Motor de pistones opuestos

Un motor de pistones opuestos es un motor de pistones en el que cada cilindro tiene un pistón en ambos extremos y no tiene culata. Los motores de pistones opuestos de gasolina y diésel se han utilizado principalmente en aplicaciones a gran escala, como barcos, tanques militares y fábricas. Los fabricantes actuales de motores de pistones opuestos incluyen Cummins, Achates Power y Fairbanks-Morse Defense (FMDefense).

Diseño

En comparación con los motores de dos tiempos contemporáneos, que utilizaban un diseño convencional de un pistón por cilindro, se han reconocido las ventajas del motor de pistones opuestos como:

• Eliminar la cabeza del cilindro y el tren de la válvula, lo que reduce el peso, la complejidad, el coste, la pérdida de calor y la pérdida de fricción del motor.
• La creación de un movimiento de gas uniflow a través de la cámara de combustión, que evitó los inconvenientes asociados con los diseños de crossflow contemporáneos (cualquier avance posterior ha proporcionado métodos para lograr uniflow scavenging en los diseños convencionales de motores de pistón).
• Una altura reducida del motor

El principal inconveniente era que la potencia de los dos pistones opuestos tenía que estar engranada entre sí. Esto añadió peso y complejidad en comparación con los motores de pistón convencionales, que utilizan un solo cigüeñal como potencia de salida.

El diseño más común era el de dos cigüeñales, con los cigüeñales engranados juntos (en la misma dirección o en direcciones opuestas). 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, dependiendo de su función a este respecto. Este diseño proporciona una evacuación superior, ya que el flujo de gas a través del cilindro es axial en lugar de radial, y simplifica el diseño de las coronas de los pistones. En la Jumo 205 y sus variantes, el cigüeñal superior sirve a los pistones de escape y el cigüeñal inferior a los pistones de admisión. En diseños que utilizan bancos de cilindros múltiples, cada cojinete de biela sirve para un pistón de entrada y otro de escape, utilizando una biela bifurcada para el pistón de escape.

Historia

De 1880 a 1930

Uno de los primeros motores de pistones opuestos fue el motor diferencial Atkinson de 1882, 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..

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

En 1901, los motores de gasolina y gasolina balanceados Kansas City Lightning eran motores de gasolina que producían entre 4 y 25 hp (3-19 kW).

La empresa francesa Gobron-Brillié produjo uno de los primeros motores de automóvil de pistones opuestos alrededor de 1900. En abril de 1904, un automóvil Gobron-Brillié propulsado por un motor de pistones opuestos fue el primer automóvil en superar los 150 km/h con un "récord mundial de velocidad" de 152,5 km/h (95 mph). El 17 de julio de 1904, el automóvil Gobron-Brillié se convirtió en el primero en superar los 161 km/h en el kilómetro recorrido. El motor utilizaba un solo cigüeñal en un extremo de los cilindros y una cruceta para el pistón opuesto.

Otro motor de pistón que se opuso tempranamente fue el del automóvil escocés Arrol-Johnston, que parece haber sido instalado por primera vez en su buckboard c1900 de 10 hp. El motor fue descrito e ilustrado con cierto detalle en el relato de su automóvil de 12 a 15 hp exhibido en el Salón del Automóvil de Olimpia de 1905. El motor era de 4 tiempos con dos cilindros (con pistones opuestos en cada uno) con el cigüeñal debajo y los pistones conectados mediante brazos de palanca al cigüeñal de dos vueltas.

El primer motor diésel con pistones opuestos fue un prototipo construido en Kolomna Locomotive Works en Rusia. El 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. El diseño de Kolomna utilizó una disposición típica de dos cigüeñales conectados por engranajes.

En 1914, el motor de motocicleta equilibrado de dos tiempos de Simpson era otro motor de pistones opuestos que utilizaba un solo cigüeñal debajo del centro de los cilindros con ambos pistones conectados mediante palancas. Este motor tenía un diseño de compresión del cárter, con un pistón usado para descubrir el puerto de transferencia y el otro para abrir el puerto de escape. La ventaja de este diseño era evitar las coronas deflectoras de pistones utilizadas por la mayoría de los motores de dos tiempos en ese momento.

Doxford Engine Works en el Reino Unido construyó grandes motores de pistones opuestos para uso marino; el primer motor Doxford se instaló en un barco en 1921. Este motor diésel utilizaba un solo cigüeñal en un extremo de los cilindros y una cruceta para el pistón opuesto. Después de la Primera Guerra Mundial, estos motores se produjeron en varios modelos, como las series P y J, con potencias de hasta 20.000 CV (14.914 kW). La producción de motores Doxford en el Reino Unido cesó en 1980.

Los motores diésel de pistones opuestos posteriores incluyen el motor de avión Junkers Jumo 205 de 1932 construido en Alemania, que tenía dos cigüeñales y no utilizaba un diseño similar a los motores Gobron-Brillié de 1900-1922.

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  1898 Motor de gas Oechelhäuser

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  1900 Gobron-Brillié motor contrapiston con overhung yoke

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  Fairbanks Morse 38 8-1/8 motor diesel en el submarino USS Pampanito

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  Leyland L60 como se utiliza en el tanque Chieftain

Década de 1940 al presente

El motor diésel Fairbanks Morse 38 8-1/8, diseñado originalmente en Alemania en la década de 1930, se utilizó en submarinos estadounidenses en las décadas de 1940 y 1950, y en barcos desde la década de 1930 hasta la actualidad. También se utilizó en locomotoras a partir de 1944.

La última versión (noviembre de 2021) del Fairbanks-Morse 38 8-1/8 se conoce como FM 38D 8-1/8 diésel y combustible dual. Este motor de dos tiempos y pistones opuestos conserva el mismo diseño de servicio extra pesado y tiene una vida útil nominal en servicio de más de 40 años, pero ahora cuenta con la capacidad opcional de quemar combustibles duales (combustibles gaseosos y líquidos, con cambio automático a diésel completo si se acaba el suministro de gas).

Los motores de camión diésel de tres cilindros Commer TS3, lanzados en 1954, tienen un solo cigüeñal debajo del centro de los cilindros con ambos pistones conectados mediante palancas.

También se lanzó en 1954 el motor Napier Deltic para barcos militares. Utiliza tres cigüeñales, uno en cada esquina, para formar los tres bancos de cilindros de dos extremos dispuestos en un triángulo equilátero. El motor Deltic se utilizó en las locomotoras British Rail Class 55 y British Rail Class 23 y para propulsar rápidas lanchas patrulleras y barreminas de la Royal Navy. A partir de 1962, Gibbs invitó a Mack Trucks a participar en el diseño de la súper bomba del FDNY y su licitación complementaria. Se encargó a DeLaval Turbine el diseño de una bomba centrífuga multietapa con un motor diésel Napier-Deltic T18-37C para alimentar las bombas.

En 1959, se introdujo el motor diésel de seis cilindros Leyland L60 de 19 L (1159 cu in). El L60 fue producido en el Reino Unido para su uso en el tanque Chieftain. El tanque soviético T-64, producido entre 1963 y 1987, también utilizaba un motor diésel de pistones opuestos 5TDF.

En 2014, Achates Power publicó un documento técnico citando una mejora del 30% en la economía de combustible cuando su motor se comparó con un motor diésel de próxima generación equipado con tecnologías avanzadas.

Volvo solicitó una patente en 2017.

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

En julio de 2021, Cummins recibió un contrato de 87 millones de dólares del ejército de los Estados Unidos para completar el desarrollo del motor de combate avanzado (ACE), una solución de motor diésel modular y escalable que utiliza tecnología de pistones opuestos.

Motor de pistón libre

Una variación del diseño de pistones opuestos es el motor de pistones libres, que se patentó por primera vez en 1934. Los motores de pistones libres no tienen cigüeñal y los pistones regresan después de cada carrera de disparo mediante compresión y expansión de aire en un motor separado. cilindro. Las primeras aplicaciones fueron como compresor de aire o como generador de gas para una turbina de gas.