diferenças de pressãoentre essas câmaras (32 e 34), causando a formação de um jatode massa em alta velocidade ou uma série de jatos em altavelocidade (32 e 34) , ocasionando a formação de um jato demassa em alta velocidade ou uma série de jatos em altavelocidade (um jato por condutor 42). Estes jatos transferem("forçam") partes dos gases da câmara principal (incluindo oar de entrada) para a M-C 32, renovando o fornecimento de arda M-C (e, portanto, de oxigênio). Caso exista combustívelpreviamente misturado dentro dos gases de entrada 66, ocombustível também entra nas M-Cs 32 através dos condutores42 por meio dos jatos de massa.
No evento 4 12 0, quando há DI do combustível (comoem motores de aumento de DI-HCRI e DI-RIS do processo de HCRI100), o momento do início da injeção ("SOI") do combustívelpara a câmara principal 34 ocorre tipicamente durante a parteintermediária a final do evento de compressão principal.
Neste caso, o combustível é inserido na câmara principal 34por um ou mais subcomponentes de combustível de câmaraprincipal de um ou mais dispositivos de inserção de múltiplosfluidos 44A e/ou por um dispositivo de inserção decombustível em câmara principal isolado 44B ou uma série dedispositivos de inserção isolados 44B (para todos essesdispositivos de inserção 44A e 44B) por meio de pelo menos umorifício de inserção de combustível 48. 0 combustível édistribuído para os dispositivos de inserção 44A e 44B parauso na câmara principal 34 por meio do sistema dedistribuição de fornecimento de combustível 98 através daslinhas de fornecimento de combustível 52. A quantidade decombustível fornecida para cada um desses dispositivos deinserção 44A e 44B é regulada pela parte de um sistema decontrole eletrônico de motor 3 0 que controla o sistema dedistribuição de fornecimento de combustível 98. Asquantidades de combustível fornecidas e os momentos deinserção de combustível estão de acordo com as necessidadesoperacionais de um motor HCRI 200.
Para os motores DI-HCRI do processo de HCRI 100, omomento do início dessa inserção de combustível DI écaracteristicamente precoce com relação ao momento desejadode ignição (em comparação com operações de motores a dieselDI convencionais). Para estas realizações, SOI e EOI ("finalde injeção") são programados de tal forma que a injeção sejacompletada adequadamente antes do início da combustão ("SOC") e de tal forma que a auto-ignição (SOC) não comece antes dealgum tempo depois da passagem de um componente produtor deforça de trabalho móvel 40 pelo centro morto superior ("TDC")(em que TDC é uma posição do componente produtor de força detrabalho móvel 4 0 que minimiza o volume da câmara principal34) . Isso oferece tempo para que o combustível eventualmentese misture mais completamente com a carga de gás da câmaraprincipal carregada com substância RI de forma pelo menosquase homogênea. Em aplicações Dl, parte do combustível dacâmara principal injetado pode entrar nos jatos de massa de M-Cs 32 por meio de difusão (no interior da carga de gás decâmara principal) e por meio de convecção incidental. Essecombustível é conseqüentemente capturado por esses jatos demassa no M-C 32 por meio dos condutores e preso.
No evento 5 125, em realizações DI-HCRI do processode HCRI 100, com todo o combustível da câmara principal sendoinserido precocemente com relação ao SOC (em comparação comDI CI convencional), condições de combustível bem agitadotambém são geralmente garantidas. Mesmo sob condições decarga mais alta, por algum tempo antes da auto-ignição "apósTDC", a mistura da carga de gás de ar e combustível da câmaraprincipal até níveis quase homogêneos é tipicamente garantidaem realizações DI-HCRI do processo de HCRI 100. Como ocorreno motor LAG sob a influência de dominação de substâncias RI,entretanto, pode ocorrer combustão homogênea de RI mesmoquando a carga de gás de ar e combustível for leve amoderadamente estratifiçada (Documento de Transação SAE n°2004-01-1677 (Blank)). Estas garantias são conseqüência dedois fatores: os tempos de mistura disponíveis mais longosque o normal devido à presença da substância RI e os níveisde turbulência muito mais altos que os típicos.
O primeiro destes fatores, os tempos de misturadisponíveis mais longos que o normal, é um resultado dapresença da substância RI. A sua presença possibilita razõesde compressão ("CRs") muito mais baixas ou operaçõesultraestéreis de combustível. Quando a CR for muito maisbaixa (que em motores CI convencionais "funcionalmenteequivalentes"), a inserção de combustível DI pode ocorrermais cedo quando o motor HCRI 200 for operado sob condiçõesmoderadamente estéreis. Desta forma, o combustível injetadodiretamente pode ser eficientemente misturado até o ponto dehomogeneidade. Alternativamente, quando a CR for apenasmoderadamente mais baixa, o motor HCRI 2 00 pode ser operadosob condições muito estéreis e a inserção de combustível podeuma vez mais ocorrer mais cedo e, novamente, misturadahomogeneamente. Dependendo da carga e da velocidade do motor,existem condições (velocidade e carga mais alta) quenecessariamente precisam de operações menos estéreis. Sobestas condições, a geração de substâncias RI éconseqüentemente reduzida, de tal forma que a inserção decombustível pode ainda ser muito precoce com relação ao pontode auto-ignição desejado.O segundo desses fatores, os níveis de turbulênciamuito mais altos que o típico mantidos em um motor de HCRI200, pode apresentar diversas causas. É universal para todasas realizações de motores HCRI, entretanto, a turbulênciaintensa gerada pelas M-Cs 32. As razões da intensidade destageração de turbulência são fornecidas em SAE 2007-01-0047(Blank), SAE 2007-01-0135 (Blank) e SAE 2007-01-1254 (Blank).
No evento 6 13 0, nos casos de combustívelpreviamente misturado e Dl, devido à alta turbulência e àpresença da substância RI, mesmo às temperaturasrelativamente "muito mais baixas" que as "normais" presentesna câmara principal (que as necessárias para atividade deignição prévia de motor IC convencional), tipicamente emalgum ponto antes do final do evento de compressão principal,a substância RI da câmara principal, combustível e ar iniciamatividade de ignição prévia significativa. Dependendo dascaracterísticas do combustível, das condições de operação edas especificações da realização de motor IG, esta atividadepode freqüentemente iniciar até um pouco antes no evento decompressão principal.
Tipicamente, durante esses períodos do ciclo, oestado da carga de gás de ar e combustível na câmaraprincipal 34 está transitando pela "Região de CombustãoLenta" exibida na Fig. 3. Esta figura, para os limites geraisde ignição para combustível, é baseada na península deSemenov de limites de ignição sob baixa temperatura (Semenov,Ν. Ν. , Some Problems in Chemical Kinetics and Reactivity,Princeton University Press, 1958).
Para uma molécula de hidrogênio, um álcool demolécula menor ou um hidrocarboneto de molécula menor como F,na química de auto-ignição prévia que gera ignição aumentadapor RIS e RI, o conjunto de reação de início de cadeia aseguir:<formula>formula see original document page 33</formula>
contém algumas das reações que se encontram entreas que desempenham um papel dominante, em que Rj" sãomoléculas com um H a menos que F. Com etanol, por exemplo,existem duas reações dominantes no conjunto (Nj = 2) , para asquais Rj" são CH3CHOH e C2H4OH (Documento SAE n° 2007-01-0623(Blank), que é integralmente incorporado como referência).Observa-se que este conjunto de reação resulta em um acúmuloda substância intermediária altamente reativa H2O2.
Além deste conjunto, a reação de início de cadeia geral "H202+M" dominante durante a auto-ignição (Equação (2))(e, portanto, descrita posteriormente) e o conjunto de reaçãode decomposição de OH e combustível ramificador de cadeiasdominante durante a auto-ignição (Equação (3)) (e tambémdescrito posteriormente) encontram-se ambos tipicamente entreas outras reações dominantes em operação durante a auto-ignição prévia. Estas e outras reações de auto-igniçãodominantes que ocorrem durante esse mesmo período do cicloresultam no lento acúmulo da substância RI. Embora osmecanismos de início de cadeia e ramificação de cadeia deauto-ignição prévia dominantes tornem-se mais complexos comum hidrocarboneto maior ou uma molécula de álcool maior comoF, os mesmos princípios se aplicam, com o papel do radicalhidroperoxila (HO2") (na decomposição de reação de início decadeia do combustível) e o papel do radical hidroxila (OH")(na decomposição de reação de ramificação de cadeias docombustível), ambos dominantes durante a atividade de igniçãoprévia.
De forma geral, esses submecanismos de temperatura"muito mais baixa" dirigidos por HO2" e 0H" representamdecomposição direta de combustível sob temperaturas muitobaixas, definindo o estágio para auto-ignição sob temperatura"mais baixa" pela substância RI (RI) nos motores de HCRItotais do processo de HCRI 100 (DI-HCRI e PC-HCRI) e paraassistência à ignição nos motores com RIS aumentada doprocesso de HCRI 100.
Esta descrição também se aplica a operações deinserção de combustível duplo (e múltiplos combustíveis) emque as reatividades com HO2" e OH" de todos os componentes (docombustível) são compatíveis. Nestes casos, o mecanismo geralé similar, em que as reações dominantes para cada componentesão da mesma forma (naturalmente, com o seu próprio F, Rj" eoutras substâncias) (Documento SAE n° 2004-01-0047 (Blank)).Em operações nas quais as reatividades dos vários componentesdo combustível com HO2" e OH" não são similares, tipicamenteao menos inicialmente, os submecanismos de reação geralseguem a atividade do componente cuja reatividade com o maissignificativo de HO2" ou OH" é dominante (dependendo, emtermos absolutos, de qual radical está decompondo qual doscomponentes mais rapidamente durante a auto-ignição prévia).
No processo de HCRI 100, as substâncias RI deciclos passados e as substâncias RI criadas durante essaatividade de ignição prévia sob temperatura "muito maisbaixa" são utilizadas juntas em seguida em uma dentre trêsformas no IC de câmara principal: (1) para dominar e, destaforma, iniciar a auto-ignição (RI) em motores HCRI totais;(2) para aumentar a eficiência e manter melhor controle domomento da auto-ignição (CI) em motores DI CI e PCCI com RISaumentada; e (3) para aumentar a eficiência de ignição comvela (SI) em motores DI SI e PCSI com RIS aumentada. Nos doiscasos HCRI totais (DI-HCRI e PC-HCRI), devido à presença dasubstância RI, existe atividade de ignição prévia exotérmicaque está conduzindo lentamente (no início) a carga de gás dear e combustível por meio de um trajeto químico-cinéticopreviamente determinado (dependente de muitos fatores) até aauto-ignição induzida por substâncias RI. Nos quatro casoscom RIS aumentada, os níveis de atividade durante esse mesmoperíodo não serão tão altos, mas serão níveis mais altos(dependendo dos graus de aumento) que nas variantesconvencionais (não com RIS aumentada) desses casos.
Voltando à Fig. 2A, o invólucro externo do motorHCRI 200 consiste de uma periferia de abrigo "superior" 36 euma periferia de abrigo "lateral" 38 (ou uma série de periferias de abrigos laterais 38) . Geralmente a partir domomento no ciclo que é posterior no evento de compressãoprincipal, um fluido controle pode ser inserido em uma oumais dentre as M-Cs 32 montadas nessas periferias de abrigosuperior e/ou lateral 36 e 38. A inserção é realizada pormeio de um dispositivo de inserção de fluidos de controle degeração de substâncias RI isolado 44C ou por um subcomponentede fluido de controle do dispositivo de inserção de fluidoduplo ou múltiplo 44A. A inserção real nas M-Cs 32 érealizada por meio de um ou mais orifícios de inserção defluido de controle de geração de substâncias RI de M-C 46. 0fluido de controle é distribuído para os dispositivos deinserção 44A e 44C para uso nessas M-Cs por meio de umsistema de distribuição de fornecimento de fluidos decontrole de geração de substâncias RI de minicâmaras 96através de pelo menos uma linha de fornecimento de fluido decontrole de geração de substâncias RI de M-C 50.
Não é necessário que o mesmo fluido de controle oua mesma quantidade de fluido de controle seja inserida emcada uma das M-Cs 32 utilizando fluidos de controle. Nos trêstipos de motor DI do processo de HCRI 100, o fluido decontrole é tipicamente combustível, embora nãonecessariamente o mesmo combustível utilizado na câmaraprincipal 34. Por outro lado, nos três tipos de motorespreviamente misturados de processo de HCRI 100, o fluido decontrole é tipicamente ar ou algum outro fluido que podeajudar a diluir as concentrações de combustível da M-C 32. Aquantidade de fluido de controle inserida em cada uma das M-Cs 32 é medida especificamente para garantir que umaquantidade total correta de substâncias RI possa ser geradapor todas as M-Cs 32 para assistir ou dominar a ignição da(s)câmara(s) principal(is) 34 de ciclos posteriores. Aquantidade enviada pelo sistema de distribuição defornecimento de fluido de controle 96 para cada M-C 32 éregulada por outra parte do sistema de controle eletrônico domotor 30. Geralmente, em cargas mais altas (quando fornecessário mais combustível de câmara principal), quantidadesmenores de substâncias RI geradas são necessárias paraignição de câmara principal e vice-versa. Isso se aplica naaplicação do processo de HCRI 100 a todos os diversos casoscom RIS aumentada e de HCRI total.
Além do uso de fluido controle, existe uma série deaumentos adicionais que podem ser utilizados para efetuar oprocesso de geração de substâncias RI nas M-Cs montadas naperiferia do abrigo 32. O controle de resfriamento variáveldos conjuntos de M-C 32 por meios diretos é eficaz paraassistir no controle direto do processo de geração desubstâncias RI de M-C nessas câmaras. Outros aumentos decontrole incluem dispositivos e superfícies catalíticas(incluindo aquelas em que as áreas de superfície catalíticapodem variar), dispositivos de reformatação de combustível,dispositivos de inserção de aditivos químicos, dispositivosde cavidades de aquecimento (tais como por meio de rápidasdescargas de corrente elétrica etc.), dispositivos de geraçãorápida de plasma, dispositivos de descarga rápida de luzultravioleta, dispositivos de microondas, dispositivos deresfriamento/aquecimento rápido, dispositivos de alteração devolume de M-C, dispositivos de regulagem de pressão de M-C,dispositivos de variação de fluxo de M-C, dispositivos devariação de geometria de M-C, dispositivos de variação degeometria de condutor de conexão de M-C, dispositivos devariação de fluxo de condutor de conexão de M-C, dispositivosde regulagem de combustível que entra no condutor de M-C etc.
Dispositivos tais como os acima (mas sem limitações) podemser todos utilizados para desempenhar um papel no controle dageração de substâncias RI em M-Cs (e para ajudar a controlarindiretamente a geração de substâncias RI na câmara principalposteriormente no ciclo). Todos esses dispositivos sãorepresentados juntos nas Figs. 2A e B como um ou maisdispositivos gerais de aumento do controle da geração desubstâncias RI de minicâmaras 54.
Qualquer M-C 32 que receba fluido de controle ouequipada com um dispositivo de aumento do controle de geraçãode substâncias RI 54 e que o empregue operacionalmente tambémé considerada "ativa no controle". Elas também são reguladaspor uma parte do sistema de controle eletrônico do motor 30(Fig. 2B) que controla as suas funções de acordo com asnecessidades operacionais do motor HCRI 200.
No evento 7 135, em realizações de HCRI total doprocesso de HCRI 100, a auto-ignição (RI) é dominada porsubstâncias RI. Desta forma, a química geral para estasrealizações é altamente definitiva. Além disso, todos osmotores aumentados por CI e SI RIS do processo de HCRI 100compartilham esta química geral definitiva como umacaracterística comum. Adicionalmente, esses motores com RISaumentada retêm elementos da química "não aumentada"associados às suas próprias características convencionais. 0grau em que esses motores com RIS aumentada empregam aquímica geral definitiva de HCRI total refere-se ao grau deaumento de substâncias RI ("aumento de RIS").Desta forma, o processo de HCRI 100 é definido, emparte, pelas características comuns representativas daquímica geral definitiva de HCRI total. Conseqüentemente, sãodescritos detalhes desta química definitiva para o evento 7135. Para fins de comparação, a parte da química "nãoaumentada" associada aos aspectos convencionais dasrealizações com RIS aumentada é apresentada posteriormente(dentro das discussões individuais específicas das distinçõesgerais destes motores de processo de HCRI do processo de HCRI100) .
Em motores HCRI totais, o processo de ignição édominado por submecanismos que envolvem conjuntos de reaçãode ramificação de cadeia por decomposição de OH e combustívelsob temperaturas "mais baixas". Isso ocorre ao contrário dosmecanismos químico-cinéticos de início de cadeia de oxidaçãode combustível O2 direta sob "baixas" temperaturas maistradicionais tipicamente encontrados para o mesmo combustívelem PCCI convencional. Isso ocorre também ao contrário dastemperaturas "mais altas" associadas à combustão do mesmocombustível em SI e DI CI convencional. Os mecanismos dereação de início de cadeia de SI e DI CI convencionaltipicamente envolvem reações de dissociação (térmica e/ou pormeio de terceiro corpo) e/ou reações de decomposição de O2-combustível diretas.
No caso geral de RI de combustão homogênea com ocombustível (hidrogênio, álcool, combustíveis hidrocarbonetose misturas de combustível/aquosa-combustível) , o OHnecessário para sustentar os submecanismos de decomposição deOH-combustível sob temperatura "mais baixa" é principalmentegerado pela reação de início de cadeia dominante:
H2O2 + M O 0H" +OH" +M (2)
(em que M é uma terceira substância do corpo epode, portanto, ser uma dentre uma série de substâncias).Esta reação de início de cadeia RI geral é significativamentemais rápida que os conjuntos gerais de reação de oxidação deinício de cadeia de O2 e combustível típicos de ignição porcompressão de carga previamente misturada sob "baixa"temperatura convencional de HCCI convencional. A constante develocidade frontal para esta reação de H2O2 + M, por exemplo,é mais de IO5 mais rápida a 1050 K que a constante develocidade frontal para a reação de início de cadeiadominante para a CI previamente misturada (HCCI) de metano a1200 K (Documento SAE n° 2007-01-0047 (Blank)).
Para o caso de uma molécula de hidrogênio ou umálcool com molécula menor ou um hidrocarboneto com moléculamenor como F, uma quantidade de OH" gerada por esta reação deinício de cadeia de processo de HCRI universal 100 (Equação(2)) é utilizada, por sua vez, no conjunto geral de reação deramificação de cadeias dominantes:
<formula>formula see original document page 39</formula>
em que Ri" são moléculas com um H a menos que F.
Para HCRI total com etanol como exemplo, F é C2H5OH e asvárias moléculas Ri" são CH3CH2O e CH3CHOH (Documento SAE n°2007-01-0623 (Blank)).
O evento de auto-ignição HCRI total geral também éinfluenciado de forma dominante pelas concentraçõesdisponíveis de outras substâncias RI fundamentais. Embora ossubmecanismos para tudo isso possam ser um tanto complexos(e, portanto, mais dificilmente generalizados), as outrassubstâncias RI também ajudam a acelerar a geração de OH"durante a auto-ignição (como fizeram durante a igniçãoprévia) . Isso, por sua vez, ajuda a "dirigir" maisdecomposição de combustível por meio do conjunto de reação deramificação de cadeias OH e combustível dominante (Equação(3)) . Após a decomposição por OH de uma molécula decombustível, alguns dos produtos de moléculas Ri" desteconjunto podem ser adicionalmente decompostos diretamente porO2 sob essas temperaturas mais baixas. Embora os mecanismosde ramificação de cadeias de auto-ignição dominantes tornem-se muito mais complexos com uma molécula de hidrocarbonetomaior ou de álcool maior como F, aplicam-se os mesmosprincípios, em que o papel do radical hidroxila (OH")permanece dominante na decomposição de combustível até queboa parte (quando não a maior parte) do combustível forconsumida.
Existem várias razões pelas quais esta atividade deauto-ignição (dominada pela Equação de reação (2), Equação deconjunto de reação (3) e as outras reações dirigidas porsubstâncias RI) podem iniciar sob temperaturas que são "maisbaixas" que as temperaturas "baixas" associadas a PCCIconvencional e as temperaturas "mais altas" associadas a SI eDI CI convencional. Uma é que essas reações relativas asubstâncias RI necessitam de muito menos energia total para asua ativação (e, portanto, necessitam de muito menos calorfornecido) que as reações de início de cadeia de O2-combustível geralmente responsáveis pelo início de combustãoem PCCI. As temperaturas necessárias para a dissociação deterceiro corpo de H2O2 por meio da Equação (2) e adecomposição dirigida por OH" do combustível por meio daEquação (3) encontram-se geralmente bem abaixo dastemperaturas "baixas" necessárias para a decomposição decombustível dirigida por O2 direta, enquanto as temperaturasnecessárias para dissociação térmica direta e dissociação deterceiro corpo do mesmo combustível são freqüentemente maisaltas que as necessárias para decomposição de combustíveldirigida por O2. Além disso, como estas reações relativas asubstâncias RI são relativamente mais dependentes dasconcentrações das substâncias RI, elas também sãocomparativamente menos dependentes da razão entre asconcentrações de ar e combustível. Isso torna a igniçãopossível sob condições muito mais estéreis que tipicamentepossível com SI, PCCI e DI CI convencional. Além disso, àmedida que progride, a atividade de auto-ignição de RI sobtemperatura mais baixa serve para gerar mais substâncias RI.
As velocidades de reação das reações dominantes econjuntos de reação que dirigem esta atividade de RI sãofunções das concentrações dos reagentes chave e datemperatura dos gases de câmara principal de reação. Destaforma, em motores HCRI totais do processo 100, o "tempo"geral dessa atividade de auto-ignição acumula-se até um pontoem que o tempo literalmente "decola". Embora essas reaçõesdominantes continuem a reger por algum período de tempo apósesse ponto de "decolagem" (desde que o fornecimento decombustível permaneça), outros submecanismos podemeventualmente assumir, gerando, por fim, químicas de altatemperatura que resultam em H2O e CO2.
Esta descrição generalizada de HCRI total aplica-sea química de RI de combustível duplo (e múltiploscombustíveis) em que as reatividades de todos os componentes(do combustível) com OH" são compatíveis. Nesses casos, omecanismo geral será o mesmo, em que as reações dominantespara cada componente do combustível são da mesma forma(naturalmente, com a sua própria substância F, Ri" e outras)(Documento SAE n° 2007-01-0047 (Blank) e Documento SAEcombinado n° 2007-01-1912 e Documento JSAE n° 20077210(Blank), que é integralmente incorporado como referência). Emoperações nas quais as reatividades dos componentes decombustível com OH" não são similares, inicialmente pelomenos o submecanismo de reação geral seguirá tipicamente aatividade do componente de combustível cuja reatividade comOH" é dominante.
Durante a auto-ignição com combustão homogênea,todo o combustível na câmara principal é consumido. Alémdisso, durante a combustão homogênea do combustível, sãoproduzidas quantidades relativamente grandes do radical OH.Antes do final da auto-ignição, a concentração de OH" nacâmara principal atinge um pico. Além disso, a velocidade deliberação de calor é muito mais alta que com ignição nasvariantes de CI e SI sem aumento. Desta forma, ao término dacombustão homogênea, o estado de energia interna específicodos gases na câmara principal 34 atinge um pico.Conseqüentemente, a pressão e a temperatura dos gases dacâmara principal também atingem um pico quase imediatamenteapós o término da auto-ignição. Desta forma, desenvolve-seuma enorme diferença de pressão entre a câmara principal 34 eas M-Cs 32. Isso, por sua vez, causa pico das velocidades dejato de massa e velocidades de fluxo de massa entre essascâmaras 34 e 32, dirigindo as quantidades relativamentegrandes de 0H" e energia para as M-Cs 32 sob níveis deturbulência extremamente altos.
Além de compartilhar a química geral definitiva deHCRI total, os motores com RIS aumentada de processo de HCRI100 também compartilham muitas das outras característicasexibidas durante ignição e combustão total de HCRI. Acombustão, por exemplo, também é homogênea no motor PCCI comRIS aumentada do processo de HCRI 100. Além disso, durante oevento de combustão nos quatro motores com RIS aumentadaprincipais do processo de HCRI 100, a pressão, temperatura,concentrações de OH" e energia interna específica dos gasesda câmara principal também atingem um pico. Como resultado,altas velocidades de fluxo de massa também evoluem nessasrealizações, conduzindo quantidades relativamente massivas deOH", outros produtos de reações químicas e energia para as M-Cs 32 sob os níveis de turbulência extremamente altos.
Como uma etapa opcional no HCRI total e nos motorescom RIS aumentada PCCI do processo de HCRI 100, imediatamenteantes do ponto no ciclo em que o "tempo" da atividade deauto-ignição está para "decolar", pode ser utilizado umdispositivo geral de aumento do tempo de ignição da câmaraprincipal 56 (Fig. 2A). 0 propósito do dispositivo de aumentodo tempo de ignição 56 nos motores HCRI totais e no motor comRIS aumentada PCCI não é de iniciar a auto-ignição. Pelocontrário, o propósito é de assistir na precisão do momentodo ponto (posição no ciclo) em que o "tempo" de atividade deauto-ignição literalmente "decola". Neste momento em um ciclode HCRI total ou em um ciclo com RIS aumentada PCCI, pois acombinação do calor de compressão e da atividade desubstância RI juntos já tornaram a mistura de ar ecombustível da câmara principal pronta para ignição (por meiode extensa geraçao de OH ) , qualquer pequena elevaçãoconjunta da pressão e temperatura causará a ignição de volumeda carga de gás de ar e combustível de uma vez (que, pordefinição, é combustão homogênea). Exemplos de dispositivosde aumento do tempo de ignição 56 podem incluir dispositivosdo tipo vela, dispositivos de ignição catalítica,dispositivos de geração de jato de plasma, dispositivos degeração de jato de chama etc., em que o objetivo dessesdispositivos é a criação de um aumento de energia internarelativamente pequeno (ou mesmo grande) e/mas muito súbito emalguma parte da carga de gás de ar e combustível da câmaraprincipal. Nas duas realizações com RIS aumentada SI doprocesso de HCRI 100, esta etapa não é opcional.
Uma chave para a geração das novas substâncias RInas M-Cs 32 é a química "induzida (dirigida) por substânciaRI-OH" causada pelo fluxo de entrada oportuno de OH" dacâmara principal para os gases carregados de substância RIdas M-Cs 32. Este fluxo de entrada ocorre durante e poucoapós a ignição. Além disso, esse fluxo de entrada permiteníveis de turbulência extremamente altos nas M-Cs 32. Existe,portanto, uma mistura imediata do radical hidroxila com osgases M-C (que incluem combustível e substâncias RI) nasmenores escalas de comprimento de turbulência. Talvez tãoimportante quanto a geração de substâncias RI na M-C 32 é aquantidade relativamente alta de entalpia que também érecebida na M-C 32 a partir da câmara principal 34, fazendocom que as temperaturas da M-C comecem a subir rapidamente.
No evento 8 140, a súbita presença dessa quantidademais alta (e, por um período, crescente) de OH" nas M-Cs 32age de fato como uma "força de direcionamento" para conversãorápida do combustível M-C residente para mais substâncias RI.
Além disso, a atividade química geral da M-C 32 éadicionalmente acelerada pela temperatura em rápida elevação(devido à quantidade relativamente enorme de transferência deentalpia). As M-Cs 32 são projetadas e controladas de formaque, durante a última parte do evento de compressão principale a primeira parte do evento de expansão de potência, osestados dos seus gases podem ser mantidos termicamente nasregiões de "Chama Fria" e/ou "Combustão Lenta" da Fig. 3(caso o combustível possua uma região de chama fria). Àsvezes (como no Documento SAE n° 2007-01-0623 (Blank)), étambém útil levar muito rapidamente o estado dos gases da M-Clevemente para a área "B" da região "Ignição" da Fig. 3 antesque o fluxo reverso súbito de um condutor 42 (devido, emparte, ao evento de expansão de energia na câmara principal34) tome o estado de volta na área "A" (Fig. 3) sem igniçãodos gases da M-C.
Geralmente, para uma molécula de hidrogênio, umálcool de molécula menor ou um hidrocarboneto de moléculamenor como F, dentre as reações mais dominantes encontradasnos submecanismos gerais para esta química induzida por OH deminicâmara, encontra-se novamente o conjunto de reação geral:
<formula>formula see original document page 45</formula>
em que, como anteriormente, Ri" são moléculas comum H a menos que a molécula F. Embora os mecanismosdominantes para a redução de OH e combustível na M-C tornem-se muito mais complexos para uma molécula de hidrocarbonetomaior ou de álcool maior que F, aplicam-se os mesmosprincípios.
Os submecanismos de conversão subseqüente dosvários R1" (e outras substâncias geradas por submecanismos)em substâncias RI são mais complexos, com forte dependênciade efeitos das concentrações significativas de combustível,substâncias RI já presentes na minicâmara. E, à medida queaumentam as novas quantidades das substâncias RI (devido aestes submecanismos), parte do H2O2 novo sendo criado ésacrificado em seguida para criar OH" adicional por meio dareação exotérmica da Equação (2) para ajudar a acelerar adecomposição por 0H" do combustível para os vários R1" eoutras substâncias. De forma similar, as outras substânciasRI residentes na M-C 32 ajudam na geração de mais 0H" e maissubstâncias RI em um submecanismo químico-cinético complexo.Desta forma, o mecanismo geral de geração de substâncias RI édirigido por OH e dirigido por substância RI, ou "dirigidopor OH e substância RI". Embora os mecanismos de ramificaçãode cadeias de auto-ignição dominantes tornem-se muito maiscomplexos com uma molécula de hidrocarboneto maior ou deálcool maior como F, aplicam-se os mesmos princípios, com opapel do radical hidroxila (0H") dominante na decomposição decombustível.
Este processo de geração de substâncias RI de M-Cgeneralizado é universal para todas as realizações com RISaumentada e HCRI total do processo de HCRI 100. Além disso,embora esta descrição generalizada baseie-se no mesmocombustível que é inserido na câmara principal 34 e M-Cs 32(quando o fluido sendo inserido na M-C é, de fato,combustível), em operações de inserção de combustível duplo emúltiplos combustíveis, o mesmo é verdadeiro para todos oscomponentes (do combustível) inseridos no motor. Nestescasos, caso as reatividades de todos os componentes (docombustível) com OH" sejam compatíveis, as reações dominantespara cada um são da mesma forma (naturalmente, com os seus F,Ri" e outras substâncias) (Documento SAE n° 2004-01-0047(Blank) e Documento JSAE n° 20077210 (Blank)). Em operaçõesnas quais as reatividades dos componentes de combustível comOH" não são similares, inicialmente pelo menos o submecanismode reação geral seguirá tipicamente a atividade do componentecombustível cuja reatividade com OH" é dominante. Esteprocesso de geração de substâncias RI continua a fortalecer-se até que o fornecimento de OH" da câmara principal 34 sejacortado pelo método de reversão súbita de fluxo do condutorentre a M-C e a câmara principal 4 2 mencionado anteriormente(e causado, em parte, pelo evento de expansão de potência) ,após o quê este processo é encerrado.
Com base nesta descrição químico-cinética abreviadado processo de geração de substâncias RI de M-C, pode serdelineado o papel do fluido de controle. Com relação ao ar,quanto mais alta a concentração de combustível na M-C 32,mais rapidamente este submecanismo produzirá substâncias RIadicionais. O contrário também é verdadeiro. Isso édemonstrado no Documento SAE n° 2007-01-0013 (Blank), que éintegralmente incorporado como referência. Esse estudoquímico-cinético completo demonstra por quê o momento deauto-ignição (SOC) da câmara principal 34 pode ser controladodiretamente em motores de HCRI total do processo de HCRI 100por meio da regulagem da quantidade do fluido de controleinserido nas M-Cs 32. Esta referência demonstra que aquantidade do fluido de controle inserido na M-C 32 determinaprecisamente a quantidade de substâncias RI geradas na M-C 32(para uso no próximo evento de combustão de câmaraprincipal). Desta forma, o processo de geração de substânciasRI pode ser controlado diretamente utilizando o sistema decontrole eletrônico de motor 30 (Fig. 2B). Nos temposcorretos (dependendo da condição de operação de um motorespecífico), o sistema de controle eletrônico 30 orienta osistema de distribuição de fornecimento de fluido de controlede geração de substâncias RI de minicâmara 96 a enviarquantidades apropriadas de fluido de controle através daslinhas de fornecimento de fluido de controle 50 (Fig. 2B)para os dispositivos de inserção de fluido de controle 44Ae/ou 44C de certas M-Cs 32 (Fig. 2A). Estes dispositivos deinserção de fluido de controle fornecem fluido de controlepara essas M-Cs 32 por meio dos orifícios de inserção defluido de controle 46.
No motor PC-HCRI e nos dois motores com RISaumentada com combustível previamente misturado do processode HCRI 100, o fluido de controle é propenso a ser um líquidoou gás que pode servir para diluir a concentração decombustível da M-C conforme o necessário (com relação àconcentração de ar). Mais diluição reduz as velocidades degeração de substâncias RI e menos diluição aumenta asvelocidades de geração de substâncias RI. Por outro lado, narealização DI-HCRI e no combustível com dois DI com RISaumentada do processo de HCRI 100, o melhor fluido decontrole é o combustível (ou um componente do combustível).
Com esse fluido de controle, quando for necessário aumentarou reduzir a geração de substâncias RI, as concentrações decombustível da M-C são conseqüentemente fortalecidas ouenfraquecidas.
processo de geração de substâncias RI da M-C, pode ser tambémdelineado o papel do dispositivo geral de aumento de controlede geração de substâncias RI de M-C 54. 0 dispositivo geralde aumento do controle de geração de substâncias RI de M-C 54pode ser um aparelho capaz de aumentar ou reduzir asvelocidades gerais do processo químico-cinético de geração desubstâncias RI de M-C por alguns meios. Especificamente,esses dispositivos de aumento de M-C 54 aceleram ou retardamas velocidades de reação gerais do conjunto de reação:
(quando F for uma molécula menor) (Equação (4)) ouseus equivalentes mais complexos (quando F for uma moléculamaior) junto com os submecanismos para conversão subseqüentesubmecanismo) em substâncias RI adicionais e mais OH".Particularmente, a velocidade geral de reação da reaçãoexotérmica dominante H2O2 * M <í=> OH" + 0H" + M (Equação (2) )contida no interior dos mecanismos de geração de substânciasRI é altamente sensível à temperatura e à concentração deH2O2. Além disso, as velocidades de reação geral das reaçõesda Equação (4) e seus equivalentes mais complexos (para oscomponentes de combustível com moléculas maiores) sãoaltamente sensíveis à temperatura e à concentração de 0H".Por fim, as reações seguintes dominantes para conversão dosprodutos do conjunto de reação da Equação (4) em novassubstâncias RI são altamente sensíveis à temperatura e àsCom base na descrição químico-cinética abreviada doda substância Ri" (e outra substância gerada porconcentrações existentes da substância RI.
Desta forma, vários aparelhos capazes de afetar atemperatura de gases do M-C de forma controlada e/ou deaumento das concentrações de OH" e/ou qualquer dassubstâncias RI na M-C de forma controlada encontram-se dentreas consideradas para que sejam dispositivos de aumento docontrole de geração de substâncias RI de M-C 54. Umexperimento químico-cinético completo demonstrou, porexemplo, que a regulagem das temperaturas de parede de M-Cisoladamente pode ser utilizada para controlar a quantidadede substâncias de RI geradas na M-C 32 e controlar o momentoda auto-ignição na câmara principal 34 (Documento SAE n°2007-01-004 7 (Blank), que é integralmente incorporado comoreferência). Alternativamente, dispositivos capazes dealterar o volume da M-C 32 ou de inserir outros aditivosquímicos na M-C 32 ou de qualquer outra função que possaauxiliar na regulagem da quantidade de substâncias RI geradaspela M-C 32 também são consideradas como sendo dispositivosde aumento de controle da geração de substâncias RI de M-C54. Estes dispositivos de aumento de M-C 54 podem serutilizados isoladamente (ou em conjunto com a regulagemapropriada da inserção de fluido de controle) para controlardiretamente a quantidade de substâncias RI geradas pelas M-Cs32. Sob o controle direto do sistema de controle eletrônicodo motor 30, esses dispositivos de aumento 54 são utilizados(seja junto com a inserção de fluido de controle sincronizadaou isoladamente) para regular a velocidade do processo degeração de substâncias RI nas M-Cs ativas no controle 32.
No evento 9 145, em algum momento (tipicamentedentro das partes "bem antes do meio" do evento de expansãode potência), ocorre a reversão súbita do fluxo do condutor42 (mencionada anteriormente). Geralmente, isso ocorre comoresultado combinado da expansão de potência da câmaraprincipal e elevação de temperaturas e pressões na M-C(devido ao processo de geração de substâncias RIexotérmicas). Estes desenvolvimentos naturalmente opostoscausam a reversão da razão de pressão (de tal forma que apressão da M-C 32 seja maior que a da câmara principal 34) .Imediatamente após este ponto, evolui um jato de massaaltamente turbulenta, que conduz substâncias RI, combustívelnão utilizado, oxigênio não utilizado, entalpia, outrosprodutos de reações químicas etc. para fora das M-Cs 32 epara o interior da câmara principal 34 com a qual encontram-se em comunicação termofluida. Dependendo da realização domotor de HCRI e da localização física da M-C 32, embora estatransferência seja tipicamente para a mesma câmara principalna qual ocorreu a ignição e combustão, em alguns motores ICpode também ser para uma outra câmara principal 34. Nessecaso, a reversão de fluxo pode dever-se à queda de pressãoque ocorre quando o condutor da M-C 4 2 comuta comunicaçãopara a outra câmara principal 34. Em qualquer dos casos, emseguida e devido à rápida transferência de entalpia, aspressões nas M-Cs afetadas 32 começam a cair maisrapidamente. Esta queda de pressão durante o período deexpansão de energia "antes do meio" resulta em uma queda datemperatura dessas M-Cs 32. O volume das substâncias radiaisnas M-Cs afetadas 32 passa em seguida para estados deequilíbrio congelado (ou quase congelado).
Embora haja uma rápida queda de temperatura nacâmara principal 34 que acompanha a queda de pressão dacâmara principal durante a parte "bem antes do meio até ofim" do evento de expansão de energia, as temperaturas nacâmara principal 34 ainda são suficientemente altas para aatividade de substâncias de RI de câmara principal. Alémdisso, embora a concentração de OH" na câmara principalesteja caindo com a temperatura, durante a parte "meio até ofim" do processo de expansão de energia, a sua concentraçãopermanece significativa. Desta forma, devido às diferenças depressão entre as câmaras (32 e 34), combustível de M-C nãoconsumido e oxigênio, junto com quantidades de substância RIde minicâmaras etc., são transferidos para a câmara principal34 das M-Cs 32 que estão descarregando massa por meio dejatos altamente turbulentos em alta velocidade. Estasquantidades são descarregadas desta forma diretamente nosgases muito carregados com OH" da câmara principal 34 erapidamente misturadas. Esta situação resulta em um segundoprocesso de geração de substâncias RI induzidas (dirigidas)por substâncias RI-OH do ciclo, produzindo novas substânciasRI de câmara principal. Este processo continua ao longo (efreqüentemente além) da parte de sopro do evento de exaustão.
Desta forma, o fornecimento de substâncias RI necessáriaspara ignição de radicais no(s) ciclo(s) posterior(es) tambémse enquadra nos dois processo pós-auto-ignição que têm lugarna câmara principal 34.
Um primeiro processo pós-auto-ignição é a retençãode substâncias RI. Tipicamente, grande parte das substânciasRI (especialmente CH3HCO e CH2O, dependendo do combustível)que saem da M-C 32 (durante o curso de potência e respiro)não é consumida, pois é expelida para a câmara principal 34,mas é retida e serve como parte da força de direcionamentopara o segundo processo. Devido às temperaturas inicialmentealtas (quando o estado dos gases da câmara principal aindaestiver na área "B" da Região de Ignição da Fig. 3),entretanto, tipicamente uma parte das substâncias RI de M-Cdescarregadas (que inclui parte do HO2 e mais do H2O2) éperdida (consumida) entre o momento de bem antes do meio atéo meio da reversão de fluxo de expansão de potência e atransição dos gases da câmara principal da Área "B" da"Região de Ignição" de volta para a área "A" da "Região deCombustão Lenta".
Um segundo processo (dos processos pós-auto-ignição) é a geração de substâncias RI de cadeia principal.Isso começa em algum ponto durante a transição do estado dosgases na câmara principal de volta para a área "A" (vide Fig.3) , o que resulta principalmente em H2O2, mas também em maisHO2" (inicialmente) e em mais da outra substância RI. Esteprocesso de geração é alimentado e dirigido pelas quantidadesrelativamente altas de combustível e substâncias RI que saemda M-C 32 e pelas concentrações de OH" adequadamente altasainda retidas na câmara principal 34. Geralmente, esteprocesso de geração tem lugar em duas fases, cada qual com osseus próprios submecanismos exclusivos. 0 submecanismo daprimeira fase começa durante a transição para a área "A" eprossegue até o início da exaustão da câmara principal. 0mecanismo de segunda fase começa após o início da exaustão dacâmara principal e prossegue por algum tempo.
Nesse ambiente com teor de 0H" relativamente alto,para uma molécula de hidrogênio, um álcool de molécula menorou um hidrocarboneto de molécula menor como F, a reação geraldominante ao longo das duas fases do processo de geração desubstâncias RI da câmara principal 34 é novamente (como noprocesso de geração de substâncias RI de M-C) o conjunto dereação:
<formula>formula see original document page 52</formula>
(Equação (4)). Embora os mecanismos dominantes deredução de OH e combustível na câmara principal 34 tornem-semuito mais complexos para um hidrocarboneto maior ou umamolécula de álcool maior como F, aplicam-se os mesmosprincípios. Os submecanismos para conversão subseqüente dassubstâncias R±~ (e outras substâncias geradas porsubmecanismos) nas substâncias RI são, entretanto,tipicamente diferentes do processo de geração de substânciasRI M-C. Além disso, os submecanismos de conversão dassubstâncias Ri" (e outras substâncias geradas porsubmecanismos) nas substâncias RI são geralmente diferentespara as duas fases de câmara principais. As diferenças dessessubmecanismos devem-se principalmente à diferença dos valoresde temperatura existentes na câmara principal 34 durante asfases correspondentes.
Além da ocorrência em todos os motores HCRI totaisdo processo de HCRI 100, quando o grau de aumento de RISestiver acima de um limite significativo, este processo degeração de substâncias RI de câmara principal ocorre comotodas as realizações com RIS aumentada do processo de HCRI100. Embora esta descrição generalizada seja baseada no mesmocomponente de combustível que é inserido na câmara principal34 e nas M-Cs 32 (caso um componente de combustível seja, defato, o fluido de controle para as M-Cs ativas no controle) ,em operações de inserção de combustível duplo ou múltiploscombustíveis, o mesmo pode ser verdadeiro para cadacomponente de combustível inserido. Em casos de diversoscomponentes de combustível, alguns dos componentes decombustível M-C que são descartados (durante a expansão depotência e a exaustão) são, em qualquer caso, componentes decombustível de câmara principal iniciais que foram capturadosnas M-Cs 32 durante o evento de compressão principal. Alémdisso, caso as reatividades de todos os componentes decombustível com OH" sejam compatíveis, as reações dominantespara cada componente são da mesma forma (naturalmente com oseu F, Ri" e outras substâncias) . Em operações nas quais asreatividades dos componentes de combustível com OH" não sãosimilares, inicialmente pelo menos o submecanismo de reaçãogeral seguirá tipicamente o componente de combustível cujareatividade com OH" é dominante.
Durante algum ponto do processo de exaustão, asubstância RI da câmara principal ainda remanescente nacâmara principal 34 também passará tipicamente para estadosde equilíbrio congelado (ou quase congelado). Em seguida, ociclo é repetido, a partir do evento 1 105.
Dentre as suas características gerais de projetoinerentes, a capacidade do motor HCRI 200 de permitiroperacionalmente o processo de HCRI 100 e outras realizaçõesé indicada no exemplo de sistema de controle eletrônico demotor 30 ilustrado esquematicamente na Fig. 2B. O sistema decontrole eletrônico de motor 3 0 ajuda a permitir que asrealizações de motores HCRI do motor HCRI 200 utilizem epermitam as várias realizações do processo de HCRI 100, queincluem as realizações de HCRI totais e as realizações comRIS aumentada.
Compreende-se a seguir que o sistema geral decontrole de motor 30 é capaz das funções necessárias para aoperação do motor de HCRI 200 que são representadas nosistema de controle de motor do estado da técnica. Além dasfunções representadas no estado da técnica, o sistema geralde controle de motor 30 é capaz de regular a colocação daspequenas quantidades de fluido de controle de geração desubstâncias RI nas M-Cs ativas no controle correspondentes 32para o propósito de controlar o processo de geração desubstâncias RI de M-C (diretamente) e o processo de geraçãode substâncias RI de cadeia principal (indiretamente) para,por sua vez, permitir o aumento da combustão da substância RIcontrolada na câmara principal 34. Precisamente para o mesmopropósito (de controle), o sistema geral de controle de motor30 também é capaz de regular os dispositivos gerais deaumento do controle de geração de substâncias RI de M-C 54 .Por fim, o sistema geral de controle de motor 3 0 é capaz decontrolar os demais dispositivos de aumento de controle dageração de substâncias RI 64 e 70 e/ou os dispositivos deaumento do tempo de ignição 56 que podem ser empregados parao mesmo propósito (de controle). Embora esse sistema geral decontrole 30 possa fazer uso de lógica dirigida por sensore/ou um subsistema de administração auxiliado por históricode combustão, o uso de substâncias RI para ajudar a controlara combustão tipicamente reduzirá a sua sofisticação geralnecessária (em comparação com alguns dos últimos sistemas decontrole convencionais do campo e campos relacionados) .
O motor de HCRI 200 inclui uma série decaracterísticas gerais de projeto adicionais que sãoinerentes à sua capacidade de utilizar operacionalmente epermitir o processo de HCRI 100. São especialmenteimportantes as características que ajudam a determinar ascomposições químicas e a capacidade de produção das M-Cs 32.
A composição química das misturas nessas câmaras secundáriasé em parte determinada, por exemplo, pelos parâmetros queafetam as velocidades de enchimento e esvaziamentohidrodinâmico das M-Cs 32. O volume da M-C 32 e a altura (ouo diâmetro efetivo), comprimento, colocação e configuraçãodos condutores 42 são parâmetros dominantes na configuraçãodessas velocidades.
Com referência ao volume de M-C, quando ocomponente produtor de energia móvel 4 0 no interior de umcilindro de combustão de motor do motor HCRI 200 estiver naposição de centro morto superior ("TDC") para uma dada câmarade combustão principal 34, a razão entre os volumescombinados de todas as M-Cs 32 em comunicação com a dadacâmara principal 34 e o volume mínimo que pode ter a dadacâmara principal 34 será um valor geralmente (mas semlimitações) de 0,01 a 0,25 até 1,10. Desta forma, em geral:
<formula>formula see original document page 56</formula>
em que V1m-C é o volume da ia minicâmara no cilindroque se encontra em comunicação com a mencionada câmara decombustão principal, N é o número total de minicâmaras nocilindro em comunicação com a mencionada câmara de combustãoprincipal, Vminw. c. é o volume mínimo que pode ter a dadacâmara de combustão principal 34 durante o seu ciclo decombustão e o símbolo ":" indica razão. O volume mínimo quepode ter a dada câmara principal 34 é o seu volume quando ocomponente produtor de força de trabalho móvel 4 0 estiver naposição TDC. A amplitude desta faixa de razões de volume(0,01:1 a 0,25:1) deve-se em parte à diversidade nocombustível e em parte à ampla faixa acompanhante de razõesde compressão (CRs) necessárias para a auto-ignição decombustível por meio de substâncias RI. Os volumes de cadauma das M-Cs 32 em um único cilindro de combustão de motornão necessitam ser os mesmos. Além disso, para fins decontrole, os volumes de algumas ou todas as M-Cs 32 podem serreduzidos (ou expandidos) por meio do emprego de um dosdispositivos gerais de aumento de controle de geração desubstâncias RI de M-C 54 durante a operação do motor de HCRI200, de forma a reduzir (ou aumentar) a razão (e alterar ageometria de M-C).
Os próprios condutores 42 podem ser ventilações,orifícios, canais, ranhuras, telas adequadamente porosas,membranas etc. Dependendo do combustível, a seleção dasdimensões, configuração e localização desses condutores 42pode possuir considerações diferentes. Os condutores sãotipicamente projetados de forma que chamas de combustão dacâmara principal 34 sejam resfriadas antes que essas chamaspossam ser estendidas para as M-Cs 32. Para todas ascondições operativas do motor, esses condutores de conexão deminicâmaras para câmaras principais 42 são mais bemprojetados, de forma que, nas pressões mais altas, os fluxosde entrada e fluxos de saída de gases comprimíveis atravésdeles (de e para as M-Cs 32) são acelerados (embora nãonecessariamente). Prefere-se tipicamente que as condições depressão nas M-Cs 32 fiquem atrás das condições de pressão dacâmara principal 34 (conforme exibido pelo Documento SAE n°2007-01-0047 (Blank)). Também é tipicamente melhor que osfluxos nos condutores 42 não sejam obstruídos, embora emcertas configurações físicas eles possam ser obstruídos porperíodos de tempo. Um exemplo de motores de DI HCRI total emque existe um período necessário de fluxo de condutorobstruído é descrito no Documento SAE n° 2007-01-1254(Blank), que é integralmente incorporado como referência.
Além disso, a colocação dos condutores 42 e aquantidade de condutores 42 por M-C 32 são fatoresimportantes (Documento SAE n° 2007-01-0013 (Blank)). Ainclinação desses condutores com relação às M-Cs 32 possui umefeito sobre as taxas de mistura de turbulência doscomponentes nas M-Cs 32. De forma similar, o posicionamentodos condutores 42 também é freqüentemente indicado sobre o"direcionamento" do fluxo de saída de jatos de massa que saiocasionalmente. Isso ocorre porque uma segunda funçãoimportante das M-Cs 32 é a de gerar grandes quantidades deturbulência adicional para mistura na câmara principal. Nesteparticular, os jatos de massa são freqüentemente melhordirigidos pelos condutores 42 para locais ideais na câmaraprincipal 34, para ajudar a maximizar os efeitos daturbulência gerada por esses jatos de massa.
Conforme indicado acima na descrição de processo deHCRI 100 no evento 1 105 da Fig. 1, o papel de gasesreciclados no aumento de substância RI pode ser muitoimportante. Caso haja reciclagem de volta para a câmara decombustão principal 34 de algum percentual dos gases deexaustão (seja interna ou externamente) por meio dodispositivo (sistema) geral de reciclagem de gás de exaustão62, geralmente o mesmo percentual ou algum proporcional desubstâncias RI esgotadas pode ser recuperado (dependendo dotratamento desses gases à medida que são reciclados). Isso sesegue a partir das temperaturas relativamente mais baixas dosgases de exaustão e do fato de que algumas das substâncias RIno seu interior podem haver também passado por equilíbriocongelado ou equilíbrio quase congelado.
Também com relação aos gases de exaustão 68, odispositivo de aumento de controle de geração de substânciasRI de gás de exaustão 64 pode estar localizado ao lado ou nointerior do dispositivo de reciclagem de gás de exaustão 62para ajudar a controlar ou aumentar a substância RIdisponibilizada para ciclos futuros. As funções mais típicasdo dispositivo de aumento do controle de geração desubstâncias RI de gás de exaustão 64 incluem a estabilizaçãoe/ou aumento/redução das concentrações de substâncias RI nosgases de exaustão reciclados (68 ou 68'). Quando nenhuma M-Cativa no controle 32 estiver sendo empregada, os dispositivosde aumento do controle da geração de substâncias RI 64 podemser utilizados para desempenhar um papel mais importante.
Desta forma, pode-se fazer uso do dispositivo (sistema) geralde reciclagem de gás de exaustão 62, junto com o seudispositivo de aumento 64, e sob a regulagem direta dosistema de controle eletrônico de motor 30, para ajudar acontrolar a quantidade de substâncias RI disponibilizadaspara o evento de combustão de uma câmara principal 34 de umciclo futuro.Um exemplo da função estabilizante do dispositivode aumento 64 é fornecido no Documento conjunto SAE n° 2007-01-1887 e no Documento JSAE n° 20077212 (Blank), que éintegralmente incorporado como referência. 0 motor HCRIdessas referências passa os gases de exaustão através de umdispositivo trocador de calor (que serve como exemplo dodispositivo de aumento de controle de geração de substânciasRI de gás de exaustão 64). Isso resfria a exaustão de retornoaté a temperatura dos gases de entrada 66, para garantir quenão haja atividade de reação durante a mistura dos gases deexaustão retornados 68' e dos gases de entrada 66. Alémdisso, essa referência demonstra que a regulagem (por meio dodispositivo 62) do componente de retorno das substâncias RIdesses gases de exaustão reciclados pode ser utilizadaisoladamente para controlar o momento da auto-ignição nacâmara principal 34 da realização de DI-HCRI recíproca dequatro tempos do motor HCRI 2 00.
Estas características do dispositivo de reciclagemde gás de exaustão 62 são adicionalmente ilustradas pelademonstração de simulação químico-cinética total fornecida noDocumento SAE n° 2007-01-0135 (Blank), que é integralmenteincorporado como referência. Nessa referência, a retençãointerna dos gases de exaustão 68 (de ciclo para ciclo) écontrolada por meio de regulagem das pressões de impulso dos gases de entrada 66 em coordenação com a manutenção daspressões de exaustão. Nessa referência, demonstra-se por quêo controle da retenção interna dos gases de exaustão (e,desta forma, a substância RI retida na câmara principal 34)por meio da regulagem das pressões de impulso de gás deentrada pode ser utilizado isoladamente para controlar omomento da auto-ignição em realizações de DI-HCRI recíprocode dois tempos do motor HCRI 200. Resultados similares podemser obtidos por meio de administração operacional de outrosaspectos dos dispositivos de ingresso de gás de entrada 58 edispositivos de saída de gás de exaustão 60. Geometrias eoutros fatores que afetam padrões de fluxo e velocidades defluxo nesses dispositivos (58 e 60) , por exemplo, podem seradministradas operacionalmente.
Além disso, as substâncias RI e a perda de calornos gases de exaustão podem ser utilizadas em um dispositivode aumento 64 para gerar substâncias RI adicionais e/ououtras substâncias para inclusão nos gases de entrada 66.
Como concentrações relativamente altas de substâncias RI jáestão presentes nos gases de exaustão reciclados do motorHCRI, um exemplo de meio de aumento da concentração desubstâncias RI é a simples inserção de combustível adicionalnos gases de exaustão. Dependendo das temperaturas em jogo,isso causará uma seqüência de submecanismo de reação geralsemelhante à encontrada nos processos gerais de auto-igniçãoprévia de câmara principal (a partir de decomposição decombustível dirigido de HO2" e/ou OH") no evento 6130 da Fig.1. Alternativamente, um outro meio é injetar ar carregado comoxigênio nos gases de exaustão reciclados para oxidar (e,portanto, consumir) alguma parte do teor de substância RI degás de exaustão. As funções deste dispositivo de aumento 64podem também incluir a adição de outras substâncias químicas(incluindo aditivos de combustível) nos gases de exaustãoreciclados (68 ou 68')· Com estes propósitos, dispositivossensores de substâncias RI (que são diferentes do sistema decontrole eletrônico de motor 30) podem ser incorporados aesses dispositivos de aumento 64 para ajudar na regulagem dassuas funções.
Além disso, existe um raciocínio para a série dedispositivos gerais de aumento de controle de geração desubstâncias RI de gases de entrada 70 exibida nas Figs. 2A a2B. Este dispositivo de aumento 70 pode ser colocado antese/ou depois do retorno dos gases de exaustão reciclados 68 ou68' para os gases de entrada 66. Esses dispositivos 70 podemfazer uso das substâncias RI que retornam com os gases deexaustão reciclados (68 ou 68') para aumentar um processoexterno (externo para o cilindro de combustão do motor) queproduz substâncias RI adicionais e/ou outras substâncias paraadição aos novos gases de entrada 66. Freqüentemente, essesdispositivos 70 fazem uso dos gases de entrada 66 para ajudara efetuar esses aumentos. Além dos dispositivos similares ouidênticos aos capazes de conduzir a função do dispositivogeral de aumento de controle de geração de substâncias RI degases de entrada 64, exemplos de dispositivos gerais deaumento de controle de geração de substâncias RI de gases deentrada 70 são dispositivos de microondas, dispositivos dereformatação de combustível, dispositivos do tipo LAG etc.
Alternativamente, o dispositivo geral de aumento de controlede geração de substâncias RI de gases de entrada 70 pode serutilizado para reduzir a quantidade de substâncias RI quesegue para a câmara principal 34. Com estes propósitos, osdispositivos sensores de substâncias RI podem ser incluídosnesses dispositivos de aumento 70, para ajudar na regulagemdas suas funções. No caso do combustível previamentemisturado, estes dispositivos de aumento podem ser colocadosantes e/ou depois do dispositivo de inserção de combustível44D no interior do dispositivo de ingresso de gás de entrada58. Esses dispositivos de aumento do controle da geração desubstâncias RI de gases de entrada 70, se empregados, sãoregulados por uma parte do sistema de controle eletrônico demotor 30.
Existem outras características de projeto geraisinerentes à capacidade do motor HCRI 200 de viabilizar aoperação do processo de HCRI 100 e outras realizações. Uma éque, na maior parte dos casos em motores DI HCRI IC do motorHCRI 200, o combustível é freqüentemente melhor inserido nacâmara principal 34 (por meio de dispositivos de inserção 44Ae 44B) em direções que estão distantes dos condutores M-Cmontados na periferia de um abrigo 42. Isso é opcionalmente realizado de tal forma que a pulverização injetada seja"dirigida" para longe de correntes que levem a qualquer dasM-C's. O princípio é evitar o direcionamento direto dosfluxos de combustível DI nos jatos dirigidos sob pressão queconduzem os gases de entrada 66 para essas M-Cs 32 (e até para evitar o direcionamento para as correntes de fluxointerno que poderão gerar estes jatos). Caso uma ou mais M-Cs32 estejam localizadas no interior do dispositivo de produçãode força de trabalho móvel 40, o mesmo também é verdadeiro(até o máximo possível). Isso permite que as M-Cs 32funcionem como M-Cs 32 com controle passivo. De forma geral,M-Cs com controle passivo 32 não contêm meios internos ouexternos de regulagem da geração de substâncias RI. Utiliza-se às vezes M-Cs com controle passivo 32 para tomar parte dacarga das M-Cs de controle ativo 32 e para tornar mais preciso o controle geral do processo de geração desubstâncias RI (ainda reduzindo também as tolerâncias deprojeto). Quando isso for desejável, M-Cs de controle passivo3 2 podem também ser montadas no interior da periferia deabrigo lateral 38 ou na periferia de abrigo superior 36.
Por fim, deve-se enfatizar que funcionalmente as M-Cs 32 não se destinam a uso na assistência da ignição ecombustão na carga de gás de ar e combustível de câmaraprincipal da câmara principal "atual" 34 do ciclo de operação"atual" de um cilindro de combustão do motor. Por outro lado,as M-Cs 32 servem de locais de geração originais em um ciclopara a produção de substâncias RI para uso específico emignição da câmara principal e combustão em ciclos decombustão "posteriores". As M-Cs 32 não são, portanto,câmaras de "combustão prévia".
As Figs. 4A a 4D ilustram coletivamente um exemplode motor HCRI IC giratório (a seguir, motor HCRI 3 00), que éuma implementação de motor HCRI 2 00 e que incorpora oprocesso de HCRI 100. O motor HCRI 300 também é capaz,portanto, de utilizar e capacitar as duas realizações comHCRI total e as quatro com RIS aumentada do processo de HCRI100. As Figs. 2A e 2B para o motor HCRI 200 e as Figs. 4A a4D para o motor HCRI 300 compartilham características comuns.
Conseqüentemente, por motivo de clareza, a descrição dealgumas das características comuns do motor HCRI 300 e suailustração esquemática nas Figs. 4A a 4D são omitidas e adescrição dessas características com relação ao motor HCRI200 e sua ilustração esquemática nas Figs. 2A e 2B são a basedo fornecimento de descrições adequadas das característicascomuns. Embora as nomenclaturas do motor HCRI 200 e do motorHCRI 3 00 sejam geralmente as mesmas, existem váriasdiferenças para o motor HCRI 300.
O componente de produção de força de trabalho 4 0também é denominado rotor 86. Em um motor HCRI 3 00, a câmaraprincipal 34 é a câmara primária que consiste do espaço(volume) formado pelo rotor 86 e por partes da periferia deabrigo "superior" 36, a periferia de abrigo "lateral" 38 epor uma periferia de abrigo "posterior" 94 e uma periferia deabrigo "separadora" 90 ou por duas das periferias de abrigoseparadoras 90.
A partir da Fig. 4A, pode-se observar que, no motorHCRI 3 00, o rotor 86 cria três câmaras primárias. Dependendoda posição do rotor 86, estas câmaras primárias podem possuirtrês funções diferentes. Estas podem estar trabalhando nacapacidade de câmara de entrada 82, câmara de exaustão 84 oua câmara de combustão principal 34. Quando qualquer umadessas câmaras primárias for envolvida em atividades químico-cinéticas de ignição prévia de combustão principal, igniçãode combustão principal ou pós-ignição de combustão principal,elas são consideradas em uma "posição de combustão". Alémdisso, quando qualquer uma das câmaras principais do motorHCRI 300 estiver na posição de combustão, elas sãoconsideradas uma das câmaras principais 34. Desta forma, emmotores giratórios, a expressão "câmara principal" 34 écompreendida como incluindo a parte funcionalmenteequivalente de uma ou duas (dependendo da posição do rotor)das três (ou mais, como no caso do motor semiturbina) câmarasprimárias isoladas quando qualquer uma das câmaras primáriasem questão estiver em "posição de combustão".
Em um motor HCRI 300, a "periferia de abrigosuperior" 36 é considerada como sendo a parte "radialmentepara fora" (para fora com relação a um eixo 88) da periferiade abrigo de motor ao lado do volume formado pelo rotor epela periferia de abrigo quando um dos três locais de iníciode movimento do rotor estiver na posição "TDC" (centro mortosuperior) (da mesma forma que o "lado de rotor" esquerdoexibido na Fig. 4A). Por definição, o lado de rotor encontra-se na sua posição TDC no motor HCRI 300 quando o volume entreela e a superfície interna da periferia de abrigo estiver noseu mínimo e a câmara primária que ela ajuda a formarencontra-se em uma das "posições de combustão" (ao contráriode estar na posição de entrada e exaustão combinada no"quadrante" oposto do cilindro de combustão do motor). Destaforma, na Fig. 4A e na Fig. 4B, a "periferia de abrigolateral" 38 é considerada como sendo o restante da periferiade abrigo "radialmente para fora" em volta do cilindro decombustão de motor que não é considerado parte da periferiade abrigo superior 36.
O movimento angular do rotor 86 é considerado comoestando no sentido anti-horário. Desta forma, a M-C 32ilustrada na parte superior esquerda dessa figura éconsiderada a seguir como sendo uma M-C "líder" 32. A M-Cmontada na periferia 32 localizada na parte inferior esquerdana Fig. 4A é considerada, por outro lado, uma M-C 32 "atrasada". Dever-se-á observar que a Fig. 4B e a Fig. 4Cambas ilustram informações esquemáticas para mais de umcilindro de combustão de motor. A M-C atrasada 32 na Fig. 4Aé ilustrada no interior do cilindro de combustão de motor noplano A-A exibido na Fig. 4B, com detalhes do conjunto de M-C para o plano A-A (para mais de dois cilindros de combustão demotor) exibido na Fig. 4C.
Os gases de entrada 66 entram em um cilindro demotor por meio de uma porta de entrada 72 a partir de umcondutor de entrada de motor 26 (em que estes componentes sãopartes do dispositivo de ingresso de gás de entrada 58) e osgases de exaustão 68 saem de um cilindro de motor por meio deuma porta de exaustão 74 para um condutor de exaustão domotor 28 (em que estes componentes são partes do dispositivode saída de gás de exaustão 60).
Cada cilindro de motor do motor HCRI 300 faz uso deum par de M-Cs de controle ativo líderes 32. Cada uma das M-Cs líderes 32 nesses pares é alimentada com fluido decontrole por dispositivos de inserção de fluido duplo oumúltiplos 44A. Além disso, a M-C de controle ativo atrasadaisolada 32 de cada cilindro de combustão de motor éalimentada com fluido de controle pelo dispositivo deinserção de fluido de controle de geração de substâncias RIisolado 44C (Fig. 4A) . Por fim, pares de M-Cs de controlepassivo montadas em rotor 3 2 são embutidos em cada um dostrês lados do rotor 86 (conforme exibido por meio dacombinação da Fig. 4A e da Fig. 4D).
Embora não exibido, considera-se que cada uma dasM-Cs com controle ativo contém um ou mais dispositivos deaumento de controle de geração de substâncias RI deminicâmara 54. Além disso, considera-se que o motor HCRI 300contém (e é operacionalmente capaz de empregar) dispositivosde reciclagem de gás de exaustão 62 (com os seus dispositivosde aumento de controle de geração de substâncias RI de gás deexaustão 64) e dispositivos de aumento do controle de geraçãode substâncias RI de gases de entrada 70.
A inclusão do dispositivo de inserção decombustível do dispositivo geral de ingresso de gás deentrada 44D no dispositivo de ingresso de gás de entrada 58(diretamente para o condutor de entrada do motor 26, nestecaso) e do dispositivo de inserção de duplo fluido 44A nacâmara principal, para inserção de combustível previamentemisturado e Dl, respectivamente, e a inclusão de umdispositivo de aumento do tempo de ignição 56 juntos permitemque o motor HCRI 300 utilize e capacite as duas realizaçõesde HCRI completo e as quatro de aumento de RIS do processo deHCRI 100. Operações nessas várias realizações de processo sãodirigidas pela regulagem do sistema de controle eletrônico demotor 30 dos vários insersores de fluido de controle e decombustível (44A, 44C e 44D) e dos vários dispositivos deaumento de controle da geração de substâncias RI (54, 64 e70), dispositivos de reciclagem de gás de exaustão 62 edispositivos de aumento do tempo de ignição 56 de formasapropriadas para as condições de operação do motor.
Deverá ser facilmente evidente para os técnicoscomuns no assunto que um exemplo de motor HCRI 300 (conformeilustrado nas Figs. 4A a 4D) representa uma ilustraçãoesquemática de motor giratório generalizada e que, além dosmencionados, outros componentes podem ser adicionados oucomponentes existentes podem ser removidos ou modificados.
Além disso, são possíveis muitas outras variações de motorHCRI giratório que também são capazes de utilizar e capacitaro processo de HCRI 100.
As Figs. 5A a 5C ilustram coletivamente um exemplode motor HCRI IC de pistão reciproco com dois tempos (aseguir, motor HCRI 4 00) que é uma implementação do motor HCRI200 e que pode utilizar e capacitar o processo de HCRI 100.
Um motor HCRI 4 00 também é capaz, portanto, das duasrealizações de HCRI total e das quatro com RIS aumentada doprocesso de HCRI 100. As Figs. 2A e 2B para o motor HCRI 200e as Figs. 5A a 5C para o motor HCRI 400 compartilhamcaracterísticas comuns. Conseqüentemente, por motivo declareza, a descrição de algumas das características comuns domotor HCRI 400 e a sua ilustração esquemática nas Figs. 5A a5C são omitidas e a descrição destas características comrelação ao motor HCRI 200 e sua ilustração esquemática nasFigs. 2A e 2B são a base do fornecimento de descriçõesadequadas das características comuns. Embora as nomenclaturaspara o motor HCRI 2 00 e o motor HCRI 4 00 sejam geralmente asmesmas, existem várias diferenças para o motor HCRI 400.
Em um motor HCRI 4 00, por exemplo, o componenteprodutor de força de trabalho móvel 4 0 também é denominadopistão 76. O pistão 76 encontra-se na posição "TDC" no motorHCRI 400 quando o volume da câmara principal 34 estiver noseu mínimo. Embora esta nomenclatura específica não sejautilizada na ilustração da Fig. 5A, a periferia de abrigosuperior 36 nesta realização de motor de pistão recíproco dedois tempos pode também ser denominada "cabeça de cilindro" ea periferia de abrigo lateral 3 8 pode também ser denominada"forro de cilindro". A periferia de abrigo superior 36 noexemplo de motor HCRI 400 é um segmento em forma de disco daperiferia de abrigo. Esta seção em forma de disco cobre aparte superior do cilindro de combustão do motor. Ela tampa ocilindro a partir de uma posição axial que correspondeaproximadamente ao fundo dos dispositivos de aumento do tempode ignição 56. A periferia de abrigo lateral 38 é a parte daperiferia do abrigo do cilindro de combustão de motor que seinicia imediatamente abaixo dessa posição axial.
Uma vista de cima para baixo da periferia superior36 é exibida na Fig. 5B. Esta vista passa através da linhaaxial que conecta as posições E-E exibidas na Fig. 5A.Conforme observado por meio da Fig. 5B, o mesmo injetor defluido duplo 44A alimenta fluido de controle para oito M-Csde controle ativo 32. Embora quatro destas M-Cs sejam degeometria diferente das outras quatro, todas elas sãoconsideradas como sendo (embora não necessitem ser) do mesmovolume no experimento de simulação conduzido com estarealização no Documento SAE n° 2007-01-0135 (Blank). Estafigura é uma ilustração esquemática funcional, não detalhadanem em escala.
A Fig. 5C é um esquema em seção cruzada radial dasdisposições superiores dessa porta de entrada simples domotor 72, porta de exaustão 74 e pistão 76 quando o pistão seencontra perto da sua posição BCD ("centro morto inferior").Esta é novamente uma representação de "vista de cima parabaixo" funcional, não uma seção cruzada radial precisa. Deforma similar ao motor HCRI 300, no motor HCRI 400, os gasesde entrada 66 entram por meio das portas de entrada 72 apartir de partes do condutor de entrada de motor 2 6 (em queesses componentes são partes do dispositivo de ingresso degás de entrada 58) e os gases de exaustão 68 saem por meiodas portas de exaustão 74 para partes do condutor de exaustãodo motor 28 (em que estes componentes são partes dodispositivo de saída de gás de exaustão 60) . Também de formasimilar ao motor HCRI 300, encontra-se a inserção decombustível diretamente no condutor de entrada do motor 2 6por meio do dispositivo de inserção de combustível dodispositivo de ingresso de gás de entrada 44D. A vantagem dadisposição da porta de entrada 72 e da porta de exaustão 74do motor HCRI 4 00 com a superfície de pis tão com duasfileiras (Fig. 5A e Fig. 5C) é a geração de padrões de fluxointerno altamente simétricos que ajudam a evitar a misturaexcessiva dos gases de exaustão de saída 68 com os gases deentrada que chegam 66 durante o evento de ingresso e exaustão(conforme descrito em alguns detalhes no Documento SAE n°2007-01-0135 (Blank)).
Como ocorre no motor HCRI 2 00, o motor HCRI 4 00pode ser configurado com vários dispositivos de aumento docontrole de geração de substâncias RI (54, 64 e 70) econsidera-se a inclusão de dispositivos de reciclagem de gásde exaustão 62. Um exemplo do dispositivo de reciclagem degás de exaustão 62 aplicável a esta realização é fornecido no
Documento SAE n° 2007-01-0135 (Blank). Também é considerada aregulagem pelo sistema de controle eletrônico de motor 3 0destes e dos vários insersores de fluido de controle ecombustível (44A, 44C e 44D) e os dispositivos de aumento dotempo de ignição 56. A regulagem por meio do sistema decontrole 3 0 é realizada de forma apropriada à faixa decondições de operação para o motor HCRI 400. Desta forma, omotor HCRI 400 pode utilizar e capacitar as duas realizaçõesde HCRI total e as quatro de aumento de RIS do processo deHCRI 100.
Deverá ser facilmente evidente para os técnicoscomuns no assunto que um exemplo de motor HCRI 4 00 conformeilustrado nas Figs. 5A a 5C representa uma ilustraçãoesquemática de motor com pistão recíproco de dois temposgeneralizada e que, além dos mencionados, outros componentespodem ser adicionados ou componentes existentes podem serremovidos ou modificados. Além disso, são possíveis muitasoutras realizações de motor HCRI com pistão recíproco de doistempos do motor HCRI 400 que também são capazes de utilizar ecapacitar o processo de HCRI 100.
As Figs. 6A a 6D ilustram coletivamente um exemplode motor HCRI IC com pistão recíproco de quatro tempos (aseguir, motor HCRI 500) que é uma realização de motor HCRI200 que utiliza o processo de HCRI 100. O motor HCRI 500também é capaz, portanto das duas realizações de HCRI total edas quatro com RIS aumentada do processo de HCRI 100. AsFigs. 2A a 2B do motor HCRI 200 e as Figs. 6A a 6D do motorHCRI 500 compartilham características comuns.Conseqüentemente, por motivo de clareza, a descrição dealgumas das características comuns do motor HCRI 500 e suailustração esquemática nas Figs. 6A a 6D são omitidas e adescrição dessas características com relação ao motor HCRI200 e à sua ilustração esquemática nas Figs. 2A e 2B servemde base para fornecer descrições adequadas dascaracterísticas comuns omitidas. Embora as nomenclaturas parao motor HCRI 200 e o motor HCRI 500 sejam geralmenteidênticas, existem vários refinamentos para o motor HCRI 500.
Como no motor HCRI 400, por exemplo, no motor HCRI500 o componente produtor de força de trabalho móvel 40também é denominado pistão 76, com o pistão 76 na posição"TDC" quando o volume da câmara principal 34 estiver no seumínimo. Também similar ao motor HCRI 400, a periferia deabrigo superior 36 nesta realização de motor com pistãorecíproco de quatro tempos pode também ser denominada "cabeçade cilindro" e a periferia de abrigo lateral 3 8 pode tambémser denominada "forro de cilindro". A periferia de abrigosuperior 36 no exemplo de motor HCRI 500 é o segmento emforma de disco da periferia de abrigo que cobre a partesuperior do cilindro de combustão do motor. Ele tampa ocilindro a partir das posições axiais correspondentes aosdois cantos planos axiais a noventa graus exibidos na câmaraprincipal 34 em cada uma das Fig. 6A e Fig. 6B (pouco acimado ponto mais alto possível de trajeto do exemplo de pistãocom forma de "tigela no pistão" 76). A periferia de abrigolateral 38 é a parte da periferia de abrigo do cilindro decombustão de motor que começa imediatamente abaixo dessasposições axiais.
Existem duas vistas em seção cruzada axial do motorHCRI 500 ilustrado. A Fig. 6A é uma seção cruzada axial quepassa através das linhas D-D que ressalta o posicionamentodas M-Cs com controle ativo montadas na periferia do abrigosuperior 32. A Fig. 6B é uma seção cruzada axial que passaatravés do plano que contém as linhas J-J e K-K. Esta figuraressalta o posicionamento de uma válvula de entrada 78 e umaválvula de exaustão 80. Os gases de entrada 66 do condutor deentrada de motor 26 podem entrar na câmara principal 34 pormeio da válvula de entrada 78 e os gases de exaustão 68 dacâmara principal podem sair para o condutor de exaustão 28por meio da válvula de exaustão 80. A inclusão do dispositivogeral de inserção de combustível do dispositivo de ingressode gás de entrada 44D para inserir combustível diretamentepara o condutor de entrada de motor 26 (do dispositivo deingresso de gás de entrada 58) também é exibida na Fig. 6B.
Existem também duas vistas em seção cruzada radial.A primeira é a Fig. 6C, que é uma vista de cima para baixo daperiferia superior 36. 0 plano desta vista passa através daslinhas D-D (da Fig. 6A) e da linha J-J (da Fig. 6B). Conformeexibido por meio da Fig. 6B, o mesmo injetor de fluido duplo44A alimenta fluido de controle para quatro M-Cs com controleativo 32. Como ocorre com a Fig. 6A e a Fig. 6B, esta figura(Fig. 6C) é um esquema funcional, não uma ilustraçãodetalhada ou em escala. A segunda, Fig. 6D, é um esquemadesta disposição de pistão simples do motor 76 quando opistão estiver perto da sua posição BCD (centro mortoinferior). Esta é novamente uma representação de "vista decima para baixo" funcional, não uma seção cruzada radialprecisa.
O motor HCRI 500 é um outro exemplo no qual as M-Cscom controle passivo 32 são montadas no componente deprodução de força de trabalho móvel 40. A disposição dessascâmaras passivas é esclarecida comparando-se a Fig. 6B e aFig. 6D. A partir da Fig. 6D, compreende-se que quatro M-Cspassivas 32 são dispostas simetricamente na seção central datigela do pistão 76. Embora a sua função seja muitodiferente, o posicionamento destas M-Cs com controle passivomontadas no pistão 3 2 é muito similar ao posicionamento idealdas "células de ar" no Documento SAE n° 952359 (Reitz et al).Nesse trabalho anterior, os condutores de entrada e de saídapara as células de ar foram construídos com diâmetros muitomaiores, de forma que não haja geração de substânciasradicais no motor. O Documento SAE n° 2007-01-0013 (Blank)salienta a capacidade do motor HCRI 500 de fazer uso de açõesde válvula e ações de válvula adicionais facilitadasutilizando programas de trajeto de válvula especiais paraassistir na transferência de substâncias RI entre as M-Cs 32e a câmara principal 34.
Como ocorre no exemplo de motor HCRI 2 00, o motorHCRI 500 pode ser configurado com vários dispositivos deaumento do controle da geração de substâncias RI (54, 64 e70) e dispositivos de reciclagem de gás de exaustão 62. Umexemplo do uso do dispositivo de aumento de controle dageração de substâncias RI de minicâmaras 54 para o controleisolado do tempo de combustão em uma realização de motor HCRIcom quatro tempos que é muito similar ao motor HCRI 500 éfornecido no Documento SAE n° 2007-01-0047 (Blank). Umexemplo também aplicável ao motor HCRI 500 do uso combinado ecoordenado do dispositivo de reciclagem de gás de exaustão 62e do dispositivo de aumento de controle de geração desubstâncias RI de gás de exaustão 64 é fornecido no DocumentoConjunto SAE n° 2007-01-1887 e no Documento JSAE n° 20077212(Blank). O sistema de controle eletrônico do motor 30 regulaestes e os vários insersores de combustível e fluido decontrole (44A, 44C e 44D) e os dispositivos de aumento dotempo de ignição 56. Esta regulagem por meio do sistema decontrole 3 0 encontra-se de forma apropriada à faixa decondições de operação para o motor HCRI 500. Desta forma, omotor HCRI 500 pode utilizar e capacitar as duas realizaçõesde HCRI total e as quatro de aumento de RIS do processo deHCRI 100.
Deverá ser evidente para os técnicos comuns noassunto que o exemplo de motor HCRI 500 ilustrado nas Figs.6A a 6D representa uma ilustração esquemática de motor depistão recíproco de quatro tempos generalizada e que, alémdos mencionados, outros componentes podem ser adicionados oucomponentes existentes podem ser removidos ou modificados.Além disso, várias outras realizações de motores HCRI demotor de pistão recíproco com quatro tempos do motor HCRI 500são possíveis e também são capazes de permitir e utilizar oprocesso de HCRI 100.
Realizações do processo de DI HCRI total doprocesso de HCRI 100 dentro dessas três realizações de motorHCRI do motor HCRI 2 00 exibem tendências de temperatura epressão universalmente similares durante a parte do processode HCRI entre um pouco antes do evento 2 110 e um poucodepois do evento 8 14 0 da Fig. 1. Exemplos de plotagens paraestas duas propriedades da combustão são fornecidos nas Figs.7A e 7B para a câmara principal 32 e as minicâmaras comcontrole ativo 34 para o motor IC recíproco com quatro temposestudado no Documento SAE n° 2007-01-0623 (Blank). Este motoré similar ao motor HCRI 500, exceto pelo fato de que nãopossui M-Cs com controle passivo 32 no pistão 76. Éimportante observar a partir da Fig. 7A a rápida queda daspressões na câmara principal 34 e nas M-Cs imediatamente apósTDC (zero graus de CA) . Isso indica que a compressãoisoladamente não forneceu calor suficiente para auto-igniçãodos gases da câmara principal. Desta forma, não fosse pelaatividade de ignição prévia exotérmica energizada pelassubstâncias OH-RI que ocorre após TDC (conforme descritoacima para o evento 7 13 5 da Fig. 1) , certamente haveriaresultado falha de ignição. A Fig. 7B demonstra, entretanto,que, durante esse período, apesar das quedas de pressão (nasduas câmaras 34 e 32) , a temperatura está se elevando nacâmara principal 34 devido a esta atividade de igniçãoprévia. Desta forma, ocorre forte auto-ignição a 11 graus deCA após TDC.
Em termos gerais e simplistas, com um dadocombustível, os critérios de auto-ignição por combustãohomogênea podem ser considerados dependentes da combinação decinco fatores:
AIHc,crit - F [a*Tmix/Teff; b*G(A/Frat); c*Rconc; d*(l,0-Dmix; e*Rres] (6)
Interpretados como sendo relevantes para acompreensão, estes critérios gerais indicam que ascircunstâncias sob as quais ocorrerá a auto-ignição porcombustão homogênea (AIHc,crit) baseiam-se aproximadamente nareunião ponderada (não a soma) dos fatores fundamentais aseguir: a temperatura da mistura de combustível e carga de ar(Tmix) , a razão entre ar e combustível da mistura (A/Frat) , aconcentração combinada inicial (ou seja, antes do ponto deinício da atividade de auto-ignição prévia de substâncias RIdurante a compressão) de substâncias RI selecionadas namistura de combustível e carga de ar (RCOnc) / o grau demistura da mistura de combustível e carga de ar (no nívelglobal/de câmara) (Dmix) e o tempo de permanência desubstâncias RI reativas com o combustível após a misturasuficiente do combustível (Rres) · Teff é a temperaturacorrespondente à carga "efetiva" CR para o dado combustível eA/ Frat da mistura de câmara principal. Dependendo docombustível, A/Frat e das condições de entrada da carga etc.,Teff é, por sua vez, baseada na carga "efetiva" CR. Destaforma, Teff corresponde à temperatura necessária para um dadocombustível e A/Frat para auto-ignição por CI isolada. Quantomais estéril for A/Frat, mais alta a Teff necessária para aocorrência garantida de auto-ignição homogênea. Uma falha deignição ocorrerá se este critério geral não for atendidodurante o ciclo (e, normalmente, por algum tempo não muitodepois de TDC). Existe uma série de outros fatoresnegligenciados nesta explicação simplificada.
Em PCCI total (e, portanto, sem o uso de nenhumasubstância RI de um ciclo anterior) , a formulação para auto-ignição é simplesmente AIHc,crit = a*Tmix/Teff. Por definição,para uma dada razão entre ar e combustível A/Frat ecombustível, ocorrerá auto-ignição para PCCI quando Tmix/Teffatingir 1,0. Desta forma, para este caso, o critério de auto-ignição é atingido guando AIHc,Crit = a.
Distinções gerais de motores HCRI total: aprincipal diferença entre os motores HCRI total e os motorescom RIS aumentada do processo de HCRI 100 é a extensão do usodas substâncias RI. A realização de processo generalizada doprocesso químico-cinético termofluido para ignição deradicais (processo de HCRI 100), conforme ilustrado na Fig. 1e conforme implementado por meio do motor HCRI 200 (Figs. 2Ae 2B), foi definida e descrita no acima com as realizações deHCRI total e realizações com RIS aumentada em mente. Destaforma, embora esta discussão anterior seja mais inclinadapara o caso de HCRI total, ela não é exclusiva deste caso.Além disso, devido à sua inclusão, esta discussão inicialdedica atenção limitada às distinções dos próprios doissubcasos de HCRI total.
Embora o motor HCRI total geral de um processo deHCRI 100 possa empregar inserção de combustível de condutor(ou carburador), a injeção direta de combustível ou umacombinação dos dois, realizações com apenas o DI docombustível fornecem melhores eficiências gerais. Além disso,as realizações de motor HCRI IC do subcaso de HCRI total comcombustível DI pode permitir controle de SOC levemente melhorque o subcaso de HCRI total com combustível previamentemisturado. Nos dois subcasos de HCRI total, entretanto, o usomáximo apropriado de substâncias RI é empregado para induzirpreviamente e induzir a auto-ignição. Desta forma, como emPCCI convencional, a combustão nas realizações de processo deHCRI total é homogênea. Isso ocorre em forte contraste com osprocessos de reação por difusão estendidos no tempo queocorrem durante a combustão de SI (com a sua combustãofrontal de chama) e combustão de DI CI (com as suas fasespreviamente misturadas e com mistura em turbulência)(Internai Combustion Engine Fundamentais, 1988 (Heywood)).
Geralmente, o valor de Rres é controladoprincipalmente por meio de dois fatores: o tempo em que asubstância RI torna-se reativa e os momentos de inserção decombustível: início e duração. Desta forma, este valorpermanece zero até que aconteçam duas coisas: (1) tenhahavido alguma inserção de combustível que tenha se tornadoefetivamente misturado com os outros gases de câmaraprincipal; e (2) as substâncias RI tornaram-sesignificativamente reativas. Além disso, para os doissubcasos de HCRI total, compreende-se que o grau de aumentode substância RI (RConc) encontra-se no seu valor máximo(Rconc,max).
Em comparação com o critério geral de combustãohomogênea fornecido pela Equação (6) para o subcaso de HCRItotal DI (denominado no presente a realização de processo"DI-HCRI" do processo de HCRI 100), Tmix não necessita atingirTeff antes de garantir a auto-ignição. Para um dadocombustível e uma dada razão entre ar e combustível A/Frat, oscritérios de auto-ignição podem até ser atendidos se/quandoTmix atingir um valor que é notadamente menor que Teff (com aprópria auto-ignição começando a ter lugar sob temperaturastípicas 100 a 150 0C mais baixas que Teff) . Além disso, ovalor de Dmix não necessita estar no seu valor máximo de 1,0,embora normalmente devesse estar moderadamente próximo paraque a combustão fosse homogênea.
Para o subcaso de DI-CHRI de HCRI total, em várioslocais de massa nos gases de câmara principal em movimento, otempo de permanência de substâncias RI inicia-se quando ocombustível, oxigênio e substâncias RI são misturados nasescalas de comprimento de turbulência mais baixas. Acompressão causa a elevação de Tmix. A quantidade de inserçãode combustível é definida de acordo com uma dada velocidadede motor e carga de motor de forma que a mistura decombustível e carga de ar permaneça mais estéril (que atípica de motores PCCI e DI CI convencionais) . A CR do motoré definida mais baixa que o necessário para atingir Teff(correspondente às condiçoes de gás de entrada e A/Frat damistura de carga etc.). A concentração de substância RIinicial Rconc e a média geral (média global) dos tempos depermanência de substância RI Rres (controlada principalmentepor meio dos tempos de inserção de combustível: início eduração) são coordenadas com a elevação da temperatura(devido à compressão e química de auto-ignição prévia) e avelocidade de mistura de forma a garantir que a igniçãoocorra no momento desejado.
Para o subcaso de DI-HCRI, podemos considerar essesfatores como sendo definidos de tal forma que os critérios deauto-ignição para uma dada razão entre ar e combustível A/Frate um dado combustível sejam F [a*Tmix/Teff; c*RCOnc,max; d*(l,0-Dmix) ; e*Res] · Esta auto-ignição ocorre para DI-HCRI quandoessa função atingir a. Indicado em forma semi-analítica, paraDI-HCRI:
{AIHc,crit Idi-HCRI = F [a-*Tmix/Teff ; C * Rconc, max / d*(1,0-
Dmix) ; e*Rres] = a (7)
em que a é o valor da necessidade para auto-igniçãona formulação de PCCI convencional (correspondente à carga"efetiva" CR para PCCI convencional). Embora para propósitosde compreensão, os outros três coeficientes possam serobservados de forma simplista como sendo constantes, narealidade eles (c, d e e) são funções não lineares de Tmix,Rconc/ DmiX e Rres- Observa-se que RConc,max é a concentraçãoinicial da substância RI fundamental e não é alterada duranteo processo de ignição prévia.
Desta forma, ao longo de um regime de operaçãocompleto de um motor na realização de processo DI-HCRI doprocesso de HCRI 100, o controle de combustão na câmaraprincipal 34 é estritamente mantido por meio de substânciasRI por uma combinação de meios. Os dois meios principais decontrole do SOC "efetivo" na realização de processo DI-HCRIde um processo de HCRI 100 são: (1) a regulagem precisa daquantidade (massa por cilindro de combustão de motor) desubstâncias RI geradas e passadas para o ciclo seguinte e (2)a quantidade de tempo de permanência em que estas substânciasRI são permitidas com o combustível na câmara principal 34antes da ignição.
No subcaso de HCRI total de carga previamentemisturada (denominado no presente "PC-HCRI" do processo deHCRI 100) , toda a injeção de combustível pode ser para odispositivo geral de ingresso de gás de entrada 58 (como étípico em HCCI convencional) ou pode haver alguma combinaçãodeste e DI para a câmara principal 34 em momentos tipicamenteantes do início do evento de compressão principal. Em todasas incidências desse subcaso de combustível previamentemisturado, o critério de auto-ignição é idealmente insensívela Dmix (que é, em qualquer caso, geralmente constante no seuvalor máximo de 1,0 bem antes do SOC). Desta forma, para umarealização de processo de PC-HCRI de um processo de HCRI 100,o critério de auto-ignição para uma dada razão entre ar ecombustível A/Frat e um dado combustível é:
<formula>formula see original document page 79</formula>
em que a é novamente o valor de necessidade paraauto-ignição de PCCI convencional. Neste processo, aregulagem do tempo de permanência (interação) de combustívele substância RI (Rres) não é uma opção disponível naestratégia de controle. 0 controle sobre o tempo do SOC érealizado principalmente por meio da regulagem da quantidadede substância RI gerada no(s) ciclo(s) anterior(es) econduzida para a câmara principal 34.
Enfatiza-se que as ilustrações acima dos critériosnecessários para auto-ignição para estas duas realizações deprocesso de HCRI total de um processo de HCRI 100 sãosimplistas. Entretanto, para fins de comparação destasrealizações de HCRI total de um processo de HCRI 100 com asrealizações DI CI com RIS aumentada e de PCCI com RISaumentada de um processo de HCRI 100, a compreensão fornecidapelas descrições acima é adequadamente suficiente.
Sujeito às partes aplicáveis das descrições geraisanteriores, as realizações de motor IC ilustradasesquematicamente nas Figs. 2A e 2B (para o motor HCRI 200),as Figs. 4A a 4D (para o motor HCRI 300), as Figs. 5A a 5C(para o motor HCRI 400) e as Figs. 6A a 6D (para o motor HCRI500) são todos exemplos de configurações de motor capazes deutilizar e capacitar as realizações de processo DI-HCRI e PC-HCRI do processo de HCRI 100. Existe um meio geral deoperação de todas essas três realizações de motor IC (300,400 e 500) como realizações de processo de HCRI total. Estemeio geral é a operação da realização de processogeneralizada do processo químico-cinético termofluido geralde acordo com a presente invenção (processo de HCRI 100) noexemplo de realização de motor IC (motor HCRI 200) fornecidoanteriormente em detalhes e aplicado às distinções geraisdessas duas realizações de processo de HCRI total. Por motivode brevidade e clareza, a descrição de algumas dascaracterísticas comuns de operação nos três exemplos derealizações de motor IC (motor HCRI 300, motor HCRI 400 emotor HCRI 500) são, portanto, omitidas e a descrição dessascaracterísticas de operação com relação ao processo de HCRI100 ilustrado nas Figs. 1 e sua descrição detalhada deoperação em um motor HCRI 2 00 servem de base para fornecerdescrições adequadas das características comuns de operaçãoomitidas. Particularmente, o impulso da descrição detalhadado processo de HCRI 100 é aplicado a HCRI total e a suadescrição, conforme fornecida, explica totalmente asrealizações de processo DI-HCRI e PC-HCRI do processo de HCRI100 .
Além disso, para clareza da descrição geral, ospropósitos do sistema de controle eletrônico de motor 30devem ser considerados na operação do motor HCRI 200 e seustrês exemplos de realizações de motor HCRI IC (300, 400 e500) como a realização de processo DI-HCRI de um processo deHCRI 100 ou a realização de processo PC-HCRI de um processode HCRI 100. O sistema de controle eletrônico de motor 30deve assegurar a quantidade total e os tempos de combustívelinserido na câmara principal 34, os tempos e quantidades deinserção de controle nas M-Cs 32 e o uso de todos osdispositivos de controle do aumento da geração de substânciasRI 54, 64 e 70 (se algum ou todos forem empregados) são todosconsumados com as condições de operação do motor e especificações de formas que são apropriadas para estas duasrealizações de HCRI total. Para a realização do processo DI-HCRI e a realização do processo PC-HCRI, a quantidade totalde substâncias RI geradas, conduzidas, recicladas econduzidas para assistir na ignição é a quantidade necessária para dominar completamente o evento de auto-ignição,resultando (em comparação com os modos de igniçãoconvencionais) em reduções das concentrações combustívelnecessário e calor necessário com relação a concentrações deoxigênio para a ignição do combustível. Estes dispositivos de controle também devem ser operados de formas que juntasgarantam a auto-ignição no tempo desejado, de forma que aemissão de força de trabalho do motor esteja de acordo comnecessidades operacionais de carga e velocidade.
O processo de HCRI 100 não é uma tecnologia exclusiva. Em realizações de motor HCRI IC total (as queutilizam DI-HCRI e PC-HCRI), RI é utilizado exclusivamente,de forma a fazer uso ideal das vantagens de processo "HCRItotal" exclusivas do processo de HCRI 100. O processo de HCRI100 pode também ser utilizado, portanto, para aumentar e aprimorar outras tecnologias convencionais. Desta forma, orestante deste capítulo fornece detalhes de quatro aplicaçõesprincipais de aumento de RIS da tecnologia de HCRI. Estas sãoapresentadas como realizações adicionais de processo de umprocesso de HCRI 100 conforme ilustrado na Fig. 1 e sãodescritas geralmente como permutas de realizações de um motorHCRI 200 ilustrado nas Figs. 2A e B. Duas destas realizaçõesenvolvem ignição por meio de CI e duas envolvem ignição pormeio de SI. Alternativamente, duas destas realizaçõesenvolvem cargas previamente misturadas e duas envolvem DI docombustível.
Distinções gerais das realizações de PCCI com RISaumentada: dentre as desvantagens associadas a PCCIconvencional (HCCI e SCCI), encontram-se as dificuldades deextensão de combustão homogênea por meio de CI para o regimede operação total de um motor. Além disso, dentro dos regimesde operação de motor em que a utilização de PCCI pode tornar-se efetiva, existem dificuldades associadas ao controle deSOC. Para atingir este último, são tipicamente necessárioscontroles extensos, comumente utilizando diversos sensores,lógica dirigida por sensores extensos e administraçãoauxiliada pelo histórico de combustão.
PCCI convencional depende principalmente de apenasdois dos vários fatores principais disponíveis para ocontrole de auto-ignição para combustão homogênea. Um destesfatores é a necessidade de que o combustível e ar sejammisturados completamente nas escalas de tempo turbulentasmais baixas. Por definição, em PCCI isso é realizadosimplesmente por meio de mistura prévia do combustível com acarga de ar muito antes do ponto de SOC. O segundo fator é anecessidade térmica (ou carga "efetiva" CR). Para que ocorraauto-ignição em um tempo específico, a mistura deve (naquelemomento) haver sido trazida para a carga "efetiva" CR precisaaplicável para as condições de carga inicial do cilindro decombustão de motor. Caso a carga efetiva CR seja a mesma da"razão de compressão mecânica do motor", a combustão ocorreráno tempo desejado.
Conforme discutido anteriormente, a auto-ignição dePCCI geralmente depende de submecanismos químico-cinéticos deCI sob temperatura "baixa" que se iniciam com reações deinício de cadeia de oxidação de combustível sob temperaturassubstancialmente mais altas (embora denominadas temperaturas"baixas") em comparação com as temperaturas "mais baixas"envolvidas em HCRI total (Documento SAE n° 2007-01-0047(Blank), Documento SAE n° 2007-01-0135 (Blank) e DocumentoSAE n° 2007-01-0623 (Blank)).
A combustão de um combustível com PCCI tambémenvolve o uso de substâncias RI. Normalmente, entretanto,apenas após o início dessas reações de início de cadeia deoxidação de combustível (nas "baixas" temperaturas maisaltas), as concentrações das substâncias RI começam aacumular-se e acelerar. Pouco depois em PCCI, as substânciasRI começam a sacrificar-se sob temperaturas mais altas paraproduzir uma abundância do radical OH".
Isso surge em contraste com o submecanismo geral dedecomposição de combustível dirigida por "substâncias RI-OH"sob temperatura "mais baixa" para auto-ignição empregado noprocesso de ignição de HCRI total, em que, devido ã condução,reciclagem e transporte das substâncias RI geradas duranteciclos anteriores, as substâncias RI já estão presentes nacarga em relativa abundância. Desta forma, as temperaturas"baixas" mais altas (ou carga "efetiva" mais alta CR)associadas a PCCI não são necessárias para a produção dessassubstâncias. Os processos de ignição e ignição prévia (com umdado combustível) em motores IC HCRI total (tanto DI-HCRIquanto PC-HCRI) são dominados pelos submecanismos fornecidosnos eventos 6 13 0 e 7 135 da Fig. 1 sob temperaturas abaixoda "mais baixa" e "mais baixa", respectivamente. Nessastemperaturas menores, durante a ignição prévia, utiliza-seHO2" na Equação (1) de reação de início de cadeia dominante.Também é gerado um fornecimento de OH" por meio da Equação(2) de reação de início de cadeia a partir do fornecimento deH2O2 gerado na ignição prévia e conduzido. Esta reação(Equação (2)) é altamente exotérmica e eventualmente torna-sea reação dominante que dirige a auto-ignição induzida porsubstâncias RI (RI) . O OH" é utilizado predominantementedurante a ignição prévia e auto-ignição na Equação (3) dereação de ramificação de cadeias dominante.
Apesar de iniciar as temperaturas relativamentemais baixas, este processo geral de reação de inicio decadeias RI e ramificação de cadeias para HCRI total ésignificativamente mais rápido que os processos gerais dereação de início de cadeia dirigido por oxidação direta decombustível e O2 (e ramificação de cadeia) de PCCI que seiniciam nas temperaturas "baixas" mais altas. Quando essasduas químicas são unidas para permitir a realização de umprocesso de PCCI com RIS aumentada (denominado a seguirrealização de processo "RIS-PCCI" de um processo de HCRI100) , muitos dos problemas associados a PCCI "convencional"são superados.
Dependendo do grau de aumento, na realização doprocesso RIS-PCCI (como em HCRI total), OH" é gerado pelaEquação (2) de reação altamente exotérmica na câmaraprincipal 34 a partir do H2O2 previamente fornecido(conduzido, reciclado e transportado pelo processo de HCRI100) bem antes da auto-ignição de RIS-PCCI. Embora osmecanismos sejam bastante complexos, as outras substâncias RItambém ajudam muito na aceleração dessa geração de OH" muitomais cedo (que em PCCI convencional). Além disso, durante boaparte deste processo de ignição prévia, as concentrações detodas as substâncias RI geralmente crescem. Além da energiainterna fornecida pela Equação (2) de reação exotérmica, oradical OH" é utilizado em seguida para gerar energia internaadicional por meio da Equação (3) de reação de ramificação decadeia e os submecanismos gerais que são atingidos por meioda disponibilidade dos vários radicais Ri". Desta forma, comoem HCRI total, em PCCI com RIS aumentada o radical Ri" écriado durante a atividade de auto-ignição precoce (mas emquantidades menores, dependendo do grau de aumento desubstâncias RI).
As características principais da realização deprocesso de RIS-PCCI que a diferenciam da realização deprocesso de PC-HCRI é o fato de que não está presenteinicialmente substancial na câmara principal 34 emquantidades suficientes (Rconc) para causar RI total.Substâncias RI suficientes ainda estão inicialmente presentespara promover as suas próprias velocidades de crescimento e,por sua vez, alimentar os submecanismos de reação exotérmicapara elevar suficientemente a temperatura da carga principalaté o novo valor RIS-PCCI de Teff ou perto dele, de forma queos submecanismos convencionais (os que envolvemprincipalmente reações de oxidação de combustível sobtemperaturas "baixas" mais altas) possam assumir. Destaforma, o critério de auto-ignição eventual é definido pormeio de uma combinação de RI e PCCI.
Para uma dada razão entre ar e combustível A/Frat etipo de combustível, o critério essencial é atendido para arealização de processo de RIS-PCCI quando:
{AInc,crit}Ris-pcci = F [a-*Tmix/Teff; c*Rconc; e*Rres] = a(9)
em que (como nos casos acima) a é o valornecessário correspondente à carga "efetiva" CR (e, destaforma, uma função de todos os fatores que afetam a carga"efetiva" CR para o dado combustível e A/Frat) · Desta forma, ano presente é novamente o valor de necessidade para auto-ignição de PCCI convencional. Enquanto isso, as três funçõesde pesagem podem novamente ser observadas de forma simplistacomo constantes e os fatores de pesagem a, c e e (bem comoTeff) na verdade são funções não lineares de Tmix e RConc- Comoocorre com HCRI total, alterações em Tmix não são causadasapenas por compressão, mas por uma combinação de compressão eatividade de ignição prévia iniciada pela presença dasubstância RI (bem como outras substâncias) . A únicadiferença entre a realização de processo PC-HCRI e arealização de processo RIS-PCCI é o grau de aumento desubstâncias RI. 0 valor de RCOnc é menor que o valor RCOnc,max·
Pode-se obter maior controle sobre o momento daauto-ignição em um processo de RIS-PCCI conforme segue. Emprimeiro lugar, A/Frat é mantido mais estéril que em PCCIconvencional. Por este motivo, o valor de Teff é elevado (atéum valor mais alto que o necessário para PCCI convencionalsob as suas condições tipicamente menos estéreis). O critériode garantia da auto-ignição, em qualquer caso, não é tãosensível a Tmix, mas é também dirigido pelos valores de Tmix,Rconc e Rres- Durante a combustão prévia, a presença dassubstâncias RI influencia a elevação da própria Tmix por meiodos submecanismos de temperatura "mais baixa". Desta forma,dependendo do grau de aumento, embora algum percentual doprocesso químico-cinético de auto-ignição prévia posteriorpossa ainda ser por meio dos submecanismos de oxidação decombustível sob temperatura "baixa" mais alta (geralmenteassociados a PCCI convencional), o restante da química-cinética deve-se a processos de ignição e ignição préviaprecoce por meio dos mesmos submecanismos associados àrealização de processo PC-HCRI. É o uso seqüenciado dessesdois submecanismos (e, portanto, a química adicionalpossibilitada pela presença inicial das substâncias RI) quepermite o controle aprimorado do momento da auto-ignição emmotores RIS-PCCI.
Alternativa e menos preferencialmente, o processode RIS-PCCI pode ser controlado por meio de redução da CR domotor, em vez de tornar A/Frat mais estéril. Neste caso, ovalor de Teff não é elevado. Obviamente, devido ã CR maisbaixa, a própria compressão não será capaz de trazer a cargapara Teff. Ainda assim, a atividade das substâncias RI servenovamente para suplementar o processo de auto-ignição pormeio de fornecimento da energia interna adicional necessáriapara trazer Tmix até o valor Teff de PCCI convencional.
Obviamente, uma terceira opção para controlar o processo deRIS-PCCI é reduzir a CR (mas não tanto) e tornar a misturamais estéril (mas não tão estéril).
Para o término, dever-se-á mencionar que, desde queexista aumento das substâncias RI, haverá quase sempre algumaqueda proporcional na temperatura real em que tem lugar aauto-ignição (abaixo de Teff, o valor necessário em motoresPCCI convencionais equivalentes para a auto-ignição). Issoocorre porque, na realização de processo de RIS-PCCI deprocesso de HCRI 100, o efeito da química de ignição préviade substâncias RI é mais que apenas a adição de energiainterna à carga principal por meio da reciclagem dos gases deexaustão (como no caso de PCCI). Esta química de igniçãoprévia resulta na criação de mais das substâncias precursorasprincipais necessárias para auto-ignição. Muitas dessassubstâncias precursoras são, por fim, necessárias na auto-ignição. Estas substâncias são utilizadas/necessárias nosubmecanismo de oxidação de combustível sob temperatura"baixa" mais alta de PCCI convencional e no submecanismo deramificação de cadeias e início de cadeias por decomposiçãode combustível dirigido por substâncias RI-OH sob temperatura"mais baixa" da realização de processo PC-HCRI do processo deHCRI 100. Em RIS-PCCI, após o término de alguns dos mesmossubmecanismos associados à realização de processo de PC-HCRIdo processo de HCRI 100 sob as temperaturas "mais baixas" (eque resultam na geração de energia interna), também hárealmente mais substâncias RI fundamentais e mais OH"presente que em PCCI convencional. Em operações de PCCIconvencionais, estas substâncias RI e OH" não poderão estarpresentes nessas quantidades significativas sob essastemperaturas "mais baixas", mas são principalmente geradas àmedida que a carga fica perto de atingir Teff. Desta forma, apresença inicial dessas substâncias RI resulta em umsubmecanismo híbrido geral, mas müito complexo.
Distinções gerais das realizações de DI CI com RISaumentada: como um aumento para motores DI CI convencionais(ou seja, motores a diesel) , o processo de HCRI 100 podepermitir a auto-ignição e combustão posterior mais completaem CRs a diesel convencionais, mas sob condições maisestéreis. A realização DI CI com RIS aumentada do estado datécnica resultante (denominada a seguir realização deprocesso "RIS-DICI" do processo de HCRI 100) apresentavantagens sobre motores a diesel DI convencionais com ou semEGR.
Em motores DI CI convencionais (com ou sem EGR), aauto-ignição e subseqüente combustão do combustível érealizada em duas fases (a fase misturada previamente e afase de controle de mistura) . Nas duas fases, as reações deprocesso ocorrem por meio de mecanismos de dissociação e/ouoxidação sob alta temperatura. Na fase previamente misturada,a auto-ignição e combustão previamente misturada é maiscontrolada por meio de cinética química. A carga étipicamente trazida para temperaturas que estão acima dovalor de Teff (correspondente ao caso de PCCI convencional)por meio de compressão (mas não normalmente com o auxílio docomponente térmico da EGR que, se utilizado, é tipicamenteresfriado) antes da injeção do combustível. Em seguida,durante a fase de controle de mistura, a combustão docombustível restante é mais controlada pelos níveis demistura de turbulência nas altas temperaturas da carga. Adifusão desempenha, portanto, um papel importante nas duasfases. Infelizmente, esta seqüência de combustão também servepara maximizar a formação de óxidos nitricos. À medida que oprocesso continua e o oxigênio torna-se localmente esgotado(até o ponto em que a difusão e mistura turbulenta não podemmanter-se), caso o combustível consista de moléculas grandes,ele pode ser pirolizado para gerar fuligem à medida que seaproxima das zonas de alta temperatura na ausência deoxigênio.
Na realização de processo de RIS-DICI do processode HCRI 100, as substâncias RI são previamente misturadas como fluxo de oxigênio e servem neste fluxo como "amplificadoresda combustão", de tal forma que a combustão de difusão naprimeira fase e também normalmente (mas não necessariamentesempre) na segunda fase (dependendo do combustível, dascondições de operação e do grau de aumento das substânciasRI) podem ocorrer sob condições mais estéreis (em vez deestequiométricas). Desta forma, o motor pode ser (etipicamente é) operado sob A/Frats mais altas. A maioresterilidade do combustível reduz as temperaturas de pico dechama e ajuda a reduzir a produção geral de NOx.
Ao utilizar-se DI CI CRs convencionais leve amoderadamente mais baixas que o normal, os critérios de auto-ignição para a realização de processo de RIS-DICI são quaseidênticos aos de DI HCRI total, exceto pelo fato de que arazão entre ar e combustível (A/Frat) está crescendo com otempo após SOI. Desta forma, aplica-se o critério mais geral,nomeadamente:
{AIhc,crit}Ris-Dici = F [a*Tmix/Teff; b*G (A/Frat) /' C*Rconc;d* (1,0 - Dmix); e*Rres] = a (10)
Neste caso (com DI CI CRs convencionais leve amoderadamente mais baixas que o normal), dependendo da CR, ainserção de combustível pode ser realizada mais cedo e podehaver mais mistura do combustível antes que ocorra a auto-ignição. A continuação da inserção de combustível pode ser (egeralmente é) tal que ainda ocorre EOI algum tempo após SOC.Durante a própria auto-ignição, à medida que a chama seestabiliza nos envelopes em volta dos conjuntos de gotículasque ainda são inseridos e dirigidos através da câmaraprincipal 34, as substâncias RI assistem os processos decombustão por difusão que têm lugar nessas frentes. Apenascomo nem todo o oxigênio é consumido na primeira fase,normalmente nem todas as substâncias RI também são consumidasdurante esta primeira fase. Como as substâncias RI e oxigêniosão bem misturados entre si antes da auto-ignição, assubstâncias RI remanescentes continuam a operar junto com osfluxos de oxigênio não utilizados. Estas substâncias RIremanescentes são disponíveis, portanto, para assistir naparte seguinte do ciclo, a fase de controle de mistura. Destaforma, na difusão da fase de controle de mistura, a combustãotambém pode ocorrer e geralmente ocorre sob condições derazão entre ar e combustível de motor DI CI levemente maisestéreis que o normal (convencional).
Quando são utilizadas DI CI CRs normais,entretanto, e o SOI (início de injeção) ocorre apenas apósTmix atingir (ou chegar próximo a) Teff, o papel dassubstâncias RI em auto-ignição é diferente. Neste caso, elespossuem pouco efeito sobre o tempo de auto-ignição (que édefinido por meio de tempo de injeção) . Pelo contrário, elesservem para realizar a auto-ignição mais rapidamente, com aformação de envelopes de chama mais estáveis em volta dosconjuntos de gotículas inseridas. As substâncias RI assistemo processo de combustão por difusão que ocorre sob condiçõessubstancialmente mais estéreis nas fases de combustão dociclo (mais estéreis em comparação com motores DI CI"convencionais").
Independentemente se forem utilizadas CRs maisbaixas ou não, ambas dentro das fases de controle de misturae previamente misturadas, as reações fornecidas pela Equação(2) e Equação (3) desempenham papéis importantes. Como narealização de processo RIS-PCCI do processo de HCRI 100, ossubmecanismos de oxidação e dissociação de combustível sobtemperatura mais alta normalmente associados às duas fases decombustão de DI CI convencional são modificadasproporcionalmente. Uma generalização do submecanismomodificado com vários combustíveis são pseudo-híbridoscomplexos dos submecanismos gerais associados à igniçãoprévia de DI CI convencional, ignição e combustão e ossubmecanismos associados a ignição prévia e auto-ignição deDI HCRI total. Os graus de modificação são comparativos comos graus de aumento de substâncias RI.
Além disso, durante a expansão de potência, sãoemitidos jatos carregados de substâncias RI em altavelocidade a partir das minicâmaras. Dentre outras coisas,esses jatos conduzem substâncias RI adicionais e oxigênio.Eles também servem para gerar níveis de turbulênciarelativamente enormes. Desta forma, embora a presença dassubstâncias RI de câmara principal original (do(s) ciclo(s)anterior(es)) já tenha servido para anular a maior parte daformação de fuligem (por meio de aumento da eficiência doprocesso de combustão), quando adequadamente indicado, estesjatos também ajudam a demolir adicionalmente qualquer bolsãode fuligem que possa haver sido formado inadvertidamente.
Por fim, dever-se-á mencionar que o modo de igniçãoDI CI convencional deve depender do momento da pulverizaçãopara dirigir a chama através da carga de ar comprimido. Issosignifica que o combustível para DI CI possui um número decetano relativamente alto (ou seja, que eles entram em auto-ignição de forma relativamente rápida), de forma que acombustão de fases previamente misturadas possa manter-se coma velocidade de fluxo de injeção. Caso contrário (com valorescetãno inferiores), poderá haver ruído excessivo e, sobcertas condições de operação, poderá haver batidas.Entretanto (conforme exibido no Documento de Transação SAE n°2004-01-1677 (Blank) e Documento SAE n° 2004-01-1847 (Blank) ,que é incorporado como referência), a presença dassubstâncias RI em quantidades suficientes serve deamplificador de cetano.
Distinções gerais das realizações PCSI aumentadaspor RS: dentre os problemas associadas ao uso de PCSIconvencional (HCSI), encontram-se as dificuldades nos limitesde regime de operação de PCSI7 nomeadamente bater em altascargas e acelerar sob baixas cargas. Embora a comparação dacinética química da ignição de motores HCRI total com aignição de motores PCSI convencionais seja mais difícil que asua comparação com a ignição de motores PCCI convencionais,parte da discussão acima referente à realização de processode RIS-PCCI pode ser estendida para PCSI com RIS aumentada.
De forma similar a RIS-PCCI e PCCI convencional,nem PCSI convencional nem PCSI aumentada por RIS (denominadaa seguir "RIS-PCSI" do processo de HCRI 100) envolvem acombustão de chama por difusão. De forma similar, em vez deDI CI convencional, a combustão na frente da chama em PCSIconvencional ocorre sob temperaturas "mais altas" com relaçãoàs temperaturas "baixas" de PCCI convencional e àstemperaturas "mais baixas" de HCRI total. Como, entretanto,SOC para PCSI convencional e para PCSI aumentada por RISdeve-se a uma vela, não se pode fazer comparação para oscritérios de auto-ignição. Além disso, PCSI envolveprincipalmente uma frente de chama para propagar a combustãoe não é tão dependente de mistura turbulenta ou químico-cinética.
Dependendo do combustível, PCSI convencionalutiliza dissociação de combustível sob temperatura mais alta(térmica e/ou por meio de terceiro corpo) e submecanismosquímico-cinéticos de oxidação de combustível. 0 efeito dapresença das substâncias RI na realização de processo RIS-PCSI, entretanto, é análogo ao efeito das substâncias RI narealização de processo RIS-PCCI. 0 submecanismo de ignição narealização de processo de RIS-PCSI é novamente umsubmecanismo distinto semi-seqüenciado, embora geralmenteaconteça um pouco mais rápido que o submecanismo de igniçãodistinto na realização de processo de RIS-PCCI.
Uma forma simplista de visualizar o efeito desubstâncias RI na realização de processo de RIS-PCSI éobservar estas substâncias RI como sendo responsáveis peloaumento de duas coisas. Em primeiro lugar, elas aumentam acapacidade de ignição do combustível. Em segundo lugar, a sua presença aumenta a velocidade de combustão da mistura de ar ecombustível na frente da chama. Dependendo do combustível, daCR e da razão entre ar e combustível, pode haver um terceiroefeito fora da frente da chama.
A Equação (2) e a Equação de reação (3) ocorremambas ao longo de uma série de temperaturas que incluem astemperaturas "mais baixas", de HCRI total e as temperaturas"mais altas" de SI convencional. Desta forma, dentro dafrente, a Equação de reação (2) e a Equação de reação (3)desempenham papéis importantes em combinação com a reação deoxidação sob alta temperatura normal e/ou o mecanismo dedissociação de combustível de PCSI convencional. Na frente dachama, ao atingir-se finalmente as temperaturas mais altas,estas duas reações são, em qualquer caso, também uma parte domecanismo de reação de oxidação sob alta temperatura PCSIconvencional. Desta forma, no mecanismo sob alta temperaturado caso de PCSI convencional, as substâncias RI encontram-seem qualquer caso também desempenhando papéis importantes. EmPCSI convencional, entretanto, estas substâncias podem apenasdesempenhar os seus papéis após haverem sido geradas sob astemperaturas mais altas por meio do mecanismo de início decadeia dirigido por oxidação.
Na realização de processo de RIS-PCSI, estassubstâncias RI selecionadas já estão presentes e podem "ir aotrabalho" muito mais cedo por meio das Equações de reação (1)a (3) (e os outros submecanismos mais complexos típicos de RIpara o combustível com moléculas menores e maiores) . Alémdisso, como as temperaturas tornam-se mais altas muito maisrapidamente (que no caso de HCRI total), mecanismos similaresaos de PCSI convencional logo assumem.
Com as substâncias RI já presentes, a combustão nafrente da chama geralmente é mais rápida. A velocidade dafrente varia, dependendo da esterilidade e do grau depresença de substâncias RI da carga. Desta forma, embora estenovo mecanismo geral de RIS-PCSI na frente da chama seja umhíbrido semi-seqüenciado (dos mecanismos de HCRI total e PCSIconvencional), é um híbrido geralmente mais rápido e deocorrência mais simultânea (embora não completamentesimultânea) que o híbrido da realização RIS-PCCI do processode HCRI 100.
Devido à maior capacidade de ignição docombustível, as razões entre ar e combustível (A/FratS)empregadas ao longo de todo o regime de operação do motorpodem tornar-se uniformemente mais estéreis em operações coma realização de processo de RIS-PCSI do processo de HCRI 100.Além disso, a capacidade de ignição do combustível nas váriascargas (e, portanto, de A/Frats) pode ser controlada comalguma precisão por RCOnc (a concentração de substâncias RI nacarga da câmara principal). Sob altas cargas, quando muitomais combustível estiver sendo adicionado, menos substânciasRI são necessárias. A razão entre as substâncias RI ecombustível pode ser controlada desta forma para garantir quenormalmente não possa ocorrer batida. Em cargas baixas,quando a aceleração normalmente é necessária para evitarfalha de ignição, mais substâncias RI são adicionadas paraaumentar a capacidade de ignição da carga. Desta forma, mesmosem a aceleração, falhas de ignição tornam-se relativamentemenos possíveis devido à presença das substâncias RI. Alémdisso, a razão entre substâncias RI e o combustível e o arpode ser utilizada para obter algum controle sobre avelocidade de propagação da frente de chama.
Por fim, o híbrido de submecanismos químico-cinéticos em jogo na frente de chama da realização doprocesso de RIS-PCSI permite combustão mais rápida sobcondições de combustível mais estéreis. Desta forma, muitoembora a expansão local (no interior da zona de combustão)possa ser mais rápida, existe geralmente menos oportunidadede expelir-se as partículas reagentes prematuramente da zonade combustão (em que o grau de melhoria depende em parte docombustível). As partículas reagentes que são expelidasencontram-se, entretanto, em um ambiente que é bastantediferente daquele que normalmente encontrariam em motores dePCSI convencionais. Em realizações de motores que utilizam arealização de processo de RIS-PCSI, estas partículas sãoexpelidas para uma carga de câmara principal relativamenterica em ar fora da frente (em comparação com as condiçõescausadas por combustão estequiométrica de PCSI convencional).Dependendo do combustível e da condição de operação do motor,em alguns casos alguns dos produtos de combustão incompletaexpelidos podem continuar a queimar.
Distinções gerais das realizações DI SI com RISaumentada: em vez de queimar de forma controlável, a gasolinanormalmente detona quando vê calor de compressão demasiado,causando elevação súbita da pressão do cilindro que martelaos pistões com força excessiva. Isso pode também serverdadeiro sobre outros combustíveis cora altos valores deoctano e baixos valores de cetano. Desta forma, como énecessário queima controlada lenta com gasolina e outroscombustíveis com características de combustão similares, atéser encontrado o recente meio de GDI ("injeção direta degasolina") convencional que garante esse controle por meio deuma carga estratifiçada, DI com esses combustíveis não erapossível.
DI SCSI do estado da técnica recente com gasolina("GDI") utiliza-se de uma distribuição de combustível emcamadas na carga de câmara principal. A carga é enriquecidanas proximidades da vela de ignição e torna-se cada vez maisestéril à medida que aumenta a distância da vela de ignição.
Descobriu-se que isso possibilita SCSI com carga mais baixacom gasolina sem aceleração sob condições de combustívelultraestéril. Embora a vela inicie a ignição, uma variaçãodos tempos de injeção e das velocidades de injeção em umainjeção é utilizada para manter o controle da estratificação.Este desenvolvimento do estado da técnica não pode serestendido, entretanto, para condições de carga mais alta.
Em realizações de DI SI com RIS aumentada doprocesso de HCRI (denominadas a seguir realizações deprocesso "RIS-DISI" do processo de HCRI 100), os doisproblemas principais associados a DI SCRI são superados pormeio de várias etapas. Em primeiro lugar, com a colocaçãoprévia homogênea de substâncias RI na carga, a distribuiçãode combustível torna-se significativamente mais estéril sobcargas baixas. Devido às substâncias RI, esta distribuiçãonão necessita ser estratifiçada. Em seguida, a esterilidademédia do combustível da carga e a concentração inicial desubstâncias RI na carga de ar (Rconc) são ajustadas (quaseproporcionalmente em direções opostas) para permitir que omotor RIS-DISI funcione ao longo de todo o regime de operação96/98do motor. o motivo por quê isso funciona segue-se da mesmaexplicação fornecida acima para como a presença dassubstâncias RI na realização de processo RIS-PCSI realiza asquatro coisas a seguir simultaneamente: (1) aumenta acapacidade de ignição do combustível; (2) aumenta avelocidade de combustão da mistura de ar e combustível namesma frente de chama; (3) facilita a medição de controle aolongo da velocidade da frente de chama; e (4) às vezespermite a combustão adicional fora da frente de chama.
Além disso, a realização de processo RIS-DISI doprocesso de HCRI 100 normalmente não produz muita fuligem, seproduzir, quando funcionar com gasolina e combustível comcaracterísticas similares. O raciocínio por quê isso acontecesegue-se das mesmas razões fornecidas acima para como arealização RIS-DICI realiza as três coisas a seguir: (1)permite operações de combustível mais estéreis e, portanto,combustão a ar mais rica (reduzindo a criação de fuligem);(2) destrói as formações de fuligem que ainda são geradasinadvertidamente por jatos com alta turbulência carregados deoxigênio e substâncias RI em alta velocidade destinadasestrategicamente à câmara de combustão principal; e (3)produz e distribui substâncias RI que servem de"aprimoradores de cetano".
Sujeito às partes aplicáveis das descrições geraisanteriores, as realizações de motor IC ilustradasesquematicamente nas Figs. 2A e 2B (para o motor HCRI 200),Figs. 4A a 4D (para o motor HCRI 300), Figs. 5A a 5C (para omotor HCRI 400) e Figs. 6A a 6D (para o motor HCRI 500) sãotodas exemplos de configurações de motor capazes de utilizare capacitar todas as quatro realizações de processo deaumento de RIS do processo de HCRI 100 descrito acima (arealização de processo RIS-PCCI, a realização de processoRIS-DICI, a realização de processo RIS-PCSI e a realização deprocesso RIS-DISI). Existe um meio geral de operação de todasestas três realizações de motor IC do motor HCRI 200 (300,400 e 500) de todas as quatro realizações de processo com RISaumentada do processo de HCRI 100. O meio geral para tanto éa operação da realização de processo generalizado do processoquímico-cinético termofluido geral de acordo com a presenteinvenção (processo de HCRI 100) no exemplo de realização demotor IC (motor HCRI 2 00) fornecido anteriormente em detalhese aplicado às distinções gerais da realização de processo deRIS-PCCI, realização de processo RIS-DICI, realização deprocesso RIS-PCSI e realização de processo RIS-DISI descritasacima. Por motivo de clareza e de brevidade, a descrição dealgumas das características comuns de operação nos trêsexemplos de realizações de motores IC (motor HCRI 300, motorHCRI 4 00 e motor HCRI 500) são omitidas e a descrição destascaracterísticas de operação com relação ao processo de HCRI100 ilustrado nas Figs. 1 e sua descrição detalhada deoperação em motor HCRI 2 00 estão servindo de base parafornecer descrições adequadas das características comuns deoperação omitidas para essas quatro realizações de processocom RIS aumentada. Particularmente, o impulso da descriçãodetalhada do processo de HCRI 100 é aplicado aos casos de DISI, PCSI, DI CI e PCCI aumentada por RIS e a sua descrição,conforme fornecido, explica totalmente as realizações deprocesso de RIS-PCCI, RIS-DICI, RIS-PCSI e RIS-DISI de umprocesso de HCRI 100.
Além disso, para clareza da descrição geral, osobjetivos do sistema de controle eletrônico de motor 3 0 devemser considerados na operação do motor HCRI 200 e seus trêsexemplos de realizações de motor HCRI (300, 400 e 500) com asrealizações de processo de RIS-PCCI, RIS-DICI, RIS-PCSI eRIS-DISI do processo de HCRI 100. O sistema de controleeletrônico de motor 3 0 deve garantir a quantidade total e ostempos de combustível inserido na câmara principal 34, osmomentos e as quantidades de inserção de fluido de controlenas M-Cs 32 e o uso de todos os dispositivos de controle deaumento de geração de substâncias RI 54, 64 e 70 (caso sejaempregado algum ou todos) são todos consumados com ascondições de operação do motor e especificações de formasapropriadas para estas realizações. Para todas estasrealizações, a quantidade total de substâncias RI geradas,conduzidas, recicladas e transportadas para assistir naignição em ciclos posteriores deve ser a quantidadenecessária para assistir da forma desejada (sem dominar) oevento de ignição nesses ciclos, resultando (em comparaçãocom os modos de ignição convencionais) em reduções dasconcentrações de combustível necessárias e do calornecessário com relação às concentrações de oxigênio paraignição do combustível. Além disso, estes dispositivos decontrole devem ser operados de formas que juntas garantam quea emissão de força de trabalho do motor esteja de acordo comnecessidades de velocidade e carga operacional. Para as duasvariantes de aumento de CI RIS, estes dispositivos decontrole devem também garantir ignição nos momentos corretos.
A partir das discussões acima com referência aosquatro aumentos de RIS do processo de HCRI 100, deverá serclaro agora como os mecanismos de ignição destas realizaçõesde aumento de processo de HCRI 100 são híbridos dossubmecanismos das tecnologias convencionais que sãoaumentadas e dos submecanismos de HCRI total. Na variante deaumento de CI previamente misturada (RIS-PCCI), a combustão éhomogênea e, no aumento de combustível DI (RIS-DICI) e nas variantes de RIS com aumento de SI (RIS-DISI e RIS-PCSI) , acombustão é localmente (mas não globalmente/em toda a câmara)mais homogênea que nos seus parceiros convencionais.

Claims (19)

1. MÉTODO DE CONTROLE DE UMA REDUÇÃO DASCONCENTRAÇÕES DE COMBUSTÍVEL DESEJADAS E CALOR DESEJADO COMRELAÇÃO A CONCENTRAÇÕES DE OXIGÊNIO PARA UM EVENTO DE IGNIÇÃODE COMBUSTÍVEL NO INTERIOR DE UMA CÂMARA DE COMBUSTÃOPRINCIPAL DE UM MOTOR, caracterizado pelo fato decompreender:- fornecimento de uma série de substânciasde ignição de radicais, em que a série de substâncias deignição de radicais é gerada em pelo menos um ciclo decombustão anterior em pelo menos uma câmara secundáriaativamente associada termoquímica e hidrodinamicamente àcâmara de combustão principal do motor durante pelo menos umevento de ignição do combustível, em que a série desubstâncias de ignição de radicais é gerada por pelo menos ummecanismo químico-cinético dirigido por uma substância deignição de radicais OH;- direcionamento de uma parte da série desubstâncias de ignição de radicais para a câmara de combustãoprincipal; e- regulagem de um acúmulo da parte desubstâncias de ignição de radicais e uma substância deignição de radicais gerada da câmara de combustão principalpara modular um evento de ignição do combustível na câmara decombustão principal.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a regulagem do acúmulo daparte das substâncias de ignição de radicais e as substânciasradicais geradas da câmara principal compreende o controle deuma produção da série de substâncias de ignição de radicais.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a regulagem do acúmulo daparte das substâncias de ignição de radicais e dassubstâncias radicais geradas da câmara principal compreendeadicionalmente o controle de uma quantidade da série desubstâncias de ignição de radicais dirigidas para amencionada câmara de combustão principal.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o acúmulo da parte dassubstâncias de ignição de radicais e uma substância deignição de radical gerada da câmara de combustão principalsão utilizadas para modular o evento de ignição, em que oevento de ignição compreende adicionalmente o direcionamentodo evento de ignição por meio de uma reação de início decadeias H2+02+M = OH+OH+M e reações de ramificação de cadeiasque envolvem a decomposição direta de combustível por OH.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a regulagem do acúmulo daparte da substância de ignição de radical e a substância deradical gerada da câmara de combustão principal compreendeadicionalmente o controle da produção pela série desubstâncias de ignição de radicais de uma série de gases napelo menos uma câmara secundária utilizando meios que modulampelo menos um dos seguintes:- composição química dos gases nas câmarassecundárias;- atividades químicas dos gases nas câmarassecundárias;- taxas de atividades químicas dos gasesnas câmaras secundárias;- temperaturas dos gases nas câmarassecundárias;- pressões dos gases nas câmarassecundárias; e
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2,volumes das câmaras secundárias.caracterizado pelo fato de que a regulagem do acúmulo daparte das substâncias de ignição de radicais e dassubstâncias radicais geradas da câmara principal compreendeadicionalmente a suplementação do acúmulo da parte das substâncias de ignição de radicais e as substâncias radicaisgeradas da câmara principal com uma parte previamentedeterminada de uma série de gases de exaustão recicladosutilizando meios configurados para modular pelo menos um dosseguintes:- composição química da parte previamentedeterminada dos gases de exaustão reciclados;atividade química da parte dos gases deexaustão reciclados;taxas de atividade química da parte dosgases de exaustão reciclados;temperatura da parte dos gases deexaustão reciclados; epressões da parte dos gases de exaustãoreciclados.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que a regulagem do acúmulo daparte das substâncias de ignição de radicais e as substânciasradicais geradas da câmara de combustão principal compreendeadicionalmente o controle de uma quantidade da série desubstâncias de ignição de radicais dirigidas para amencionada câmara de combustão principal utilizando meiosconfigurados para modular pelo menos um dos seguintes:pressões de condutor de uma série degases de entrada que entram no motor;- pressões de condutor de uma série degases de exaustão que saem do motor;partes de uma série de gases de exaustãoreciclados;programas de tráfego de válvulas deentrada;programas de tráfego de válvulas deexaustão;áreas de seção cruzada de portas deentrada;áreas de seção cruzada de portas deexaustão;padrões de fluxo de gases de entrada;pressões no motor; erazões de compressão do motor.
8. APARELHO DE MELHORIA DE UM MOTOR ACOMBUSTÃO INTERNA QUE COMPREENDE UM CILINDRO, caracterizadopelo fato do cilindro compreender adicionalmente pelo menosuma câmara de combustão com volume variável definida por umcomponente de produção de força de trabalho que se movedentro de um espaço delimitado externamente por um abrigo decilindro, em que o cilindro é configurado para receberperiodicamente um combustível e uma carga de ar e paraimplementar um ciclo de combustão que compreende uma fase deentrada, compressão principal, combustão, expansão depotência e partes de exaustão, em que o aparelho compreende:a. pelo menos uma minicâmara disposta emvolta do abrigo de cilindro do cilindro em contatotermoquímico e hidrodinâmico e próximo à pelo menos umacâmara de combustão com volume variável, em que a pelo menosuma minicâmara é configurada para servir de local de origempara a geração de uma série de substâncias de ignição deradicais;b. pelo menos um condutor de conexãoconfigurado para acoplar a pelo menos uma minicâmara a pelomenos uma câmara de combustão com volume variável associada,em que o mencionado pelo menos um condutor de conexão tambémé configurado para permitir o fluxo da série de substânciasde ignição de radicais, ar, combustível e produtos de reaçãoquímica para dentro e para fora da pelo menos uma minicâmaradurante várias fases do ciclo de combustão; ec. pelo menos um controlador associado àpelo menos uma minicâmara configurada para regular umaquantidade da série de substâncias de ignição de radicaisfornecidas para a pelo menos uma câmara de combustão comvolume variável com base nas necessidades de velocidade ecarga aplicadas ao mencionado motor.
9. APARELHO, de acordo com a reivindicação-8, caracterizado pelo fato de que pelo menos um controlador éassociado à pelo menos uma minicâmara e inclui pelo menos umdos meios a seguir:a. um meio de distribuição de um fluido decontrole para a pelo menos uma minicâmara, de tal forma queas suas concentrações de combustível sejam reguladas;b. um meio de distribuição de um fluido decontrole para a pelo menos uma minicâmara, de tal forma queas suas concentrações de oxigênio sejam reguladas;c. um meio de variação do volume da pelomenos uma minicâmara, de tal forma que os seus volumes sejamregulados;d. um meio de modulação de temperaturasassociadas à pelo menos uma minicâmara, de tal forma que assuas temperaturas sejam reguladas;e. um meio de modulação de pressõesassociadas à pelo menos uma minicâmara, de tal forma que assuas pressões sejam reguladas;f. uma superfície catalítica controlável;g. uma superfície catalítica de extensãocontrolável;h. um dispositivo de reforma de combustívelcontrolávelicontroláveljcontrolável1mcontrolávelηum dispositivo de geração de plasmaum dispositivo de luz ultravioletaum dispositivo de microondas controlável;um dispositivo de aditivo químicoum meio de variação de um fluxo nointerior da pelo menos uma minicâmara;o. um meio de variação de geometria da pelomenos uma minicâmara, de tal forma que a mencionada geometriaseja regulada;p. um meio de variação de uma geometria dopelo menos um condutor de conexão da pelo menos umaminicâmara, de tal forma que a mencionada geometria domencionado pelo menos um condutor de conexão seja regulada; eq. um meio de regulagem de uma quantidade docombustível que entra na pelo menos uma minicâmara por meiodo pelo menos um condutor.
10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o pelo menos um controladorinclui pelo menos um dos meios a seguir:a. regulador para controle de uma quantidadeda substância de ignição de radicais conduzida no interior deuma parte reciclada de uma série de gases de exaustão para ociclo de combustão, em que o mencionado regulador éconfigurado para implementar pelo menos um dos seguintes:i. regulagem de magnitude da mencionadaparte reciclada dos gases de exaustão para a câmara decombustão com volume variável, a fim de controlar amencionada quantidade conduzida;ii. regulagem de magnitude de um percentual de umamencionada substância de ignição de radicais conduzida nointerior da mencionada parte reciclada por meio daestabilização do mencionado percentual da mencionadaquantidade conduzida;iii. regulagem de magnitude da mencionadasubstância de ignição de radicais conduzida no interior damencionada parte reciclada, por meio do quê a regulagem érealizada por meio de parâmetros de controle que podemreduzir uma parcela da mencionada quantidade conduzida;iv. regulagem de magnitude da mencionadasubstância de ignição de radicais conduzida no interior damencionada parte reciclada, por meio do quê a regulagem érealizada por meio de parâmetros de controle que afetam pelomenos um mecanismo químico-cinético dirigido por substânciasde ignição de radicais, a fim de gerar uma parte damencionada quantidade conduzida; ev. regulagem da magnitude das mencionadassubstâncias de ignição de radicais conduzidas na mencionadaparte reciclada que foram misturadas com pelo menos uma parteda mencionada carga de ar fornecida, por meio do quê aregulagem é realizada por parâmetros de controle que afetampelo menos um mecanismo químico-cinético dirigido porsubstâncias de ignição de radicais, a fim de gerar uma medidadas mencionadas quantidades conduzidas; eb. um dispositivo de administração paracontrole de uma condução da mencionada substância de igniçãode radicais a partir um mencionado ciclo de combustãoanterior até a pelo menos uma câmara de combustão com volumevariável para uso no ciclo de combustão, em que o mencionadodispositivo de administração é configurado para controlarpelo menos uma das ações a seguir:i. ações de válvula;ii. ações de válvula adicionais;iii. ações associadas a portas de entrada;iv. ações associadas a portas de exaustão;v. ações que afetam pressões de condutor deentrada;vi. ações que afetam pressões de condutor deexaustão;vii. ações que afetam temperaturas de condutor deentrada;viii. ações que afetam razões de compressão domotor;ix. ações que afetam os padrões de fluxo de gasesde entrada; ex. ações que afetam velocidades de fluxo degases de entrada.
11. APARELHO, de acordo com qualquer dasreivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o pelomenos um controlador está sendo administrado por meio de umdispositivo em comunicação com uma estrutura de dados, em queos dados armazenados nas estruturas de dados referem-se a umaoperação do motor a combustão interna sob condições de cargae velocidade variáveis.
12. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o mencionado motor a combustãointerna é um motor a combustão giratório.
13. APARELHO, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma minicâmaraestá localizada para permitir que um volume da substância deignição de radicais gerado no seu interior seja conduzidopara uma outra câmara de combustão com volume variável de umposterior dentre o mencionado ciclo de combustão que se segueimediatamente ao mencionado ciclo de combustão, por meio doquê a pelo menos uma câmara de combustão com volume variáveldo mencionado ciclo de combustão não é a mencionada outracâmara de combustão com volume variável do ciclo de combustãoposterior que se segue imediatamente.
14. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o mencionado motor a combustãointerna é um motor de pistão recíproco com dois tempos.
15. APARELHO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o pelo menos um controlador éutilizado para ajustar pressões de impulso da mencionadacarga de ar recebida periodicamente de forma que regule aretenção de um resíduo de gases de combustão de um ciclo decombustão anterior que precede imediatamente o mencionadociclo de combustão.
16. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o mencionado motor a combustãointerna é um motor de pistão recíproco de quatro tempos.
17. APARELHO, de acordo com qualquer dasreivindicações 12, 14 ou 16, caracterizado pelo fato de que omencionado motor a combustão interna é um motor de ignição deradicais a combustão homogênea total com combustível DI oucarga de combustível e ar previamente misturados.
18. APARELHO, de acordo com qualquer dasreivindicações 12, 14 ou 16, caracterizado pelo fato de que omencionado motor a combustão interna faz uso da mencionadaquantidade da substância de ignição de radicais para aumentara ignição de compressão na pelo menos uma câmara de combustãoprincipal com volume variável.
19. APARELHO, de acordo com qualquer dasreivindicações 12, 14 ou 16, caracterizado pelo fato de que omencionado motor a combustão interna faz uso da mencionadaquantidade da substância de ignição de radicais para aumentara ignição de vela na pelo menos uma câmara de combustãoprincipal com volume variável.
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