El Monosoupape ( del francés «una válvula» ) fue un diseño de motor rotativo introducido por primera vez en 1913 por Gnome Engine Company (rebautizada como Gnome et Rhône en 1915). Utilizaba una disposición inteligente de puertos de transferencia internos y una única válvula de escape accionada por varilla de empuje para reemplazar las numerosas piezas móviles que se encuentran en los motores rotativos más convencionales, e hizo que los motores Monosoupape fueran unos de los más confiables de la época. El diseñador de aviones británico Thomas Sopwith describió al Monosoupape como «uno de los mayores avances individuales en la aviación». [1]
Los motores Monosoupape se produjeron bajo licencia en grandes cantidades en Gran Bretaña, Rusia, Italia y Estados Unidos. Se produjeron dos versiones diferentes de nueve cilindros, el 9B-2 de 100 hp (75 kW) y el 9N de 160 hp (120 kW), con diferentes cilindradas , lo que le dio a la versión 9N de mayor cilindrada un cárter de forma casi cilíndrica, y el 9N también adoptó un sistema de encendido doble para aumentar la seguridad de vuelo.
Se produjeron 2.188 unidades bajo licencia en Gran Bretaña, con una versión mejorada de 120 hp (89 kW) construida posteriormente en Rusia y la Unión Soviética, dos de las cuales volaron el helicóptero monorrotor de elevación soviético TsAGI -1EA entre 1931 y 1932. [2] [3]
A diferencia de otros motores rotativos, los primeros motores Gnome, como el Gnome Omega , Lambda y Delta, utilizaban una disposición única de válvulas para eliminar las varillas de empuje que funcionaban durante la fase de entrada del ciclo de combustión en los motores más convencionales. En su lugar, una única válvula de escape en la culata era accionada por una varilla de empuje que abría la válvula cuando la presión caía al final de la carrera de potencia. Una válvula de entrada operada por presión, que estaba equilibrada por un contrapeso para igualar las fuerzas centrífugas, se colocó en el centro de la corona del pistón, donde se abría para permitir que la carga de combustible y aire entrara desde el cárter central del motor.
Aunque ingenioso, el sistema tenía varios inconvenientes: era necesario desmontar las culatas para realizar el mantenimiento de las válvulas de admisión y ajustar correctamente la distribución. El ahorro de combustible se veía afectado en comparación con otros motores rotativos porque las válvulas de admisión no se podían abrir y cerrar en los momentos ideales.
En 1913, Louis Seguin y su hermano Laurent (ingenieros que fundaron la Société Des Moteurs Gnome [la compañía de motores Gnome] en 1905) introdujeron la nueva serie Monosoupape , que eliminó la válvula de admisión, reemplazándola con puertos de transferencia controlados por pistón similares a los que se encuentran en un motor de dos tiempos . Comenzando con la carrera de potencia, el motor de cuatro tiempos funcionó normalmente hasta que el pistón estaba a punto de alcanzar el fondo de su carrera (punto muerto inferior o BDC), cuando la válvula de escape se abrió "antes de tiempo". Esto permitió que los gases de combustión quemados aún calientes "salieran" del motor mientras el pistón todavía se movía hacia abajo, aliviando la presión de escape y evitando que los gases de escape ingresaran al cárter. Después de una pequeña cantidad adicional de recorrido, el pistón descubrió 36 puertos pequeños alrededor de la base del cilindro, que conducían al cárter que contenía mezcla de combustible y aire adicional (la carga ). No se produjo transferencia en este punto ya que no había diferencial de presión; El cilindro seguía abierto al aire y, por tanto, a presión ambiente. La válvula en cabeza descargaba directamente en la corriente de aire, ya que no era posible instalar un colector de escape en el cárter giratorio y los cilindros. La ausencia de un colector de escape también ahorraba peso y evitaba fuerzas giroscópicas excesivas en vuelo.
Durante la carrera de escape, se produjo un barrido a medida que el aire que pasaba por el exterior del cilindro reducía la presión en el interior debido a la exposición directa del puerto de escape a la corriente de aire. El pistón continuó su carrera de escape hasta que se alcanzó el punto muerto superior (PMS), pero la válvula permaneció abierta. El pistón comenzó a moverse hacia abajo en su carrera de admisión con la válvula aún abierta, introduciendo aire nuevo en el cilindro. Permaneció abierta hasta que alcanzó dos tercios del recorrido, momento en el que la válvula se cerró y el resto de la carrera de admisión redujo en gran medida la presión del aire. Cuando el pistón descubrió nuevamente los puertos de transferencia, la baja presión en el cilindro absorbió el resto de la carga.
La carga era una mezcla excesivamente rica de aire, que se adquiría a través del cigüeñal hueco , y combustible que se inyectaba continuamente mediante una boquilla de combustible en el extremo de una línea de combustible, que ingresaba al cárter a través del cigüeñal hueco. La boquilla estaba cerca de la base interior del cilindro, donde se ubicaban los puertos de transferencia, y apuntaba hacia ella. La boquilla de combustible estaba estacionaria con el cigüeñal y los cilindros giraban a su vez hasta su posición. La carrera de compresión era convencional.
La bujía se instaló horizontalmente en la parte trasera del cilindro en la parte superior, pero no tenía un cable de conexión de alto voltaje. Un engranaje de anillo de dientes internos montado en el motor impulsaba un magneto estacionario montado en el cortafuegos, cuyo terminal de salida de alto voltaje estaba muy cerca de los terminales de la bujía a medida que pasaban. Esta disposición eliminó la necesidad de distribuidor y cableado de alto voltaje que se encuentran en los sistemas de encendido sincronizados mecánicamente convencionales . Este engranaje de anillo también impulsaba la bomba de aceite, que suministraba aceite a todos los cojinetes , y a través de varillas de empuje huecas a los balancines y válvulas, y también impulsaba una bomba de aire que presurizaba el tanque de combustible. Los posteriores motores Gnome 9N de 160 hp (120 kW) tenían sistemas de encendido dual para seguridad, con bujías gemelas por cilindro que estaban cableadas eléctricamente, con los cables enrutados hacia el cárter y un par central de magnetos impulsados por el cárter giratorio del motor.
Por lo tanto, los monosoupapes tenían un solo control de regulación de gasolina que se usaba para un grado limitado de regulación de la velocidad. En los primeros ejemplos, la velocidad del motor podía controlarse variando el tiempo de apertura y el alcance de las válvulas de escape mediante palancas que actuaban sobre los rodillos de los taqués de las válvulas, pero esto se abandonó más tarde debido a que provocaba quemaduras en las válvulas. [2] En su lugar, se utilizó un interruptor de ráfaga, que cortaba el encendido cuando se presionaba. Esto se usó con moderación para evitar ensuciar las bujías, ya que solo era seguro usarlo cuando también se cortaba el suministro de combustible. El subtipo 9N de 160 CV de potencia posterior también presentaba un método de funcionamiento inusual con su configuración de encendido dual integral, que permitía alcanzar valores de potencia de medio, cuarto y octavo mediante el uso del interruptor del cupé y un interruptor rotatorio especial de cinco posiciones que seleccionaba cuál de los tres niveles de potencia alternativos se seleccionaría cuando se presionaba el interruptor del cupé, lo que le permitía cortar todo el voltaje de chispa a los nueve cilindros, a intervalos espaciados uniformemente para lograr los múltiples niveles de reducción de potencia. [4] La reproducción en condiciones de volar del caza monoplano parasol Fokker D.VIII en el aeródromo Old Rhinebeck, propulsado únicamente por un Gnome 9N, a menudo demuestra el uso de la capacidad de salida de cuatro niveles de su Gnome 9N tanto en carreras en tierra [5] como en vuelo.
El sistema de lubricación, como en todos los motores rotativos, era de pérdida total, en el que se bombeaba aceite de ricino a la mezcla de aire y combustible. Se utilizaba aceite de ricino porque no se disolvía fácilmente en el combustible y porque ofrecía cualidades de lubricación superiores a otros aceites disponibles. Se rociaban al aire más de dos galones de aceite de ricino durante cada hora de funcionamiento del motor. Esto explica por qué la mayoría de los motores rotativos estaban equipados con capós, omitiendo el cuarto inferior para dirigir el rociado de aceite de ricino lejos del piloto. [6] El aceite de ricino no quemado del motor tenía un efecto laxante en el piloto si lo ingería. [7]
Como todo el motor giraba, era necesario equilibrarlo con precisión, lo que requería un mecanizado de precisión de todas las piezas. Como resultado, los Monosoupapes eran extremadamente caros de construir: los modelos de 100 hp (75 kW) costaban 4000 dólares en 1916 (aproximadamente 89 000 dólares en dólares de 2017). Sin embargo, utilizaban menos aceite lubricante y pesaban un poco menos que los motores de dos válvulas anteriores. [8]
Lista de Lumsden.
Datos de Lumsden .
Motores comparables
Listas relacionadas
Para mantener el motor funcionando sin problemas en configuraciones de potencia reducida, era necesario que el interruptor selector apagara todos los cilindros a intervalos uniformemente espaciados. También era beneficioso que todos los cilindros se encendieran periódicamente para mantenerlos calientes y evitar que las bujías se ensuciaran con aceite. El interruptor selector tiene cinco posiciones, cero (0) para apagado y cuatro posiciones de funcionamiento, de la una a la cuatro (1-4) (ver Foto 5). El Gnôme 9N tenía dos magnetos (y dos bujías por cilindro) y el interruptor selector estaba conectado solo al magneto derecho, por lo que era necesario que el piloto apagara el magneto izquierdo si quería cambiar la velocidad del motor.
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