El motor Otto es un gran motor de combustión interna monocilíndrico estacionario de cuatro tiempos , diseñado por el alemán Nicolaus Otto . Era una máquina de bajas revoluciones y solo funcionaba cada dos tiempos gracias al ciclo Otto , también diseñado por Otto.
Los inventores alemanes Nicolaus Otto y su socio Eugen Langen diseñaron tres tipos de motores de combustión interna : un motor de compresión de 1862 que fracasó, un motor atmosférico de 1864 y el motor de ciclo Otto de 1876, conocido hoy como motor de gasolina . Los motores se utilizaron inicialmente para instalaciones estacionarias, ya que Otto no tenía ningún interés en el transporte. Otros fabricantes, como Daimler, perfeccionaron el motor Otto para su uso en el transporte. [1] [ cita completa requerida ] [2] [ cita completa requerida ] [3] [ cita completa requerida ]
De joven, Nicolaus August Otto era un vendedor ambulante en una tienda de comestibles. En sus viajes se topó con el motor de combustión interna construido en París por el expatriado belga Jean Joseph Etienne Lenoir . En 1860, Lenoir logró crear un motor de doble efecto que funcionaba con gas de alumbrado con una eficiencia del 4%. El motor Lenoir de 18 litros podía producir solo 2 caballos de fuerza.
En 1861, al probar una réplica del motor Lenoir, Otto se dio cuenta de los efectos de la compresión en la carga de combustible. En 1862, Otto intentó producir un motor para mejorar la baja eficiencia y confiabilidad del motor Lenoir. Intentó crear un motor que comprimiera la mezcla de combustible antes del encendido, pero fracasó, ya que el motor no funcionaba más que unos pocos minutos antes de destruirse. Muchos ingenieros también intentaron resolver el problema sin éxito. [4]
En 1864, Otto y Eugen Langen fundaron la primera empresa productora de motores de combustión interna, NA Otto and Cie (NA Otto and Company). Ese mismo año, Otto and Cie logró crear un exitoso motor atmosférico. [4]
La fábrica se quedó sin espacio y se trasladó a la ciudad de Deutz, Alemania, en 1869, donde la empresa pasó a llamarse Gasmotoren-Fabrik Deutz (Compañía de fabricación de motores de gas Deutz). [4]
Gottlieb Daimler fue el director técnico y Wilhelm Maybach el jefe de diseño del motor. Daimler era un armero que también había trabajado anteriormente en el motor Lenoir. [5]
En 1876, Otto y Langen lograron crear el primer motor de combustión interna que comprimía la mezcla de combustible antes de la combustión para lograr una eficiencia mucho mayor que cualquier otro motor creado hasta ese momento.
La primera versión del motor atmosférico utilizaba un diseño de columna estriada, obra de Eugen Langen. El motor atmosférico generaba su carrera de potencia hacia arriba mediante una cremallera y un piñón para convertir el movimiento lineal del pistón en movimiento rotatorio. La relación de expansión de este motor era mucho más eficaz que la del motor Lenoir de 1860 y le otorgaba una eficiencia superior .
El motor Lenoir era un motor que quemaba combustible sin intentar primero comprimir el combustible/mezcla. El motor atmosférico Otto/Langen funcionaba con una eficiencia del 12 % y producía 0,5 hp (0,37 kW ; 0,51 PS ) a 80 RPM. En la competencia en la Feria Mundial de París de 1867, superó fácilmente la eficiencia del motor Lenoir y ganó la medalla de oro, allanando así el camino para la producción y las ventas que financiaron investigaciones adicionales.
La primera versión utilizaba un bastidor para estabilizar la cremallera, pero pronto se prescindió de él a medida que se simplificaba el diseño. Los motores posteriores también prescindieron del cilindro estriado. El motor atmosférico utilizaba un sistema de encendido por llama de gas y se fabricaba con potencias de entre 0,25 y 3 CV (0,19 a 2,24 kW ; 0,25 a 3,04 CV ).
Cuando en 1872 NA Otto & Cie se reorganizó como Gasmotoren-Fabrik Deutz , la gerencia eligió a Daimler como gerente de fábrica, pasando por alto incluso a Otto, y Daimler se unió a la compañía en agosto, llevándose a Maybach con él como diseñador jefe. [6] Si bien Daimler logró mejorar la producción, la debilidad en el diseño de pistón vertical de Otto, junto con la insistencia obstinada de Daimler en los motores atmosféricos, llevaron a la compañía a un punto muerto. [7]
A pesar de su éxito comercial (en 1875 la empresa producía 634 motores al año), [7] el motor Otto y Langen había llegado a un punto muerto técnico: producía solo 3 hp (2,2 kW ; 3,0 PS ), pero requería de 10 a 13 pies (3,0 a 4,0 m) de altura libre para funcionar. [7] En 1882, después de producir 2649 motores, se interrumpió la producción de motores atmosféricos. Este fue también el año en que Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach dejaron la empresa. [4]
Después de 14 años de investigación y desarrollo, Otto logró crear el motor de combustión interna de carga comprimida el 9 de mayo de 1876. Otto encontró una manera de colocar la mezcla de combustible en capas dentro del cilindro para hacer que el combustible se quemara de manera progresiva, en lugar de explosiva. Se refirió a esto como una carga estratificada. Esto dio como resultado una combustión controlada y un empuje más prolongado del pistón en el cilindro en lugar de la explosión que destruyó todos los motores intentados anteriormente. El combustible seguía siendo gas de combustión, tal como lo habían utilizado los motores atmosféricos de Lenoir y los suyos.
Este motor utilizaba cuatro ciclos para generar energía. Actualmente se lo conoce como motor de ciclo Otto . Es el mismo motor que se intentó construir por primera vez en 1862.
Otto centró su atención en el ciclo de cuatro tiempos en gran medida debido a los esfuerzos de Franz Rings y Herman Schumm, incorporados a la empresa por Gottlieb Daimler . [7] Es a este motor (el Otto Silent Engine), y no al motor Otto & Langen, al que se refiere el ciclo Otto. Este fue el primer motor comercialmente exitoso que utilizó compresión en el cilindro (como patentó William Barnett en 1838). El motor Rings-Schumm apareció en otoño de 1876 y tuvo un éxito inmediato. [7]
La disposición de los cilindros del motor de compresión era horizontal. Contaba con un control de válvulas deslizantes con encendido por llama de gas , que superaba los problemas que Lenoir no podía solucionar con el encendido eléctrico, que era poco fiable en ese momento. En los 15 años anteriores al desarrollo del motor Otto, la potencia de salida nunca superó los 3 CV. En unos pocos años después del desarrollo del motor Otto, la potencia del motor aumentó hasta alcanzar los 1000 CV. [4]
El motor de ciclo Otto fue finalmente adoptado para funcionar con ligroína y, más tarde, gasolina y muchos gases. Durante la Segunda Guerra Mundial, los motores Otto funcionaron con más de 62 combustibles diferentes, como gas de madera, gas de carbón, propano, hidrógeno, benceno y muchos más. El motor está limitado a combustibles ligeros. Un desarrollo posterior de este motor, conocido como motor diésel , puede quemar combustibles pesados y aceites.
Deutz también desarrolló el carburador y un sistema de encendido de bajo voltaje confiable en 1884. Esto permitió el uso de combustible de petróleo líquido por primera vez e hizo factible el uso del motor en el transporte. Este trabajo se llevó a cabo en paralelo al trabajo de Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, quienes también desarrollaron un carburador que reemplazó el encendido de tubo caliente original en el Daimler Reitwagen , y un sistema de encendido por magneto que formó la base del magneto de Robert Bosch Corporation . Daimler continuó el desarrollo del motor de Otto para el transporte mientras Deutz cambió a motores diésel.
En 1886, la oficina de patentes alemana anuló la patente de Deutz, que habría estado vigente hasta 1891, debido al descubrimiento de una patente anterior para un motor de cuatro tiempos del francés Alphonse Beau de Rochas . Deutz no pudo demostrar que su sistema de inducción de carga estratificada era diferente al descrito en la patente de De Rochas y perdió su monopolio y una de sus 25 patentes. En 1889, más de 50 empresas fabricaban motores de diseño Otto. [8]
Los motores Otto estaban equipados con varios diseños de mecanismos diferentes para generar chispas. El Otto es uno de los primeros motores en utilizar una bujía , que es un dispositivo que produce una pequeña chispa eléctrica para encender la carga de combustible. Por lo general, consistía en un brazo de disparo pivotante que agarra brevemente una palanca de interruptor de encendido y le da un tirón rápido. Luego, la palanca del interruptor se suelta y se deja que vuelva a su posición original en preparación para el siguiente ciclo. Este sistema requiere una batería eléctrica externa , una bobina de encendido y un sistema de carga eléctrica similar a los motores de los automóviles modernos.
Los motores Otto posteriores empleaban un pequeño magneto directamente en el motor. En lugar de activar un interruptor, el brazo de encendido de la bujía aplica una rotación rápida al rotor del magneto, que luego vuelve a su posición original gracias a la tensión del resorte. Esta rotación rápida de la bobina del magneto produce un flujo de corriente muy breve que enciende la bujía y enciende el combustible. Este diseño tiene la ventaja de no requerir una batería externa y es la forma en que funcionan los motores de gas portátiles modernos, que incorporan la parte magnética del magneto en el volante . Los motores portátiles modernos excitan el magneto con cada rotación del volante y, por lo tanto, utilizan un interruptor eléctrico operado por leva para evitar que la bujía se encienda, excepto durante la carrera de potencia del motor (ver chispa desperdiciada ).
Esta es una demostración de cómo funciona la regulación de velocidad en el motor Otto. Las bolas giratorias son el regulador centrífugo y, a medida que la máquina funciona más lentamente, la rueda pequeña se mueve hacia la izquierda, insertando la varilla en el rodillo cercano y empujándolo hacia arriba para activar la entrada de combustible para encender el motor durante una revolución.
Si la máquina está bajo carga y sigue funcionando demasiado lentamente, la leva sigue insertada y hace que el motor se encienda repetidamente en cada ciclo de encendido. Cuando aumenta la velocidad del motor, el regulador tira de la rueda pequeña hacia la derecha y la máquina se desplaza sin inyectar combustible, aunque la bujía sigue encendiéndose sin combustible en el cilindro.
Este método de control de velocidad se conoce a menudo como método Hit or Miss porque el motor falla (por falta de mezcla de combustible) en aquellas carreras de potencia en las que el motor funciona más rápido que la velocidad regulada, pero se enciende en carreras de potencia en las que la velocidad es demasiado baja. No se utiliza combustible en las carreras en las que falla el encendido.
Los motores Otto utilizan una camisa de agua que fluye alrededor de la pared del cilindro, similar a los sistemas de refrigeración de los motores modernos. Los motores Otto estacionarios que se exhiben en la Western Minnesota Steam Threshers Reunion comparten un solo radiador de calor grande fuera del edificio. Este sistema centralizado de disipación de calor a distancia también ayuda a mantener fresco el edificio del motor.
Otto y su gerente Gottlieb Daimler no estaban de acuerdo sobre la dirección futura del motor Otto. Mientras que Otto quería producir motores grandes para aplicaciones estacionarias, Daimler quería producir motores lo suficientemente pequeños como para ser utilizados en el transporte. Después de un período de desacuerdo, Daimler dejó el empleo de Otto en 1882 y se llevó a Wilhelm Maybach con él. En 1883, Daimler y Maybach crearon un motor de 0,5 hp que era pequeño y eficiente. [9]
En 1885, Daimler y Maybach crearon el motor "Grandfather Clock", inspirado en parte por las ideas de Otto, y construyeron un marco de dos ruedas a su alrededor. [10] Fue el primer motor de gasolina de alta velocidad. [11] El hijo de Daimler, Paul, fue la primera persona en montar esta bicicleta motorizada, la Daimler Reitwagen , que es el primer vehículo de motor con motor de combustión interna. [12]
Deutz continuó produciendo grandes motores estacionarios, mientras que Daimler pasó a fabricar barcos, dirigibles, locomotoras, automóviles, camiones y otros usos del transporte. Deutz es el productor de motores más antiguo del mundo. [1] La empresa de Daimler y Maybach, Daimler Motoren Gesellschaft , se fusionó más tarde con Benz para formar Daimler-Benz , adoptando Mercedes-Benz como su marca comercial automotriz. [13]
La empresa de Otto, Deutz AG , es una de las mayores empresas productoras de motores del mundo. [14] Prácticamente todos los fabricantes de automóviles del mundo producen vehículos que utilizan motores de ciclo Otto, que son tan omnipresentes que se los conoce como motores de combustión interna, motores de gasolina y motores de encendido por chispa. [15]
