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Motor de pistones opuestos

Un motor de dos tiempos equilibrado Simpson de 1914 Un motor de pistones opuestos es un motor de pistones en el que cada cilindro tiene un pistón en ambos extremos y carece de c...

Un motor de dos tiempos equilibrado Simpson de 1914

Un motor de pistones opuestos es un motor de pistones en el que cada cilindro tiene un pistón en ambos extremos y carece de culata . Los motores de pistones opuestos, tanto de gasolina como diésel, se han utilizado principalmente en aplicaciones de gran tamaño, como barcos, tanques militares y fábricas. Entre los fabricantes actuales de motores de pistones opuestos se encuentran Cummins , Achates Power y Fairbanks-Morse Defense (FMDefense) .

Diseño

Esquema de un motor de pistones opuestos sobrealimentado 1. Admisión de la mezcla de combustible y aire 2. Sobrealimentador 3. Caja del filtro de aire 4. Válvula de alivio de presión 5. Cigüeñal de salida 6. Mecanismo de manivela de admisión 7. Cilindro con ranuras de admisión y escape 8. Escape 9. Camisa de refrigeración por agua 10. Bujía

En comparación con los motores de dos tiempos contemporáneos , que utilizan un diseño convencional de un pistón por cilindro, las ventajas del motor de pistones opuestos son:

El principal inconveniente era que los dos pistones opuestos debían estar acoplados mediante engranajes. Esto añadía peso y complejidad en comparación con los motores de pistón convencionales, que utilizan un único cigüeñal como fuente de potencia.

La configuración más común era de dos cigüeñales, con los cigüeñales engranados entre sí (ya sea en la misma dirección o en direcciones opuestas). [ 6 ] Los motores Koreyvo, Jumo y Napier Deltic usaban un pistón por cilindro para exponer un puerto de admisión y el otro para exponer un puerto de escape. Cada pistón se denomina pistón de admisión o pistón de escape, según su función en este sentido. Esta configuración proporciona un barrido superior, ya que el flujo de gas a través del cilindro es axial en lugar de radial, y simplifica el diseño de las cabezas de los pistones. En el Jumo 205 y sus variantes, el cigüeñal superior sirve a los pistones de escape y el cigüeñal inferior a los pistones de admisión. En los diseños que utilizan múltiples bancadas de cilindros, cada cojinete de cabeza grande sirve a un pistón de admisión y a uno de escape, utilizando una biela bifurcada para el pistón de escape.

Historia

Desde la década de 1880 hasta la de 1930

Animación del motor diferencial Atkinson
Motor diésel de avión Junkers Jumo 205 de 1932

Uno de los primeros motores de pistones opuestos fue el motor diferencial Atkinson de 1882 , [ 7 ] que tiene una carrera de potencia en cada rotación del cigüeñal (en comparación con cada segunda rotación del motor de ciclo Otto contemporáneo ), pero no fue un éxito comercial. [ 8 ]

En 1898, se instaló en la fundición de Hoerde un motor de dos tiempos de pistones opuestos Oechelhäuser que producía 600 hp (447 kW) . [ 9 ] Este diseño de motor también fue producido bajo licencia por fabricantes como Deutsche Kraftgas Gesellschaft en Alemania y William Beardmore & Sons en el Reino Unido. [ 10 ]  

En 1901, los motores de gasolina y gasoline equilibrados Kansas City Lightning eran motores de gasolina que producían de 4 a 25 hp (3 a 19 kW) . [ 11 ]  

Un motor de automóvil de pistones opuestos fue producido por la compañía francesa Gobron-Brillié alrededor de 1900. El 31 de marzo de 1904, [ 12 ] [ 13 ] un automóvil Gobron-Brillié impulsado por el motor de pistones opuestos fue el primer automóvil en superar los 150  km/h con una "velocidad récord mundial" de 152,54 km/h (95 mph) . [ 14 ] El 17 de julio de 1904, el automóvil Gobron-Brillié se convirtió en el primero en superar las 100 mph (161 km/h) en el kilómetro lanzado. [ 15 ] El motor utilizaba un solo cigüeñal en un extremo de los cilindros y una cruceta para el pistón opuesto.    

Otro motor de automóvil de pistones opuestos de los primeros tiempos se encontraba en el automóvil escocés Arrol-Johnston , que parece haber sido instalado por primera vez en su  buckboard de 10 hp alrededor de 1900. El motor fue descrito e ilustrado con cierto detalle en el relato de su  automóvil de 12-15 hp exhibido en el Salón del Automóvil de Olympia de 1905. [ 16 ] [ 17 ] El motor era de cuatro tiempos con dos cilindros (con pistones opuestos en cada uno) con el cigüeñal debajo y los pistones conectados por brazos de palanca al cigüeñal de dos muñequillas.

El primer motor diésel con pistones opuestos fue un prototipo construido en la fábrica de locomotoras de Kolomna, en Rusia. Su diseñador, Raymond A. Koreyvo, patentó el motor en Francia el 6 de noviembre de 1907 y lo exhibió en exposiciones internacionales, pero no llegó a producirse en serie. El diseño de Kolomna utilizaba una configuración típica de dos cigüeñales conectados por engranajes.

En 1914, el motor de motocicleta Simpson's Balanced Two-Stroke era otro motor de pistones opuestos que utilizaba un único cigüeñal bajo el centro de los cilindros, con ambos pistones conectados por palancas. [ 18 ] Este motor tenía un diseño de compresión en el cárter, donde un pistón se utilizaba para descubrir el puerto de transferencia y el otro para abrir el puerto de escape. La ventaja de este diseño era evitar las cabezas deflectoras de los pistones que utilizaban la mayoría de los motores de dos tiempos de la época.

La empresa Doxford Engine Works del Reino Unido fabricaba grandes motores de pistones opuestos para uso marino, instalándose el primer motor Doxford en un barco en 1921. [ 19 ] Este motor diésel utilizaba un único cigüeñal en un extremo de los cilindros y una cruceta para el pistón opuesto. [ 20 ] [ 21 ] Tras la Primera Guerra Mundial, estos motores se produjeron en varios modelos, como las series P y J, con potencias de hasta 20 000 hp (14 914 kW) . La producción de motores Doxford en el Reino Unido cesó en 1980. [ 20 ] [ 22 ]  

Entre los motores diésel de pistones opuestos posteriores se incluye el motor aeronáutico Junkers Jumo 205 de 1932, fabricado en Alemania, que tenía dos cigüeñales y no utilizaba un diseño similar al de los motores Gobron-Brillié de 1900-1922. [ 23 ]

Entre 1933 y 1938, Lancia obtuvo la licencia del diseño de Junkers e implementó la configuración de pistones opuestos para su motor Tipo 89, que se utilizó en el camión militar Lancia Ro NM. Este motor, de dos tiempos y 3180 cc (194 pulgadas cúbicas), utilizaba cuatro pistones opuestos horizontalmente. Posteriormente, Lancia añadió otros dos pistones opuestos horizontalmente al diseño, alcanzando una cilindrada de 4770 cc (291 pulgadas cúbicas), y lo denominó Tipo 90 para impulsar el camión Lancia Ro-Ro actualizado. Una vez que el Lancia Ro fue reemplazado por el Lancia 3Ro en 1939, la compañía optó por un motor diésel de cinco cilindros en línea más convencional; el primer motor diésel de cinco cilindros en línea instalado en un automóvil.

Desde la década de 1940 hasta la actualidad

El motor diésel Fairbanks Morse 38 8-1/8 , diseñado en Alemania en la década de 1930, se utilizó en submarinos estadounidenses en las décadas de 1940 y 1950, y en embarcaciones desde la década de 1930 hasta la actualidad. [ 24 ] Se ha utilizado en locomotoras desde 1944.

La versión de noviembre de 2021 de la Fairbanks-Morse 38 8-1/8, la FM 38D 8-1/8 Diesel and Dual Fuel, conserva el mismo diseño de servicio extra pesado y tiene una vida útil nominal de más de 40 años, pero ahora puede quemar combustibles duales (gases y líquidos, con cambio automático a diésel completo si se agota el suministro de gas). [ 25 ]

Los motores diésel de tres cilindros para camiones Commer TS3 , lanzados en 1954, tienen un único cigüeñal debajo del centro de los cilindros con ambos pistones conectados por palancas. [ 26 ]

Diagrama animado del Napier Deltic

También en 1954 se lanzó el motor Napier Deltic para embarcaciones militares. Este motor utiliza tres cigüeñales, uno en cada esquina, para formar los tres bancos de cilindros de doble extremo dispuestos en un triángulo equilátero. El motor Deltic se utilizó en las locomotoras British Rail Clase 55 y British Rail Clase 23, así como para propulsar lanchas patrulleras rápidas y dragaminas de la Royal Navy . A partir de 1962, Gibbs invitó a Mack Trucks a participar en el diseño del superbombero del FDNY y su ténder. Se encargó a DeLaval Turbine el diseño de una bomba centrífuga multietapa con un motor diésel Napier-Deltic T18-37C para accionar las bombas. [ 27 ]

En 1959, se presentó el motor diésel de seis cilindros Leyland L60 de 19 L (1159 pulgadas cúbicas) . El L60 se fabricó en el Reino Unido para su uso en el tanque Chieftain. [ 28 ]   

El tanque soviético T-64 , producido entre 1963 y 1987, también utilizaba un motor diésel de pistones opuestos, el motor 5TD , desarrollado por la Fábrica Malyshev en Járkov. Tras la disolución de la Unión Soviética , Malyshev continuó el desarrollo y la producción de motores de pistones opuestos para vehículos blindados, como el motor de tres cilindros 3TD utilizado en el BTR-4 Butsefal , diversas mejoras del 5TD y el motor de seis cilindros 6TD para el T-64BM2 y el BM Oplot .

En 2014, Achates Power publicó un documento técnico que citaba una mejora del 30 % en el ahorro de combustible cuando su motor se comparó con un motor diésel de próxima generación equipado con tecnologías avanzadas. [ 28 ]

Volvo solicitó una patente en 2017. [ 29 ]

El Diesel Air Dair 100 es un motor diésel de dos cilindros y 100 hp (75 kW) para aeronaves , diseñado y producido por Diesel Air Ltd de Olney, Buckinghamshire, para su uso en dirigibles , aviones de kit de construcción casera y aeronaves ligeras . [ 30 ]  

En julio de 2021, Cummins recibió un contrato de 87 millones de dólares del Ejército de los Estados Unidos para completar el desarrollo del Advanced Combat Engine (ACE), una solución de motor diésel modular y escalable que utiliza tecnología de pistones opuestos. [ 31 ]

Motor de pistón libre

Una variante del diseño de pistones opuestos es el motor de pistones libres, patentado por primera vez en 1934. Los motores de pistones libres no tienen cigüeñal, y los pistones regresan a su posición original después de cada ciclo de combustión mediante la compresión y expansión del aire en un cilindro independiente. Sus primeras aplicaciones fueron como compresor de aire o como generador de gas para una turbina de gas .

Véase también

Referencias

  1. Pirault, Jean-Pierre; Flint, Martin (2010). Motores de pistones opuestos: evolución, uso y aplicaciones futuras . SAE International . ISBN 9780768018004Consultado el 20 de noviembre de 2019 .
  2. Foster, D.; Herold, R.; Lemke, J.; Regner, G.; Wahl, M. (2011). "Beneficios termodinámicos de los motores de dos tiempos con pistones opuestos" . Serie de documentos técnicos de la SAE . Vol. 1. PA: SAE International. doi : 10.4271/2011-01-2216 . Archivado del original el 1 de junio de 2017. Recuperado el 8 de junio de 2017 . 
  3. "Las empresas emergentes trabajan para reinventar el motor de combustión interna" . New York Times . 30 de marzo de 2011. Archivado del original el 9 de agosto de 2020. Consultado el 29 de noviembre de 2019 .
  4. "Pistones opuestos" . AchatesPower.com . 22 de julio de 2018. Archivado del original el 30 de noviembre de 2019. Consultado el 29 de noviembre de 2019 .
  5. "TROPE : Motor de pistones opuestos toroidales" . YouTube.com . frankydevaere. 19 de diciembre de 2010. Archivado del original el 21 de diciembre de 2021. Recuperado el 29 de noviembre de 2019 . 
  6. "OPRE: Motor de biela con pistones opuestos" . Pattakon.com . Consultado el 29 de noviembre de 2019 .
  7. Gingery, Vincent (2000). Construyendo el motor diferencial Atkinson . David J. Gingery Publishing. ISBN 1878087231.
  8. "Réplica del motor diferencial Atkinson - Motores de gas" . GasEngineMagazine.com . 13 de marzo de 2018. Consultado el 22 de noviembre de 2019 .
  9. "Grandes motores de gas en el continente". Page's Weekly : 1336–1337 . 23 de junio de 1905.
  10. Stokes, Jason WB; Cunningham, Jason (11 de noviembre de 1909). El motor de gas Oechelhauser en Gran Bretaña: ponencia leída ante la Sociedad de Ingeniería de la Universidad de Glasgow . William Beardmore & Company .
  11. "Alcanzados por un rayo: The Kansas City Hay Press Co. - Motores de gas" . FarmCollector.com . Abril de 1999. Archivado del original el 14 de noviembre de 2019. Consultado el 26 de noviembre de 2019 .
  12. Berghaus, Günter, ed. (2009). Futurismo y la imaginación tecnológica . Ámsterdam y Nueva York: Rudopi. pág. 8. ISBN  978-90-420-2747-3Consultado el 9 de octubre de 2024 a través de Google Libros.
  13. "Récords mundiales de velocidad en tierra" . RacingCampbells.com. Archivado del original el 31 de agosto de 2007. Consultado el 8 de octubre de 2024 .
  14. "Semana del Automóvil de Niza: Tercer puesto, Coupe Henri de Rothschild". The Automotor Journal : 426. 9 de abril de 1904.
  15. "Historia de Gobron-Brillie" . UniqueCarsAndParts.com.au . Archivado del original el 25 de agosto de 2013.
  16. ^ "El nuevo coche de gasolina Arrol-Johnston - Parte II". The Automotor Journal : 1467-1469 . 25 de noviembre de 1905.
  17. ^ "El nuevo coche de gasolina Arrol-Johnston - Parte III". The Automotor Journal : 1495-1496 . 2 de diciembre de 1905.
  18. "Un motor de dos tiempos de cilindros opuestos horizontalmente". The Motor Cycle : 204. 6 de agosto de 1914.
  19. "Indexar sitio Doxford" . Telenet.be . Archivado del original el 31 de agosto de 2022. Consultado el 26 de noviembre de 2019 .
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  23. Setright, LJK (1975). Algunos motores inusuales . Publicaciones de ingeniería mecánica para la Institución de Ingenieros Mecánicos . ISBN 9780852982082Consultado el 20 de noviembre de 2019 .
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  27. "El mejor camión de bomberos que el mundo haya conocido (Fire Rescue 1)" . 8 de enero de 2016.
  28. 1 2 "Cronología del diseño del motor" . AchatesPower.com . Archivado del original el 13 de mayo de 2013.
  29. "Motor de combustión interna de dos tiempos con pistones opuestos" . Espacenet . Consultado el 20 de noviembre de 2019 .
  30. "Folleto de Diesel Air" (Comunicado de prensa). Olney, Buckinghamshire, Reino Unido: Diesel Air. 2002.
  31. "El Ejército de EE. UU. adjudica a Cummins Inc. un contrato de 87 millones de dólares para el suministro del motor de combate avanzado" . Cummins .