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) .
En comparación con los motores de dos tiempos contemporáneos, que utilizaban un diseño convencional de un pistón por cilindro, las ventajas del motor de pistones opuestos se han reconocido como:
El principal inconveniente era que la potencia de los dos pistones opuestos tenía que estar engranada entre sí, lo que añadía peso y complejidad en comparación con los motores de pistón convencionales, que utilizan un solo cigüeñal como generador de potencia.
El diseño más común era el de dos cigüeñales, con los cigüeñales engranados entre sí (en la misma dirección o en direcciones opuestas). [6] 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 conoce como pistón de admisión o pistón de escape, dependiendo de su función en este sentido. Este diseño proporciona una limpieza 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 el Jumo 205 y sus variantes, el cigüeñal superior sirve a los pistones de escape y el cigüeñal inferior a los pistones de admisión. En los diseños que utilizan múltiples bancos de cilindros, cada cojinete de cabeza de biela sirve a un pistón de admisión y a uno de escape, utilizando una biela bifurcada para el pistón de escape.
Uno de los primeros motores de pistones opuestos fue el motor diferencial Atkinson de 1882 , [7] 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. [8]
En 1898 se instaló en la fundición de Hoerde un motor de dos tiempos de pistones opuestos Oechelhäuser que producía 600 hp (447 kW). [9] Este diseño de motor también fue producido bajo licencia por fabricantes como Deutsche Kraftgas Gesellschaft en Alemania y William Beardmore & Sons en el Reino Unido. [10]
En 1901, los motores de gasolina y gas equilibrados Kansas City Lightning eran motores de gasolina que producían entre 4 y 25 hp (3 y 19 kW). [11]
La empresa francesa Gobron-Brillié fabricó un motor de pistón opuesto en torno a 1900. El 31 de marzo de 1904, [12] [13] un automóvil Gobron-Brillié propulsado por el motor de pistón opuesto fue el primer automóvil en superar los 150 km/h, con una "velocidad récord mundial" de 152,54 km/h (95 mph). [14] El 17 de julio de 1904, el automóvil Gobron-Brillié se convirtió en el primero en superar las 100 mph (161 km/h) en el kilómetro de vuelo. [15] El motor utilizaba un solo cigüeñal en un extremo de los cilindros y una cruceta para el pistón opuesto.
Otro motor de pistón opuesto de los primeros automóviles fue el del automóvil escocés Arrol-Johnston , que parece haber sido instalado por primera vez en su carreta de 10 hp alrededor de 1900. El motor fue descrito e ilustrado con cierto detalle en el relato de su automóvil de 12-15 hp exhibido en el Salón del Automóvil de Olympia de 1905. [16] [17] El motor era un cuatro tiempos con dos cilindros (con pistones opuestos en cada uno) con el cigüeñal debajo y los pistones conectados por brazos de palanca al cigüeñal de dos vueltas.
El primer motor diésel con pistones opuestos fue un prototipo construido en la fábrica de locomotoras Kolomna 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 utilizaba una disposición típica de dos cigüeñales conectados por engranajes.
En 1914, el motor de motocicleta Simpson's Balanced Two-Stroke era otro motor de pistones opuestos que utilizaba un solo cigüeñal debajo del centro de los cilindros con ambos pistones conectados por palancas. [18] Este motor era un diseño de compresión del cárter, con un pistón utilizado 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 para los pistones utilizados por la mayoría de los motores de dos tiempos en ese momento.
La empresa Doxford Engine Works del Reino Unido construyó grandes motores de pistones opuestos para uso marítimo; el primer motor Doxford se instaló en un barco en 1921. [19] Este motor diésel utilizaba un solo cigüeñal en un extremo de los cilindros y una cruceta para el pistón opuesto. [20] [21] 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 hp (14 914 kW). La producción de motores Doxford en el Reino Unido cesó en 1980. [20] [22]
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. [23]
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. [24] 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 Diesel and Dual Fuel. Este motor de dos tiempos con 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 está disponible la capacidad opcional de quemar combustibles duales (combustibles gaseosos y líquidos, con cambio automático a diésel completo si se agota el suministro de gas). [25]
Los motores diésel de tres cilindros Commer TS3 para camiones, lanzados en 1954, tienen un solo cigüeñal debajo del centro de los cilindros con ambos pistones conectados mediante palancas. [26]
En 1954 también se lanzó el motor Napier Deltic para barcos militares. Utiliza tres cigüeñales, uno en cada esquina, para formar los tres bancos de cilindros de doble extremo 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 patrulleras rápidas y dragaminas de la Marina Real . A principios de 1962, Gibbs invitó a Mack Trucks a participar en el diseño de la superbomba del FDNY y su ténder acompañante. Se encargó a DeLaval Turbine que diseñara una bomba centrífuga multietapa con un diésel Napier-Deltic T18-37C para impulsar las bombas. [27]
En 1959 se introdujo el motor diésel Leyland L60 de seis cilindros y 19 litros (1159 pulgadas cúbicas). El L60 se fabricó en el Reino Unido para su uso en el tanque Chieftain. [28]
El tanque soviético T-64 , producido entre 1963 y 1987, también utilizaba un motor diésel de pistones opuestos 5TD desarrollado por la fábrica Malyshev en Járkov. Después de la disolución de la Unión Soviética, la fábrica Malyshev continuó el desarrollo y la producción de motores de pistones opuestos para vehículos blindados, como el 3TD de tres cilindros utilizado en el BTR-4 Butsefal , varias mejoras del 5TD y el 6TD de seis cilindros para el T-64BM2, el BM Oplot , etc.
En 2014, Achates Power publicó un documento técnico que citaba una mejora del 30% en el ahorro de combustible cuando su motor se comparó con un motor diésel de próxima generación equipado con tecnologías avanzadas. [28]
Volvo solicitó una patente en 2017. [29]
El Diesel Air Dair 100 es un motor de aviación diésel de dos cilindros de 100 hp (75 kW) , diseñado y producido por Diesel Air Ltd de Olney, Buckinghamshire para su uso en dirigibles , aviones kit de construcción casera y aviones ligeros . [30]
En julio de 2021, el Ejército de los Estados Unidos adjudicó a Cummins un contrato de 87 millones de dólares para completar el desarrollo del motor de combate avanzado (ACE), una solución de motor diésel modular y escalable que utiliza tecnología de pistones opuestos. [31]
Una variante 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 se devuelven después de cada carrera de encendido mediante la compresión y expansión del aire en un cilindro separado. Las primeras aplicaciones fueron como compresor de aire o como generador de gas para una turbina de gas . [ cita requerida ]
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