Motor de seis tiempos

En 1883, el ingeniero Samuel Griffin, afincado en Bath , era un reconocido fabricante de motores de vapor y gas. Deseaba producir un motor de combustión interna, pero sin pagar los costes de licencia de las patentes de Otto . Su solución fue desarrollar una «válvula deslizante patentada» y un motor de seis tiempos de simple efecto que la utilizara. En 1886, el fabricante escocés de locomotoras de vapor Dick, Kerr & Co. vislumbró un futuro en los grandes motores de petróleo y obtuvo la licencia de las patentes de Griffin. Estos eran motores de doble efecto en tándem y se vendían bajo el nombre de «Kilmarnock». ^{[ 2 ]} Un mercado importante para el motor Griffin era la generación de electricidad, donde se labró una reputación por funcionar sin problemas con poca carga durante largos periodos, para luego poder satisfacer repentinamente una gran demanda de energía. Su construcción grande y pesada no los hacía adecuados para uso móvil, pero eran capaces de quemar grados de petróleo más pesados ​​y económicos. El principio clave del «Griffin Simplex» era un vaporizador externo calentado con camisa de escape, en el que se pulverizaba el combustible. La temperatura se mantuvo alrededor de 550 °F (288 °C) , suficiente para vaporizar físicamente el aceite, pero no para descomponerlo químicamente. Esta destilación fraccionada permitió el uso de combustibles de petróleo pesado, ya que los alquitranes y asfaltos no utilizables se separaban en el vaporizador. Se utilizó un encendido de bulbo caliente , que Griffin denominó "encendedor catatérmico", una pequeña cavidad aislada conectada a la cámara de combustión. El inyector de pulverización tenía una boquilla interna ajustable para el suministro de aire, rodeada por una carcasa anular para el aceite, tanto el aceite como el aire entraban a una presión de 20 psi (140 kPa) y eran regulados por un regulador. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Griffin cerró su negocio en 1923. Solo se conservan dos ejemplos conocidos de un motor de seis tiempos Griffin. Uno se encuentra en el Museo de Motores Anson . El otro fue construido en 1885 y durante algunos años estuvo en el Museo de Ciencia y Tecnología de Birmingham , pero en 2007, regresó a Bath y al Museo de Bath en el Trabajo . ^{[ 5 ]}    

Leonard Dyer inventó en 1915 un motor de seis tiempos, de combustión interna y con inyección de agua, muy similar al diseño de Crower (véase más abajo). Desde entonces, se han concedido una docena de patentes similares.

El motor de seis tiempos de Dyer incluye:

• No requiere sistema de refrigeración
• Mejora el consumo de combustible de un motor típico.
• Requiere un suministro de agua pura que actúe como medio para la segunda carrera de potencia.
• Extrae la energía adicional de la expansión del vapor.

El motor de seis tiempos Bajulaz tiene un diseño similar al de un motor de combustión convencional, pero se le realizaron modificaciones en la culata, incorporando dos cámaras suplementarias de capacidad fija: una cámara de combustión y una cámara de precalentamiento de aire sobre cada cilindro. La cámara de combustión recibe aire caliente del cilindro; la inyección de combustible inicia una combustión isocórica (a volumen constante), lo que aumenta la eficiencia térmica en comparación con una combustión en el cilindro. La alta presión alcanzada se libera en el cilindro para impulsar la carrera de expansión. Mientras tanto, una segunda cámara, que recubre la cámara de combustión, calienta su aire a un alto grado mediante el calor que atraviesa la pared del cilindro. Este aire caliente y presurizado se utiliza para impulsar una carrera adicional del pistón.

Las ventajas que se le atribuyen al motor incluyen una reducción del consumo de combustible de al menos un 40%, dos tiempos de expansión en seis tiempos, capacidad para utilizar múltiples combustibles y una drástica reducción de la contaminación . ^{[ 6 ]}

El motor de seis tiempos Bajulaz fue inventado en 1989 por Roger Bajulaz de la empresa Bajulaz SA, con sede en Ginebra , Suiza ; cuenta con las patentes estadounidenses 4,809,511 y 4,513,568 .

Las características del motor de seis tiempos Bajulaz que se mencionan son:

• Reducción del consumo de combustible en al menos un 40%.
• Dos movimientos de expansión (trabajo) en seis movimientos
• Multicombustible, incluido el gas licuado de petróleo.
• Reducción drástica de la contaminación atmosférica
• Costes comparables a los de un motor de cuatro tiempos.

En un motor Velozeta, se inyecta aire fresco en el cilindro durante la carrera de escape, que se expande por el calor y, por lo tanto, fuerza al pistón hacia abajo para una carrera adicional. Se han eliminado las superposiciones de válvulas, y las dos carreras adicionales con inyección de aire proporcionan una mejor evacuación de gases . El motor parece mostrar una reducción del 40% en el consumo de combustible y una drástica reducción de la contaminación del aire. ^{[ 7 ]} Su relación potencia-peso es ligeramente inferior a la de un motor de gasolina de cuatro tiempos. ^{[ 7 ]} El motor puede funcionar con una variedad de combustibles, desde gasolina y diésel hasta GLP . Un motor modificado muestra una reducción del 65% en la contaminación por monóxido de carbono en comparación con el motor de cuatro tiempos del que se desarrolló. ^{[ 7 ]} El motor fue desarrollado en 2005 por un equipo de estudiantes de ingeniería mecánica, U Krishnaraj, Boby Sebastian, Arun Nair y Aaron Joseph George del Colegio de Ingeniería, Trivandrum .

Este motor fue desarrollado por Chanayil Cleetus Anil, de Cochin, India, a quien se le concedió una patente india para el diseño en 2012. ^{[ 8 ] [ 9 ]} El registro de la patente indica una fecha de presentación del 4 de abril de 2005, una fecha de concesión del 25 de mayo de 2012 y registra el estado legal de la patente como vencida. ^{[ 9 ]} El nombre del motor proviene del nombre de su empresa, NIYKADO Motors. El motor se sometió a una ronda preliminar de pruebas a máxima potencia en la Asociación de Investigación Automotriz de la India, Pune. ^{[ 8 ]} El inventor afirma que este motor "es un 23 % más eficiente en el consumo de combustible en comparación con un motor de cuatro tiempos convencional" ^{[ 8 ]} y que es "muy poco contaminante". ^{[ 8 ]}

Anil, un mecánico, desarrolló el motor NIYKADO a lo largo de más de 15 años. El motor se probó por primera vez en 2004 y Anil solicitó su patente en 2005. ^{[ 8 ]} Afirma que su diseño produce mucha menos contaminación y que su uso en la industria automotriz podría conducir a una "movilidad sin emisiones". ^{[ 8 ]} La descripción de la patente indica que la especificación del motor incluye un sistema de dos válvulas y un sistema de cuatro válvulas; en el sistema de dos válvulas, se añaden una carrera de amortiguación y una carrera de recuperación entre las carreras de potencia y escape. ^{[ 9 ]}

Niykado Technologies Private Limited se constituyó posteriormente en Kerala en 2022. ^{[ 10 ]} Kerala Startup Mission la cataloga como una empresa emergente certificada con Anil Cleetus Chanayil y Binesh EB como fundadores, y describe productos o aplicaciones posteriores, incluyendo el motor híbrido de seis tiempos NIYKADO, el generador de energía NIYKADO y las bombas NIYKADO. ^{[ 10 ]} El mismo perfil afirma que el motor de seis tiempos puede reducir las emisiones a niveles "muy bajos o casi insignificantes" y tiene "un 50 por ciento más de ahorro de combustible" en comparación con la tecnología de motores de combustión interna existente. ^{[ 10 ]}

En un motor de seis tiempos prototipado en Estados Unidos por Bruce Crower, se inyecta agua en el cilindro después de la carrera de escape y se convierte instantáneamente en vapor , que se expande y empuja el pistón hacia abajo para una carrera de potencia adicional. De esta manera, el calor residual que requiere un sistema de refrigeración por aire o agua para su descarga en la mayoría de los motores se captura y se utiliza para impulsar el pistón. ^{[ 1 ]} Crower estimó que su diseño reduciría el consumo de combustible en un 40 % al generar la misma potencia a una velocidad de rotación menor. El peso asociado a un sistema de refrigeración podría eliminarse, pero esto se compensaría con la necesidad de un depósito de agua además del depósito de combustible habitual.

El motor de seis tiempos de Crower fue un diseño experimental que atrajo la atención de los medios en 2006 debido a una entrevista concedida por el inventor estadounidense de 75 años, quien solicitó una patente para su diseño. ^{[ 1 ]} Posteriormente, se abandonó dicha solicitud de patente. ^{[ 12 ]}

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El diseño del motor Beare-head fue desarrollado por Malcolm Beare de Australia . Esta tecnología combina la parte inferior de un motor de cuatro tiempos con un pistón opuesto en la culata que funciona a la mitad de la frecuencia cíclica del pistón inferior. Funcionalmente, el segundo pistón reemplaza el mecanismo de válvulas de un motor convencional. Entre sus beneficios se incluyen un aumento del 9 % en la potencia y una mayor eficiencia termodinámica gracias a una mayor relación de compresión, posible gracias a la eliminación de la válvula de escape caliente. ^{[ 18 ]}

La idea se desarrolló en la Universidad Tecnológica de Silesia , Polonia, bajo la dirección del ingeniero Adam Ciesiołkiewicz. La Oficina de Patentes de Polonia le otorgó la patente número 195052 .

Los motores M4+2 comparten muchas características con los motores de cabeza Beare , al combinar dos pistones opuestos en el mismo cilindro. Un pistón funciona a la mitad de la frecuencia cíclica del otro, pero mientras que la función principal del segundo pistón en un motor de cabeza Beare es reemplazar el mecanismo de válvulas de un motor de cuatro tiempos convencional, el M4+2 lleva este principio un paso más allá. El funcionamiento del motor de combustión de doble pistón se basa en la cooperación de ambos módulos. El cambio de carga de aire se produce en la sección de dos tiempos del motor. El pistón de la sección de cuatro tiempos actúa como un sistema auxiliar de intercambio de carga de aire, funcionando como un sistema de válvulas. El cilindro se llena con aire o con una mezcla aire-combustible. El proceso de llenado se realiza a sobrepresión mediante el sistema de admisión deslizante. Los gases de escape se eliminan, como en el motor clásico de dos tiempos, a través de ventanas de escape en el cilindro. El combustible se suministra al cilindro mediante un sistema de inyección. El encendido se realiza mediante dos bujías. La potencia efectiva del motor de doble pistón se transmite mediante dos cigüeñales. La característica distintiva de este motor es la posibilidad de modificar continuamente la cilindrada y la relación de compresión durante su funcionamiento mediante el cambio de la posición del pistón. Los modelos mecánicos y termodinámicos se diseñaron para motores de doble pistón, lo que permitió elaborar un nuevo ciclo termodinámico teórico para motores de combustión interna de doble pistón. ^{[ 19 ]}

El principio de funcionamiento del motor se explica en el artículo sobre motores de dos y cuatro tiempos .

En este motor, de diseño similar al de la culata Beare, un "cargador de pistón" reemplaza el sistema de válvulas. El cargador de pistón carga el cilindro principal y regula simultáneamente la entrada y la salida de aire, evitando así la pérdida de aire y combustible en el escape. ^{[ 20 ]} En el cilindro principal, la combustión se produce en cada vuelta, como en un motor de dos tiempos , mientras que la lubricación se logra de la misma manera que en un motor de cuatro tiempos . La inyección de combustible puede realizarse en el cargador de pistón, en el conducto de transferencia de gases o en la cámara de combustión. También es posible cargar dos cilindros de trabajo con un solo cargador de pistón. Se afirma que la combinación de un diseño compacto para la cámara de combustión, junto con la ausencia de pérdida de aire y combustible, proporciona al motor mayor par motor, mayor potencia y mejor eficiencia de combustible. Se afirma que la reducción de piezas móviles y del diseño disminuye los costos de fabricación. Se afirma que el motor es apto para combustibles alternativos, ya que no se produce corrosión ni depósitos en las válvulas. Los seis tiempos son:

1. Aspiración
2. Precompresión
3. transferencia de gases
4. Compresión
5. Encendido
6. Expulsión.

Este invento fue desarrollado por Helmut Kottmann, de Alemania, durante sus 25 años de trabajo en MAHLE GmbH, empresa dedicada a la construcción de pistones y cilindros. Las patentes estadounidenses de Kottmann, números 3921608 y 5755191, se enumeran a continuación.

Este diseño fue inventado por el ingeniero belga Gerhard Schmitz y ha sido prototipado por Ilmor Engineering. ^{[ 21 ]}

Estos diseños utilizan dos (o cuatro, seis u ocho) cilindros con un ciclo Otto de cuatro tiempos convencional. Un pistón adicional (en su propio cilindro) es compartido por los dos cilindros del ciclo Otto. Los gases de escape del cilindro del ciclo Otto se dirigen al cilindro compartido, donde se expanden, generando trabajo adicional. Esto es, en algunos aspectos, similar al funcionamiento de una máquina de vapor compuesta, donde los cilindros del ciclo Otto constituyen la etapa de alta presión y el cilindro compartido la etapa de baja presión. El funcionamiento del motor es el siguiente:

Los diseñadores consideran que se trata de un diseño de cinco tiempos , al considerar la carrera de escape de alta presión y la carrera de expansión de baja presión simultáneas como una sola carrera. Este diseño proporciona una mayor eficiencia de combustible debido a la mayor relación de expansión total de los cilindros combinados. Se pueden lograr relaciones de expansión comparables a las de los motores diésel, utilizando gasolina. Se afirma que los motores de cinco tiempos son más ligeros y tienen una mayor densidad de potencia que los motores diésel.

Los motores de combustión controlada , diseñados por Bradley Howell-Smith de la empresa australiana Revetec Holdings Pty Ltd, utilizan pares de pistones opuestos para accionar un par de levas trilobuladas contrarrotatorias mediante cojinetes. Estos elementos sustituyen al cigüeñal y las bielas convencionales, lo que permite que el movimiento de los pistones sea puramente axial, de modo que la mayor parte de la potencia que de otro modo se desperdiciaría en el movimiento lateral de las bielas se transfiere eficazmente al eje de salida. Esto proporciona seis carreras de potencia por revolución del eje (repartidas entre un par de pistones). Una prueba independiente midió el consumo específico de combustible del prototipo de motor de gasolina X4v2 de Revetec en 212 g/kW-h ^{[ 22 ]} (lo que corresponde a una eficiencia energética del 38,6 %). Se puede utilizar cualquier número par de pistones, en configuraciones bóxer o en X; los tres lóbulos de las levas se pueden sustituir por cualquier otro número impar mayor que uno; y la geometría de las levas se puede modificar para adaptarse a las necesidades de los combustibles y las aplicaciones de los motores. Estas variantes pueden tener 10 o más ciclos.