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El motor Knight es un motor de combustión interna, diseñado por el estadounidense Charles Yale Knight (1868-1940), que utiliza válvulas de manguito en lugar de la construcción de válvula de asiento más común .
Aunque finalmente estos motores se fabricaron en mayores cantidades en los EE. UU., el diseño de Knight se convirtió en un éxito comercial gracias a su desarrollo en Inglaterra. Los franceses desarrollaron el motor Knight más intensamente que cualquier otra nación. Finalmente, se otorgaron patentes de Knight en al menos ocho países y, de hecho, fueron construidos por unas treinta empresas. [1]
En un primer momento, Knight intentó hacer que todo el cilindro del motor se moviera de forma recíproca para abrir y cerrar los puertos de admisión y escape. Aunque patentó este sistema, pronto lo abandonó en favor de un principio de doble manguito deslizante. Con el respaldo del empresario de Chicago LB Kilbourne, se construyó un motor experimental en Oak Park, Illinois, en 1903. La investigación y el desarrollo continuaron hasta 1905, cuando un prototipo pasó pruebas rigurosas en Elyria, Ohio . Después de desarrollar un motor viable (a un costo de alrededor de $150,000), Knight y Kilbourne mostraron un automóvil de turismo "Silent Knight" completo en el Salón del Automóvil de Chicago de 1906. Equipado con un motor de 4 cilindros y 40 hp (30 kW), el automóvil tenía un precio de $3,500.
El diseño de Knight tiene dos camisas de hierro fundido por cilindro, de bronce en algunos modelos, que se deslizan una dentro de la otra, con el pistón dentro de la camisa interior. Las camisas son operadas por pequeñas bielas accionadas por un eje excéntrico y tienen puertos recortados en sus extremos superiores. La cabeza del cilindro (conocida como la " cabeza de chatarra ") es como un pistón fijo e invertido con su propio juego de anillos que se proyectan hacia abajo dentro de la camisa interior. Las cabezas son desmontables individualmente para cada cilindro. El diseño es notablemente silencioso y las válvulas de manguito necesitan poca atención. Sin embargo, fue más caro de fabricar debido al pulido de precisión requerido en las superficies de las camisas. Sobre los motores de válvula de manguito único, Continental declaró que eran más baratos y más fáciles de fabricar que los motores de válvula de asiento. También usa más aceite a altas velocidades y es más difícil de arrancar en clima frío. [2]
El diseño del motor permite una ubicación más central para las bujías para proporcionar una mejor trayectoria de la llama, puertos grandes para un mejor flujo de gas y cámaras de combustión hemisféricas que a su vez permiten una mayor potencia. Además, las válvulas de manguito requerían mucho menos mantenimiento que las válvulas de asiento de la época, que necesitaban ajuste, pulido e incluso reemplazo después de solo unos pocos miles de millas. Sin embargo, las características adiabáticas e isotérmicas que acompañan la mayor potencia proporcionada por las áreas de puerto grandes (en relación con los diseños de válvulas de asiento contemporáneos) en los manguitos demostraron ser el talón de Aquiles del concepto de válvula de doble manguito. Gran parte de la ventaja que se obtendría de una mayor eficiencia volumétrica no se pudo realizar debido a la incapacidad de transferir el calor resultante en un gradiente lo suficientemente pronunciado para evitar temperaturas internas excesivas; sin embargo, Harry Ricardo señaló, sobre la válvula de manguito simple , tipo Burt-McCollum, que mientras la película de aceite entre el manguito y la pared del cilindro se mantenga lo suficientemente delgada, los manguitos son transparentes al calor. Como consecuencia de estas condiciones térmicas, y contrariamente a la práctica convencional, el área del puerto de inducción se redujo sustancialmente a menos que la del puerto de escape. Los motores posteriores con camisas más delgadas revestidas de acero y metal blanco poseen niveles mejorados de disipación de calor, pero los problemas de transferencia térmica siguen siendo característicos del diseño, lo que limita el desarrollo del potencial inherente al motor de válvulas de doble camisa.
Las mejoras en el diseño y los materiales del motor de válvulas de asiento más habitual eliminaron la mayoría de las ventajas que inicialmente tenía la variante con válvulas de manguito, de modo que a principios de la década de 1930 la fabricación del Silent Knight había cesado y solo un par de fabricantes de automóviles franceses continuaron hasta la guerra.
Knight y Kilbourne esperaban que los fabricantes de automóviles estadounidenses se interesaran por el motor para que pudieran conceder licencias para su fabricación, pero inicialmente no hubo interesados. Pierce-Arrow, de Buffalo, Nueva York , probó el motor comparándolo con uno de los suyos y descubrió que era más potente a velocidades superiores a 30 millas por hora (48 km/h) y también iba más rápido. Sin embargo, lo descartaron por no ser adecuado para su gama de automóviles porque creían que cualquier velocidad superior a 55 millas por hora (89 km/h) era insegura. También consideraron que el consumo de aceite (unos 2 cuartos de galón cada 70 millas) era excesivo. Knight también recibió cierta mala publicidad al mismo tiempo cuando un prototipo de automóvil se inscribió en el Glidden Tour de 1906 , solo para abandonar el primer día debido a una falla mecánica.
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Tras haber ignorado prácticamente dos propuestas escritas por el ingeniero Edward Manville , director de Daimler , Knight cambió de opinión y decidió intentar interesar a los fabricantes ingleses en su motor. En 1907, Knight fue con uno de sus coches a Londres, donde logró ver a su compatriota estadounidense Percy Martin , también director de Daimler. Los ingenieros de Daimler probaron el motor y los resultados fueron lo suficientemente alentadores como para que Daimler creara un equipo secreto para desarrollar por completo el concepto de Knight. [4] Sin embargo, al finalizar el proyecto, ya no se llamaba "Wholly Knight". Knight obtuvo una patente británica para su motor modificado el 6 de junio de 1908. En septiembre, Daimler anunció que se instalarían motores "Silent Knight" [5] en algunos de sus modelos de 1909.
Para combatir las críticas de sus competidores, Daimler hizo que el RAC (Royal Automobile Club) realizara sus propias pruebas independientes en el Daimler-Knight. Los ingenieros del RAC tomaron dos motores Knight y los hicieron funcionar a plena carga durante 132 horas sin parar. Luego, los mismos motores se instalaron en un automóvil de turismo y se condujeron durante 2000 millas (3200 km) en la pista de carreras de Brooklands , después de lo cual se quitaron y se volvieron a hacer funcionar en el banco durante 5 horas. Los ingenieros del RAC informaron que, cuando se desmontaron los motores, no había desgaste perceptible, los cilindros y pistones estaban limpios y las válvulas tampoco mostraban signos de desgaste. El RAC quedó tan impresionado que le otorgó a Daimler el Trofeo Dewar de 1909. [ 6 ]
Los informes del RAC hicieron que el precio de las acciones de Daimler subiera 0,85 libras hasta 18,75 libras [1] y los competidores de la empresa temieron que el motor de válvulas de asiento pronto quedaría obsoleto. Walter Owen Bentley , el fundador de Bentley Motors , opinaba que el motor Daimler-Knight funcionaba tan bien como el motor comparable de Rolls-Royce.
El motor Knight (mejorado significativamente por los ingenieros de Daimler) atrajo la atención de los fabricantes de automóviles europeos. Daimler compró los derechos de Knight "para Inglaterra y las colonias" y compartió la propiedad de los derechos europeos, en los que poseía el 60%, con Minerva de Bélgica. [4] Los derechos europeos fueron comprados a ellos y utilizados por Panhard et Levassor y Mercedes .
Atraído por las posibilidades del motor "Silent Knight", el presidente de Daimler se puso en contacto con Knight en Chicago y Knight se instaló en Inglaterra cerca de Coventry en 1907. Daimler contrató al Dr. Frederick Lanchester como consultor para este propósito y se llevó a cabo un importante rediseño y refinamiento del diseño de Knight en gran secreto. El diseño de Knight se convirtió en una propuesta práctica. [4] Cuando se presentó en septiembre de 1908, el nuevo motor causó sensación. "Basta con decir que las válvulas de hongo, los resortes y las levas, y muchas piezas pequeñas, se eliminaron por completo, que tenemos una cámara de explosión casi perfectamente esférica y un manguito o tubo de hierro fundido como parte de la cámara de combustión en la que se desplaza el pistón". [7] Daimler abandonó por completo los motores con válvulas de asiento y mantuvo sus motores silenciosos con válvulas de manguito hasta mediados de la década de 1930. [4]
Muchos vehículos fueron descritos como propensos a fallas debido a la lubricación de las superficies de contacto del cilindro y la camisa. A menudo, no se podía garantizar una lubricación adecuada con los lubricantes disponibles en ese momento, especialmente si el mantenimiento era inadecuado. Este problema se agravó con velocidades del motor superiores a 1600 rpm, momento en el que el motor con válvulas de camisa dejó de proporcionar una potencia superior. Con una velocidad máxima alcanzable del motor de aproximadamente 1750 rpm, el potencial de desarrollo a largo plazo para el motor era limitado. [8]
Thomas Russell, de la empresa Canada Cycle & Motor Co. Ltd., había seguido con interés a Knight y, cuando se enteró de las pruebas de la RAC, viajó a Inglaterra en 1909 para conseguir una licencia de Knight. Russell también llegó a un acuerdo con Daimler, por el cual la empresa suministraría motores Daimler-Knight durante dos años. Russell siguió fabricando varios modelos de automóviles de lujo Russell-Knight en Canadá.
En agosto de 1911, el motor fue autorizado por los fabricantes de automóviles estadounidenses Columbia , Stearns y Stoddard-Dayton . También se adquirió una licencia para fabricar motores a la Atlas Engineering Company de Indianápolis, que apareció en 1914 con el nombre de Lyons-Knight .
Poco después, Columbia, Stoddard-Dayton y Atlas se declararon en quiebra y sus licencias fueron transferidas a otras empresas. Edwards-Knight obtuvo una que luego cedió a Willys , mientras que Moline adquirió otra que conservó hasta la década de 1920.
En 1913, un Mercedes-Knight conducido por Théodore Pilette participó en las 500 Millas de Indianápolis , donde, a pesar de tener el motor más pequeño, obtuvo el quinto lugar con un promedio de 68,148 mph (109,674 km/h) a lo largo de las 500 millas (800 km).
Willys introdujo mejoras en el motor Knight que fueron patentadas y en 1916 anunció su Willys-Knight 88-4. Posteriormente, abrieron una planta de fabricación canadiense en Toronto para construir modelos de exportación.
En 1925, ya había cinco operaciones en los EE. UU. que producían chasis con motores Knight, de modo que la producción de Willys-Knight alcanzaba los 250 automóviles por día. Willys anunció ese mismo año que había más de 180.000 motores Willys-Knight en uso en todo el mundo. Willys también adquirió Stearns ese año, formando un sindicato independiente para ese propósito (las empresas no se fusionaron).
Las ventas de los coches Willys-Knight disminuyeron hacia finales de la década de 1920. Gracias al trabajo de Harry Ricardo y Charles F. Kettering , los motores de válvulas de asiento más simples se habían vuelto muy eficientes, su primera aparición fue en el Chrysler de 1924, y el alto costo de fabricación del motor Knight comenzó a afectarlo. Si bien Willys construyó modelos Knight hasta la década de 1930, el trabajo de desarrollo había cesado. Las patentes de Knight expiraron en 1932. Aunque se anunció un Willys-Knight Streamline Six de 1933 en junio de ese año, es dudoso que la producción continuara en 1933. Estos fueron los últimos automóviles con válvulas de manguito fabricados en los EE. UU.
El motor Knight, aunque se originó en los EE. UU., se desarrolló hasta su fructificación en Inglaterra [9] y tuvo un comienzo anterior en Europa, donde también duró más. Mercedes fabricó su Knight 16/50 de 4 litros hasta 1924, mientras que el Simson Supra Knight de 1925-26 fue probablemente el último automóvil alemán con motor Knight. En Francia, además de Peugeot y Mors , dos marcas de automóviles de lujo utilizaron el motor Knight como equipo estándar entre 1923 y 1940: Avions Voisin y Panhard et Levassor . Voisin también construyó un motor radial refrigerado por aire utilizando el principio Knight en 1935, que fue su último uso de la tecnología Knight. El Panhard et Levassor Dynamic , producido hasta el verano de 1940, [10] fue el último automóvil de pasajeros con motor Knight que se construyó en serie.
