Es difícil encontrar un mecanismo que los ingenieros hayan criticado con tanta frecuencia como el clásico motor de combustión interna de pistón. Durante más de un siglo de existencia, se ha hecho famoso por su ruido, su diseño complejo, sus vibraciones y una gran cantidad de componentes vulnerables. Sin embargo, nunca ha sido completamente reemplazado.
Durante décadas, se han realizado diversos intentos para abandonar el esquema tradicional. En la industria automotriz, se probaron turbinas de gas, se experimentó activamente con los motores rotativos de pistón de Felix Wankel, y más tarde se comenzaron a promover los motores eléctricos. Sin embargo, a mediados del siglo XX, se depositaron grandes esperanzas en otro concepto inusual: el motor de combustión interna de pistón libre.
A primera vista, tal unidad se parecía a un motor de combustión interna ordinario: los cilindros y los pistones también se movían hacia arriba y hacia abajo. Pero la diferencia clave era la ausencia de bielas y cigüeñal. Esto es lo que hacía que el diseño fuera tan inusual.
El principio de funcionamiento era el siguiente:
- la mezcla se comprimía en el cilindro
- luego se inyectaba combustible y se producía la ignición
- los gases en expansión empujaban el pistón
- al alcanzar el punto superior, el pistón recibía un impulso inverso de un dispositivo amortiguador
- después de esto, por inercia, expulsaba los gases calientes al tracto de escape
Luego, el ciclo se repetía. Al mismo tiempo, el trabajo útil lo realizaban los gases de escape, que hacían girar una turbina de gas.
El interés en los motores de pistón libre no solo se manifestó en los Estados Unidos. Muchos fabricantes europeos estudiaron desarrollos similares. La empresa alemana Junkers fue la primera en lograr resultados prácticos. Durante la Segunda Guerra Mundial, la compañía creó un generador de pistón libre para submarinos. Gracias a su funcionamiento silencioso y buena economía, esta instalación era mucho más adecuada para cargar las baterías de los submarinos que varias soluciones tradicionales.
Después de la guerra, la empresa francesa SIGMA comenzó a producir su propia versión de estos generadores. Se utilizaron en locomotoras y en instalaciones de energía estacionarias.
La "Detroit Three" estadounidense tampoco se quedó atrás. Los tres mayores fabricantes de automóviles realizaron experimentos:
- Chrysler
- Ford
- General Motors
Sin embargo, los proyectos de Chrysler y Ford permanecieron casi completamente en la sombra. Se sabe muy poco sobre ellos. Pero General Motors, por el contrario, informaba regularmente al público sobre el progreso de los trabajos, sin ocultar ni los éxitos ni las dificultades que surgían.
En 1956, la compañía presentó el automóvil experimental XP-500. El concepto recibió un motor de pistón libre especialmente diseñado. El diseño constaba de dos cilindros y cuatro pistones, dos por cada cilindro. Después de la ignición del combustible, los pistones se separaban en direcciones opuestas, lo que hacía que el motor estuviera casi perfectamente equilibrado y apenas creara vibraciones.
Para el funcionamiento síncrono de los pistones, los ingenieros tuvieron que utilizar un mecanismo de equilibrio mecánico separado.
El inusual motor también tenía otras ventajas. Entre ellas:
- alta eficiencia
- bajo nivel de ruido
- capacidad para funcionar con varios tipos de combustible
- posibilidad de utilizar combustible incluso extremadamente no estándar, incluida la grasa de ballena
Sin embargo, la eliminación del cigüeñal se convirtió posteriormente en una fuente de graves problemas. Los ingenieros intentaron deshacerse de este componente, considerándolo complejo y poco fiable, pero pronto se hizo evidente que sin él era difícil organizar el funcionamiento de los sistemas auxiliares.
Surgió la pregunta de dónde obtener energía para:
- dirección asistida
- sistema de frenos
- bomba de combustible
- generador
- bomba de refrigeración
Algunas unidades se conectaron al eje de la turbina, otras al mecanismo de sincronización de los pistones. Pero esto no resolvió completamente el problema.
Surgieron dificultades adicionales al arrancar el motor. Dado que el diseño tampoco tenía volante, no fue posible utilizar un motor de arranque eléctrico convencional. Entonces, los ingenieros intentaron arrancar el motor con aire comprimido: se suministraba a la cámara de combustión para separar los pistones en los primeros ciclos.
El trabajo en el proyecto continuó durante unos tres años. Al final del programa, los desarrolladores lograron una fiabilidad relativamente aceptable. La instalación proporcionó aproximadamente un 90% de funcionamiento sin fallos durante 4500 horas de operación. Pero el precio de tal resultado resultó ser demasiado alto.
Paradójicamente, el motor, que fue concebido como una alternativa más simple al motor de combustión interna clásico, se convirtió gradualmente en un sistema complejo con una gran cantidad de soluciones auxiliares. Al final, General Motors abandonó el proyecto y volvió al diseño tradicional del motor de combustión interna.
Un destino similar sufrieron más tarde otros esquemas alternativos. La turbina de gas nunca se generalizó en los automóviles de pasajeros, y los motores rotativos de pistón casi desaparecieron de la industria. Solo Mazda continúa trabajando consistentemente con este concepto.
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