001 Refere-se ao presente pedido de patente de invenção " BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE " que foi desenvolvida com a finalidade de extrair maior energia possível por molécula (partícula) de combustível queimado no processo de combustão e expansão dos gases no interior do cilindro do motor de combustão interna, gerando uma pressão média efetiva desde o ponto morto superior (PMS) até o ponto morto inferior (PMI) muito superior aos motores atuais, que funcionam com a biela conhecida no estado da técnica.

002 A "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" tem o deslocamento de sua haste seletivamente projetado de acordo com a configuração de cada motor com o objetivo de aumentar a potência, o torque e a taxa de compressão a níveis nunca atingidos nos motores atuais, e com o aumento da taxa de compressão consegue-se melhorar a queima do combustível no interior da câmara de combustão, fornecendo maior potência e torque em baixas e médias rotações com maior economia de combustível e menor emissão de poluentes para a atmosfera. A biela excêntrica angular é compatível para ser utilizada em motores de combustão interna do Ciclo Otto, ciclo diesel ambos, de dois ou quatro tempos.

003 Sua aplicação se estende aos compressores de ar, motores a ar comprimido, bombas hidráulicas, bombas de vácuo, grupo geradores de energia e qualquer máquina ou equipamento de funcionamento com pistão em movimento alternativo que necessitam transformar esse movimento em movimento rotativo para gerar torque para produção de trabalho mecânico.

Estado da técnica

004 Os motores de combustão interna foram criados por volta de 1770 e em 1860 foi desenvolvida a primeira unidade motriz para veículos com a invenção do motor de combustão interna pelo belga Etienne Lenoir, invenção que nos acompanha até hoje, mais no que diz ao seu principio de funcionamento o avanço tecnológico ficou parado por décadas, ou seja, a queima de uma mistura ar-combustível no interior de um cilindro gera pressão que movimenta os pistões e por meios de bielas faz girar o eixo virabrequim produzindo torque para executar trabalho mecânico. .

005 Mais quem pensa que os motores de combustão interna já deu o que tinha que dar em termos de potência, torque, consumo de combustível e menor emissão de poluentes para a atmosfera, certamente está enganado. Os fabricantes de motores ao redor do mundo procuram alternativas para melhorar o rendimento térmico a fim de retirar do motor maior potência e torque a baixas rotações, com menor consumo de combustível e menor emissão de gases poluentes para atmosfera.

006 Os fabricantes de motores estão projetando motores de pequenos volumes e menor número de cilindros " downsizing" sinónimo de motores menores com proposta de entregar maior potência/torque com menor consumo de combustível.

007 Esses motores são dotados das inovações tecnológicas desenvolvidas na ultima década como injeção direta de combustível, comando de válvulas variáveis, turbinas de baixa inércia, coletores de admissão variável, gerenciamento eletrônico da abertura e fechamento das válvulas, eliminando o comando de válvulas, sistema start stop que desliga e religa o motor quando em trânsito congestionado ou parado em semáforos, sistema de recirculação dos gases de escape, aplicação do ciclo Miller que é utilizado em motores turbinados, desativação de cilindros que corta o fornecimento de combustível, para alguns cilindros quando não há necessidade de potência, gerenciamento eletrônico do funcionamento nas diversas fases de rotação diminuindo ou aumentando o fornecimento de combustível e ar de acordo com a solicitação de potência/torque para cada fase de operação requerida, desenvolvimento de novos materiais resistente ao desgaste, fadiga, temperatura e atrito e novos óleos lubrificantes que são os desafios tribológicos em motores de ultima geração.

008 Toda tecnologia aplicada nos motores modernos requer alto investimento para ser implementada, mas vale o investimento feito, devido aos resultados obtidos.

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

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

01 1 Durante a detonação há pulsos de altíssimas pressões contrárias ao movimento de rotação do motor e frequências vibratórias muito altas para o sistema suportar, fatores que provocam desgaste prematuro entre os componentes fixos e móveis do motor, perda de rendimento, alto consumo de combustível, maiores emissões de poluentes e dependendo do grau, acarretar sérios danos ao motor. 012 Basicamente a detonação é resultado de altas taxas de compressão, combustível de baixa octanagem, avanço do ponto de ignição, altas temperaturas e carbonização na superfície do pistão ou na câmara do cabeçote.

013 Portanto com a utilização da ' ' BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE " nos motores é possível atingir taxas de compressão jamais alcançadas nos motores produzidos nas décadas anteriores e nos que estão sendo produzidos na atualidade, pois devido o deslocamento vetorial de sua haste quando o motor está na fase de compressão da mistura, a biela excêntrica angular sobe com ângulo mais reto devido o deslocamento vetorial de sua haste, diminuindo a força do motor para comprimir e devido ao raio do eixo virabrequim sofrer alterações entre a distância do centro do moente ao centro da haste da biela que com a diminuição da alavanca do motor consegue comprimir a mistura ar-combustível sem que ocorra a detonação.

014 Nessa configuração, quando o moente do eixo virabrequim atinge o ponto morto superior (PMS) a biela ainda não atingiu a posição vertical de (90°) e o pistão sofre uma pequena parada no ponto morto superior. Isso quer dizer que quando o virabrequim começa a descer o pistão sobe mais um pouco para que biela mude sua trajetória sofrendo um deslocamento acompanhando o sentido de rotação do eixo virabrequim.

015 Durante a mudança de trajetória a combustão que ocorre a um grau determinado antes do ponto morto superior esse processo permite uma maior queima da mistura ar-combustível gerando maior potência e torque ao motor.

016 Isso quer dizer que quando o moente do eixo virabrequim começa a descer o pistão sobe mais um pouco e a biela atinge o ângulo de 90° graus, neste momento está ocorrendo a queima da mistura ar-combustível e a maior força no processo de combustão/expansão está sendo impelida no pistão. 017 Como está totalmente na posição vertical, toda essa força é transmitida para o moente do eixo virabrequim que já esta descendo e com o deslocamento vetorial de sua haste obtém-se ganho de potência e torque desde o inicio da combustão. Podemos concluir que a força que será passada para o moente do eixo virabrequim será a máxima força exercida pelo pistão, pois, quanto mais tempo manter o pistão e a biela na posição vertical (90°) com máxima pressão produzida maior será o ganho energético do motor, produzindo maior pressão media efetiva no interior do cilindro desde o ponto morto superior (PMS) até o ponto morto inferior (PMI) gerando potência e torque mais uniforme.

018 A "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" tem suas limitações de acordo com a relação R/L de cada motor. A relação R/L é a divisão do raio do virabrequim pelo comprimento da biela. Essa relação é uma das mais sensíveis no funcionamento do motor e quanto menor esta relação, melhor, pois quanto menor for o R/L menos potência efetiva o motor gastará para mover o conjunto e, portanto, maior será a facilidade de obter rotação para aproveitar esta potência em beneficio do desempenho do motor.

019 E com o R/L menor mais suave e o funcionamento do motor diminuindo sensivelmente as vibrações produzidas pelo conjunto em movimento (pistão, biela e eixo virabrequim).

020 A utilização da "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" em motor com R/L acima de 0,30, maior será a ângulo entre o centro do pistão ao centro do moente de virabrequim gerando forças contrarias ao movimento de rotação do motor e altas forças contra a parede do cilindro que provocam altas forças de arrasto do pistão provocando maior atrito entre a saia do pistão e a camisa do cilindro do motor diminuindo sua vida útil. Isso também ocorre em motores que utilizam bielas tradicionais conhecidas no estado da técnica utilizadas nos motores atuais. 021 Portanto, há meios de contornar esses desgastes com estudos tribológicos aplicados para diminuir o atrito e desgaste e utilização de novas tecnologias tais como: deslocamento do cilindro da linha de centro do munhão do eixo virabrequim, revestimento da saia do pistão com filme de bissulfeto de molibdênio, filme de politetrafluoretileno (ptfe), tratamento da superfície do cilindro que tem resultados de uma superfície extremamente lisa (aplicação da nanotecnologia) que possui poros em nanoescala que aprisionam moléculas de óleo otimizando a lubrificação do motor desenvolvimento de óleos lubrificantes com maior resistência para diminuir o atrito e a temperatura, ou seja, com a evolução tecnológica é possível alcançar resultados muito satisfatórios para aumentar a vida útil dos componentes do motor.

022 Biela do motor conhecida no estado da técnica utilizadas nos motores do passado e nos motores atuais e o componente responsável por transmitir a força recebida pelo pistão e repassar ao moente do eixo virabrequim para gerar torque, com exclusiva função de inverter o sentido de movimento alternativo linear do pistão para o movimento rotativo do eixo virabrequim. Pois ligada ao pistão através de um pino a biela sobe e desce e ligada ao moente do eixo virabrequim preso numa capa entre bronzinas a biela transmite a força gerada na combustão e expansão dos gases para gerar torque.

023 "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" objeto do pedido de invenção, com o deslocamento vetorial de sua haste, além de cumprir as funções da biela conhecida no estado da técnica, produz o aumento do torque do motor na fase de combustão e expansão dos gases devido o deslocamento de sua haste que aumenta a distância entre o centro do munhão do virabrequim ao centro da haste da biela além de diminuir a força do motor para comprimir a mistura ar- combustível na fase de compressão e garantir uma queima mais perfeita da mistura quando está na trajetória de movimento entre a compressão e a combustão/expansão dos gases no interior do cilindro, pois, o pistão tem uma ligeira parada no movimento da inversão de sentido de movimento na subida e descida, retirando maior energia produzida por molécula de combustível no processo termodinâmico aumentando a potência, com menor consumo de combustível e menor emissão de gases poluentes para a atmosfera.

024 A "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" devido a sua configuração do deslocamento vetorial de sua haste permite o aumento da taxa de compressão sem que ocorra a detonação, devido a sua subida mais reta quando está na fase de compressão da mistura ar-combustível em motores do ciclo Otto ou de ar puro em motores do ciclo diesel.

025 Os motores ílex (bicombustíveis) que funcionam com gasolina ou com álcool têm suas limitações porque os combustíveis têm reatividades diferentes em relação à detonação. Por esse motivo os projetistas de motores escolheram uma taxa de compressão intermediaria para queimar tanto a gasolina quanto o etanol. Por conta disso o motor flex não pode ser otimizado para funcionar com etanol. Porque diminui seu desempenho e eficiência ao ser movido a gasolina e vice-versa, ou seja, sua eficiência deixa a desejar tanto na gasolina como no etanol.

026 Com a utilização da "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" que permite aumentar a taxa de compressão sem que ocorra a detonação, é a solução para os problemas hoje acorridos em motores bicombustíveis melhorando a queima com aumento de potência, torque, economia de combustível e redução de emissão de poluentes.

027 As bielas comuns são forjadas em duas partes, as superfícies de contato da biela e da capa são usinadas e recebem dois pinos localizadores para garantir a montagem perfeita. 028 As bielas fraturadas são forjadas numa única peça e depois de usinadas são fraturadas separando-se o corpo da biela da capa, com isso cria-se uma superfície de encaixe perfeito entre o corpo da biela e a capa correspondente eliminando-se a necessidade dos pinos localizadores diminuindo sua massa. As bielas com tecnologias fraturadas devem ser confeccionadas em materiais próprios, com os aços atuais microligados e também matérias sinterizados.

029 As bielas usadas em motores de combustão interna têm grandes tensões aplicadas sobre as mesmas no funcionamento do motor e, por conseguinte tem de ser produzida com materiais resistentes ao atrito, fadiga, torção e quebra e de preferência de baixa massa e peso.

030 De uma forma geral, a mistura ar-combustível é queimada dentro dos cilindros para alternar os pistões. Os pistões acionam o conjunto de bielas que aciona o eixo do moente do eixo virabrequim fazendo com que ele gire dentro do bloco do motor. Especificamente quando o combustível é queimado dentro do cilindro a pressão de combustão e expansão aciona o pistão para baixo em um movimento substancialmente linear que por sua vez aciona o conjunto de biela em um movimento substancialmente linear, porém ligeiramente rotacional produzindo potência e torque.

031 Para que se possa obter uma perfeita compreensão do que fora desenvolvido, são apensos desenhos ilustrativos aos quais se fazem referências numéricas em conjunto com uma descrição pormenorizada em cada folha. Para melhor entendimento a partir da figura 3 até a figura 12 estão representadas três figuras onde se tem: Figura A- Biela utilizada no estado da técnica, utilizada em um motor com bloco alinhado; Figura B- Biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste utilizada em um motor com bloco alinhado; Figura C: Biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste utilizada em um motor com o centro do cilindro deslocado em relação ao centro do munhão do eixo virabrequim, onde se segue: 032 A figura 1- Mostra a biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste (4).

033 A figura 2-Mostra a biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste desmontada.

034 A figura 3-Mostra na figura 3a, a biela conhecida no estado da técnica sendo utilizada em um motor de bloco alinhado, na figura 3b, mostra a biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste, sendo utilizada em um motor de bloco alinhado, substituindo a biela tradicional, na figura 3c mostra a biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste sendo utilizada em um motor com deslocamento do centro do cilindro em relação ao centro do munhão do eixo virabrequim.

035 A figura 4- Mostra a biela e o pistão no ponto morto superior iniciando o tempo de admissão, a válvula de admissão abre a um grau determinado depois do ponto morto superior, nesta fase é importante observar que a biela conhecida no estado da técnica figura 3a, esta totalmente na vertical e alinhada com o moente do eixo virabrequim. Na figura 4b a biela excêntrica angular esta ligeiramente inclinada devido a seu deslocamento vetorial acompanhando a rotação do motor e na figura 3c, a biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste a pesar do seu deslocamento vetorial ela esta reta devido ao deslocamento do cilindro do motor diminuindo o atrito entre a saia do pistão e a parede do cilindro do motor.

036 A figura 5- Mostra o pistão e a biela na metade do tempo de admissão.

037 A figura 6- Mostra o pistão e a biela na mudança de trajetória do ponto morto inferior nesta fase é importante observar que nas figuras 6b e 6c com a utilização da biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste, devido ao seu deslocamento vetorial, o pistão para um pouco para que a biela mude sua trajetória de sentido de movimento terminando o tempo de admissão e iniciando o tempo de compressão com as válvulas de admissão e descarga fechadas.

038 A figura 7- Mostra o pistão e a biela na metade do tempo de compressão. Nesta fase é muito importante observar que na figura 7a, o raio do eixo virabrequim não muda exigindo muita força do motor para comprimir e nas figuras 7b e 7c com a utilização da biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste a distância do raio do virabrequim não muda porem devido ao deslocamento vetorial da haste a distância entre o centro do munhão ao centro da haste da biela é diminuída fazendo com que o motor faça menor força para comprimir.

039 A figura 8- Mostra o pistão e a biela na mudança de trajetória no ponto morto superior onde termina o tempo de compressão e da inicio ao tempo de combustão onde ocorre a um grau determinado antes do ponto morto superior. Nesta fase a combustão da mistura produz a maior pressão no interior do cilindro ficando estável a alguns graus depois do ponto morto superior é muito importante observar que na figura 8a, a biela tradicional conhecida no estado da técnica apesar de receber a maior força do pistão não gera torque algum, pois, a biela esta alinhada com o moente do eixo virabrequim não existindo alavanca para produzir torque. Já nas figuras 8b e 8c com a utilização da biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste já é produzido torque aproveitando a máxima força impelida pelo pistão. Nesta posição o pistão que utiliza a biela excêntrica angular com deslocamento vetorial de sua haste sofre uma pequena parada e sobe mais um pouco para que a biela mude sua trajetória de sentido de movimento iniciando a fase de expansão dos gases provocados pela combustão. Essa parada do pistão no ponto morto superior melhora a queima do combustível retirando maior energia por molécula de combustível, com isso há um maior ganho energético do motor, diminuindo o consumo de combustível e consequentemente menores emissões de poluentes para a atmosfera.

040 A figura 9- Mostra o pistão e a biela na metade do tempo de combustão expansão dos gases. Nesta fase é muito importante observar que na figura 9 ^a que utiliza a biela conhecida no estado da técnica distância (raio) entre o munhão e o moente do virabrequim não sofre alterações, portanto o torque não é alterado, na figura 9b que utiliza a "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" a distância entre o centro do munhão ao centro do moente permanece o mesmo, porém a distância do centro do munhão do virabrequim ao centro da haste da biela é aumentada de acordo com o deslocamento vetorial da haste projetada para cada configuração de motor aumentando a alavanca e gerando torque adicional. Na figura 9c tem- se o mesmo efeito produzido na figura 9b, porém devido ao deslocamento do cilindro do motor em relação ao centro do munhão do virabrequim a biela desce menos inclinada diminuindo o atrito entre a saia do pistão e a camisa do cilindro aumentando sua vida útil.

041 A figura 10- Mostra o pistão e a biela na mudança de trajetória no ponto morto inferior nesta fase a válvula de descarga é aberta a um grau determinado antes do ponto morto inferior provocando a descarga rápida dos gases aliviando o sistema onde termina o tempo de combustão e expansão e inicia o tempo de descarga e exaustão dos gases queimados.

042 A figura 1 1- Mostra o pistão e a biela na metade do tempo de descarga e exaustão dos gases queimados.

043 A figura 12- Mostra o pistão e a biela no ponto morto superior concluindo o ciclo de funcionamento do motor e na mudança de trajetória inicia-se um novo ciclo.

044 Como inferem os desenhos e em seus pormenores, podemos observar que a "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" compreendendo por um corpo principal ( 1 ) um olho pequeno que acomoda o pino do pistão (2) uma haste (3) com deslocamento vetorial (4) um olho grande que acomoda o moente do eixo virabrequim (5) com uma capa do corpo da biela (6) provida de parafusos de fixação (7).

045 Podemos perceber que a "BIELA EXCÊNTRICA ANGULAR COM DESLOCAMENTO VETORIAL DE SUA HASTE" traz enormes vantagens em relação à biela tradicional conhecida no estado da técnica, pois se trata de uma biela que pode ser utilizada em qualquer motor de combustão interna, aproveitando o projeto dos motores construídos nas décadas anteriores não sendo necessário alterações da configuração e arquitetura de seu funcionamento e sem modificações que requerem investimentos por gerar aumento no rendimento teórico do motor, aumentando potência, torque, reduzindo o consumo de combustível e emissões de poluentes para atmosfera, tendo sua utilização em motores do ciclo Otto, alimentado por diesel, gasolina, álcool, bicombustíveis, GNV, óleo diesel, biodiesel, hidrogénio, ar comprimido ou qualquer combustível usado para gerar energia no interior do cilindro do motor.

046 Por ser inovador e até então não compreendendo no estado da técnica se enquadra perfeitamente dentro dos critérios que definem a patente de invenção. Suas reivindicações são: