El motor de aceite Hornsby-Akroyd , llamado así por su inventor Herbert Akroyd Stuart y el fabricante Richard Hornsby & Sons , fue el primer diseño exitoso de un motor de combustión interna que utiliza aceite pesado como combustible. Fue el primero en utilizar una cámara de combustión de vaporización separada y es el precursor de todos los motores de bulbo caliente , que se consideran predecesores del motor diésel similar , desarrollado unos años más tarde.
Los primeros motores de combustión interna funcionaron con bastante éxito con combustibles gaseosos y de petróleo ligero. Sin embargo, debido a la naturaleza peligrosa del petróleo y el combustible de petróleo ligero, se impusieron restricciones legales a su transporte y almacenamiento. [ aclaración necesaria ] Los combustibles de petróleo más pesados, como el queroseno , eran bastante comunes, ya que se usaban para iluminación, pero planteaban problemas específicos cuando se usaban en motores de combustión interna: el aceite utilizado como combustible del motor debe convertirse en un estado de vapor y permanecer en ese estado durante la compresión. Además, la combustión del combustible debe ser potente, regular y completa, para evitar depósitos que obstruyan las válvulas y las partes funcionales del motor. [ cita requerida ]
La primera mención de un motor de aceite fue hecha por Robert Street, en su patente inglesa n.º 1983 de 1794, y según Horst O. Hardenberg hay evidencia de que construyó una versión funcional. [1] [2] Otros motores de aceite fueron construidos posteriormente por Etienne Lenoir , Siegfried Marcus , Julius Hock de Viena y George Brayton en el siglo XIX. En 1807, Nicéphore Niépce construyó un motor de carbón y musgo en funcionamiento, el Pyreolophore , que impulsaba un barco río arriba en el río Saona. Todos estos motores, con la excepción del de Brayton, eran sin compresión.
Otros mejoraron el motor de aceite; William Dent Priestman [3] y Emile Capitaine [4] son algunos de los más notables. Sin embargo, el diseño de Herbert Akroyd Stuart fue el que tuvo más éxito.
Los primeros prototipos de motores de Herbert Akroyd Stuart se construyeron en 1886. En 1890, en colaboración con Charles Richard Binney, presentó la patente 7146 para Richard Hornsby & Sons de Grantham , Lincolnshire , Inglaterra. La patente se titulaba: "Mejoras en motores accionados por la explosión de mezclas de vapor o gas combustible y aire" . [5]
El diseño del motor de aceite de Stuart era simple, confiable y económico. Tenía una relación de compresión comparativamente baja , de modo que la temperatura del aire comprimido en la cámara de combustión al final de la carrera de compresión no era lo suficientemente alta como para iniciar la combustión. En cambio, la combustión tenía lugar en una cámara de combustión separada, el "vaporizador" (también llamado "bulbo caliente") montado en la culata, en el que se rociaba el combustible. Estaba conectado al cilindro por un paso estrecho y se calentaba ya sea por el refrigerante del cilindro o por los gases de escape mientras estaba en funcionamiento; se usaba una llama externa, como un soplete, para el arranque. La autoignición se producía por el contacto entre la mezcla de combustible y aire y las paredes calientes del vaporizador. [6]
Al contraer el bulbo hasta formar un cuello muy estrecho donde se conectaba al cilindro, se creaba un alto grado de turbulencia a medida que los gases encendidos pasaban por el cuello hacia el cilindro, donde se completaba la combustión. A medida que aumentaba la carga del motor, también lo hacía la temperatura del bulbo, lo que hacía que el período de ignición avanzara; para contrarrestar la preignición, se goteaba agua en la entrada de aire. [7]
El motor Stuart tiene un diseño de cuatro tiempos . Durante la carrera de admisión (1), se introduce aire fresco en el cilindro a través de una válvula de admisión operada mecánicamente. Al mismo tiempo, se inyecta aceite en el vaporizador. El vapor del aceite se limita casi por completo a la cámara del vaporizador. Esta nube de vapor de aceite caliente es demasiado rica para permitir la combustión. En la carrera de compresión (2) del pistón, el aire fresco es forzado a pasar por el cuello estrecho y entrar en el vaporizador. Justo cuando se completa la compresión, la mezcla es la adecuada para permitir la combustión y se produce la ignición para empujar el pistón durante la carrera de expansión (3). A continuación, se liberan los gases de escape durante la carrera (4).
Algunos años después, el diseño de Akroyd-Stuart fue desarrollado en los Estados Unidos por los emigrantes alemanes Mietz y Weiss, quienes combinaron el motor de bulbo caliente con el principio de barrido de dos tiempos , desarrollado por Joseph Day para proporcionar casi el doble de potencia, en comparación con un motor de cuatro tiempos del mismo tamaño. Motores similares, para uso agrícola y marino, fueron construidos por J. V. Svensons Automobilfabrik, Bolinders , Lysekils Mekaniska Verkstad, Pythagoras Engine Factory y muchas otras fábricas en Suecia.
El motor de Akroyd-Stuart fue el primer motor de combustión interna que utilizó un sistema de inyección de combustible presurizado [8] y también el primero que utilizó una cámara de combustión de vaporización separada. Es el precursor de todos los motores de bulbo caliente , que se consideran una especie de predecesores del motor diésel similar , desarrollado unos años más tarde.
Sin embargo, el motor de aceite Hornsby-Akroyd y otros motores de bulbo caliente son claramente diferentes del diseño de Rudolf Diesel , donde la ignición se produce solo a través del calor de la compresión: un motor de aceite tendrá una relación de compresión decente entre 3:1 y 5:1, donde un motor diésel típico tendrá una relación de compresión mucho más difícil de lograr que oscila entre 15:1 y 20:1, lo que lo hace mucho más eficiente. Además, el combustible se inyecta fácilmente durante la carrera de admisión temprana y no en el pico de compresión con una bomba de inyección diésel de alta presión . [9]
Los motores Akroyd-Stuart fueron construidos a partir del 26 de junio de 1891 por Richard Hornsby & Sons en Grantham , un gran fabricante de máquinas de vapor y equipos agrícolas, como Hornsby Akroyd Patent Oil Engine bajo licencia y se vendieron comercialmente por primera vez el 8 de julio de 1892. A otras empresas de ingeniería se les había ofrecido la opción de fabricar el motor, pero lo vieron como una amenaza para su negocio, por lo que rechazaron la oferta.
En 1892, TH Barton de Hornsbys mejoró el motor reemplazando el vaporizador con una nueva culata y aumentó la relación de compresión para hacer que el motor funcionara solo con compresión, precediendo al motor de Rudolph Diesel. [10] Este diseño de motor de aceite de Hornsby-Akroyd tuvo un gran éxito: durante el período de 1891 a 1905, se produjeron un total de 32.417 motores. Proporcionarían electricidad para iluminar el Taj Mahal , el Peñón de Gibraltar , la Estatua de la Libertad (elegida después de que Hornsby ganara el premio al motor de aceite en la Feria Mundial de Chicago de 1893), muchos faros y para impulsar la primera transmisión de radio transatlántica de Guglielmo Marconi .
