El motor de bombilla caliente , también conocido como semidiesel , [1] es un tipo de motor de combustión interna en el que el combustible se enciende al entrar en contacto con una superficie metálica al rojo vivo dentro de una bombilla, seguido de la introducción de aire ( oxígeno) comprimido en la cámara de bulbo caliente por el pistón ascendente. Hay algo de ignición cuando se introduce el combustible, pero rápidamente consume el oxígeno disponible en el bulbo. El encendido vigoroso se produce sólo cuando se suministra suficiente oxígeno a la cámara de bulbo caliente durante la carrera de compresión del motor.
La mayoría de los motores de bombilla caliente se produjeron como unidades de dos tiempos, de baja velocidad y de uno o dos cilindros con barrido por cárter . [1]
El concepto de este motor fue establecido por Herbert Akroyd Stuart , un inventor inglés. Los primeros prototipos se construyeron en 1886 y la producción comenzó en 1891 por Richard Hornsby & Sons de Grantham, Lincolnshire, Inglaterra, bajo el título Hornsby Akroyd Patent Oil Engine bajo licencia. [2] [3]
Algunos años más tarde, el diseño de Akroyd-Stuart fue desarrollado en los Estados Unidos por los emigrantes alemanes Mietz y Weiss, quienes combinaron el motor de bombilla caliente con el principio de barrido de dos tiempos , desarrollado por Joseph Day para proporcionar casi el doble de potencia que en comparación con un motor de cuatro tiempos del mismo tamaño. J. V. Svensons Motorfabrik, Bolinders , Lysekils Mekaniska Verkstad, AB Pythagoras y muchas otras fábricas en Suecia construyeron motores similares, para uso agrícola y marino .
El motor de Akroyd-Stuart fue el primer motor de combustión interna en utilizar un sistema de inyección de combustible presurizado [4] y también el primero en utilizar una cámara de combustión de vaporización separada. Es el precursor de todos los motores de bombilla caliente y se considera el predecesor de los motores diésel con inyección de antecámara.
El motor de aceite Hornsby-Akroyd y otros motores de bombilla caliente son diferentes del diseño de Rudolf Diesel , donde el encendido se produce únicamente mediante el calor de la compresión: un motor Akroyd tendrá una relación de compresión entre 3:1 y 5:1, mientras que un motor Akroyd tendrá una relación de compresión entre 3:1 y 5:1. Un motor diésel típico tendrá una relación de compresión mucho más alta, normalmente entre 15:1 y 20:1, lo que lo hace más eficiente. Además, en un motor akroyd el combustible se inyecta durante la primera carrera de admisión (a 140° BTDC ) y no en el pico de compresión (a 15° BTDC) como en un motor diesel. [5]
El motor de bombilla caliente comparte su diseño básico con casi todos los demás motores de combustión interna , en el sentido de que tiene un pistón , dentro de un cilindro , conectado a un volante mediante una biela y un cigüeñal . El motor original de Akroyd-Stuart funcionaba con un ciclo de cuatro tiempos (inducción, compresión, potencia y escape), y Hornsby continuó construyendo motores con este diseño, al igual que varios otros fabricantes británicos como Blackstone y Crossley . Los fabricantes de Europa , Escandinavia y Estados Unidos (y algunas empresas británicas, incluidas Petter , Gardner y Allen ) construyeron motores que funcionaban en ciclos de dos tiempos con barrido del cárter. Este último tipo constituía la mayor parte de la producción de motores de bombilla caliente. El flujo de gases a través del motor está controlado por válvulas en los motores de cuatro tiempos y por el pistón que cubre y descubre los puertos en la pared del cilindro en los de dos tiempos.
En el motor de bulbo caliente, la combustión tiene lugar en una cámara de combustión separada, el "vaporizador" (también llamado "bulbo caliente"), normalmente montado en la culata del cilindro, en el que se pulveriza el combustible. Está conectado al cilindro por un paso estrecho y se calienta con los gases de combustión mientras está en funcionamiento; para arrancar se utiliza una llama externa, como un soplete o una mecha de combustión lenta; en modelos posteriores, a veces se utilizaba calefacción eléctrica o pirotecnia . Otro método fue la inclusión de una bujía y un encendido por bobina vibratoria; el motor se arrancaría con gasolina y se cambiaría a aceite después de calentarlo a la temperatura de funcionamiento.
El tiempo de precalentamiento depende del diseño del motor, el tipo de calefacción utilizado y la temperatura ambiente, pero para la mayoría de los motores en un clima templado generalmente oscila entre 2 y 5 minutos y hasta media hora si funcionan en condiciones de frío extremo o en temperaturas extremas. El motor es especialmente grande. Luego se hace girar el motor, generalmente a mano, pero a veces con aire comprimido o un motor eléctrico.
Una vez que el motor está en marcha, el calor de compresión y encendido mantiene la bombilla caliente a la temperatura necesaria y se puede retirar la lámpara de soplado u otra fuente de calor. A partir de entonces, el motor no requiere calor externo y sólo requiere un suministro de aire, fueloil y aceite lubricante para funcionar. Sin embargo, con poca potencia la bombilla podría enfriarse demasiado. Si la carga en el motor es baja, las temperaturas de combustión pueden no ser suficientes para mantener la temperatura del bulbo caliente. Por este motivo, muchos motores de bombilla caliente no pueden funcionar sin carga sin calefacción auxiliar. Algunos motores tenían una válvula de mariposa en sus tomas de aire para reducir el suministro de exceso de aire frío cuando funcionaban con carga liviana y/o baja velocidad, y otros tenían boquillas pulverizadoras de combustible ajustables que podían ajustarse para entregar un fuerte chorro de combustible. en el núcleo del bulbo caliente donde las temperaturas serían mayores, en lugar de la amplia pulverización normal de combustible atomizado, para mantener la autocombustión en condiciones prolongadas de funcionamiento con carga baja o en ralentí. Del mismo modo, a medida que aumenta la carga del motor, también aumenta la temperatura del bulbo. Esto hace que el inicio de la combustión avance (que ocurre antes en el ciclo), lo que reduce la potencia y la eficiencia. Si se permite que la combustión avance demasiado, puede producirse un preencendido perjudicial . Este era un factor limitante en la potencia de salida de los motores de bombilla caliente y, para evitar este límite, algunos motores de bombilla caliente cuentan con un sistema mediante el cual se gotea agua en la entrada de aire para reducir la temperatura de la carga de aire y contrarrestar el preencendido. , permitiendo así mayores potencias de salida. [6]
El hecho de que el motor pueda dejarse desatendido durante largos períodos mientras está en funcionamiento hizo que los motores de bombilla caliente fueran una opción popular para aplicaciones que requieren una potencia de salida constante, como tractores agrícolas, generadores , bombas y propulsión de barcos de canal .
El aire ingresa al cilindro a través de la válvula de admisión a medida que el pistón desciende (la carrera de inducción). Durante la misma carrera, una bomba de combustible mecánica (tipo tirón) [7] rocía combustible dentro del vaporizador a través de una boquilla. El combustible inyectado se vaporiza al entrar en contacto con el interior caliente del vaporizador, pero el calor no es suficiente para provocar la ignición. Luego, el aire en el cilindro es forzado a través de la abertura hacia el vaporizador a medida que el pistón se eleva (la carrera de compresión), donde se comprime ligeramente (una proporción de alrededor de 3:1); esto no es suficiente para causar un aumento significativo de la temperatura del carga de aire, que es causada principalmente por el aire que se calienta por contacto con las superficies internas del bulbo caliente ( al rojo vivo debido al calentamiento externo aplicado antes del arranque o debido al calor de combustión mantenido mientras el motor funciona). La carrera de compresión sirve principalmente para crear un movimiento turbulento de aire desde el cilindro hacia el vaporizador, que se mezcla con el fueloil prevaporizado. Esta mezcla y el aumento del contenido de oxígeno a medida que el aire se comprime ligeramente en el vaporizador hacen que el vapor de combustible se encienda espontáneamente. [8] La combustión de la carga de combustible se completa en el bulbo caliente, pero crea una carga en expansión de gases de escape y aire sobrecalentado. La presión resultante impulsa el pistón hacia abajo (la carrera de potencia). La acción del pistón se convierte en un movimiento giratorio mediante el conjunto cigüeñal-volante, al que se puede conectar el equipo para realizar el trabajo. El volante almacena impulso, parte del cual se utiliza para hacer girar el motor cuando no se produce energía. El pistón se eleva, expulsando los gases de escape a través de la válvula de escape (la carrera de escape). Luego el ciclo comienza de nuevo.
La acción básica de inyección y combustión de combustible es común a todos los motores de bombilla caliente, ya sean de cuatro o dos tiempos. El ciclo comienza con el pistón en la parte inferior de su carrera. A medida que sube, aspira aire hacia el cárter a través del puerto de entrada. Al mismo tiempo se pulveriza combustible en el vaporizador. La carga de aire situada en la parte superior del pistón es conducida al vaporizador, donde se mezcla con el combustible atomizado y se produce la combustión. El pistón desciende por el cilindro. A medida que desciende, el pistón descubre primero el puerto de escape. Los gases de escape presurizados salen del cilindro. Una fracción después de que se descubre el puerto de escape, el pistón descendente descubre el puerto de transferencia. El pistón ahora está presurizando el aire en el cárter, que es forzado a través del puerto de transferencia hacia el espacio sobre el pistón. Parte de la carga de aire entrante se pierde por el puerto de escape aún abierto para garantizar que todos los gases de escape se eliminen del cilindro, un proceso conocido como "eliminación". Luego, el pistón llega al final de su carrera y comienza a subir nuevamente, aspirando una carga fresca de aire hacia el cárter y completando el ciclo. La inducción y la compresión se llevan a cabo en la carrera ascendente, mientras que la potencia y el escape se producen en la carrera descendente.
Se debe suministrar un suministro de aceite lubricante al cárter para alimentar los cojinetes del cigüeñal . Dado que el cárter también se utiliza para suministrar aire al motor, el aceite lubricante del motor se lleva al cilindro con la carga de aire, se quema durante la combustión y se saca del escape. El aceite transportado desde el cárter al cilindro se utiliza para lubricar el pistón . Esto significa que un motor de dos tiempos de bulbo caliente consumirá gradualmente su suministro de aceite lubricante, un diseño conocido como sistema de lubricación de "pérdida total". También había diseños que empleaban una bomba de barrido o similar para extraer el aceite del cárter y devolverlo al depósito de aceite lubricante. Los tractores de lámpara caliente Lanz y sus numerosos imitadores tenían esta característica, que reducía considerablemente el consumo de aceite.
Además, si hay exceso de aceite en el cárter al arrancar, existe el peligro de que el motor arranque y acelere incontrolablemente más allá de los límites de velocidad de los componentes giratorios y alternativos. Esto puede provocar la destrucción del motor. Normalmente existe un tapón o llave de paso que permite drenar el cárter antes de arrancar.
La falta de válvulas y el ciclo de trabajo duplicado también significan que un motor de dos tiempos de bulbo caliente puede funcionar igualmente bien en ambas direcciones. Una técnica de arranque común para motores de dos tiempos más pequeños es girar el motor en contra de la dirección de rotación normal. El pistón "rebotará" en la fase de compresión con fuerza suficiente para hacer girar el motor de la manera correcta y arrancarlo. Este funcionamiento bidireccional era una ventaja en aplicaciones marinas, ya que el motor podía, al igual que la máquina de vapor , impulsar una embarcación hacia adelante o hacia atrás sin necesidad de una caja de cambios . La dirección podría invertirse, ya sea parando el motor y encendiéndolo nuevamente en la otra dirección, o, con suficiente habilidad y sincronización por parte del operador, desacelerando el motor hasta que tenga suficiente impulso para rebotar contra su propia compresión y funcionar. La otra manera. Debido a que la inyección de combustible tiene lugar antes de la compresión y debido a que la combustión no está directamente relacionada con un punto específico de la rotación del motor (como ocurre con la inyección/combustión en un motor diesel o con el encendido/combustión en un motor de encendido por chispa), también es posible configurar el abastecimiento de combustible en un motor de dos tiempos de bulbo caliente de modo que la combustión se produzca justo antes de que el pistón alcance el punto muerto superior , lo que hace que el motor invierta la dirección de rotación hasta que el pistón se acerque al PMS, cuando se produce la combustión y la rotación se invierte nuevamente: el motor puede funcionar indefinidamente de esta manera sin completar nunca una rotación completa del cigüeñal. El motor de bombilla caliente es único entre los motores de combustión interna porque puede funcionar a "cero revoluciones por minuto". Esta era también una característica atractiva del motor para uso marino, ya que podía dejarse "en marcha" sin generar un empuje significativo, evitando la necesidad de apagar el motor y luego realizar el largo procedimiento de arranque.
La capacidad bidireccional del motor era una cualidad indeseable en los tractores de bombilla caliente equipados con cajas de cambios. A velocidades muy bajas el motor podía dar marcha atrás casi sin ningún cambio en el sonido o la calidad de funcionamiento y sin que el conductor se diera cuenta hasta que el tractor avanzaba en la dirección opuesta a la prevista. Los tractores Lanz Bulldog presentaban un dial, accionado mecánicamente por el motor, que mostraba una flecha giratoria. La flecha apuntaba en la dirección de rotación normal del motor; si el dial giraba en sentido contrario, el motor había dado marcha atrás.
En el momento en que se inventó la máquina de bombilla caliente, sus grandes atractivos eran su eficiencia, simplicidad y facilidad de operación en comparación con la máquina de vapor , que entonces era la fuente de energía dominante en la industria. Las máquinas de vapor sin condensador alcanzaron una eficiencia térmica promedio (la fracción del calor generado que realmente se convierte en trabajo útil) de alrededor del 6%. [9] Los motores de bombilla caliente podrían alcanzar fácilmente una eficiencia térmica del 12%.
Desde la década de 1910 hasta la de 1950, los motores de bombilla caliente eran más económicos de fabricar con su inyección de combustible crudo a baja presión y tenían una relación de compresión más baja que los motores diésel de encendido por compresión.
La máquina de bulbo caliente es mucho más sencilla de construir y operar que la máquina de vapor. Las calderas requieren que al menos una persona agregue agua y combustible según sea necesario y controle la presión para evitar la sobrepresión y la explosión resultante. Si está equipado con sistemas de lubricación automática y un regulador para controlar la velocidad del motor, un motor de bulbo caliente podría dejarse funcionando sin supervisión durante horas seguidas.
Otro atractivo era su seguridad. Una máquina de vapor, con su fuego expuesto y su caldera caliente, sus tuberías de vapor y su cilindro de trabajo, no podía usarse en condiciones inflamables, como fábricas de municiones o refinerías de combustible. Los motores de bombilla caliente también producían gases de escape más limpios. Un gran peligro con la máquina de vapor era que si la presión de la caldera aumentaba demasiado y la válvula de seguridad fallaba, podía ocurrir una explosión muy peligrosa, aunque esto era relativamente raro en el momento en que se inventó el motor de bombilla caliente. Un problema más común era que si el nivel del agua en la caldera de una máquina de vapor bajaba demasiado, el tapón de plomo en la corona del horno se derretiría, extinguiendo el fuego. Si un motor de bombilla caliente se quedara sin combustible, simplemente se detendría y podría reiniciarse inmediatamente con más combustible. La refrigeración por agua normalmente era de circuito cerrado, por lo que no se produciría pérdida de agua a menos que hubiera una fuga. Si el agua de refrigeración se agotaba, el motor se atascaba por sobrecalentamiento, un problema importante, pero que no entrañaba peligro de explosión. Algunos motores, incluidos los utilizados en los tractores Lanz Bulldog , tenían un tapón fusible instalado en la bombilla caliente. Si el motor se sobrecalentaba, la bujía se derretiría, evitando la compresión y la combustión y deteniendo el motor antes de que se produjeran daños importantes, una característica particularmente deseable en motores que iban a funcionar sin supervisión.
En comparación con los motores de vapor, gasolina (ciclo Otto) y de encendido por compresión (ciclo diésel), los motores de bombilla caliente son más simples y, por lo tanto, tienen menos problemas potenciales. No hay un sistema eléctrico como el que se encuentra en un motor de gasolina, ni tampoco una caldera externa ni un sistema de vapor como en un motor de vapor.
Otro gran atractivo del motor de bombilla caliente fue su capacidad para funcionar con una amplia gama de combustibles. Incluso se podían utilizar combustibles poco combustibles, ya que una combinación de vaporizador y encendido por compresión permitía hacer que dichos combustibles se quemaran. El combustible habitual era el fueloil, similar al gasóleo actual , pero también se podía utilizar gas natural , queroseno , petróleo crudo , aceite vegetal o creosota . Esto hizo que el funcionamiento del motor de bombilla caliente fuera muy económico, ya que podía funcionar con combustibles fácilmente disponibles. Algunos operadores incluso hacían funcionar los motores con aceite de motor usado, proporcionando así energía casi gratis. Recientemente, [ ¿ cuándo? ] esta capacidad de utilizar combustibles múltiples ha generado un interés en el uso de motores de bombilla caliente en países en desarrollo, donde pueden funcionar con biocombustibles producidos localmente. [10]
Debido al largo tiempo de precalentamiento, los motores de bulbo caliente normalmente arrancaban fácilmente, incluso en condiciones de frío extremo. Esto los convirtió en opciones populares en regiones frías, como Canadá y Escandinavia , donde las máquinas de vapor no eran viables y no se podía confiar en el funcionamiento de los primeros motores de gasolina y diésel. Sin embargo, esto también los hace inadecuados para un uso breve, especialmente en un automóvil.
La confiabilidad del motor de bulbo caliente, su capacidad para funcionar con muchos combustibles y el hecho de que pueden dejarse funcionando durante horas o días seguidos los hizo extremadamente populares entre los usuarios agrícolas, forestales y marinos, donde se usaban para bombear y para accionar máquinas de fresado, aserrado y trilla. Los motores de bulbo caliente también se utilizaron en apisonadoras y tractores .
JV Svenssons Motorfabrik, i Augustendal en Estocolmo Suecia utilizó motores de bulbo caliente en su arado motorizado Tipo 1, producido entre 1912 y 1925. Munktells Mekaniska Verkstads AB , en Eskilstuna , Suecia , produjo tractores agrícolas con motores de bulbo caliente desde 1913 en adelante. Heinrich Lanz AG , en Mannheim , Alemania , comenzó a utilizar motores de bulbo caliente en 1921, en el tractor Lanz HL . Otros fabricantes de tractores conocidos que utilizaron motores de bombilla fueron Bubba, Gambino, Landini y Orsi en Italia , HSCS en Hungría , SFV en Francia y Ursus en Polonia (que produjo el Ursus C-45 , una copia directa del Lanz Bulldog D de 1934). 9506 , después de la Segunda Guerra Mundial).
A principios del siglo XX había varios cientos de fabricantes europeos de motores de bulbo caliente para uso marino. Sólo en Suecia había más de 70 fabricantes, de los cuales Bolinder es el más conocido; en la década de 1920 tenían alrededor del 80% del mercado mundial. El noruego Sabb era un motor de bulbo caliente muy popular para pequeños barcos pesqueros y muchos de ellos todavía están en funcionamiento. En Estados Unidos, Standard, Weber, Reid, Stickney, Oil City y Fairbanks Morse construyeron motores de bombilla caliente.
Una limitación del diseño del motor era que sólo podía funcionar en una banda de velocidades bastante estrecha (y baja), normalmente de 50 a 300 rpm . Esto hizo que el motor de bulbo caliente fuera difícil de adaptar a usos automotrices, distintos de vehículos como tractores, donde la velocidad no era un requisito importante. Esta limitación tuvo pocas consecuencias para aplicaciones estacionarias, donde el motor de bulbo caliente era muy popular.
Debido al largo tiempo de precalentamiento, los motores de bulbo caliente solo encontraron el favor de los usuarios que necesitaban hacer funcionar los motores durante largos períodos de tiempo, donde el proceso de precalentamiento solo representaba un pequeño porcentaje del período total de funcionamiento. Esto incluía el uso marino, especialmente en barcos de pesca, y tareas de bombeo o drenaje.
El motor de bombilla caliente se inventó al mismo tiempo que se perfeccionaban las dinamos y los sistemas de iluminación eléctrica , y la generación de electricidad era uno de los principales usos del motor de bombilla caliente. El motor podía alcanzar RPM más altas que una máquina de vapor alternativa estándar, aunque las máquinas de vapor de alta velocidad se desarrollaron durante la década de 1890, y sus bajos requisitos de combustible y mantenimiento, incluida la capacidad de ser operado y mantenido por una sola persona, lo hacían ideal para generación de energía a pequeña escala. En numerosas casas grandes de Europa , especialmente en zonas rurales, así como en fábricas, teatros, faros , estaciones de radio y muchos otros lugares donde no se disponía de una red eléctrica centralizada, se instalaron grupos electrógenos impulsados por motores de bombilla caliente. Por lo general, la dinamo o el alternador serían accionados desde el volante del motor mediante una correa plana, para permitir el "engranaje" necesario, haciendo que el generador gire a una velocidad más rápida que el motor. Empresas como Armstrong Whitworth y Boulton Paul fabricaron y suministraron grupos electrógenos completos, tanto el motor como el generador, desde los años 1900 hasta finales de los años 1920, cuando se produjo la formación de sistemas de redes nacionales en todo el mundo y la sustitución del motor de bulbo caliente por el diésel. motor provocó una caída en la demanda.
Los motores también se utilizaron en áreas donde el incendio de una máquina de vapor sería un riesgo de incendio inaceptable. Akroyd-Stuart desarrolló la primera locomotora del mundo propulsada por un motor de aceite de bulbo caliente, la "Lachesis", para el Royal Arsenal de Woolwich , donde hasta entonces el uso de locomotoras había sido imposible debido al riesgo. Los motores de bombilla caliente resultaron muy populares para los motores industriales a principios del siglo XX, pero carecían de la potencia para usarse en algo más grande.
Alrededor de 1910, el motor diésel mejoró drásticamente, con más potencia disponible con mayor eficiencia que la que podía manejar el motor de bulbo caliente. Los motores diésel pueden alcanzar más del 50% [ cita necesaria ] de eficiencia si se diseñan teniendo en mente la máxima economía, y ofrecían mayor potencia para un tamaño de motor determinado debido al método de combustión más eficiente. No tenían bombilla caliente, dependían únicamente del encendido por compresión y ofrecían una mayor facilidad de uso, ya que no requerían precalentamiento.
El motor de bombilla caliente tenía un alcance limitado en términos de velocidad y relación general potencia-tamaño. Para fabricar un motor de bombilla caliente capaz de propulsar un barco o una locomotora, habría sido prohibitivamente grande y pesado. Los motores de bulbo caliente utilizados en los tractores Landini tenían una capacidad de hasta 20 litros para producciones de potencia relativamente bajas. El principal límite de potencia y velocidad del motor de bombilla caliente era su método de combustión. En un motor diésel la combustión se controla inyectando combustible en aire comprimido; Dado que no puede tener lugar ninguna combustión hasta que se inyecta el combustible, el momento y la duración de la combustión pueden controlarse estrictamente. En el motor de bulbo caliente, el combustible se inyectaba en el cilindro antes de que comenzara la compresión, y la combustión comenzaría cuando la carga de aire se encontraba con el combustible vaporizado en el bulbo caliente durante la carrera de compresión. Esto significaba que la combustión era difícil de controlar con algún grado de precisión. Partes de la carga de combustible a lo largo del bulbo caliente se encenderían en diferentes momentos, a menudo antes de que el pistón hubiera completado la carrera de compresión. Esto es idéntico al preencendido en un motor de encendido por chispa convencional y genera fuerzas desiguales y altas tensiones térmicas y físicas en las partes internas del motor, especialmente el pistón. En el motor de bulbo caliente, este problema sólo podía superarse manteniendo bajas las velocidades generales del motor, pequeña la cantidad de combustible inyectada en cada ciclo y los componentes del motor muy pesados. Esto dio como resultado un motor muy duradero, que también era grande y pesado y al mismo tiempo producía una potencia relativamente baja. Ideas como la inyección de agua (para reducir la preignición) y el motor de " tubo caliente " (que permitía alterar el volumen del vaporizador con la velocidad del motor, cambiando así la relación de compresión general) añadían complejidad y coste y todavía no podían proporcionar energía. relaciones peso-peso en la misma liga que el motor diésel en rápido desarrollo .
Es difícil crear una combustión uniforme a través de las múltiples bombillas calientes en los motores de varios cilindros. La baja relación de compresión del motor de bulbo caliente en comparación con los motores diésel limitó su eficiencia, potencia y velocidad. La mayoría de los motores de bombilla caliente podían funcionar a una velocidad máxima de alrededor de 100 rpm, mientras que en la década de 1930 se construían motores diésel de alta velocidad capaces de alcanzar 2000 rpm. Además, debido al diseño de las bombillas calientes y las limitaciones de la tecnología actual con respecto al sistema de inyectores, la mayoría de los motores de bombillas calientes eran motores de una sola velocidad, que funcionaban a una velocidad fija o en un rango de velocidades muy estrecho. Los motores diésel pueden diseñarse para funcionar en un rango de velocidades mucho más amplio, lo que los hace más versátiles. Esto convirtió a estos motores diésel de tamaño mediano en una opción muy popular para su uso en grupos electrógenos, reemplazando al motor de bulbo caliente como el motor elegido para la generación de energía a pequeña escala.
El desarrollo de motores diésel de pequeña cilindrada y alta velocidad en las décadas de 1930 y 1940 hizo que los motores de bulbo caliente cayeran dramáticamente en desgracia. El último fabricante a gran escala de motores de bombilla caliente dejó de producirlos en la década de 1950 y ahora su uso comercial está prácticamente extinto, excepto en zonas muy remotas del mundo en desarrollo. Una excepción a esto es el uso marino; Los motores de bulbo caliente se instalaron ampliamente en barcazas y embarcaciones estrechas de interior en Europa. Las dos primeras lanchas estrechas con "motor" autopropulsadas del Reino Unido, el Bournville I y el Bournville II de Cadbury en 1911 [11] , estaban propulsados por motores de bulbo caliente monocilíndricos Bolinder de 15 caballos de fuerza, [11] y este tipo se volvió común entre los años 1920 y la década de 1950. Dado que los motores de bulbo caliente suelen ser de larga duración y son ideales para este uso, no es raro encontrar embarcaciones que todavía hoy en día cuentan con sus motores de bulbo caliente originales.
Aunque existe la idea errónea de que los modelos de motores con bujías incandescentes son una variación del motor de bombilla caliente, este no es el caso. [ cita necesaria ] Los motores incandescentes modelo son motores de encendido catalítico. Aprovechan una reacción entre el platino en la bobina de la bujía incandescente y el vapor de alcohol metílico mediante la cual, a determinadas temperaturas y presiones, el platino brillará en contacto con el vapor.
El motor de bulbo caliente se suele confundir con el motor diésel, [12] y es cierto que ambos motores son muy similares. Un motor de bombilla caliente presenta un vaporizador de bombilla caliente prominente; un motor diesel no. Otras diferencias significativas son:
También existe una diferencia crucial en el momento del proceso de inyección de combustible:
Hay otra diferencia detallada en el método de inyección de combustible:
Antes de la Primera Guerra Mundial, la tecnología no había avanzado hasta el punto de que los motores de petróleo pudieran funcionar a más de 150 rpm. La estructura de estos motores era similar a la de las máquinas de vapor y sin lubricación alimentada por presión.
En los motores de bulbo caliente, el combustible se inyecta a baja presión, utilizando una configuración más económica, fiable y sencilla. Sin embargo, al no utilizar inyección de aire comprimido es menos eficiente.
En este período los motores diésel y de bulbo caliente eran de cuatro tiempos . [13] En 1902, F. Rundlof inventó el motor de dos tiempos con cárter limpiado que se convirtió en el motor de tipo bombilla caliente predominante.
Los pequeños motores diésel de inyección directa todavía no eran prácticos [12] y se inventó el motor de inyección indirecta con precámara , junto con el requisito de utilizar bujías incandescentes para el arranque. [14] [15] Con la tecnología desarrollada por Robert Bosch GmbH, los sistemas de bombas e inyectores podrían construirse para funcionar a una presión mucho más alta. Combinados con inyectores de alta precisión, a partir de 1927 se produjeron motores diésel de alta velocidad.
Las bombillas calientes comenzaron a desarrollar grietas y roturas y fueron reemplazadas gradualmente por culatas enfriadas por agua con un punto caliente plano. [16] Con el tiempo, las relaciones de compresión aumentaron de 3:1 a 14:1. La inyección de combustible comenzó desde 135 grados antes del punto muerto superior con baja compresión hasta 20 grados antes del punto muerto superior y posteriormente los motores de mayor compresión aumentaron el factor de aire caliente [12] [17] para el encendido y aumentaron la eficiencia del combustible . [12] Las bujías incandescentes finalmente reemplazaron el precalentamiento con métodos de soplete y se aumentaron las velocidades del motor, lo que resultó en lo que ahora se clasifica como un diésel de inyección indirecta. [12]
Los motores de bulbo caliente o precámara siempre fueron más fáciles de producir, [12] más confiables y podían manejar cantidades más pequeñas de combustible en motores más pequeños que los motores diesel "puros" de inyección directa. [12]
Los motores de bombilla caliente fueron construidos por un gran número de fabricantes, normalmente en series modestas. Estos motores eran de funcionamiento lento (300-400 rpm) y en su mayoría con piezas de hierro fundido, incluidos pistones. La bomba de combustible generalmente se fabricaba con una carcasa de latón y un émbolo de acero, y funcionaba con una longitud de carrera variable. El resultado fue un motor pesado, sencillo y resistente. Por lo tanto, podrían mecanizarse en un taller mecánico normal sin herramientas especiales. [18] [19]
La fábrica de motores de Pitágoras en Norrtälje, Suecia, se conserva como museo (el Museo del Taller Mecánico de Pitágoras ) y tiene una línea de producción en funcionamiento y extensos archivos de la fábrica.
