Motor de pistão oposto - Opposed-piston engine
Um motor de pistão oposto é um motor de pistão em que cada cilindro tem um pistão em ambas as extremidades e nenhuma cabeça de cilindro . Os motores de pistão oposto a gasolina e diesel têm sido usados principalmente em aplicações de grande escala, como navios, tanques militares e fábricas.
Projeto
1. Entrada para mistura combustível-ar
2. Supercharger
3. Caixa de ar
4. Válvula de alívio de impulso
5. Virabrequim de saída
6. Mecanismo de manivela de entrada
7. Cilindro com ranhuras de entrada e saída
8. Escape
9. Água camisa de resfriamento
10. Vela de ignição
Em comparação com os motores contemporâneos de dois tempos, que usavam um design convencional de um pistão por cilindro, as vantagens do motor de pistão oposto eram:
- Eliminando a cabeça do cilindro e o valvetrain, o que reduz o peso, complexidade, custo, perda de calor e perda de fricção do motor.
- Criar um movimento de eliminação de fluxo uniforme de gás através da câmara de combustão, o que evitou as desvantagens associadas aos projetos contemporâneos de eliminação de fluxo cruzado (no entanto, avanços posteriores forneceram métodos para alcançar a eliminação de fluxo uniforme em projetos de motor de pistão convencionais).
- Uma altura reduzida do motor
A principal desvantagem era que a potência dos dois pistões opostos tinha que ser acoplada. Isso adicionou peso e complexidade quando comparado aos motores de pistão convencionais, que usam um único virabrequim como saída de potência.
O layout mais comum era de dois virabrequins, com os virabrequins engrenados juntos (na mesma direção ou em direções opostas). Os motores Koreyvo, Jumo e Napier Deltic usaram um pistão por cilindro para expor uma porta de admissão e o outro para expor uma porta de escape. Cada pistão é denominado pistão de admissão ou pistão de escape, dependendo de sua função a este respeito. Esse layout oferece eliminação superior, pois o fluxo de gás através do cilindro é axial em vez de radial e simplifica o projeto das coroas do pistão. No Jumo 205 e suas variantes, o virabrequim superior atende aos pistões de escape e o virabrequim inferior aos pistões de admissão. Em projetos que usam bancos de múltiplos cilindros, cada rolamento de extremidade grande serve a uma entrada e um pistão de escape, usando uma biela bifurcada para o pistão de escape.
História
De 1880 a 1930
Um dos primeiros motores de pistão oposto foi o motor diferencial Atkinson de 1882 , que tem um curso de potência em cada rotação do virabrequim (em comparação com cada segunda rotação para o motor de ciclo Otto contemporâneo ), mas não foi um sucesso comercial.
Em 1898, um motor Oechelhäuser de pistão oposto de dois tempos produzindo 600 hp (447 kW) foi instalado na siderúrgica Hoerde. Este projeto de motor também foi produzido sob licença por fabricantes, incluindo Deutsche Kraftgas Gesellschaft na Alemanha e William Beardmore & Sons Ltd no Reino Unido.
Em 1901, o Kansas City Lightning Balanced Gas and Gasoline Engines eram motores a gasolina produzindo 4-25 hp (3-19 kW).
Um dos primeiros motores de carro de pistão oposto foi produzido pela empresa francesa Gobron-Brillié por volta de 1900. Em abril de 1904, um carro Gobron-Brillié movido por motor de pistão oposto foi o primeiro carro a exceder 150 km / h com um "Mundo Velocidade Record "de 152,5 km / h (95 mph). Em 17 de julho de 1904, o carro Gobron-Brillié tornou-se o primeiro a exceder 100 mph (161 km / h) para o quilômetro voador. O motor usava um único virabrequim em uma extremidade dos cilindros e uma cruzeta para o pistão oposto.
Outro motor de pistão antigo oposto estava no carro escocês Arrol-Johnston , que parece ter sido instalado pela primeira vez em seu buckboard c1900 de 10 hp. O motor foi descrito e ilustrado com alguns detalhes no relato de seu carro de 12-15 hp exibido no Olympia Motor-Show de 1905. O motor era um 4 tempos com dois cilindros (com pistões opostos em cada um) com o virabrequim por baixo e os pistões conectados por braços de alavanca ao virabrequim de dois tempos.
O primeiro motor diesel com pistões opostos foi um protótipo construído na Kolomna Works, na Rússia. O designer, Raymond A. Koreyvo, patenteou o motor na França em 6 de novembro de 1907 e exibiu o motor em exposições internacionais, mas não chegou à produção. O projeto Kolomna usava um layout típico de dois virabrequins conectados por engrenagem.
Em 1914, o motor de motocicleta Balanced Two-Stroke da Simpson era outro motor de pistão oposto, usando um único virabrequim abaixo do centro dos cilindros com ambos os pistões conectados por alavancas. Este motor era um projeto de compressão do cárter, com um pistão usado para descobrir a porta de transferência e o outro para abrir a porta de escape. A vantagem desse projeto era evitar as coroas defletoras para os pistões usados pela maioria dos motores de dois tempos naquela época.
A Doxford Engine Works no Reino Unido construiu grandes motores de pistão oposto para uso marítimo, com o primeiro motor Doxford sendo instalado em um navio em 1921. Este motor a diesel usava um único virabrequim em uma extremidade dos cilindros e uma cruzeta para o pistão oposto . Após a Primeira Guerra Mundial, esses motores foram produzidos em vários modelos, como as séries P e J, com potências de até 20.000 CV (14.914 kW). A produção de motores Doxford no Reino Unido cessou em 1980.
Mais tarde, os motores a diesel de pistão oposto incluem o motor de aeronave Junkers Jumo 205 de 1932 construído na Alemanha, que tinha um virabrequim, usando um design semelhante aos motores Gobron-Brillié de 1900-1922.
1898 Oechelhäuser motor a gás
Motor de pistão oposto Gobron-Brillié 1900 com jugo suspenso
Motor a diesel Fairbanks Morse 38 8-1 / 8 no submarino USS Pampanito
Leyland L60 como usado no tanque Chieftain
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1940 até o presente
O motor a diesel Fairbanks Morse 38 8-1 / 8 , originalmente projetado na Alemanha na década de 1930, foi usado em submarinos dos Estados Unidos nas décadas de 1940 e 1950 e em barcos dos anos 1930 até o presente. Também foi usado em locomotivas a partir de 1944.
Os motores de caminhão diesel de três cilindros Commer TS3 , lançados em 1954, têm um único virabrequim abaixo do centro dos cilindros com ambos os pistões conectados por alavancas.
Também lançado em 1954 foi o motor Napier Deltic para barcos militares. Ele usa três virabrequins, um em cada canto, para formar os três bancos de cilindros de duas extremidades dispostos em um triângulo equilátero. O motor Deltic foi mais tarde locomotivas British Rail Class 55 e British Rail Class 23 e para impulsionar barcos de patrulha rápidos e varredores de minas da Marinha Real. A partir de 1962, Gibbs convidou a Mack Trucks para participar do projeto do superpumper do FDNY e de seu concurso complementar. A DeLaval Turbine foi contratada para projetar uma bomba centrífuga de múltiplos estágios com um diesel Naper-Deltic T18-37C para alimentar as bombas. https://www.firerescue1.com/fire-products/fire-apparatus/articles/the-greatest-fire-pumper-the-world-has-known-TrMsI86bXHcXv1iq/
Em 1959, foi lançado o motor a diesel de seis cilindros Leyland L60 L60 19 L (1.159 cu in). O L60 foi produzido no Reino Unido para uso no tanque Chieftain. O tanque soviético T-64 , produzido de 1963-1987, também usava um motor a diesel de pistão oposto.
A Volvo entrou com um pedido de patente em 2017.
O Diesel Air Dair 100 é um de dois cilindros de 100 cv (75 kW) diesel motor de avião , projetado e produzido por Diesel Air Ltd de Olney, Buckinghamshire para uso em aeronaves , construídos em casa kitplanes e aviões ligeiros .
Em julho de 2021, a Cummins Inc. recebeu um contrato de $ 87M com o Exército dos EUA para concluir o desenvolvimento do Advanced Combat Engine (ACE), uma solução de motor diesel modular e escalável que usa tecnologia de pistão oposto.
Motor de pistão livre
Uma variação do projeto de pistão oposto é o motor de pistão livre, que foi patenteado pela primeira vez em 1934. Os motores de pistão livre não têm virabrequim e os pistões são devolvidos após cada curso de disparo por compressão e expansão de ar em um cilindro separado. As primeiras aplicações eram para uso como compressor de ar ou gerador de gás para turbina a gás .