Un motor bicilíndrico es un motor de combustión interna de dos cilindros con los cilindros en lados opuestos del cigüeñal. El tipo más común de motor bicilíndrico plano es el motor bóxer , en el que ambos cilindros se mueven hacia adentro y hacia afuera al mismo tiempo.
El diseño de bicilíndrico plano fue patentado por Karl Benz en 1896 y el primer motor bicilíndrico plano de producción se utilizó en el automóvil Lanchester Phaeton de 8 hp lanzado en 1900. El motor bicilíndrico se usó en varios otros automóviles desde entonces, sin embargo, uno más común el uso está en motocicletas; Los primeros modelos orientaron los cilindros en línea con el bastidor, sin embargo, los modelos posteriores cambiaron a que los cilindros fueran perpendiculares al bastidor para proporcionar un enfriamiento uniforme en ambos cilindros.
Los motores bicilíndros planos también se utilizaron en varios aviones hasta la década de 1930 y en varias aplicaciones estacionarias desde la década de 1930 hasta la de 1960.
Diseño típico
La mayoría de los motores bóxer utilizan una configuración bóxer para el cigüeñal y, por lo tanto, se denominan motores "bóxer bicilíndrico". En un motor bóxer-bóxer, el cigüeñal de 180 ° mueve los pistones en fase entre sí, por lo que las fuerzas generadas por un pistón se anulan por el otro, lo que da como resultado un excelente equilibrio primario. El orden de encendido uniformemente espaciado también ayuda a reducir la vibración. Sin embargo, las fuerzas iguales y opuestas en un motor bóxer-bicilíndrico generan un par oscilante , debido a la distancia de desplazamiento entre los pistones a lo largo del cigüeñal. [1] ( pág . 27 )
Un sistema de encendido de uso común es la chispa desperdiciada , [2] que es un sistema de encendido simple que usa una bobina de dos extremos que enciende ambas bujías en cada revolución (es decir, durante las carreras de compresión y escape). Este sistema no tiene distribuidor y solo requiere un disyuntor y una bobina de un solo contacto para el motor. [3]
Presión del cárter
La configuración bóxer-twin puede causar presión en el cárter durante cada carrera del pistón hacia adentro y despresurización durante cada carrera del pistón hacia afuera, ya que ambos pistones se mueven hacia adentro o hacia afuera al mismo tiempo. Este efecto de bombeo del cárter (que también se encuentra en los motores de un solo cilindro y en los motores bicilíndricos en paralelo de 360 °) generalmente se soluciona mediante un respiradero del cárter. [4]
El motor bicilíndrico Citroën 2CV aprovechó este efecto de bombeo para mantener un vacío parcial dentro del cárter, con el fin de reducir las fugas de aceite cuando falla un sello de aceite. Esto se logró mediante el uso de una válvula unidireccional (una solapa de cuero o goma sobre un orificio en el cárter), para permitir que el aire salga del cárter pero no entre. [5]
Aplicaciones
Automóviles
Los inicios del motor bicilíndrico plano fueron en 1896, cuando Karl Benz obtuvo una patente para el diseño. Un año más tarde, su empresa Benz & Cie presentó el primer motor bicilíndrico plano, un diseño bóxer llamado "motor contra". [6]
En 1900, The Lanchester Engine Company comenzó la producción del Lanchester Phaeton de 8 hp , que usaba un motor bicilíndrico plano. [7] [8] Este motor tenía un diseño inusual de dos cigüeñales que giraban en sentido contrario, con cada pistón unido a su cigüeñal por una biela gruesa. [7] Cada pistón también estaba conectado al otro cigüeñal mediante dos bielas más delgadas, lo que hacía que los dos pistones se movieran sobre el mismo eje. [7] [8] También hizo que la reacción de par de un cigüeñal cancelara la reacción de par del otro, cancelando la reacción de par en el motor. [7] Lanchester utilizó este diseño de motor hasta 1904. [8]
Otros usos tempranos de los motores bicilíndricos fueron el Ford Modelo A de 1903-04 , el Ford Modelo C de 1904-1905 y el Ford Modelo F de 1905-1906 . [9] [10] ( págs . 38–44 ) y varios modelos de Jowett Cars de 1910 a 1937. [11] [12] ( págs . 188–189 )
El Citroën 2CV , producido entre 1948 y 1990, fue uno de los primeros coches de tracción delantera en utilizar un motor plano. El 2CV estaba propulsado por un motor bóxer bóxer refrigerado por aire. También en 1948, se lanzó el Panhard Dyna X con tracción delantera y un motor bóxer refrigerado por aire. Otros coches que utilizaron motores bóxer después de la Segunda Guerra Mundial fueron la furgoneta Jowett Bradford de 1945-1954 , [12] ( p373 ) , el DAF Daffodil de 1961-1976, el Toyota Publica de 1961-1978 , el deportivo Toyota Sports 800 de 1965-1969 y varios modelos de tracción delantera de Citroën y Panhard . También se produjeron varios coches con motor trasero con motores bóxer diseñados originalmente para motocicletas, como la Puch 500 de 1957-1975 , la BMW 600 de 1957-1959 y la BMW 700 de 1959-1965 . El fabricante brasileño Gurgel Motores utilizó un motor bóxer bóxer refrigerado por agua (Volkswagen bóxer cuatro refrigerado por aire) en varios modelos de 1988 a 1994.
El motor Toyota U era un motor bicilíndrico plano refrigerado por aire producido entre 1961 y 1976. Introducido en el automóvil subcompacto Toyota Publica , el motor U también se usó en el vehículo comercial pequeño Toyota MiniAce y en el automóvil deportivo Toyota Sports 800 .
Motocicletas
Montaje transversal
Los beneficios de utilizar un motor bicilíndrico plano montado con el cigüeñal en posición perpendicular al bastidor (por lo tanto, los cilindros están alineados con el bastidor) son un centro de gravedad bajo [13] y que un sistema de transmisión por correa o cadena puede ser utilizado para transmitir el impulso a la rueda trasera. [13] [14] Sin embargo, las desventajas son la distribución desigual del calor (el cilindro delantero está más enfriado que el trasero) [13] [14] ya menudo se requiere una distancia entre ejes más larga debido a la longitud del motor. [13]
El primer motor de motocicleta de dos cilindros planos fue construido en 1905 por Light Motors Company en el Reino Unido. Originalmente llamado Fée (rebautizado como "Hada" poco después de su introducción), [15] fue diseñado como un "sistema de motor de bicicleta" que transmitía potencia a una polea en la rueda trasera a través de una cadena. [16] La fabricación del Fairy fue asumida por Douglas Engineering Company , uno de los proveedores de Light Motors, cuando la Light Motors Company se retiró en 1907. [1] ( pp218-219 ) Más tarde en 1907, Douglas cambió la transmisión de la diseño de cadena y polea a un sistema de transmisión por correa impulsado directamente desde el motor. [17] Los desarrollos posteriores de la motocicleta Douglas se realizaron con los cilindros alineados con el bastidor hasta la Segunda Guerra Mundial. [1] ( p . 51 )
Otras motocicletas gemelas planas tempranas usaban un diseño similar, con sus cilindros alineados a lo largo del marco y, por lo tanto, con el cigüeñal corriendo transversal al marco.
En 1914, el principal proveedor de cajas de cambios de buje trasero, Sturmey-Archer , introdujo una caja de cambios de contraeje de 3 velocidades con arranque integral, [18] que planteaba un problema de diseño para motocicletas con motores bicilíndros planos montados transversalmente. Esta caja de cambios podría ubicarse con relativa facilidad detrás de un motor monocilíndrico o bicilíndrico en V; sin embargo, esta disposición daría como resultado una distancia entre ejes excesivamente larga para los motores bicilíndricos planos. Las soluciones a este problema incluían el uso de un contraeje debajo del motor (como lo usaba el Douglas Fairy), [19] o una caja de cambios ubicada sobre el motor, [13] [20] aunque en algunos casos los cilindros eran lo suficientemente cortos para usar la caja de cambios. en la ubicación tradicional detrás del motor. [21]
En 1916, la mayoría de las motocicletas bicilíndricas todavía usaban un motor montado transversalmente. Los modelos europeos en este momento incluían el Bradbury 3.5 hp, el Brough HB , los modelos Douglas 2.75 hp y 4 hp, los modelos Humber 3.5 hp y 6 hp, el Matchless 6 hp, el Montgomery 6 hp, Williamson Flat Twin 8 hp, y la Bayerische Flugzeugwerke Helios (la predecesora de la primera motocicleta de BMW). Los modelos producidos en los Estados Unidos incluyen el Modelo indio O y la Harley-Davidson Modelo W . [22] [14] [1] ( p . 26 ) [23]
Montaje longitudinal
El principal beneficio de montar un motor bicilíndrico plano con el cigüeñal alineado con el bastidor (por lo tanto, los cilindros se asientan lateralmente en el bastidor) es que un motor refrigerado por aire recibe la misma cantidad de refrigeración para cada cilindro. [1] ( págs . 26-27 ) [13] La Harley-Davidson XA , que utilizaba un motor bicilíndrico plano con los cilindros a lo largo del bastidor, mantenía una temperatura del aceite de 100 ° F (56 ° C) más fría que una Harley-Davidson WLA con un V-twin con los cilindros alineados con el bastidor. [24] Un beneficio adicional es que los cilindros brindan protección al ciclista en caso de colisión o caída, y mantienen sus pies calientes en climas fríos. [13] [1] ( p27 ) Las desventajas son que el motor no se puede montar tan cerca del suelo (de lo contrario, los cilindros pueden raspar el suelo durante las curvas) [25] y que expone los cilindros y las tapas de válvulas al peligro de daños por colisión. [13] [1] ( pág . 27 )
El montaje longitudinal también significa que la reacción del par torcerá la motocicleta hacia un lado (como en una aceleración / desaceleración brusca o al abrir el acelerador en punto muerto) en lugar de cambiar el equilibrio de peso entre las ruedas delanteras y traseras. Sin embargo, muchas motocicletas modernas reducen este efecto girando volantes o alternadores en la dirección opuesta a la del cigüeñal. [26] [27]
Una de las primeras motocicletas con un motor bicilíndrico plano montado longitudinalmente fue la ABC de 1916 , que se fabricó en el Reino Unido. [22] Para acomodar la transmisión por cadena, el ABC usó una transmisión en bisel en la caja de cambios para cambiar la dirección de la transmisión en noventa grados. [1] ( p10 ) La primera motocicleta de BMW, la BMW R 32 de 1923, fue otro ejemplo temprano de un motor bicilíndrico plano montado longitudinalmente, aunque en este caso la potencia se transmitía a la rueda trasera a través de un eje de transmisión. [1] ( pág . 26 )
Con el tiempo, el montaje longitudinal se volvió más común para los motores bicilíndricos. BMW tiene una larga historia de motocicletas de motor bicilíndrico plano, [1] ( pp26-32 ) [28] al igual que Ural (Rusia) y Dnepr (Ucrania).
Aviación
En 1902, el monoplano Pearse (que más tarde se convertiría en uno de los primeros aviones en lograr el vuelo) estaba propulsado por un motor bicilíndrico construido en una granja por un inventor aficionado. [29] [30] [31] Este motor utilizó el diseño inusual de un solo pasador de manivela compartido y pistones de doble acción. [32] [33] En 1908, la empresa francesa Dutheil-Chalmers comenzó la producción de motores de avión bicilíndrico, que utilizaban dos cigüeñales que giraban en sentido contrario. [34] [35] El motor Dutheil-Chlamers fue utilizado por el avión experimental Santos-Dumont Demoiselle No. 20 de 1907 , y las versiones posteriores de este avión se produjeron con motores gemelos planos de Darracq y Clément-Bayard .
La mayoría de los aviones con motor de pistón usaban más de dos cilindros, sin embargo, otros motores de aviones de dos cilindros planos de las décadas de 1920 y 1930 incluyen el Aeronca E-107 y Aeronca E-113 estadounidenses , el Bristol Cherub británico y el Praga B2 checoslovaco . El HKS_700E es un gemelo plano refrigerado por aceite para aviones ultraligeros que se encuentra actualmente en producción. [36]
En aviones más grandes, los motores bicilíndros planos se han utilizado en unidades de potencia auxiliares (APU). ABC Motors dio un ejemplo notable en las décadas de 1920 y 1930. [37] Durante la Segunda Guerra Mundial, la empresa Reidel en Alemania diseñó y fabricó un motor bicilíndrico plano de dos tiempos como motor de arranque para los motores a reacción Junkers Jumo 004, BMW 003 y Heinkel HeS 011 [38] [39]
Otros usos
El Maytag 'Modelo 72' de doble plana Motores- produce a partir de 1937 hasta que se utilizaron en algún momento entre 1952 y 1960- en diversas aplicaciones, incluyendo la lavadora de ropa. [40] [41] [42] [43] [44]
Norman Engineering Company construyó generadores eléctricos con motores bicilíndricos desde 1932 hasta 1968, y la motocicleta Douglas durante la Segunda Guerra Mundial. [45] Enfield Industrial Engines (parte de Royal Enfield ) produjo motores de gasolina de dos tiempos de dos tiempos durante la Segunda Guerra Mundial que se utilizaron para generadores y otros usos militares. Después de 1945, Enfield produjo motores diésel de dos cilindros planos, con aplicaciones que incluían el uso agrícola y marino. Coventry Victor introdujo una versión diésel de su bicilíndrico plano de gasolina de 688 cc existente en 1932, y pasó a producir motores de gasolina y diésel de dos cilindros planos para una variedad de usos industriales y marinos en la década de 1950. [46] ( p111 )
Los motores gemelos planos de dos tiempos se usaban a menudo como motores fuera de borda para barcos, [ ¿cuándo? ] ya que eran más suaves que los motores de un solo cilindro. En la década de 1940, fueron reemplazados en gran medida por motores de dos tiempos gemelos rectos, que eran más fáciles de arrancar y ya no tenían cantidades excesivas de vibración. [47]
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El procedimiento de arranque es el siguiente: El motor de arranque se ceba cerrando el interruptor de cebado eléctrico, luego se encienden el encendido del turborreactor y el encendido y el motor de arranque eléctrico del motor Riedel (este motor también se puede arrancar manualmente tirando de un cable). Una vez que la unidad Riedel ha alcanzado una velocidad de aproximadamente 300 rpm, se acopla automáticamente al eje del compresor del turborreactor. Aproximadamente a 800 rpm del motor de arranque, se enciende la bomba de combustible de arranque y, a 1200 rpm, se enciende el combustible principal (J-2). El motor de arranque se mantiene enganchado hasta que el turborreactor alcanza las 2000 rpm, momento en el que se apagan el motor de arranque y el combustible de arranque, y el turborreactor acelera rápidamente a una velocidad nominal de 9.500 rpm con el combustible J-2.
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