El motor de pistón opuesto , o pistón antagonista , es un motor de combustión interna en el que los dos pistones actúan alternativamente sobre el mismo cilindro para variar el volumen de la cámara de combustión en el centro del cilindro. Este tipo de motor fue patentado por primera vez en 1877 por Ferdinand Kindermann.
La norma alemana DIN 1940 (edición de Marzo de 1958) definió el motor de pistón opuesto como un motor de pistón doble con pistones opuestos.
Incluso en 2019, casi siempre es un motor de dos tiempos . En este motor, las válvulas de admisión y escape están ubicadas en los extremos del motor, a cada lado de la cámara de combustión; los pistones los ponen en comunicación casi cuando están al final de su recorrido. Esto permite el escape de los gases de combustión y la admisión de combustible casi tan eficientemente como en un motor de cuatro tiempos.
El motor de pistón opuesto puede declinarse como motor diésel , motor de gasolina o motor de gas .
Debido a su alta densidad de potencia , el motor de dos tiempos de pistón opuesto equipó desde la década de 1930 a la de 1960 una multitud de barcos (como el USS Monitor ), submarinos , tanques (motor Leyland L60 instalado en el FV4201 Chieftain y Kharkov Morozov 6TD) e incluso aviones . Las variantes continúan multiplicándose, pero cada vez se reemplaza más por motores diesel turboalimentados de cuatro tiempos .
Recientemente (en 2010-2011), tres start-ups estadounidenses volvieron a interesarse por él: EcoMotors con el OPOC destinado a camiones (150 kW por bloque de dos cilindros y cuatro pistones), Achates y Pinnacle que está desarrollando una versión cuatro. -carrera.
La renovación de los gases quemados por combustible requiere la aplicación de una sobrepresión externa en cada pistón. Se puede obtener mediante:
Para obtener el encendido, la admisión debe dejarse abierta durante un tiempo determinado, más allá del cierre del escape. En los motores de cilindro en U , este cambio de fase se logra girando la varilla de escape en un ángulo de entre 12 y 20 °.
Hay versiones de este motor con uno o dos cigüeñales .
Ha habido otras variaciones en el pasado:
El motor que se muestra al lado es una versión simplificada del motor de carreras DKW del fabricante Kurt Bang , de la oficina de diseño de Prüssing . Había dos versiones: una con una capacidad de 250 cm 3 , la otra con una capacidad de 350 cm 3 . Tenía dos cilindros y cuatro pistones, dos cigüeñales y un compresor mecánico. Los cigüeñales estaban engranados con un piñón. La mezcla fue proporcionada por un carburador , lo que resultó en un alto consumo .
El compresor aspira la mezcla y la inyecta en la cámara de precombustión, situada en el lado de expansión, lo que permite que la mezcla, por conducción térmica, enfríe algo el pistón de escape. Una válvula de seguridad evita la sobrepresión. A partir de ahí, la mezcla se admite en el cilindro. Después del encendido , los dos pistones se impulsan hacia afuera y, por lo tanto, transmiten su energía cinética a los ejes. El pistón de escape comienza liberando la ranura de descarga de gas quemado, lo que hace que la presión caiga y acelere la descarga. El otro pistón solo entonces libera la ranura permitiendo la admisión de la mezcla fresca en el cilindro, una mezcla que completa la expulsión de los gases quemados residuales. A medida que se despeja el puerto de admisión, se cierra el puerto de escape. La mezcla fresca se acumula en el cilindro, provocando una sobrealimentación . Una vez que el pistón cierra el lumen de admisión, comienza la compresión.
Una de las primeras aplicaciones se debe al industrial Wilhelm von Œchelhäuser quien, en 1892, diseñó los motores de gas de la Deutsche Continental Gasgesellschaft ( Dessau ) sobre este principio. Fue asistido en esto por Hugo Junkers . El motor funcionaba con gas de alto horno . Fue entregado en 1896 a los altos hornos de Hörde (Forges Phoenix) en Dortmund . Desarrolló una potencia de 220 CV para un generador del tipo dínamo .
Junkers desarrolló la idea: sobre este principio diseñó motores de gasolina, luego motores diésel estacionarios y para vehículos de muy bajo consumo.
Motores de aviónEl motor de pistón opuesto Junkers Jumo 205 , con una potencia de 880 hp a 2800 rpm, fue el motor de avión diesel más popular. Es cierto que, comparado con su potencia, era bastante pesado; pero gracias a su bajo consumo específico , los bombarderos alemanes pudieron batir varios récords mundiales de resistencia . Su desarrollo fue laborioso, en particular debido al calentamiento del pistón de escape.
Motores para unidades pequeñasLos motores diesel de pistones opuestos de la serie Junker "HK", producidos entre 1930 y 1980 según el principio de modularidad, con un desplazamiento unitario de 700 cm 3 , se utilizaron principalmente para generadores eléctricos y motores de a bordo . Eran motores de uno, dos o tres cilindros, capaces de desarrollar de 8 a 38 CV . Los motores de los camiones fueron luego producidos por Krupp bajo licencia, antes de ser reemplazados por la válvula de escape de dos tiempos, debido a la suciedad del escape.
Hasta 1945, los motores diesel de pistones opuestos de Junkers-Dieselkraftmaschinen GmbH se fabricaban en Chemnitz . Después de la división de Alemania , la fábrica cayó para combinar diesel-Kraftmaschinenwerk Karl-Marx-Stadt que continuó produciendo la serie "HK 65" con la marca NZD 9/12 . Estos motores se instalaron en los barcos como fuente de energía principal o auxiliar; pero la fábrica también producía monocilindros para máquinas menos potentes: apisonadoras, dragadoras, hormigoneras, tractores o locomotoras . También se han utilizado para bombas de respaldo y generadores. Además, a petición de la URSS, la RDA produjo tantos motores de dos tiempos: Alemania ya casi no los utiliza; y cuando se interrumpió la producción en 1980, la cosechadora continuó suministrando piezas de repuesto hasta 1989.
Antes de la Segunda Guerra Mundial , DKW intentó equipar una motocicleta de carreras con un motor de dos tiempos con pistones opuestos 250 cm 3 , carburador Zoller . Aún quedaban algunas copias después de la guerra: la DKW GS250 . El piloto Kurt Kuhnke (1910 - 1969), que había recuperado uno, corrió bajo su propio estandarte (su debut deportivo se remonta a 1950) con lo que entonces se denominó “KS1”. Su motor estaba muy caliente, lo que Kuhnke notó desde la primera carrera. La potencia del motor de 250 cm 3 era de aproximadamente 45 hp a 7000 rev / min . La adhesión de Alemania a la Federación Internacional de Motociclismo (FIM) marcó la sentencia de muerte para la carrera deportiva del motor DKW: después de la guerra, la FIM prohibió los motores sobrealimentados en las competiciones.
En 1989, un equipo de ingenieros del Departamento de Vehículos de la Universidad Tecnológica de Darmstadt se propuso el objetivo, bajo la dirección de los expertos en restauración Herrmann Herz y Bert Breuer , de hacer del legendario motor DKW una máquina térmicamente estable. Su investigación dio como resultado dos años en hacer del DKW con pistones opuestos un motor de 250 cm 3 que desarrollaba 65 CV , 20 CV más de los que se habían obtenido en el apogeo del DKW.
El motor diésel Napier Deltic del fabricante británico Napier & Son , que apareció en el mercado alrededor de 1950 y se comercializó hasta la década de 1980 , constituye una forma muy particular del motor de pistones opuestos: basado en el Napier-Culverin producido bajo licencia de Junkers, este El motor compacto estaba destinado a equipar lanchas rápidas y locomotoras, y desarrollaba una potencia de 3000 CV . Tenía tres cigüeñales, 18 cilindros y 36 pistones y requiere un ventilador de admisión para expulsar los gases quemados.
El nombre "deltic" proviene de su arquitectura en la letra Delta (Δ).
En 1898, el ingeniero Lucian Vogel de MAN-Nuremberg diseñó un motor diésel de dos cilindros y cuatro tiempos (el motor Kutschenwagen-Motor de 5 hp ). Sin embargo, nunca se comercializó.
Mientras que otros fabricantes han tratado este tipo de motor en el XX ° siglo : Commer , Lille Motors Company , Doxford , Fairbanks-Morse , Gobron-Brillié , British Leyland , Krupp , Napier , Rolls-Royce y Sulzer : era lo más a menudo para los generadores , barcos y submarinos y locomotoras, pero a veces también para camiones , automóviles y motocicletas . A veces equipaban tanques : tal era el caso del tanque británico Chieftain , propulsado por un seis cilindros con pistones opuestos (el Leyland L60) y un tres cilindros como motor auxiliar (Leyland H30). El T-64 soviético también estaba equipado con un motor de cinco cilindros con pistones opuestos.
El motor de pistón opuesto de diez cilindros vertical 10D100, que desarrolla 3.000 CV , se utilizó ampliamente en las locomotoras diésel de la serie SŽD 2TE10L de los talleres ferroviarios de Lugansk .
Este motor americano, cuyo acrónimo “OPOC” significa “ Cilindro opuesto de pistón opuesto ”, tiene dos características principales:
El cigüeñal está sometido a la resultante de las fuerzas transmitidas por las bielas de tracción y compresión (que se compensan entre sí) únicamente por los cojinetes. Esto modera la compresión sobre los rodamientos, lo que facilita su realización. La elección de pistones opuestos tiene la ventaja de acortar el cigüeñal y equilibrar las masas giratorias.
Sus otras particularidades son:
El desarrollo fue originalmente proporcionado por Advanced Propulsion Technologies Inc .., que también posee la patente. Es un proyecto financiado por DARPA , que ve importantes aplicaciones para helicópteros militares, vehículos blindados, camiones o generadores de campo. Se estudiaron tres variantes: una versión de 10 kW y 6 kg , una de 30 kW y 18 kg (mediante el acoplamiento de tres módulos de 10 kW ) y una de 242 kW y 204 kg .
En 2010, el estadounidense Bill Gates invirtió 23,5 millones de dólares a favor de EcoMotors International.
En el mes de febrero 2011, el fabricante de camiones Navistar International se ha asociado con EcoMotors para desarrollar un motor turbodiésel.
En el mes deabril 2011, El fabricante de automóviles chino Djongding dijo que se asoció con EcoMotors y comenzó la producción en masa del motor de camión Opoc.
De 2013 a 2017, EcoMotors International desarrolló aplicaciones civiles.
Achates es una oficina de diseño de California que diseñó un motor de pistones opuestos con dos cigüeñales, engranaje reductor y turbocompresor.
Según Achates, el número óptimo de cilindros sería tres porque esto equilibra las presiones en el turbocompresor y evita el retorno de gas de un cilindro que acaba de abrirse a un cilindro ya abierto; Sin embargo, el motor de Achates es un motor de dos cilindros.
Un embrague permite adaptar la velocidad de rotación del eje del motor en función de la velocidad, que, en el estado de la técnica, va acompañada de una reducción del consumo del 15-20% en comparación con un motor diésel.
Según algunas fuentes, Achates habría logrado, mediante un conocimiento fino del flujo de aceite y la medición precisa del combustible, reducir en gran medida las emisiones de dióxido de carbono, que también son bajas en un motor de cuatro tiempos.
La cámara de combustión incide, en el momento del encendido, en la forma de un elipsoide de revolución , en cuyos extremos dos inyectores distribuyen la mezcla: esta curvatura del cilindro se obtiene mediante un perfilado particular de los pistones, que empujan hacia atrás las paredes. del cilindro. en su traducción. Esto reduce la superficie efectiva de la cámara de combustión y por tanto las pérdidas por intercambio de calor con el exterior.
El uso de dos inyectores permite alternar la inyección de dos mezclas distintas y así optimizar el ciclo de presión y temperatura.
Pinnacle desarrolla un motor de cuatro tiempos con dos cigüeñales: con un motor de pistón opuesto, esto requiere colocar las válvulas de admisión y escape en el centro del cilindro, más allá de la carrera extrema de los dos pistones. La solución encontrada por Pinnacle consiste en formar el cilindro de dos tubos, apretados uno contra el otro por un collar apretado. Uno de los tubos se abre en la entrada (el otro en el escape) mediante un manguito que revela una ranura periférica ( manguito-válvula ): esto favorece el escape y el consumo de aceite, a costa de un motor más pesado y complejo. El motor también funciona según el "ciclo Cleeves", que utiliza el principio del motor Otto o diésel según las circunstancias.
La empresa británica Powerplant Developments ha desarrollado un motor de avión de tres cilindros y pistones opuestos. Sus principales ventajas son su ligereza, compacidad, consumo reducido, ligados a intervalos de repintado más largos y la posibilidad de utilizar queroseno . En sus dos variantes, este motor desarrolla de 100 a 150 CV .
El motor Golle es un motor de pistones opuestos cuyos dos cigüeñales están conectados por un piñón . Las bielas están conectadas a los pistones mediante juntas universales y brimbales. Esta transmisión de movimiento está sellada contra el aire y el aceite del cilindro por un cárter. El volumen entre el cardán y los dos pistones conectados forma un compresor de aire de válvula. Los pistones no están lubricados con aceite, de ahí varias ventajas:
Los aros de pistón están fabricados en grafito de grano fino, ligero y autolubricante, y cuya estabilidad térmica (hasta 2500 ° C ) resuelve el problema del calentamiento en el escape.
Este motor, debido a la simetría y al reducido número de piezas, es fácil de producir. Él estaba enJunio de 2009 todavía en fase de desarrolloJunio de 2009), en particular para mejorar la resistencia de los pistones de grafito.
La empresa ucraniana Malychev produce un motor de pistones opuestos, el 6TD-2 para el tanque T-84 , que desarrolla 1.200 CV , pesa 1,2 ty consume 218 g / kWh de diésel . Está diseñado como un motor de combustible flexible . Asimismo, el motor 10D100 desarrolla 3.000 CV para el motor 2TE10U, por ejemplo.
La empresa británica Diesel Air Limited ha desarrollado un motor diésel de avión de pistones opuestos de 100 CV . Al igual que el motor Junker, tiene dos cigüeñales acoplados por un piñón de engranaje. Con una capacidad de 1,8 l , pesa solo 93 kg .