El motor Michel era una forma inusual de motor de pistones opuestos . Era único en el sentido de que sus cilindros, en lugar de ser cilindros abiertos que contenían dos pistones, estaban unidos en forma de Y y tenían tres pistones trabajando dentro de ellos.
Estos motores fueron producidos por Hermann Michel de Michel Engine Company de Kiel , Alemania, en las décadas de 1920 y 1930. Se presentó una solicitud de patente estadounidense en 1921 y se concedió en 1926. [1]
Este motor Michel no debe confundirse con el motor Miche ll contemporáneo , [nota 1] [nota 2] que era un motor de plato cíclico .
Operación
El motor Michel era un motor diésel de dos tiempos , de diseño de pistón opuesto con puerto de pistón . Su característica inusual era que en lugar de dos pistones compartiendo un cilindro, los cilindros aquí tenían forma de Y y contenían tres pistones. Los dos pistones superiores controlaban los puertos de entrada, y el pistón inferior controlaba los puertos de escape. [3] Tener dos pistones de entrada (aire de barrido) a un pistón de escape proporcionaba un buen barrido y una combustión eficiente. El motor estaba refrigerado por agua.
Variantes
Las primeras versiones del motor Michel eran motores de levas . Estos no usan un cigüeñal en el sentido convencional, sino que tienen una leva con forma. Los pistones o sus bielas tienen seguidores de leva que se deslizan sobre la superficie de esta leva. Aunque la mayoría de las levas usan movimiento rotatorio para generar un movimiento lineal, este uso de 'cigüeñal' también es posible, donde el movimiento lineal de los pistones se usa para impulsar el movimiento rotatorio de la leva y el eje de salida del motor. [4]
Los motores de levas no han tenido éxito hasta ahora, aunque la idea gozó de cierta popularidad a mediados del siglo XX, entre los inventores, si no entre los ingenieros. Una idea similar fue el motor de plato cíclico , una forma axial de motor de levas. Aunque las fuerzas en un motor de levas son a menudo mayores y las pérdidas por fricción son altas, también pueden permitir el uso de superficies de apoyo más grandes que un cigüeñal convencional. Antes del desarrollo de materiales para cojinetes de alto rendimiento, [nota 3] los motores de levas y plato cíclico parecían ofrecer algunas ventajas. [4]
Los motores de levas son de dos tiempos, en lugar de cuatro tiempos. En un motor de dos tiempos, las fuerzas sobre el pistón actúan uniformemente hacia abajo, durante todo el ciclo. En un motor de cuatro tiempos, estas fuerzas se invierten cíclicamente: en la fase de inducción, el pistón se fuerza hacia arriba , contra la depresión de inducción reducida. El mecanismo de leva simple solo funciona con una fuerza en una dirección. En los primeros motores Michel, la leva tenía dos superficies, una superficie principal sobre la que trabajaban los pistones en marcha y otro aro en su interior que daba una acción desmodrómica para constreñir la posición del pistón durante el arranque del motor. [5]
motor rotativo
La primera versión de este motor, como se describe en la patente inicial, [1] era un motor rotativo : la 'manivela' (en este caso el anillo de levas) permanecía fija y los cilindros giraban a su alrededor. [5] Este tipo de motor (aunque como motores de gasolina de encendido por chispa, no diésel) se había desarrollado antes de la Primera Guerra Mundial como motor de avión, y su ventaja era el enfriamiento mejorado de los cilindros cuando giraban a través de una corriente de aire refrigerante. Una desventaja del motor rotativo era el aumento de la masa de rotación, aunque en el caso de Michel, la pista de levas era en sí misma de una masa considerable y, por lo tanto, la importancia era menor que para el motor de avión.
La versión giratoria del motor tenía la bomba de inyección de combustible montada en la parte giratoria del motor, junto con los cilindros. [5] El combustible, el aceite lubricante y el agua de refrigeración se suministraron a través de acoplamientos giratorios.
Poco se sabe de la versión con motor rotativo. Se describe en dos fuentes alemanas tempranas, [6] [7] pero aunque se menciona en el informe de la NACA de 1928 , [3] parece haber sido reemplazado para entonces. [8]
Motor de levas
Una segunda versión del motor retuvo la transmisión de levas de los pistones, pero ahora tenía el bloque de cilindros fijo en su lugar con el anillo de levas girando en la función de un cigüeñal. Esto se ilustra en el informe de la NACA, pero no se describe en el texto. [8] [9] Los seguidores de rodillos originales de cada pistón fueron reemplazados posteriormente por cojinetes lisos . [10]
El motor estaba destinado a potencias de salida entre 120 CV y 1000 CV. [5] El diámetro del cilindro de estos motores era de 180 mm. [5] Como ocurre con muchos motores radiales , las filas de cilindros [nota 4] podrían apilarse para obtener una mayor potencia. En la mayoría de los motores radiales de las aeronaves, esto se limita a solo una o dos filas, debido a la necesidad de refrigeración por aire de las filas traseras. El motor Michel, refrigerado por agua, no tenía tal restricción. [nota 5] Una ventaja adicional de las filas múltiples fue el equilibrio dinámico mejorado.
Una ventaja del motor de levas sobre el cigüeñal es que es una tarea sencilla proporcionar a la leva múltiples lóbulos por revolución, dando más carreras de pistón para la misma velocidad del eje de salida. [10] Los lóbulos múltiples, ya sea cuatro o seis de ellos, tienen el mismo efecto general que tendría una caja de engranajes de reducción del eje de salida . Esto fue particularmente útil para motores marinos, impulsando una hélice de baja velocidad más eficiente. Para dos motores con la misma velocidad del eje, también se puede considerar que los pistones funcionan seis veces más rápido: efectivamente, un motor más grande y potente, pero con un peso similar. Sin embargo, un límite en esto habrían sido los límites metalúrgicos de la velocidad lineal del pistón. En este momento, la velocidad máxima que un pistón y sus anillos podían viajar dentro de un cilindro estaba limitada por el estado de diseño y las técnicas de lubricación para mantener un buen sello y evitar agarrotamientos. Esto fue especialmente difícil para los motores diésel de dos tiempos, ya que la fuerza constante hacia abajo en el anillo del pistón, en lugar de la variación cíclica del motor de cuatro tiempos, tendía a hacer que se atascara en su ranura. [11]
A pesar de esto, el motor tenía una relación peso-potencia pobre , incluso para estos primeros días de motores diésel de velocidad media. [8] Un motor marino Michel de 1.000 bhp, destinado a submarinos, [nota 6] se cotizó con un peso de 42.000 kg, en comparación con los 128.000 kg de un motor diésel de cuatro tiempos comparable de velocidad y potencia similares. Sin embargo, esto también se comparó con otros desarrollos en motores diesel. Los motores diesel de baja velocidad más antiguos (100-150 rpm, adecuados para la conexión directa a un eje de la hélice) fueron reemplazados por motores de velocidad media de alrededor de 400 rpm y luego en 1930 (al menos en tamaños más pequeños) motores de alta velocidad de más de 1.000 rpm. Estos tenían incluso mejores resultados específicos que el motor Michel. [nota 7]
Varios cigüeñales
En la década de 1930, Michel abandonó la idea del motor de levas y utilizó cigüeñales convencionales, aunque requirió tres de ellos, uno por cilindro. [11] Otros motores diesel de pistones opuestos estaban teniendo éxito en este momento, en particular la serie de motores Junkers Jumo 205 , un motor de avión , que también usaba un cigüeñal por pistón, en lugar de un cigüeñal por cilindro. [nota 8]
El motor ahora era mucho más pequeño, más ligero y tenía una mayor potencia específica, tanto en peso como en volumen. Estaba destinado al creciente mercado de los camiones diésel. El motor tenía un solo cilindro y tres pistones, con diámetro y carrera de 67 mm × 116 mm, lo que daba una capacidad de barrido de 1.200 cc. [11] La potencia específica se expresa en 40 CV / litro y 3,5 kg / CV, [11] lo que implica una potencia total de alrededor de 50 CV y un peso de 175 kg.
El impulso entre los cigüeñales era inusual. En lugar de la transmisión de engranajes típica, como la utilizada por el Jumo, había un bastidor de varilla de acoplamiento triangular , impulsado por una manivela en voladizo en el extremo de cada cigüeñal. [11] Este marco, a su vez, accionaba el volante y el eje de salida. El bastidor también accionaba la bomba de inyección de combustible, montada en la V superior entre los cilindros.
Al ser un motor de dos tiempos, también había un soplador de barrido , que operaba a 21–25 psi. Este tenía un diseño poco ortodoxo: una cámara de bombeo rectangular formada en el marco de acoplamiento triangular. Una partición vertical dentro de esta podía moverse libremente verticalmente, pero se mantenía en su lugar de lado a lado. A medida que la cámara se movía con el movimiento circular del marco, esta partición se movía efectivamente de lado a lado dentro de la cámara, proporcionando una acción de bombeo para el aire de barrido. [11]
El motor se probó en la carretera en camiones ligeros, pero parece que no se ha sabido nada de él después de 1937. Una ventaja que se alega fue la falta de una junta de culata , que era un problema de fiabilidad para los primeros motores diésel en ese momento. Posiblemente tuvo éxito, pero simplemente su naturaleza inusual llevó a que se ignorara durante la Segunda Guerra Mundial a favor de concentrarse en diseños más establecidos. [11]
Notas
- ^ Esto fue desarrollado por el mismo George Michell que también desarrolló el bloque de empuje de almohadilla deslizante. [2]
- ^ También descrito en [3]
- ^ Aproximadamente la década de 1930 para motores de aviones, la década de 1950 para aplicaciones de bajo presupuesto.
- ^ Las 'filas' en el motor radial son los planos circulares de los cilindros contados axialmente, a lo largo del cigüeñal.
- ^ Un grupo similar de motores fueron los motores radiales en línea.
- ↑ Debido a los peligros de inflamabilidad del vapor de gasolina en el espacio confinado de un submarino, hubo mucho interés en este momento, particularmente en Alemania, en desarrollar motores diesel compactos para su uso en submarinos.
- ^ Existe una aparente contradicción en el informe de la NACA aquí, ya que el motor Michel (1.000 hp 120 rpm (velocidad del eje) , 42.000 kg: 42 kg / hp (calculado) , 50-60 kg / hp (citado)) se compara con tanto un motor de cuatro tiempos de baja velocidad con una velocidad de eje comparable (1,000 ihp 135 rpm, 128,000 kg: 128 kg / hp) y también un motor de velocidad media de 350-450 rpm con una potencia específica citada de 25-30 kg / hp. Self [8] considera que se trata de un error tipográfico: o se intercambiaron las cifras específicas o se sobreestimó el peso del motor de cuatro tiempos. Ciertamente, los pesos tanto del motor de baja velocidad como del motor Michel parecen excesivos. Sin embargo, otra posibilidad es que aquí secomparen tres motores, no dos. El segundo motor que no es de Michel es un motor diesel de velocidad media de 400 rpm. Se esperaría que este motor más rápido tuviera una mejor salida de potencia específica, simplemente como resultado de funcionar a tres veces la velocidad. La intención del informe de la NACA aquí [10] puede haber sido comparar tres motores: diesel de baja velocidad, Michel y de velocidad media, el punto es que aunque el Michel superó a los motores más antiguos de baja velocidad, ambos fueron superados por el moderno motor convencional de velocidad media.
- ^ La sobrecarga de requerir dos cigüeñales por cilindro no se superaría hasta elmotor Napier Deltic de la posguerra, que compartía cigüeñales entre bancos de cilindros adyacentes, por lo que tenía un promedio de un cigüeñal por cilindro.
Referencias
- ^ a b US 1603969 , Hermann Michel, "Motor de combustión interna de ciclo de dos tiempos", publicado el 19 de octubre de 1926
- ^ "Motores axiales de combustión interna" . Douglas Self.
- ^ a b c "Comentarios sobre los tipos de motores sin cigüeñal" . Memorando técnico de la NACA. Washington DC: NACA . Mayo de 1928. págs. 5-7, 15.
- ^ a b "Motores de levas" . Douglas Self.
- ↑ a b c d e NACA 462 , pág. 5
- ^ "Motor Michel". Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure (en alemán): 1405. 1925.
- ^ "Motor Michel". Motorwagen (en alemán). 20 de noviembre de 1927.
- ^ a b c d "El motor alemán Michel Cam: 1921" . Douglas Self.
- ↑ NACA 462 , pág. 15
- ↑ a b c NACA 462 , pág. 6
- ^ a b c d e f g Motor Michel . The New Motoring Encyclopedia (edición de un volumen de 1937, después de la edición parcial de 1936). Fleetway House, Londres: Amalgamated Press. 1937. p. 524.